基于片上網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的SoC調(diào)試技術(shù)研究.pdf

1、隨著半導體技術(shù)的不斷進步，在芯片集成度和設(shè)計復雜度越來越高的今天，將整個系統(tǒng)集成在一個硅片上的片上系統(tǒng)(SoC：System-on-a-Chip)，已經(jīng)成為主流的設(shè)計方法。SoC利用IP (Intellectual Property)重用的思想，將處理器內(nèi)核(如CPU和DSP)，存儲器，基礎(chǔ)IP，用戶自定義邏輯(UDL)等模塊，通過總線等互聯(lián)機制連接起來，在一個芯片內(nèi)實現(xiàn)了系統(tǒng)的功能。SoC在性能、成本和功耗等方面的優(yōu)勢使其廣泛應用于移

2、動手持設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、數(shù)字電視和消費電子產(chǎn)品當中。 SoC通常是非常復雜的系統(tǒng)，在這樣一個系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)過程中出現(xiàn)失誤在所難免。盡管SoC的驗證技術(shù)取得了長足的進步，在驗證上花費的代價也越來越大，但要實現(xiàn)SoC設(shè)計的一次成功是極為困難的。如果SoC中出現(xiàn)硬件或者軟件的錯誤，就需要通過各種手段對其進行調(diào)試(Debug)，以發(fā)現(xiàn)導致錯誤的根源。因此，能夠提高調(diào)試質(zhì)量(Debug Quality)的SoC調(diào)試技術(shù)是減少軟硬件調(diào)試

3、時間和成本的關(guān)鍵。 另一方面，隨著工藝尺寸的不斷縮小和片上通信要求的提高，共享總線的構(gòu)架已經(jīng)很難滿足SoC的通信需求。片上網(wǎng)絡(luò)(NoC：Network-on-Chip)技術(shù)，將計算機網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的一些成熟經(jīng)驗應用于SoC之中，利用基于包的微網(wǎng)絡(luò)(mirco-network)實現(xiàn)片上通信，可以較好的解決總線面臨的問題。因此，NoC被認為最有希望取代總線成為未來大規(guī)模SoC中的互聯(lián)機制。然而，多數(shù)現(xiàn)有的調(diào)試技術(shù)和構(gòu)架仍然以基于總線的So

4、C為對象，并沒有考慮到NoC的特點。但實際上，NoC和共享總線的本質(zhì)區(qū)別改變了現(xiàn)有調(diào)試技術(shù)應用的環(huán)境，使得這些技術(shù)很難有效的在基于NoC的SoC中使用。 本文的工作就是針對基于NoC的SoC調(diào)試這一新課題，以調(diào)試需求和新的挑戰(zhàn)為出發(fā)點，深入的研究了幾個重要的調(diào)試技術(shù)問題，并提出相應的解決方案。本文的工作主要集中在以下幾個方面： 首先，討論了SoC調(diào)試的需求和目前常見調(diào)試技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上分析了NoC的引入給調(diào)試帶來的新挑戰(zhàn)

5、；結(jié)合這個領(lǐng)域中的研究現(xiàn)狀，提出了本文主要的研究對象，并簡單介紹了本文工作的成果。(第1章) 充分考慮了NoC技術(shù)的特點，提出一個完整的基于NoC的SoC調(diào)試平臺。該平臺由片上調(diào)試構(gòu)架(主要包括調(diào)試代理和調(diào)試探測器)、片外調(diào)試控制器和調(diào)試控制軟件構(gòu)成，是其它研究工作的基礎(chǔ)；然后，在該平臺的框架內(nèi)，分析了各個組件的功能模型和協(xié)同工作機制；此外，還根據(jù)這個調(diào)試平臺，建立了一個實驗仿真環(huán)境，用來對本文提出的調(diào)試技術(shù)進行驗證；最后，通過和現(xiàn)有調(diào)

6、試技術(shù)的對比，證明了該調(diào)試平臺的新穎性和有效性。(第2章)對調(diào)試代理(Debug Agent)和調(diào)試探測器(Debug Probe)進行了更深入的研究。調(diào)試代理DA是片上調(diào)試構(gòu)架的接入點，直接連接芯片的調(diào)試接口和跟蹤接口，提供了訪問片上所有調(diào)試資源的調(diào)試和跟蹤通道(第3章)。調(diào)試探測器DP位于待調(diào)試的內(nèi)核和NoC之間，用來實現(xiàn)對內(nèi)核的調(diào)試和跟蹤。它同時還可以對內(nèi)核間的通信進行調(diào)試，并支持多核同步調(diào)試和交叉觸發(fā)的應用(第4章)。最后，還分

7、別對調(diào)試代理和調(diào)試探測器的實驗設(shè)計進行了仿真和綜合，仿真結(jié)果驗證了各項關(guān)鍵技術(shù)，而對綜合結(jié)果的分析證明了它們在面積開銷方面的有效性。 對SoC調(diào)試中兩個涉及多個內(nèi)核的調(diào)試問題：“多核同步調(diào)試”和“多核交叉觸發(fā)”提出了相應的對策。設(shè)計了一個多核調(diào)試命令的調(diào)度算法，通過計算和控制調(diào)試命令執(zhí)行的時間，實現(xiàn)了多核調(diào)試命令的同步執(zhí)行(第5章)；另外，提出并詳細分析了兩種實現(xiàn)多核交叉觸發(fā)的策略：多步調(diào)試策略和“帶內(nèi)”觸發(fā)消息傳遞機制，很好的