追蹤指令指針和數據訪問的製作方法
2023-04-25 06:14:31
追蹤指令指針和數據訪問的製作方法
【專利摘要】本發明涉及追蹤指令指針和數據訪問，提供了一種用於追蹤多個處理器核中的指令指針和數據訪問的系統，包括多個追蹤單元。多個追蹤單元包括被配置為執行指令指針追蹤的至少一個第一追蹤單元以及被配置為執行數據追蹤的至少一個第二追蹤單元。該系統包括被耦合在多個處理器核與多個追蹤單元之間的多路復用器。多路復用器被配置為選擇性地將多個追蹤單元中的一個追蹤單元連接至多個處理器核中的一個處理器核。多路復用器在運行時間期間基於硬體觸發和軟體之一進行配置。
【專利說明】追蹤指令指針和數據訪問
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本實用專利申請是於2008年I月18日提交的第12/016，347號美國申請的部分繼續申請，該申請通過引用併入本文。
【技術領域】
[0003]本發明涉及用於調試在嵌入於片上系統中的多個微處理器核上運行的軟體的方法和系統。在一個實施例中，本發明涉及用於實現對微處理器核以及相關總線的操作分別進行獲取和追蹤的方法和系統。
【背景技術】
[0004]對於在嵌入式應用中的軟體調試而言，追蹤流程對於確定在特定軟體問題出現之前哪種類型的事件已經發生是有用的。總體而言，追蹤單元實現對監控的程序流的重構。出於這些目的，追蹤單元記錄追蹤數據(該追蹤數據是關於運行的嵌入式應用的信息)而不停止其執行，並且順序地存儲追蹤數據，即以其執行的順序來存儲關於執行的指令的信息。
[0005]追蹤單元可以記錄微處理器的指令指針(程序計數器)的值，和/或可以記錄由處理器分別訪問和處理的數據和/或在處理器總線上的數據流。
[0006]指令指針(程序計數器)是計算機處理器中的寄存器，其指示計算機在其指令序列中的何處。取決於微處理器的類型，指令指針包括被執行的指令的地址或者將要被執行的下一地址的地址。
[0007]總體而言，指令指針針對每個指令周期而自動地增加，以使得從存儲器順序地正常獲取指令。然而，某些指令(諸如轉移指令以及子例程調用和返回)通過在指令指針中放置新值來中斷序列。
[0008]當追蹤指令指針時，追蹤單元持續接收包括壓縮程序流信息的消息。假設程序流是線性的，則相應的消息包括執行的線性程序步驟的數目。如果在程序流中存在轉移指令，則消息將指示轉移指令以及轉移指令的(相對)目標地址(如果需要)。
[0009]因此，追蹤單元將接收每指令約2位數據，其取決於追蹤的處理器的時鐘速率將總共達到每秒至少100兆字節的追蹤數據，粗略估計。
[0010]對於數據訪問的追蹤而言，壓縮非常受限。因此，追蹤單元將接收每訪問約7位元組，其取決於追蹤的處理器的時鐘速率將總共達到每秒幾百兆字節的追蹤數據，粗略估計。
[0011]因此，隨著現代處理器的計算能力和時鐘速率越來越高，記錄的追蹤數據的量也進一步增加，這涉及非常複雜並且消耗裸片面積的追蹤單元，例如，需要非常大的緩衝存儲器或高性能接口以用於管理這一巨大的追蹤數據量。
[0012]對於包括若干處理器核的現代片上系統(SoC)而言，這一問題變得更糟，這是因為追蹤數據量自然地隨著處理器核的數目增加。已知的SoC例如針對每個處理器核而包括一個追蹤單元。然而，多個追蹤單元與片上緩衝存儲器一起需要晶片面積的大部分。
[0013]因此，存在對於用於追蹤多個處理器核中的指令指針和/或數據訪問的系統和方法的需求。
【發明內容】
