【Cortex-M0】3 ARM Cortex-M0

 

 

ARM公司于2009年推出了Cortex-M0微控制器，这是市场上现有的尺寸最小、能耗最低（在不到 12 K 门的面积内能耗仅有 85 µW/MHz（0.085 毫瓦））、最节能的ARM微控制器。该微控制器能耗非常低、门数量少、代码占用空间小，能保留8位微控制器的价位获得32位微控制器的性能。超低门数还使其能够用于模拟信号设备和混合信号设备及MCU应用中，可明显降低系统成本，同时保留功能强大的Cortex-M3微控制器的工具和二进制兼容能力。该微控制器的推出把ARM的MCU路线图拓展到了超低能耗MCU和SoC应用中，如医疗器械、电子测量、照明、智能控制、游戏设置、紧凑型电源、电源和马达控制、精密模拟系统和IEEE 802.15.4(ZigBee)及Z-Wave系统（特别是在这样的模拟设备中：这些模拟设备正在增加其数字功能，以有效地预处理和传输数据）。 

 

3.1总线架构 

    随着深亚微米工艺技术日益成熟，集成电路芯片的规模越来越大。数字IC从基于时序驱动的设计方法，发展到基于IP复用的设计方法，并在SOC设计中得到了广泛应用。在基于IP复用的SoC（System on Chip的缩写，称为系统级芯片,也有称片上系统）设计中，片上总线设计是最关键的问题。为此，业界出现了很多片上总线标准。其中，由ARM公司推出的AMBA片上总线受到了广大IP开发商和SoC系统集成者的青睐，已成为一种流行的工业标准片上结构。AMBA规范主要包括了AHB(Advanced High performance Bus)系统总线和APB(Advanced Peripheral Bus)外围总线。 

Cortex—M0属于ARMv6-M架构，包括1颗专为嵌入式应用而设计的ARM核、紧耦合的可嵌套中断微控制器NVIC、可选的唤醒中断控制器WIC，对外提供了基于AMBA结构（高级微控制器总线架构）的AHB-lite总线和基于CoreSight技术的SWD或JTAG调试接口，如图3.1-2所示。Cortex-M0微控制器的硬件实现包含多个可配置选项：中断数量、WIC、睡眠模式和节能措施、存储系统大小端模式、系统滴答时钟等，半导体厂商可以根据应用需要选择合理的配置。

 

 

图3.1-2 Cortex-M0架构

 

3.1.1 什么是AMBA

    ARM研发的AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture)提供一种特殊的机制，可将RISC微控制器集成在其它IP芯核和外设中，2.0版AMBA标准定义了三组总线：AHB(AMBA高性能总线)、ASB(AMBA系统总线)、和APB(AMBA外设总线)。

1) AHB（the Advanced High-performance Bus）

　　由主模块、从模块和基础结构(Infrastructure)3部分组成，整个AHB总线上的传输都由主模块发出，由从模块负责回应。基础结构则由仲裁器(arbiter)、主模块到从模块的多路器、从模块到主模块的多路器、译码器(decoder)、虚拟从模块(dummy Slave)、虚拟主模块(dummy Master)所组成，是应用于高性能、高时钟频率的系统模块，它构成了高性能的系统骨干总线（back-bone bus）。它主要支持的特性是：

l 数据突发传输（burst transfer）

l 数据分割传输（split transaction）

l 流水线方式

l 一个周期内完成总线主设备（master）对总线控制权的交接

l 单时钟沿操作

l 内部无三态实现

l 更宽的数据总线宽度（最低32位，最高可达1024位，但推荐不要超过256位）

2) ASB（the Advanced System Bus）

　　是第一代AMBA系统总线，同AHB相比，它数据宽度要小一些，它支持的典型数据宽度为8位、16位、32位。它的主要特征如下：

l 流水线方式

l 数据突发传送

l 多总线主设备

l 内部有三态实现

3) APB（the Advanced Peripheral Bus）

　　是本地二级总线（local secondary bus ），通过桥和AHB/ASB相连。它主要是为了满足不需要高性能流水线接口或不需要高带宽接口的设备的互连。APB的总线信号经改进后全和时钟上升沿相关，这种改进的主要优点如下：

l 更易达到高频率的操作

l 性能和时钟的占空比无关

l STA 单时钟沿简化了

l 无需对自动插入测试链作特别考虑

l 更易与基于周期的仿真器集成

　　APB 只有一个APB桥，它将来自AHB/ASB的信号转换为合适的形式以满足挂在APB上的设备的要求，如串口、定时器等。桥要负责锁存地址、数据以及控制信号，同时要进行二次译码以选择相应的APB设备。

 

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书籍名称：ARM Cortex-M0原理与应用实践

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