2017年一定要關(guān)注ARM這三大技術(shù)

ARM作為全球領(lǐng)先的IP供應(yīng)商，憑借其核心優(yōu)勢(shì)，在移動(dòng)設(shè)備時(shí)代，混的風(fēng)生水起。而近年來隨著設(shè)備轉(zhuǎn)變的需求，ARM也針對(duì)性的做了提高，推出更適合的高效能產(chǎn)品。我們來盤點(diǎn)一下2017年不能錯(cuò)過ARM的三大技術(shù)：

獲得Trust Zone加持的ARMv8-M

ARM® TrustZone® 是針對(duì)片上系統(tǒng)(SoC)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)級(jí)安全技術(shù)，它基于硬件，內(nèi)置于CPU和系統(tǒng)內(nèi)核，為半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)設(shè)備安全性能(如可信根)量身打造。TrustZone可用于任何基于ARM Cortex®-A的系統(tǒng)，隨著全新Cortex-M23和Cortex-M33處理器的發(fā)布與升級(jí)，Cortex-M也已經(jīng)支持該技術(shù)。從尺寸最小的微控制器(搭載針對(duì)Cortex-M處理器優(yōu)化的TrustZone技術(shù))，到高性能處理器(搭載針對(duì)Cortex-A處理器優(yōu)化的TrustZone技術(shù))，設(shè)計(jì)師們終于可以從設(shè)計(jì)初始就著手打造出色的安全性能了。

TrustZone技術(shù)的核心理念是將可信資源與非可信資源在硬件上實(shí)現(xiàn)隔離。在處理器內(nèi)部，軟件只能安裝于安全或非安全域其中一處;在兩個(gè)域間切換則必須經(jīng)過Cortex-A處理器的軟件(后文稱安全監(jiān)視器)和Cortex-M處理器的硬件(核心邏輯)處理才能執(zhí)行。這種將安全(可信)域和非安全(非可信)域隔離理念的實(shí)現(xiàn)不僅涉及CPU，還涵蓋存儲(chǔ)、片上總線系統(tǒng)、中斷、周邊設(shè)備接口和SoC上的軟件。

TrustZone安全技術(shù)將非可信資源和可信資源隔離

針對(duì)ARMv8-M處理器(Cortex-M)的TrustZone技術(shù)

ARMv8-M架構(gòu)將TrustZone技術(shù)拓展至Cortex-M級(jí)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)所有成本點(diǎn)的安全防護(hù)。為Cortex-M度身設(shè)計(jì)的TrustZone技術(shù)可以保護(hù)固件和周邊設(shè)備，并為安全啟動(dòng)、可信更新以及可信根執(zhí)行實(shí)現(xiàn)隔離。該架構(gòu)具備嵌入式解決方案應(yīng)有的確定性實(shí)時(shí)響應(yīng)能力。同時(shí)，因?yàn)榘踩c非安全域間的上下文切換在硬件中完成，所以更快實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換及更高的電源效率。該架構(gòu)無需安裝任何安全監(jiān)視器軟件，因?yàn)樘幚砥鞅旧砭湍芡瓿汕袚Q任務(wù)，不僅可以減少存儲(chǔ)足跡，還能降低代碼執(zhí)行的動(dòng)態(tài)功率。

在繼續(xù)討論編程之前，我們先介紹以下幾個(gè)概念：

1.地址定義安全

2.新增執(zhí)行狀態(tài)

3.跨域調(diào)用

概念1：地址定義安全

第一個(gè)需要了解的概念是：地址定義安全，即每一個(gè)地址都與一個(gè)特定的安全狀態(tài)相關(guān)。Cortex-M處理器采用全新引入的安全屬性單元來檢查地址的安全狀態(tài)。根據(jù)整體SoC設(shè)計(jì)，系統(tǒng)級(jí)接口可以重寫該屬性。選擇此狀態(tài)后，該地址還會(huì)通過一個(gè)存儲(chǔ)保護(hù)單元(視系統(tǒng)配置而定)。

