專利名稱：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)處理器內(nèi)部狀態(tài)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)處理器內(nèi)部狀態(tài)的裝置。
背景技術(shù)：
隨著微處理器技術(shù)和微電子加工技術(shù)的不斷發(fā)展，微處理器芯片(以 下所述芯片均指微處理器芯片)規(guī)模和復(fù)雜程度不斷提高，使得芯片測(cè)試
時(shí)間大幅度增加；雖然芯片封裝的引腳有所增加，但用于外部測(cè)試的引腳 卻相對(duì)減少，芯片內(nèi)部邏輯的測(cè)試難度不斷增大；另外昂貴的測(cè)試設(shè)備使 得測(cè)試成本隨芯片的復(fù)雜程度呈指數(shù)率增加。為此，人們逐漸認(rèn)識(shí)到可測(cè) 性設(shè)計(jì)(DFT: Design-For-Test)思想的重要性，即采用邏輯設(shè)計(jì)與測(cè)試 設(shè)計(jì)相結(jié)合的模式，在設(shè)計(jì)人員進(jìn)行芯片邏輯設(shè)計(jì)的同時(shí)便考慮可測(cè)性的 要求?？蓽y(cè)性設(shè)計(jì)包括可控性和可觀察性兩部分可控性是研究和描述芯 片原始輸入對(duì)芯片內(nèi)部節(jié)點(diǎn)邏輯的控制作用;可觀察性是描述芯片內(nèi)部節(jié) 點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)在芯片原始輸出端可以觀察到的可能性。傳統(tǒng)的可測(cè)性設(shè)計(jì) 包括掃描通路設(shè)計(jì)、內(nèi)建自測(cè)試設(shè)計(jì)、邊界掃描測(cè)試設(shè)計(jì)等技術(shù)。這些技 術(shù)在芯片的初期調(diào)試中發(fā)揮了非常重要的作用，但隨著調(diào)試強(qiáng)度的進(jìn)一步 增加，從芯片原始輸入端加入的控制點(diǎn)很難覆蓋整個(gè)芯片的所有功能，而 且可測(cè)性設(shè)計(jì)是否成功直接依賴于大量測(cè)試電路的正確性和完備性。因 此，傳統(tǒng)的可測(cè)性設(shè)計(jì)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中還存在一定的缺陷，有待進(jìn)一步 完善。
在芯片調(diào)試的后期，為了加強(qiáng)芯片測(cè)試的力度，微處理器芯片需要進(jìn) 入實(shí)際運(yùn)行模式，通過加載操作系統(tǒng)，運(yùn)行各種測(cè)試程序，以此來快速覆 蓋處理器的所有功能。在芯片運(yùn)行過程中，芯片調(diào)試者希望能在不打擾微 處理器工作的前提下，通過增加少量的硬件電路，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微處理器 內(nèi)部第一現(xiàn)場(chǎng)的一些關(guān)鍵狀態(tài)，以此來判斷芯片是否處于正常狀態(tài)。當(dāng)芯 片遇到故障時(shí)，微處理器內(nèi)部的狀態(tài)信息可以幫助調(diào)試者快速判斷故障區(qū) 域和故障類型，然后再利用傳統(tǒng)的掃描通路獲得更加詳細(xì)的故障信息。芯 片調(diào)試者通過比較實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)得到的微處理器內(nèi)部信息與傳統(tǒng)的掃描通路 信息，實(shí)現(xiàn)兩種測(cè)試電路的正確性校驗(yàn)。由此可見，微處理器內(nèi)部狀態(tài)的 實(shí)時(shí)可觀察性即彌補(bǔ)了傳統(tǒng)可測(cè)性技術(shù)的缺陷，又保證了傳統(tǒng)可測(cè)性電路 的正確性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微處理器內(nèi)部狀態(tài)裝 置，在芯片處于實(shí)際運(yùn)行模式時(shí)，支持對(duì)其內(nèi)部狀態(tài)的實(shí)時(shí)可觀察性。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微處理器內(nèi)部狀態(tài)的裝置采 用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)該裝置包括微處理器內(nèi)部的狀態(tài)監(jiān)測(cè)器、外部系統(tǒng) 中的監(jiān)測(cè)信號(hào)采集器和前端PC機(jī)，其中在所述微處理器中，加入多個(gè)
