【摘 要】
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随着集成电路的不断发展和摩尔定律的推进,芯片的规模和复杂程度日益增加,这对处理器的开发人员提出了越来越大的挑战,如何提升多核处理器的开发效率成为亟待解决的问题,而提升开发效率的关键则是提高对处理器的调试能力。业界传统调试方法为基于VCS的仿真验证,对于程序异常和程序死锁问题调试困难,而基于指令信息的调试系统可以观察到指令实际执行过程,因此可以快速地定位程序异常和程序死锁问题,国内常用的指令调试技术
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随着集成电路的不断发展和摩尔定律的推进,芯片的规模和复杂程度日益增加,这对处理器的开发人员提出了越来越大的挑战,如何提升多核处理器的开发效率成为亟待解决的问题,而提升开发效率的关键则是提高对处理器的调试能力。业界传统调试方法为基于VCS的仿真验证,对于程序异常和程序死锁问题调试困难,而基于指令信息的调试系统可以观察到指令实际执行过程,因此可以快速地定位程序异常和程序死锁问题,国内常用的指令调试技术为基于JTAG的调试方案,为侵入式的监控调试,这给调试带来了极大的不便,因此设计一款非侵入式访问的实时监测系统成为调试系统发展的重中之重。本论文在对国内外实时监测系统研究的基础上,以ARC某双核处理器为设计背景,设计了一套指令信息实时监测系统,其主要功能为对处理器程序运行过程中产生的指令信息的获取、控制和存储。主要优势为可配置强、输出接口多样、可获取指令类型多样、资源占用小以及可快速定位目标指令。实时监测系统分为过滤模块、压缩模块、封装模块和Nexus仲裁器模块,外部输出端口包括Nexus接口和AXI接口。开发人员可通过MWDT调试端依次从Nexus接口和AXI接口获取指令信息做进一步的调试工作。除此之外,为避免实时监测系统内部缓冲区输入输出速度不同导致指令溢出,设计了Freeze机制和Wrap机制。在以上工作基础上,通过比较VCS仿真验证和FPGA原型验证的优缺点,为保证验证工作的完备性,采用两种方法分别展开验证工作。基于VCS仿真验证方法搭建验证平台,对实时监测系统重要寄存器、关键模块、外部输出接口和关键机制进行了充分验证,通过仿真波形和代码覆盖率分析,可看出实时监测系统各项功能正常,符合设计预期;之后基于HAPS-80搭建原型验证平台,FPGA时钟为50MHz时,在XCVU440芯片上没有发现时序违例、资源过大问题,实时监测系统在FPGA上功能符合预期,并且与没有集成实时监测系统的ARC处理器性能相比,Dhrystone分数波动小于0.1%,说明实时监测系统设计没有对ARC处理器带来性能问题。最后对实时监测系统最大输出带宽展开研究,得到了提升实时监测系统最大输出带宽的4种方法,并得到了理论最大输出带宽为450 MBytes/s,从而完成了实时监测系统所有的设计和验证工作。
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