地址定義安全圖解

概念2：新增執(zhí)行狀態(tài)

第二個(gè)概念是“新增執(zhí)行狀態(tài)”。ARMv7-M和ARMv6-M架構(gòu)定義了兩種執(zhí)行模式：管理者模式(handler mode)和線程模式(thread mode)。管理者模式是特權(quán)模式，可以接入SoC的所有資源;而線程模式則可以設(shè)定為特權(quán)或非特權(quán)兩種。憑借TrustZone安全拓展技術(shù)，我們可以對(duì)處理器模式進(jìn)行鏡像處理，構(gòu)造安全和非安全兩種狀態(tài)，每種狀態(tài)都各自包含管理者模式和線程模式。安全狀態(tài)和處理器模式是正交的，因此可形成4種狀態(tài)和模式的組合。在安全的存儲(chǔ)器中運(yùn)行軟件時(shí)，處理器自動(dòng)設(shè)定為安全狀態(tài);反之，在非安全存儲(chǔ)器中運(yùn)行軟件時(shí)，處理器自動(dòng)設(shè)定為非安全狀態(tài)。這種設(shè)計(jì)消除了本來用于管理狀態(tài)切換的安全監(jiān)控軟件的必要性，從而實(shí)現(xiàn)減少存儲(chǔ)足跡和功耗的目的。

新增正交態(tài)

概念3：跨域調(diào)用

ARMv8-M為實(shí)現(xiàn)Cortex-M的性能專門設(shè)計(jì)，具備確定性實(shí)時(shí)運(yùn)行功能。換言之，只要遵守以預(yù)先設(shè)定的安全狀態(tài)接入點(diǎn)為基礎(chǔ)的特定規(guī)則，任何狀態(tài)下的任何功能都可以直接調(diào)用其他狀態(tài)下的任何其他功能。此外，每個(gè)狀態(tài)都有一個(gè)獨(dú)特的堆棧集和對(duì)應(yīng)的堆棧指示器，用來保護(hù)安全域資產(chǎn)。由于無需使用API層管理調(diào)度，成本大幅減少。基于預(yù)先設(shè)定的接入點(diǎn)，調(diào)度可以直接讀取被調(diào)函數(shù)。

跨域調(diào)用

應(yīng)用案例簡(jiǎn)述

如下圖表介紹了一個(gè)使用案例簡(jiǎn)述。該環(huán)境下，用戶應(yīng)用和I/O驅(qū)動(dòng)都處于非安全狀態(tài)，而系統(tǒng)的啟動(dòng)代碼和通訊堆棧則處于安全狀態(tài)。用戶應(yīng)用調(diào)度并轉(zhuǎn)入通訊堆棧以傳輸、接收數(shù)據(jù)，而該堆棧將使用非安全狀態(tài)的I/O驅(qū)動(dòng)來完成界面上的數(shù)據(jù)傳輸和接收。

所有相似系統(tǒng)環(huán)境下，示例軟件配置都可以得益于TrustZone技術(shù)的安全狀態(tài)功能：

非安全應(yīng)用不能接入安全資源，除非通過事先定義好的安全服務(wù)功能接入點(diǎn)

安全固件既可以接入安全存儲(chǔ)，也可以進(jìn)入非安全存儲(chǔ)

安全和非安全代碼可以用不同的定時(shí)器制定獨(dú)立的時(shí)間進(jìn)度

每根中斷線都可以設(shè)置為安全或非安全。安全軟件和非安全軟件的中斷向量表也可以分開。

盡管處理器硬件可以為安全軟件提供核心保護(hù)，但安全軟件依然需要謹(jǐn)慎的編寫，才能確保整個(gè)系統(tǒng)的安全。以下是軟件開發(fā)商在設(shè)計(jì)安全軟件時(shí)必須牢記的三個(gè)內(nèi)容：

使用最新的ARM C語言拓展(ACLE)技術(shù)

驗(yàn)證非可信指示

為異步非安全存儲(chǔ)修改專門設(shè)計(jì)

