詳解ARM Cortex-M33處理器：性能/功耗/安全的最佳平衡

　　基于ARM Cortex處理器的片上系統(tǒng)(SoC)解決方案適用于多種嵌入式設(shè)計(jì)細(xì)分市場，如物聯(lián)網(wǎng)、電機(jī)控制、醫(yī)療、汽車、家電自動(dòng)化等。我們的處理器品種豐富且基于同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，針對不同的產(chǎn)品市場提供廣泛而豐富的性能與成本組合。

　　Cortex系列處理器主要基于3大產(chǎn)品類型量身開發(fā)，A系列：運(yùn)行復(fù)雜系統(tǒng)的精細(xì)高端應(yīng)用;R系列：高性能硬實(shí)時(shí)系統(tǒng);M系列：低功耗、確定性、成本敏感的微控制器，專門優(yōu)化以滿足其需求。

　　最先采用ARMv8-M架構(gòu)的2款處理器為Cortex-M23和Cortex-M33。本文主要介紹Cortex-M33， Cortex-M33是首款采用TrustZone? 安全技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)的ARMv8-M全功能實(shí)現(xiàn)處理器。該處理器可以支持大量靈活的配置選項(xiàng)，并在廣泛應(yīng)用中進(jìn)行部署，此外還提供專用的協(xié)同處理器界面以支持經(jīng)常需要加速和大量運(yùn)算的運(yùn)作。Cortex-M33是一款在性能、功耗、安全與生產(chǎn)力之間達(dá)到最佳平衡的處理器。

　　為了顯著降低系統(tǒng)功耗，Cortex-M33處理器采用有序三階管線技術(shù)。大部分指令在頭兩個(gè)階段就能完成，而復(fù)雜的指令則需要3個(gè)階段。此外，某些16位指令將采用雙發(fā)射機(jī)制，以增強(qiáng)性能。處理器內(nèi)核有兩個(gè)AMBA? 5 AHB5界面：C-AHB和S-AHB，完全對稱，指令和數(shù)據(jù)提取性能不分伯仲。

　　Cortex-M33的配置高度靈活，可以滿足廣泛的系統(tǒng)要求

　　在MPU、DSP、FPU、TrustZone、ETM、MTB、ITM、BPU、DWT和協(xié)同處理器界面功能中選擇最佳組合方案，設(shè)計(jì)師即可迅速打造強(qiáng)大系統(tǒng)。在最低限度的控制系統(tǒng)中，NVIC可以被設(shè)定成只容納一個(gè)外部中斷;而在周邊設(shè)備豐富的系統(tǒng)中，NVIC能夠設(shè)定成可容納至多480個(gè)外部中斷，包含至多256個(gè)優(yōu)先級。

　　而對于那些依賴大量主動(dòng)流程和線程以保持可靠運(yùn)行的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)師還可以增加MPU，用特權(quán)和非特權(quán)接入控制來強(qiáng)行隔離處理進(jìn)程。如需更高級別的代碼、數(shù)據(jù)和資源保護(hù)， TrustZone則是設(shè)計(jì)師的不二之選。

　　應(yīng)用復(fù)雜度越來越高，片上調(diào)試和追蹤技術(shù)的價(jià)值也日益凸顯，對保障產(chǎn)品按期交付至關(guān)重要。Cortex-M33處理器的內(nèi)置調(diào)試功能可以加速軟件驗(yàn)證。設(shè)計(jì)師可以用JTAG端口或雙插針串行調(diào)試端口來驗(yàn)證系統(tǒng)，還可以選擇ETM或MTB進(jìn)行出色的指令追蹤，而BPU和DWT則可以允許在調(diào)試中使用斷點(diǎn)和硬件觀測點(diǎn)。

　　·MPU存儲(chǔ)保護(hù)單元

　　·DSP數(shù)字信號處理

　　·FPU 浮點(diǎn)單元

　　·SP 單精度

　　·ETM 嵌入式跟蹤宏單元

　　·MTB 微追蹤緩沖器

　　·BPU 斷點(diǎn)單元

　　·DWT 數(shù)據(jù)觀測與追蹤單元

　　·ITM 儀器追蹤宏單元

　　·NVIC 嵌套向量中斷控制器

　　·WIC 喚醒中斷控制器

　　·AHB 先進(jìn)高性能總線

　　·AMBA 先進(jìn)微控制器總線架構(gòu)

　　現(xiàn)在，讓我們探討一下Cortex-M33的五大特色：

　　1、為ARMv8-M 量身優(yōu)化的TrustZone技術(shù)為整個(gè)系統(tǒng)的安全保駕護(hù)航

　　采用TrustZone技術(shù)的Cortex-M33處理器擁有兩個(gè)安全狀態(tài)及多種相關(guān)特色：

　　兩種全新的正交狀態(tài)

　　·安全狀態(tài)

　　·非安全狀態(tài)

　　·4個(gè)堆棧和4個(gè)堆棧指示寄存器

　　·硬件堆棧極限檢查

　　·支持安全屬性單元(SAU)的可編程MPU

　　·用于發(fā)出系統(tǒng)安全指示的界面

　　·被預(yù)先設(shè)定的接入點(diǎn)限制的非安全(NS)領(lǐng)域中可以看見安全代碼

　　·其它硬件轉(zhuǎn)向非安全領(lǐng)域時(shí)可以自動(dòng)保存并清除安全寄存器的狀態(tài)

　　·大量堆積中斷或異?？刂疲琒ysTick

　　·安全和非安全側(cè)都配備存儲(chǔ)保護(hù)單元

　　安全狀態(tài)和非安全狀態(tài)的全面利用，必將開啟眾多新機(jī)遇和新應(yīng)用的大門。該系統(tǒng)使用的高價(jià)值專利固件可以在安全狀態(tài)下運(yùn)行。在安全狀態(tài)下設(shè)置的監(jiān)管員代碼則可以在系統(tǒng)受到攻擊或不可靠運(yùn)行后將其恢復(fù)初始;而非安全側(cè)則像以前一樣向正在用Cortex-M開發(fā)軟件的數(shù)百萬開發(fā)者開放。