[0014]在一個實施例中，提供了一種用於追蹤多個處理器核中的指令指針和數據訪問的系統，該系統包括:多個追蹤單元，包括被配置為執行指令指針追蹤的至少一個第一追蹤單元和被配置為執行數據追蹤的至少一個第二追蹤單元；以及多路復用器，被連接於多個處理器核與多個追蹤單元之間。該多路復用器被配置為選擇性地將多個追蹤單元中的一個追蹤單元連接至多個處理器核中的一個處理器核。該多路復用器在運行時間期間基於硬體觸發和軟體之一進行配置。
[0015]本發明的其它特徵、方面和優點將從參考附圖進行的對本發明的以下詳細描述變得明顯。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]附圖被包括以提供對實施例的進一步理解，並且併入本說明書並且構成其一部分。附圖圖示出實施例並且與說明書一起用於闡釋實施例的原理。其它實施例和實施例的許多預期優點將易於理解，因為通過參考以下詳細描述它們變得更好理解。附圖的單元未必相對於彼此按比例繪製。相同的附圖標記代表對應的相似部分。
[0017]圖1圖示出根據一個實施例的系統的示例性示意圖。
[0018]圖2圖示出根據一個實施例的系統的示例性示意圖。
[0019]圖3圖示出根據一個實施例的系統的示例性示意圖。
[0020]圖4圖示出根據一個實施例的系統的示例性示意圖。
[0021]圖5圖示出示意性簡化流程圖，該流程圖圖示出根據一個實施例的用於追蹤多個處理器核中的指令指針和數據流的方法。
【具體實施方式】
[0022]在以下詳細說明書中對附圖進行參考，附圖構成說明書的一部分並且藉由其中可以實施本發明的說明性特定實施例來示出。在這點上，參照所描述的附圖的定向來使用方向術語(諸如「頂」、「底」、「前」、「後」、「前面」、「後面」等)。因為實施例的部件可以按數個不同定向進行定位，所以方向術語用於說明性目的並且並不以任何方式進行限制。應當理解可以利用其它實施例並且可以在不背離本發明的範圍的情況下進行各種結構或邏輯改變。以下詳細說明書因此並不以限制性意義進行考慮，並且本發明的範圍由所附權利要求進行限定。
[0023]應當理解在本文中所描述的各個示例性實施例的特徵可以相互結合，除非另外特別指明。
[0024]對於在嵌入式應用中的軟體調試而言，追蹤流程對於確定在特定軟體問題出現之前哪種類型的事件已經發生是有用的。總體而言，追蹤單元實現對監控的程序流的重構。出於這些目的，追蹤單元記錄追蹤數據(該追蹤數據是關於運行的嵌入式應用的信息)而不停止其執行，並且順序地存儲追蹤數據，即以其執行的順序來存儲關於執行的指令的信息。
[0025]追蹤單元可以記錄微處理器的指令指針(程序計數器)的值，和/或可以記錄由處理器分別訪問和處理的數據和/或在處理器總線上的數據流。
[0026]指令指針(程序計數器)是計算機處理器中的寄存器，其指示計算機在其指令序列中的何處。取決於微處理器的類型，指令指針包括被執行的指令的地址或者將要被執行的下一地址的地址。
[0027]總體而言，指令指針針對每個指令周期而自動地增加，以使得從存儲器順序地正常獲取指令。然而，某些指令(諸如轉移指令以及子例程調用和返回)通過在指令指針中放置新值來中斷序列。
[0028]當追蹤指令指針時，追蹤單元持續接收包括壓縮程序流信息的消息。假設程序流是線性的，則相應的消息包括執行的線性程序步驟的數目。如果在程序流中存在轉移指令，則消息將指示轉移指令以及轉移指令的(相對)目標地址(如果需要)。
[0029]因此，追蹤單元將接收每指令約2位數據，其取決於追蹤的處理器的時鐘速率將總共達到每秒至少100兆字節的追蹤數據，粗略估計。
[0030]對於數據訪問的追蹤而言，壓縮非常受限。因此，追蹤單元將接收每訪問約7位元組，其取決於追蹤的處理器的時鐘速率將總共達到每秒幾百兆字節的追蹤數據，粗略估計。
