如何从“基本”微控制器过渡到ARM Cortex？

我在使用来自多家制造商的8位内核（即8051，PIC和AVR）方面有多年的经验，现在我有了一个Cortex M0。具体来说这一个，但我希望我们能比这更普遍。

事实证明，这要超出我的讨价还价了，有多个文档以不同的详细程度描述了系统的不同部分，但实际上我还没有看到将它们连接在一起的事实。相比之下，只有一份数据手册可以解释所有内容。我了解首先需要记录的内容还很多，但是格式的变化使我陷入困境。

上面的网站有一个文档，它很好地概述了每个子系统和外围设备，另一个文档则详细描述了每个寄存器，我拥有其SDK的所有源代码，包括头文件和一些复杂的示例，但是我仍然看到没有描述它如何连接在一起的东西。

是否有Cortex架构的简要介绍，解释了小型控制器所不具备的功能（例如从CPU到外设的多层总线，每个总线都有自己的看门狗定时器），以及它们如何连接在一起？

我曾经研究过AVR和基于ARM Cortex-M3 / M4 / R4的MCU。我想我可以提供一些一般性建议。这将假定您使用C而不是汇编进行编程。

CPU实际上是最简单的部分。基本的C数据类型将具有不同的大小，但是无论如何您都在使用uint8 / 16 / 32_t，对吗？:-)现在，所有整数类型都应该相当快，其中32位（int）是最快的。您可能没有FPU，因此请继续避免浮动和加倍。

首先，努力了解系统级体系结构。这意味着IO，时钟，存储器，复位和中断。同样，您需要习惯于内存映射外设的想法。在AVR上，您可以避免考虑这一点，因为寄存器具有唯一的名称，并为其定义了唯一的全局变量。在更复杂的系统上，通常通过基地址和偏移量来引用寄存器。一切归结为指针运算。如果您对指针不满意，请立即开始学习。

对于IO，请弄清楚如何处理外围设备复用。是否有中央多路复用器控件来选择哪些引脚是外设信号以及哪些是GPIO？还是使用外设寄存器将引脚设置为外设模式？当然，您将需要知道如何将GPIO配置为输入和输出，并启用漏极开路模式和上拉/下拉功能。外部中断通常也属于此类。GPIO非常通用，因此您的经验将在这里为您服务。

时钟归结为几件事。您从时钟源开始，通常是晶体或内部RC振荡器。这用于创建一个或多个系统级时钟域。高速芯片将使用PLL，您可以将其视为倍频器。在各个点上还将有时钟分频器。他们要考虑的关键因素是您的CPU时钟频率应该是多少，以及通信外围设备所需的比特率。通常这是非常灵活的。当您变得更高级时，您可以了解诸如低功耗模式之类的东西，这些通常基于时钟门控。

内存表示闪存和RAM。如果您有足够的RAM，那么在早期开发期间将程序保存在其中通常会更快，因此您不必一遍又一遍地编程闪存。这里最大的问题是内存管理。您的供应商应提供示例链接脚本，但您可能需要根据程序的性质为代码，常量，全局变量或堆栈分配更多的内存。更高级的主题包括代码安全性和运行时闪存编程。

重置非常简单。通常，您只需要注意看门狗定时器，就可以在默认情况下启用它。一遍又一遍地运行相同的代码时，重置在调试过程中更为重要。这样容易由于序列问题而遗漏错误。

关于中断，您需要了解两件事-如何启用和禁用中断以及如何配置中断向量。AVR-GCC使用ISR（）宏为您完成后者，但是在其他体系结构上，您可能必须手动将功能地址写入寄存器。

微控制器外围设备通常彼此独立，因此您可以一次学习它们。选择一个外设并使用它来学习系统级内容的一部分可能会有所帮助。Comm外设和PWM适用于时钟和IO，定时器适用于中断。

不要被复杂性所吓倒。这些“基本”微控制器已经教会了您很多需要了解的知识。如果您需要我澄清任何事情，请告诉我。

请记住，ARM拥有微处理器的知识产权，但实际上并不构成零件，这很有用。取而代之的是，制造商许可使用各种ARM处理器版本，并通过功能和外围设备的单独混合来生产自己的独特部件。

话虽这么说，如果您是该体系结构的新手，那么从ARM的文档开始，这实际上是所有此类微处理器的基础文档，可能很有意义。

例如，在ARM网站上描述了Cortex-M0 。

还有一本与ARM相关的书籍清单，可满足各种各样的需求和兴趣。

最后，还有特定制造商的数据表。对于M0，赛普拉斯，恩智浦和意法半导体只是众多基于Cortex-M0的实际零件制造商中的三个。

（不，我从不为ARM工作，也从未如此。）

一个很大的区别是使用供应商提供的库。对于PIC，Atmel等，大多数开发人员并未使用基本的库（用于gpio，计时器，ADC等）。根据我的经验，在编写自己的代码时，人们（最多）会使用它们作为指导。

