论文摘要
随着半导体技术的不断进步,在芯片集成度和设计复杂度越来越高的今天,将整个系统集成在一个硅片上的片上系统（SoC:System-on-a-Chip）,已经成为主流的设计方法。SoC利用IP（Intellectual Property）重用的思想,将处理器内核（如CPU和DSP）,存储器,基础IP,用户自定义逻辑（UDL）等模块,通过总线等互联机制连接起来,在一个芯片内实现了系统的功能。SoC在性能、成本和功耗等方面的优势使其广泛应用于移动手持设备、通信网络设备、数字电视和消费电子产品当中。SoC通常是非常复杂的系统,在这样一个系统的设计和实现过程中出现失误在所难免。尽管SoC的验证技术取得了长足的进步,在验证上花费的代价也越来越大,但要实现SoC设计的一次成功是极为困难的。如果SoC中出现硬件或者软件的错误,就需要通过各种手段对其进行调试（Debug）,以发现导致错误的根源。因此,能够提高调试质量（Debug Quality）的SoC调试技术是减少软硬件调试时间和成本的关键。另一方面,随着工艺尺寸的不断缩小和片上通信要求的提高,共享总线的构架已经很难满足SoC的通信需求。片上网络（NoC:Network-on-Chip）技术,将计算机网络领域的一些成熟经验应用于SoC之中,利用基于包的微网络（mirco-network）实现片上通信,可以较好的解决总线面临的问题。因此,NoC被认为最有希望取代总线成为未来大规模SoC中的互联机制。然而,多数现有的调试技术和构架仍然以基于总线的SoC为对象,并没有考虑到NoC的特点。但实际上,NoC和共享总线的本质区别改变了现有调试技术应用的环境,使得这些技术很难有效的在基于NoC的SoC中使用。本文的工作就是针对基于NoC的SoC调试这一新课题,以调试需求和新的挑战为出发点,深入的研究了几个重要的调试技术问题,并提出相应的解决方案。本文的工作主要集中在以下几个方面:■首先,讨论了SoC调试的需求和目前常见调试技术,并在此基础上分析了NoC的引入给调试带来的新挑战;结合这个领域中的研究现状,提出了本文主要的研究对象,并简单介绍了本文工作的成果。（第1章）■充分考虑了NoC技术的特点,提出一个完整的基于NoC的SoC调试平台。该平台由片上调试构架（主要包括调试代理和调试探测器）、片外调试控制器和调试控制软件构成,是其它研究工作的基础;然后,在该平台的框架内,分析了各个组件的功能模型和协同工作机制;此外,还根据这个调试平台,建立了一个实验仿真环境,用来对本文提出的调试技术进行验证;最后,通过和现有调试技术的对比,证明了该调试平台的新颖性和有效性。（第2章）■对调试代理（Debug Agent）和调试探测器（Debug Probe）进行了更深入的研究。调试代理DA是片上调试构架的接入点,直接连接芯片的调试接口和跟踪接口,提供了访问片上所有调试资源的调试和跟踪通道（第3章）。调试探测器DP位于待调试的内核和NoC之间,用来实现对内核的调试和跟踪。它同时还可以对内核间的通信进行调试,并支持多核同步调试和交叉触发的应用（第4章）。最后,还分别对调试代理和调试探测器的实验设计进行了仿真和综合,仿真结果验证了各项关键技术,而对综合结果的分析证明了它们在面积开销方面的有效性。■对SoC调试中两个涉及多个内核的调试问题:“多核同步调试”和“多核交叉触发”提出了相应的对策。设计了一个多核调试命令的调度算法,通过计算和控制调试命令执行的时间,实现了多核调试命令的同步执行（第5章）;另外,提出并详细分析了两种实现多核交叉触发的策略:多步调试策略和“带内”触发消息传递机制,很好的解决了特定调试应用中的交叉触发问题（第6章）。■最后,对所做的研究工作进行了总结,并简单介绍了这一领域中其它一些有价值的研究方向。（第7章）
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