1.2.5. Группы Performance Line и Access Line

Семейство STM32 состоит из двух отдельных групп: Performance Line и Access Line. МК Performance Line оснащены полным набором УВВ и работают на тактовых частотах не более 72 МГц. В свою очередь, МК Access Line имеют ограниченный набор УВВ и имеют сниженное до 32 МГц быстродействие. Важно заметить, что среди микроконтроллеров разных групп имеются версии в одинаковых корпусах и с одинаковым расположением выводов. Благодаря этому, появляется возможность устанавливать на одну и ту же печатную плату совместимые микроконтроллеры из разных групп.

2. Обзор процессоров Cortex

Как упоминалось во введении, процессор Cortex является встраиваемым ядром нового поколения компании ARM. Он выполнен с некоторыми отходами от идей, заложенных в основу предшествующих ЦПУ ARM, состоит из завершенного процессорного ядра (образован ЦПУ Cortex и окружающим его набором системных ресурсов) и является "сердцем" встраиваемых систем. В связи с большим разнообразием встраиваемых систем, процессор Cortex выпускается в различных прикладных профилях. Профиль обозначается после наименования Cortex. Существует три профиля:

• Cortex-A- прикладные процессоры для сложных операционных систем (ОС) и пользовательских приложений. Поддерживают наборы инструкций ARM, Thumb и Thumb-2.

• Cortex-R- профиль для операционных систем реального времени. Поддерживают наборы инструкций ARM, Thumb и Thumb-2.

• Cortex-M- микроконтроллерный профиль, оптимизированный под требования критичных к стоимости применений. Поддерживает только набор инструкций Thumb-2.

Число, завершающее наименование процессора Cortex, указывает на его уровень рабочих характеристик, причем 1 указывает на самый низкий уровень, а 8 - на самый высокий. На данный момент в микроконтроллерном профиле наивысший уровень характеристик - третий. Микроконтроллеры STM32 выполнены на основе процессора Cortex-M3.

2.1. Версии архитектур arm

Иногда ARM ссылается на свои процессоры по наименованию версии архитектуры, что может сбить с толку. (Примеры записи версий архитектур: ARMV6, ARMV7 и т.д.). Версия архитектуры процессора Cortex M3 - ARMV7M.

Процессор Cortex-M3 выполнен по архитектуре ARMV7 и поддерживает выполнение инструкций Thumb-2

Таким образом, документация на Cortex-M3 состоит из справочного руководства по процессору Cortex-M3 и справочного руководства по архитектуре ARMV7M. Оба этих документа можно скачать с сайта ARM.

2.2. Процессор Cortex и цпу Cortex

Чтобы подчеркнуть отличия между завершенным встраиваемым ядром Cortex и внутренним RISC ЦПУ, далее будут использоваться термины процессор Cortex и ЦПУ Cortex, соответственно. В следующем параграфе будут рассмотрены ключевые особенности ЦПУ Cortex, а затем системные ресурсы процессора Cortex.

2.3. Цпу Cortex

Основой процессора Cortex является 32-битное RISC ЦПУ. Данное ЦПУ использует упрощенную модель программирования ARM7/9, но, при этом, более обширный набор инструкций с хорошей поддержкой целочисленной арифметики, улучшенными битовыми операциями и более строгими реально-временными характеристиками.

2.3.1. Конвейер

ЦПУ Cortex способно выполнять большинство инструкций за один цикл. Также как и у ЦПУ ARM7 и ARM9, это достигается с помощью трехступенчатого конвейера.

ЦПУ Cortex-M3, также как и ARM7/ARM9, использует трехступенчатый конвейер. Однако Cortex-M3 также поддерживает предсказание переходов для минимизации количества перезагрузок конвейера

Во время выполнения одной инструкции, следующая - дешифрируется, а третья - считывается из памяти. Этот механизм отлично работает с линейным кодом, но, если требуется выполнить переход, то, прежде чем продолжить выполнение кода программы, потребуется очистка и перезагрузка конвейера. У ЦПУ ARM7 и ARM9 переходы существенно ограничивают производительность исполнения кода программы. Во избежание этого, трехступенчатый конвейер ЦПУ Cortex оснащен логикой предсказания переходов. Это означает, что при достижении инструкции условного перехода выполняется упреждающая выборка и, в результате, оба назначения инструкции условного перехода будут доступны для исполнения и снижение производительности не произойдет. Хуже обстоят дела с инструкциями косвенного перехода, т.к. в этом случае упреждающую выборку выполнить нельзя и перезагрузка конвейера может оказаться неизбежной.

Таким образом, конвейер - инструмент, от которого зависит результирующая производительность ЦПУ Cortex и который не требует каких-либо действий со стороны кода программы.