建議1：使用最新的ARM C語言拓展技術(shù)

經(jīng)過優(yōu)化，ARMv8-M的TrustZone技術(shù)引入了全新指令，支持安全狀態(tài)轉(zhuǎn)換。軟件開發(fā)商再也無需創(chuàng)建封裝器來生成這些指令了，他們現(xiàn)在可以使用ARM C語言拓展功能(ACLE)中定義的全新編譯器，讓軟件工具理解上述功能的安全使用，并生成所需的最佳代碼。ACLE功能由多家編譯器廠商實(shí)現(xiàn)并支持，代碼非常便捷易用。

比如說，在創(chuàng)建可以從非安全狀態(tài)調(diào)度的安全API時(shí)，應(yīng)該使用一個(gè)名為“cmse_nonsecure_entry”的全新功能屬性來做函數(shù)聲明。安全狀態(tài)調(diào)度功能使用結(jié)束時(shí)，處理器中的寄存器仍可能保留一些秘密信息。憑借正確的功能屬性，編譯器便可自動(dòng)插入代碼，清空R0-R3、R12和應(yīng)用程序狀態(tài)寄存器(APSR)中仍保留秘密信息的寄存器，但是寄存器將結(jié)果返還給非安全軟件的情況除外。寄存器R4到R11有不同的處理方式，因?yàn)樗鼈兊膬?nèi)容在函數(shù)邊界保持不變。如果它們的值在函數(shù)執(zhí)行過程中改變，那么就必須在返還非安全調(diào)度功能之前改回原值。

建議2：驗(yàn)證非可信指標(biāo)

有時(shí)候，非安全代碼會(huì)提供錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)指示，試圖接入安全存儲(chǔ)。為了徹底杜絕這一可能，ARMv8-M引入了一個(gè)全新指令——測(cè)試目標(biāo)(TT)指令。TT指令可以將一個(gè)地址的安全屬性返還，安全軟件即可由此判斷該指示指向安全還是非安全地址。

為了提高指示檢查效率，每個(gè)存儲(chǔ)區(qū)都有一個(gè)安全配置定義的區(qū)域號(hào)。軟件可以用區(qū)域號(hào)判斷相鄰的存儲(chǔ)區(qū)是否具有類似的安全屬性。

TT指令將來自地址值的安全屬性和區(qū)域號(hào)(還有MPU的區(qū)域號(hào))返還原軟件。如果在存儲(chǔ)段的起始和終止地址上使用TT指令，并確定兩個(gè)地址都處于同一個(gè)區(qū)域號(hào)內(nèi)時(shí)，軟件便可迅速判斷存儲(chǔ)范圍(如數(shù)據(jù)陣列或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))是否完全位于非安全空間。

檢查指示是否指向安全的區(qū)域邊界

使用上述機(jī)制，憑借API調(diào)度進(jìn)安全側(cè)的安全代碼即可判斷，非安全軟件區(qū)域發(fā)起的指示請(qǐng)求是否具備符合該API的安全屬性。通過這種方法，我們可以阻止非安全軟件在安全軟件中使用API來讀取或破壞安全信息。

建議3：為異步非安全存儲(chǔ)修改專門設(shè)計(jì)

非安全中斷服務(wù)程序可以修改正在被安全軟件處理的非安全數(shù)據(jù)。因此，已經(jīng)通過安全API驗(yàn)證的輸入數(shù)據(jù)可以在經(jīng)過驗(yàn)證之后被一個(gè)非安全的ISR更改。避免這種情況的一個(gè)方法就是在安全存儲(chǔ)中為那份輸入數(shù)據(jù)建立一個(gè)本地副本，并用安全副本進(jìn)行處理(包括輸入數(shù)據(jù)的驗(yàn)證)以避免非安全存儲(chǔ)讀取;無法創(chuàng)建該副本時(shí)(如在特定存儲(chǔ)區(qū)域中處理大量數(shù)據(jù))，則可以選擇另一種方法，即對(duì)安全屬性單元進(jìn)行編程，以確保該存儲(chǔ)區(qū)域的安全。

