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简单低功耗uP可运行x86程序

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一种微处理机结构,利用翻译程序层将超长指令字(VLIW)结构的硬件和任何一种指令集隔离开来。不论第一个出现的芯片是否立即能获得成功,这种基于翻译程序层 ( code-morphing layer ) 的新原理可能会改变计算机的面貌。

----新近成立的Transm -eta公司(位于美国加州的Santa Clara)经过数年非同寻常的秘密开发,终于推出该公司的Crusoe微处理机系列产品,并引起了公众的广泛注意。“程序翻译 ( Code morphng ) ”是该公司创意的命名;用它来表征它所开发的Crusoe微处理机系列产品的一项特征(也许是此微处理机的一项最重要的特征)。首批推出的两种微处理机,TM3120和较大规模的TM5400,都具有该项特征(参看附图)。只是TM5400为DDR SDRAM增加了第二个DRAM控制器,和256K字节的L2高速缓存。

----TM5400在500MHz至700MHz频率范围,全负荷运行时消耗的功率为1到2瓦。一般认为其特性可以满足目前普通笔记本电脑的要求。程序的转换效率达到了当前的最高水平。TM3120是用比较老的工艺制造的,目前的型号在最高负荷使用时消耗的功率比较高(参看插入的注解)。

----此VLIW微处理机芯核对所选择的指令集的翻译完全依靠软件进行。对指令执行的调度也几乎完全依靠软件来进行。最先推出的芯片选择的指令集是IA-32( Pentium ),但是可以根据市场的要求选择任何指令集。

----为了能够公平地对芯片所占用的面积进行比较,需要指出:在Crusoe芯片中为了储存翻译程序的压缩版本,安排了1-M字节的串接ROM。当引导时,将翻译程序扩展到16-MHz的RAM中去。x86的程序是不能访问此RAM的。除了性能的需要以外,仅仅为了安置翻译程序Crusoe就需要比相当的Pentium或AMD系统多安排16-M字节以上的RAM。即使需要增加这些RAM,Crusoe仍然比x86的实现方案要便宜的多。

----实际上为Crusoe硬件需要专门编制的唯一程序就是翻译软件。这样公司就可以自由地改变将来芯片的硬件结构,只要这些改动了结构的硬件,能够成功地运行翻译软件就可以了。用户并不需要再做任何其它的事情。

----这一特性使一位掌上计算系统的负责人回忆起另一种命运不佳的多媒体微处理机。它的开发人员也曾作过断言:“今后全部的软件都将就由微处理机的厂家来开发”。该负责人因而评论道:“听起来好象和Chromatic曾经作过的预言一样。”但是这位负责人的评论有失偏颇,因为Crusoe所需要的唯一软件已经能够工作了。

----虽然已经演示过翻译软件的安装和运行,但是演示是采用较轻的负荷。TM5400所演示的软件和TM3120的稍有不同。翻译出来的程序是缓存在16-M字节的专用高速缓存中。这种缓存方式,可以消除程序相同部分的重复翻译,因而可以减轻翻译的工作量。

----因此Crusoe的翻译过程可能比Pentium进行的快一些;因为对于多次重复的程序部分只需要翻译一次就可以了。虽然采用官方规定的测试程序包进行全面特性的考核时,测试结果可能慢一些。但是如果以DVD player作为比较的例子,情况就不同了。因为当视频的第一帧显示时,已经对程序进行过一次翻译了;重复的程序部分不需要再翻译了,以后的翻译就可以快得多;在400MHz的TM3120上就可以应付自如了。

----Crusoe翻译器采用的翻译方式多种多样,可以采用最简单的直接翻译方式,也可以在开始时化一些时间作准备采用高度优化的翻译方式。翻译软件中的一个关键部分是用来决定那些指令重复的次数足够多,值得化工夫进行优化处理。

----和Pentium的硬件翻译工具/调度工具相比,Crusoe的软件翻译工具可以使用的编码范围较为广泛。对于x86认为不合顺序的指令编码,如果对于Crusoe 的硬件比较直接也可以调度执行。

----此外,翻译工具可以为运行的程序的执行和分支预测描绘轮廓。如果存在利用率最高的分支,翻译工具将对它进行优化。对于没有倾向性的分支,翻译工具则有意识地对所有路径逐个执行。

----不论是用硬件还是用软件进行翻译,x86编码都会带来许多麻烦的事情。例如,Crusoe就必须处理异常和存取依赖关系等情况。为此,它除了利用它的64个寄存器作为工作寄存器以外,还要用其中的一部分来映射x86的寄存器。

----如果必要的话,它可以将映射的寄存器内容复制到工作寄存器中去,恢复异常前的状态。Crusoe可以将它读取过的存储器保护起来,防止写入;直到它肯定这些存储位在它读取数据前没有要求存入新数据。

----处理x86程序遇到的另一个问题是编码的覆盖写入。当Crusoe进行翻译并将它存入高速缓存时,同时也在MMU内建立一个表示已经翻译过的标志位。此标志位x86的指令是看不见的。对于设有标志位的页面,MMU可以很容易地略过它,不对它进行翻译。据Transmeta公司介绍,如果翻译工具从运行的程序中学习得更多时,它还可以采取更复杂的措施。

----看来Transmeta公司已经成功地将这几年在翻译x86程序方面的工作经验凝固到结构中去了。当然,很明显目前已经公布的微处理机只不过是此系列产品的初步产品。如想了解更多的信息,请和Transmeta公司的Frank Priscaro先生联系。电话号码:408-919-6393;Fax:408-919-6540:网址:http://www.transmeta.com/crusoe/technology.html。 e-mail:information@transmeta.com。

来源:今日电子   作者:Rodney Myrvaagnes   2006/9/25 20:56:00
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