Воображение, чтобы выпустить открытый дизайн MIPS для научных кругов

Компания Imagination выпускает бесплатную версию своего готового для Linux процессора MIPS MicroAptiv для университетов под названием «MIPSfpga», которая будет предлагать полностью прозрачную RTL.

Imagination Technologies разработала готовую для Linux академическую версию 32-битной архитектуры процессора MicroAptiv с архитектурой MIPS и предоставляет ее в распоряжение университетов для использования в компьютерных исследованиях и образовании.
Как следует из названия MIPSfpga, проектная абстракция RTL (уровень передачи регистров) производственного качества предназначена для работы на промышленных ПЛИС промышленного стандарта.

Хотя MIPSfpga доступен как полностью видимый RTL-дизайн, MIPSfpga не является полностью открытым исходным кодом, согласно объявлению Роберта Оуэна, менеджера университетской программы Imagination.
Академические пользователи могут использовать и изменять MIPSfpga по своему усмотрению, но не могут встроить его в кремний.
«Если вы измените его, вы должны сначала поговорить с нами, если хотите запатентовать изменения», - пишет Оуэн.


Архитектура MIPSfpga

(щелкните изображение, чтобы увеличить)

Как и MCA-подобный MicroAptiv, MIPSfpga лучше всего подходит для работы в операционной системе реального времени (RTOS).
Тем не менее, он также включает в себя блок управления памятью (MMU) и контроллер кэша, который позволяет запускать Linux.

Поддержка Linux еще не полностью разработана для начального запуска пакетов MIPSfpga, которые будут выпущены для учащихся в Harvey Mudd College 13 мая. «Есть еще некоторые дополнительные блоки IP, которые необходимо настроить для FPGA и программных драйверов, которые необходимо написано, но мы работаем над этим », - объясняет Оуэн.

Дизайн MicroAptiv используется в микроконтроллере PIC32MZ от Microchip и вскоре появится в модуле носимых процессоров Ineda Systems Dhanush , некоторые из которых поддерживают Linux.

MIPS может значительно отставать от x86 и ARM в мире процессоров приложений, но он широко используется в научных кругах для обучения основам микроархитектуры.
По словам Оуэна, это из-за всех основных процессоров, это наиболее близко к классической «истинной RISC» архитектуре.

x86 «неоднократно метаморфизировался и стал довольно сложным для понимания студентами», - пишет Оуэнс.
«Вы можете выбрать ARM, но это также становится все более сложным, и, пожалуй, никогда не было истинным RISC.
Это также чревато трудностями, потому что внутренняя архитектура является строго охраняемым секретом ».

Для сравнения, MIPS, который был разработан в 80-х годах в Стэнфорде создателем RISC Джоном Л. Хеннесси и другими, всегда был относительно открытой архитектурой.
Хеннеси и Дэвид Паттерсон из Калифорнийского университета в Беркли опубликовали мельчайшие подробности в статье «Компьютерная архитектура: количественный подход».

Оуэнс отмечает, что благодаря этой подробной документации многие MIPS-подобные и MIPS-совместимые чипы процветали на протяжении многих лет.
Как и полностью лицензированные 64-битные MIPS SoC от таких компаний, как Cavium и Broadcom, они, как правило, ориентированы на Linux.


Создатель CI20

Например, базирующаяся в Китае компания Ingenic Semiconductor годами создавала ядра Xburst, полученные из MIPS, но формально не лицензировала дизайн MIPS и не начала оплачивать MIPS Technologies до 2011 года .
Хакер SBC от Creator, совместимый с Linux и Android, представляет собой двухъядерное ядро ​​MIPS Ingenic JZ4780 SoC.

Внутри MIPSfpga

Чтобы быть полезным для ученых, MIPSfpga позволяет учащимся «увидеть фактический RTL, изучить внутреннюю работу этого RISC-процессора и запустить / отладить Linux (или другие операционные системы) на FPGA», - пояснил Александр Voica из Imagination в электронном письме.
По сравнению с MicroAptiv, он также был упрощен, предварительно настроен и предварительно проверен для упрощения работы с ним.

Конфигурация MIPSfpga была в основном разработана профессором Дэвидом Харрисом из Harvey Mudd College и профессором Сарой Харрис из университета Невады, Лас-Вегас, которая готовит учебные материалы, пишет Оуэн.
Два компьютерных исследователя, которые не имеют отношения, написали книгу под названием «Цифровой дизайн и компьютерная архитектура», которая помогла Оуэну продолжить проект MIPSfpga.