確保整個(gè)系統(tǒng)的安全性并阻止安全數(shù)據(jù)泄漏至非安全側(cè)，是安全軟件開發(fā)商的責(zé)任。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們向安全軟件開發(fā)商介紹TrustZone 技術(shù)3大關(guān)鍵理念與3個(gè)重要使用建議——保護(hù)調(diào)度函數(shù)寄存器數(shù)據(jù)的ACLE技術(shù)、驗(yàn)證指示的TT指令;最后一點(diǎn)開發(fā)商也必須牢記，非安全側(cè)可能會(huì)通過干擾安全側(cè)來修改數(shù)據(jù)。

擁有五大優(yōu)勢(shì)的Cortex-M33

Cortex-M33是首款采用TrustZone® 安全技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的ARMv8-M全功能實(shí)現(xiàn)處理器。該處理器可以支持大量靈活的配置選項(xiàng)，并在廣泛應(yīng)用中進(jìn)行部署，此外還提供專用的協(xié)同處理器界面以支持經(jīng)常需要加速和大量運(yùn)算的運(yùn)作。Cortex-M33是一款在性能、功耗、安全與生產(chǎn)力之間達(dá)到最佳平衡的處理器。

為了顯著降低系統(tǒng)功耗，Cortex-M33處理器采用有序三階管線技術(shù)。大部分指令在頭兩個(gè)階段就能完成，而復(fù)雜的指令則需要3個(gè)階段。此外，某些16位指令將采用雙發(fā)射機(jī)制，以增強(qiáng)性能。處理器內(nèi)核有兩個(gè)AMBA® 5 AHB5界面：C-AHB和S-AHB，完全對(duì)稱，指令和數(shù)據(jù)提取性能不分伯仲。

Cortex-M33的配置高度靈活，可以滿足廣泛的系統(tǒng)要求

在MPU、DSP、FPU、TrustZone、ETM、MTB、ITM、BPU、DWT和協(xié)同處理器界面功能中選擇最佳組合方案，設(shè)計(jì)師即可迅速打造強(qiáng)大系統(tǒng)。在最低限度的控制系統(tǒng)中，NVIC可以被設(shè)定成只容納一個(gè)外部中斷;而在周邊設(shè)備豐富的系統(tǒng)中，NVIC能夠設(shè)定成可容納至多480個(gè)外部中斷，包含至多256個(gè)優(yōu)先級(jí)。而對(duì)于那些依賴大量主動(dòng)流程和線程以保持可靠運(yùn)行的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)師還可以增加MPU，用特權(quán)和非特權(quán)接入控制來強(qiáng)行隔離處理進(jìn)程。如需更高級(jí)別的代碼、數(shù)據(jù)和資源保護(hù)， TrustZone則是設(shè)計(jì)師的不二之選。

應(yīng)用復(fù)雜度越來越高，片上調(diào)試和追蹤技術(shù)的價(jià)值也日益凸顯，對(duì)保障產(chǎn)品按期交付至關(guān)重要。Cortex-M33處理器的內(nèi)置調(diào)試功能可以加速軟件驗(yàn)證。設(shè)計(jì)師可以用JTAG端口或雙插針串行調(diào)試端口來驗(yàn)證系統(tǒng)，還可以選擇ETM或MTB進(jìn)行出色的指令追蹤，而BPU和DWT則可以允許在調(diào)試中使用斷點(diǎn)和硬件觀測(cè)點(diǎn)。

現(xiàn)在，讓我們探討一下Cortex-M33的五大特色：

1 為ARMv8-M 量身優(yōu)化的TrustZone技術(shù)為整個(gè)系統(tǒng)的安全保駕護(hù)航

采用TrustZone技術(shù)的Cortex-M33處理器擁有兩個(gè)安全狀態(tài)及多種相關(guān)特色：

兩種全新的正交狀態(tài)

