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(huì)比較Cortex－M系列處理器之間的產(chǎn)品特性，重點(diǎn)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(huì)詳細(xì)的對(duì)照Cortex－M 系列處理器的指令集和高級(jí)中斷處理能力，以及 SoC系統(tǒng)級(jí)特性，調(diào)試和追蹤功能和性能的比較。
1、簡(jiǎn)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(duì)很多初學(xué)者，甚至某些芯片設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)豐富但是不熟悉ARM系列處理器的設(shè)計(jì)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(huì)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。
1．1ARM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(gè)系列。
Application Processors（應(yīng)用處理器）–面向移動(dòng)計(jì)算，智能手機(jī)，服務(wù)器等市場(chǎng)的的高端處理器。這類處理器運(yùn)行在很高的時(shí)鐘頻率（超過1GHz），支持像Linux，Android，MS Windows和移動(dòng)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(yùn)行上述其中的一個(gè)操作系統(tǒng)，你需要選擇ARM 應(yīng)用處理器．
Real－time Processors （實(shí)時(shí)處理器） –面向?qū)崟r(shí)應(yīng)用的高性能處理器系列，例如硬盤控制器，汽車傳動(dòng)系統(tǒng)和無線通訊的基帶控制。多數(shù)實(shí)時(shí)處理器不支持MMU，不過通常具有MPU、Cache和其他針對(duì)工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器功能。實(shí)時(shí)處理器運(yùn)行在比較高的時(shí)鐘頻率（例如200MHz 到 ＞1GHz ），響應(yīng)延遲非常低。雖然實(shí)時(shí)處理器不能運(yùn)行完整版本的Linux和Windows操作系統(tǒng)， 但是支持大量的實(shí)時(shí)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(jì)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(shí)鐘頻率很低（雖然市場(chǎng)上有此類的處理器可以運(yùn)行在200Mhz之上）。 并且，新的Cortex－M處理器家族設(shè)計(jì)的非常容易使用。因此，ARM 微控制器處理器在單片機(jī)和深度嵌入式系統(tǒng)市場(chǎng)非常成功和受歡迎。
圖 1： 處理器家族
表1總結(jié)了三個(gè)處理器系列的主要特征。
表 1： 處理器特性總結(jié)
1．2Cortex－M 處理器家族
Cortex－M處理器家族更多的集中在低性能端，但是這些處理器相比于許多微控制器使用的傳統(tǒng)處理器性能仍然很強(qiáng)大。例如，Cortex－M4和Cortex－M7處理器應(yīng)用在許多高性能的微控制器產(chǎn)品中，最大的時(shí)鐘頻率可以達(dá)到400Mhz。
當(dāng)然，性能不是選擇處理器的唯一指標(biāo)。在許多應(yīng)用中，低功耗和成本是關(guān)鍵的選擇指標(biāo)。因此，Cortex－M處理器家族包含各種產(chǎn)品來滿足不同的需求：
表 2： Cortex－M 處理器家族
不同于老的經(jīng)典ARM處理器（例如，ARM7TDMI， ARM9）， Cortex－M處理器有一個(gè)非常不同的架構(gòu)。例如：
——僅支持ARM Thumb?指令，已擴(kuò)展到同時(shí)支持16位和32位指令Thumb－2版本
——內(nèi)置的嵌套向量中斷控制負(fù)責(zé)中斷處理，自動(dòng)處理中斷優(yōu)先級(jí)，中斷屏蔽，中斷嵌套和系統(tǒng)異常處理。
——中斷處理函數(shù)可以使用標(biāo)準(zhǔn)的C語言編程，嵌套中斷處理機(jī)制避免了使用軟件判斷哪一個(gè)中斷需要響應(yīng)處理。同時(shí)，中斷響應(yīng)速度是確定性的，低延遲的
——向量表從跳轉(zhuǎn)指令變?yōu)橹袛嗪拖到y(tǒng)異常處理函數(shù)的起始地址。
——寄存器組和某些編程模式也做了改變。
這些變化意味著許多為經(jīng)典ARM處理器編寫的匯編代碼需要修改，老的項(xiàng)目需要修改和重新編譯才能遷移到Cortex－M的產(chǎn)品上。
