MIPSfpga为大学开启了MIPS体系结构的大门

当我提到MIPSfpga的构想时一个著名的教授对我说“千万千万不要让他混乱”。MIPSfapa是我所效力的Imagination公司大学计划(IUP)中令人激动的一个项目。

从IP核到实体硬件

我是做硬件出身,对我而言“工具”通常是一个固态的实体,比如一块开发板,通常在板子的核心部分有一块处理器。所以当我刚刚开始接触到IP核的时候,我花了很长时间才习惯于把“工具”这个词看作软件。同样,适应计算机体系结构的教学理念也是一项挑战——人们怎么能对5级流水以及RISC架构的指令精简如此着迷?

IP核如何转化为硅芯片

IP核如何转化为硅芯片

后来我读了David Harris博士与 Sarah Harris博士合著的《Digital Design and Computer Architecture》,并在这本书中发现了与我专业出身相关的逻辑门!他们让我渐渐理解了微架构的概念。我开始明白,MIPS才是非常根本的东西。

这个故事将告诉你如何将一个存在于构想中的MIPSfpgs变为现实。

我意识到,如今要真正地教好计算机体系结构这门课程,人们只有三个选择:一是x86(32位),它经历了多次变更,而且太难让大学里的学生理解学习;二是ARM,但它越来越复杂,也算不上严格意义上的RISC,而且内部的构架往往是商业机密;剩下的唯一选择就是MIPS体系结构了。

MIPS体系结构为斯坦福大学所发明,它从最开始的设计开始就是开源的,并且始终如此。当阅读了精彩的《Computer Architecture: A Quantitative Approach》(John L. Hennessy博士与David A. Patterson博士合著)一书后,便可以明白如何建立自己的MIPS体系结构了。事实上,很多人这样做了,像类MIPS,兼容MIPS,这些词汇都是学术圈中耳熟能详的。

John L. Hennessy教授(中)和他的同事在检查MIPS芯片版图,摄于1984年

John L. Hennessy教授(中)和他的同事在检查MIPS芯片版图,摄于1984年

有了设想便足以得到IP核,但是十几年来人们更热衷于把设想变为现实,做出属于自己的MIPS微处理器。例如,人们可以在很地方找到由知名大学所编写的MIPS模拟器。

然而,以我这种非专业的人士看来,MIPS作为最简练RISC处理器存在,将其应用于教学工作的产业链早已形成,并且得到了广泛的支持。所以我想让整件事更进一步。

让MIPSfpga走进大学

我刚试图把MIPS CPU引进到大学就面临着失败,学校总是说:“它太复杂了。你能进行培训让我们使用它吗?我们能否有配套的硬件平台?你能给我们配置吗?设计工具太昂贵,你能借我们用吗?”结论是,所有的大学都想拥有一个MIPS CPU,但成套标准的MIPS产品难以使用。

因此在2014年我用了大量时间进行了广泛调研,旧金山、休斯顿、克莱蒙特、慕尼黑、南安普顿、伦敦、爱丁堡南安普顿、纽卡斯尔、东京、首尔、上海、北京、香港、浦那、海德拉巴都留下了我的足迹。我向很多大学询问:我们想做一个真正的可以用作教学的MIPS CPU,对于贵校是否有用。他们都给了我同样的回答:“是的!我们什么时候可以拥有它?”

“教学中”

老师们让我明白,教学中的困惑总是不断出现,所以与实体工业保持接触对于教育过程是相当重要的。就像一块瑞士手表,如果拆去后盖,人们可以明白它是如何工作的,如果后盖拆不掉,那它就是一个包含三个指针和一个旋钮的黑盒子,这是有趣的,但无教育意义。而教学的困惑就存在于那些被隐藏的事物之中,而我认为我们必须践行没有困惑的教学路线。

你为这件事忙碌了两个月,现在你居然想把我们的IP核公开!

当我第一次提出我的想法的时候出现了如上的反应。但是我认为如果我们要帮助大学,我们必须有所付出。九个月后,我获得执行委员会的批准,从而实施我的计划。那天我感觉很棒,并祈祷出现一个可以理解我想法的CEO。

我们现在要做的就是使这一计划成为现实。我以为我们已经完成了最难的部分,接下来应该很容易。

你觉得这很困难吗?我并不觉得!

未完待续!

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