安全狀態(tài)和非安全狀態(tài)的全面利用，必將開啟眾多新機(jī)遇和新應(yīng)用的大門。該系統(tǒng)使用的高價(jià)值專利固件可以在安全狀態(tài)下運(yùn)行。在安全狀態(tài)下設(shè)置的監(jiān)管員代碼則可以在系統(tǒng)受到攻擊或不可靠運(yùn)行后將其恢復(fù)初始;而非安全側(cè)則像以前一樣向正在用Cortex-M開發(fā)軟件的數(shù)百萬開發(fā)者開放。

2 協(xié)同處理器界面，實(shí)現(xiàn)高擴(kuò)展性

對(duì)某些應(yīng)用而言，專用運(yùn)算起到的作用可謂非同小可;但為了實(shí)現(xiàn)專用運(yùn)算，這個(gè)全球最強(qiáng)大設(shè)計(jì)生態(tài)系統(tǒng)的所有優(yōu)點(diǎn)必須完美保留，即允許設(shè)計(jì)師在開發(fā)工具、編譯器、調(diào)試器、操作系統(tǒng)和中間件之間最大限度的進(jìn)行選擇。ARM生態(tài)系統(tǒng)可以幫助開發(fā)商節(jié)約時(shí)間和成本，進(jìn)一步提高生產(chǎn)力。

Cortex-M33處理器包含一個(gè)可以選配、類似總線的專用界面，主要用于集成緊耦合加速器硬件。對(duì)需要頻繁運(yùn)算的操作而言，該界面可以幫助設(shè)計(jì)師用自定義的處理硬件提升通用運(yùn)算能力。須著重指出的是，這樣做并不會(huì)使整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)分裂。該界面包含最多可用于8個(gè)協(xié)同處理器的控制和數(shù)據(jù)通路，發(fā)出的信號(hào)可顯示處理器的特權(quán)狀態(tài)和安全狀態(tài)、指令類型、相關(guān)寄存器和操作字段。協(xié)同處理器通常會(huì)合理的在幾個(gè)少數(shù)循環(huán)內(nèi)完成，或在后臺(tái)運(yùn)行并在完成時(shí)自動(dòng)停止。操作的細(xì)節(jié)和數(shù)據(jù)可以通過該界面與單指令同時(shí)傳輸，如有需要，還可插入等待狀態(tài)。

3 用于任務(wù)隔離的存儲(chǔ)保護(hù)單元(MPU)

設(shè)計(jì)師可以自行對(duì)選配的MPU編程，為每個(gè)安全狀態(tài)和非安全狀態(tài)提供多達(dá)16個(gè)區(qū)域。在多任務(wù)環(huán)境中，操作系統(tǒng)可以在任務(wù)情境切換時(shí)重新編程MPU，為每個(gè)任務(wù)定義存儲(chǔ)訪問許可。比如說，某個(gè)應(yīng)用的某個(gè)任務(wù)只被允許訪問某些應(yīng)用數(shù)據(jù)和特定的周邊設(shè)備，這種情況下，MPU將保護(hù)所有其他的存儲(chǔ)和周邊設(shè)備，將訛誤或未授權(quán)訪問阻擋在外，有效提升系統(tǒng)可靠性。

存儲(chǔ)區(qū)設(shè)置更簡(jiǎn)易

Cortex-M33存儲(chǔ)保護(hù)架構(gòu)的開發(fā)基于受保護(hù)的存儲(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)PMSAv8。最新版本搭載了針對(duì)各區(qū)域的基線與限值比較器，而非此前的二次方尺寸對(duì)齊模型。每個(gè)區(qū)域都有一個(gè)基線的初始地址、終止地址，以及訪問許可和存儲(chǔ)性質(zhì)的設(shè)定值，因此在這一架構(gòu)中，設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)MPU區(qū)域時(shí)再也無需顧慮將多個(gè)區(qū)域整合在一起的麻煩了。功能強(qiáng)化后，軟件開發(fā)變得更加簡(jiǎn)單，客戶的使用意愿提升，編程步驟也得以減少，并將進(jìn)而降低情境轉(zhuǎn)換次數(shù)。

