嵌入式系统架构发展趋势及比较分析

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　　2、RISC家族之MIPS处理器

　　MIPS是美国历史悠久的RISC处理器体系，其架构的设计，也如美国人的性格一般，相当的大气且理想化。MIPS架构起源，可追溯到1980年代，斯坦福大学和伯克利大学同时开始RISC架构处理器的研究。

　　MIPS公司成立于1984年，随后在 1986年推出第一款R2000处理器，在1992年时被SGI所并购，但随着MIPS架构在桌面市场的失守，后来在1998年脱离了SGI，成为MIPS技术公司，并且在1999年重新制定 公司策略，将市场目标导向嵌入式系统，并且统一旗下处理器架构，区分为32-bit以及64-bit两大家族，以技术授权成为主要营利模式。

　　MIPS除了在手机中应用得比例极小外，其在一般数字消费性、网络语音、个人娱乐、通讯、与商务应用市场有着相当不错的成绩，不过近年来因为其它IP授权公司的兴起，其占有比率稍有衰退。MIPS应用最为广泛的应属家庭视听电器（包含机顶盒）、网通产品以及汽车电子方面。

　　对于MIPS，其核心技术强调的是多执行绪处理能力（Multiple issue,国内也通常称作多发射核技术，以下以此称谓）。一般来说，多核心与多发射是两个并不是互斥的体系，可以彼此结合，然而在嵌入式领域，ARM与MIPS这两大处理器IP厂商对这两个架构的态度不同，造成这两个架构在嵌入式市场上对抗的结果。

　　MIPS的多发射体系为MIPS34K系列，此为32位架构处理器，从架构上来看，其实多发射核技术只是为了尽量避免处理单元闲置浪费而为的折衷手段，就是将处理器中的闲置处理单元，分割出来虚拟为另一个核心，以提高处理单元的利用率。在技术上，为了实现硬件多重处理，多核心与多发射两者对于软件最佳化的复杂度方面同样都比单核心架构来得复杂许多。

　　34K核心能执行现有的对称式二路SMP操作系统（OSes）与应用软件，通过操作系统的主动管理，现有的应用软件也能善用多发射处理能力。它亦能应用在多个执行线程各自有不同角色的（AMP或非对称式多重处理）环境下。此外，34K核心能设定一或两个虚拟处理组件（VPE）以及多至5个线程内容（Thread Content），提供相当高的设计弹性。MIPS的多发射在任务切换时，有多余的硬件缓存器可以记录执行状态，避免切换任务时，因为必须重新加载指令，或者是重新执行某部分的工作，造成整个执行线程的延迟。不过即便能够达到同时执行多个任务的能力，多发射处理器本质上仍然是单核心处理器，在单一执行绪面临高负载时，其它执行绪的处理时间就有可能会被压缩，甚至被暂停。而不同执行绪在执行的过程中，诸如内存锁定、解锁以及同步等处理过程在多发射体系上也会发生，因此在极端情况下，多发射的性能是明显比不上原生多核心架构的（以两个执行绪对两个核心的比较而言）。

　　不过多发射体系的优点在于硬件效率高，理论上功耗也能有效降低。部分IC设计公司也推出了基于MIPS架构的平行架构多核心，形成兼具多核与多发射的应用架构，相信在未来这种体系将会纳入MIPS的原生架构当中，以应付更复杂的应用。

　　3、RISC家族之PowerPC

　　PowerPC是一种RISC多发射体系结构。二十世纪九十年代，IBM(国际商用机器公司)、Apple（苹果公司）和Motorola（摩托罗拉）公司开发PowerPC芯片成功，并制造出基于PowerPC的多处理器计算机。PowerPC架构的特点是可伸缩性好、方便灵活。第一代PowerPC采用0.6微米的生产工艺，晶体管的集成度达到单芯片300万个。Motorola公司将PowerPC内核设计到SOC芯片之中，形成了Power QUICC(Quad Integrated Communications Controller), Power QUICC II和Power QUICC III家族的数十种型号的嵌入式通信处理器。

　　Motorola的基于PowerPC体系结构的嵌入式处理器芯片有MPC505、821、850、860、8240、8245、8260、8560等近几十种产品，其中MPC860是Power QUICC系列的典型产品，MPC8260是Power QUICC II系列的典型产品，MPC8560是Power QUICC III系列的典型产品。

Power QUICC系列微处理器一般有三个功能模块组成，嵌入式PowerPC核(EMPCC), 系统接口单元(SIU)以及通信处理器(CPM)模块，这三个模块内部总线都是32位。除此之外Power QUICC中还集成了一个32位的RISC内核。Power PC核主要执行高层代码，而RISC则处理实际通信的低层通信功能，两个处理器内核通过高达8K字节的内部双口RAM相互配合，共同完成MPC854强大的通行控制和处理功能。CPM以RISC控制器为核心构成，除包括一个RISC控制器外，还包括七个串行DMA(SDMA)通道、两个串行通信控制器(SCC)、一个通用串行总线通道(USB)、两个串行管理控制器(SMC)、一个I2C接