MIPS -- 適用于MCU的處理器

　　MIPS生態系統已發展成為一個豐富且多元化的基礎結構支持，包括合作伙伴提供的OS、RTOS、硬件調試工具、軟件開發產品、應用軟件、EDA工具、物理IP和其他特定應用的相關產品。對于MCU開發，可從多家廠商獲得生態系統的支持示例。以下是一些提供MCU支持的MIPS聯盟合作伙伴：

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

　　提供調試探針和仿真器的廠商，例如：Ashling、Lauterbach、Macraigor和Corelis

　　提供軟件開發工具的廠商，例如：CodeSourcery、Green Hills、Mentor Graphics和Hi-Tech

　　提供模擬模型的廠商，例如：Carbon和Imperas

　　提供SoC IP的廠商，例如：Sonics、Dolphin和Denali

　　提供EDA/ESL工具的廠商，例如：Synopsys、Cadence和Magma

　　7.MIPS32 M14K 內核

　　MIPS科技最近推出了兩款屬于MIPS32 4K內核系列的新處理器內核，繼續在單片機以及其他高性能、緊湊尺寸和成本敏感型嵌入式應用方面不斷創新。MIPS32 M14K與M14Kc內核采用雙解碼器設計，包含MIPS32和microMIPS指令解碼器。這兩個內核是首批采用microMIPS指令集的MIPS32兼容內核。microMIPS可以使性能等級在高代碼密度下不打折扣：至少減少30%的代碼長度，同時保持MIPS32的性能。

　　M14K內核的設計采用與M4K內核相同的高性能5級流水線架構。M14K處理器內核是M4K內核的超集，它在保留M4K內核的所有功能的同時還增加了用于減少中斷延時、加速訪問閃存代碼以及增強中斷處理能力的功能。此外，M14K內核還提供一組全面的高級調試/評估功能和一個標準AHB接口。

　　圖7：M14K內核框圖

　　M14K內核具有M4K內核相對于Cortex-M3的所有優勢：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靈活性。此外，M14K內核還有更多方面優于Cortex-M系列，詳細內容如表1所示。

　　表1：M14K、Cortex–M3和Cortex-M0的功能比較

　　Cortex-M0簡介：Cortex-M0采用ARMv6M版的架構，。它實質上是加入了一些Cortex-M3功能的ARM7，采用3級流水線，性能為0.9 DMIPS/MHz，低于Cortex-M3的性能。

　　Cortex-M0可執行總共56條Thumb和Thumb-2指令，其中僅有6條為32位指令。大多數針對Cortex-M3編寫的代碼，必須經過修改才能在Cortex-M0上運行。

　　Cortex-M0與ARM7一樣，重新采用了馮諾伊曼架構。Cortex-M0不支持局部存儲器，而是通過AHB總線從主存儲器訪問代碼和數據，這會明顯降低性能，因為在數據傳送完成前需要額外的等待狀態。

　　完整的Cortex-M0大小大約為24K門。盡管尺寸很小，但缺少許多M4K或M14K內核（經面積優化配置，約33K門）所具有的標配功能和性能。Cortex-M0在性能和功能上的損失與節省的面積相比并不劃算。

　　8.結論

　　MIPS科技是公認的為數字家庭和網絡市場領域提供高性能和高效應用產品的供應商。針對單片機設計人員所面臨的技術挑戰，特別增強了標準MIPS架構的功能，并提供優于ARM Cortex-M系列產品特性，如更出眾的性能、更低的功耗以及更高級的功能。

　　M4K和M14K內核的效率和可配置性為MCU和嵌入式控制器的設計人員提供了“以一替三”的方案：M4K/M14K內核具有比Cortex-M3、M0或M1更強大的性能和功能，可替代任何一款內核使用。

　　當今越來越多的MCU應用需要具備高性能、低功耗和實時響應的特性，因而采用32位處理器架構是最佳選擇。

　　下面的總結有助你透過廣告看事實，并且提供選擇MIPS處理器內核時應考慮的關鍵因素：

　　性能

　　MIPS M4K和M14K內核采用5級流水線架構，性能達到1.5 DMIPS/MHz。ARM Cortex-M3和M0為3級流水線設計，性能分別為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內核可達到的最大時鐘頻率比同等配置的Cortex-M3內核高20%。

　　即使在時鐘頻率降低33%（80MHz對比120MHz）并使用慢速存儲器（2等待狀態閃存對比0等待狀態閃存）的情況下，MIPS M4K PIC32器件的CoreMark性能測試結果仍比ARM Cortex-M3 STM32高20%（2.297對比1.905）。

　　在同等時鐘頻率下，在代碼訪問時仍然使用2等待狀態的PIC32器件CoreMark性能測試結果比STM32F高50%。

　　M14K中斷延時為10個周期，而Cortex-M3為12個周期。M14K內核處理背對背中斷所需的周期數比Cortex-M3少30%。

　　PIC32和M14K內核采用預取緩沖區來減少訪問閃存存儲器的時間，并采用快速SRAM接口實現比Cortex-M3更快的執行時間。

　　在執行常用信號處理如FFT算法時，PIC32的DSP性能比STM32（Cortex-M3）高14%。

　　低功耗

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

　　MIPS生態系統：MIPS及其合作伙伴提供了廣泛的服務，其中包括提供硬件和軟件開發工具、兼容領先的RTOS系統、中間件和支持領先的EDA工具，這些均有助于設計人員減少開發時間并加快上市時間。

　　成熟的技術，更低的風險：MPS32和MIPS64架構已成功應用到數十億個SoC中，涉及范圍廣泛的各類應用。MIPS是數字家庭（DTV和STB）、寬帶接入以及無線網絡（WLAN和WiMAX）和便攜式多媒體（數碼相機、游戲機和導航）領域的市場領先者。

　　隨著行業日益從8位/16位MCU架構向32位架構遷移以跟上不斷增長的性能需求，MIPS科技在高性能和能效方面的領先優勢將非常適合于驅動下一代產品的開發。

　　參考信息

　　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