Introducción a ARM
En 1978, Hermann Hauser, un doctor en física de Austria, y su amigo, Chris Curry, un ingeniero británico, cofundaron una empresa llamada "Cambridge Processor Unit, CPU", que significa "Cambridge Processor Unit" en chino. en la investigación y desarrollo de equipos y equipos electrónicos locales, como consolas de juegos callejeros y similares.
En 1979, después de que el negocio se formalizara gradualmente, el nombre original de la empresa no era muy adecuado, en ese momento me gustaba encontrar una mascota como el nombre de la empresa, como Apple. Los dos tomaron bellotas como mascotas y las llamaron "Computadora Acron", que significa "Compañía de Bellotas" en chino.
En 1981, tal vez se cambió el nombre de la empresa y llegó la suerte Este año, la empresa recibió un gran pedido. La BBC de la British Broadcasting Corporation planea difundir un conjunto de programas de educación informática populares en todo el Reino Unido. Se espera que Acron pueda producir un conjunto de equipos coincidentes. Más tarde, el gobierno británico comprará equipos en grandes cantidades y los popularizará en varias escuelas.
Después de recibir este gran pedido, Acron comenzó a desarrollar productos. En ese momento, el procesador estaba pasando de 8 bits a 16 bits, por lo que fueron a buscar procesadores de 16 bits producidos por National Semiconductor y Motorola. Después de la evaluación, se encontró que estos procesadores eran un poco lentos en ejecución, el tiempo de respuesta de interrupción era un poco largo y eran demasiado caros. Una computadora solo se vendía por 500 libras y el costo del procesador era de 100 libras. Entonces recurrió a Intel, que estaba en pleno apogeo en ese momento, con la esperanza de que la otra parte proporcionara algunos materiales de diseño y muestras del procesador 80286 de 16 bits, pero Intel simplemente los ignoró.
Finalmente, Acorn no tuvo otra opción que adoptar temporalmente el procesador 6502 de 8 bits producido por tecnología MOS barata y apenas desarrolló una computadora personal BBC Micro que cumplía con los requisitos. La desesperada empresa Acorn descubrió que el procesador estaba limitado por otros y, en aras del desarrollo a largo plazo en el futuro, decidió desarrollar su propio procesador.
El personal de investigación y desarrollo de Acorn de la Universidad de California, Berkeley, encontró una investigación sobre un nuevo tipo de conjunto de instrucciones simplificado por procesador. Sobre esta base, después de 4 años de arduo trabajo, el diseño del microprocesador se completó en 1985 y, posteriormente, BBC Micro utiliza este nuevo procesador. Para este chip, la compañía Acorn lo nombró "Máquina Acorn RISC, ARM", que significa "Máquina de conjunto de instrucciones reducido Acorn" en chino, que es la primera aparición de ARM.
Aquí hablaré sobre la Computadora de Conjunto de Instrucción Reducida (RISC), que corresponde a la Computadora de Conjunto de Instrucción Compleja (CISC). Los primeros procesadores eran todos arquitecturas CISC (como los procesadores Intel anteriores) A medida que pasa el tiempo, se agregan más y más conjuntos de instrucciones. Pero más tarde, las personas descubrieron que en todo el conjunto de instrucciones, solo alrededor del 20% de las instrucciones se usan con frecuencia, lo que representa aproximadamente el 80% del contenido completo del programa, y el 80% restante de las instrucciones, solo representa el 20% del contenido completo del programa (típicamente el principio 28). Por lo tanto, en 1979, el profesor David Patterson de la Universidad de California, Berkeley (el autor de la investigación de nuevos procesadores antes mencionada) propuso la idea de RISC, defendiendo que el hardware se concentre en acelerar las instrucciones de uso común y las menos comunes. las instrucciones utilizadas utilizan la combinación de instrucciones de uso común.
En el mismo año, en octubre de 1985, Intel lanzó el 80386 y se suspendió el chip ARM de Acorn. 80386 adopta la tecnología CISC, todas las instrucciones son compatibles y el rendimiento es mejor, pero el costo de diseño también es alto y el consumo de energía también es alto. El chip ARM de Acorn adopta la tecnología RISI y solo admite instrucciones comunes. Otras instrucciones deben combinarse con instrucciones comunes, por lo que el rendimiento es peor, pero el costo es bajo, el consumo de energía es bajo y la investigación y el desarrollo son rápidos. La empresa Acorn no es estúpida, el rendimiento no es comparable, destaca las ventajas del bajo costo y el bajo consumo de energía. Siempre hay escenarios que requieren bajo costo, bajo consumo de energía y requisitos de bajo rendimiento, por lo que se desarrollará en la dirección integrada que vemos ahora.
En 1990, Acorn y Apple cooperaron para establecer una nueva empresa "Advanced RISC Machines, ARM", que en chino significa "Advanced Reduced Instruction Set Machines", que es lo que todos llaman ARM ahora.
En los pocos años posteriores al establecimiento de la nueva empresa, el desempeño de ARM fue mediocre y las crisis estaban en todas partes. Por eso, ARM decidió cambiar su estrategia de producto: ya no producen chips y, en su lugar, transfieren los diseños de chips a otras empresas de forma autorizada. Es este tipo de modelo de autorización de ARM el que reduce en gran medida sus propios costes de I + D y sus riesgos de I + D. Utiliza un modelo de distribución de riesgos y distribución de beneficios para formar un ecosistema con ARM como núcleo, haciendo posible la innovación de bajo costo.
