嵌入式SoC可調(diào)試設(shè)計的研究.pdf

1、隨著集成電路工藝的發(fā)展，可以在單個芯片上集成更多的電路，實現(xiàn)單芯片的系統(tǒng)，也就是常說的片上系統(tǒng)soC(System on CNp)。片上系統(tǒng)的出現(xiàn)使得芯片可以實現(xiàn)更加復(fù)雜的功能，獲取更高的性能，但同時其內(nèi)部的信號變得越來越難以觀察和控制。所以，對于片上系統(tǒng)設(shè)計，加入可調(diào)試設(shè)計以提高芯片內(nèi)部的可觀察性和可控制性變得非常重要，已成為SoC中一個重大的研究課題。 另一方面，在SoC上開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的過程中，需要對程序在芯片上的運行進(jìn)行

2、控制和觀察，這就要求調(diào)試除了提供可觀察性和可控制性之外，應(yīng)該對程序的運行不產(chǎn)生影響，不占用系統(tǒng)的固有資源。而且，嵌入式設(shè)計中目標(biāo)系統(tǒng)上資源是根據(jù)使用需要確定的，比較緊張，不會提供足夠的資源用于調(diào)試，所以對嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試一般采用交叉調(diào)試的方法，即調(diào)試軟件在作為控制主機(jī)的PC上運行，通過一定的電纜和調(diào)試接口與目標(biāo)機(jī)相連。通過這種方式，可減少對目標(biāo)系統(tǒng)中系統(tǒng)資源的要求，目標(biāo)系統(tǒng)中只要提供一個可與主機(jī)通信的調(diào)試接口即可。 本文介紹了由

3、浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)系SoC R&D小組開發(fā)的RISC32E處理器IP核，并介紹了在RISC32E上開發(fā)的JTAG調(diào)試接口的設(shè)計和針對該調(diào)試接口的軟件調(diào)試上位機(jī)設(shè)計。在硬件調(diào)試接口上，實現(xiàn)了多種可對目標(biāo)機(jī)進(jìn)行控制的調(diào)試異常，如調(diào)試中斷、單步、軟件斷點、硬件斷點等等，通過這些調(diào)試異?？煽刂瞥绦蛟谔幚砥魃系倪\行，并獲得對處理器的訪問權(quán)。并且在RISC32E處理器核上增加了調(diào)試態(tài)，在調(diào)試態(tài)下，調(diào)試主機(jī)可通過JTAG通信接口對處理器核上的寄

4、存器和存儲器資源進(jìn)行訪問，觀察處理器運行的狀態(tài)，實現(xiàn)了對處理器核的可觀察性。另外，針對JTAG通信接口上的傳送效率問題，開發(fā)了一種可快速傳送的方式，實現(xiàn)將程序快速下載到目標(biāo)機(jī)存儲器上，或讀出存儲器上的值到PC主機(jī)上。通過這種快速傳送方式，節(jié)省了開發(fā)人員的時間，提高了調(diào)試開發(fā)的效率。在硬件上實現(xiàn)了調(diào)試接口的基礎(chǔ)上，開發(fā)了基于命令行方式的調(diào)試器。該調(diào)試器在PC主機(jī)上運行，可通過并口到JTAG口的協(xié)議轉(zhuǎn)換器wiggler實現(xiàn)對硬件調(diào)試接口的訪

5、問。調(diào)試器可以接收命令行輸入的命令，解析并調(diào)用對應(yīng)的函數(shù)，轉(zhuǎn)換成JTAG接口信號，實現(xiàn)軟件對硬件調(diào)試的控制。 在SoC上往往有多個需要調(diào)試的處理器IP核，需要實現(xiàn)通過一個接口對多個IP核進(jìn)行調(diào)試。本文中介紹了一種多模式的JTAG控制器互連方案，既滿足了與IEEE 1149.1協(xié)議兼容的需要，也可以實現(xiàn)對SoC中單核的調(diào)試或多核的同時調(diào)試。這種方案支持直接對單核進(jìn)行訪問，可以復(fù)用硬件調(diào)試接口和調(diào)試上位機(jī)，是一種代價小、可重用性高的