概要

ARM Cortex-M處理器家族現(xiàn)在有8款處理器成員。在本文中，我們會比較Cortex-M系列處理器之間的產(chǎn)品特性，重點講述如何根據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用選擇正確的Cortex-M處理器。本文中會詳細的對照Cortex-M系列處理器的指令集和高級中斷處理能力，以及SoC系統(tǒng)級特性，調(diào)試和追蹤功能和性能的比較。

1   簡介

今天，ARM Cortex-M處理器家族有8款處理器成員。除此之外，ARM的產(chǎn)品系列還有很多其他的處理器成員。對很多初學(xué)者，甚至某些芯片設(shè)計經(jīng)驗豐富但是不熟悉ARM系列處理器的設(shè)計者來說，也是很容易混淆這些產(chǎn)品的。不同的ARM處理器有不同的指令集，系統(tǒng)功能和性能。本文會深入展現(xiàn)Cortex-M系列處理器之間的關(guān)鍵區(qū)別，以及它們和ARM其他系列處理器的不同。

1.1     ARM處理器家族

多年來，ARM已經(jīng)研發(fā)了相當(dāng)多的不同的處理器產(chǎn)品。 如下圖中（圖1）: ARM處理器產(chǎn)品分為經(jīng)典ARM處理器系列和最新的Cortex處理器系列。并且根據(jù)應(yīng)用范圍的不同，ARM處理器可以分類成3個系列。

Application Processors（應(yīng)用處理器）–面向移動計算，智能手機，服務(wù)器等市場的的高端處理器。這類處理器運行在很高的時鐘頻率（超過1GHz），支持像Linux，Android，MS Windows和移動操作系統(tǒng)等完整操作系統(tǒng)需要的內(nèi)存管理單元（MMU）。 如果規(guī)劃開發(fā)的產(chǎn)品需要運行上述其中的一個操作系統(tǒng)，你需要選擇ARM應(yīng)用處理器.

Real-time Processors（實時處理器）–面向?qū)崟r應(yīng)用的高性能處理器系列，例如硬盤控制器，汽車傳動系統(tǒng)和無線通訊的基帶控制。多數(shù)實時處理器不支持MMU，不過通常具有MPU、Cache和其他針對工業(yè)應(yīng)用設(shè)計的存儲器功能。實時處理器運行在比較高的時鐘頻率（例如200MHz到>1GHz），響應(yīng)延遲非常低。雖然實時處理器不能運行完整版本的Linux和Windows操作系統(tǒng)， 但是支持大量的實時操作系統(tǒng)（RTOS）。

Microcontroller Processors（微控制器處理器）–微控制器處理器通常設(shè)計成面積很小和能效比很高。通常這些處理器的流水線很短，最高時鐘頻率很低（雖然市場上有此類的處理器可以運行在200Mhz之上）。 并且，新的Cortex-M處理器家族設(shè)計的非常容易使用。因此，ARM微控制器處理器在單片機和深度嵌入式系統(tǒng)市場非常成功和受歡迎。

圖SEQ Figure \* ARABIC1:處理器家族

表1總結(jié)了三個處理器系列的主要特征。

	Application processors	Real-time processors	Microcontroller processors
設(shè)計特點	高時鐘頻率，長流水線，高性能，對媒體處理支持（NEON指令集擴展） ,	高時鐘頻率，較長的流水線，高確定性（中斷延遲低）	通常較短的流水線，超低功耗
系統(tǒng)特性	內(nèi)存管理單元(MMU), cache memory, ARM TrustZone®安全擴展	內(nèi)存保護單元(MPU), cache memory,緊耦合內(nèi)存(TCM)	內(nèi)存保護單元(MPU),嵌套向量中斷控制器(NVIC),喚醒中斷控制器(WIC),最新ARM TrustZone®安全擴展.
目標(biāo)市場	移動計算，智能手機，高能效服務(wù)器，高端微處理器	工業(yè)微控制器，汽車電子，硬盤控制器，基帶	微控制器，深度嵌入系統(tǒng)（例如，傳感器，MEMS，混合信號IC, IoT）

表SEQ Table \* ARABIC1:處理器特性總結(jié)