或多級(jí)局部監(jiān)測(cè)器和一個(gè)全局監(jiān)測(cè)器,將所述微處理器內(nèi)部狀態(tài)信息以固 定周期循環(huán)串行輸出到一位監(jiān)測(cè)狀態(tài)輸出端口上；所述的監(jiān)測(cè)信號(hào)采集 器，在所述的微處理器的監(jiān)測(cè)狀態(tài)輸出端口上采集信號(hào)，并通過移位寄存 器，拼接為具有實(shí)際意義的處理器內(nèi)部狀態(tài)信息，最終顯示在前端PC機(jī)上。采用本發(fā)明的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微處理器內(nèi)部狀態(tài)裝置，不影響微處理器內(nèi)部 其他電路的工作狀態(tài)，它能實(shí)時(shí)跟蹤微處理器的運(yùn)行狀態(tài)，幫助芯片調(diào)試 者及時(shí)判斷微處理器是否發(fā)生故障。當(dāng)微處理器遇到故障停止不前時(shí)，還 可以為芯片調(diào)試者提供故障點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息或者離故障點(diǎn)最近的現(xiàn)場(chǎng)信息，為 故障分析和定位提供可靠的保障。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明 圖1是本發(fā)明實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微處理器內(nèi)部狀態(tài)裝置的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2是本發(fā)明中局部監(jiān)測(cè)器的結(jié)構(gòu)框圖； 圖3是本發(fā)明中全局監(jiān)測(cè)器的結(jié)構(gòu)框圖； 圖4是本發(fā)明中全局監(jiān)測(cè)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換示意圖； 圖5是本發(fā)明中局部監(jiān)測(cè)器和全局監(jiān)測(cè)器中各種時(shí)鐘、計(jì)數(shù)器和輸出 信號(hào)的時(shí)序關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微處理器內(nèi)部狀態(tài)的裝置包括在微處 理器中加入的多個(gè)或多級(jí)局部監(jiān)測(cè)器和一個(gè)全局監(jiān)測(cè)器，在外部系統(tǒng)中配 置一個(gè)監(jiān)測(cè)信號(hào)采集器和一臺(tái)前端PC機(jī)。將微處理器內(nèi)部狀態(tài)信息以固 定周期循環(huán)串行輸出到一位監(jiān)測(cè)狀態(tài)輸出端口上，外部系統(tǒng)配置一個(gè)監(jiān)測(cè) 信號(hào)采集器，在微處理器的監(jiān)測(cè)狀態(tài)輸出端口上采集信號(hào)，并通過移位寄 存器，拼接為具有實(shí)際意義的處理器內(nèi)部狀態(tài)信息，最終顯示在前端PC 機(jī)上。
需要監(jiān)測(cè)的狀態(tài)信息是處理器內(nèi)部的一系列觸發(fā)器的輸出，它們分布
在芯片內(nèi)不同的物理位置，為了減少連線和傳輸延遲，需要根據(jù)這些觸發(fā) 器所在的物理位置進(jìn)行區(qū)域劃分，將某一區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測(cè)狀態(tài)先用局部監(jiān)測(cè) 器進(jìn)行收集，最后匯集到全局監(jiān)測(cè)器中。根據(jù)監(jiān)測(cè)狀態(tài)的數(shù)量和分布范圍， 可以設(shè)置多級(jí)局部監(jiān)測(cè)器,將前一級(jí)局部監(jiān)測(cè)器的監(jiān)測(cè)狀態(tài)輸出作為后一 級(jí)局部監(jiān)測(cè)器的狀態(tài)輸入。為了不影響芯片正常的工作頻率，同時(shí)增強(qiáng)狀 態(tài)監(jiān)測(cè)的穩(wěn)定性，所有局部監(jiān)測(cè)器內(nèi)部進(jìn)行的狀態(tài)選擇和監(jiān)測(cè)器之間的狀 態(tài)傳輸都必須采用統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)時(shí)鐘。全局監(jiān)測(cè)器利用外部系統(tǒng)工作時(shí)鐘和 微處理器工作時(shí)鐘生成監(jiān)測(cè)時(shí)鐘，然后傳遞給所有的局部監(jiān)測(cè)器，監(jiān)測(cè)時(shí)
鐘總周期為4個(gè)外部系統(tǒng)工作時(shí)鐘周期，高電平的寬度為一個(gè)處理器工作 時(shí)鐘周期，低電平的寬度為三個(gè)處理器工作時(shí)鐘周期。微處理器工作時(shí)鐘 與外部系統(tǒng)工作時(shí)鐘的頻率關(guān)系可調(diào)，微處理器工作時(shí)鐘至少是外部系統(tǒng) 工作時(shí)鐘的4倍頻。
下面結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明中局部監(jiān)測(cè)器、全局監(jiān)測(cè)器和監(jiān)測(cè)信 號(hào)采集器的實(shí)現(xiàn)方法。
如圖2所示，局部監(jiān)測(cè)器的輸入包括:一個(gè)微處理器工作時(shí)鐘(GClk)， 一個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)鐘(localObsClk)，以及局部范圍內(nèi)需要監(jiān)測(cè)的內(nèi)部狀態(tài)信息
(LocalStateO、 LocalStatel、 ......、 LocalStatei )，每個(gè)狀態(tài)信息分別
