Hệ thống nhúng cung cấp năng lượng cho thế giới hiện đại, hoạt động lặng lẽ bên trong hàng tỉ thiết bị điều hòa thông minh và có thể sử dụng thiết bị điều khiển máy tính tự động đến các đơn vị điều khiển động cơ phức tạp và cánh tay robot công nghiệp. tại tâm của nhiều hệ thống này là một bộ điều khiển nhỏ (MU), và trong số các gia đình được nhận nuôi rộng rãi nhất là bộ phận ARM Cortex-M. Thiết kế từ mặt đất cho các ứng dụng xác định, thực, ứng dụng thời gian thực, phụ tùng kết hợp hiệu suất cao, tiêu dùng thấp, và kiến trúc vi mô giúp chúng thích hợp với tất cả mọi thứ từ cảm biến đơn giản nhất để yêu cầu hệ thống điều khiển.

Hiểu kiến trúc AMCM Cortex-M

Họ ARM Cortex-M được xây dựng trên một cấu trúc RISC 32 bit (được chọn lọc bằng cách sử dụng tính toán). Không giống như bộ xử lý ứng dụng (Cortex-A series), thiết bị hệ thống thông tin này được tối ưu hóa cho hoạt động bình phương và RTOS với khả năng xử lý xác định ngắt. Các phần mềm sử dụng [FL:0] [FL:0] [FL:1), mà trộn lẫn các hướng dẫn 16- bit và 32 bit để xử lý mật độ mật độ mật độ. Điều này là quan trọng cho các ứng dụng thường hạn chế trí nhớ.

Một yếu tố kiến trúc khác là Bộ điều khiển ngắt kết nối (NVIC) [NVIT: 1], cung cấp khả năng cắt ngắn, ưu tiên xử lý thấp. NVIC cho phép mở rộng tới 240 nguồn với mức độ ưu tiên cấu hình, cho phép trả lời thời gian thực. Hơn nữa, kiến trúc bao gồm một nhân một vòng lặp duy nhất, chia phần cứng (phần lớn) và các đơn vị nổi trên M4 và các đơn vị i giấc bộ nhớ (bộ nhớ) được cho phép phát triển nhiều hệ thống mạnh, lỗi năng lượng.

Đặc điểm chính và lợi thế

  • Ultra-Low Consfuy:) thiết bị máy tính điện [FLex-M thực hiện nhiều chế độ ngủ (); ) Sleep, Deep sleep, Stand by cho phép tiêu dùng năng lượng để giảm mức phụ của máy tính, làm cho chúng lý tưởng cho ứng dụng có năng lượng và năng lượng.
  • Chương trình xác định:) Sự kết hợp của giai đoạn đường ống ngắn, suy đoán chi nhánh (trên lõi trên), và mục nhập nhanh/raceit bảo đảm thực hiện có thể đoán trước - cần thiết cho vòng điều khiển và chồng thông tin liên lạc.
  • Gia đình có thể tính toán: ) Với lõi từ hệ thống máy tính đơn giản, M0+ đến hệ thống hiệu quả cực cao-M7 và các nhà giàu phụ thuộc vào mục đích khác nhau, các nhà phát triển có thể chọn sự cân bằng chính xác của hiệu suất, sức mạnh và tính năng cần thiết.
  • Hệ thống môi trường: Một sự lựa chọn lớn các bảng phát triển (v. d., STM32 Nucclo, NXP LP Cpresso, Microchip SAM), IP (Keil MDK, IAR EWARM, BORM), phần giữa (lwIP, FreeROR, mbedS), và các sự hỗ trợ cộng đồng tăng tốc phát triển.
  • Bảo vệ Hardware:) giống như hệ thống Cortex-M23 và M33 bao gồm Công nghệ TrustZone để cô lập mã an toàn và không bảo mật, trong khi M55 thêm Hlium phần mở rộng véc tơ làm việc cạnh Al.
  • Trình gỡ lỗi cao cấp:) Tôi tích hợp chuỗi Wire (SWD) và tùy chọn ETM theo dõi sâu vào thực hiện - đặc trưng cho việc gỡ lỗi thời gian thực.

