一種復用追蹤緩存的觸發裝置及設計方法與流程

2023-07-12 18:17:56 1

本發明涉及集成電路可調試性設計技術領域，特別涉及一種復用追蹤緩存的觸發裝置及設計方法。

背景技術：

隨著集成電路設計複雜度的增加，可調試性設計作為矽後調試的關鍵性技術可加速晶片的調試，縮短晶片上市時間，增強產品市場競爭力。現有的矽前驗證技術無法檢測出原型設計中的所有錯誤，一些錯誤被遺漏到原型晶片中。如果不能在矽後檢測出所有的遺漏錯誤，而使錯誤出現在上市產品中，則會帶來更大的損失。因此矽後調試作為量產前的最後一道質量控制環節，需完全驗證流片後原型晶片的正確性，還需快速定位和修復檢測出的錯誤。由於原型晶片可觀測性差，調試者可以觀測的信號極為有限，使得錯誤調試過程極為費時，甚至需要佔據大半的晶片開發時間。可調試性設計是在晶片設計階段添加輔助矽後調試的邏輯，以提高矽後調試時晶片的可觀測性，從而降低矽後調試的難度。

基於追蹤的可調試性設計作為主流的設計方案，通過在晶片中增加追蹤緩存，可在矽後調試時提供連續多拍的實時追蹤能力，並已成為矽後調試的主要技術之一，並廣泛應用於商業處理器中。一個完整的追蹤設計通常包括：觸發模塊、追蹤控制器、追蹤緩存和數據導出模塊，如圖1所示。觸發模塊用於監控調試中的觸發事件或者觸發序列，當指定的觸發事件或序列發生時，觸發模塊會監測到觸發信息並告知追蹤控制器。追蹤控制器接收到觸發模塊的觸發信號，會開啟信號追蹤，將追蹤數據存儲到追蹤緩存中。追蹤控制器還可以根據調試需求配置觸發模塊中的觸發事件等調試參數。追蹤緩存可實時存儲追蹤數據。當追蹤緩存存滿追蹤數據後，數據導出單元會將追蹤緩存中的數據通過調試接口輸出到片外，以用於後續的狀態恢復和錯誤調試。

觸發模塊可用於檢測開啟追蹤的觸發條件。觸發模塊可由調試者配置，並通過監測觸發信號，以檢測觸發條件是否滿足。觸發信號可以是程序計數器，指令中讀寫的數據地址，讀寫的數據的數值或者內部信號狀態等，而觸發條件可分為：觸發事件和觸發事件序列，觸發事件指當前時刻的觸發信號取值在一定的範圍內，可為某些特定數值或者符合某些特定的條件，並只與當前時刻的觸發信號的取值有關，觸發事件序列指觸發信號的取值在一段時鐘周期內滿足特定的取值要求，其不僅與當前時刻的觸發信號的取值有關，還與觸發信號在過去時鐘周期內的歷史狀態有關。

傳統的觸發模塊設計是基於比較器、匹配器或者可編程邏輯。

基於比較器的觸發模塊設計如圖2所示，採用比較器單元檢測觸發信號是否在特定的取值範圍內，每個比較器單元包括一個不小於比較器和一個不大於比較器，可以實現對觸發信號在一個取值區間的檢測。例如觸發事件為4位觸發信號a的值滿足5＝<a<＝8，則可用不小於比較器檢測5<＝a，並用不大於比較器檢測a<＝8。同時集成多個比較器單元就能實現較複雜的觸發事件，可將複雜的觸發事件分解成多個單比較器單元可檢測的子觸發事件，然後使用每個比較器單元實現子觸發事件的檢測，當任意一個比較器單元被觸發，則複雜的觸發事件被檢測到。