4 DSP拓展

選配的整數(shù)DSP拓展可以為系統(tǒng)增加85個(gè)新指令。大多數(shù)情況下，DSP指令可將性能平均提升3倍，讓所有以數(shù)字信號(hào)控制為中心的應(yīng)用性能突飛猛進(jìn)。

為幫助設(shè)計(jì)師加速軟件開發(fā)，ARM將在CMSIS項(xiàng)目中提供免費(fèi)的DSP庫，包含整套過濾、轉(zhuǎn)換和數(shù)學(xué)功能(如矩陣)，并支持多種數(shù)據(jù)類型。CMSIS項(xiàng)目是開源的，其開發(fā)詳情發(fā)布在github上。

5 單精度浮點(diǎn)單元

基于FPv5的選配單精度浮點(diǎn)拓展單元包括一份額外的16-入口 64位寄存器文件。該拓展新增45個(gè)與IEEE754-2008兼容的單精度浮點(diǎn)指令。使用浮點(diǎn)指令通常可將軟件庫平均性能提升10倍。FPU位于單獨(dú)的電源域，負(fù)責(zé)在整個(gè)單元不使用的時(shí)候切斷電源。

Cortex-M33是一款能在性能、功耗和安全之間實(shí)現(xiàn)最佳平衡的處理器。

嵌入式解決方案日益復(fù)雜，而它們帶來的價(jià)值也不斷凸顯，當(dāng)今設(shè)計(jì)師面臨的挑戰(zhàn)是在相沖突的設(shè)計(jì)要素之間找到最佳平衡。此外，片上系統(tǒng)包含的軟件數(shù)量正在顯著增加，但項(xiàng)目開發(fā)時(shí)間卻不斷縮短。為了用更短的時(shí)間交付合格的產(chǎn)品，保證性能，減少成本，我們必須踏出正確的第一步。

Cortex-M33應(yīng)運(yùn)而生，為了邁出正確的第一步量身打造，ARM將過往經(jīng)驗(yàn)與現(xiàn)有的Cortex-M生態(tài)系統(tǒng)完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了開發(fā)成本降低。得益于采用了多種低功耗技術(shù)的全新設(shè)計(jì)，首先降低的是系統(tǒng)功耗;對(duì)打造安全方案的用戶，TrustZone技術(shù)則為其應(yīng)用和寶貴的IP提供保駕護(hù)航的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。升級(jí)后的MPU和TrustZone共同提升系統(tǒng)的可靠性和保護(hù)能力。最后值得一提的是，我們永遠(yuǎn)不會(huì)停止追求生產(chǎn)力的腳步。TrustZone的設(shè)計(jì)初衷便是保證當(dāng)前用戶能夠像從前一樣，繼續(xù)在非安全領(lǐng)域內(nèi)開發(fā)。Cortex-M33還強(qiáng)化了調(diào)試與追蹤性能，使復(fù)雜代碼的操作更便捷。與所有其它Cortex-M處理器一樣，Cortex-M33的所有編程都可以在C語言環(huán)境下完成，包括全部異常處理程序?？偠灾?，上述功能誕生的目的都是為了幫助開發(fā)者提高生產(chǎn)力，在更短的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出更復(fù)雜的解決方案。

在定義并開發(fā)新一代處理器的過程中，許多芯片廠商成為了ARM的合作伙伴，并積極利用TrustZone安全技術(shù)設(shè)計(jì)芯片。ARM生態(tài)系統(tǒng)也將重點(diǎn)放在將工具和軟件移植到Cortex-M33。盡管Cortex-M33已經(jīng)在性能、功耗、安全和生產(chǎn)力之間取得了最佳平衡，但ARM及其合作伙伴將繼續(xù)努力，為開發(fā)商提供更加出色的產(chǎn)品，幫助其揮展創(chuàng)意、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)見，營(yíng)造更連通、更智能、更安全的世界。

