Procesador Cortex M-0

Implementación del procesador Cortex-M0
DesignStart en una FPGA de rango bajo
Pedro Ignacio Martos y Fabricio Baglivo
Laboratorio de Sistemas Embebidos
Facultad de Ingeniería - UBA
Buenos Aires, Argentina
pmartos@fi.uba.ar / baglivofabricio@gmail.com
Abstract—Los procesadores de la línea CortexTM-M de ARM ltd.
están orientados a la implementación de microcontroladores y
dispositivosmixtos (mixed signal) de bajo costo y bajo consumo;
tanto como dispositivos en silicio como softcores o hardblocks en
FPGA. Actualmente hay soluciones de Cortex-M en FPGA de
Altera (Cortex-M1 como softcore) y de Actel (Cortex-M1 como
softcore y Cortex-M3 como hardblock); mientras que Xilinx no
ofrece soluciones de Cortex-M para su línea de FPGA. Por otra
parte, ARM ha lanzado recientemente unaversión reducida y de
bajo costo del procesador Cortex-M0 (Cortex-M0 DesignStart™)
sintetizable tanto para FPGA como para silicio. En el presente
trabajo se muestran los resultados de la implementación de dicho
procesador en una FPGA de rango bajo de Xilinx, lográndose de
esta manera ampliar el rango de implementaciones de los
procesadores Cortex-M en FPGA.
Keywords- Cortex-M0, FPGA

I.El procesador Cortex-M0 es el miembro de menor rango
dentro de la familia Cortex-M de procesadores de ARM. Esta
familia permite realizar distintos tipos de compromisos entre
costo, simpleza de diseño, consumo, performance y capacidad
de procesamiento dentro del segmento Embedded Processors.
El Cortex-M0 apunta principalmente a lograr bajo consumo y
la menor área de silicio, a fin decompetir ventajosamente con
procesadores de 8 bits de alta gama o procesadores de 16 bits
mientras mantiene la compatibilidad de código con
procesadores más potentes de la familia como el Cortex-M3.
La menor implementación de Cortex-M0 consume 85μW/MHz
y ocupa un área equivalente de 12.000 compuertas. Como
referencia, un procesador clásico como el i8051 ocupa
típicamente alrededor de 8.000compuertas [1][2]. En la Fig. 2
vemos la ubicación relativa de cada miembro de la familia
Cortex-M en función de su performance y plataforma de
implementación.

INTRODUCCION

A. Descripción de las familias de procesadores de ARM
En la línea de procesadores de ARM, la familia Cortex
consiste en cores que van desde soluciones orientadas a
microcontroladores de bajo costo hasta procesadores dealta
perfomance con capacidad de ejecutar sistemas operativos
complejos. Las lineas clásicas incluyen a las familias ARM7,
ARM9 y ARM11 y las series especializadas SecurCore™ para
aplicaciones de seguridad y criptografía. En la Fig. 1 se puede
apreciar la ubicación relativa de cada familia en relación a su
capacidad y funcionalidad.
Figura 2. Comparación entre los distintos miembros de lafamilia Cortex-M

B. Arquitectura del procesador Cortex-M0
Este procesador esta basado en la arquitectura ARMv6-M
(Von Neumann) con un pipeline de 3 etapas, obteniendo un
Dhrystone de 0,9 DMIPS/MHz; implementa hasta 32
interrupciones enmascarables más una no enmascarable a
través de un controlador de interrupciones integrado (NVICNested Vectored Interrupt Controller) con una latencia fija de16 ciclos de máquina [3]. La Fig. 3 muestra un diagrama en
bloques del procesador Cortex-M0
Figura 1. Relación performance-capacidades de las distintas familias de
procesadores de ARM

Figura 3. Diagrama en bloques de un procesador Cortex-M0

Su interfase con otros periféricos es a través de una versión
reducida del bus Advanced Microcontroller Bus Architecture
(AMBA®), denominada AMBAAHB–Lite. Este bus fue
diseñado como un bus de alta performance para transferencias
rápidas entre el procesador y periféricos que requieran gran
ancho de banda y/o altas tasas de transferencia de datos.
Generalmente se lo implementa con un único dispositivo que
actúa como maestro y el resto como esclavos, aunque la
especificación del bus permite la implementación de múltiples
maestros. Sus...