【MIPS -最适用于设计MCU的处理器】连载一:

1 引言

MIPS科技公司以开发与授权高性能处理器内核,以及32位和64位架构享誉业内。MIPS作为数字家庭与网络领域的市场领导厂商,其业界标准MIPS32架构能满足32位微控制器(MCU)产品开发的要求,提供比其它基于ARM架构的竞争产品性能更高的、功能更丰富的、功耗更低的解决方案。

MCU广泛用于多个市场应用领域,比如工业、办公自动化、汽车、消费电子设备以及无线通信等先进技术。MCU在这类应用中的运用使得对嵌入式处理器内核的需求日益增加,以期提供更高水平的性能效率、更好的实时响应性能、更低的功耗和广大范围的生态系统支持。这些需求源于一系列新兴挑战的出现,包括运行更复杂的RTOS控制软件的要求、更高速度通信接口及更先进的确定性接口的集成。

32位MCU在不断发展,以为下一代应用提供解决方案。据Semico Research公司预测,未来数年间,32位MCU产品的付运量将以18%的年均复合增长率(CAGR)增长,到2014年,将达25.73亿。

对MCU产品而言,要实现性能、成本和上市时间目标,关键在于选择正确的处理器架构。本文将概述采用具有业界领先性能的MIPS处理器内核实现的一些设计特性。 此外,我们还将对基于MIPS和ARM架构的MCU设计解决方案进行比较,这两种架构是目前最流行的两大嵌入式处理器IP架构。我们的分析显示,MIPS的解决方案性能更高、功耗更低且具有更先进的特性,另外,MIPS还可提供出色的开发支持服务。

2 MIPS架构

MIPS架构是1980年代初期由斯坦福大学基于一种载入/存储RISC(精简指令集计算)技术研发出来的。相比前代的CISC(复杂指令集计算)架构,RISC技术执行的是一个简单却完善的指令集,并采用深度指令流水线,故执行速度更快,性能更高。相反,ARM架构则是基于RISC/CISC混合架构,其设计复杂,且很难获得高水平性能。

自从1985年首个MIPS处理器(R2000)推出之后,MIPS架构与时俱进。该指令集架构(ISA)不断扩展,已发表好几个版本,性能逐一提升。目前的版本包括32和64位架构实现方案:MIPS32® 和 MIPS64®。除了开发基于MIPS32的一系列32位处理器内核之外,MIPS还面向业界授权MIPS32 和 MIPS64架构。获授权的厂商,包括Broadcom、Cavium Networks、LSI Logic、NetLogic Microsystems、瑞萨电子、索尼、东芝以及中科院计算技术研究所,目前都在积极面向数字家庭、网络、微控制器及其它应用付运MIPS-Based™ 产品。而且,MIPS的授权厂商每年的付运量在6亿片以上,迄今MIPS-Based SoC的付运量超过20亿片。

图1 MIPS 架构与ASE

图1 MIPS 架构与ASE

图1所示为目前MIPS架构系列的产品。标准MIPS32/ 64架构可通过MIPS16e®、SmartMIPS®、DSP、3D及多线程等可选专用扩展(ASE)来进行扩展。这些ASE专为增强专门应用的性能而设计。例如,DSP ASE可提供硬件和软件增强,以加速MIPS处理器内核设计中的信号处理功能。类似地,MIPS16e指令集包含了解码到对应的16位形式的“最常用的”MIPS32指令。MIPS16e可压缩应用代码,所需存储容量比 MIPS32的更小,同时通过减小存储器带宽,缩短执行时间,仍能保持高水平的性能。图1所示的每一种ASE都有利于提高目标处理器内核的专用性能。

MIPS最近推出了一种完整的指令集架构(ISA),同时包含16位和32位指令,旨在软件代码密度与执行吞吐量最大化。 microMIPS可减少30%的代码量,并以与MIPS32几乎相同水平的性能执行。microMIPS被整合在专为集成在MCU和嵌入式控制器SoC设计中而开发的MIPS32 M14K™ 与 M14Kc™ 处理器内核中。

MIPS ISA标准软件平台结合了采用MIPS32/64架构实现的先进设计技巧与整合在其处理器内核中的先进设计特性,优于竞争对手解决方案,并提供有额外的灵活性与持续提升的空间。

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