能效最高的處理器ARM® Cortex®-M23

ARM® Cortex®-M23采用TrustZone®技術(shù)，是尺寸最小、能效最高的處理器。小型嵌入式應(yīng)用對(duì)芯片的安全性能有嚴(yán)格要求，基于ARMv8-M基線架構(gòu)的Cortex-M23處理器則是最佳解決方案。同樣地，它也擁有五大優(yōu)勢(shì)：

1 為ARMv8-M量身打造的TrustZone技術(shù)：安全實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)

TrustZone技術(shù)為ARMv8-M度身優(yōu)化，可以在每一臺(tái)搭載Cortex-M23處理器的設(shè)備上以硬件形式實(shí)現(xiàn)可信軟件和非可信軟件強(qiáng)制隔離。因此，采用TrustZone，設(shè)計(jì)師只需一個(gè)處理器就可以設(shè)計(jì)嵌入式應(yīng)用，此前則必須使用多個(gè)處理器才能在可信區(qū)域和非可信區(qū)域之間實(shí)現(xiàn)物理隔離。僅需Cortex-M23處理器，既可出色實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)安全需求，如設(shè)備識(shí)別管理、高價(jià)值固件保護(hù)、軟件認(rèn)證、安全根等等。

采用TrustZone技術(shù)的Cortex-M23處理器具備以下兩種安全狀態(tài)：

安全狀態(tài) – 可以訪問安全和非安全資源(存儲(chǔ)、周邊設(shè)備等)

非安全狀態(tài) – 只可訪問非安全資源

兩種安全狀態(tài)下的代碼執(zhí)行轉(zhuǎn)換和代碼訪問均由硬件監(jiān)管，最大限度地降低轉(zhuǎn)換管理成本并保證確定性——這也是所有Cortex-M處理器的標(biāo)志性功能。

2. 緊湊二階布線處理器

Cortex-M23是一款簡(jiǎn)單的二階布線馮諾依曼處理器(Von Neumann processor)，但卻足以支持全套ARMv8-M基線指令集。熟悉Cortex-M0+的用戶一定可以迅速指出Cortex-M23使能效最大化的眾多相似特色：WFI(等待中斷)/WFE(等待事件)和睡眠/深度睡眠模式、退出時(shí)睡眠、SysTick定時(shí)器和選配的單循環(huán)IO等。

指令集共包含80條左右的拇指指令，其中大多數(shù)都是16位指令(為了盡可能提高代碼的緊湊度)，但仍有一些為了提升效率而設(shè)置的32位指令。Cortex-M23支持所有的ARMv6-M指令，以幫助設(shè)計(jì)師輕而易舉地將代碼從Cortex-M0和Cortex-M0+處理器轉(zhuǎn)移至Cortex-M23。此外ARMv8-M基線指令集中還加入了多條新指令以提升條件運(yùn)算、互斥訪問、硬件劃分運(yùn)算和即時(shí)移動(dòng)的效率。

3. 強(qiáng)化的調(diào)試糾錯(cuò)與追溯能力

僅憑一臺(tái)高效安全的32位處理器，尚無法成功實(shí)現(xiàn)字段部署，軟件開發(fā)的成本通常超過生產(chǎn)和硬件IP的總和。Cortex-M23引入更多可配置的硬件斷點(diǎn)和數(shù)據(jù)觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)比其他ARMv6-M處理器，可以助設(shè)計(jì)師更輕松地實(shí)現(xiàn)軟件開發(fā)與調(diào)試。除了Cortex-M0+ 處理器中也配置的微型跟蹤緩沖器(MTB)，Cortex-M23還包括選配的嵌入式跟蹤宏單元(ETM)。有了這些選配功能，設(shè)計(jì)師可以自行判斷，究竟選擇更加豐富全面的指令追溯能力;還是性價(jià)比更高、更加精簡(jiǎn)的指令追溯能力。

