基于TNoC的追踪调试系统在基带芯片中的应用

发布时间：2020-11-18 11:29

　　 由于MPSoC技术一定程度上缓解了性能需求与功耗之间的矛盾,已广泛应用于高性能SoC设计。然而,芯片复杂度和规模的提高也使得MPSoC面临巨大的验证、调试及测试压力。紧迫的芯片开发周期及不确定性错误的存在,使得仅依赖硅前验证很难保证初次流片不出现缺陷和错误。因此在硅后利用调试技术快速发现和定位缺陷就至关重要。借助调试技术来发现和分析缺陷已成为减少调试成本和时间的关键。现有的追踪调试系统一般是基于多缓存仲裁和共享NoC的结构。随着MPSoC设计规模和复杂度的提升,现有方案已难以满足MPSoC多核实时追踪数据传输的带宽需求,并在带宽与调试设计开销之间存在深刻矛盾。为解决以上问题,本文引入了一种基于TNoC的片上追踪数据传输解决方案。本文首先分析了MPSoC发展对硅后追踪调试技术的需求,并对现有的硬件调试技术进行了总结。结合本人在实习期间参与的基带芯片项目,深入剖析了基于TNoC的追踪调试系统在其中的应用。从TNoC各组件的结构设计着手,研究了TNoC专用网络接口、通用网络接口等组件的设计和工作原理。通过引入统一的源端专用网络接口和MSRAM接口协议提高了调试结构的可扩展性和可复用性,并在源端专用网络接口中引入双缓冲器结构来提高追踪数据接收速率。同时对TNoC拓扑结构、包交换技术、端口数据缓冲策略、流量控制等进行了研究。通过介绍TNoC链路、IFL协议及TNoC数据包格式,深入分析了TNoC的设计和应用特点。针对信号级调试的需求,引入了一种新颖的监视器模块。该模块提升了监视信号选择的灵活性,更易满足并发调试要求。为满足MPSoC在不同调试场景下追踪数据进行灵活筛选、分类和存储的需求,引入了MBT模块。同时引入了基于deflate算法的追踪数据压缩模块以更有效利用存储空间,并研究了其设计实现。本文对两种调试系统结构、性能和面积进行了对比分析并得出以下结论:结构设计上,基于TNoC的追踪调试结构由于采用了统一可配置的专用网络接口,并得益于TNoC的分布式特点和通用网络接口对跨时钟域通信的支持等,扩展性和复用性得到明显提升。性能方面,通过性能仿真分析得出TNoC方案具有更高的性能优势,能更好地满足多核并发调试需求。面积方面,基于TNoC方案与基于多缓存仲裁的方案相比节省了63%的缓存开销,虽然逻辑开销有所上升,但总体仍节省了约35%的面积开销,有明显的成本优势。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN47
【部分图文】：

下图展示了来自多个追踪源的并发追踪数据在复用 NoC 中的传输。图2.2 多核并发追踪数据流[60]2.2 NoC 技术NoC 概念提出近 20 年来已得到广泛的研究和应用。本节从 NoC 组件、拓扑结构、路由算法、流量控制等方面对 NOC 技术做了论述。2.2.1 NoC 基本组件(1) 路由器图 2.3 为典型的 2D NoC 路由器结构。由于可采用任何可能的策略来实现路由器，所以设计空间很大。NoC 技术的这一优势使得 NoC 平台有更易满足系统通信要求。与总线结构不同的是，NoC 的性能可依据应用需求来确定[34]，并且将其作为流量控制的一部分来实现。(2) 通信链路通信链路是连接两端路由器的一组线。链路可能由一个或多个逻辑或物理通道组成，每个通道由一组导线组成[35]。为了实现全双工连接，NoC 链路通常有两个反方向的物理信道。链路可通过专用握手机制或 FIFO 等方法实现源节点与目标节点之间的同步[35]。利用异步链路可以实现全局异步本地同步（GALS, Global asynchronouslocal synchronous）系统。微片（flit）是链路层中一个重要的概念。微片是一个链路传输事务（数据包和数据流）的最小单位。多数情况下，微片宽度与通道的数据线位宽（phit）相同。但在高度序列化的链路中，则一个微片可能会由多个 phit 组成。

该调试系统结构如图 2.11 所示。图2.11 复用 NoC 结构的调试系统结构[58]H Yi 也通过复用 NoC 的方法进行追踪数据的传输，但由于需要停止执行，所以不能满足实时追踪的要求[59]。针对基于 NoC 的多核并发调试系统，如图 2.12 所示，J Gao 等人提出了一种实现多核集群化的算法[60]。该结构通过复用功能 NoC 传输追踪数据。还提出可通过共享集群之间的追踪缓存来提高缓存的利用率并减小面积。各集群例化各自的追踪缓存，集群内的追踪源共享缓存。同时需要通过算法有效划分集群以在 QoS 的同时提高追踪缓存的使用效率。图2.12 基于复用 NoC 和基于集群的并发追踪结构[60]基于复用 NoC 的追踪调试系统与功能通信间存在带宽竞争，当追踪数据量很大

群例化各自的追踪缓存，集群内的追踪源共享缓存。同时需要通过算法有效划分集群以在 QoS 的同时提高追踪缓存的使用效率。图2.12 基于复用 NoC 和基于集群的并发追踪结构[60]基于复用 NoC 的追踪调试系统与功能通信间存在带宽竞争，当追踪数据量很大
【参考文献】

相关期刊论文 前9条

1 高建良;李欣;王建新;;并发追踪数据流的多缓存选址算法[J];电子学报;2014年11期

2 曹蓓;黄海生;;一种基于FPGA的SOC设计与实现[J];电子设计工程;2014年09期

3 虞志刚;向东;王新玉;;Torus网络中基于中心距离的完全自适应路由算法[J];电子学报;2013年11期

4 高建良;韩银和;;多核处理器硅后调试技术研究最新进展[J];计算机应用研究;2013年02期

5 刘炎华;刘静;赖宗声;;片上网络:新一代的片上系统结构[J];电子与封装;2011年05期

6 王国富;张海如;张法全;徐婷;;基于改进遗传算法的正交匹配追踪信号重建方法[J];系统工程与电子技术;2011年05期

7 胡伟;;片上网络的拓扑结构研究[J];黄山学院学报;2010年05期

8 张楷;;加速FPGA系统实时调试技术[J];电子设计技术;2007年01期

9 李胜军,李鸣,段修生,处传兵;数字集成电路逻辑电平接口技术研究[J];微计算机信息;2004年11期

相关博士学位论文 前2条

1 李宝亮;片上网络结构设计与性能分析关键技术研究[D];国防科学技术大学;2015年

2 唐杉;基于片上网络互联的SoC调试技术研究[D];北京邮电大学;2008年

相关硕士学位论文 前7条

1 林敏;多核片上互连方式研究[D];南京大学;2017年

2 张晟骁;移动智能终端消息加密与压缩研究[D];南京理工大学;2015年

3 李欣;基于多缓存结构的多核并发追踪调试研究[D];中南大学;2014年

4 李超;多核SoC片上互联设计关键技术研究[D];西安电子科技大学;2013年

5 马计;基于GPU的无损压缩算法的研究与实现[D];复旦大学;2012年

6 李晓霞;一种用于片上网络交换结构的动态优先级算法[D];西安电子科技大学;2012年

7 曾奕;并发程序调试的追踪/重演机制研究[D];东南大学;2005年

本文编号：2888667