Biến thế hệ đầu tiên và cách sử dụng của họ

Hành tinh Cortex-M0 / M0+

Những lõi nhập vào này có dấu chân nhỏ nhất- M0+ là lõi năng lượng hiệu quả nhất 32 bit, cần thiết ít hơn 12.000 cổng. Chúng lý tưởng cho các công việc điều khiển đơn giản, giao diện cảm biến, và hàng hóa nhạy cảm với chi phí. Các ứng dụng chuẩn bao gồm bóng đèn, điều khiển từ xa, và bộ nhạy đơn giản. M0+ cũng bao gồm một bộ nhớ phụ tùng véc tơ, cải thiện khả năng nạp khởi động.

Name

M3 giới thiệu một đường ống gồm 3 giai đoạn với sự suy đoán chi nhánh và chế độ giấc ngủ tích hợp. nó được sử dụng rộng rãi trong kiểm soát công nghiệp, cơ thể tự động, và các thiết bị y tế nơi cần thiết hoạt động vừa phải và năng lượng thấp. nó quyết định xử lý nhiều nguồn ngắt lời làm cho hệ thống RTOS trở nên ưa thích. Ví dụ, STM32F1 series M3 là tiêu chuẩn của ngành công nghiệp.

Name

M4 thêm một đơn vị điểm nổi nổi với giá trị đơn (FPU) và mở rộng DP bằng chỉ thị SIMD một vòng. Điều này khiến nó phù hợp với việc xử lý âm thanh, thuật toán điều khiển động, và chuyển đổi điện số. Nhiều bộ điều khiển vi điều khiển trong các gia đình STM32F4 và Kinetis K6x gây khó khăn cho các ứng dụng điều khiển máy bay, ổ đĩa biến số và loa thông minh.

Name

M7 là một lõi hiệu quả cao với một ống dẫn sáu giai đoạn, dự đoán chi nhánh, và các hướng dẫn riêng biệt/data. Nó cũng bao gồm bộ nhớ có hai bộ nhớ có hai chiều (TM) để xác định truy cập ít hiệu quả. Có khả năng cung cấp hơn 5 điểm/MH trong việc tối ưu hóa bộ nhớ, các mục tiêu M7 phức tạp tự động hóa, âm thanh DP (v. d., trong vòng kiểm soát, và mô- mô- đun cổng tự động.

Cortex-M23 / M33 / M55

Các lõi mới hơn kết hợp ARMV8-M kiến trúc là một kết hợp thấp, bảo đảm cho các em trai của M0+, trong khi bộ phận an ninh [FLT:] bộ phận mở rộng [FLT:] [FLT:] [FLT: 0]] kết hợp an ninh với khả năng DP/FPU]. [FL:4] [FL:5] [FLT] H [FT] HL: 5] H [FT] cho việc xử lý máy tính này tại cạnh bên [FLT:] bộ lọc, và phát hiện từ khoá công nghệ, và I.

Ứng dụng thế giới thật

Bộ điều khiển vi mô Cortex-M năng lượng một phạm vi phi thường của các thiết bị:

  • Consumer điện tử: Trung tâm nhà thông minh, chân không robot và trợ lý giọng nói sử dụng M4 và M7 lõi để xử lý dữ liệu cảm biến, thực hiện nhận dạng giọng nói, và kiểm soát động cơ.
  • Tự động:) Từ các máy ảnh ngoại biên ADAS (M4/M7) đến các mô- đun điều khiển cơ thể và động cơ cửa sổ điện (M0+/M3), những MCUs gặp tiêu chuẩn chung AEC-Q100 đáng tin cậy.
  • Sự tự động hóa công nghiệp: bộ điều khiển logic có thể lập trình (PLCs), ổ đĩa vận động, và điều kiện giám sát bộ nhạy M4 và M7 để xử lý thời gian thực và xử lý tín hiệu cấp cao.
  • Thiết bị liên kết:) bộ theo dõi bệnh nhân, máy bơm không tải được và bút insulin sử dụng M0+ và M3 lõi cho hoạt động tin cậy, ít năng lượng. Các lõi M33 an toàn đang được sử dụng ngày càng nhiều cho việc xử lý dữ liệu bệnh nhân.
  • Phụ đề được dịch bởi: anyet &am; IoT:

