1.前言

基于Cortex-M3/M4的控制器应用广泛，正好受领导之意要将重点转向数字控制方向，借此契机深入学习，希望能有所收获和成长。

2. 什么是Cortex-M处理器？

2.1 是什么处理器

处理器，常指中央处理器即CPU（center processing unit），主要是处理指令和数据，进行运算和控制。处理器的核心是控制器和运算器。

处理器的工作阶段分为5个：取指，译码，执行，访存取数，结果写回。
取指令：将一条指令从主存储器中取到指令寄存器的过程。
译码：取指后，指令译码器按照预定的指令格式，识别区分出不同的指令类别以及各种获取操作数的方法。
执行：执行指令。
访存取数：访问存储器，取操作数（操作数可以是数据，数据地址，或者数据算式）。
结果写回：将数据结果写回，一般是处理器的寄存器。
通俗点解释，处理器工作，就像做一道菜，取指令就是说我想做一道菜，然后拿到一些食材，比如西红柿，鸡蛋，译码就是根据这些食材，就表示要做西红柿炒鸡蛋，执行就是开始西红柿炒鸡蛋，访存取数就是在食材篮里拿食材，结果写回，就是把西红柿鸡蛋炒完后装碗里先寄存，等要吃的时候再拿。

处理器加上外部存储器，时钟，总线，外设等等形成微控制器。

2.2 Cortex-M处理器由来

Cortex处理器是ARM处理器的一部分，而ARM处理器（基于精简指令集RISC）是CPU中的一种。在Cortex处理器出来之前有arm7，arm11等，它出来的原因是arm想将技术深入低成本市场，所以开发了这类处理器。
而Cortex-M是Cortex系列中三类处理器（A，R，M）的其中一类，是面向微控制器系统的。它的类型包括M0，M0+，M1，M3，M4等。M0，M0+，处理能力有限，但是低功耗，M1专门为FPGA应用设计，M3，M4适用稍微复杂处理能力的情况。

2.3 Cortex-M特点

• 三级流水线设计
• 哈佛结构（程序和数据在不同的存储空间）
• 32位寻址，32位寄存器，32位数据和地址
• 低功耗和休眠模式
• 支持多种OS(操作系统)
  Cortex-M3/M4具有以上特点，另外Cortex-M4比Cortex-M3有个升级，可以做浮点运算，在DSP方面性能更高。

2.4 Cortex-M应用

• 微控制器
• 汽车
• 数据通信，如蓝牙，zigbee
• SOC

3.处理器信息

研究cortex-M处理器主要从处理器架构、指令集、存储器系统等基本方面入手。

3.1 架构

架构主要包括两方面：

• 架构。指令集架构（ISA）、编程模型、调试方法
• 微架构。接口信号、指令执行、流水线阶段等

3.2 指令集

指令集主要有arm指令集和thumb指令集，cortex-M主要使用thumb指令集。优点在于：

• 无状态切换
• 高性能
• 软件开发容易

3.3 存储器系统

Cortex-M3/M4处理器不包含存储器，但是有总线接口，可以增加程序存储器，数据存储器和外设。
以上部分将在后续文章中单独介绍。

参考文献

《ARM Cortex-M3与Cortex-M4权威指南》