引 言
ARM公司于2008年11月12日發布了ARM Cortex微控制器軟件接口標準(CMSIS：Cortex Microcon-troller Software InteRFace Standard)。CMSIS是獨立于供應商的Cortex-M處理器系列硬件抽象層，為芯片廠商和中間件供應商提供了連續的、簡單的處理器軟件接口，簡化了軟件復用，降低了Cortex-M3上操作系統的移植難度，并縮短了新入門的微控制器開發者的學習時間和新產品的上市時間。
根據近期的調查研究，軟件開發已經被嵌入式行業公認為最主要的開發成本。圖1為近年來軟件開發與硬件開發成本對比圖。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芯片廠商產品的軟件接口標準化，制定了CMSIS標準。此舉意在降低軟件開發成本，尤其針對新設備項目開發，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。有了該標準，芯片廠商就能夠將他們的資源專注于產品外設特性的差異化，并且消除對微控制器進行編程時需要維持的不同的、互相不兼容的標準的需求，從而達到降低開發成本的目的。
1 基于CMSIS標準的軟件架構
如圖2所示，基于CMSIS標準的軟件架構主要分為以下4層：用戶應用層、操作系統及中間件接口層、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行統一實現，屏蔽了不同廠商對Cortex-M系列微處理器核內外設寄存器的不同定義；另一方面又向上層的操作系統及中間件接口層和應用層提供接口，簡化了應用程序開發難度，使開發人員能夠在完全透明的情況下進行應用程序開發。也正是如此，CMSIS層的實現相對復雜。
CMSIS層主要分為3部分。
①核內外設訪問層(CPAL)：由ARM負責實現。包括對寄存器地址的定義，對核寄存器、NVIC、調試子系統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聯方式定義，所以ARM針對不同的編譯器統一用_INLINE來屏蔽差異。該層定義的接口函數均是可重入的。
②中間件訪問層(MWAL)：由ARM負責實現，但芯片廠商需要針對所生產的設備特性對該層進行更新。該層主要負責定義一些中間件訪問的API函數，例如為TCP／IP協議棧、SD／MMC、USB協議以及實時操作系統的訪問與調試提供標準軟件接口。該層在1．1標準中尚未實現。
③設備外設訪問層(DPAL)：由芯片廠商負責實現。該層的實現與CPAL類似，負責對硬件寄存器地址以及外設訪問接口進行定義。該層可調用CPAL層提供的接口函數，同時根據設備特性對異常向量表進行擴展，以處理相應外設的中斷請求。
2 CMSIS規范
(1)文件結構
CMSIS的文件結構如圖3所示(以STM32為例)。其中stdint．h包括對8位、16位、32位等類型指示符的定義，主要用來屏蔽不同編譯器之前的差異。core_cm3．h和core_cm3．C中包括Cortex_M3核的全局變量聲明和定義，并定義一些靜態功能函數。system_
(2)工具鏈
CMSIS支持目前嵌入式開發的三大主流工具鏈，即ARM ReakView(armcc)、IAR EWARM(iccarm)以及GNU工具鏈(gcc)。通過在core_cm3．C中的如下定義，來屏蔽一些編譯器內置關鍵字的差異。
這樣，CPAL中的功能函數就可以被定義成靜態內聯類型(static_INLINE)，實現編譯優化。
(3)中斷異常
CMSIS對異常和中斷標識符、中斷處理函數名以及中斷向量異常號都有嚴格的要求。異常和中斷標識符需加后綴_IRQn，系統異常向量號必須為負值，而設備的中斷向量號是從0開始遞增，具體的定義如下所示(以STM32為例)：
CMSIS對系統異常處理函數以及普通的中斷處理函數名的定義也有所不同。系統異常處理函數名需加后綴_Handler，而普通中斷處理函數名則加后綴_IRQHandler。這些異常中斷處理函數被定義為weak屬性，以便在其他的文件中重新實現時不出現重復定義的錯誤。這些處理函數的地址用來填充中斷異常向量表，并在啟動代碼中給以聲明，例如：NMI_Handler、MemManage_Handler、SysTick_Handler、WWDG_IRQHandler等。
