很多計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生都只是在理論層次學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)方面的知識(shí),比如數(shù)據(jù)路徑、控制結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)系統(tǒng)等,但是如何將這些組合起來(lái)則完全靠學(xué)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(hù)可以在此課程的系統(tǒng)集成環(huán)境下詳細(xì)、深入的探索計(jì)算機(jī)架構(gòu)。
MIPSfpga使用一款MIPS系列軟核IP——具體來(lái)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(mén)陣列(FPGA)。Imagination公司除了授權(quán)可以使用這款實(shí)用的MIPS軟核處理器外,還準(zhǔn)備了一系列的教學(xué)材料,從而可以使用戶(hù)快速入門(mén)、開(kāi)發(fā),進(jìn)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(dǎo)用戶(hù)入門(mén)、使用和修改MIPSfpag:入門(mén)指南、實(shí)驗(yàn)實(shí)例和SoC資料包。
第一部分材料包括MIPSfpga用到的Verilog設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)實(shí)例)包含25個(gè)需要?jiǎng)邮植僮鞯膶?shí)驗(yàn),指導(dǎo)用戶(hù)如何學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)架構(gòu)和進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)。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(jì)數(shù)器和中斷、改變緩存刷新策略、添加新的指令并且測(cè)量這些改變所帶來(lái)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(lái)的性能改變,也幫助用戶(hù)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(hù)展示了如何基于MIPSfpga搭建片上系統(tǒng)(SoC)并且移植開(kāi)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(gè)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)(即動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的個(gè)數(shù)從9個(gè)增加到25個(gè)),可以采用UART(串口)將程序下載到MIPSfpga,精簡(jiǎn)了啟動(dòng)代碼,增加了Windows和Linux系統(tǒng)的安裝指令,同時(shí)提供了Verilog和VHDL語(yǔ)言的系統(tǒng)級(jí)模塊,支持快速調(diào)試通道(FDC)和用戶(hù)自定義接口(UDI),支持使用printf這樣的I/O指令并且允許用戶(hù)定義自己的系統(tǒng)指令。
自從2015年5月以來(lái),全世界已經(jīng)有超過(guò)600所大學(xué)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(mén)資料和實(shí)驗(yàn)練習(xí)。
通過(guò)提供全面開(kāi)放的商業(yè)CPU IP軟核和系統(tǒng), 指導(dǎo)用戶(hù)使用和修改處理器和系統(tǒng),MIPSfpga正在轉(zhuǎn)變計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的教育方式。當(dāng)然不僅這些,MIPSfpga還提供了一個(gè)在研究和高級(jí)項(xiàng)目中探索計(jì)算機(jī)架構(gòu)特性和增強(qiáng)功能的平臺(tái)。
這里提供了一些高級(jí)項(xiàng)目的鏈接,它們都是基于MIPSfpga實(shí)現(xiàn)的。
MIPS由于其足夠簡(jiǎn)單和精致,在計(jì)算機(jī)架構(gòu)教學(xué)中已經(jīng)非常流行。MIPSfpga提供了一個(gè)強(qiáng)大的平臺(tái),將計(jì)算機(jī)架構(gòu)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論教學(xué)與實(shí)踐操作聯(lián)系起來(lái),從而讓用戶(hù)更加全面的了解計(jì)算機(jī)架構(gòu)設(shè)計(jì)。
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