原创 Cortex-M4介绍

    Cortex-M4处理器具有一个单时钟周期乘法累加（MAC）单元、优化的单指令多数据（SIMD）指令、饱和运算指令和一个可选的单精度浮点运算单元（FPU）。这些数字信号处理功能基于一系列ARMCortex-M系列处理器所采用的创新技术，包括：高性能32位内核，可达1.25DMIPS/MHz；Thumb?-2指令集，提供最佳的代码密度；和一个嵌套向量中断控制器，能完成出色的中断处理。此外，该处理器还提供了一个可选的内存保护单元（MPU），提供低成本的调试/追踪功能和集成的休眠状态，以增加灵活性。嵌入式开发者将得以快速设计并推出令人瞩目的终端产品，具备最多的功能以及最低的功耗和尺寸。

    为基于DSP技术的市场提供追踪服务的领先市场调研公司ForwardConcepts总裁WillStrauss表示：“嵌入式市场对于信号处理的要求已经从专用处理器转向了混合微控制器。这些产品能够提供出色的数字信号控制，同时又能为有效地进行其它处理操作提供灵活性。ARM的合作伙伴将从引入Cortex-M4处理器中获益，因为Cortex-M4不仅具备了最佳的数字信号控制操作所需的所有功能，还结合了深受市场认可的Cortex-M系列处理器的低功耗特点。”

    ARM物理IP系列能为Cortex-M4处理器提供最广泛的代工厂和技术支持，以完成物理实现。这包括针对台积电CE018FG（180nmULL）工艺提供的Cortex-M低功耗优化包，专门满足需要进行超低功耗实现的合作伙伴所需。

    针对那些定位于高性能MCU器件的合作伙伴，ARM同样提供在领先的代工厂工艺上的物理IP解决方案。为实现下一代MCU器件所提出的150MHz目标频率，ARM针对65nmGLOBALFOUNDRIES65LPe工艺的物理IP能够仅以65000门和低于40μW/MHz的动态功耗完成Cortex-M4处理器的标准实现。如果添入FPU，也仅需增加25000门电路，从而能够以业界领先的尺寸完成该处理器的高性能实现。

    Keil^TMMDK-ARM（微控制器开发套件）为Cortex-M4提供了强大的开发工具支持，该开发套件中包括了业内标准的ARM编译器，并提供对SIMD和FPU的扩展支持。此外，MDK-ARM中还包括了Cortex-M4处理器指令的完整仿真的μVision?4，以及具有先进追踪功能的目标调试功能。

    此外，Cortex-M4处理器还得到了来自ARMConnectedCommunity^TM成员提供的开发工具、调试器和实时操作系统（RTOS）的支持。ARMConnectedCommunity是业界最大的公司合作联盟生态系统，其成员联合起来共同为基于ARM架构的产品提供从设计到制造的完整解决方案。以下将介绍更多细节。

    Cortex微控制器软件接口标准（CMSIS）

    Cortex-M4处理器得到Cortex微控制器软件接口标准（CMSIS）的完全支持。CMSIS是独立于供应商的Cortex-M处理器系列硬件抽象层，为外设和实时操作系统提供了一致的、简单的软件接口。

    ARM目前正在对CMSIS进行扩展，将加入支持Cortex-M4扩展指令集的C编译器；同时，ARM也在开发一个优化库，方便MCU用户开发信号处理程序。该优化库将包含数字滤波算法和其他基本功能，例如数学计算、三角计算和控制功能。数字滤波算法也将可以与滤波器设计工具和设计工具包（例如MATLAB和LabVIEW）配套使用。

    此外，ARM还开发了一系列Cortex-M4硬件和软件培训课程，以保证授权者能有效地将Cortex-M4处理器融入其设计，并以最低的市场风险和最短的上市时间实现最优的系统性能。

    Cortex-M4处理器已被五家领先的MCU半导体公司授权获得，其中包括恩智浦、意法半导体和德州仪器。

    恩智浦半导体微控制器产品线总经理GeoffLees表示：“在我们的ARMCortex-M产品线中加入ARMCortex-M4处理器，是对我们原有的基于Cortex-M3和Cortex-M0处理器的产品系列的一个补充，将使我们能够为MCU市场提供端到端的解决方案。Cortex-M4处理器的推出将促成新一代微控制器的诞生，它将能满足信号处理市场对高性能、低成本的需求。”

    意法半导体微控制器部门32位MCU市场经理SemirHaddad表示：“Cortex-M4处理器将Cortex-M内核的应用扩展到了需要大量数学计算的应用。基于Cortex-M4处理器的产品线将完善我们的STM32微控制器产品线，从而使得我们的客户在得益于STM32的可扩展性特点的同时，还能获得增强的信号处理能力。”

    德州仪器全球Stellaris?MCU营销总监JeanAnneBooth表示：“CortexM4处理器使得PID回路和上层运动控制能够更好、更稳定地工作，提高了开发者通过高效电机控制实现节能的能力。同时，CortexM4处理器也为使用如LabVIEW和Matlab/Simulink等元语言工具的广大非程序员打开了通往ARMMCU世界的大门。此外，CortexM4处理器还提供原生C/C++应用的支持，使得在深度嵌入式系统中也能采用在工作站、手机和一般嵌入式处理器中所采用的相同算法，从而达到节省时间和降低风险的目的。”

    ARM处理器部门营销副总裁EricSchorn表示：“在过去一段时间内，ARM曾经在处理器中添加了DSP功能，并在应用市场中取得了巨大的成功。但这是我们第一次在针对深度嵌入式设备设计的处理器中采用数字信号控制功能。CortexM4处理器的设计是为了满足众多嵌入式应用对信号处理的日益增长的需求，这些应用包括电机控制、汽车电子、工业自动化、电源管理和音频应用。”