1.5 Arm Cortex系列處理器

Arm處理器發展到現在，其內核架構已從Arm v1發展到Arm v8。圖1-5所示為具有代表性的Arm v4到Arm v7架構的進化圖，其對應的內核命名也從Arm7、Arm9到了Arm11。Arm處理器內核進化到Arm v7架構后，已經不再沿用過去的數字命名方式，而是冠以Cortex的代號。

雖然Arm7仍然是一款普林斯頓結構的處理器，但是從Arm9開始，Arm處理器已經成為典型的采用哈佛結構的RISC處理器。

Arm Cortex系列處理器是基于Arm v7架構的，分為Cortex-A、Cortex-R和Cortex-M三個系列。基于v7A架構的處理器稱為Cortex-A系列，基于v7R架構的處理器稱為Cortex-R系列，基于v7M架構的處理器稱為Cortex-M系列。

Cortex-A系列處理器主要用于高性能場合，是針對日益增長的運行Linux、Windows、Android操作系統的移動互聯設備和消費電子產品需求設計的。

Cortex-R系列處理器主要用于實時性（Real Time）要求比較高的場合，針對的是需要運行實時操作系統來控制應用的系統，包括汽車電子、網絡和影像系統。

Cortex-M系列處理器則主要用于微控制器（Microcontroller，MCU）領域，是為那些對功耗和成本非常敏感，同時對性能要求不斷增加的嵌入式應用（如汽車電子、家用電器、工業控制、醫療器械、玩具和無線網絡等）設計的。

表1-1所示為Cortex內核推出的時間，其中Cortex-M系列已由2004年推出的M3內核發展到2016年推出的M33內核；Cortex-R系列由2011年推出的R4內核發展到2016年推出的R52內核；Cortex-A系列又分成了32位和64位兩個子系列，由2005年推出的A8內核發展到2017年推出的A55/A75內核。

本書主要關注用于微控制器領域的Cortex-M內核，圖1-6所示是按照運算能力強弱排列的Cortex-M系列內核發展進化圖，注意內核的序號并不代表內核推出的時間順序。

Cortex-M3內核于2004年10月發布，是面向普通嵌入式市場的高性能、低成本的Arm處理器；

Cortex-M1內核于2007年3月發布，是專門面向現場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，FPGA）中應用設計實現的Arm處理器；

Cortex-M0內核于2009年2月發布，目標是打造極低成本、極低功耗的Arm處理器，M0內核并非M3內核的簡化版，與采用哈佛結構的M3內核不同，M0內核采用的是普林斯頓結構；

Cortex-M4內核于2010年2月發布，在M3內核的基礎上增加了浮點運算、數字信號處理（Digital Signal Processor，DSP）等功能，以滿足數字信號控制市場的需求；

Cortex-M0+內核于2012年3月發布，在M0內核的基礎上進一步降低了功耗并提高了性能；

Cortex-M7內核于2014年9月發布，在M4內核的基礎上進一步提升了計算性能和數字信號處理能力，主要面向高端嵌入式市場。

基于性能價格比考慮，目前市場上中端控制應用領域仍然以采用Cortex-M3系列處理器為主，其具有以下特點。

（1）Cortex-M3的速度相對早期用于控制領域的Arm7快三分之一，功耗低四分之三。

（2）Cortex-M3完全基于硬件進行中斷處理，具有更快的中斷速度。

（3）Cortex-M3擁有非常高的性能和極低的中斷延遲，支持多達240個外部中斷，內建了嵌套向量中斷控制器（Nested Vectored Interrupt Controller，NVIC）。

（4）Cortex-M3的低成本、高效率再加上強大的位操作指令，使其非常適合數據通信應用，尤其是無線網絡（如ZigBee和藍牙通信等）。

（5）目前在市場上已經有很多基于Cortex-M3內核的處理器產品，最便宜的價格甚至低于1美元，非常適合對價格敏感的消費類電子產品。