嵌入式系統架構（四）：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，斯坦福大學和伯克利大學同時開始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年時被SGI所并購，但隨著MIPS架構在桌面市場的失守，后來在1998年脫離了SGI，成為MIPS技術公司，并且在1999年重新制定　公司策略，將市場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，以技術授權成為主要營利模式。

　　MIPS除了在手機中應用得比例極小外，其在一般數字消費性、網絡語音、個人娛樂、通訊、與商務應用市場有著相當不錯的成績，不過近年來因為其它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電器(包含機頂盒)、網通產品以及汽車電子方面。

　　對于MIPS，其核心技術強調的是多執行緒處理能力(Multiple issue，國內也通常稱作多發射核技術，以下以此稱謂)。一般來說，多核心與多發射是兩個并不是互斥的體系，可以彼此結合，然而在嵌入式領域，ARM與MIPS這兩大處理器IP廠商對這兩個架構的態度不同，造成這兩個架構在嵌入式市場上對抗的結果。

　　MIPS的多發射體系為MIPS34K系列，此為32位架構處理器，從架構上來看，其實多發射核技術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，分割出來虛擬為另一個核心，以提高處理單元的利用率。在技術上，為了實現硬件多重處理，多核心與多發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得復雜許多。

　　34K核心能執行現有的對稱式二路SMP操作系統(OSes)與應用軟件，通過操作系統的主動管理，現有的應用軟件也能善用多發射處理能力。它亦能應用在多個執行線程各自有不同角色的(AMP或非對稱式多重處理)環境下。此外，34K核心能設定一或兩個虛擬處理組件(VPE)以及多至5個線程內容(Thread Content)，提供相當高的設計彈性。MIPS的多發射在任務切換時，有多余的硬件緩存器可以記錄執行狀態，避免切換任務時，因為必須重新加載指令，或者是重新執行某部分的工作，造成整個執行線程的延遲。不過即便能夠達到同時執行多個任務的能力，多發射處理器本質上仍然是單核心處理器，在單一執行緒面臨高負載時，其它執行緒的處理時間就有可能會被壓縮，甚至被暫停。而不同執行緒在執行的過程中，諸如內存鎖定、解鎖以及同步等處理過程在多發射體系上也會發生，因此在極端情況下，多發射的性能是明顯比不上原生多核心架構的(以兩個執行緒對兩個核心的比較而言)。

　　不過多發射體系的優點在于硬件效率高，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射的應用架構，相信在未來這種體系將會納入MIPS的原生架構當中，以應付更復雜的應用。