為N0、 Nl、……、Ni位。局部監(jiān)測(cè)器的輸出為一位的局部狀態(tài)監(jiān)測(cè)信號(hào) (localStateOut)。局部監(jiān)測(cè)器內(nèi)部包括 一些同步觸發(fā)器、 一個(gè)局部飽 和計(jì)數(shù)器(LocalCounterN)和一個(gè)局部多路選擇器(LocalMux)。
局部監(jiān)測(cè)器的部分輸入信號(hào)需要先進(jìn)行同步處理，用GClk將其他輸 入信號(hào)寄存到觸發(fā)器中，包括localObsClk 、 LocalStateO 、
LocalStatel 、 ......、 LocalStatei信號(hào)，寄存之后的信號(hào)分別為
localObsClk—t、 LocalStateO—t、 LocalStatel一t、 ......、 LocalStatei—t信號(hào)。
局部監(jiān)測(cè)器內(nèi)部的局部飽和計(jì)數(shù)器aocalCounterN)，計(jì)數(shù)方式如下
(1) 以GClk上升沿作為觸發(fā)條件；
(2) 復(fù)位時(shí)局部飽和計(jì)數(shù)器置為"0";
(3) 如果localObSClk_t為"1"，則局部飽和計(jì)數(shù)器加"1";
(4) 如果局部飽和計(jì)數(shù)器加1等于"N"，則置局部飽和計(jì)數(shù)器為"O";
(5) "N"為需要監(jiān)測(cè)的所有狀態(tài)信息的位數(shù)之和，即N = N0+ Nl +……+ Ni。
局部監(jiān)測(cè)器內(nèi)部的局部選擇器(LocalMux)，輸入端分別為
LocalStateO—t、 LocalStatel—t、 ......、 LocalStatei—t，并約定串行輸
出的順序?yàn)長(zhǎng)ocalStateO—t[O] 、 LocalStateO—t [1]、......、
LocalStateO—t [NO—1]、 LocalStatel—t
、 LocalStatel—t [1]、......、
LocalStatel—t[Nl—1]、 ...... 、 LocalStatei_t
、
LocalStatei—t[l]、 ......、 LocalStatei_t [Ni — l]。局部多路選擇器的工
作方式如下以局部飽和計(jì)數(shù)器的值作為選擇端，值為"0"時(shí)選擇 LocalState0_t
，為"1"時(shí)選擇LocalStateO—t [1]，……，為"NO"
時(shí)選擇LocalStatel—t[O]，為"N0+1"時(shí)選擇LocalStatel—t [1]，......，
為"N0+N1 + ...... + Ni — l"時(shí)選擇LocalStatei—t[Ni — l]。局部
多路選擇器的輸出直接作為局部監(jiān)測(cè)器的輸出(localStateOut)，由于局 部飽和計(jì)數(shù)器的值在"0"到"N—1"之間循環(huán)，因此局部多路選擇器能
以N為周期，按約定順序，循環(huán)輸出該監(jiān)測(cè)器所監(jiān)測(cè)的所有內(nèi)部狀態(tài)信息。
局部監(jiān)測(cè)器通常放置在離監(jiān)測(cè)點(diǎn)比較近的地方，可以根據(jù)調(diào)試的需要
設(shè)置多級(jí)局部監(jiān)測(cè)器，上一級(jí)的局部監(jiān)測(cè)器的狀態(tài)輸出(localStateOutj) 作為下一級(jí)局部監(jiān)測(cè)器的狀態(tài)輸入(LocalStatej)。雖然LocalStatej 只有一位，但它實(shí)際包含了上一級(jí)監(jiān)測(cè)的多位信息(Nj位)，所以在下一 級(jí)局部監(jiān)測(cè)器的計(jì)數(shù)和多路選擇中應(yīng)作為Nj位信息來處理。由于 localStateOutj是Nj位狀態(tài)信息的循環(huán)輸出，為了保證下一級(jí)監(jiān)測(cè)器每 次選擇輸出localStateOut j時(shí)都能從第0位開始，所以要求下一級(jí)監(jiān)測(cè) 器中的計(jì)數(shù)周期必須是Nj的整數(shù)倍。
如圖3所示，全局監(jiān)測(cè)器的輸入包括 一個(gè)微處理器復(fù)位信號(hào)
(Reset—N)、一個(gè)微處理器工作時(shí)鐘(GClk)、一個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)鐘(SynClk)、 以及上一級(jí)局部監(jiān)測(cè)器的狀態(tài)輸出(localStateOutO 、 localStateOutl 、……、localStateOutk)。全局監(jiān)測(cè)器的輸出包括一 個(gè)局部監(jiān)測(cè)時(shí)鐘(LocalObsClk )和 一 位全局狀態(tài)監(jiān)測(cè)信號(hào)
(GlobalStateOut)，該信號(hào)將作為芯片總的狀態(tài)監(jiān)測(cè)信號(hào)，連接到輸出 端口。全局監(jiān)測(cè)器的內(nèi)部包括多個(gè)同步觸發(fā)器、 一個(gè)全局有限狀態(tài)機(jī)
(GlobalFSM)、 一個(gè)全局飽和計(jì)數(shù)器(GlobalCounterM)、 一個(gè)全局狀態(tài) 多路選擇器(GlobalStateMux )、 一個(gè)全局輸出多路選擇器
