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Cortex-M3处理器建立在高性能处理器核心上，采用三级流水线哈佛架构，非常适合要求苛刻的嵌入式应用。该处理器通过高效的指令集和广泛优化的设计，提供包括单周期32x32乘法和专用硬件除法在内的高端处理硬件，从而提供卓越的功耗效率。
为了便于设计成本敏感的设备，Cortex-M3处理器实现了紧密耦合的系统组件，减少了处理器面积，同时显著提高了中断处理和系统调试能力。Cortex-M3处理器实现Thumb®指令集的版本，确保高代码密度和减少程序内存需求。Cortex-M3指令集提供了现代32位体系结构所期望的卓越性能，具有8位和16位微控制器的高代码密度。Cortex-M3处理器紧密集成了一个可配置的嵌套中断控制器（NVIC），以提供业界领先的中断性能。NVIC包括一个不可屏蔽中断（NMI），并提供多达256个中断优先级。处理器核心和NVIC的紧密集成提供了中断服务例程（isr）的快速执行，大大减少了中断延迟。这是通过寄存器的硬件堆叠，以及暂停加载多个和存储多个操作的能力来实现的。中断处理程序不需要任何汇编程序存根，从而消除了ISR中的任何代码开销。尾链优化还显著减少了从一个ISR切换到另一个ISR时的开销。为了优化低功耗设计，NVIC集成了睡眠模式，其中包括一个深度睡眠功能，使STM32进入停止或STDBY模式。
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