最初的 MIPS CPU 架構是在 80 年代中期推出的，在其整個歷史中，MIPS CPU 的知識產(chǎn)權已進入許多面向網(wǎng)絡的片上系統(tǒng) （SoC） 和應用程序。從移動網(wǎng)絡到移動設備，MIPS 已被用于各種網(wǎng)絡基礎設施、網(wǎng)關、基站和用戶設備應用。隨著移動基礎設施從 3G 過渡到 LTE 和 5G，MIPS 繼續(xù)發(fā)揮作用。我與 MIPS 市場營銷總監(jiān) Saraj Mudigonda 就最近發(fā)布的 MIPS LTE/5G 調(diào)制解調(diào)器 CPU 進行了交談。

LTE 趨勢

LTE 帶來了一個全 IP 演進分組核心 （EPC），以及移動設備和互聯(lián)網(wǎng)之間不斷增加的端到端 IP 分組數(shù)據(jù)環(huán)境。這些面向全 IP 網(wǎng)絡的新進展正在推動用戶帶寬使用的大幅增加。5G 標準正在開發(fā)中，目標是提高支持物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 用例和應用的能力。這反過來又推動了需要解決方案的需求：

需要用于 LTE+ 和 5G 的多種無線電接入技術 （RAT） 以實現(xiàn)跨代兼容性和快速上下文切換。

可以聚合多達五個用于 LTE 尤其是 5G 的分量載波，以增加支持 LTE/5G 應用所需的下行鏈路帶寬。

LTE 語音 （VoLTE） 消除了電路交換移動語音路徑，并使用 SIP/SDP 進行信令和 RTP IP 用于通信內(nèi)容。但是從自適應多速率 （AMR） 升級到更新、更復雜的增強型語音服務 （EVS） 編解碼器需要更高的時鐘速度和內(nèi)存。

LTE Unlicensed Spectrum （LTE-U） 通過聚合未經(jīng)許可和許可的運營商來增加容量。這使得 RAT 問題以及與 Wi-Fi 等技術的共存變得重要。

準標準 5G 的目標是 2018 年冬季奧運會，這給移動運營商和生態(tài)系統(tǒng)帶來了難以置信的上市時間壓力。

MIPS 和 LTE/5G

MIPS IP 組合和支持生態(tài)系統(tǒng)使 MIPS 成為集成 SoC 解決方案的理想選擇。該解決方案需要物理調(diào)制解調(diào)器堆棧、RF 堆棧以及加密引擎。重點是物理層控制和 L2/L3 協(xié)議棧，這需要結合性能來處理總數(shù)據(jù)帶寬，以及支持載波聚合等特性的快速上下文切換。MIPS 多線程、多核 CPU 促進了這一點。物理層本身通常位于 DSP/硬件加速器上，可從生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴處獲得，盡管一些制造商集成了自己的物理層。

結果是各種基站和UE設備都使用了MIPS?？蛻粢呀?jīng)部署了從窄帶物聯(lián)網(wǎng)到 LTE 和 LTE Advanced 的產(chǎn)品，其中一些產(chǎn)品致力于 5G。

細粒度多線程

該應用領域中使用的 MIPS 內(nèi)核的關鍵特性之一是 Saraj 所說的“細粒度多線程”。傳統(tǒng)的 CPU 多線程涉及一個線程運行，直到它被導致更長延遲停止的事件中斷。MIPS 實現(xiàn)了基于硬件的細粒度多線程功能，其中 CPU 內(nèi)核在每個周期檢查當前線程是否停止。如果停止，硬件調(diào)度程序會將執(zhí)行更改為準備好運行的另一個線程。通過在硬件中利用此功能，甚至可以處理單周期停頓，從而提高每周期總指令 （IPC）。

MIPS 細粒度多線程功能提供了極快的上下文切換：在實現(xiàn) LTE 產(chǎn)品時，對四個分量載波使用四個線程使實現(xiàn)者能夠?qū)⒚總€分量載波的上下文存儲在一個線程中，并且硬件負責上下文切換，這允許四個組件同時同時操作。還有額外的內(nèi)核或線程可用于運行具有更大操作系統(tǒng)（如 Linux）的應用程序。