基於匹配器的觸發模塊設計如圖3所示，每個觸發模塊包括一個或多個匹配器單元，可以通過配置匹配器內的掩蓋寄存器和匹配寄存器實現對一些簡單或複雜的觸發事件的檢測。每個匹配器單元先使用與門將觸發信號中的無關位清零，無關位上的狀態對匹配結果沒有影響，既可為1也可為0，然後使用異或門檢測是否與匹配寄存器中的數值完全相同。使用單個匹配器單元可以實現對一些簡單的觸發事件的檢測。例如觸發條件為4位觸發信號a為偶數，可將掩蓋寄存器設置為4』b0001並將匹配寄存器設置為4』b0000，即可檢測a的末尾為0，即a為偶數。使用多個匹配器單元則可實現更複雜的觸發事件的檢測，可將複雜的觸發條件分解成多個單匹配器可檢測的子觸發事件，然後將子觸發事件分別分配到對應的匹配單元上。

基於可編程邏輯的觸發模塊設計如圖4所示，此方案採用在晶片上集成可編程邏輯的方法，並編程實現對於不同的觸發條件的檢測。當觸發條件確定後，可通過調試埠配置基於查找表的可配置邏輯，從而實現對於觸發條件的檢測。

針對基於追蹤的可調試性設計中的觸發模塊設計，現有的基於比較器、基於匹配器和基於可編程邏輯的設計方案都存在明顯的不足，即無法以有限的調試硬體開銷實現強大的觸發檢測功能。基於比較器和匹配器的設計方法可以實現簡單的觸發條件的檢測，但複雜的觸發條件需要極多的比較器單元或匹配器單元，硬體開銷較大。基於可編程邏輯的設計方案需要在晶片上集成可編程模塊，設計複雜度高，硬體成本也較高。

同時基於比較器、基於匹配器的觸發設計方案對於觸發事件序列的檢測能力有限。這兩種方案都需要集成有限狀態機去檢測觸發事件，而有限狀態機的結構和設計是流片前就需確定的，可配置性差，由此造成整個觸發模塊對於觸發序列的檢測能力低。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發明提出一種復用追蹤緩存的觸發裝置及設計方法。

本發明提出一種復用追蹤緩存的觸發裝置，包括：

地址生成模塊，用於根據觸發信號與當前的檢測狀態生成讀追蹤緩存地址；

追蹤緩存模塊，用於根據觸發條件配置追蹤緩存，並根據所述讀追蹤緩存地址輸出對應地址行的內容；

輸出選擇模塊，用於根據所述觸發信號的部分低位信號輸出對應的觸發信息並用於觸發判斷，當觸發標誌位有效時，則代表檢測到觸發條件。

包括4種觸發檢測模式。

所述4種觸發檢測模式包括基本觸發事件檢測模式、低位行內索引的觸發事件檢測模式、基本觸發序列檢測模式、低位行內索引的觸發序列檢測模式。

所述基本觸發事件檢測模式用於檢測觸發事件，其中觸發信號直接作為追蹤緩存的讀地址，讀取追蹤緩存中與所述讀地址相對應地址行中存儲的標誌位。

所述低位行內索引的觸發事件檢測模式用於檢測寬度大於一閾值的觸發信號對應的觸發事件，其中觸發信號的部分低位作為輸出選擇信號，從寬度w位輸出選擇出對應輸出值。

所述基本觸發序列檢測模式用於檢測觸發序列，其中根據觸發序列構建檢測所述觸發序列的有限狀態機，並將所有的狀態跳轉存儲到追蹤緩存中，觸發信號與當前的檢測狀態共同組成追蹤緩存的讀地址，其中觸發信號作為讀地址的高位部分，當前的檢測狀態作為讀地址的低位部分。對應所述讀地址的地址行中存儲的內容為對應的下一檢測狀態與觸發條件是否被激活的標誌位。

所述低位行內索引的觸發序列檢測模式用於檢測寬度大於一閾值的觸發信號對應的觸發序列，其中追蹤緩存的每一行內存儲了m個觸發值對應的下一檢測狀態與檢測標誌位，以充分利用追蹤緩存的存儲空間，並使用觸發信號的低log2m位用於檢索追蹤緩存的輸出，以得到與當前時刻觸發值對應的觸發信息。

