Intel i960：多领域应用的成功故事

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Intel i960：多领域应用的成功故事

Intel 808960: 从嵌入式微控制器到多领域应用的成功故事

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前言

Intel的i960（或80960）是一款基于RISC架构的微处理器，在20世纪90年代初作为嵌入式微控制器广受欢迎。它与竞争对手AMD 29000一起成为该领域最畅销的CPU。尽管取得了成功，但由于与DEC的和解协议，Intel在20世纪90年代末停止了i960的市场营销，取而代之的是获得生产StrongARM CPU的权利。然而，该处理器仍然继续在一些军事应用领域使用。

背景介绍

808960的起源

i960的设计起源于Intel在上世纪80年代初期的iAPX 432设计的失败。iAPX 432旨在直接支持在硬件中支持标签、受保护的、垃圾收集的内存的高级语言，如Ada和Lisp。然而，由于其指令集复杂性、多芯片实现和设计缺陷，iAPX 432在当时相比其他处理器非常慢。

1984年，Intel和西门子开始了一个名为BiiN的联合项目，旨在创建一个高端的、容错的、面向对象的Ada编程计算机系统。许多原i432团队成员加入了这个项目，尽管从IBM引进了一位新的首席架构师Glenford Myers。BiiN系统的预期市场是高可靠性的计算机用户，例如银行、工业系统和核电站。Intel在BiiN系统中的主要贡献是一种新的处理器设计，受到了i432的保护内存概念的影响。新设计将包括一些功能，以提高性能并避免导致i432失败的问题。

第一批i960处理器在1985年10月进入了设计的最后阶段，也称为出片，那个月发送到制造厂，并于1985年末和1986年初到货。然而，由于市场因素，BiiN计划最终失败，导致960MX失去了用途。Myers试图通过提取为BiiN系统创建的完整能力架构的多个子集来拯救这个设计。他试图说服英特尔管理层将i960（那时仍被称为“P7”）作为通用处理器来推广，用来替代Intel 80286和i386（与第一批i960同时研发），以及适用于Unix系统的新兴RISC市场，包括向Steve Jobs推销在NeXT系统中使用i960处理器。当时，无论是来自i386阵营还是i860处理器阵营内部，竞争都很激烈。然而，Myers未能说服Intel管理层支持i960作为通用或Unix处理器，但该芯片在早期高性能的32位嵌入式系统中找到了市场。

架构概述

为了避免困扰i432的性能问题，i960的指令集架构是一种RISC设计，只有i960MX才完全实现了这个架构。内存子系统宽度为33位，以适应32位字和实现硬件内存保护的“标记”位。在许多方面，i960遵循了最初的伯克利RISC设计，尤其是在使用寄存器窗口的实现特定数量的缓存上，这些缓存用于每个子程序的寄存器，从而实现了快速的子程序调用。与大多数32位设计一样，i960具有扁平的32位内存空间，没有内存分段。i960架构还预期了超标量的实现，即在处理器内同时将指令分派到多个单元。

808960变体

80960MX, 80960MC

完整版的i960MX从未用于非军事市场，但与之完全相同的i960MC则用于高端嵌入式应用。i960MC包含了原始BiiN系统的所有特性，但在规格中没有提到这些特性，这就导致一些人不明白为什么i960MC如此庞大，并且有很多标记为“未连接”的引脚。

80960KA, 80960KB

没有内存管理单元和浮点部件的RISC内核版本成为i960KA，而带有浮点部件的RISC内核成为i960KB。然而，这两个版本在内部完全相同，仅标签不同。这意味着CPU比实际支持的功能集更大，制造成本也更高。

80960CA, 80960CF

i960CA于1989年7月首次公布，是i960架构的第一个纯粹的RISC实现。它具备全新设计的超标量RISC内核，并添加了一种非常规的可寻址片上缓存，但由于其面向高性能嵌入式应用，所以没有浮点单元和内存管理单元。i960CA被广泛认为是第一个单芯片超标量RISC实现。C系列只包含一个算术逻辑单元 (ALU)，但可以同时分派和执行算术指令、内存引用和分支指令，并在某些情况下每个周期可以维持两条指令。首次发布的版本运行速度为33 MHz，并由Intel宣传该芯片可达到66 MIPS。i960CA微体系结构于1987年至1988年设计，并于1989年9月12日正式宣布。随后，在1992年5月发布了i960CF，该版本包括更大的指令缓存（4 KB而不是1 KB）和1 KB的数据缓存，但仍然没有浮点部件或内存管理单元。

80960Jx

80960Jx是一款用于嵌入式应用的处理器。它具备32位复用的地址/数据总线，指令和数据缓存，1K片上RAM，中断控制器以及两个独立的32位定时器。80960Jx的可测试性特性包括ONCE（在线路仿真）模式和边界扫描（JTAG）。

80960VH

1998年10月发布的80960VH嵌入式PCI处理器具备32位33 MHz的PCI总线和100 MHz的i960JT处理器内核。处理器内核还包括16 KB指令缓存、4 KB数据缓存和1 KB内置RAM。其他核心功能包括两个32位定时器、可编程中断控制器、I²C接口和双通道DMA控制器。

发展结束

Intel尝试通过I2O标准在I/O设备控制器市场上增加i960的竞争力，但取得的成功甚微，设计工作最终被终止。到了20世纪90年代中期，i960的性价比已经落后于更近期的竞争芯片，而Intel也没有生产出低功耗版本，可用于电池供电的系统。1990年，i960团队被重定向成为“第二团队”，并与同时期的i386实现（具体来说是P6处理器，后来成为Pentium Pro）同时开展工作。i960项目交给了另一个较小的开发团队，基本上确保了其发展寿命的结束。

当前状态

808960在各行业的应用

由于计算异或值时性能较高，英特尔808960处理器系列通常用于控制高端的支持RAID功能的SCSI磁盘阵列主机适配器卡，以及Digital Equipment/Compaq/HP的高端SCSI和DSSI，最终是Fibre Channel HSx系列独立RAID控制器。i960RS芯片也被用于Adaptec的AAR-2400A控制器，该控制器使用四个普通的并行ATA驱动器构建了一个价格实惠的RAID-5受保护容错存储系统，适用于小型个人计算机服务器和工作站。

i960还被用于一些Brocade光纤通道交换机上运行Fabric OS。该架构也被用于老虎机。目前，在IGT的Stepper S2000系列和i960视频系列中可以找到i960处理器。Sega著名的Model 2系列街机板的主CPU也是i960。印度空军的HAL Tejas轻型战斗机的多模雷达(MMR)据说使用了i960。HAL Tejas于2015年服役。据说印度空间研究组织(ISRO)在其火箭的机载计算机中使用了i960芯片。Kelvin Hughes的雷达中的自动雷达绘图辅助(ARPA)接口板中也使用了该芯片。该芯片还用于一些HP X终端。一些SATA RAID控制器使用Intel的80303 IOP (智能I/O处理器)，该处理器集成了PCI到PCI桥接器、存储控制器和一个80960JT-100 CPU内核。该芯片被用于Alcatel-Lucent 1000 ADSL宽带调制解调器。