MIPS走向更多

　　當談到32 位微控制器時(shí)，基于A(yíng)RM 的產(chǎn)品已經(jīng)占據重要地位。那么，這會(huì )是故事的全部嗎？不見(jiàn)得，行業(yè)內最重要的公司之一，Microchip Technology，正全力推動(dòng)其基于MIPS 架構的芯片。他們最新推出的產(chǎn)品在提醒我們，成功的嵌入式設計需要指令集之外的諸多因素。

　　在計算機歷史上，從實(shí)驗室走出過(guò)多少種不同的指令集架構？可能曾經(jīng)有數百種架構取得過(guò)一些商業(yè)上的成功；如果算上諸多博士論文中出現過(guò)的，數目可能會(huì )多達幾千種。拿流行時(shí)尚做比喻，計算機體系結構發(fā)展就好似女生裙擺的高度一般，經(jīng)常來(lái)回變化。

　　曾經(jīng)有一段時(shí)間它非常要緊—— 比如在匯編語(yǔ)言編程的時(shí)期。至于兼容性，至少在表面上它依舊是件重要的事情，特別是在電腦或視頻游戲方面（例如，有一些需要執行以前的二進(jìn)制文件）。但實(shí)際上，嚴格的目標代碼兼容性對多數嵌入式設計來(lái)說(shuō)已經(jīng)不再是一個(gè)大問(wèn)題。更多的問(wèn)題是關(guān)于工具鏈的兼容性和代碼模塊的可用性，指令集本身已經(jīng)不是問(wèn)題之一。

　　隨著(zhù)芯片不斷地集成系統功能，設計人員需要的是一個(gè)擁有全部所需存儲器、外設和膠合邏輯的芯片。并且這個(gè)芯片必須省電、有良好的工具和支持，以及合適的價(jià)格。

　　這并不是說(shuō)在特定的應用當中，體系結構并沒(méi)有優(yōu)劣之分。事實(shí)上，這個(gè)問(wèn)題很有趣，看看那些當初為“計算機”設計的架構—— 如ARM 和MIPS，不斷下沉，以更好地適應嵌入式“控制器”應用的需求。這些“計算機”架構最后都終于認識到要在嵌入式應用里面解決諸如代碼密度、低功耗、快速并確定的中斷響應等問(wèn)題。

　　認識 PIC32

　　在 MCU 領(lǐng)域的競爭里，無(wú)疑MIPS 是在追趕ARM。但是，擁有像Microchip 這樣的重量級選手支持，差距正在縮小?？纯葱碌腜IC32 5XX/6XX/7xx 系列產(chǎn)品，高度集成了以太網(wǎng)、USB 和CAN 應用。

　　我在以前的文章中（“MIPS for the Masses”，Circuit cellar 216 期，2008）介紹過(guò)PIC32的內核。擁有5 級流水線(xiàn)，性能相對較高（比如與ARM Cortex - M3 相比）。不過(guò)，這只是處理器內核級別的性能差異。比如Microchip PIC32 的性能為1.5 DMIPS / MHz，而Cortex - M3是1.25 DMIPS / MHz 的。在實(shí)際中，32 位微控制器的flash 存儲器訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間是性能瓶頸。如以80MHz 運行的PIC32 可能需要2 個(gè)等待周期。通常采用寬總線(xiàn)（128 位）、高速緩存和預取等技術(shù)來(lái)減輕flash 訪(fǎng)問(wèn)的瓶頸問(wèn)題。

　　或者，可以使用片內的RAM來(lái)達到0 等待周期。’5xx 系列包含64KB 的RAM，’6xx’和7xx 系列中的部分型號有多達128KB 的RAM。不過(guò)要記住，代碼和數據訪(fǎng)問(wèn)之間的爭搶可能導致一些延遲。此外,256KB 或512KB 的flash 空間足夠用來(lái)放置你的代碼（加上額外12 KB 的啟動(dòng)代碼空間）。

　　外設方面，這些新產(chǎn)品提供了完整的I/O（見(jiàn)圖1）。‘5xx/6xx/7xx 編號代表了大的接口功能：USB、CAN 和以太網(wǎng)。‘5xx 系列包含一個(gè)USB 2.0 和一個(gè)CAN（2.0b）模塊；‘6xx系列包含USB 模塊與一個(gè)10/100 以太網(wǎng)MAC。而‘7xx 系列集成了所有這些，包含USB、以太網(wǎng)和兩個(gè)CAN 模塊。

　　圖1：憑借豐富的I/O（USB、以太網(wǎng)、CAN等），PIC32成為Microchip和MIPS在MCU戰場(chǎng)上的有力武器

　　普通I/O 方面，這些產(chǎn)品遵循了不同應用需求的趨勢。我們看到5 個(gè)16 位計數器/定時(shí)器，其中任何兩對可以組合成為32 位單元。由于封裝尺寸（有64 腳和100 腳可選)和引腳復用的限制,你能得到最多六個(gè)UART、四個(gè)SPI 以及五個(gè)I2C 接口。在模擬方面，有一個(gè)16通道多路復用器連接一個(gè)10 位1 MSPS 的ADC 和兩個(gè)模擬比較器。除了這些MCU 能力，另外還有8/16 位數據總線(xiàn)和16 位地址總線(xiàn)擴展功能，外加兩個(gè)片選。所有的數據流可以通過(guò)8個(gè)通用DMA通道控制，輔以4個(gè)專(zhuān)用DMA通道('5XX 和'6XX 系列)或8個(gè)專(zhuān)用DMA通道('7XX 系列)。

　　源自上世紀80 年代的MIPS 是RISC 方面“精簡(jiǎn)”特性的杰出代表。當響應中斷時(shí)，它們可以要對PC 和狀態(tài)寄存器壓棧，不然的話(huà)就轉由軟件去處理。對這種極端簡(jiǎn)約存在一些爭議，可能少了一些有用的東西?？紤]到這一點(diǎn)，PIC32 系列包括一個(gè)全功能優(yōu)先級/向量可編程的中斷控制器；以及一組替代寄存器組用于快速中斷響應和上下文切換。