MIPS32® M14K™

 

MIPS32® M14K™内核是一种紧凑型的高性能、低功耗设计，其功能特性经过优化，可为微控制器(MCU)和实时嵌入式系统应用提供出色的解决方案。

M14K内核是首批执行新的microMIPS™代码压缩指令集架构(ISA)的MIPS32兼容处理器内核中之一。microMIPS能以很高的代码密度提供完全的32位性能。它可以保持98%的MIPS32 性能，而代码量减少35%，这意味着硅成本的大幅度节省。

M14K内核是MIPS32 M4K™内核的扩展集，与MIPS32 Release 2 架构完全兼容。它实际上保留了M4K内核的所有特性，包括32个通用寄存器(GPR)、映像寄存器组支持、SRAM型接口控制器、存储器管理单元(MMU)以及高性能乘法/除法单元(MDU)。该内核设计基于5级管线4K® 微架构，可提供1.5DMIPS/MHz的性能效率。

M14K内核执行MCU专用功能，可加快闪存存取速度，增强中断处理机制，增加原子位指令。设计人员可以利用一个可选AMBA® AHB-Lite™接口，为广大范围的兼容外设提供标准接口。MIPS科技还提供有一套全面完善的先进调试及概要分析(profiling)功能，能够加快产品上市速度。M14K内核得到大量集成软件及硬件开发工具和广泛的第三方合作伙伴生态系统的支持。

 


一个高性能、低占位面积的microMIPS增强型处理器，针对高效且成本敏感的MCU和实时嵌入式应用而优化。
  • 完全兼容MIPS32 Release 2架构，并且基于5级管线4K微架构，可提供1.5DMIPS/MHz的性能效率；具有高度的可配置性，有助于实现最适合应用的性能、面积和功率
  • 执行microMIPS，这是一个统一的16位和32位ISA， 结合了新的创纪录的MIPS32指令，能以接近16位的代码量提供32位的性能
  • MCU专用特性：中断处理器电路和新指令能减小中断延时，提高优先权，并加速向量生成；可配置预取缓冲器方案则能够加快对闪存上代码的存取速度
  • 在现有EJTAG-based调试/跟踪功能基础上的扩展，增加了iFlowtrace™功能，能提供先进的程序概要分析和事件分析能力；具有带低CPU开销的双向快速调试通道(Fast Debug Channel) 的实时调试装置
  • 广泛全面的开发支持：一套完整的microMIPS 和 MIPS32兼容 GNU软件工具链、MIPS Navigator™集成元件套件(ICS)、MIPS System Navigator™调试探针和一个基于FPGA的开发平台。

架构

  • MIPS32 Release 2 兼容5级管线，性能效率高达1.5 DMIPS/MHz
  • MIPS32 兼容指令解码器
  • 固定映射转换(FMT)存储器管理单元(MMU)
  • 可配置的乘法/除法单元，单周期32x16 及 2 周期 32x32 的乘法速度
  • 32个32位 GPR，并另可选择配置多至16个映像GPR

microMIPS指令集架构

  • 结合16位和32位指令的增强型代码压缩ISA
  • 支持所有现有MIPS32指令，并增加了新的16和32位指令
  • 支持与原有MIPS32解码器的共存
  • 得到软件工具链和硬件开发/调试系统的支持

MCU专用扩展(ASE)

  • 执行一个增强型中断处理方案，在向量中断模式下支持多达8个中断引脚，在外部中断控制器模式下支持255个中断
  • 具有把中断延时降至10个周期的硬件能力
  • 执行逻辑和新指令(IRET)，使中断返回处理操作自动化并加速
  • 支持中断链
  • 包含两个新的原子位指令

闪存存取加速器(可选)

  • 执行2-线预取缓冲器来“缓存”闪存内容
  • 可配置比特位带宽(bit width)和存储器地址范围

总线接口单元(可选)

  • 支持AMBA® AHB-Lite™接口
  • 包含1个32位地址总线和2个单向(R/W)数据总线
  • 带单个突发模式支持的单总线主控

SRAM型接口

  • 带单或多延时支持的32位地址及数据接口
  • 可配置的单独或统一的指令(I)和数据(D)存储器接口
  • 支持与8和16位存储器设备的连接，支持事务中断(transaction abort)、后延迟、D- 到 I-重定向和锁定/同步机制

EJTAG调试&跟踪(可选)

  • 支持增加了事件跟踪模式的增强型iFlowtrace
  • 简单的指令&数据断点支持- 2I/1D、4I/2D、6I/2D、8I/4D
  • 复杂的指令&数据断点，带带条件过滤支持功能
  • 支持2个具有多个事件类型选项的性能计数器(Performance Counter)
  • PC和数据地址采样：零开销、良好的读/写性能
  • 快速调试通道(Fast Debug Channel)，可在目标与调试主机/探针之间提供低开销大带宽的双向数据传输能力

功率管理

  • 大量采用高性能的时钟门控
  • 支持软件控制时钟分频器
  • 通过WAIT指令启动节电模式

信号接口完全注册，以便于系统实现

  • 非侵入式实时调试
  • 单步进
  • 指令和数据断点

简单总线接口单元(BIU)

  • 所有I/O完全注册
  • 单独的单向32位地址和数据库
  • 为便于向其它协议转换而设计

功率控制

  • 最小频率：0 MHz
  • 软件控制省电模式(由软件WAIT指令触发)
  • 精细粒度时钟门控

 

TSMC 130G SVt

TSMC 90G SVt

 

速度优化

面积优化

功率优化

速度优化

面积优化

功率优化

频率 (MHz)*

190

100

100

329

200

200

内核面积(mm2)

0.68

0.35

0.37

0.51

0.21

0.24

内核功率(mW/MHz)

0.22

0.12

0.08

0.12

0.06

0.04

注：频率、功耗和尺寸取决于配置方案、综合、芯片供应商、工艺以及单元库。
*上面提到的速度是PTSI，不包含OCV、设计余量和时钟抖动。
***配置包括M14Kc标准内核配置+ microMIPS + MCU ASE + AHB-Lite BIU。


注：频率、功耗和尺寸取决于配置方案、综合、晶圆代工、工艺以及单元库。