ARM和STM32的联系

MLXG · 发表于 2021-9-3 09:41

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ARM 介绍
1978年，奥地利籍物理学博士Hermann Hauser，和他朋友，一位英国工程师Chris Curry，共同创建了一家名为“Cambridge Processor Unit，CPU”的公司，中文字面意思就是“剑桥处理器单元”，主要从事研发当地电子仪器设备的业务，比如街头游戏机之类的。

1979年，在经营逐渐进入正规后，原来的公司名不怎么合适了，那个年代喜欢找个吉祥物作为公司名字，比如Apple公司。这俩就以橡子为吉祥物，取名为“Acron Computer”，中文字面意思就是“橡果公司”。

1981年，也许是改了公司名字，运气就来了，这一年，公司接到一个大单。英国广播公司BBC，计划在整个英国播放一套电脑普及的教育节目，希望Acron公司可以生产一套配套的电脑，之后英国政府还会海量采购电脑，在各个学校普及。

接下这个大单后，Acron公司就开始研发产品了。当时处理器正从8位向16位过渡，他们就去找了美国国家半导体和摩托罗拉公司生产的16位处理器。评估后发现，这些处理器执行上有点慢，中断的响应时间有点长，还有就是太贵，一台电脑才卖500英镑，处理器成本就要100英镑。于是又把目标转向当时如日中天的 Intel，希望对方提供一些16位80286处理器的设计资料和样品，然而Intel根本就不理他们。

最后，Acorn公司没办法，临时采用了便宜的MOS科技生产的8位6502处理器，勉强研发出符合要求的个人电脑BBC Micro。绝处逢生的Acorn公司发现处理器受制于人，为了后面长久的发展，于是决定自己研发处理器。

Acorn公司的研发人员从美国加州大学伯克利分校，找到了一个关于新型处理器的研究——简化指令集。在此基础上，历时4年的艰苦奋斗，于1985年完成了微处理器的设计，以后的BBC Micro，都用这颗新处理器。对于这块芯片，Acorn公司给它命名为“Acorn RISC Machine，ARM”，中文字面意思就是“橡果精简指令集机器”，也就是ARM的第一次出现。

这里插讲一下简化指令集(Reduced Instruction Set Computer，RISC)，与之相对应的就是复杂指令集 (Complex Instruction Set Computer，CISC)。早期的处理器都是CISC架构（比如前面Intel处理器），随著时间推移，有越来越多的指令集加入。但是后来人们发现，整个指令集中，只有约20％的指令常常会被使用到，大约占了整个程序内容的80％，而剩余80％的指令，只占了整个程序内容的20％（典型的二八原则）。于是， 1979年美国加州大学伯克利分校的David Patterson教授(前面提到的新型处理器研究的作者)，提出了RISC的想法，主张硬件专心加速常用的指令，不常用的指令则利用常用的指令去组合。

就在同一年，1985年10月，英特尔发布了80386，Acorn公司的ARM芯片被吊打。80386采用CISC技术，所有指令都支持，也就性能更好，但设计成本也高、功耗也大。Acorn公司的ARM芯片采用RISI技术，只支持常用指令，其它指令需要常用指令去组合，性能也就差一些，但成本低、功耗低、研发快。Acorn公司也不傻，性能比不过，就突出成本低，功耗低的优势，总有要求成本低、功耗低，性能要求不高的场景，于是就往我们现在所见的嵌入式方向发展。

1990年，Acorn公司和Apple公司合作，成立新公司“Advanced RISC Machines，ARM”，中文字面意思就是“高级精简指令集机器”，这就是现在大家常说的ARM公司。

成立新公司后的几年，ARM公司业绩平平，危机四起。于是ARM决定改变他们的产品策略，他们不再生产芯片，转而以授权的方式，将芯片设计方案转给其它公司。正是ARM的这种授权模式，极大地降低了自身的研发成本和研发风险。它以风险共担、利益共享的模式，形成了一个以ARM为核心的生态圈，使得低成本创新成为可能。

随后，德州仪器(Texas Instruments，TI)、意法半导体(STMicroelectronics，ST)、恩智浦半导体(NXP Semiconductors，NXP)等半导体芯片厂商，相继购买ARM授权，然后根据自身行业需求，设计不同的外设接口的芯片。

由上总结，ARM具有以下三种含义：

ARM是一家全球半导体行业技术领先的公司，主要业务是设计RISC嵌入式处理器；
ARM是一类微处理器芯片或产品的统称，即所有采用ARM公司提供方案开发的RISC处理器；
ARM是一项技术的名称，即采用RISC的处理器体系结构；
从1985年发布第一个ARM处理器开始，ARM公司不断升级迭代，加入新的指令系统、寄存器组、功能特性，发展出不同架构。早期的经典ARM处理器，架构命名规则比较混乱，现在这些处理器基本不常见了，这里就不展开介绍。从ARMv7开始，采用Cortex命名，将整个处理器分为三大类，如图 2.2.2 所示。

这是现代多用户多进程操作系统（比如Linux、VxWorks）所必须的。该系列适用于高端消费电子sor)，该系列有内存管理单元(Memory ManagementUint，MMU)，实现虚拟内存，让每个用户进程都拥有自己独立的地址空间，这是现代多用户多进程操作系统（比如Linux、VxWorks）所必须的。该系列适用于高端消费电子领域，比如智能手机、平板电脑、智能电视、路由器等；
ARM Cortex-R：实时控制系列。R表示应用程序(Real TimeController)，该系列适用于高性能、高实时性应用，比如硬盘/固态驱动控制器、企业网络设备、消费电子领域的蓝光播放器、汽车领域的安全气囊等；
ARM Cortex-M：微控制器系列。M表示应用程序(MicrocontrollerProcessors)，该系列适用于低功耗、高性能且对成本敏感的产品，比如家电产品、物联网、无人机等；
针对不同的应用场景和需求，每个系列还会再细分，比如ARM Cortex-M就再分为ARM Cortex-M0、ARM Cortex-M3、ARM Cortex-M4等，区别如表 2.2.1 所示。

STM32 介绍
在2004年，ARM公司推出新一代Cortex内核后，ST公司抓住机遇，在很短的时间内就向市场推出了一系列的32位微控制器，同时提供基于库的开发模式，加快用户研发周期。STM32就是ST公司基于ARM Cortex-M3内核设计的微控制器，专为高性能、低功耗、低成本场景设计。

STM32如今产品系列非常丰富，主要为ARM Cortex-M内核系列mcu，也开始涉及ARM Cortex-A内核系列MPU，如图 2.2.3 所示。按应用特性分类，可分为无线WB/WL系列、超低功耗L0/L1/L3/L5系列、主流 G0/G4/F0/F1/F3系列、高性能F2/F4/F7/H7系列、全新的MP1系列。