MIPSfpga представляет некоторые модификации архитектуры загрузки / хранения MIPS, предназначенные для того, чтобы сделать ее более «элегантной». Конструкция IP включает в себя технологию «связывания инструкций», которая «позволяет объединять две последовательные загрузки / хранилища одного типа, которые осуществляют доступ к смежным областям памяти» вместе с отделом выдачи инструкций », - пишет Оуэн.
Связывание инструкций может быть выполнено для нескольких инструкций загрузки / сохранения, определенных в MIPS ISA, и может удвоить производительность операций с интенсивным использованием памяти, утверждает он.

Другие «элегантные» атрибуты MIPSfpga включают в себя:

  • Теневые регистры для быстрого переключения контекста
  • Более общие регистры (32x GPR)
  • Более эффективная адресация памяти и более компактный размер кода (больше инструкций по одной операции)
  • Меньше спекулятивное исполнение (более эффективное ветвление)

Пакет MIPSfpga включает в себя подробное руководство, которое помогает убедиться, что процессор работает на ПЛИС правильно, и что его можно запрограммировать и отладить.
В руководстве приведены примеры платформ Terasic DE2-115 (Altera FPGA) и платформ Digilent Nexys4 DDR (Xilinx FPGA).
В ближайшие месяцы Imagination предоставит учебные материалы по основам MIPSfpga, разработанные Сарой Харрис, после чего будет разработана программа MIPSfpga Advanced.

Медленно открывая MIPS

Imagination Technologies приобрела MIPS Technologies в 2013 году за 100 миллионов долларов и анонсировала новую 64-разрядную линейку процессоров IP от Warrior, которая еще не появилась в производственном SoC.
Компания активно ухаживает за поставщиками Android SoC, как и MIPS Technologies в прошлые годы, но до сих пор не имела большого успеха.

Imagination также обращается к сообществу разработчиков встраиваемых Linux и Android с помощью платы Creator CI20, поддерживаемой сообществом, и укрепляет связи со своими лицензиатами и другими новыми партнерами с некоммерческой, несколько похожей на Linaro организацией Prpl .
Под эгидой Prpl компания Qualcomm разрабатывает версию облегченного, маломощного дистрибутива Linux OpenWRT операторского класса, которая часто сочетается с его все более популярным чипом Atheros WiFi на базе MIPS для устройств IoT.

В то время как Imagination продолжает делать MIPS более открытым и привлекательным для хакеров ARM, чипы PowerVR для высокопроизводительных графических процессоров PowerVR, разработанные IP-чипами, имеют репутацию одних из наименее прозрачных графических процессоров на рынке.
Делая PowerVR немного более заметной для разработчиков, вероятно, будет поощрять больше разработчиков ARM перейти на MIPS.

Открытый исходный код lowRISC SoC получает предварительную версию

Хотя Imagination вполне может отодвинуть больше уровней MIPS для разработчиков, маловероятно, что в обозримом будущем MIPS или какая-либо другая основная архитектура процессоров будут полностью открыты.
Тем не менее, группа под названием lowRISC намерена сделать именно это.

Группа lowRISC планирует выпустить полностью открытую, дружественную к Linux экосистему RISC, включающую в себя ISA, процессорный процессор и платы разработки.
13 апреля lowRISC выпустила первый предварительный просмотр lowRISC, который демонстрирует поддержку помеченной памяти.


Логотип RISC-V

Платформа lowRISC будет основана на новой архитектуре набора команд с открытым исходным кодом (ISA) под названием RISC V , которая первоначально будет ориентирована на устройства IoT на основе Linux.
RISC-V разрабатывается в Калифорнийском университете в Беркли пионером RISC и вышеупомянутым партнером Hennessy Джеймсом Паттерсоном, а также Крсте Асановичем.

Будущая работа по lowRISC будет включать в себя улучшенную поддержку ISA, сбор показателей производительности для целого ряда областей использования тегов и настройку кэша тегов, говорится в проекте.
Разработчики также работают над созданием «отвязанной» версии дизайна SoC с «необходимыми периферийными устройствами, интегрированными для автономной работы».

Дальнейшая информация

Теперь университеты могут подать заявку на доступ к бесплатному дизайну Imagination Technologies MIPSfpga на сайте программы Imagination University .
Дополнительную информацию можно найти в объявлении Роберта Оуэна в блоге MIPSfpga .