X微处理器调试结构的设计及实现

论文摘要

随着半导体工艺水平的提高，芯片的规模及复杂度异常庞大，其内部节点的机械可探测性大大降低，甚至不可能。这使得调试及测试的难度也大大增强，因此必须在设计中增加可调试性设计。 本课题在深入研究了X微处理器在系统级、指令级、硬件结构级等不同层次上对调试的需求基础上，结合其结构上的特点，提出了一整套X微处理器的可调试性设计方案。该方案在尽量少的增加调试硬件代价的前提下，提供了很强的调试能力，很好的满足了X微处理器对不同层次上调试的需求。作者还具体地实现了这一调试方案，构造了完整的X微处理器的调试结构。 X微处理器的调试结构根据调试的需求，分为三个层次：用户系统级调试结构、指令级调试结构、硬件结构级调试结构，三种调试结构同时和国际标准的板级调试结构—边界扫描整合在一起，使三个层次的调试结构都可以通过边界扫描端口访问。用户系统级调试结构用于用户调试应用软件、系统软件和多任务处理系统，它允许用户设置4个硬件断点，从而提供给用户程序有效的追踪调试手段；指令级调试结构支持用户直接对Cache、BTB及TLB等不可见的功能部件的控制和观察，使用户可以调试这些不可见的功能部件，以确定是否存在设计错误；硬件结构级调试结构支持硬件设计人员对微处理器内部状态的控制与观察，方便进行具体硬件结构调试，提供给硬件设计人员一种控制和观察微处理器内部详细逻辑电路的手段。 实践证明：本文针对X微处理器设计了一种简洁高效的调试结构，满足了三个层次上调试的需求。 另外，本课题还根据锁相环的特点，设计了一种锁相环性能测试逻辑。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 课题研究的主要内容
• 1.3 论文的结构
• 1.4 本论文的研究成果
• 第二章 可调试性设计综述
• 2.1 调试的相关概念
• 2.2 可调试性设计的技术
• 2.2.1 可调／测试性设计的方法
• 2.2.2 边界扫描（Boundary Scan）
• 2.3 微处理器的可调试性设计
• 2.4 目前调／测试结构的应用概况
• 2.4.1 测试结构的应用概况
• 2.4.2 调试结构的应用概况
• 2.5 小结
• 第三章 X微处理器的调试需求及总体设计
• 3.1 X微处理器结构与调试需求
• 3.1.1 X微处理器结构简介
• 3.1.2 X微处理器调试的需求
• 3.2 X微处理器调试结构的总体构想
• 3.3 X微处理器调试结构的总体设计
• 3.3.1 调试结构的设计方案
• 3.3.2 调试结构的总体设计
• 3.4 小结
• 第四章 追踪调试寄存器的设计
• 4.1 系统级调试结构的介绍
• 4.2 追踪调试寄存器的功能
• 4.3 追踪调试寄存器的设计
• 4.3.1 追踪调试寄存器的逻辑结构设计
• 4.3.2 追踪调试寄存器的电路结构设计
• 4.4 追踪调试寄存器的使用
• 4.4.1 调试异常
• 4.4.2 追踪调试寄存器的使用
• 4.5 小结
• 第五章 测试寄存器的设计
• 5.1 测试寄存器的调试模式
• 5.2 Cache测试寄存器的设计
• 5.2.1 Cache测试寄存器的功能
• 5.2.2 Cache测试寄存器的设计
• 5.3 TLB测试寄存器的设计
• 5.3.1 TLB测试寄存器的功能
• 5.3.2 TLB测试寄存器的设计
• 5.4 BTB测试寄存器的设计
• 5.4.1 BTB测试寄存器的功能
• 5.4.2 BTB测试寄存器的设计
• 5.5 测试寄存器及测试指令的使用
• 5.5.1 测试寄存器的使用限制
• 5.5.2 测试寄存器及测试指令的使用
• 5.6 小结
• 第六章 控制与观察链路的设计
• 6.1 硬件结构级调试结构的总体设计
• 6.2 控制链路的设计
• 6.2.1 控制链路的功能
• 6.2.2 控制链路的设计
• 6.3 测试数据读写链路的设计
• 6.3.1 测试数据读写链路的功能
• 6.3.2 测试数据读写链路的设计
• 6.4 观察链路的设计
• 6.4.1 观察链路的功能
• 6.4.2 观察链路的设计
• 6.5 小结
• 第七章 边界扫描及调试结构整合的设计
• 7.1 边界扫描结构的设计
• 7.1.1 边界扫描结构的设计
• 7.1.2 边界扫描指令的实现
• 7.2 调试结构整合的设计
• 7.3 调试结构整合的实现
• 7.3.1 测试指令寄存器的扩展
• 7.3.2 调试结构整合的实现
• 7.3.3 进入调试模式的方式
• 7.4 小结
• 第八章 X微处理器中锁相环性能的测试
• 8.1 测试结构的总体设计
• 8.1.1 测试结构的总体构想
• 8.1.2 测试结构的总体方案
• 8.2 锁相环性能测试结构的具体设计
• 8.2.1 分频器的设计
• 8.2.2 系统负脉冲产生逻辑的设计
• 8.2.3 频率鉴定逻辑的设计
• 8.2.4 参考源发生器
• 8.3 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果