本發明還提出一種復用追蹤緩存的觸發裝置的設計方法，包括：

步驟1，根據觸發信號與當前的檢測狀態生成讀追蹤緩存地址；

步驟2，根據觸發條件配置追蹤緩存，並根據所述讀追蹤緩存地址輸出對應地址行的內容；

步驟3，根據所述觸發信號的部分低位信號輸出對應的觸發信息並用於觸發判斷，當觸發標誌位有效時，則代表檢測到觸發條件。

包括4種觸發檢測模式。

所述4種觸發檢測模式包括基本觸發事件檢測模式、低位行內索引的觸發事件檢測模式、基本觸發序列檢測模式、低位行內索引的觸發序列檢測模式。

由以上方案可知，本發明的優點在於：

第一點，本發明可以提供對於觸發條件的更強的檢測能力。對於觸發事件，滿足追蹤信號寬度約束的任意觸發事件都可以被本發明檢測到，假設本發明支持的觸發信號的最大寬度為n，對於滿足約束的觸發信號，存在種可能的觸發事件，這些觸發事件都可被本發明檢測，對於觸發事件序列，滿足追蹤信號寬度約束的任意觸發事件都可以被本發明檢測到。

第二點，本發明硬體開銷更小。通過復用追蹤緩存空間，用以存儲觸發條件或者檢測觸發條件的有限狀態機，可完全不使用用於觸發條件檢測的且開銷較大的比較器或者匹配器，硬體開銷小，相對於現有設計，本發明可在提供更強大的觸發條件檢測能力的基礎上，減少硬體開銷。

第三點，本發明可配置性好。本發明是通過向追蹤緩存中載入不同的存儲內容，以實現不同的觸發事件和觸發事件序列的檢測，觸發條件改變後，只需重新通過調試埠配置追蹤緩存的內容，即可實現對新觸發條件的檢測，特別是對於觸發序列，現有的基於有限狀態機的實現的可配置性較差，而本發明可通過適當配置以檢測任意的滿足約束的觸發序列。

附圖說明

圖1是典型的基於追蹤的可調試性設計框圖；

圖2是基於比較器的觸發模塊設計圖；

圖3是基於匹配器的觸發模塊設計圖；

圖4是基於可配置邏輯的觸發模塊實現圖；

圖5是本發明提出的觸發模塊設計的總架構圖；

圖6是本發明的觸發設計的基本觸發事件檢測模式圖；

圖7是本發明的觸發設計的低位行內索引的觸發事件檢測模式圖；

圖8是本發明的觸發設計的基本觸發序列檢測模式圖；

圖9是本發明的觸發設計的低位行內索引的觸發序列檢測模式圖；

圖10是本發明的觸發模塊使用流程圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明的一種復用追蹤緩存的觸發裝置及設計方法進行進一步詳細說明，應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用於解釋本發明，並不用於限定本發明。

本發明的基本實施框圖如圖5所示，採用復用追蹤緩存的設計，主要由地址生成，追蹤緩存和輸出選擇三部分組成，其中地址生成和輸出選擇受模式寄存器的控制。根據觸發條件配置追蹤緩存，地址生成單元根據觸發信號和當前的檢測狀態生成讀追蹤緩存地址，追蹤緩存在讀請求下(根據讀請求的讀追蹤緩存地址)輸出對應地址行的內容，輸出處理單元根據觸發信號的部分低位信號輸出對應的觸發信息並用於觸發判斷，觸發標誌位有效時，即代表觸發條件被檢測到。2位模式寄存器用於配置當前的觸發檢測模式，本發明提供4種不同的模式，以實現對觸發事件和觸發事件序列的檢測。與現有的追蹤設計相比，本發明省掉了獨立的觸發單元設計，僅僅增加了地址生成和輸出選擇功能，極大了減少了調試設計的硬體開銷。

根據模式寄存器的不同配置值，本發明的觸發設計可以工作在4中不同的觸發檢測模式下，分別為：基本觸發事件檢測模式，低位行內索引的觸發事件檢測模式，基本觸發序列檢測模式和低位行內索引的觸發序列檢測模式。基本和低位行內索引的觸發事件檢測模式用以檢測觸發事件，其不同之處在於低位行內索引的觸發事件檢測模式可檢測更大寬度的觸發信號；同樣基本和低位行內索引的觸發序列檢測模式用以檢測觸發序列，其不同之處在於低位行內索引的觸發序列檢測模式可檢測更大寬度的觸發信號。根據觸發條件，特別是根據觸發條件的類型(觸發事件或觸發序列)和觸發信號的寬度，選擇合適的檢測模式。下面將詳細介紹以上四種檢測模式，並假設追蹤緩存的深度為d，寬度為w，且均為2的整數冪。

