MSP432产品培训(二)：Cortex-M4F内核

大家好 非常欢迎大家来观看本次MSP432的培训 本部分的培训是整个432培训的第二部分 我们将具体地来介绍一下我们432产品的Cortex M4F的内核 我们432产品使用到的这个Cortex M4F的内核 它是一个32位的CPU 它所有的数据总线 指令总线寄存器接口 存储器接口 外设接口都是32位的 那我们这个CPU它采用的是哈佛结构 也就说它有独立的总线和数据总线 也就是我们对指令和数据的访问是可以同时进行的 这个数据访问的过程不会影响或者干扰到指令流水线的执行 因此从这点看 我们极大地提升了处理器性能 在我们MSP432选择的这个Cortex M4F内核 它内核内部包含了一个专门用于中断惯例的一个矢量嵌套的管理器 我们称它为NVIC 这个NVIC我们待会儿会具体介绍一下 那除此之外 我们内核还包括一个浮点运算单元 一个FPU 以及随着Cortex M4这个内核一起提供的一个增强型的DSP指令级 那从调试器的角度来看 我们内核是拥有一个标准化Cortex-M的调试器模块 这个调试器模块用的也是一个标准的串口的调试接口 另外我们也支持一个ITM的一个trace的跟踪技术 那由于这是一个Cortex-M系列的内核 因此它还继承了大量的来自Cortex和ARM产品系列的外设 其中包括一个μDMA 用于数据传输的μDMA 一个SysTick 一个系统的时钟嘀嗒和整个中断系统 那我们待会儿具体看一下 那我们现在图片上显示的是整个Cortex-M内核的家族 我们来看一下这些家族里面这些不同的内核的一些区别 首先我们选择的Cortex M4它是提高了一个内核的复杂性 它的M4指令级里面跟我们其他的M0 M3内核来比 增加了更多指令 比如说我们的硬件传发器我们Cortex M0当中有硬件传发器 但是它是32个时钟周期执行的 我们的CortexM3和M4呢 就会有硬件的单周期的硬件传发器 和硬件触发器 我们Cortex M3 M4还支持一个饱和运算M4内核支持一个DSP指令扩展 M4F跟M4内核相比它就增加了一个FPU 一个浮点运算单元 那我们从整个系统来看 我们Cortex M0+和M1采用的都是ARM的V6架构 这是一个冯·诺伊曼的架构 也就是它的指令总线和数据总线是使用一条单一的总线的 我们的Cortex M3和M4 它是V7架构也就是使用的是哈佛总线 独立的分开的指令总线和数据总线 那我们之所以为MSP432选择Cortex M4F内核 就是因为Cortex M4F内核它在增加了更多的性能 特性 功能的同时 它其实增加了最少的功耗 这点我们就在后续的图片当中进行说明 你将看到MSP432上采用Cortex M4F内核的一些结果 现在我们简单介绍一下我们M4F内核版本中新增的这个FPU 浮点运算单元 那这个浮点运算单元完全支持浮点运算加法减法乘法除法和平方根的运算 需要提醒大家注意的一点是大多数的编译器当中已经自动启动FPU了 也就是说我们在进行代码开发时我们不需要进行任何注释或者特殊的操作 我们就其实已经在计算过程当中使用到了浮点运算 这是我们的一个特色 因为432的产品采用的是一个标准化的ARM的内核 因此我们最好以一个标准化的方式来测量我们这个整个芯片的性能 那CoreMark 它是非常广泛的用来测量处理器内核性能标准化基准测试 它这个CoreMark是由嵌入式的微处理器基准协会EEMBC 它所开发 它主要帮助系统设计人员来选择最佳处理器 了解处理器的性能和能耗等等 我们的MSP432获得了Cortex M4F这一平台在CoreMark测试当中可能达到最高分数 我们知道这是一个最高分数 因为我们是以理想的Cortex M4内核为基准进行整个方案设计达到的分数 那具体的一些分数以及和我们竞争者的一些产品的分数的比较 都可以在ARM的平台 ARM的网页上以及CoreMark的网页 大家能来看到 可以看到我们432产品一个CoreMark的分数是非常高的 也就说性能是在同类的采用M4F内核微处理器当中 性能是非常优异的 那除了CoreMark这个用来测试我们微处理器性能的基准测试之外 我们的EEMBC还开发了另外一种基准测试 它用来测试芯片超低功耗方面的特性这个叫ULP bench 也是一个基准测试 它是通过执行一个适用于进行低功耗测试的任务来测量整个器件的功耗的 这个ULP的bench发布于2014年 此后就成为业界内对于广泛微控制器进行低功耗基准测试的一个标准方法 这项基准测试主要方法由一个每秒钟需要唤醒微控制器来执行预定义工作 当这个工作完成我们微控制器就要返回睡眠状态 然后一秒后再次唤醒执行 那我们就会将测量整个系统循环完成整个任务所需要消耗的能耗 能耗越低就说明我们整个微控制器的性能 它的超低功耗的性能越优秀 那为了使我们最终的结果分数对于读者来说更直观一点 我们这个分数实际上是用1000除以测得的总能耗也就是V+2这样的结果 你可以看到对于MSP器件而言这个结果是非常令人印象深刻的 那你从图中就可以看到我们MSP432的产品 它达到了全球至今为止最高ULP bench分数 153.3分 这一成绩大大优于我们各个竞争公司产品 包括所有使用Cortex M4Cortex M3以及一直往下到 专注于低功耗的Cortex M0+的一些产品 一些其他的专有的架构 那这个结果就表面 一个产品的高性能并不总是意味着高功耗 在我们整个设计得当的情况下 就算我么是用Cortex M4F这个样一个非常高性能的内核 我们器件仍然可以达到比其他一些简化内核 反而拥有更低的功耗