對于微處理界第一顆基于ARM®Cortex®-M7內(nèi)核的高性能微控制器STM32F7系列，相信很多人對它都不陌生了。比如STM32F7系列微控制器采用90nm工藝，工作頻率高達216MHz，采用6級超標量流水線和浮點單元，測試分數(shù)高達1000 CoreMarks，性能提升的同時保持高能效，與STM32F4系列管腳高度兼容等等。

        一般來講，基于ARM®Cortex®-M7內(nèi)核的微控制器大多具有相似的處理器配置選項。通常包括：
-一個64位AXI系統(tǒng)總線接口
-一個指令和數(shù)據(jù)高速緩存
-64位指令緊耦合存儲器（ITCM）
-雙32位數(shù)據(jù)緊耦合存儲器（DTCM）

      不過，本文只是從應用開發(fā)的層面介紹STM32F7系列有別于其它使用Cortex-M7內(nèi)核的MCU的幾個特色。
      首先，第一個重要特色在于STM32F7器件同時具有ITCM接口和AXI接口連接到片內(nèi)閃存，如圖1所示。

圖1：基于ARMCortex-M7內(nèi)核的系統(tǒng)級芯片的框圖

      ITCM和AXI雙接口的存在使得執(zhí)行代碼時具備更大的靈活性。此外，STM32F7還有一個稱為自適應實時加速器（ARTAccelerator?）的內(nèi)置閃存加速器，從而實現(xiàn)閃存零等待執(zhí)行。使用TCM接口和ART加速器能能實現(xiàn)與帶緩存AXI接口相似的性能。同時用戶代碼也不會有高速緩存失效或高速緩存維護操作的麻煩。

      利用ART Accelerator加速引擎和高達16kB的L1緩存，STM32F7MCU可實現(xiàn)ARM Cortex-M7的最佳性能。不管是從片內(nèi)閃存還是外部存儲器執(zhí)行代碼，在216MHz下均可達到1082 CoreMark/462 DMIPS。

      第二個重大特色在于內(nèi)部SRAM分布在不同的模塊中，以降低動態(tài)功耗，并允許從各個總線主機同時訪問不同的SRAM模塊，以優(yōu)化帶寬和延遲。
   此架構(gòu)的一個典型應用實例就是人機界面，在人機界面中，音頻和圖形數(shù)據(jù)與系統(tǒng)RAM之間的傳輸必須同時進行。

      第三個就是它的高級浮點單元。STM32F7系列器件具有一個高性能的單或雙精度浮點單元（FPU），支持所有ARM單或雙數(shù)據(jù)處理指令和數(shù)據(jù)類型。FPU在需要浮點數(shù)學精度的許多應用中提供了優(yōu)勢，包括環(huán)路控制、音頻處理、音頻解碼和數(shù)字濾波等。
      它還有個額外優(yōu)勢，那就是將某些功能的執(zhí)行或處理可以從CPU分流到FPU，使CPU用于其他任務。它支持雙精度，因此更易于使用雙精度浮點指令的基于PC的數(shù)學軟件。

      第四，STM32F7 MCU最具特色的設計之一是它們的智能系統(tǒng)架構(gòu)，它使用兩個子系統(tǒng)，如圖2所示：

   圖2：STM32F7微控制器的總線矩陣

      AXI-to-multi-AHB橋?qū)XI4協(xié)議轉(zhuǎn)換成AHB-Lite協(xié)議
      multi-AHB總線矩陣管理主機之間的訪問仲裁
      該仲裁使用循環(huán)調(diào)度算法保障主機對從機的訪問，即使多個高速外設同時工作，也能實現(xiàn)同時訪問并高效運行。

      最后，不得不提它的L1高速緩存。STM32F7嵌入了指令和數(shù)據(jù)高速緩存，當從片上或片外存儲器讀取代碼和數(shù)據(jù)時可彌補插入等待狀態(tài)，從而提高性能。當然，如果出現(xiàn)高速緩存失效和高速緩存行填充，此時查看高速緩存將無法保證數(shù)據(jù)的確定性。

      這就是為什么要強烈推薦使用TCM存儲器來執(zhí)行關(guān)鍵代碼、存儲關(guān)鍵數(shù)據(jù)的原因。這在必須保證安全操作的應用中（如家電和電機）通常都很有用。

      由于高速緩存不僅可以由CPU訪問，也可以通過其他主機進行訪問（包括直接存儲器訪問（DMA）控制器），因此需要軟件維護操作。訪問物理存儲器時，這些主機可能會讀出過期的數(shù)據(jù)，而更新的數(shù)據(jù)在CPU高速緩存中已可用。

      為了避免這個問題，開發(fā)者編寫用戶代碼時應該采取以下措施：
A.當除CPU以外的主機將執(zhí)行對高速緩存的訪問之前，推薦進行高速緩存清零。這是為了確保CPU的最新的更新數(shù)據(jù)被寫回到物理存儲器。
B.當除CPU以外的主機對高速緩存數(shù)據(jù)進行了更新后，在對高速緩存進行讀操作之前，CPU應該使高速緩存失效。這是為了確保從物理存儲器的直接讀取。
C.有時也需考慮無高速緩存操作。當高速緩沖存頻繁被其他主機訪問時，可以通過CPU配置不可緩存屬性防止數(shù)據(jù)的不一致性。