MIPS 科技公司攜手其他業內領先的嵌入式處理器與 IP 開發商，決定共同采用開放式芯片協議（OCP）插槽作為標準化供應商進行片上總線集成的中立方法。本文將就總線級片上儀器（OCI）和支持基于OCP 系統的分析工具進行詳盡討論。

基于 OCP 的總線可進行多種高帶寬操作，在基本數據傳輸的基礎上添加了許多新的特性和功能。這些新性能包括專用總線命令模式、脈沖操作、多數據標簽以及用于增加跟蹤信號數量的擴展能力。附錄中列出的 MIPS24K OCP 接口就是這類產品的典型。除了提供基本地址尋址和數據操作的總線接口信號外，OCP 還提供多種可選信號，以調用專用處理器的特定強化功能，如數據排列、脈沖及多線程運行等功能。

采用 OCP 這類先進總線架構的另一個好處是，它能夠更有效地協調內部大量集成內核的復雜工作。分析因素包括對給定OCP 接口提出特定的問題，以及片上子系統性能等更受全球關注的問題。這些問題涵蓋諸如理解和優化傳輸效率、延遲、飽和、資源沖突和其他操作選項等可能對處理器元件的性能和運行產生直接影響等因素

雖然仿真是開發流程的重要環節，但無論是在原型還是在系統級驗證階段，對硬件本身狀況進行分析也是同樣重要的環節，而最終產品本身的硬件分析就更加重要了。在大多數情況下，諸如硬件內嵌入式總線在信息分析中所遇到的問題通常是能見度難題 —— 您很難確定自己看不到的問題。使用傳統的 JTAG 掃描通常很難解決這個能見度難題，其原因在于：

由于總線運行的多周期性，在一個總線運行周期內有些信號會在不同時段變得非?；钴S，調試工具應當進行連續的跟蹤，而不是單個周期的瞬態圖；

總線運行問題牽涉到至少兩個通信時鐘（如處理器和存儲器外設）。傳統的調試方法，如暫停部分系統進行測試可能會帶來變化并引入新的變量，從而干預測試環節和過程；

如果問題是間歇性和少量的，那么追蹤操作就應當采用觸發模式，如實時捕獲有重要意義的總線周期信息。

目前廣泛采用的具有調試功能的嵌入式OCP 總線方法是在設計中添加片上儀器（OCI），以改善子系統接口的能見度。OCI 實際上是一個專門用來高效跟蹤嵌入式信號的IP 子系統。它既不通過 JTAG 端口進行緩沖，也不通過專門的測試端口流到您的 PC 上以供觀看。 OCI 能夠提供成功的嵌入式設計所必需的高效跟蹤功能，廣泛應用于調試、嵌入式處理器運行控制和邏輯分析。OCI解決方案能夠解決片上總線分析中 SoC 的特定問題，并為非可見的總線接口提供強大的調試能見度。最近OCI 解決方案已開始面市。

圖 1 顯示的是一個基本的多內核架構（雙處理器、存儲器接口和采用通用片上總線的定制化IP）和幾類可使該子系統更加簡化，并可提高調試效率的可添加儀器。圖1 詳盡列出了本文探討的重點——總線監測與跟蹤儀器的組成部分，其他支持或補充的儀器分區可以包含在處理器和邏輯分析調試的地址中。

調試儀器的功能基本可劃分為兩個主要類型：

專門用于進行調試控制、支持特定處理器和其他內核的系統內分析分區；

支持跟蹤和任何用戶定義信號的更為通用的邏輯分析器分區。

總線分析通常用來處理用于通用邏輯分析的同類儀器，也能執行總線架構和協議專用信號信息的線上處理和后處理。應當強調的是，圖中所示的所有儀器都與單個JTAG 流程鏈關系緊密，因此需要通過定制的JTAG 控制器接口進行訪問。通過同樣的JTAG 接口還能夠訪問邊界掃描和其他傳統的JTAG 功能。

處理器內核的系統內分析器（ISA）分區能夠為處理器提供特定的運行控制、觸發硬/軟件斷點監測及實時跟蹤指令和數據等操作。

FS2 ISA-MIPS 能夠執行以下典型的處理器調試子系統操作：

JTAG 內核的啟動、停止、斷點和單步執行；

無限制的軟件斷點；

多達15個硬件事件/斷點；

基于指令執行、存儲、IO操作、地址值或地址范圍、操作碼類型或級別的觸發操作；

每個周期高達64 位的實時跟蹤；

執行分支跟蹤信息的跟蹤；

采用指令碼和執行顯示的調試器（ 參見圖2 ）。

為了最有效地利用跟蹤信息，ISA 通常會采用分支跟蹤信息等壓縮技術，這樣就能夠使ISA 集中處理指令中斷，從而減少所消耗的存儲器資源。跟蹤信息可以與GDB等調試器軟件工具流程鏈緊密集成，實現更好的源代碼分析和相關性。只要設計和資源運用得當，單個ISA 分區內就能集成不止一個內核（給定類型），并可作為多內核系統調試中的共享資源。

在大多數設計中，處理器只是需要進行系統分析的若干子系統之一。在特殊應用的協處理器、存儲控制器、外設及其他功能的設計中都包含邏輯分區。邏輯與處理器IP 在調試要求上有幾個重要區別。

