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基于CMSIS标准的 Cortex-M3应用软件开发

发布时间:2021-02-22 发布时间:
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引 言
ARM公司于2008年11月12日发布了ARM Cortex微控制器软件接口标准(CMSISCortex Microcon-troller Software Interface Standard)。CMSIS是独立于供应商的Cortex-M处理器系列硬件抽象层,为芯片厂商和中间件供应商提供了连续的、简单的处理器软件接口,简化了软件复用,降低了Cortex-M3上操作系统的移植难度,并缩短了新入门的微控制器开发者的学习时间和新产品的上市时间。
根据近期的调查研究,软件开发已经被嵌入式行业公认为最主要的开发成本。图1为近年来软件开发与硬件开发成本对比图。因此,ARM与Atmel、IAR、Keil、hami-nary Micro、Micrium、NXP、SEGGER和ST等诸多芯片和软件厂商合作,将所有Cortex芯片厂商产品的软件接口标准化,制定了CMSIS标准。此举意在降低软件开发成本,尤其针对新设备项目开发,或者将已有软件移植到其他芯片厂商提供的基于Cortex处理器的微控制器的情况。有了该标准,芯片厂商就能够将他们的资源专注于

产品外设特性的差异化,并且消除对微控制器进行编程时需要维持的不同的、互相不兼容的标准的需求,从而达到降低开发成本的目的。


1 基于CMSIS标准的软件架构
如图2所示,基于CMSIS标准的软件架构主要分为以下4层:用户应用层、操作系统及中间件接口层、CMSIS层、硬件寄存器层。其中CMSIS层起着承上启下的作用:一方面该层对硬件寄存器层进行统一实现,屏蔽了不同厂商对Cortex-M系列微处理器核内外设寄存器的不同定义;另一方面又向上层的操作系统及中间件接口层和应用层提供接口,简化了应用程序开发难度,使开发人员能够在完全透明的情况下进行应用程序开发。也正是如此,CMSIS层的实现相对复杂。

CMSIS层主要分为3部分。
①核内外设访问层(CPAL):由ARM负责实现。包括对寄存器地址的定义,对核寄存器、NVIC、调试子系统的访问接口定义以及对特殊用途寄存器的访问接口(如CONTROL和xPSR)定义。由于对特殊寄存器的访问以内联方式定义,所以ARM针对不同的编译器统一用_INLINE来屏蔽差异。该层定义的接口函数均是可重入的。
②中间件访问层(MWAL):由ARM负责实现,但芯片厂商需要针对所生产的设备特性对该层进行更新。该层主要负责定义一些中间件访问的API函数,例如为TCP/IP协议栈、SD/MMC、USB协议以及实时操作系统的访问与调试提供标准软件接口。该层在1.1标准中尚未实现。
③设备外设访问层(DPAL):由芯片厂商负责实现。该层的实现与CPAL类似,负责对硬件寄存器地址以及外设访问接口进行定义。该层可调用CPAL层提供的接口函数,同时根据设备特性对异常向量表进行扩展,以处理相应外设的中断请求。



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