Công cụ phát triển và hệ thống sinh thái

Hệ sinh thái Cortex-M là một trong những hệ thống giàu nhất thế giới nhúng tay. môi trường phát triển phổ biến bao gồm:

  • Keil MDK – prochry-domage với ARM C/C++ trình biên dịch, gỡ lỗi và phần mềm mở rộng (TTTX5 RTOS, hệ thống tập tin, ngăn xếp USB).
  • IAR nhúng ) – được biết đến để tối ưu hóa hung hăng và hỗ trợ tuyệt vời cho việc gỡ lỗi năng lượng thấp.
  • MCUXpresso ) (NXP) và )STM32Cube – Free, Eclipse-SQS với mã hóa, công cụ cấu hình và phần mềm giữa.
  • PlatformIO ) – Open-source hỗ trợ nhiều gia đình và khung (Arduino, mbed, etc.)
  • Zephyr, FreeTOS, và ThreadX ) – Các tùy chọn RTOS với cổng dành riêng cho hệ thống phụ trách nhiệm vụ, đồng bộ hóa, và quản lý năng lượng thấp.

Để hướng dẫn việc chọn kênh MCU bên phải, ARM cung cấp tài liệu mở rộng tại [FLT: 0] bộ phát triển.ar.com , trong khi Wikipedia )ARM Cortex-M cung cấp một tổng quát các tính năng và thực hiện khác nhau.

Chọn đúng hệ thống Cortex-M cho dự án của bạn

Chọn một biến thể MCU có thể là lý tưởng. Đối với ứng dụng điều khiển động cơ đòi hỏi hoạt động thực, chi phí, và các yêu cầu ngoại biên đơn giản. Đối với các nút không dây IT, một thiết bị định giờ M0+ lõi với quá trình cập nhật thấp và kết hợp radio có thể là lý tưởng. Đối với ứng dụng điều khiển động cơ cần thiết thiết thiết thiết thiết thiết thời gian thực (điều khiển sân bay) một thiết bị định hướng M4 với độ sáng FPU và độ phân giải cao PWM là một việc tự nhiên. Việc xử lý tín hiệu cao hay máy học tập có thể gọi cho một bộ nhớ tạm và DP, hoặc một hệ thống trực tiếp với phần mở rộng của hệ thống H5 véc- tơ. Luôn luôn luôn luôn là sự thành thục và sự lựa chọn định hướng dẫn lâu dài.

Kết luận

Bộ kiểm soát siêu nhỏ ARM Cortex-M đã trở thành nền tảng của thiết kế nhúng hiện đại, cung cấp một sự pha trộn hấp dẫn của hiệu suất, hiệu suất và tính năng lượng. Dù bạn đang xây dựng một bộ cảm biến y học sử dụng một lần hay một bộ điều khiển đa trục, có một lõi phụ thuộc vào hệ thống phụ thuộc vào thiết kế hiện đại, cung cấp sự cải tiến liên tục trong việc xử lý véc tơ, và kỹ thuật năng lượng thấp, gia đình Cortex-M vẫn còn lại để tiếp tục cấu trúc cho hàng triệu nhà phát triển nhúng trên toàn cầu. Mở rộng [FL: 0] sản phẩm [FL] [FL] mà bạn có thể bắt đầu với sự tin tưởng vào kế hoạch [FL].K]. [F].].].