(GlobalOutMux)。
系統(tǒng)工作時(shí)鐘為芯片外部系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)采樣的時(shí)鐘，與微處理器工作 時(shí)鐘具有同步關(guān)系，只是頻率不同，兩者的頻率關(guān)系是可配置的，微處理 器工作時(shí)鐘至少為系統(tǒng)工作時(shí)鐘的4倍頻。全局監(jiān)測(cè)器內(nèi)部的全局有限狀態(tài)機(jī)(GlobalFSM)，用于控制監(jiān)測(cè)時(shí)鐘 的產(chǎn)生和監(jiān)測(cè)狀態(tài)的選擇。全局有限狀態(tài)機(jī)包含7個(gè)不同的狀態(tài)，分別計(jì) 為T0、 Tl、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6，狀態(tài)轉(zhuǎn)換以系統(tǒng)工作時(shí)鐘的上升沿作 為觸發(fā)條件。狀態(tài)轉(zhuǎn)換示意圖見圖4，具體的轉(zhuǎn)換方式如下.-
(1) 處理器開始進(jìn)行復(fù)位時(shí)，Reset_N信號(hào)為"0"，全局有限狀態(tài) 機(jī)下一拍進(jìn)入TO狀態(tài)；
(2) 全局有限狀態(tài)機(jī)當(dāng)拍處于TO狀態(tài)，當(dāng)初始化程序(SROM)加載完 成，SromOE—N信號(hào)從"1"變?yōu)?0"時(shí)，全局有限狀態(tài)機(jī)下一拍進(jìn)入Tl 狀態(tài)；
(3) 全局有限狀態(tài)機(jī)當(dāng)拍處于Tl狀態(tài)，維持4個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)鐘周期 后，全局有限狀態(tài)機(jī)下一拍進(jìn)入T2狀態(tài)；
(4) 全局有限狀態(tài)機(jī)當(dāng)拍處于T2狀態(tài)，維持4個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)鐘周期 后，或T6狀態(tài)維持1個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)鐘周期后，全局有限狀態(tài)機(jī)下一拍進(jìn) 入T3狀態(tài)；
(5) 全局有限狀態(tài)機(jī)當(dāng)拍處于T3狀態(tài)，維持1個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)鐘周期 后，全局有限狀態(tài)機(jī)下一拍進(jìn)入T4狀態(tài)；
(6) 全局有限狀態(tài)機(jī)當(dāng)拍處于T4狀態(tài)，維持1個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)鐘周期 后，全局有限狀態(tài)機(jī)下一拍進(jìn)入T5狀態(tài)；
(7) 全局有限狀態(tài)機(jī)當(dāng)拍處于T5狀態(tài)，維持1個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)鐘周期 后，全局有限狀態(tài)機(jī)下一拍進(jìn)入T6狀態(tài)。
全局監(jiān)測(cè)器利用微處理器工作時(shí)鐘和全局有限狀態(tài)機(jī)產(chǎn)生局部監(jiān)測(cè) 器使用的監(jiān)測(cè)時(shí)鐘(LocalObsClk)，具體生成步驟如下
(1) 根據(jù)全局有限狀態(tài)機(jī)生成ObsClkSrc信號(hào)如果全局有限狀態(tài) 機(jī)處于T3狀態(tài)，則為ObsClkSrc信號(hào)"1"，否則為"0";
(2) 用微處理器工作時(shí)鐘將ObsClkSrc信號(hào)寄存到觸發(fā)器中，形成 ObsClkSrcO信號(hào)；
(3) 用微處理器工作時(shí)鐘將0bsClkSrc0信號(hào)寄存到觸發(fā)器中，形成 ObsClkSrcl信號(hào)；
(4) 用微處理器工作時(shí)鐘將ObsClkSrcl信號(hào)寄存到觸發(fā)器中，形成 0bsClkSrc2信號(hào)；
(5) 用ObsClkSrcl信號(hào)與上ObsClkSrc2信號(hào)的非，形成ObsClk
信號(hào)；
(6) 用微處理器工作時(shí)鐘將ObsClk信號(hào)信號(hào)寄存到觸發(fā)器中，形成 LocalObsClk信號(hào)，并連接到輸出端口。
全局監(jiān)測(cè)器中的全局飽和計(jì)數(shù)器(GlobalCounterM)，其計(jì)數(shù)方法如
下
(1) 全局飽和計(jì)數(shù)器以系統(tǒng)工作時(shí)鐘上升沿作為觸發(fā)條件；
(2) 微處理器復(fù)位時(shí)，全局飽和計(jì)數(shù)器置為"0";
(3) 如果全局有限狀態(tài)機(jī)處于T4狀態(tài)，則全局飽和計(jì)數(shù)器加"1";
(4) 如果全局飽和計(jì)數(shù)器加1等于"M"，則全局飽和計(jì)數(shù)器恢復(fù)到
"0";
(5) M等于所有輸入的局部監(jiān)測(cè)器所監(jiān)測(cè)的狀態(tài)信息位數(shù)之和，且
