一文讀懂CMSIS軟體

2024-09-07科技

CMSIS 是Cortex Microcontroller Software Interface Standard的縮寫，中文為Cortex系列微控制器軟體介面標準。它是由ARM公司、芯片供應商和軟體供應商共同制定的一種通用、高效、靈活和易用的軟體標準，旨在為Cortex-M微控制器設計的軟體開發提供一致的硬體抽象層和簡單的軟體介面。

CMSIS主要包括以下幾個部份：

CMSIS-Core ：提供了對Cortex-M內核和外設的存取介面，包括寄存器定義、系統啟動程式碼、時鐘配置、例外處理等。

CMSIS-Driver ：提供了對微控制器外設的存取函式，包括GPIO、UART、SPI、I2C、ADC等。

CMSIS-DSP ：提供了一系列數位訊號處理演算法庫，包括正余弦、矩陣計算、FFT等。

CMSIS-NN ：提供了一系列機器學習演算法庫，包括摺積神經網路、迴圈神經網路等。

CMSIS-RTOS ：提供了一種即時作業系統的通用API，可以支持多種作業系統和中介軟體元件，如FreeRTOS、RT-Thread等。

CMSIS-DAP ：提供了一種Cortex-M內核處理器的開源偵錯程式固件，可以與其他邏輯電路整合在同一芯片上。

CMSIS-Zone ：提供了一種多核配置、TrustZone安全擴充套件和MPU設定的工具。

CMSIS-SVD ：提供了一種系統檢視描述檔，以XML格式描述了外設資訊和其他裝置參數

CMSIS軟體架構由以下四層構成：

核內外設存取層（CPAL，CorePeripheraIAccessLayer） ：由ARM實作，包括對寄存器名稱、地址的定義，內核寄存器、NVIC、偵錯子系統的存取介面定義以及對特殊用途寄存器的存取介面（例如：CONTROL，xPSR）定義。

片上外設存取層（DPAL，DevicePeripheraIAccessLayer） ：該層由芯片廠商負責實作，負責對硬體寄存器地址以及外設存取介面進行定義。該層可呼叫CPAL層提供的介面函式同時根據裝置的特性對異常向量表進行擴充套件，以處理相應外設的中斷請求。

外設存取函式（AFP，AccessFunctionsforPeripherals） ：該層也由芯片廠商負責實作，提供存取片上外設的存取函式，該部份可選。

作業系統及中介軟體介面層（OSMI，OperatingSystemandMiddlewareInterfaceLayer） ：該層提供了與作業系統和中介軟體元件的一致軟體介面，例如CMSIS-RTOS、CMSIS-DSP、CMSIS-Driver、CMSIS-Pack、CMSIS-SVD、CMSIS-DAP和CMSIS-NN等。

CMSIS軟體架構的優勢主要有以下幾點：

一致性 ：CMSIS提供了一致的裝置支持和簡單的軟體介面，使得不同的微控制器和外設可以使用相同的軟體程式碼，無需修改或重新編寫。這樣可以提高軟體的可重用性和可移植性，降低開發者的學習成本和開發時間。

最佳化性 ：CMSIS包含了一些針對不同Cortex-M處理器核心最佳化的軟體庫，例如CMSIS-DSP、CMSIS-NN等。這些庫提供了豐富的數位訊號處理和神經網路功能，可以提高軟體的效能和效率。

靈活性 ：CMSIS支持多種作業系統和中介軟體元件，例如CMSIS-RTOS、CMSIS-Driver等。這些元件提供了與硬體無關的抽象層，使得開發者可以根據自己的需求選擇合適的軟體框架和功能。

易用性 ：CMSIS提供了一種軟體包的交付機制（CMSIS-Pack），可以包含裝置、板卡和軟體元件的資訊。開發者可以透過CMSIS-Pack管理器輕松地下載、安裝和更新所需的軟體包，無需手動配置或搜尋。