基于CMSIS標(biāo)準(zhǔn)的 Cortex－M3應(yīng)用軟件開發(fā)

引 言
ARM公司于2008年11月12日發(fā)布了ARM Cortex微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn)(CMSIS：Cortex Microcon-troller Software Interface Standard)。CMSIS是獨(dú)立于供應(yīng)商的Cortex-M處理器系列硬件抽象層，為芯片廠商和中間件供應(yīng)商提供了連續(xù)的、簡單的處理器軟件接口，簡化了軟件復(fù)用，降低了Cortex-M3上操作系統(tǒng)的移植難度，并縮短了新入門的微控制器開發(fā)者的學(xué)習(xí)時間和新產(chǎn)品的上市時間。
根據(jù)近期的調(diào)查研究，軟件開發(fā)已經(jīng)被嵌入式行業(yè)公認(rèn)為最主要的開發(fā)成本。圖1為近年來軟件開發(fā)與硬件開發(fā)成本對比圖。因此，ARM與Atmel、IAR、Keil、hami-nary Micro、Micrium、NXP、SEGGER和ST等諸多芯片和軟件廠商合作，將所有Cortex芯片廠商產(chǎn)品的軟件接口標(biāo)準(zhǔn)化，制定了CMSIS標(biāo)準(zhǔn)。此舉意在降低軟件開發(fā)成本，尤其針對新設(shè)備項(xiàng)目開發(fā)，或者將已有軟件移植到其他芯片廠商提供的基于Cortex處理器的微控制器的情況。有了該標(biāo)準(zhǔn)，芯片廠商就能夠?qū)⑺麄兊馁Y源專注于產(chǎn)品外設(shè)特性的差異化，并且消除對微控制器進(jìn)行編程時需要維持的不同的、互相不兼容的標(biāo)準(zhǔn)的需求，從而達(dá)到降低開發(fā)成本的目的。

1 基于CMSIS標(biāo)準(zhǔn)的軟件架構(gòu)
如圖2所示，基于CMSIS標(biāo)準(zhǔn)的軟件架構(gòu)主要分為以下4層：用戶應(yīng)用層、操作系統(tǒng)及中間件接口層、CMSIS層、硬件寄存器層。其中CMSIS層起著承上啟下的作用：一方面該層對硬件寄存器層進(jìn)行統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)，屏蔽了不同廠商對Cortex-M系列微處理器核內(nèi)外設(shè)寄存器的不同定義；另一方面又向上層的操作系統(tǒng)及中間件接口層和應(yīng)用層提供接口，簡化了應(yīng)用程序開發(fā)難度，使開發(fā)人員能夠在完全透明的情況下進(jìn)行應(yīng)用程序開發(fā)。也正是如此，CMSIS層的實(shí)現(xiàn)相對復(fù)雜。

CMSIS層主要分為3部分。
①核內(nèi)外設(shè)訪問層(CPAL)：由ARM負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)。包括對寄存器地址的定義，對核寄存器、NVIC、調(diào)試子系統(tǒng)的訪問接口定義以及對特殊用途寄存器的訪問接口(如CONTROL和xPSR)定義。由于對特殊寄存器的訪問以內(nèi)聯(lián)方式定義，所以ARM針對不同的編譯器統(tǒng)一用_INLINE來屏蔽差異。該層定義的接口函數(shù)均是可重入的。
②中間件訪問層(MWAL)：由ARM負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)，但芯片廠商需要針對所生產(chǎn)的設(shè)備特性對該層進(jìn)行更新。該層主要負(fù)責(zé)定義一些中間件訪問的API函數(shù)，例如為TCP／IP協(xié)議棧、SD／MMC、USB協(xié)議以及實(shí)時操作系統(tǒng)的訪問與調(diào)試提供標(biāo)準(zhǔn)軟件接口。該層在1．1標(biāo)準(zhǔn)中尚未實(shí)現(xiàn)。
③設(shè)備外設(shè)訪問層(DPAL)：由芯片廠商負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)。該層的實(shí)現(xiàn)與CPAL類似，負(fù)責(zé)對硬件寄存器地址以及外設(shè)訪問接口進(jìn)行定義。該層可調(diào)用CPAL層提供的接口函數(shù)，同時根據(jù)設(shè)備特性對異常向量表進(jìn)行擴(kuò)展，以處理相應(yīng)外設(shè)的中斷請求。