邏輯導航器是First Silicon Solutions公司開發的一個通用JTAG 兼容邏輯分析器的儀器，其主要功能包括：

？負責監測和跟蹤合成過程中選取的所有用戶定義信號；

？64K跟蹤周期中支持高達256 個信號（采用片上 RAM）；

門受限的應用的跟蹤范圍最小可達1個信號×64 個周期；

？任何跟蹤信號和外部觸發邊緣或水平的組合或連續觸發；

？基于狀態的順序觸發器和基于儀器分區資源的計數器觸發；

？同步化多儀器的可選時間戳記 ~ 制定單周期或擴展時間跟蹤的時間戳記，可以設置長達48位；

？包含一個可通過JTAG 端口進行調試控制的JTAG 控制通用寄存器。

FS2 總線導航器等片上總線分析器能夠為總線運行提供定制化邏輯分析儀器操作。總線分析有兩種典型的操作形式 —— 接口跟蹤重要信號的形式（OCP 插槽）或總線結構內的跟蹤形式。OCP具有插槽級跟蹤能力，能夠跟蹤從每個總線主控路由到總線導航器的輸入多工器的信號。既能一次對一個總線主控進行跟蹤，又能根據特定應用需求對所有總線主控中選定的信號進行跟蹤。

總線導航器還能確定諸如給定設計的邊帶和可選信號的數據字的大小和數量，以確定合成過程中RTL 操作的參數，從而實現給定設計的定制化跟蹤。

總線導航器還可像用于基于OCP 狀態的處理器調試操作的低延遲觸發那樣，為MIPS調試分區提供直接交叉觸發接口分區。同樣，處理器輸出也能夠用于總線儀器的可選輸出信號，在處理器操作的基礎上實現總線啟動和停止的低延遲觸發。

為了支持流水線總線操作，給定周期的跟蹤同步、排列指令和響應部分都以單個周期顯示。這種總線跟蹤查看方式能夠更直觀地顯示軟件分析中的觸發與跟蹤。

該儀器減少了總線跟蹤的閑置的和“沒有準備”的周期，保存了對RAM 資源的跟蹤，使跟蹤過程更便于讀取，而時間戳記則確保系統與其他調試操作的同步。

操作得當的話，片上儀器能在芯片產品設計的整個生命周期內直觀、有效地改善設計的易測性、可維護性和可分析性。要實現片上調試功能，要求設計人員在硬件驗證過程中懂得如何運用調試工具，同時考慮在給定的解決方案中如何將儀器解決方案集成到設計中。

用戶可用到的功能包括：

靈活的片上觸發、跟蹤和性能分析 —當大量數據通過基于總線的OCP時，只有某些數據才有用，重要的是訪問您所需要的信號。其中一種分析方法就是允許片上性能分析功能監測和發送摘要信息。例如，您并不需要在每次總線飽和時都對數據進行跟蹤，只有當數據的確需要跟蹤時才進行逐條的跟蹤，這樣就可以只需要使用比較少的性能分析分區。

各級片上調試的協處理與交叉觸發—如果系統并不是在隔離的條件下工作，就不要采取調試方案?？偩€與處理器運行和性能間存在著正相關的關系，特別是相互依賴或完全同步的多內核系統。在設計時，系統級調試解決方案應該支持其他儀器分區。

與其他調試器/驗證工具的集成 —MIPS 處理器軟件工具鏈支持諸如二進制指令到源代碼等調試功能。為了充分利用調試信息，儀器環境應當允許將跟蹤信息通過某些途徑引入調試器工具。同理，邏輯分析工具業應該允許將邏輯跟蹤信息通過某些方法引入仿真工具，以便更簡便地對實際邏輯信息和仿真邏輯信息進行比較。

與內部信號速度保持同步并保持合適的門大小— 您需要做的最后一件事是將調試分區添加到定時閉合功能中，或是采用另一個尺寸的芯片或封裝。調試儀器尺寸可能很?。ㄔ谀承┣闆r下只有幾千個門或更少）也可能很大，特別存在大量復雜觸發操作或大量跟蹤時，OCI 應與系統中的其他部分以同樣的速度運行。

根據系統不同需要進行配置——如果您只需要有限的調試能見度，就不需要一套“豪華”的調試解決方案了。反過來，如果要進行重大問題的調試，就要采用更好的調試解決方案。調試解決方案應該適應開發周期不同階段的不同需要—— 在原型和仿真器階段應使用較大的調試方案，而在量產開始階段則使用較小的調試方案 —在不同的產品生命周期里應當選擇相同的功能和接口，但是可以選擇較低的性能和較少的選項。

片上儀器不僅局限于IP — 能夠正確解讀所提供的調試信息非常重要，而具備一定的支持級別也是不可或缺的。大部分儀器 IP 的設計初衷是為了支持探針和調試電纜的工作。它們有專用的驅動器和用來格式化，并實現硬件儀器和跟蹤、控制 GUI （圖3 就是一個例子）和命令行接口之間通信的API。在定制和集成的解決方案中，標準驅動器和API 具備明顯的優勢。例如，FS2 就在其儀器方工具中廣泛采用了 Tcl/Tk、MDI、XML和 Eclipse 等軟件標準。

結語

基于SoC 的復雜器件的測試和分析方法正在經歷著巨大轉變，一些新型片上儀器正不斷成為整體解決方案的組成部分。像MIPS24K 這種具有OCP多功能總線的性能的處理器堪稱片上分析能力中的典范，是那些領先的尖端數字平臺所必需的。

作為該技術前沿的領導廠商，First Silicon Solutions與 MIPS 科技公司自從1998年開始緊密合作，為現有的MIPS內核推出了最先進的運行控制與跟蹤工具。其導航器儀器產品增加了OCP總線分析功能，能夠為MIPS 和其他OCP 兼容內核提供更高水平的分析和嵌入式系統調試性能。First Silicon Solutions提供的調試功能支持所有MIPS兼容產品的跟蹤和領先的MIPS 調試器，它終將成為領先的片上儀器專家，根據客戶的特殊需求提供從片上儀器到SoC 調試和分析的全線解決方案。

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