基于“龙腾R2”微处理器ICD系统设计与实现

论文摘要

本文结合西北工业大学航空微电子中心所承担的科研项目，作者负责高性能嵌入式微处理器“龙腾R2”验证和定点主控部件优化。在此基础之上，作者对“龙腾R2”微处理器上实现在线调试（ICD，In-Circuit Debug）系统进行深入研究，提出该处理器体系结构的ICD系统实现方案，并对该方案进行了分析和验证。作者的主要工作以及取得的研究成果如下： 1．深入分析PowerPC750微处理器体系结构，完成了对“龙腾R2”微处理器定点主控部件验证，并对“龙腾R2”微处理器的精确异常进行研究，对原有精确异常机制进行优化。采用优化方案之后不降低处理器频率，中断响应速度是原来的3.5倍，中断返回速度是原来的2.6倍。 2．在完成“龙腾R2”研究基础之上，作者对支持PowerPC体系结构的在线调试系统Trace32进行分析，提取出利于硬件实现的功能，深入研究MIPS的EJTAG系统并结合“龙腾R2”微处理器的实际情况，提出适合“龙腾R2”微处理器体系结构的ICD系统实现方案。 3．在保证“龙腾R2”与PowerPC750体系结构兼容的基础之上，通过对体系结构深入分析，实现了支持ICD功能的“龙腾R2”处理器体系结构扩展。 4．完成了支持ICD功能的“龙腾R2”调试逻辑设计。支持调试异常，硬件断点，单步调试，以及对“龙腾R2”体系结构寄存器、CACHE和内存的可控制可观察能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景和来源
• 1.2 ICD系统的发展
• 1.2.1 嵌入式系统调试方法
• 1.2.2 ICD系统提出
• 1.3 论文研究内容及结构安排
• 第二章 “龙腾 R2”的精确异常优化
• 2.1 “龙腾 R2”微体系结构
• 2.2 “龙腾 R2”流水线概述
• 2.3 “龙腾 R2”精确异常处理优化
• 2.3.1 “龙腾 R2”精确异常的处理
• 2.3.2 基于备份缓冲区的优化
• 2.3.3 异常入口的优化
• 2.4 本章小结
• 第三章 “龙腾 R2”的 ICD系统总体设计
• 3.1 “龙腾 R2”微处理器的调试功能设计
• 3.1.1 硬件断点
• 3.1.2 外部调试异常
• 3.1.3 单步调试模式
• 3.1.4 微处理器资源可控制可观察
• 3.1.5 调试内存空间
• 3.2 “龙腾 R2”的 ICD系统总体框架
• 3.3 “龙腾 R2”的 ICD系统硬件断点设计
• 3.3.1 指令硬件断点寄存器设计
• 3.3.2 数据硬件断点寄存器设计
• 3.3.3 断点匹配条件
• 3.3.4 多级触发条件
• 3.4 调试控制寄存器
• 3.5 本章小结
• 第四章 支持 ICD系统的“龙腾 R2”体系结构研究
• 4.1 总体规划
• 4.1.1 调试功能支持
• 4.1.2 调试寄存器
• 4.1.3 调试指令
• 4.2 “龙腾 R2”调试异常研究
• 4.2.1 调试异常分析
• 4.2.2 调试异常优先级分析
• 4.3 “龙腾 R2”调试模式中异常的处理
• 4.4 本章小结
• 第五章 支持 ICD系统的“龙腾 R2”微处理器设计
• 5.1 调试异常的设计
• 5.1.1 调试异常检测设计
• 5.1.2 进入调试异常设计
• 5.1.3 调试模式中指令的执行
• 5.1.4 调试异常返回设计
• 5.2 微处理器资源可控制可观察功能设计
• 5.2.1 读写寄存器功能的设计
• 5.2.2 读写内存功能的设计
• 5.2.3 读写 CACHE功能的设计
• 5.3 ICD系统验证
• 5.3.1 验证方法
• 5.3.2 原型验证平台的搭建
• 第六章 结束语
• 6.1 论文总结
• 6.2 进一步工作
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文和参加的工作
• 致谢