ARM是英国的芯片设计公司,其最成功的莫过于32位嵌入式CPU核----ARM系列,最常用的是ARM7和ARM9,ARM公司主要提供IP核,就是CPU的内核结构,只包括最核心的部分,并不是完整的处理器. ARM把这个核卖给各大半导体公司,如 Pllips 三星 ,ATMEL 等等,许多公司,甚至Intel.
ARM Cortex-M3 处理器初探
单片机市场的规模可以用“巨无霸”来形容，预计到2010时每年能有20G片的出货量。世界各地的器件供应商纷纷亮出自己的得意之作，他们提供的器件和架构也是各具特色。业界内部可谓是百花齐放，热闹非凡，好戏不断。各行各业对单片机能力的要求也一直“得寸进尺”，而且还又要马儿跑，又要马儿不吃草——处理器必须在不怎么增加主频和功耗的条件下干更多的活儿。 另一方面， 处理器之间的互连也在加深， 看这一串串熟悉的字眼： 串口，USB，以太网，无线数传……处理器如欲支持这些数据通道，就必须在片上塞进更多的外设。软件方面的情况也如出一辙：应用程序的功能一直在花样翻新，性能需求也是变本加厉：更高的运算速度，更硬的实时能力，更多的功能模块，更炫的图形界面，……所有这些要求单片机都得照单全收。在这个大环境下，ARM Cortex‐M3处理器，作为Cortex系列的处女作，为了让32位处理器入主作庄单片机市场，轰轰烈烈地诞生了！由于采用了最新的设计技术，它的门数更低，性能却更强。许多曾经只能求助于高级32位处理器或DSP的软件设计，都能在CM3上跑得很快很欢。相信用不了多久，CM3就一定能在32位嵌入式处理器市场中脱颖而出，像当年8051推动整个业界那样，再次放飞设计师的梦想，实现多年的夙愿！
CM3的招牌功夫包括：
? 性能强劲。在相同的主频下能做处理更多的任务，全力支持劲爆的程序设计。
? 功耗低。延长了电池的寿命——这简直就是便携式设备的命门（如无线网络应用）。
? 实时性好。采用了很前卫甚至革命性的设计理念，使它能极速地响应中断，而且响应
中断所需的周期数是确定的。
? 代码密度得到很大改善。一方面力挺大型应用程序，另一方面为低成本设计而省吃俭用。
? 使用更方便。现在从8位/16位处理器转到32位处理器之风刮得越来越猛，更简单的编
程模型和更透彻的调试系统，为与时俱进的人们大大减负。
? 低成本的整体解决方案。让32位系统比和8位/16位的还便宜，低端的Cortex‐M3单片机甚至还卖不到1美元。
? 遍地开花的优秀开发工具。免费的，便宜的，全能的，要什么有什么。
降低成本还有一招，就是使基础代码在所有系统中都可以重用，至少要方便移植。CM
的内核架构非常精工细作，使它与C语言成为了一个梦幻绝配。优质的C程序代码三下五除二就可以移植并重用，使升级和移植一下子从拦路虎变成了纸老虎。
值得一提的是，CM3并不是第一个被拿去做万金油型处理器的内核。那廉颇虽老却依然骁勇的ARM7/ARM9处理器，在通用嵌入式处理器市场中德高望重，至今拥有无数铁杆粉丝。半导体业界的群英们，像NXP（philips）、TI、Atmel、OKI、ST等，都以ARM为内核，做出了各自身怀绝技的32位MCU。ARM7作为最受欢迎的32位嵌入式处理器，被载入了亮煌煌的几页史册——每年超过10亿片出货量，为各行各业的嵌入式设备中都找得到它们的身影。
CM3作为ARM7的后继者，大刀阔斧地改革了设计架构。从而显著地简化了编程和调试的复杂度，处理能力也更加强大。除此之外，CM3还突破性地引入了很多时尚的甚至崭新的技术，专门满足单片机应用程序的需求。比如，服务于“使命‐关键”应用的不可屏蔽中断，极度敏捷并且拥有确定性的嵌套向量中断系统，原子性质的位操作，还有一个可选的内存保护单元。这些令人惊艳和振奋的新特性，让老的ARM玩家们再次找到“初恋”时烈焰迸发的感觉，也使萍水相逢就有激爽触电般的体验！相信读者一旦有机会用到了它，就会为它的秀外慧中而赞叹，爱不释手！
Cortex-M3 处理器内核 vs. 基于Cortex-M3的MCU
Cortex‐M3处理器内核是单片机的中央处理单元（CPU）。完整的基于CM3的MCU还需要很多其它组件。在芯片制造商得到CM3处理器内核的使用授权后，它们就可以把CM3内核用在自己的硅片设计中，添加存储器，外设，I/O以及其它功能块。不同厂家设计出的单片机会有不同的配置，包括存储器容量、类型、外设等都各具特色。本书主讲处理器内核本身。如果想要了解某个具体型号的处理器，还需查阅相关厂家提供的文档。