4. 用于任務(wù)隔離的存儲(chǔ)保護(hù)單元

Cortex-M23還包括選配存儲(chǔ)保護(hù)單元(MPU)，基于全新PMSAv8架構(gòu)打造，設(shè)計(jì)師使用起來非常方便。它可以在安全和非安全狀態(tài)的任何一個(gè)狀態(tài)下最多“保護(hù)”16個(gè)區(qū)域。每個(gè)區(qū)域都有一個(gè)基礎(chǔ)地址、結(jié)束地址、訪問許可和存儲(chǔ)屬性設(shè)置。在多任務(wù)環(huán)境下，操作系統(tǒng)可以在任務(wù)情境切換的過程中重新編程MPU，定義每個(gè)任務(wù)的存儲(chǔ)許可，比如允許應(yīng)用任務(wù)訪問全部或部分應(yīng)用數(shù)據(jù)和特定的周邊設(shè)備。通過保護(hù)許可之外的數(shù)據(jù)免遭污染，并阻止未授權(quán)來源訪問許可之外的周邊設(shè)備，該MPU可以顯著提升系統(tǒng)可靠性。

更易設(shè)置的存儲(chǔ)區(qū)域

Cortex-M23的存儲(chǔ)保護(hù)架構(gòu)采用基線和限值比較器，用以定義存儲(chǔ)區(qū)域，而此前使用的是二次方尺寸對(duì)齊比較器。這項(xiàng)改進(jìn)簡(jiǎn)化了軟件研發(fā)的復(fù)雜程度，而且在某些情況下，當(dāng)區(qū)域尺寸不是完美的二次方尺寸時(shí)，還能減少存儲(chǔ)浪費(fèi)。

5. 全新ARMv8-M基線指令

對(duì)比ARMv6-M，Cortex-M23加入了許多全新指令，但絲毫沒有折損Cortex-M系列處理器的超高能效。大多數(shù)新指令(除用于安全拓展外)都繼承自ARMv7-M的架構(gòu)指令集，進(jìn)一步拓展Cortex-M23的功能，并與Cortex-M0+ 處理器形成鮮明區(qū)分。

5.1安全拓展

ARMv8-M采用的TrustZone安全技術(shù)為基線指令集補(bǔ)充了全新指令，包括安全網(wǎng)關(guān)(SG)、非安全支路(BXNS、BLXNS)以及測(cè)試目標(biāo)(TT)指令。欲知詳情，請(qǐng)參閱Yiu撰寫的《ARMv8-M 架構(gòu)介紹》。

5.2 僅執(zhí)行代碼生成

對(duì)僅執(zhí)行(Execute-Only)代碼存儲(chǔ)區(qū)的支持也獲得改善，新增加的即時(shí)移動(dòng)指令(從ARMv7-M繼承的MOV/MOVT)可以在僅執(zhí)行代碼中生成即時(shí)數(shù)據(jù)，讓設(shè)計(jì)師僅憑2條指令便能生成32位值，且無需運(yùn)行實(shí)際負(fù)載。

5.3代碼優(yōu)化

條件比較和支路指令(從ARMv7-M繼承的CBNZ/CBZ)可以提高多項(xiàng)條件控制代碼序列的性能。長(zhǎng)偏移即時(shí)支路(從ARMv7-M繼承的)可以將支路指向遙遠(yuǎn)的目標(biāo)地址;硬件整數(shù)劃分指令(從ARMv7-M繼承的SDIV/UDIV)則可以減少除法運(yùn)算的處理循環(huán)。

5.4排斥存取

Cortex-M23還從ARMv7-M繼承了負(fù)載和儲(chǔ)存的專用指令，提升Cortex-M23在多核系統(tǒng)中的一貫性，確保多個(gè)處理器以同樣的機(jī)制處理信號(hào)。此外，為了對(duì)C11/C++11提供穩(wěn)定支持，Cortex-M23還新增ARMv8-A(Thumb 32版本)的負(fù)載獲取與儲(chǔ)存釋放指令，并包括這些指令的排斥存取變種。