MIPSfpga軟核處理器IP設(shè)計方案

很多計算機專業(yè)的學生都只是在理論層次學習計算機體系結(jié)構(gòu)方面的知識，比如數(shù)據(jù)路徑、控制結(jié)構(gòu)和存儲系統(tǒng)等，但是如何將這些組合起來則完全靠學生的想象力。MIPSfpga的出現(xiàn)讓這一切迎刃而解，它不同于其他課程的地方在于首次采用了一款純粹的商用軟核CPU用于研究目的，用戶可以在此課程的系統(tǒng)集成環(huán)境下詳細、深入的探索計算機架構(gòu)。

MIPSfpga使用一款MIPS系列軟核IP——具體來講是microAptiv核，PIC32MK處理器采用的既是此款軟核。該核面向的是可編程邏輯門陣列（FPGA）。Imagination公司除了授權(quán)可以使用這款實用的MIPS軟核處理器外，還準備了一系列的教學材料，從而可以使用戶快速入門、開發(fā)，進而能夠修改該處理器和系統(tǒng)。

該課程提供了三部分材料引導用戶入門、使用和修改MIPSfpag：入門指南、實驗實例和SoC資料包。

第一部分材料包括MIPSfpga用到的Verilog設(shè)計文件和一些介紹MIPSfpga系統(tǒng)和使用方法的文檔。

第二部分材料（MIPSfpga實驗實例）包含25個需要動手操作的實驗，指導用戶如何學習計算機架構(gòu)和進行系統(tǒng)級的設(shè)計。比如，修改MIPSfpga系統(tǒng)與外設(shè)（如LCDs、傳感器等）的接口、使用性能計數(shù)器和中斷、改變緩存刷新策略、添加新的指令并且測量這些改變所帶來的性能差異等。由于使用的商用編譯器能夠清晰的看到因架構(gòu)或系統(tǒng)的修改帶來的性能改變，也幫助用戶在此方面的能力上得到較快的提升。

第三部分材料是MIPSfpga SoC，它向用戶展示了如何基于MIPSfpga搭建片上系統(tǒng)（SoC）并且移植開源的Linux操作系統(tǒng)。

最新的MIPSfpga v2.0在2017年7月1日正式推出，在之前版本的基礎(chǔ)上又增加了更多的特性和資源，比如增加了16個動手實驗（即動手實驗的個數(shù)從9個增加到25個），可以采用UART（串口）將程序下載到MIPSfpga，精簡了啟動代碼，增加了Windows和Linux系統(tǒng)的安裝指令，同時提供了Verilog和VHDL語言的系統(tǒng)級模塊，支持快速調(diào)試通道（FDC）和用戶自定義接口（UDI），支持使用printf這樣的I/O指令并且允許用戶定義自己的系統(tǒng)指令。

自從2015年5月以來，全世界已經(jīng)有超過600所大學獲得了授權(quán)并且下載使用MIPSfpga相關(guān)的資料--軟核IP以及入門資料和實驗練習。

通過提供全面開放的商業(yè)CPU IP軟核和系統(tǒng)， 指導用戶使用和修改處理器和系統(tǒng)，MIPSfpga正在轉(zhuǎn)變計算機體系結(jié)構(gòu)的教育方式。當然不僅這些，MIPSfpga還提供了一個在研究和高級項目中探索計算機架構(gòu)特性和增強功能的平臺。

這里提供了一些高級項目的鏈接，它們都是基于MIPSfpga實現(xiàn)的。

MIPS由于其足夠簡單和精致，在計算機架構(gòu)教學中已經(jīng)非常流行。MIPSfpga提供了一個強大的平臺，將計算機架構(gòu)和系統(tǒng)設(shè)計的理論教學與實踐操作聯(lián)系起來，從而讓用戶更加全面的了解計算機架構(gòu)設(shè)計。