开放性32位RISC处理器IP核的比较与分析
来源： 作者： 发布时间：2016-03-23 12:53:35 浏览量：OpenRISC1200 还可以根据需要自定义用户指令。OpenRISC1200 具有1K～64K 可配置大小的数据Cache 和指令Cache 以及可供选择的内存管理单元。OpenRISC1200 同时还提供了一个用于降低功耗的电源管理单元(PowerManager) 和一个支持片内调试的调试单元(Debug Unit)。OpenRISC1200 采用了Silicore 公司提出的W ISHBON E 开放性总线标准， 包括一个数据W ISHBON E 接口和一个指令W ISHBON E 接口。总线管理模块(Traffic Cop ) 将内存控制器， 调试单元，UART 接口， PCI 接口， Ethernet 接口等模块连接在一起。OpenRISC1200 具有较好的可配置性， 使用者可以根据自己的需要配置Cache 的大小， 是否使用MMU ，并可以定制自定义的指令。不过目前OpenRISC1200 还没有图形化的配置界面， 使用者必须根据需要修改配置定义文件or1200 defines.v。
OpenRISC1200 有完善的软件开发环境(SDK)和操作系统的支持。使用者可以通过包括Sourcenavigator， Gcc， Binu tills， Gdb 等在内的GNUToolchian 工具方便的进行基于OpenRISC1200 内核的编码、编一体成型电感译和调试。同时，OpenRISC1200 拥有专门的仿真器Or1k sim ， 可以进行OpenRISC1200 的仿真。OpenRISC1200 还支持Linux， LClinux，RTEMS， RedHaeCos 等多种操作系统。
NiosII
Nios 系列处理器是Altera 公司推出的基于RISC 体系结构的通用嵌入式处理器软核， 它是Altera 的可编程逻辑和可编程片上系统(SoPC) 设计综合解决方案的核心部分。Altera 前后推出了两代Nios 系列处理器：Nios 和Nios II。Nios 是其第一代产品， 是准32bit 的RISC 处理器， 具有16bit 指令集和16*32 bit 数据通路。NiosII是第二代完全32bitRISC 处理器， 具有32bit 的指令集、数据通路和地址空间。我们选用了NiosII 进行比较和分析。图3是典型的基于NiosII的系统。
图3 典型的基于NiosII的系统
NiosII处理器是5级流水线设计， 采用数据和指令分离的Harvard 结构。NiosII 拥有自己专用的体系结构与指令集， 支持32bit 的硬件乘除法指令，有32 个通用寄存器。用户还可以根据自己的需要自定义最多256 条指令。
NiosII 采用了Altera 公司自己的Avalon 片内总线标准， 用于连接定时器， UART 接口， LCD 接口，内存控制器和以太网接口等片内模块。NiosII 同时还提供了一个Debug 模块， 支持JTAG 在线调试。Altera 公司为NiosII 提供了极为完善的软硬件开发环境。NiosII 处理器方案是基于HDL 源码构建的，提供了三种性能和资源消耗不同的基本软核：NiosII/f (快速型) ， NiosII/s (标准型) 和NiosII/e( 经济型电感器厂家)。通过QuartusII 开发软件中的SOPCBuilder 系统开发工具， 使用者可以在任何一种软核的基础上方便的配置符合自己的需要NiosII 内核。
Altera 公司同时为NiosII 提供了基于GNUC/C++toolchain和EclipseIDE 的软件开发环境。用户可以在这个开发环境下方便的完成编码、仿真和调试等工作。NiosII 的开发套件内免费提供了一个Luc/OS2II 的实时操作系统支持， 同时NiosII 还支持LClinux，Nucleus Plus， KROS 等第三方操作系统。和上面所提到的LEON2 和OpenRISC1200 两种完全开放的处理器内核不功率电感器同，NiosII 内核属于“半开放”的内核。用户可以免费获得绕行电感器NiosII 的开发平台，不过NiosII 只支持Altera 的Stratix 和Cyclone器电感器生产厂家件。用户只能在Altera 的FPGA 芯片上免费使用NiosII，而且无法获得NiosII 的HDL 源代码。另外设计者若要在ASIC 设计中使用NiosII 内核， 则需要向Altera 公司支付一定的授权 费用。
性能评测与比较
相同处理器内核在不同工艺、不同结构配置下性能会有较大的差别。为保证评测的客观性， 我们在相同工艺， 相同结构配置下对三种处理器内核分别在FPGA 和ASIC 两个平台上， 从性能和面积两个角度进行了比较和分析。
目前嵌入式处理器并没有统一的性能测试标准， 我们选择了当前各个嵌入式处理器提供厂商广泛采用的DhrystoneV2.1 Benchmark评测标准。DhrystoneV2.1Benchmark 是Reinhold Weicker编写的用于测试系统的整数处理能力的测试程序，它有公开的源代码和测试结果。
DhrystoneV2.1Benchmark 是由C语言编写， 包括各种赋值语句， 控制语句， 过程调用和参数传送， 整数运算及逻辑操作等。在不同的处理器平台上运行Dhrystone 测试程序， 得到Dhrystoneper Second 的参数值， 并以VAX-11/780 为参照值， 换算出Dhrystone 2.1VAXMIPS (DMIPS) 的值。因为VAX-11/780 的测试结果为1757 个Dhrystoneper Second，将其作为参照， 得出DMIPS = (Dhrystoneper Second/1757。因为处理器的性能与工作频率密切相关，在不同工作频率下测算出的DMIPS 是不同的， 所以通常使用DMIPS/MHz 作为标准， 评估各个处理器的结构优劣和性能高低。
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