MIPS LTE/5G调制解调器解决方案

最初的 MIPS CPU 架构是在 80 年代中期推出的，在其整个历史中，MIPS CPU 的知识产权已进入许多面向网络的片上系统 （SoC） 和应用程序。从移动网络到移动设备，MIPS 已被用于各种网络基础设施、网关、基站和用户设备应用。随着移动基础设施从 3G 过渡到 LTE 和 5G，MIPS 继续发挥作用。我与 MIPS 市场营销总监 Saraj Mudigonda 就最近发布的 MIPS LTE/5G 调制解调器 CPU 进行了交谈。

LTE 趋势

LTE 带来了一个全 IP 演进分组核心 （EPC），以及移动设备和互联网之间不断增加的端到端 IP 分组数据环境。这些面向全 IP 网络的新进展正在推动用户带宽使用的大幅增加。5G 标准正在开发中，目标是提高支持物联网 （IoT） 用例和应用的能力。这反过来又推动了需要解决方案的需求：

需要用于 LTE+ 和 5G 的多种无线电接入技术 （RAT） 以实现跨代兼容性和快速上下文切换。

可以聚合多达五个用于 LTE 尤其是 5G 的分量载波，以增加支持 LTE/5G 应用所需的下行链路带宽。

LTE 语音 （VoLTE） 消除了电路交换移动语音路径，并使用 SIP/SDP 进行信令和 RTP IP 用于通信内容。但是从自适应多速率 （AMR） 升级到更新、更复杂的增强型语音服务 （EVS） 编解码器需要更高的时钟速度和内存。

LTE Unlicensed Spectrum （LTE-U） 通过聚合未经许可和许可的运营商来增加容量。这使得 RAT 问题以及与 Wi-Fi 等技术的共存变得重要。

准标准 5G 的目标是 2018 年冬季奥运会，这给移动运营商和生态系统带来了难以置信的上市时间压力。

MIPS 和 LTE/5G

MIPS IP 组合和支持生态系统使 MIPS 成为集成 SoC 解决方案的理想选择。该解决方案需要物理调制解调器堆栈、RF 堆栈以及加密引擎。重点是物理层控制和 L2/L3 协议栈，这需要结合性能来处理总数据带宽，以及支持载波聚合等特性的快速上下文切换。MIPS 多线程、多核 CPU 促进了这一点。物理层本身通常位于 DSP/硬件加速器上，可从生态系统合作伙伴处获得，尽管一些制造商集成了自己的物理层。

结果是各种基站和UE设备都使用了MIPS。客户已经部署了从窄带物联网到 LTE 和 LTE Advanced 的产品，其中一些产品致力于 5G。

细粒度多线程

该应用领域中使用的 MIPS 内核的关键特性之一是 Saraj 所说的“细粒度多线程”。传统的 CPU 多线程涉及一个线程运行，直到它被导致更长延迟停止的事件中断。MIPS 实现了基于硬件的细粒度多线程功能，其中 CPU 内核在每个周期检查当前线程是否停止。如果停止，硬件调度程序会将执行更改为准备好运行的另一个线程。通过在硬件中利用此功能，甚至可以处理单周期停顿，从而提高每周期总指令 （IPC）。

MIPS 细粒度多线程功能提供了极快的上下文切换：在实现 LTE 产品时，对四个分量载波使用四个线程使实现者能够将每个分量载波的上下文存储在一个线程中，并且硬件负责上下文切换，这允许四个组件同时同时操作。还有额外的内核或线程可用于运行具有更大操作系统（如 Linux）的应用程序。

5G要求

3GPP将5G分为三个部分：

5G 增强型移动宽带 （eMBB） – 其特点是数据速率和载波聚合。5G 使用扩展的毫米波频率，但可以为您提供更高的性能和数据速率。这就是 MIPS CPU 的细粒度多线程功能和多核支持很重要的地方。

5G 超可靠和低延迟通信（URLLC）——这些应用的特点是要求低延迟，安全性强，可靠性高。应用涉及自动驾驶汽车、远程医疗程序控制和工厂自动化，其中实时和低延迟至关重要。

5G 大规模机器类通信（mMTC）——这基本上是物联网。这些应用的特点是成本低、功耗低、复杂度低。

下图显示了具有 MIPS 功能的相同图片。MIPS 多核、多线程能力、电源、集成和虚拟化/安全特性可以帮助图中的每个区域实现要求。

安全

Saraj 还提到了 MIPS 中的 Omnishield 功能。Omnishield 通过分离每个功能组件使用的内存和 I/O 空间来提供安全性。MIPS 通过提供可以在系统内创建的多个域来扩展这个概念。MIPS 允许多达 255 个域，这使得应用程序能够在单独的域中相互隔离，而不是这些应用程序驻留在单个区域中。

这是通过使用看起来“逻辑上”的东西作为第二个 MMU 来实现的，这是 MIPS 虚拟化架构足迹的一个特征。

Omnishield 可以在多种情况下发挥作用：

恶意软件试图访问未经授权的信息。

可能导致系统崩溃的恶意或意外软件执行。

实现 Omnishield 需要一个支持 CPU 完全虚拟化的 I 类管理程序。然后管理程序管理资源/特权以访问这些域或来宾中的一个或多个。访客可以由小至单个应用程序或大至整个操作系统或多个操作系统来定义。

安全启动

5G 和物联网的另一个重要问题是如何以安全、可靠的方式执行软件下载和更新。MIPS 实现了安全启动和信任链功能来解决这个问题。0 级引导加载程序，信任根，是一切开始的地方。0 级引导加载程序验证下一个引导加载程序，然后加载并将控制权转移到该引导加载程序。此 0 级引导加载程序在 OEM 处编程，制造后无法更改。通过这种方式，它不能被更改，因此可以被信任来验证并将控制权转移给执行软件更新的后续代理。

1 级引导加载程序处理映像的身份验证。身份验证通常涉及确认有效负载（代码、数据、机密等）未被篡改。一旦通过身份验证，还可以执行有效载荷的解密（如果需要）。

然后，1 级引导加载程序让位于 2 级引导加载程序，该引导加载程序对管理程序映像进行身份验证，建立信任链。一旦启动受信任的虚拟机管理程序，它就可以执行系统的初始配置、设置内存域和验证来宾。

概括

LTE 和 5G 定义了丰富的功能集和各种需要低延迟、高可靠性和安全功能的独特组合的应用。安全性很重要的低端物联网设备的虚拟化以及 DSP 扩展的可用性为语音控制扬声器、调制解调器、VoLTE 和监控摄像头等开辟了更广阔的市场。MIPS 架构和生态系统合作伙伴的特性和功能为满足这些新的苛刻要求提供了一种有效的方法，以实现即将出现的新兴物联网应用。

审核编辑：郭婷