[0031]對於包括若干處理器核的現代片上系統(SoC)而言，追蹤數據量隨著處理器核的數目附加地增加。
[0032]此外，追蹤單元可以為追蹤數據提供時間戳，以有助於研究追蹤數據。因此，源自指令指針追蹤或數據追蹤的消息包括相關聯的時間戳，包括發生時間。
[0033]此外，通常在執行追蹤時使用觸發事件，其中觸發事件例如可以是對特定地址或也可以是對特定數據值的訪問。觸發事件可以啟動特定動作，諸如開始對處理器核的調試監控或暫停操作，或者觸發可以用來控制追蹤流程本身。
[0034]例如，觸發可以用來限定提供用於停止追蹤的判據的追蹤長度，或者可以用來限制追蹤，這意味著僅當滿足特定先決條件時激活追蹤，諸如指令指針在程序的特定指令序列內。
[0035]圖1圖示出根據一個實施例的系統的示意圖，其中系統100被連接至多個處理器核 11a、lib、11c、lid。
[0036]系統10包括多路復用器15以及多個追蹤單元12和13，多個追蹤單元12和13包括多個指令指針追蹤單元12a、12b、12c、12d和多個數據追蹤單元13a、13b。指令指針追蹤單元12a、12b、12c、12d分別經由連接102a、102b、102c、102d連接至多路復用器15，並且數據追蹤單元13a、13b分別經由連接103a、103b連接至多路復用器15。多個處理器核11a、llb、llc、lld經由連接101a、101b、101c、101d連接至系統10，更精確地說連接至多路復用器15。
[0037]為了執行對處理器核lla、llb、llc、lld之一的追蹤，可以選擇追蹤單元12和13中的任何追蹤單元，並且通過使用多路復用器15被指派到一個處理器核。總體而言，追蹤單元12和13中的任何追蹤單元可以被指派(即連接)到處理器核I la、I lb、I lc、I Id中的任何處理器核。因此，可以根據其特徵來選擇追蹤單元以追蹤特定處理器核。
[0038]例如，當想要對處理器核Ila進行指令指針追蹤時，指令指針追蹤單元12可以經由多路復用器15被連接至處理器核11a。作為另一示例，為了對處理器核Ild進行數據追蹤，數據追蹤單元13b可以經由多路復用器15被連接至處理器核lid。
[0039]在圖1的實施例中，存在與被連接至系統10的處理器核單元一樣多的指令指針追蹤單元12a、12b、12c、12d。因此，可以通過多個指令指針追蹤單元12a、12b、12c、12d並行監控所有處理器核，即，例如可以同時執行四個指令指針追蹤。然而，如圖2中示例性所示，具有比被連接至示例性系統的處理器核少的指令指針追蹤單元的其它實施例也是可能的。
[0040]圖2圖示出根據一個實施例的系統的示意圖。如上所述，圖2中所示的實施例類似於圖1中所示的實施例，但是包括更少追蹤單元。減少追蹤單元的數目通常是適當的，因為由此追蹤單元所需的裸片面積可以顯著減小，這減小了生產正本，並且其對於一次僅追蹤例如一個或兩個處理器核的許多應用而言是足夠的。
[0041]系統200包括多路復用器25和多個追蹤單元22和23，多個追蹤單元22和23包括多個指令指針追蹤單元22a、22b和數據追蹤單元23。指令指針追蹤單元22a、22b分別經由連接202a、202b被連接至多路復用器25，並且數據追蹤單元23經由連接203被連接至多路復用器25。多個處理器核21a、21b、21c、21d分別經由連接201a、201b、201c、201d連接至系統20，更精確地說連接至多路復用器25。