一路走来让我们回顿一下ARM的进化史，你会知道为什么会有品种如此之多的ARM处理器和ARM架构。ARM在1990年成立，当初的名字是“Advanced RISC Machines Ltd.,”，当时它是三家公司的合资——它们分别是苹果电脑，Acorn电脑公司，以及VLSI技术（公司）。在1991年，ARM推出了ARM6处理器家族，VLSI则是第一个吃螃蟹的人。后来，陆续有其它巨头：包括TI, NEC, Sharp, ST等，都获取了ARM授权，它们真正地把ARM处理器大面积地辅开，使得ARM处理器在手机，硬盘控制器，PDA，家庭娱乐系统以及其它消费电子中都大展雄才。
现如今，ARM芯片的出货量每年都比上一年多20亿片以上。不像很多其它的半导体公司，ARM从不制造和销售具体的处理器芯片。取而代之的，是ARM把处理器的设计授权给相关的商务合作伙伴，让他们去根据自己的强项设计具体的芯片，这些伙伴可都是巨头啊。基于ARM低成本和高效的处理器设计方案，得到授权的厂商生产了多种多样的的处理器、单片机以及片上系统(SoC)。这种商业模式就是所谓的“知识产权授权”。
除了设计处理器，ARM也设计系统级IP和软件IP。为了挺它们，ARM开发了许多配套的基础开发工具、硬件以及软件产品。使用这些工具，合作伙伴可以更加舒心地开发他们自己的产品。
ARM的各种架构版本
ARM十几年如一日地开发新的处理器内核和系统功能块。这些包括流行的ARM7TDMI处
理器，还有更新的高档产品ARM1176TZ(F)‐S处理器，后者能拿去做高档手机。功能的不断进化，处理水平的持续提高，年深日久造就了一系列的ARM架构。要说明的是，架构版本号和名字中的数字并不是一码事。比如，ARM7TDMI是基于ARMv4T架构的（T表示支持“Thumb指令”）； ARMv5TE架构则是伴随着ARM9E处理器家族亮相的。 ARM9E家族成员包括ARM926E‐S和ARM946E‐S。ARMv5TE架构添加了“服务于多媒体应用增强的DSP指令”。 后来又出了ARM11，ARM11是基于ARMv6架构建成的。基于ARMv6架构的处理器包括ARM1136J(F)‐S，ARM1156T2(F)‐S，以及ARM1176JZ(F)‐S。ARMv6是ARM进化史上的一个重要里程碑：从那时候起，许多突破性的新技术被引进，存储器系统加入了很多的崭新的特性，单指令流多数据（SIMD）指令也是从v6开始首次引入的。而最前卫的新技术，就是经过优化的Thumb‐2指令集，它专为低成本的单片机及汽车组件市场。
ARMv6的设计中还有另一个重大的决定：虽然这个架构要能上能下，从最低端的MCU到最高端的“应用处理器”都通吃，但不能因此就这也会，那也会，但就是都不精。仍须定位准确，使处理器的架构能胜任每个应用领域。结果就是，要使ARMv6能够灵活地配置和剪裁。对于成本敏感市场，要设计一个低门数的架构，让她有极强的确定性；另一方面，在高端市场上，不管是要有丰富功能的还是要有高性能的，都要有拿得出手的好东西。
最近的几年，基于从ARMv6开始的新设计理念，ARM进一步扩展了它的CPU设计，成果
就是ARMv7架构的闪亮登场。在这个版本中，内核架构首次从单一款式变成3种款式。
? 款式A：设计用于高性能的“开放应用平台”——越来越接近电脑了
? 款式R：用于高端的嵌入式系统，尤其是那些带有实时要求的——又要快又要实时。
? 款式M：用于深度嵌入的，单片机风格的系统中——本书的主角。 让我们再进距离地考察这3种款式：
? 款式A（ARMv7‐A）：需要运行复杂应用程序的“应用处理器”支持大型嵌入式操作系统（不一定实时——译注），比如Symbian（诺基亚智能手机用），Linux，以及微软的Windows CE和智能手机操作系统Windows Mobile。这些应用需要劲爆的处理性能，并且需要硬件MMU实现的完整而强大的虚拟内存机制，还基本上会配有Java支持，有时还要求一个安全程序执行环境（用于电子商务——译注）。典型的产品包括高端手机和手持仪器，电子钱包以及金融事务处理机。
? 款式R（ARMv7‐R）：硬实时且高性能的处理器。标的是高端实时市场。那些高级
的玩意，像高档轿车的组件，大型发电机控制器，机器手臂控制器等，它们使用的处理
器不但要很好很强大，还要极其可靠，对事件的反应也要极其敏捷。
? 款式M（ARMv7‐M）：认准了旧世代单片机的应用而量身定制。在这些应用中，尤其是对于实时控制系统，低成本、低功耗、极速中断反应以及高处理效率，都是至关重要的。
Cortex系列是v7架构的第一次亮相，其中Cortex‐M3就是按款式M设计的。 到目前为止，Cortex‐M3也是款式M中被抚养成人的独苗。