是任意局部監(jiān)測(cè)器所監(jiān)測(cè)的狀態(tài)信息位數(shù)的整數(shù)倍，假設(shè) localStateOutO 、 localStateOutl 、 ......、 localStateOutk所監(jiān)測(cè)的
狀態(tài)信息位數(shù)分別為MO、 Ml、 ......、 Mk，則M二M0+M1十……+Mk，且M
是MO、 Ml、 、 Mk的整數(shù)倍。
全局監(jiān)測(cè)器內(nèi)部設(shè)置的全局狀態(tài)選擇器(GlobalStateMux)，輸入分
別為localStateOutO 、 localStateOutl 、 ......、 localStateOutk。約
定串行輸出的順序?yàn)閘ocalStateOutO第0位監(jiān)測(cè)狀態(tài)、localStateOutO 第1位監(jiān)測(cè)狀態(tài)、……、localStateOutO第M0 —1位監(jiān)測(cè)狀態(tài)、
localStateOutl第0位監(jiān)測(cè)狀態(tài)、localStateOut 1第1位監(jiān)測(cè)狀態(tài)、......、
localStateOutl第M1 — 1位監(jiān)測(cè)狀態(tài)、......、localStateOutk第0位監(jiān)
測(cè)狀態(tài)、localStateOutk第1位監(jiān)測(cè)狀態(tài)、......、localStateOutk第Mk
一1位監(jiān)測(cè)狀態(tài)。全局多路選擇器的工作方式如下以全局飽和計(jì)數(shù)器的 值作為選擇端，當(dāng)值在"0"到"M0—1"之間時(shí)選擇LocalStateOutO, 在"M0"到"M0+M1 — 1"之間時(shí)選擇LocalStateOutl,以此類推。由于 全局飽和計(jì)數(shù)器的值在"0"到"M—1"之間循環(huán)，因此全局多路選擇器 能以M為周期，按約定順序，循環(huán)輸出所有局部監(jiān)測(cè)器所監(jiān)測(cè)的內(nèi)部狀態(tài) 信息。
全局監(jiān)測(cè)器內(nèi)部設(shè)置的全局輸出選擇器(Global0utMux)，其輸出將 作為全局狀態(tài)監(jiān)測(cè)信號(hào)(GlobalStateOut)連接到輸出端，具體的形成過 程如下
(1) 如果全局有限狀態(tài)機(jī)處于T1狀態(tài)，則全局狀態(tài)監(jiān)測(cè)信號(hào)為"0" (維持4個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)鐘周期)；
(2) 如果全局有限狀態(tài)機(jī)處于T2狀態(tài)，則全局狀態(tài)監(jiān)測(cè)信號(hào)為"l" (維持4個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)鐘周期)，4個(gè)連續(xù)的"0"和4個(gè)連續(xù)的"1"將
作為外部系統(tǒng)開始監(jiān)測(cè)的標(biāo)志；
(3)如果全局有限狀態(tài)機(jī)處于T3狀態(tài)，則全局狀態(tài)監(jiān)測(cè)信號(hào)等于全
局狀態(tài)多路器的輸出信號(hào)；
(5)如果全局有限狀態(tài)機(jī)處于T4、 T5、 T6狀態(tài)，則全局狀態(tài)監(jiān)測(cè)信
號(hào)保持上一拍的值不變。
監(jiān)測(cè)信號(hào)采集器利用外部系統(tǒng)工作時(shí)鐘，在微處理器芯片的監(jiān)測(cè)狀態(tài) 輸出端口上采樣循環(huán)輸出的M位狀態(tài)信息，并根據(jù)約定的順序，將這些狀
態(tài)信息拼接為具有實(shí)際含義的微處理器內(nèi)部狀態(tài)信號(hào)，最終通過監(jiān)測(cè)軟件 顯示在前端PC機(jī)上。監(jiān)測(cè)信號(hào)采集器的具體操作方式如下
(1) 以系統(tǒng)工作時(shí)鐘的上升沿作為觸發(fā)條件；
(2) 當(dāng)微處理器完成初始化程序串行加載時(shí)，SromOE一N信號(hào)從"l" 變?yōu)?0"，此時(shí)開始對(duì)微處理器芯片的監(jiān)測(cè)狀態(tài)輸出端口進(jìn)行采樣；
(3) 采樣發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)狀態(tài)輸出信號(hào)由"0 "變到"1"以后，間隔5個(gè) 系統(tǒng)工作時(shí)鐘周期采樣第一位監(jiān)測(cè)狀態(tài)，以后間隔4個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)鐘周期 采樣后繼的監(jiān)測(cè)狀態(tài)；
(4) 采樣出來的狀態(tài)進(jìn)入移位寄存器，然后按約定的順序還原出微 處理器的內(nèi)部狀態(tài)信號(hào)。