基本觸發事件檢測模式用於檢測觸發事件，對應的模式寄存器設置為00，配置後的觸發檢測結構如圖6所示。觸發信號直接作為追蹤緩存的讀地址，讀取追蹤緩存對應地址行中存儲的標誌位。追蹤緩存中的每一行存儲的即是此地址作為觸發信號的取值時，是否滿足觸發條件。根據追蹤緩存的輸出即可判斷觸發信號的取值是否滿足觸發條件。此模式支持的觸發信號的最大寬度為log2d。

低位行內索引的觸發事件檢測模式用於檢測寬度大於一閾值的觸發信號對應的觸發事件，對應的模式寄存器設置為01，配置後的觸發檢測結構如圖7所示。觸發信號的部分低位作為輸出選擇信號，從w位輸出選擇出對應輸出值。這是因為每一行追蹤緩存可以存儲w位數據，即可表示w個觸發數值是否滿足觸發要求，而基本觸發事件檢測模式只使用了每一行的最低位，沒能充分的利用追蹤緩存的存儲空間，在此模式下，觸發信號的最低log2w位將作為輸出選擇信號，其剩餘高位作為追蹤緩存讀地址，故此模式支持的觸發信號的最大寬度為(log2d+log2w)。

基本觸發序列檢測模式用於檢測觸發序列，對應的模式寄存器設置為10，配置後的觸發檢測結構如圖8所示。觸發序列的檢測是基於有限狀態機的，即根據觸發序列構建一個檢測此序列的有限狀態機，並將所有的狀態跳轉存儲到追蹤緩存中，觸發信號和當前的檢測狀態共同組成追蹤緩存的讀地址，其中觸發信號作為讀地址的高位部分，當前的檢測狀態作為讀地址的低位部分，對應此讀地址的地址行中存儲的內容是對應的下一檢測狀態和觸發是否被激活的標誌位，對應的下一檢測狀態即在當前檢測狀態下，當檢測狀態機的輸入為觸發信號對應的值時，檢測狀態機將會跳轉到的下一狀態，從追蹤緩存中讀取的下一狀態用來更新當前的檢測狀態，讀取的觸發是否被激活的標誌位用來指示序列是否已被檢測到，假設共需要s位寬度表示檢測狀態，則s最大值可為(w-1),同時可被檢測的觸發信號的最大寬度為(log2d–s)。

低位行內索引的觸發序列檢測模式用於檢測寬度大於一閾值的觸發信號對應的觸發序列，對應的模式寄存器設置為11，配置後的觸發檢測結構如圖9所示。與基本觸發序列檢測模式不同的是，追蹤緩存的每一行內存儲了m個觸發值對應的下一檢測狀態和檢測標誌位，以充分利用追蹤緩存的存儲空間，並使用了觸發信號的低log2m位用於檢索追蹤緩存的輸出，以得到與此時刻觸發值對應的觸發信息，m的最大取值為w/(s+1)，而可被檢測的觸發信號的最大寬度為(log2d–s+log2m)，相比基本觸發序列檢測模式增加了log2m。

本發明的觸發設計在矽後調試時的具體使用流程如圖10所示。主要分為三步：準備階段，配置階段和檢測階段，準備階段即根據調試者對於調試故障的理解確定觸發條件，配置階段即根據調試者確定的觸發條件確定觸發信號，觸發模塊的工作模式，並配置模式寄存器和追蹤緩存，對於觸發事件，需計算所有的有效的觸發值並配置到追蹤緩存中；對於觸發序列，需構建一個用於序列檢測的有限狀態機，並將有限狀態機信息存儲到追蹤緩存中，檢測階段即在調試時使用觸發模塊檢測觸發條件，當觸發標誌位為有效時，即代表觸發條件被激活，可以開啟追蹤信號的信號追蹤，即將追蹤信號的每拍數據都存儲到追蹤緩存中。