MIPS的系统结构及设计理念比较先进,其指令系统经过通用处理器指令体系MIPSI、MIPSII、MIPSIII、MIPSIV到MIPSV,嵌入式指令体系MIPS16、MIPS32到MIPS64的发展已经十分成熟。
在设计理念上MIPS强调软硬件协同提高性能,同时简化硬件设计。和英特尔采用的复杂指令系统计算结构(CISC)相比,RISC具有设计更简单、设计周期更短等优点,并可以应用更多先进的技术,开发更快的下一代处理器。
MIPS是出现最早的商业RISC架构芯片之一,新的架构集成了所有原来MIPS指令集,并增加了许多更强大的功能。
MIPS处理器的应用
MIPS在通用方面,MIPSR系列微处理器用于构建SGI的高性能工作站、服务器和超级计算机系统。在嵌入式方面,MIPSK系列微处理器是目前仅次于ARM的用得最多的处理器之一(1999年以前MIPS是世界上用得最多的处理器),其应用领域覆盖游戏机、路由器、激光打印机、掌上电脑等各个方面。
(3)PowerPC
PowerPC体系结构规范(PowerPCArchitectureSpecification)是在二十世纪九十年代,由IBM(国际商用机器公司)、Apple(苹果公司)和Motorola(摩托罗拉)公司开发的芯片,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。它是一个64位规范(也包含32位子集)。几乎所有常规可用的PowerPC(除了新型号IBMRS/6000和所有IBMpSeries高端服务器)都是32位的。
PowerPC市场占有率不是很高,但在通信系统的控制和管理中用得很多。
(4)嵌入式X86处理器
x86是一个Intel通用计算机系列的标准编号缩写,也标识一套通用的计算机指令集合,X与处理器没有任何关系,它是一个对所有*86系统的简单的通配符定义,例如:i386,586,奔腾(Pentium)。由于早期Intel的CPU编号都是如8086,80286来编号,由于这整个系列的CPU都是指令兼容的,所以都用X86来标识所使用的指令集合如今的奔腾,P2,P4,赛扬系列都是支持X86指令系统的,所以都属于X86家族。
x86以无可比拟的性能价格比优势成为计算平台的标准。但是x86仍然基于32位技术——对于高端的企业级服务器与工作站应用无能为力。与ARM架构的产品相比,嵌入式X86处理器普遍拥有高得多的性能,但功耗也高了许多,尽管依然可以维持无风扇运行状态,但根本无法用于PDA、智能手机等完全依*电池运作的掌上计算产品。真正对嵌入式X86处理器产生需求的是网络终端、瘦客户机、廉价/低能耗型PC、家庭消费电子产品、POS终端机等要求PC软件延续性的领域,对应设备体积相对较大,不依*电池运行,但要求具有较高的性能、低能耗、低噪音和高可靠性等优点。2006年X86推出了首款双核处理器。
X86和ARM、MIPS相比,X86架构的嵌入式处理器应用范围要狭窄一些。它主要应用于桌面端和低端服务器处理器。
(5)嵌入式DSP处理器
DSP是在模拟信号变换成数字信号以后进行高速实时处理的专用处理器,其处理速度比最快的CPU还快10~50倍。在当今的数字化时代背景下,DSP己成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础器件。业内人士预言,DSP将是未来集成电路中发展最快的电子产品,并成为电子产品更新换代的决定因素。
DSP是属于ModifiedHarvard架构,即它具有两条内部总线:数据总线、程序总线。程序与数据存储空间分开,各有独立的地址总线和数据总线,取址和读数可以同时进行,目前已达到90亿次浮点运算/秒(9000MFLOPS)。它采用流水作业,每条指令的执行划分为取指令、译码、取数、执行等若干步骤,由片内多个功能单元分别完成。相当于多条指令并行执行,从而大大提高了运算速度。乘法指令在单周期内完成,优化卷积、数字滤波、FFT、相关、矩阵运算等算法中的大量重复乘法。采用循环寻址(Circularaddressing)位倒序,(bit-reversed)等特殊指令使FFT、卷积等运算中的寻址、排序及计算速度大大提高。1024点FFT的时间已小于1μs。具有独立的DMA总线和控制器,有一组或多组独立的DMA总线,与CPU的程序、数据总线并行工作,在不影响CPU工作的条件下,DMA速度已达800Mbyte/s以上。多处理器接口。使多个处理器可以很方便的并行或串行工作以提高处理速度。
DSP处理器经过单片化、EMC改造、增加片上外设,或在通用单片机或SOC中增加DSP协处理器,从而发展成为嵌入式DSP处理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP),推动嵌入式DSP处理器发展的因素主要是嵌入式系统的智能化。目前TI、ADI、Freescale、CEVA等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。
DSP通用DSP的主要市场在于通信应用,而嵌入式DSP则主要应用于消费电子产品,比如DVD播放器和刻录机、机顶盒、音视频接收设备、MP3播放器和数码相机等。但是,WLAN、DSL和线缆宽带网络等通信芯片也带有嵌入式DSP。
嵌入式系统和嵌入式微处理器
嵌入式系统一般指非PC系统,它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件(OS)(要求实时和多任务操作)和应用程序编程。有时设计人员把这两种软件组合在一起。应用程序控制着系统的运作和行为;而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。
嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器一般就具备以下4个特点:
1、对实时多任务有很强的支持能力,能完成多任务并且有较短的中断响应时间,从而使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度。
2、具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化,而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用,需要设计强大的存储区保护功能,同时也有利于软件诊断。
3、可扩展的处理器结构,以能最迅速地开展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。
4、嵌入式微处理器必须功耗很低,尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此,如需要功耗只有mW甚至μW级。