但是，对于ARM，几乎总是使用这些库。建议制造商遵循一个标准“ CMSIS”。大多数都做。它有助于代码的可移植性（在不同的ARM之间和制造商之间），并提供了一种“标准化”的方法来构造代码。人们习惯于看到和理解库的功能。

当然，有一些开发人员可以直接访问寄存器，但是它们是异常值：)

为了回答您的问题，我发现通读图书馆文档非常有帮助。ST拥有完善的代码，并带有由Doxygen创建的大型帮助文件。您可以查看每个硬件模块的所有选项。

以GPIO为例，初始化函数处理：

• 方向（向内或向外）
• 上拉/下拉
• 开集/推挽
• 摆率
• 等等

通过查看选项，您可以看到可能的结果。并且，当然，您将学习如何将这些选项传递给Init函数！

好的，现在我已经说过了，我看到您的特定ARM没有兼容CMSIS的库。相反，他们可以下载其专有的SDK。我将开始寻找他们的SDK文档。

如果您不喜欢该特定产品，那么我建议您选择其他具有更多兼容库的供应商。无论如何，您都将攀登学习曲线，因此也可能使您的投资更具可移植性...

ARM很有趣！我没有回头。

是搬家的好时机；8位快死了；当您以5美元的价格购买带有STM32F103的板卡时，STM32F103是功能强大的32位ARM微控制器（甚至带有USB！），毫无疑问，时代已经改变了。

您已经有了一些很好的答案，但是主要是我要说“忘记组装”，几乎要说“忘记关心cpu的工作原理”-有一天，您将需要深入研究（特定的优化或用于调试），但ARM内核（根据设计）运行C代码的表现异常出色，并且您很少需要深入研究内胆。

这确实意味着您将花费一定的时间来应对编译器（尤其是链接器和makefile）的问题，以掩盖您的晦涩错误，但它们都是可以克服的。

直到您真正需要优化的那一天，关于ARM的工作原理（即ARM cpu书籍）的内容都很繁琐，并且并不十分有趣（而且您会惊讶地发现，拥有32位寄存器和PLL的情况很少见） d CPU时钟在100MHz的范围内。

“拆弹” ARM指令集比起更新的“ Thumb2”（在大多数现代微控制器级ARM（Cortex）上可以找到）更容易阅读反汇编代码，但同样也体现了汇编语言指令的内在特性。大部分消失在背景中；如果您拥有正确的工具集（尤其是带有断点/单个步骤等的体面的源代码级调试器），则根本就不必担心它是ARM。

一旦进入了32位寄存器和32位数据总线宽度的世界，而您想在片上获得的所有东西，您就再也不需要回到8位CPU了。基本上，“轻松”和编写代码比提高效率更易读常常没有任何惩罚。

但是...外围设备...是的，还有麻烦。

您肯定会在现代MCU上玩很多东西，其中很多都是花哨的东西。您经常会发现复杂的世界，远远超出了AVR，PIC和8051片上外围设备。

一个可编程计时器？不，有八个！DMA？12个具有可编程优先级和突发模式，链接模式以及自动重载和.. and .. and ...的通道怎么样

I2C？I2S？数十个引脚混合选项？重新编程片上闪存的十五种不同方式？当然！

通常感觉就像您从饥荒过渡到外围设备的盛宴一样，通常您会欣赏整块芯片，但却很少使用（因此，时钟门控）。

如今，片上硬件的数量（以及仅一个供应商的芯片产品线的变化）就令人难以置信。一个芯片供应商当然会倾向于重复使用IP块，因此，一旦您熟悉某个品牌，它就会变得更容易，但是“如今做起来很疯狂”。

如果外围设备及其交互（以及DMA和中断，总线分配以及and ...）非常复杂（有时，与数据表中所描述的不完全一样），那么工程师经常会选择最喜欢的ARM MCU和倾向于仅仅因为他们熟悉外围设备和开发工具而坚持使用它。

良好的库和开发工具（即使用适当的调试器进行快速的编译+调试周期）和大量可运行的示例代码项目对于当今选择ARM MCU绝对至关重要。似乎大多数供应商现在都拥有极其便宜的评估板（

正如我确定的那样，一旦您超越了ARM的微控制器级别并进入SOC级别（例如Raspberry Pi / etc风格的SOC），规则就会完全改变，这一切与您要使用的Linux类型有关跑，因为 - 有难以察觉的例外 - 你会吠叫疯狂尝试别的。

