MIPS -- 适用于MCU的处理器

MIPS生态系统已发展成为一个丰富且多元化的基础结构支持，包括合作伙伴提供的OS、RTOS、硬件调试工具、软件开发产品、应用软件、EDA工具、物理IP和其他特定应用的相关产品。对于MCU开发，可从多家厂商获得生态系统的支持示例。以下是一些提供MCU支持的MIPS联盟合作伙伴：

　　RTOS厂商，例如Express Logic、Mentor Graphics、Micrium、Segger、Green Hills Software、Wind River、CMX和FreeRTOS

　　提供调试探针和仿真器的厂商，例如：Ashling、Lauterbach、Macraigor和Corelis

　　提供软件开发工具的厂商，例如：CodeSourcery、Green Hills、Mentor Graphics和Hi-Tech

　　提供模拟模型的厂商，例如：Carbon和Imperas

　　提供SoC IP的厂商，例如：Sonics、Dolphin和Denali

　　提供EDA/ESL工具的厂商，例如：Synopsys、Cadence和Magma

　　7.MIPS32 M14K 内核

　　MIPS科技最近推出了两款属于MIPS32 4K内核系列的新处理器内核，继续在单片机以及其他高性能、紧凑尺寸和成本敏感型嵌入式应用方面不断创新。MIPS32 M14K与M14Kc内核采用双解码器设计，包含MIPS32和microMIPS指令解码器。这两个内核是首批采用microMIPS指令集的MIPS32兼容内核。microMIPS可以使性能等级在高代码密度下不打折扣：至少减少30%的代码长度，同时保持MIPS32的性能。

　　M14K内核的设计采用与M4K内核相同的高性能5级流水线架构。M14K处理器内核是M4K内核的超集，它在保留M4K内核的所有功能的同时还增加了用于减少中断延时、加速访问闪存代码以及增强中断处理能力的功能。此外，M14K内核还提供一组全面的高级调试/评估功能和一个标准AHB接口。

　　图7：M14K内核框图

　　M14K内核具有M4K内核相对于Cortex-M3的所有优势：更高的性能、更低的功耗、更小的尺寸以及更高的可配置性和灵活性。此外，M14K内核还有更多方面优于Cortex-M系列，详细内容如表1所示。

　　表1：M14K、Cortex–M3和Cortex-M0的功能比较

　　Cortex-M0简介：Cortex-M0采用ARMv6M版的架构，。它实质上是加入了一些Cortex-M3功能的ARM7，采用3级流水线，性能为0.9 DMIPS/MHz，低于Cortex-M3的性能。

　　Cortex-M0可执行总共56条Thumb和Thumb-2指令，其中仅有6条为32位指令。大多数针对Cortex-M3编写的代码，必须经过修改才能在Cortex-M0上运行。

　　Cortex-M0与ARM7一样，重新采用了冯诺伊曼架构。Cortex-M0不支持局部存储器，而是通过AHB总线从主存储器访问代码和数据，这会明显降低性能，因为在数据传送完成前需要额外的等待状态。

　　完整的Cortex-M0大小大约为24K门。尽管尺寸很小，但缺少许多M4K或M14K内核（经面积优化配置，约33K门）所具有的标配功能和性能。Cortex-M0在性能和功能上的损失与节省的面积相比并不划算。

　　8.结论

　　MIPS科技是公认的为数字家庭和网络市场领域提供高性能和高效应用产品的供应商。针对单片机设计人员所面临的技术挑战，特别增强了标准MIPS架构的功能，并提供优于ARM Cortex-M系列产品特性，如更出众的性能、更低的功耗以及更高级的功能。

　　M4K和M14K内核的效率和可配置性为MCU和嵌入式控制器的设计人员提供了“以一替三”的方案：M4K/M14K内核具有比Cortex-M3、M0或M1更强大的性能和功能，可替代任何一款内核使用。

　　当今越来越多的MCU应用需要具备高性能、低功耗和实时响应的特性，因而采用32位处理器架构是最佳选择。

　　下面的总结有助你透过广告看事实，并且提供选择MIPS处理器内核时应考虑的关键因素：

　　性能

　　MIPS M4K和M14K内核采用5级流水线架构，性能达到1.5 DMIPS/MHz。ARM Cortex-M3和M0为3级流水线设计，性能分别为1.25和0.9 DMIPS/MHz，比M4K/M14K的性能低20%和60%。

　　在180和90 nm制程下，M4K和M14K内核可达到的最大时钟频率比同等配置的Cortex-M3内核高20%。

　　即使在时钟频率降低33%（80MHz对比120MHz）并使用慢速存储器（2等待状态闪存对比0等待状态闪存）的情况下，MIPS M4K PIC32器件的CoreMark性能测试结果仍比ARM Cortex-M3 STM32高20%（2.297对比1.905）。

　　在同等时钟频率下，在代码访问时仍然使用2等待状态的PIC32器件CoreMark性能测试结果比STM32F高50%。

　　M14K中断延时为10个周期，而Cortex-M3为12个周期。M14K内核处理背对背中断所需的周期数比Cortex-M3少30%。

　　PIC32和M14K内核采用预取缓冲区来减少访问闪存存储器的时间，并采用快速SRAM接口实现比Cortex-M3更快的执行时间。

　　在执行常用信号处理如FFT算法时，PIC32的DSP性能比STM32（Cortex-M3）高14%。

　　低功耗

　　在90 nm制程下，M4K内核的功耗比Cortex-M3低60%，而性能是Cortex-M3的3倍。同样在90 nm制程下，M14K内核的功耗比Cortex-M3低70%，而性能是Cortex-M3的2倍。

　　MIPS生态系统：MIPS及其合作伙伴提供了广泛的服务，其中包括提供硬件和软件开发工具、兼容领先的RTOS系统、中间件和支持领先的EDA工具，这些均有助于设计人员减少开发时间并加快上市时间。

　　成熟的技术，更低的风险：MPS32和MIPS64架构已成功应用到数十亿个SoC中，涉及范围广泛的各类应用。MIPS是数字家庭（DTV和STB）、宽带接入以及无线网络（WLAN和WiMAX）和便携式多媒体（数码相机、游戏机和导航）领域的市场领先者。

　　随着行业日益从8位/16位MCU架构向32位架构迁移以跟上不断增长的性能需求，MIPS科技在高性能和能效方面的领先优势将非常适合于驱动下一代产品的开发。

　　参考信息

　　MIPS 科技 www.mips.com

　　ARM www.arm.com

　　EEMBC CoreMark www.coremark.org

　　Microprocessor Report www.mdronline.com

　　Berkeley Design Technology Inc www.BDTI.com

　　“See MIPS Run”，Dominic Sweetman著，ISBN 13：978-0120884216

　　“Exploring the PIC32”，Lucio Di Jasio著，ISBN 13：978-0750687096