基于MIPS架構(gòu)的RISC微處理器RM7000A

摘要：概要介紹基于MIPS指令集的RM7000A微處理器的大容量片內(nèi)緩存、超標(biāo)量流水線、指令雙發(fā)射、大量寄存器組等主要特性，并對其兩種應(yīng)用方案進行探討。

    關(guān)鍵詞：RM7000A 微處理器 MIPS架構(gòu)

引 言

??在眾多類型的RISC CPU體系中，MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）是相當(dāng)成功的一種。自從1983年John Hennessy在斯坦福大學(xué)成功地完成了第一個采用RISC理念的MIPS微處理器以來，基于MIPS構(gòu)架的CPU在網(wǎng)絡(luò)、通信、多媒體娛樂等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。Cisco的路由器，IBM的網(wǎng)絡(luò)彩色打印機，HP的4000、5000、8000、9000系列激光打印機及掃描儀，Sony的Playstation和Playstation 2游戲機等等，都是應(yīng)用了實現(xiàn)不同MIPS指令集的微處理器的產(chǎn)品。

??MIPS Technologies Inc本身不生產(chǎn)微處理器，它只設(shè)計高性能工業(yè)級的32位和64位CPU的結(jié)構(gòu)體系，并且向其它半導(dǎo)體公司提供使用其內(nèi)核（IP）的授權(quán)，用于生產(chǎn)基于MIPS而又各具特色的微處理器。據(jù)MIPS公司網(wǎng)站介紹，現(xiàn)在已有超過50家公司申請了授權(quán)，其中不乏IT界著名的大企業(yè)，如：AMD、ATI、TI、NEC、Toshiba、Philips、PMC-Sierra、IDT、Quicklogic、Marvell等。

1 RM7000A概述

??RM7000A是PMC-Sierra公司RM7000系列微處理器的一種，使用CMOS 0.18μm藝制造而成，內(nèi)含2個獨立的64位整型單元和1個64位浮點單元；片內(nèi)集成了主緩存和二級緩存以及外部擴展緩存控制器（最高支持8MB三級緩存）；具有1個時鐘周期發(fā)射2條指令的功能；支持?jǐn)?shù)據(jù)預(yù)�。≒refetch）；最高工作頻率可達(dá)400MHz；可寬溫工作，350MHz工業(yè)級處理器工作溫度為－40～+85℃。

??該微處理器有以下主要特性。

    (1)片內(nèi)集成大容量主緩存和二級緩存

??主緩存包括16KB指令緩存和16KB數(shù)據(jù)緩存。指緩和數(shù)緩都擁有各自的64位讀通道和128位寫通道，并且允許指緩和數(shù)緩?fù)瑫r被訪問。在400MHz時，主緩可以給整型單元和浮點型單元提供總計高達(dá)6.4GB/s的帶寬。256KB的二級緩存擁有一個64位的讀/寫共用通道，只有在訪問主緩存發(fā)生未命中的情況下才會使用到。

??主緩存和二級緩存均采用4路組相聯(lián)。緩存線長32字節(jié)，均為非阻塞式緩存（non-blocking cache），即在緩存訪問產(chǎn)生未命中（cache miss），且這個未命中沒有被消除的情況下，處理器無需停頓等待，可以繼續(xù)進行緩存訪問。RM7000A允許最多有兩個未命中時仍可訪問緩存。只有在下面兩種情況下，微處理器才會產(chǎn)生停頓：一是在前兩個未命中還沒消除，指令總線上又出現(xiàn)了對緩存的存取指令；二是產(chǎn)生了兩個未命中，而隨后的指令要從前面一個引起未命中的指令處獲取數(shù)據(jù)才能繼續(xù)執(zhí)行。

    (2)指令雙發(fā)射機制（dual issue mechanism）

??RM7000A的指令分為四種類型：整數(shù)型、浮點型、分支轉(zhuǎn)移（branch）和存/�。╨oad/store）。處理器整型部件的超標(biāo)量分發(fā)單元含有兩個獨

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