5G要求

3GPP將5G分為三個部分：

5G 增強型移動寬帶 （eMBB） – 其特點是數(shù)據(jù)速率和載波聚合。5G 使用擴展的毫米波頻率，但可以為您提供更高的性能和數(shù)據(jù)速率。這就是 MIPS CPU 的細粒度多線程功能和多核支持很重要的地方。

5G 超可靠和低延遲通信（URLLC）——這些應用的特點是要求低延遲，安全性強，可靠性高。應用涉及自動駕駛汽車、遠程醫(yī)療程序控制和工廠自動化，其中實時和低延遲至關重要。

5G 大規(guī)模機器類通信（mMTC）——這基本上是物聯(lián)網(wǎng)。這些應用的特點是成本低、功耗低、復雜度低。

下圖顯示了具有 MIPS 功能的相同圖片。MIPS 多核、多線程能力、電源、集成和虛擬化/安全特性可以幫助圖中的每個區(qū)域?qū)崿F(xiàn)要求。

安全

Saraj 還提到了 MIPS 中的 Omnishield 功能。Omnishield 通過分離每個功能組件使用的內(nèi)存和 I/O 空間來提供安全性。MIPS 通過提供可以在系統(tǒng)內(nèi)創(chuàng)建的多個域來擴展這個概念。MIPS 允許多達 255 個域，這使得應用程序能夠在單獨的域中相互隔離，而不是這些應用程序駐留在單個區(qū)域中。

這是通過使用看起來“邏輯上”的東西作為第二個 MMU 來實現(xiàn)的，這是 MIPS 虛擬化架構足跡的一個特征。

Omnishield 可以在多種情況下發(fā)揮作用：

惡意軟件試圖訪問未經(jīng)授權的信息。

可能導致系統(tǒng)崩潰的惡意或意外軟件執(zhí)行。

實現(xiàn) Omnishield 需要一個支持 CPU 完全虛擬化的 I 類管理程序。然后管理程序管理資源/特權以訪問這些域或來賓中的一個或多個。訪客可以由小至單個應用程序或大至整個操作系統(tǒng)或多個操作系統(tǒng)來定義。

安全啟動

5G 和物聯(lián)網(wǎng)的另一個重要問題是如何以安全、可靠的方式執(zhí)行軟件下載和更新。MIPS 實現(xiàn)了安全啟動和信任鏈功能來解決這個問題。0 級引導加載程序，信任根，是一切開始的地方。0 級引導加載程序驗證下一個引導加載程序，然后加載并將控制權轉移到該引導加載程序。此 0 級引導加載程序在 OEM 處編程，制造后無法更改。通過這種方式，它不能被更改，因此可以被信任來驗證并將控制權轉移給執(zhí)行軟件更新的后續(xù)代理。

1 級引導加載程序處理映像的身份驗證。身份驗證通常涉及確認有效負載（代碼、數(shù)據(jù)、機密等）未被篡改。一旦通過身份驗證，還可以執(zhí)行有效載荷的解密（如果需要）。

然后，1 級引導加載程序讓位于 2 級引導加載程序，該引導加載程序?qū)芾沓绦蛴诚襁M行身份驗證，建立信任鏈。一旦啟動受信任的虛擬機管理程序，它就可以執(zhí)行系統(tǒng)的初始配置、設置內(nèi)存域和驗證來賓。

概括

LTE 和 5G 定義了豐富的功能集和各種需要低延遲、高可靠性和安全功能的獨特組合的應用。安全性很重要的低端物聯(lián)網(wǎng)設備的虛擬化以及 DSP 擴展的可用性為語音控制揚聲器、調(diào)制解調(diào)器、VoLTE 和監(jiān)控攝像頭等開辟了更廣闊的市場。MIPS 架構和生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴的特性和功能為滿足這些新的苛刻要求提供了一種有效的方法，以實現(xiàn)即將出現(xiàn)的新興物聯(lián)網(wǎng)應用。

審核編輯：郭婷