高性能32位內(nèi)核與基于微控制器存儲(chǔ)架構(gòu)的集成

改進(jìn)的設(shè)計(jì)

我們現(xiàn)在可以把學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用于我們系統(tǒng)的第一個(gè)框圖，并從預(yù)取/指令高速緩存緩沖器系統(tǒng)提供的增益中獲益。詳見以下的圖　3。

圖3　　改進(jìn)的32位內(nèi)核設(shè)計(jì)

與之前的16位設(shè)計(jì)相比，新設(shè)計(jì)能夠以三倍的速度(120　MHz　/　2.0　CPI(預(yù)取)/　20　MHz(16　位時(shí)鐘)執(zhí)行指令，通過適當(dāng)選擇最終指令高速緩存的大小，很容易就能實(shí)現(xiàn)非常接近單等待狀態(tài)閃存系統(tǒng)運(yùn)行的性能。

雖然指令預(yù)取緩沖器是一種簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)，但它通過屏蔽閃存和　32　位內(nèi)核執(zhí)行速度之間的存取時(shí)間差異，顯著地改善了系統(tǒng)吞吐量。預(yù)取緩沖器是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，只需要很少的額外邏輯。大部分額外邏輯與擴(kuò)展閃存系統(tǒng)和預(yù)取緩沖存儲(chǔ)器之間的通道有關(guān)。設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單有利于它完全透明地展示給軟件程序員，他們只需允許或禁用該功能就可以了。

形式指令高速緩存是一種更復(fù)雜的解決方案，需要至少與預(yù)取緩沖器相同數(shù)量的額外邏輯電路，以及管理指令高速緩存正常運(yùn)行的額外邏輯電路。設(shè)計(jì)人員需要分析　MCU　運(yùn)行的典型應(yīng)用，以確定能夠最好地平衡性能和成本的高速緩存大小。當(dāng)然，指令高速緩存部署更為昂貴，但是在許多情況下，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的性能可達(dá)到　0　等待狀態(tài)系統(tǒng)，對(duì)性能產(chǎn)生顯著的積極作用。軟件程序員還必須了解與指令高速緩存有關(guān)的一些基本控制和維護(hù)問題，但是在大多數(shù)情況下，它們可以一勞永逸地運(yùn)行，只是在系統(tǒng)初始化時(shí)才需要執(zhí)行。

只用新的　32　位器件直接替代現(xiàn)有的　8　位或　16　位內(nèi)核是不夠的。芯片設(shè)計(jì)人員還必須調(diào)整和改進(jìn)整個(gè)　MCU　設(shè)計(jì)，以適應(yīng)高性能、高速度　32　位內(nèi)核的新要求。我們需要這樣的調(diào)整來確保新的　32　位內(nèi)核能夠釋放最高性能。采用預(yù)取緩沖器和指令高速緩存是改進(jìn)微控制器設(shè)計(jì)的兩個(gè)直接途徑，微控制器與　32　位內(nèi)核和現(xiàn)有存儲(chǔ)器技術(shù)直接相關(guān)。