本發(fā)明的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微處理器內(nèi)部狀態(tài)裝置所監(jiān)測(cè)的內(nèi)容，在微處理器 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段就要進(jìn)行挑選。首先，從調(diào)試的角度選擇能反應(yīng)微處理器運(yùn) 行狀態(tài)的關(guān)鍵信號(hào)，且這些信號(hào)在一定時(shí)間里具有一定的穩(wěn)定性，如當(dāng)前 的運(yùn)行模式、最近的取指令地址、懸掛的中斷請(qǐng)求、流水線阻塞或斷流情 況、寄存器重命名情況、記分板控制指令發(fā)射情況、訪存指令隊(duì)列情況、
指令退出情況等。另外，還要根據(jù)微處理器正常運(yùn)行的規(guī)則，增加一系列 故障標(biāo)記電路，當(dāng)微處理器運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，記錄故障類型和引起故障的 原因，便于以后進(jìn)行故障分析和定位，如指令流阻塞超時(shí)、指令流斷流超 時(shí)、指令退出超時(shí)、中斷處理超時(shí)等。芯片運(yùn)行過程中，調(diào)試者實(shí)時(shí)觀察 故障標(biāo)記是否有效， 一旦有效說明微處理器出現(xiàn)故障，此時(shí)再觀察微處理 器內(nèi)部的關(guān)鍵狀態(tài)，獲得更全面的信息，用于故障分析和定位。
圖5匯集了本發(fā)明中的局部監(jiān)測(cè)器和全局監(jiān)測(cè)器中各種時(shí)鐘、飽和計(jì) 數(shù)器和監(jiān)測(cè)狀態(tài)輸出信號(hào)的時(shí)序關(guān)系。由圖可見，系統(tǒng)工作時(shí)鐘(SynClk) 是微處理器工作時(shí)鐘(GClk)的4分頻，當(dāng)微處理器串行初始化程序加載 完畢后，SR0M—N信號(hào)從"1"變?yōu)?0"，全局有限狀態(tài)機(jī)(GlobalFSM) 開始從T0狀態(tài)轉(zhuǎn)到Tl狀態(tài)，在Tl狀態(tài)維持4個(gè)SynClk周期后轉(zhuǎn)為T2 狀態(tài)，在T2狀態(tài)維持4個(gè)SynClk周期后再轉(zhuǎn)為T3狀態(tài)，以后則在T3、 T4、 T5、 T6四個(gè)狀態(tài)間循環(huán)轉(zhuǎn)換，且在T3、 T4、 T5、 T6狀態(tài)都只維持1 個(gè)SynClk周期。全局監(jiān)測(cè)器在GlobalFSM處于T3狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)生監(jiān)測(cè)時(shí)鐘 源脈沖(ObsClkSrc)，并利用GClk進(jìn)行同步，第一次同步產(chǎn)生監(jiān)測(cè)時(shí)鐘 源脈沖O(ObsClkSrcO)，第二次同步產(chǎn)生監(jiān)測(cè)時(shí)鐘源脈沖1(0bsClkSrcl)， 第三次同步產(chǎn)生監(jiān)測(cè)時(shí)鐘源脈沖2 (0bsClkSrc2)，然后利用ObsClkSrcl 和0bsClkSrc2擠出監(jiān)測(cè)時(shí)鐘脈沖(0bsClk)，該信號(hào)再經(jīng)過GClk同步后 便產(chǎn)生局部監(jiān)測(cè)時(shí)鐘(LocalObsClk)，輸出到所有的局部監(jiān)測(cè)器中。
局部監(jiān)測(cè)器接到局部監(jiān)測(cè)時(shí)鐘后，再次用GClk進(jìn)行同步，并將同步 后的監(jiān)測(cè)時(shí)鐘作為局部飽和計(jì)數(shù)器(LocalCounterN)的觸發(fā)條件，局部選 擇器根據(jù)LocalCounterN的計(jì)數(shù)值進(jìn)行選擇，并輸出到局部監(jiān)測(cè)狀態(tài)
(LocalStateOut)上。當(dāng)LocalCounterN的值為"0"時(shí)，選擇第0位輸 入狀態(tài)；當(dāng)LocalCoimterN的值為"1"時(shí)，選擇第1位輸入狀態(tài)；以此 類推。
當(dāng)全局有限狀態(tài)機(jī)(GlobalFSM)經(jīng)過T4狀態(tài)時(shí)，全局飽和計(jì)數(shù)器 (GlobalCounterM)進(jìn)行飽和加"1"運(yùn)行。全局狀態(tài)選擇器根據(jù) GlobalCounterM的計(jì)數(shù)值進(jìn)行選擇，并輸出到狀態(tài)多路輸出信號(hào) (StateMuxOut)上。當(dāng)GlobalCounterM的值為"0"時(shí)，選擇局部監(jiān)測(cè) 器0的第0位狀態(tài)；當(dāng)GlobalCounterM的值為"1"時(shí)，選擇局部監(jiān)測(cè)器 0的第1位狀態(tài)；以此類推。全局輸出選擇器根據(jù)GlobalFSM的狀態(tài)進(jìn)行 選擇，并輸出到全局監(jiān)測(cè)狀態(tài)輸出信號(hào)(GlobalStateOut)上。當(dāng) GlobalFSM處于Tl狀態(tài)時(shí)，GlobalStateOut輸出"1"; 當(dāng)GlobalFSM 處于T2狀態(tài)時(shí)，GlobalStateOut輸出"0";當(dāng)GlobalFSM處于T3、 T4、 T5、 T6狀態(tài)時(shí)，GlobalStateOut輸出StateMuxOut的值。