[0042]圖3圖示出根據一個實施例的系統的示意圖，其中系統30被連接至多個處理器核31a,31b和多個總線34a,34bο
[0043]系統30包括多路復用器35和多個追蹤單元32和33，多個追蹤單元32和33包括多個指令指針追蹤單元32a、32b和多個數據追蹤單元33a、33b。指令指針追蹤單元32a、32b分別經由連接302a、302b被連接至多路復用器35，並且數據追蹤單元33a、33b經由連接303a、303b被連接至多路復用器35。多個總線34a、34b經由連接304a、304b被連接至系統30，更確切地說被連接至多路復用器35，並且多個處理器核31a、31b經由連接301a、301b被連接至多路復用器35。
[0044]在這一實施例中，除了處理器核追蹤(其沿著針對圖1和圖2的系統所示的操作線而執行)之外，也可以追蹤總線34a、34b上的數據傳送。例如，當想要對總線34a進行數據追蹤時，數據追蹤單元33a可以經由多路復用器35被連接至總線34a。
[0045]圖4圖示出根據一個實施例的系統的示意圖，其中系統40被連接至不同類型的多個處理器核 41a、41b、41c、41d。
[0046]圖4的系統40包括與圖2的系統相同的結構。系統40包括多路復用器45和多個追蹤單元42和43，多個追蹤單元42和43包括多個指令指針追蹤單元42a、42b和數據追蹤單元43。然而，系統40附加地包括適配層46，適配層46被連接在多個處理器核41a、41b、41c、41d與多路復用器45之間。
[0047]指令追蹤單元42a、42b分別經由連接402a、402b被連接至多路復用器45，並且數據追蹤單元43經由連接403被連接至多路復用器45。多個處理器核41a、41b、41c、41d分別經由連接401a、401b、401c、401d連接至系統40，或者在這一實例中被連接至適配層46，並且適配層46經由連接406a、406b、406c、406d被連接至多路復用器45。
[0048]適配層46提供針對不同類型的多個處理器核使用一個追蹤單元的靈活性。因此，系統40可以被實施在片上系統中，片上系統包括不同類型的處理器核。取代針對每個類型的處理器核提供專用追蹤單元，系統40提供適配層46，適配層46對相應處理器核的追蹤數據輸出進行標準化。以該方式，類似於圖1和圖2的系統，多個追蹤單元42、43中的任何追蹤單元可以分別被指派並且連接至多個處理器核41a、41b、41c、41d中的任何處理器核。
[0049]對追蹤數據輸出進行標準化的一個示例可以是分離地址信息數據中的追蹤數據與包括執行的指令單元的相關聯數據。
[0050]在處理器核具有與相應追蹤單元的時鐘速率不同的時鐘速率的情況下，適配層可以執行時鐘速率或頻率適配。對於不包括適配層的實施例(參見圖1和圖2)，被配置為對處理器核的追蹤數據輸出的頻率進行適配的裝置可以被連接在處理器核和多路復用器之間。
[0051]因為按時間順序的一系列追蹤數據可能由於其不同時鐘速率和適配而被中斷，所以可以使用時間戳來指定相應追蹤數據的發生時間。
[0052]在一個實施例中，經由多路復用器向處理器核和總線指派追蹤單元可以動態地改變，即，如果滿足特定條件，則可以改變追蹤核單元的指派，例如從一個處理器核到另一處理器核。動態指派改變也可以由特定觸發事件進行控制。在一個實施例中，觸發事件基於硬體觸發。
[0053]在一個實施例中，向處理器核指派追蹤單元由軟體進行控制。用於控制分配的軟體應當是可信並且已證實的軟體，諸如作業系統。例如，在對稱多處理(SMP)系統中，作業系統在運行時間期間確定在哪個處理器核上開始用戶想要追蹤的特定任務。作業系統隨後可以配置多路復用器和追蹤單元以追蹤感興趣的特定任務。
