为啥这么多程序员大佬学习Cortex-M3

Cortex-M3是一个32位处理器内核。内部的数据路径是32位的，寄存器是32位的，存储器接口也是32位的。CM3采用了哈佛结构，拥有独立的指令总线和数据总线，可以让取指与数据访问并行不悖。这样一来数据访问不再占用指令总线，从而提升了性能。为实现这个特性，CM3内部含有好几条总线接口，每条都为自己的应用场合优化过，并且它们可以并行工作。但是另一方面，指令总线和数据总线共享同一个存储器空间（一个统一的存储器系统）。换句话说，不是因为有两条总线，可寻址空间就变成8GB了。

比较复杂的应用可能需要更多的存储系统功能，为此CM3提供一个可选的MPU，而且在需要的情况下也可以使用外部的cache。另外在CM3中，Both小端模式和大端模式都是支持的。

CM3内部还附赠了好多调试组件，用于在硬件水平上支持调试操作，如指令断点，数据观察点等。另外，为支持更高级的调试，还有其它可选组件，包括指令跟踪和多种类型的调试接口。

ARMCortex-M3采用哈佛结构，并选择了适合于微控制器应用的三级流水线，但增加了分支预测功能。

现代处理器大多采用指令预取和流水线技术，以提高处理器的指令执行速度。流水线处理器在正常执行指令时，如果碰到分支（跳转）指令，由于指令执行的顺序可能会发生变化，指令预取队列和流水线中的部分指令就可能作废，而需要从新的地址重新取指、执行，这样就会使流水线“断流”，处理器性能因此而受到影响。特别是现代C语言程序，经编译器优化生成的目标代码中，分支指令所占的比例可达10-20%，对流水线处理器的影响会的更大。为此，现代高性能流水线处理器中一般都加入了分支预测部件，就是在处理器从存储器预取指令时，当遇到分支（跳转）指令时，能自动预测跳转是否会发生，再从预测的方向进行取指，从而提供给流水线连续的指令流，流水线就可以不断地执行有效指令，保证了其性能的发挥。

ARMCortex-M3内核的预取部件具有分支预测功能，可以预取分支目标地址的指令，使分支延迟减少到一个时钟周期。

针对业界对ARM处理器中断响应的问题，Cortex-M3首次在内核上集成了嵌套向量中断控制器（NVIC）。Cortex-M3的中断延迟只有12个时钟周期(ARM7需要24-42个周期)；Cortex-M3还使用尾链技术，使得背靠背（back-to-back）中断的响应只需要6个时钟周期(ARM7需要大于30个周期)。Cortex-M3采用了基于栈的异常模式，使得芯片初始化的封装更为简单。

Cortex-M3加入了类似于8位处理器的内核低功耗模式，支持3种功耗管理模式：通过一条指令立即睡眠；异常/中断退出时睡眠；深度睡眠。使整个芯片的功耗控制更为有效。

高性能

许多指令都是单周期的——包括乘法相关指令。并且从整体性能上，Cortex-M3比得过绝大多数其它的架构。
指令总线和数据总线被分开，取值和访内可以并行不悖
Thumb-2的到来告别了状态切换的旧世代，再也不需要花时间来切换于32位ARM状态和16位Thumb状态之间了。这简化了软件开发和代码维护，使产品面市更快。
Thumb-2指令集为编程带来了更多的灵活性。许多数据操作现在能用更短的代码搞定，这意味着Cortex-M3的代码密度更高，也就对存储器的需求更少。
取指都按32位处理。同一周期最多可以取出两条指令，留下了更多的带宽给数据传输。
Cortex-M3的设计允许单片机高频运行（现代半导体制造技术能保证100MHz以上的速度）。即使在相同的速度下运行，CM3的每指令周期数(CPI)也更低，于是同样的MHz下可以做更多的工作；另一方面，也使同一个应用在CM3上需要更低的主频。

先进的中断处理功能

内建的嵌套向量中断控制器支持多达240条外部中断输入。向量化的中断功能剧烈地缩短了中断延迟，因为不再需要软件去判断中断源。中断的嵌套也是在硬件水平上实现的，不需要软件代码来实现。
Cortex-M3在进入异常服务例程时，自动压栈了R0-R3, R12, LR, PSR和PC，并且在返回时自动弹出它们，这多清爽！既加速了中断的响应，也再不需要汇编语言代码了（第8章有详述）。
NVIC支持对每一路中断设置不同的优先级，使得中断管理极富弹性。最粗线条的实现也至少要支持8级优先级，而且还能动态地被修改。
优化中断响应还有两招，它们分别是“咬尾中断机制”和“晚到中断机制”。
有些需要较多周期才能执行完的指令，是可以被中断－继续的——就好比它们是一串指令一样。这些指令包括加载多个寄存器（LDM），存储多个寄存器（STM），多个寄存器参与的PUSH，以及多个寄存器参与的POP。
除非系统被彻底地锁定，NMI（不可屏蔽中断）会在收到请求的第一时间予以响应。对于很多安全-关键(safety-critical)的应用，NMI都是必不不可少的（如化学反应即将失控时的紧急停机）。

低功耗

Cortex-M3需要的逻辑门数少，所以先天就适合低功耗要求的应用（功率低于0.19mW/MHz）在内核水平上支持节能模式（SLEEPING和SLEEPDEEP位）。通过使用“等待中断指令（WFI）”和“等待事件指令（WFE）”，内核可以进入睡眠模式，并且以不同的方式唤醒。另外，模块的时钟是尽可能地分开供应的，所以在睡眠时可以把CM3的大多数“官能团”给停掉。
CM3的设计是全静态的、同步的、可综合的。任何低功耗的或是标准的半导体工艺均可放心饮用。

系统特性