Posteriormente, los fabricantes de chips semiconductores como Texas Instruments (TI), STMicroelectronics (ST) y NXP Semiconductors (NXP) adquirieron sucesivamente licencias ARM y luego diseñaron diferentes periféricos de acuerdo con sus propias necesidades industriales.
En resumen, ARM tiene los siguientes tres significados:
- ARM es una empresa líder en tecnología en la industria mundial de semiconductores, cuyo principal negocio es el diseño de procesadores integrados RISC;
- ARM es un término general para una clase de chips o productos de microprocesador, es decir, todos los procesadores RISC desarrollados con soluciones proporcionadas por ARM;
- ARM es el nombre de una tecnología, es decir, la arquitectura del procesador que usa RISC;
Desde el lanzamiento del primer procesador ARM en 1985, ARM se ha actualizado e iterado continuamente, agregando nuevos sistemas de instrucción, conjuntos de registros y características funcionales, y desarrollando diferentes arquitecturas. En los primeros procesadores ARM clásicos, las reglas de nomenclatura de la arquitectura eran bastante confusas. Ahora, estos procesadores son básicamente poco comunes, por lo que no los presentaré aquí. A partir de ARMv7, utilizando la denominación Cortex, todo el procesador se divide en tres categorías, como se muestra en la Figura 2.2.2.
- Esto es necesario para los sistemas operativos modernos de múltiples usuarios y procesos (como Linux, VxWorks). Esta serie es adecuada para la electrónica de consumo de alta gama. Esta serie tiene una unidad de gestión de memoria (Memory Management Uint, MMU), que implementa la memoria virtual y permite que cada proceso de usuario tenga su propio espacio de direcciones independiente. -usuario y sistema operativo multiproceso (como Linux, VxWorks) necesario. Esta serie es adecuada para productos electrónicos de consumo de alta gama, como teléfonos inteligentes, tabletas, televisores inteligentes, enrutadores, etc .;
- ARM Cortex-R: Serie de control en tiempo real. R son las siglas de Application (Real Time Controller). Esta serie es adecuada para aplicaciones de alto rendimiento y alto tiempo real, como controladores de disco duro / unidad de estado sólido, equipos de red empresarial, reproductores de Blu-ray en el campo de la electrónica de consumo. y airbags en el sector de la automoción;
- ARM Cortex-M: Serie de microcontroladores. M significa aplicaciones (MicrocontrollerProcessors), esta serie es adecuada para productos de baja potencia, alto rendimiento y costos sensibles, como electrodomésticos, Internet de las cosas, drones, etc .;
Para diferentes escenarios de aplicación y requisitos, cada serie se subdividirá aún más. Por ejemplo, ARM Cortex-M se divide en ARM Cortex-M0, ARM Cortex-M3, ARM Cortex-M4, etc. Las diferencias se muestran en la Tabla 2.2. 1.
Introducción a STM32
En 2004, después de que ARM Company lanzara una nueva generación de núcleos Cortex, ST Company aprovechó la oportunidad y lanzó al mercado una serie de microcontroladores de 32 bits en un corto período de tiempo. Al mismo tiempo, proporcionó un desarrollo basado en bibliotecas modelo para acelerar el ciclo de investigación y desarrollo de los usuarios. STM32 es un microcontrolador diseñado por ST basado en el núcleo ARM Cortex-M3, diseñado para escenarios de alto rendimiento, bajo consumo y bajo costo.
La serie de productos STM32 es muy rica ahora, principalmente MCU de la serie de kernel ARM Cortex-M, también comenzó a involucrar la MPU de la serie de kernel ARM Cortex-A, como se muestra en la Figura 2.2.3. Clasificado por características de aplicación, se puede dividir en serie inalámbrica WB / WL, serie L0 / L1 / L3 / L5 de consumo de energía ultrabajo, serie G0 / G4 / F0 / F1 / F3 de alto rendimiento, F2 / F4 / F7 de alto rendimiento / Serie H7, nueva serie MP1.
Hay muchos tipos de procesadores STM32. Al comprender las especificaciones del comando STM32, puede comprender toda la familia de productos STM32 y facilitar la selección de chips en el futuro. Las reglas de denominación para la serie STM32 MCU se muestran en la Figura 2.2.4.
Tomando STM32F103ZET6 como ejemplo, la convención de nomenclatura del chip STM32 se analiza como se muestra en la Tabla 2.2.2.
Tabla 2.2.2 El significado de cada parte de STM32F103ZET6
【para resumir】
ARM Company vende la licencia de la serie Cortex-M. STMicroelectronics (ST) compró la licencia y produjo una serie de productos STM32. Estos procesadores que utilizan tecnología ARM se suelen denominar procesadores ARM. Entre ellos, STM32F103ZET6 se utiliza como El procesador del desarrollo placa que soporta este manual.
Video de Linux integrado: https://www.100ask.net/index
Video de MCU: https://www.100ask.net/page/1707053
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