[0054]在一個實施例中，為了用於對稱多處理器架構，具有不同計算能力的多個追蹤單元可以虛擬地被指派到相應的處理器核。為了測試具有一個共享存儲器的多個相同核的若干處理器核的核心軟體，並不強制實際執行對特定核的追蹤。替代地，相應核心軟體在其上運行的邏輯核被指定。因此，當將要使用單個追蹤單元來順序測試運行在若干邏輯核上的軟體時，通過在邏輯上交換核來進行對單個追蹤單元的指派的改變。因此，並非所有處理器核必須(物理地)被連接至追蹤單元，因為物理地被連接至追蹤單元的一個核可以針對不同追蹤性能而被映射到不同邏輯核。
[0055]在一個實施例中，多個追蹤單元可以在它們自己的功率域(power domain)中。因為在未使用時可以切斷這一功率域，所以可以降低功率消耗，這在如行動電話的電池供電設備中特別有利。此外，低閾值電壓設計可以用於追蹤單元的電晶體，因為可以容許所產生的增加的漏電流，由於追蹤單元在它們自己的功率域中。
[0056]以上所描述的實施例可以被實施在片上系統(SoC)中。然而，這一實施方式是可選的並且並非強制的。
[0057]圖5圖示出示意性簡化流程圖，該流程圖圖示出根據一個實施例的用於追蹤多個處理器核中的指令指針和數據流的方法。
[0058]在501，從多個處理器核選擇將要被追蹤的處理器核，並且在502，選擇指令指針追蹤單元或數據追蹤單元。
[0059]隨後在503，通過多路復用器將選擇的(指令指針或數據)追蹤單元連接至選擇的處理器核。
[0060]在504，由選擇的(指令指針或數據)追蹤單元執行對選擇的處理器核的(指令指針或數據)追蹤。
[0061]隨後在505，選擇的追蹤單元可以被指派到另一處理器核，例如如果滿足預定條件，例如特定觸發事件發生。換而言之，例如，在特定觸發事件發生時，將選擇的追蹤單元從選擇的處理器核斷開連接並且連接至另一處理器核。
[0062]如之前所述，從選擇的處理器核斷開連接以及連接至另一處理器核也可以由軟體(諸如作業系統)控制。例如，斷開連接和連接可以在任務從一個處理器核轉移到另一處理器核時發生。
[0063]儘管在本文中已經圖示和描述特定實施例，但是本領域技術人員應當理解各種替代和/或等效實施方式可以替代所示和所描述的特定實施例，而不背離本發明的範圍。本申請旨在覆蓋在本文中所討論的特定實施例的任何變形或改變。因此，本發明僅由權利要求及其等效限制。
【權利要求】
1.一種用於追蹤多個處理器核中的指令指針和數據訪問的系統，所述系統包括: 多個追蹤單元，包括: 至少一個第一追蹤單元，被配置為執行指令指針追蹤，以及 至少一個第二追蹤單元，被配置為執行數據追蹤；以及 多路復用器，被耦合於所述多個處理器核與所述多個追蹤單元之間，所述多路復用器被配置為選擇性地將所述多個追蹤單元中的一個追蹤單元連接至所述多個處理器核中的一個處理器核， 其中所述多路復用器在運行時間期間基於硬體觸發和軟體之一進行配置。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述至少一個第一追蹤單元和所述至少一個第二追蹤單元中的至少一個追蹤單元在數目上小於所述多個處理器核。
3.根據權利要求1所述的系統，其中所述多路復用器進一步被配置為將所述一個追蹤單元從所述一個處理器核斷開連接，並且將所述一個追蹤單元連接至所述多個處理器核中的另一處理器核。
4.根據權利要求1所述的系統，其中所述多路復用器進一步被配置為將所述一個追蹤單元從所述一個處理器核斷開連接，並且在滿足預定條件時將所述一個追蹤單元連接至所述多個處理器核中的另一處理器核。
