Cortex-M3

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Der Cortex-M3 ist ein Mikroprozessor mit ARM-Architektur, genauer gesagt mit einer ARMv7-Architektur.

Inhaltsverzeichnis

1 Prinzipieller Aufbau
2 Thumb2
3 Peripherie
4 Weblinks

[Bearbeiten] Prinzipieller Aufbau

Herzstück des Cortex-M3-Prozessors ist der CM3-Kern mit dreistufiger Pipeline, basierend auf der Harvard-Architektur. Ältere ARM-Prozessoren basieren auf der Von-Neumann-Architektur, wo ein Daten- und Adressbuss zum Laden von Befehlen und Daten verwendet wird. Die Harvard-Architektur zeichnet sich dadurch aus, dass zwei getrennte Bus-Systeme (und zwei getrennte Speicher) zum Laden von Daten und Befehlen existieren, d. h. der Prozessor kann gleichzeitig Daten als auch Adressen lesen (bzw. Daten in den Speicher zurückschreiben). Nach außen hin (Programmiermodell) ist der Cortex-M3 allerdings ein Von-Neumann-Modell.

Bei einem 32-Bit-Prozessor ist der ansprechbare Speicherbereich mit 4 Gigabyte für einen Microcontroller überdimensional groß. Daher existieren genügend Adressen, um beide Speicher im gemeinsamen Adressraum abzulegen. Für den Programmierer des Systems ist dies ein überaus großer Vorteil, da Daten, welche im Flash abgelegt werden (Konstanten, Strings, etc.) direkt linear addressiert werden und nicht erst mit umständlichen Befehlen aus dem Flash geladen werden müssen.

In den Core wurden einige neue Features integriert, wie z. B. eine Art Sprungvorhersage und Multiplikation in nur einem Takt.

[Bearbeiten] Thumb2

Weiterhin arbeitet der Prozessorkern ausschließlich mit dem neuen Befehlssatz Thumb2, welcher ihn um einiges effektiver arbeiten lässt als ältere ARM-Prozessoren mit Thumb (bezogen auf die Ausführungszeit) und um ein vielfaches platzsparenderen Code erzeugt als ältere ARM-Prozessoren im ARM-Mode.

Thumb2-Befehle sind (wie Thumb) nur 16 Bit lang, und sozusagen optimiert auf die Verwendung eines 16-Bit-Speichers.

Ein weiterer großer Vorteil des Cortex-M3 ist, dass der Programmierer für vergeichsweise einfache Aufgaben über keine genauen Kenntnisse des internen Aufbaus des Kerns verfügen muss, und auch keine Assemblerkenntnisse zum Programmieren benötigt.

Der Prozessor ist (ziemlich) komplett in C aufsetzbar und programmierbar. Dies ist ein großer Vorteil für die Portierbarkeit von Systemen mit verschiedenen Prozessorkernen, da die Software meist in C geschrieben ist.

Ein hardware-basiertes Interrupt-Schema ermöglicht ein sehr einfaches Schreiben von Interrupt-Handlern, ohne dass erst komplizierter Start-up-code in Assembler geschrieben und Register umgesetzt werden müssen.

Der zugrundeliegende Thumb2-Befehlssatz des Cortex setzt nahezu alle ARM-Befehle in 16-Bit Befehlsbreite um und ist außerdem so entworfen, dass in C geschriebener Code sehr effizient in Thumb2-Assemblercode übersetzt werden kann. So existieren in Thumb2 z. B. native Bitfield manipulation, Hardware-Division und If-Then-Anweisungen.

[Bearbeiten] Peripherie

Der Cortex-M3 bringt bereits einige Peripherien mit sich. So sind z.B. ein echter Vectored-Interrupt-Controller (VIC), Memory-Protection, Timer und Debug- und Trace-Möglichkeiten in den Prozessor integriert.

Eine erste Implementierung dieses Prozessorkerns gibt es von Luminary als „Stellaris“-Microcontroller. Ein Beispiel ist der LM3S811.