ARM Cortex-M33处理器的五大特色

ARM公司白皮书

基于ARM Cortex 处理器的片上系统（SoC）解决方案适用于多种嵌入式设计细分市场，如物联网、电机控制、医疗、汽车、家电自动化等。我们的处理器品种丰富且基于同一个标准架构，针对不同的产品市场提供广泛而丰富的性能与成本组合。Cortex系列处理器主要基于3大产品类型量身开发，A系列：运行复杂系统的精细高端应用；R系列：高性能硬实时系统；M系列：低功耗、确定性、成本敏感的微控制器，专门优化以满足其需求。

最先采用ARMv8-M架构的2款处理器为Cortex-M23和Cortex-M33。本文主要介绍Cortex-M33， Cortex-M33是首款采用TrustZone 安全技术和数字信号处理技术的ARMv8-M全功能实现处理器。该处理器可以支持大量灵活的配置选项，并在广泛应用中进行部署，此外还提供专用的协同处理器界面以支持经常需要加速和大量运算的运作。Cortex-M33是一款在性能、功耗、安全与生产力之间达到最佳平衡的处理器。


     
为了显著降低系统功耗，Cortex-M33处理器采用有序三阶管线技术。大部分指令在头两个阶段就能完成，而复杂的指令则需要3个阶段。此外，某些16位指令将采用双发射机制，以增强性能。处理器内核有两个AMBA 5 AHB5界面：C-AHB和S-AHB，完全对称，指令和数据提取性能不分伯仲。

Cortex-M33的配置高度灵活，可以满足广泛的系统要求

在MPU、DSP、FPU、TrustZone、ETM、MTB、ITM、BPU、DWT和协同处理器界面功能中选择最佳组合方案，设计师即可迅速打造强大系统。在最低限度的控制系统中，NVIC可以被设定成只容纳一个外部中断；而在周边设备丰富的系统中，NVIC能够设定成可容纳至多480个外部中断，包含至多256个优先级。而对于那些依赖大量主动流程和线程以保持可靠运行的系统，设计师还可以增加MPU，用特权和非特权接入控制来强行隔离处理进程。如需更高级别的代码、数据和资源保护， TrustZone则是设计师的不二之选。

应用复杂度越来越高，片上调试和追踪技术的价值也日益凸显，对保障产品按期交付至关重要。Cortex-M33处理器的内置调试功能可以加速软件验证。设计师可以用JTAG端口或双插针串行调试端口来验证系统，还可以选择ETM或MTB进行出色的指令追踪，而BPU和DWT则可以允许在调试中使用断点和硬件观测点。



•    MPU存储保护单元
•    DSP数字信号处理
•    FPU 浮点单元
•    SP 单精度

•    ETM 嵌入式跟踪宏单元
•    MTB 微追踪缓冲器
•    BPU 断点单元
•    DWT 数据观测与追踪单元
•    ITM 仪器追踪宏单元

•    NVIC 嵌套向量中断控制器
•    WIC 唤醒中断控制器
•    AHB 先进高性能总线
•    AMBA 先进微控制器总线架构

现在，让我们探讨一下Cortex-M33的五大特色：

1 – 为ARMv8-M 量身优化的TrustZone技术为整个系统的安全保驾护航

采用TrustZone技术的Cortex-M33处理器拥有两个安全状态及多种相关特色：


两种全新的正交状态

•    安全状态
•    非安全状态
•    4个堆栈和4个堆栈指示寄存器
•    硬件堆栈极限检查
•    支持安全属性单元（SAU）的可编程MPU

•    用于发出系统安全指示的界面
•    被预先设定的接入点限制的非安全（NS）领域中可以看见安全代码
•    其它硬件转向非安全领域时可以自动保存并清除安全寄存器的状态

•    大量堆积中断或异常控制，SysTick
•    安全和非安全侧都配备存储保护单元

安全状态和非安全状态的全面利用，必将开启众多新机遇和新应用的大门。该系统使用的高价值专利固件可以在安全状态下运行。在安全状态下设置的监管员代码则可以在系统受到攻击或不可靠运行后将其恢复初始；而非安全侧则像以前一样向正在用Cortex-M开发软件的数百万开发者开放。

2 –协同处理器界面，实现高扩展性

对某些应用而言，专用运算起到的作用可谓非同小可；但为了实现专用运算，这个全球最强大设计生态系统的所有优点必须完美保留，即允许设计师在开发工具、编译器、调试器、操作系统和中间件之间最大限度的进行选择。ARM生态系统可以帮助开发商节约时间和成本，进一步提高生产力。

Cortex-M33处理器包含一个可以选配、类似总线的专用界面，主要用于集成紧耦合加速器硬件。对需要频繁运算的操作而言，该界面可以帮助设计师用自定义的处理硬件提升通用运算能力。须着重指出的是，这样做并不会使整个生态系统分裂。该界面包含最多可用于8个协同处理器的控制和数据通路，发出的信号可显示处理器的特权状态和安全状态、指令类型、相关寄存器和操作字段。协同处理器通常会合理的在几个少数循环内完成，或在后台运行并在完成时自动停止。操作的细节和数据可以通过该界面与单指令同时传输，如有需要，还可插入等待状态。