8051和ARM Cortex-M处理器系列主要差异

zhangcheng1028 · 发表于 2016-10-31 15:49:04

Cortex-M处理器系列包括广泛使用的Cortex-M3处理器、针对FPGA的Cortex-M1处理器、2009年初推出的Cortex-M0处理器（最小的 ARM 处理器）和2010年初推出的 C o r tex-M4处理器（支持浮点和数字信号处理增强指令）。这些处理器具有先进的功能特点和简单易用的编程模型，对于想从8051微控制器迁移到ARM架构的开发人员来说，极具吸引力。本文是一篇入门指南，目的是帮助8051微控制器的开发人员了解8051和A R M Cor tex-M处理器系列在架构、软件和硬件设计上的主要差异，从而加快迁移过程。

架构概述

　　对于一些嵌入式程序员（尤其是那些习惯使用汇编语言编程的程序员），首先要做的事情就是了解编程模型。

寄存器

　　ARM Cortex-M处理器具有一个32位寄存器库和一个xPSR（组合程序状态寄存器）。而8051具有ACC（累加器）、B、DPTR（数据指针）、P SW（处理器状态字）和四个各含八个寄存器的寄存器库 (R0-R7)。

　　在8051中，一些指令会频繁使用某些寄存器，如ACC和 DPTR。

　　这种相关性会极大降低系统的性能，而在ARM处理器中，指令可使用不同的寄存器来进行数据处理、内存存取和用作内存指针，因此不会有这个问题。

　　从根本上说，ARM 架构是一个基于加载（Load）和存储（STore）的RI S C架构，处理器寄存器加载数据，然后将数据传给A LU进行单周期执行。而8051寄存器（ACC、B、PSW、SP和DPTR）可在SFR（特殊功能寄存器）的内存空间中访问。

　　为了确保普通的C函数能够用作中断处理程序，在需要处理中断时，C o r t e x- M的寄存器（R 0 - R 3、R12、L R、P C和xPSR）会被自动压入堆栈，而软件仅需在必要时将其他寄存器压入堆栈。虽然8051具有4个寄存器库，但是ACC、B、D P T R和PSW寄存器并不会自动压栈，因此通常需要通过中断处理程序对这些寄存器进行软件压栈。

　　寄存器

　　ARM处理器具有32位寻址，可实现一个4GB的线性内存空间。该内存空间在结构上分成多个区。每个区都有各自的推荐用法（虽然并不是固定的）。统一内存架构不仅增加了内存使用的灵活性，而且降低了不同内存空间使用不同数据类型的复杂性。

　　相反地，8051微控制器具有多个内存空间。内存空间的分割使得有效地利用全部内存空间变得困难，而且需要借助C语言扩展来处理不同的内存类型。

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