ARM Cortex-M

ARM Cortex-M é uma família de núcleos de processador RISC de 32-bit licenciados pela ARM Holdings, principalmente usados em microcontroladores. Os núcleos que compõem a família são Cortex-M0, Cortex-M1, Cortex-M3, Cortex-M4.^[1][2][3][4]

As principais características do núcleo Cortex-M0 são:^[1]

• Arquitetura ARMv6-M^[5]
• Conjunto de Instruções
  • Thumb (maioria), sem CBZ, CBNZ, IT.
  • Thumb-2 (subconjunto), apenas BL, DMB, DSB, ISB, MRS, MSR.
  • Multiplicação de hardware (32-bit), 3 ciclos ou 32 ciclos (silicon option)
• Pipeline de 3 estágios

Os seguintes fornecedores desenvolvem microcontroladores baseados no núcleo Cortex-M0:

• Energy Micro EFM32 família Zero Gecko
• NXP família LPC11xx, LPC12xx
• nuvoTon família NuMicro
• STMicroelectronics STM32 família F0
• Cypress Semiconductor PSoC 4
• Freescale família Kinetis L (Cortex M0+)

As principais características do núcleo Cortex-M1 são:^[2]

• Arquitetura ARMv6-M^[5]
• Conjunto de Instruções
  • Thumb (maioria), sem CBZ, CBNZ, IT.
  • Thumb-2 (subconjunto), apenas BL, DMB, DSB, ISB, MRS, MSR.
  • Multiplicação de hardware (32-bit), 3 ciclos ou 33 ciclos (silicon option)

Os seguintes fornecedores de FPGAs dão suporte ao Cortex-M1:

• Actel FPGAs
• Altera FPGAs
• Xilinx FPGAs

As principais características do núcleo Cortex-M3 são:^[3][6]

• Arquitetura ARMv7-M^[7]
• Suporte a instruções Thumb e Thumb-2
• Pipeline de 3 estágios com branch predictor
• 1 a 240 interrupções de hardware, mais NMI
• Latência de interrupções de 12 ciclos
• Modos sleep integrados
• MPU com 8 regiões
• 1.25 DMIPS/MHz
• 0,19 mW/MHz
• 0,86 mm² (núcleo + periféricos)

Vários modelos de PCB com sistema SoCs são implementados com o núcleo Cortex-M3, incluindo:

• Actel família SmartFusion
• Atmel família SAM3S, SAM3U, e SAM3N.
• NXP famílias 17xx e 13xx;
• STMicroelectronics família STM32;
• Texas Instruments família Stellaris e também incluído em alguns SoCs OMAPs 4;
• Toshiba Série TX03

Conceitualmente, o Cortex-M4 é um Cortex-M3 com Instruções DSP, e uma Unidade de Ponto Flutuante opcional. Se o núcleo contém a unidade de ponto flutuante, é conhecido como Cortex-M4F. As principais características do núcleo Cortex-M4 são:^[4]

• Arquitetura ARMv7-ME^[7]
• Suporte a instruções:
  • Thumb (total)
  • Thumb-2 (total)
  • Multiplicador de hardware de 1 ciclo (32-bit), divisão de hardware de 2-12 ciclos (32-bit)
  • Extensão DSP: 16/32-bit MAC de único ciclo, 16-bit MAC duplo de único ciclo, aritmética 8/16-bit SIMD.
  • Extensão de ponto flutuante (silicon option): Unidade de ponto flutuante de precisão simples, chamada FPv4-SP.
• Pipeline de 3 estágios com branch predictor
• 1 a 240 interrupções de hardware, mais NMI
• Latência de interrupções de 12 ciclos
• Modos sleep integrados
• MPU com 8 regiões (silicon option)
• 1,25 DMIPS/MHz

Os seguintes fornecedores desenvolvem microcontroladores baseados no núcleo Cortex-M4:

• Atmel família SAM4 (Cortex-M4)
• Freescale famílias Kinetis (Cortex-M4 and Cortex-M4F)
• STMicroelectronics STM32 família F4 (Cortex-M4F)
• Texas Instruments família Stellaris LM4F (Cortex-M4F)

Referências

• RISC

O Commons possui uma categoria com imagens e outros ficheiros sobre ARM Cortex-M

• ARM Cortex-M Website, arm.com
• Cartões de Referência Rápida para Instruções "(em inglês)": Thumb, ARM and Thumb-2, Vector Floating Point
• ARM Cortex-M3 - ARM Processor
• RISC vs. CISC in the mobile era
• Cortex-M3/STM32 JTAG Embedded Test