嵌入式SoC可調(diào)試設(shè)計(jì)的研究.pdf

1、隨著集成電路工藝的發(fā)展，可以在單個(gè)芯片上集成更多的電路，實(shí)現(xiàn)單芯片的系統(tǒng)，也就是常說(shuō)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(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的功能，獲取更高的性能，但同時(shí)其內(nèi)部的信號(hào)變得越來(lái)越難以觀察和控制。所以，對(duì)于片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)，加入可調(diào)試設(shè)計(jì)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(gè)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(guò)程中，需要對(duì)程序在芯片上的運(yùn)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(duì)程序的運(yùn)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(jì)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(huì)提供足夠的資源用于調(diào)試，所以對(duì)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(yùn)行，通過(guò)一定的電纜和調(diào)試接口與目標(biāo)機(jī)相連。通過(guò)這種方式，可減少對(duì)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(gè)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(jì)和針對(duì)該調(diào)試接口的軟件調(diào)試上位機(jī)設(shè)計(jì)。在硬件調(diào)試接口上，實(shí)現(xiàn)了多種可對(duì)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(diǎn)、硬件斷點(diǎn)等等，通過(guò)這些調(diào)試異?？煽刂瞥绦蛟谔幚砥魃系倪\(yùn)行，并獲得對(duì)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(guò)JTAG通信接口對(duì)處理器核上的寄

4、存器和存儲(chǔ)器資源進(jìn)行訪問，觀察處理器運(yùn)行的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)處理器核的可觀察性。另外，針對(duì)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(shí)現(xiàn)將程序快速下載到目標(biāo)機(jī)存儲(chǔ)器上，或讀出存儲(chǔ)器上的值到PC主機(jī)上。通過(guò)這種快速傳送方式，節(jié)省了開發(fā)人員的時(shí)間，提高了調(diào)試開發(fā)的效率。在硬件上實(shí)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(yùn)行，可通過(guò)并口到JTAG口的協(xié)議轉(zhuǎn)換器wiggler實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)應(yīng)的函數(shù)，轉(zhuǎn)換成JTAG接口信號(hào)，實(shí)現(xiàn)軟件對(duì)硬件調(diào)試的控制。 在SoC上往往有多個(gè)需要調(diào)試的處理器IP核，需要實(shí)現(xiàn)通過(guò)一個(gè)接口對(duì)多個(gè)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(shí)現(xiàn)對(duì)SoC中單核的調(diào)試或多核的同時(shí)調(diào)試。這種方案支持直接對(duì)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(jià)小、可重用性高的