概要
ARM Cortex-M處理器家族現在有8款處理器成員。在本文中，我們會比較Cortex-M系列處理器之間的產品特性，重點講述如何根據產品應用選擇正確的Cortex-M處理器。本文中會詳細的對照Cortex-M 系列處理器的指令集和高級中斷處理能力，以及 SoC系統級特性，調試和追蹤功能和性能的比較。
1 簡介
今天， ARM Cortex-M 處理器家族有8款處理器成員。除此之外，ARM的產品系列還有很多其他的處理器成員。對很多初學者，甚至某些芯片設計經驗豐富但是不熟悉ARM系列處理器的設計者來說，也是很容易混淆這些產品的。不同的ARM 處理器有不同的指令集，系統功能和性能。本文會深入展現Cortex-M系列處理器之間的關鍵區別，以及它們和ARM其他系列處理器的不同。
1.1 ARM處理器家族
多年來， ARM已經研發了相當多的不同的處理器產品。 如下圖中（圖1）: ARM 處理器產品分為經典ARM處理器系列和最新的Cortex處理器系列。并且根據應用范圍的不同，ARM處理器可以分類成3個系列。
Application Processors（應用處理器）–面向移動計算，智能手機，服務器等市場的的高端處理器。這類處理器運行在很高的時鐘頻率（超過1GHz），支持像Linux，Android，MS Windows和移動操作系統等完整操作系統需要的內存管理單元（MMU）。 如果規劃開發的產品需要運行上述其中的一個操作系統，你需要選擇ARM 應用處理器.
Real-time Processors （實時處理器）–面向實時應用的高性能處理器系列，例如硬盤控制器，汽車傳動系統和無線通訊的基帶控制。多數實時處理器不支持MMU，不過通常具有MPU、Cache和其他針對工業應用設計的存儲器功能。實時處理器運行在比較高的時鐘頻率（例如200MHz 到 >1GHz ），響應延遲非常低。雖然實時處理器不能運行完整版本的Linux和Windows操作系統， 但是支持大量的實時操作系統（RTOS）。
Microcontroller Processors（微控制器處理器）–微控制器處理器通常設計成面積很小和能效比很高。通常這些處理器的流水線很短，最高時鐘頻率很低（雖然市場上有此類的處理器可以運行在200Mhz之上）。 并且，新的Cortex-M處理器家族設計的非常容易使用。因此，ARM 微控制器處理器在單片機和深度嵌入式系統市場非常成功和受歡迎。
表1總結了三個處理器系列的主要特征。
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表 1: 處理器特性總結
1.2 Cortex-M 處理器家族
Cortex-M處理器家族更多的集中在低性能端，但是這些處理器相比于許多微控制器使用的傳統處理器性能仍然很強大。例如，Cortex-M4和Cortex-M7處理器應用在許多高性能的微控制器產品中，最大的時鐘頻率可以達到400Mhz。
當然，性能不是選擇處理器的唯一指標。在許多應用中，低功耗和成本是關鍵的選擇指標。因此，Cortex-M處理器家族包含各種產品來滿足不同的需求：
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不同于老的經典ARM處理器（例如，ARM7TDMI, ARM9）， Cortex-M處理器有一個非常不同的架構。例如：
- 僅支持ARM Thumb?指令，已擴展到同時支持16位和32位指令Thumb-2版本
- 內置的嵌套向量中斷控制負責中斷處理，自動處理中斷優先級，中斷屏蔽，中斷嵌套和系統異常處理。
- 中斷處理函數可以使用標準的C語言編程，嵌套中斷處理機制避免了使用軟件判斷哪一個中斷需要響應處理。同時，中斷響應速度是確定性的，低延遲的
- 向量表從跳轉指令變為中斷和系統異常處理函數的起始地址。
- 寄存器組和某些編程模式也做了改變。
這些變化意味著許多為經典ARM處理器編寫的匯編代碼需要修改，老的項目需要修改和重新編譯才能遷移到Cortex-M的產品上。軟件移植具體的細節記錄在ARM文檔：
ARM Cortex-M3 Processor Software Development for ARM7TDMI Processor Programmers
http://www.arm.com/files/pdf/Cortex-M3_programming_for_ARM7_developers.pdf
1.3Cortex-M系列處理器的共同特性
Cortex-M0, M0+, M3, M4 and M7之間有很多的相似之處，例如：
-基本編程模型 (章節 3.1)
-嵌套向量中斷控制器（NVIC）的中斷響應管理
-架構設計的休眠模式：睡眠模式和深度睡眠模式 (章節 4.1)
-操作系統支持特性 (章節 3.3)
-調試功能 (章節 6)
-易用性
例如，嵌套向量中斷控制器是內置的中斷控制器 
圖 2: Cortex-M處理器的嵌套向量中斷控制器
支持許多外圍設備的中斷輸入，一個不可屏蔽的中斷請求，一個來自內置時鐘（SysTick）的中斷請求（見章節 3.3）和一定數量的系統異常請求。NVIC處理這些中斷和異常的優先級和屏蔽管理。
NVIC以及異常處理模型的更多的內容在章節3.2描述。其他Cortex-M處理器間的異同點會在本文的其余部分講解。