嵌入式系統架構：RISC家族之MIPS處理器

MIPS是美國歷史悠久的RISC處理器體系，其架構的設計，也如美國人的性格一般，相當的大氣且理想化。MIPS架構起源，可追溯到1980年代，斯坦福大學(xué)和伯克利大學(xué)同時(shí)開(kāi)始RISC架構處理器的研究。

MIPS公司成立于1984年，隨后在　1986年推出第一款R2000處理器，在1992年時(shí)被SGI所并購，但隨著(zhù)MIPS架構在桌面市場(chǎng)的失守，后來(lái)在1998年脫離了SGI，成為MIPS技術(shù)公司，并且在1999年重新制定　公司策略，將市場(chǎng)目標導向嵌入式系統，并且統一旗下處理器架構，區分為32-bit以及64-bit兩大家族，以技術(shù)授權成為主要營(yíng)利模式。

MIPS除了在手機中應用得比例極小外，其在一般數字消費性、網(wǎng)絡(luò )語(yǔ)音、個(gè)人娛樂(lè )、通訊、與商務(wù)應用市場(chǎng)有著(zhù)相當不錯的成績(jì)，不過(guò)近年來(lái)因為其它IP授權公司的興起，其占有比率稍有衰退。MIPS應用最為廣泛的應屬家庭視聽(tīng)電器(包含機頂盒)、網(wǎng)通產(chǎn)品以及汽車(chē)電子方面。

對于MIPS，其核心技術(shù)強調的是多執行緒處理能力(Multiple issue，國內也通常稱(chēng)作多發(fā)射核技術(shù)，以下以此稱(chēng)謂)。一般來(lái)說(shuō)，多核心與多發(fā)射是兩個(gè)并不是互斥的體系，可以彼此結合，然而在嵌入式領(lǐng)域，ARM與MIPS這兩大處理器IP廠(chǎng)商對這兩個(gè)架構的態(tài)度不同，造成這兩個(gè)架構在嵌入式市場(chǎng)上對抗的結果。

MIPS的多發(fā)射體系為MIPS34K系列，此為32位架構處理器，從架構上來(lái)看，其實(shí)多發(fā)射核技術(shù)只是為了盡量避免處理單元閑置浪費而為的折衷手段，就是將處理器中的閑置處理單元，分割出來(lái)虛擬為另一個(gè)核心，以提高處理單元的利用率。在技術(shù)上，為了實(shí)現硬件多重處理，多核心與多發(fā)射兩者對于軟件最佳化的復雜度方面同樣都比單核心架構來(lái)得復雜許多。

34K核心能執行現有的對稱(chēng)式二路SMP操作系統(OSes)與應用軟件，通過(guò)操作系統的主動(dòng)管理，現有的應用軟件也能善用多發(fā)射處理能力。它亦能應用在多個(gè)執行線(xiàn)程各自有不同角色的(AMP或非對稱(chēng)式多重處理)環(huán)境下。此外，34K核心能設定一或兩個(gè)虛擬處理組件(VPE)以及多至5個(gè)線(xiàn)程內容(Thread Content)，提供相當高的設計彈性。MIPS的多發(fā)射在任務(wù)切換時(shí)，有多余的硬件緩存器可以記錄執行狀態(tài)，避免切換任務(wù)時(shí)，因為必須重新加載指令，或者是重新執行某部分的工作，造成整個(gè)執行線(xiàn)程的延遲。不過(guò)即便能夠達到同時(shí)執行多個(gè)任務(wù)的能力，多發(fā)射處理器本質(zhì)上仍然是單核心處理器，在單一執行緒面臨高負載時(shí)，其它執行緒的處理時(shí)間就有可能會(huì )被壓縮，甚至被暫停。而不同執行緒在執行的過(guò)程中，諸如內存鎖定、解鎖以及同步等處理過(guò)程在多發(fā)射體系上也會(huì )發(fā)生，因此在極端情況下，多發(fā)射的性能是明顯比不上原生多核心架構的(以?xún)蓚€(gè)執行緒對兩個(gè)核心的比較而言)。

不過(guò)多發(fā)射體系的優(yōu)點(diǎn)在于硬件效率高，理論上功耗也能有效降低。部分IC設計公司也推出了基于MIPS架構的平行架構多核心，形成兼具多核與多發(fā)射的應用架構，相信在未來(lái)這種體系將會(huì )納入MIPS的原生架構當中，以應付更復雜的應用。