基本上; 无论在这次演出中为您预先选择的CPU是多少（可能），请从几个不同的供应商（TI，STM，Freescale等公司）中购买一些基于超便宜Cortex的评估板，并且对提供的示例代码有所了解。

最后的建议；一旦在数据表中找到第3页或第3页，该页描述了您正在使用的确切零件号芯片的引脚混合选项，您可能需要将其打印出来并粘贴在墙上。在一个项目的后期发现，由于引脚混合无法实现某种外围设备的组合是没有意思的，有时信息被掩埋了，您发誓他们会试图隐藏它:-)

我也来自AVR，现在通常坚持使用STM32（Cortex-M）。这是我对初学者的建议，并反映了我刚开始时遇到的困难：

1. 获得带有调试器或至少一个JTAG连接器的电路板（然后购买JTAG调试器）。周围有很多便宜的东西，使用它可以节省很多时间。

2. 获得包含所有内容的良好IDE。我很久以前就推荐过CooCox CoIDE。从那时起，它停止并重新开始了开发，所以我不确定现在情况如何。“良好的IDE”使您可以立即使基本的Hello World LED闪烁。

3. “一个好的IDE”应设置制造商的CMSIS标头。基本上，这是寄存器映射，可以更轻松地编写C / C ++程序，并使用变量名代替纯数字和指针。

4. 如果您不需要绝对最佳的性能，请尝试使用制造商的外围设备库。实际上，由于您正在学习，您现在暂时不这样做。如果以后发现您需要进一步压缩，请查看库代码以了解其作用。关于库的好处还在于，它们通常允许您使用同一制造商的许多不同芯片且具有相同的代码。

5. 与AVR不同，ARM芯片从禁用外设开始。您需要先启用它们。一个好的外围设备库将提供有关如何正确使用外围设备的示例，您可以从该设备的数据表中获取更多信息。因此，请记住在使用时钟和外设之前先启用它们。是的，即使I / O端口也被视为外设。

6. 在学习时编写代码。不要试图一次完成所有操作，因为这确实很复杂。我将从学习时钟树（APB，AHB等总线）以及时钟和时钟分频器如何交互开始。然后，我将查看IDE在何处存储设备的链接程序脚本和启动代码。链接描述文件几乎就是您组织内存（RAM，闪存，ISR向量表等）的方式。启动脚本会设置您的程序（诸如将全局变量初始化器从闪存复制到RAM之类的东西）。有些IDE在ASM中具有启动脚本，而有些在C中具有启动脚本。有时，您可以使用自己喜欢的语言通过Google编写另一个脚本。

7. 尽快使调试器运行。一开始会犯一个错误，通常会以与您应该执行的顺序不同的顺序执行某些操作（通常是硬件初始化）。有时，这会触发一个ISR异常，使您陷入while(1);无限循环（该ISR的默认实现），从而终止程序，即使使用调试器也难以跟踪。想象一下没有调试器的情况。

8. 说到调试器，请尝试使UART也运行，然后使用串行USB适配器读取该信息。printf()调试总是有用的:-)

我在8051，AVR或PIC上工作不多。但是最近，我开始研究ARM Cortex MX系列处理器。因此，对于从8051，AVR或PIC过渡的内容，我知之甚少，但主要还是从初学者的角度。

• 嵌入式系统：乔纳森·瓦尔瓦诺（ Jonathan W Valvano ）的Arm®Cortex™-M微控制器简介，第五版（第1卷）。这是一本很好的书。该书基于TIVA ARM Cortex M4启动板。
• 嵌入式编程视频课程，再次也是基于TIVA ARM Cortex M4 Launch Pad。该视频基于IAR开发工具
• 他在STM32评估工具和开发套件论坛上有很多疑问，因此这可能是一个不错的起点。
• TIVA™C系列TM4C123G LaunchPad入门
• 赛普拉斯的PSoC 4 CY8CKIT-049 4xxx原型套件也是另一个可以帮助您学习ARM Cortex Mx的平台。
• 您也可能需要考虑通过edx MOOC平台注册德克萨斯大学奥斯汀分校的嵌入式系统-Shape the World课程。我相信下一门课程将于2016年1月开始。

ARM®Cortex™-M4处理器基于哈佛架构，因此具有独立的数据和指令总线。以下是高级图片。

本周恩智浦代表将参观我们的工厂。我将与他们一起检查是否有NXP ARM-Cortex Mx资源，并将其发布在此处。飞思卡尔具有基于ARM®Cortex®-M内核的Kinetis低功耗32位微控制器（MCU），据我了解，它们也具有学习ARM处理器的类似指南。不幸的是我还没有研究它们。

参考文献：

• 嵌入式系统：ARM CORTEX-M微控制器介绍
• 如何使用Keil µVision从头开始创建嵌入式系统程序？