權(quán)利要求
1、一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微處理器內(nèi)部狀態(tài)的裝置，包括微處理器內(nèi)部的狀態(tài)監(jiān)測(cè)器、外部系統(tǒng)中的監(jiān)測(cè)信號(hào)采集器、前端PC機(jī)，其特征在于在所述的微處理器中，加入多個(gè)或多級(jí)局部監(jiān)測(cè)器和一個(gè)全局監(jiān)測(cè)器，將所述的微處理器內(nèi)部狀態(tài)信息以固定周期循環(huán)串行輸出到一位監(jiān)測(cè)狀態(tài)輸出端口上；所述的監(jiān)測(cè)信號(hào)采集器，在所述的微處理器的監(jiān)測(cè)狀態(tài)輸出端口上采集信號(hào)，并通過移位寄存器，拼接為具有實(shí)際意義的處理器內(nèi)部狀態(tài)信息，最終顯示在前端PC機(jī)上。
2、 如權(quán)利要求l所述的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微處理器內(nèi)部狀態(tài)的裝置，其特征 在于所述的全局監(jiān)測(cè)器產(chǎn)生監(jiān)測(cè)時(shí)鐘，分別傳送給所有的局部監(jiān)測(cè)器； 當(dāng)所述的微處理器串行初始化程序加載完畢后，所述的全局監(jiān)測(cè)器利用外 部系統(tǒng)工作時(shí)鐘和微處理器工作時(shí)鐘生成監(jiān)測(cè)時(shí)鐘，監(jiān)測(cè)時(shí)鐘總周期為4 個(gè)外部系統(tǒng)工作時(shí)鐘周期，高電平的寬度為一個(gè)處理器工作時(shí)鐘周期，低 電平的寬度為三個(gè)處理器工作時(shí)鐘周期;所述的微處理器工作時(shí)鐘與所述 的外部系統(tǒng)工作時(shí)鐘的頻率關(guān)系可調(diào)，微處理器工作時(shí)鐘至少是外部系統(tǒng) 工作時(shí)鐘的4倍頻。
3、 如權(quán)利要求l所述的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微處理器內(nèi)部狀態(tài)的裝置，其特征 在于所述的局部監(jiān)測(cè)器采用監(jiān)測(cè)時(shí)鐘，利用多路選擇器，分時(shí)選擇每一 位需要監(jiān)測(cè)的微處理器內(nèi)部狀態(tài)，并以所需監(jiān)測(cè)的微處理器內(nèi)部狀態(tài)的總 位數(shù)為周期，進(jìn)行循環(huán)輸出；輸入的微處理器內(nèi)部狀態(tài)先用所述的微處理 器工作時(shí)鐘寄存一拍，然后再參與多路選擇；所述的局部監(jiān)測(cè)器設(shè)置一個(gè) 局部飽和計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)的最大值為該局部監(jiān)測(cè)器所需監(jiān)測(cè)的微處理器內(nèi)部狀態(tài)的總位數(shù)，計(jì)數(shù)條件是在所述的微處理器工作時(shí)鐘上升沿時(shí)，所述 的監(jiān)測(cè)時(shí)鐘值為"l";輸入的監(jiān)測(cè)時(shí)鐘先用所述的微處理器工作時(shí)鐘寄存 一拍，然后再作為所述的飽和計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)條件之一；輸入的監(jiān)測(cè)時(shí)鐘由 所述的全局監(jiān)測(cè)器產(chǎn)生，與所述的微處理器的工作時(shí)鐘同步。
4、 如權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微處理器內(nèi)部狀態(tài)的裝置，其特征 在于根據(jù)監(jiān)測(cè)信號(hào)的數(shù)量、物理分布位置，構(gòu)建多級(jí)局部監(jiān)測(cè)器，上一 級(jí)局部監(jiān)測(cè)器的監(jiān)測(cè)狀態(tài)輸出作為下一級(jí)局部監(jiān)測(cè)器的狀態(tài)輸入;上一級(jí) 局部監(jiān)測(cè)器的一位監(jiān)測(cè)狀態(tài)輸出中，包含多位處理器內(nèi)部狀態(tài)，在下一級(jí) 局部監(jiān)測(cè)器進(jìn)行多路選擇時(shí)，應(yīng)作為多位信息來處理，并要求下一級(jí)局部 監(jiān)測(cè)器監(jiān)測(cè)的總位數(shù)是上一級(jí)局部監(jiān)測(cè)器監(jiān)測(cè)的總位數(shù)的整數(shù)倍。
