將8051應用程序遷移到ARM Cortex-M處理器上

Cortex-M處理器系列包括廣泛使用的Cortex-M3處理器、針對FPGA的Cortex-M1 處理器、2009年初推出的Cortex-M0處理器（最小的 ARM 處理器）和2010年初推 出的 C o r tex-M4處理器（支持浮點和數字信號處理增強指令）。這些處理器具有先 進的功能特點和簡單易用的編程模型，對于想從8051微控制器遷移到ARM架構的開 發人員來說，極具吸引力。本文是一篇入門指南，目的是幫助8051微控制器的開發人 員了解8051和A R M Cor tex-M處理器系列在架構、軟件和硬件設計上的主要差異， 從而加快遷移過程。

架構概述

對于一些嵌入式程序員（尤其是那些習慣使用匯編語言編程的 程序員），首先要做的事情就是了解編程模型。

寄存器

ARM Cortex-M處理器具有一個32位寄存器庫和一個xPSR（組 合程序狀態寄存器）。而8051具有ACC（累加器）、B、DPTR（數 據指針）、P SW（處理器狀態字）和四個各含八個寄存器的寄存 器庫 (R0-R7)。

在8051中，一些指令會頻繁使用某些寄存器，如ACC和 DPTR。 這種相關性會極大降低系統的性能，而在ARM處理器中，指令可

使用不同的寄存器來進行數據處理、內存存取和用作內存指針， 因此不會有這個問題。

從根本上說，ARM 架構是一個基于加載（Load）和存儲（Store） 的RI S C架構，處理器寄存器加載數據，然后將數據傳給A LU進 行單周期執行。而8051寄存器（ACC、B、PSW、SP和DPTR）可 在SFR（特殊功能寄存器）的內存空間中訪問。

為了確保普通的C函數能夠用 作中斷處理程序，在需要處 理中斷時，C o r t e x- M的寄存 器（R 0 - R 3、R12、L R、P C和 xPSR）會被自動壓入堆棧，而軟 件僅需在必要時將其他寄存器 壓入堆棧。雖然8051具有4個寄 存器庫，但是ACC、B、D P T R和 PSW寄存器并不會自動壓棧，因 此通常需要通過中斷處理程序 對這些寄存器進行軟件壓棧。

內存空間

ARM處理器具有32位尋址，可實現一個4GB的線性內存空間。該 內存空間在結構上分成多個區。每個區都有各自的推薦用法（雖然并不是固定的）。統一內存架構不僅增加了內存使用的靈活 性，而且降低了不同內存空間使用不同數據類型的復雜性。

相反地，8051微控制器具有多個內存空間。內存空間的分割使得 有效地利用全部內存空間變得困難，而且需要借助C語言擴展來 處理不同的內存類型。

8 0 51在外部R A M內存空間上最高支持6 4 K B的程序內存和 64K B的數據內存。理論上，可以利用內存分頁來擴展程序內存 大小。不過，內存分頁解決方案并未標準化，換句話說，不同 8051供應商的內存分頁的實現并不相同。這不僅會增加軟件開 發的復雜性，而且由于處理頁面切換所需的軟件開銷，還會顯著 降低軟件性能。

在AR M C or tex-M3或M4上，S R A M區和外設區都提供了一個 1MB的位段區（bit band region）。此位段區允許通過別名地址 訪問其內部的每個位。由于位段別名地址只需通過普通的內存 存取指令即可訪問，因此C語言完全可以支持，不需要任何特殊 指令。而8051提供了少量的位尋址內存（內部R A M上16字節和 S F R空間上16字節）。處理這些位數據需要特殊指令，而要支持 此功能，C編譯器中需要C語言擴展。

A R M C o r t ex-M處理器的內存映射包含多個內置外設塊。例 如，ARM Cortex-M處理器的一個特性是具有一個嵌套矢量中 斷控制器 (NVIC) 。此外，系統區中內存映射有數個指定控制寄 存器和調試組件，以確保優異的中斷處理并極大方便開發人員 使用。

完整PDF文檔下載

• 8051_2_ARM_Cortex-M.pdf

聲明：本站部分內容根據互聯網資料整理而成，若侵犯您的權益，請聯系我們，我們會盡快處理。