5.根據權利要求1所述的系統，其中所述多路復用器在運行時間期間由軟體進行配置。
6.根據權利要求5所述的系統，其中所述軟體包括在對稱多處理系統中的作業系統。
7.根據權利要求1所述的系統，包括被連接在所述多個處理器核與所述多路復用器之間的適配層，其中所述適配層被配置為匹配所述多個處理器核中的選擇的處理器核的時鐘速率與所述多個追蹤單元中的選擇的追蹤單元的數據速率。
8.根據權利要求7所述的系統，其中所述適配層被配置為對從所述多個處理器核獲得的數據進行標準化。
9.根據權利要求8所述的系統，其中所述適配層被配置為通過分離在地址信息數據中獲得的數據與包括執行的指令單元的信息數據，來對從所述多個處理器核獲得的數據進行標準化。
10.一種用於追蹤多個處理器核中的指令指針和數據訪問的系統，所述系統包括: 多個追蹤單元，包括: 至少一個第一追蹤單元，被配置為執行指令指針追蹤，以及 至少一個第二追蹤單元，被配置為執行數據追蹤； 多路復用器；以及 適配層， 其中所述適配層被耦合至所述多個處理器核和所述多路復用器，並且所述多路復用器被耦合至所述多個追蹤單元， 其中所述多路復用器被配置為選擇性地將所述多個追蹤單元中的一個追蹤單元連接至所述多個處理器核中的一個處理器核，並且 其中所述多路復用器在運行時間期間基於硬體觸發和軟體之一進行配置。
11.根據權利要求10所述的系統，其中所述至少一個第一追蹤單元和所述至少一個第二追蹤單元中的至少一個追蹤單元在數目上小於所述多個處理器核。
12.根據權利要求10所述的系統，其中所述多路復用器被配置為將所述一個追蹤單元從所述一個處理器核斷開連接，並且將所述一個追蹤單元連接至所述多個處理器核中的另一處理器核。
13.根據權利要求10所述的系統，其中所述多路復用器被配置為將所述一個追蹤單元從所述一個處理器核斷開連接，並且在滿足預定條件時將所述一個追蹤單元連接至所述多個處理器核中的另一處理器核。
14.根據權利要求10所述的系統，其中所述適配層被配置為對從不同類型的所述多個處理器核獲得的數據進行標準化。
15.根據權利要求10所述的系統，其中所述適配層被配置為通過分離在地址信息數據中獲得的數據與包括執行的指令單元的信息數據，來對從不同類型的所述多個處理器核獲得的數據進行標準化。
16.根據權利要求15所述的系統，其中所述適配層被配置為在所述多個處理器核與所述多個追蹤單元的不同頻率之間執行頻率適配。
17.根據權利要求10所述的系統，其中所述多路復用器在運行時間期間由包括作業系統的軟體進行配置。
18.一種方法，包括: 從多個處理器核選擇將要被追蹤的處理器核； 從多個追蹤單元選擇追蹤單元，所述多個追蹤單元包括至少一個指令指針追蹤單元和至少一個數據追蹤單元； 經由多路復用器將選擇的所述追蹤單元連接至選擇的所述處理器核，所述多路復用器在運行時間期間基於硬體觸發和軟體之一進行配置；以及 由選擇的所述追蹤單元執行對選擇的所述處理器核的追蹤。
19.根據權利要求18所述的方法，進一步包括: 將選擇的所述追蹤單元從選擇的所述處理器核斷開連接；以及 在滿足預定條件時將選擇的所述追蹤單元連接至所述多個處理器核中的另一處理器核。
20.根據權利要求18所述的方法，其中所述多路復用器在運行時間期間由包括作業系統的軟體進行配置。
【文檔編號】G06F11/36GK104182336SQ201410211410
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年5月19日 優先權日:2013年5月20日
【發明者】A·邁耶 申請人:英飛凌科技股份有限公司