5、 如權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微處理器內(nèi)部狀態(tài)的裝置，其特征 在于所述的全局監(jiān)測(cè)器在所述的微處理器串行初始化程序加載完畢后， 匯集所有局部監(jiān)測(cè)器的監(jiān)測(cè)狀態(tài)，利用多路選擇器和有限狀態(tài)機(jī)控制，分 時(shí)輸出每一個(gè)局部監(jiān)測(cè)器所監(jiān)測(cè)的每一位內(nèi)部狀態(tài)信息，并最終作為所述 微處理器芯片的監(jiān)測(cè)狀態(tài)輸出到端口上;所述的局部監(jiān)測(cè)器的監(jiān)測(cè)狀態(tài)包 含多位微處理器內(nèi)部狀態(tài)，在所述的全局監(jiān)測(cè)器中進(jìn)行多路選擇時(shí)，應(yīng)作 為多位信息來處理，并要求全局監(jiān)測(cè)器監(jiān)測(cè)的總位數(shù)是所有局部監(jiān)測(cè)器監(jiān) 測(cè)的總位數(shù)的整數(shù)倍；所述的全局監(jiān)測(cè)器設(shè)置一個(gè)有限狀態(tài)機(jī)，分別處于 T0、 Tl、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6狀態(tài)，復(fù)位時(shí)處于TO狀態(tài)，所述的微處理 器串行初始化程序加載完畢后處于T1狀態(tài)，以后按所述的外部系統(tǒng)工作 時(shí)鐘周期進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換；所述的全局監(jiān)測(cè)器還設(shè)置一個(gè)全局飽和計(jì)數(shù)器， 計(jì)數(shù)的最大值為該全局監(jiān)測(cè)器所需監(jiān)測(cè)的微處理器內(nèi)部狀態(tài)的總位數(shù)，計(jì)數(shù)條件是在所述的微處理器工作時(shí)鐘上升沿時(shí)，所述的全局監(jiān)測(cè)有限狀 態(tài)機(jī)處于T4狀態(tài)。
6、 如權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微處理器內(nèi)部狀態(tài)裝置，其特征在于所述的監(jiān)測(cè)信號(hào)采集器，當(dāng)所述的微處理器串行初始化程序加載完畢 后，利用所述的外部系統(tǒng)工作時(shí)鐘上升沿對(duì)處理器芯片輸出的監(jiān)測(cè)狀態(tài)信 號(hào)進(jìn)行采樣，外部系統(tǒng)與處理器芯片約定一個(gè)固定的監(jiān)測(cè)狀態(tài)開始標(biāo)志， 當(dāng)外部系統(tǒng)采樣到該標(biāo)志后，便每隔四個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)鐘采樣串行輸出的內(nèi) 部狀態(tài)，將采樣到的信息位送入移位寄存器中，按約定的狀態(tài)輸出順序進(jìn)行拼接，最終顯示在前端PC機(jī)上。
7、 如權(quán)利要求l所述的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微處理器內(nèi)部狀態(tài)的裝置，其特征在于:實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的微處理器內(nèi)部狀態(tài)包括微處理器自身的關(guān)鍵狀態(tài)和一系 列故障標(biāo)記電路狀態(tài);所述的微處理器自身的關(guān)鍵狀態(tài)是指各流水線站臺(tái)的運(yùn)行狀態(tài)，包括當(dāng)前的運(yùn)行模式、最近的取指令地址、懸掛的中斷請(qǐng)求、 流水線阻塞或斷流情況、寄存器重命名情況、記分板控制指令發(fā)射情況、訪存指令隊(duì)列情況、指令退出情況；所述的故障標(biāo)記電路是指當(dāng)處理器運(yùn) 行出現(xiàn)故障時(shí)，利用額外的硬件邏輯記錄故障類型和引起故障的原因，便 于以后進(jìn)行故障分析和定位，包括指令流阻塞超時(shí)、指令流斷流超時(shí)、指 令退出超時(shí)、中斷處理超時(shí)等故障標(biāo)記。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微處理器內(nèi)部狀態(tài)的裝置，在所述微處理器設(shè)計(jì)過程中，加入多個(gè)或多級(jí)局部監(jiān)測(cè)器和一個(gè)全局監(jiān)測(cè)器，將所述微處理器內(nèi)部狀態(tài)信息以固定周期循環(huán)串行輸出到一位監(jiān)測(cè)狀態(tài)輸出端口上；外部系統(tǒng)配置一個(gè)監(jiān)測(cè)信號(hào)采集器，在所述微處理器的監(jiān)測(cè)狀態(tài)輸出端口上采集信號(hào)，并通過移位寄存器，拼接為具有實(shí)際意義的處理器內(nèi)部狀態(tài)信息，最終顯示在前端PC機(jī)上。本發(fā)明通過在微處理器設(shè)計(jì)階段增加少量的硬件開銷，支持芯片實(shí)際運(yùn)行模式下對(duì)微處理器內(nèi)部狀態(tài)的實(shí)時(shí)可觀察性，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的芯片可測(cè)性設(shè)計(jì)技術(shù)的不足。
文檔編號(hào)G06F11/32GK101187892SQ20061011844
公開日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2006年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月17日
發(fā)明者胡向東, 董建萍 申請(qǐng)人:上海高性能集成電路設(shè)計(jì)中心