軟硬件搭橋改善SoC驗證效率

本例中使用的SoC有四個(gè)捕獲站：一個(gè)位于處理器時(shí)鐘域，標為1號捕獲站（60MHz），針對362個(gè)信號；一個(gè)位于RX以太網(wǎng)域，標為2號捕獲站（25MHz），針對17個(gè)信號；一個(gè)位于TX以太網(wǎng)域，標為3號捕獲站（25MHz），針對17個(gè)信號；最后一個(gè)位于閃存時(shí)鐘域，標為4號捕獲站（33MHz），針對178個(gè)信號。每個(gè)捕獲站都并行運行，能夠選擇性地觀(guān)測任意信號組合。Analyzer工具的最終輸出是一個(gè)表示實(shí)際硅片器件中時(shí)鐘周期準確信號事務(wù)的波形，如圖4所示。

圖4: SoC波形實(shí)例。

　　盡管軟件調試設施和硬件調試設施在目標平臺上觀(guān)測只限于軟件問(wèn)題或硬件問(wèn)題時(shí)效果很好，但在了解涉及軟件和硬件交互的行為時(shí)，則面臨著(zhù)明顯挑戰。表1列出了我們的測試臺開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到的部分問(wèn)題，以及我們在業(yè)界看到的代表性問(wèn)題。

　　主要挑戰在于，盡管使用軟件調試設施或硬件調試設施能夠“看到”非預期行為的影響，但通常很難確定觀(guān)測到的不正確行為到底是因還是果。這個(gè)問(wèn)題經(jīng)常變成軟件中非預計的行為是硬件行為不正確的結果，還是其它方式。關(guān)鍵在于確定多個(gè)事件之間的臨時(shí)關(guān)系，這要求軟件調試視圖和硬件調試視圖之間有一個(gè)公共參照物。

　　事件管理

　　重建軟件調試視圖和硬件調試視圖之間臨時(shí)關(guān)系的能力，涉及兩種調試設施中調試狀態(tài)和事件處理的整合，或綜合硬件管理，如圖5所示。

圖5: 綜合事件管理。

　　在本例中，Clarus Suite提供的分布式異步儀器使得每個(gè)捕獲站可以視作自治設備。為支持儀器之間的“交叉觸發(fā)”,有一條共享事件總線(xiàn)及一個(gè)集中式事件處理器。集中式事件處理器在圖5中標為接入控制（Access Control），把調試事件和狀態(tài)傳送給Analyzer軟件，Analyzer軟件管理著(zhù)整個(gè)調試基礎設施。這可以對多個(gè)功能單元和時(shí)鐘域同時(shí)進(jìn)行高效硬件調試。為創(chuàng )建綜合事件管理，這些信息傳播到軟件調試設施中，并從軟件基礎設施中收集數據。通過(guò)采用綜合事件管理，基礎設施可以檢測軟件斷點(diǎn)事件，調試處理器的狀態(tài)。同樣，軟件調試設施能夠檢測硬件觸發(fā)，調試硬件調試設施的狀態(tài)。

　　綜合事件管理的兩大優(yōu)勢是軟件調試發(fā)起的事件能夠控制硬件觸發(fā)，硬件調試發(fā)起的事件能夠控制軟件調試。更具體地說(shuō)，軟件斷點(diǎn)可以映射到特定硬件行為，硬件觸發(fā)可以在某個(gè)點(diǎn)中斷軟件。圖6和圖7分別說(shuō)明了這兩種場(chǎng)景的實(shí)例。

圖6:由軟件發(fā)起的事件。

圖7:由硬件發(fā)起的事件。

　　為演示綜合調試系統中軟件發(fā)起的斷點(diǎn)功能，我們修改了Linux內核，在磁盤(pán)扇區0x00041d90上發(fā)生讀取時(shí)打印消息“BLOCK”.然后，把目標對準調試設施中來(lái)自“sysace”Compact Flash控制器的軌跡。我們使用GDB,在xsysace.c文件第714行上設置了一個(gè)硬件斷點(diǎn)（printk發(fā)生的行）。然后配置測試設施，使用綜合事件管理監測軟件調試設施。最后，“find/”命令強制內核讀取整個(gè)磁盤(pán)。如圖6所示，軟件斷點(diǎn)在希望的行上暫停了內核執行，另外還觸發(fā)了硬件調試設施。結果，可以在軟件斷點(diǎn)時(shí)間上看到詳細的硬件行為。

　　我們使用硬件適配器，演示綜合調試系統中硬件發(fā)起的觸發(fā)功能。我們設置成在Linux內核清除以太網(wǎng)適配器中的“RX Packet Ready Interrupt Bit”時(shí)發(fā)生硬件觸發(fā)。我們把綜合事件管理界面配置成把硬件事件映射到軟件調試設施。到系統中路由器IP地址的ping從SoC到路由器應答位置發(fā)起一個(gè)發(fā)送包。在應答發(fā)生時(shí)，這個(gè)包到達以太網(wǎng)物理層，由以太網(wǎng)適配器處理。然后處理器被中斷，Linux內核服務(wù)中斷。在中斷服務(wù)結束時(shí)，中斷被清除。這導致硬件觸發(fā)和軟件被暫停，如圖7所示。得到的視圖顯示了從物理層直到操作系統的整個(gè)復雜系統中硬件和軟件的同步行為或時(shí)間相關(guān)行為。

　　小結

　　通過(guò)在軟件調試設施和硬件調試設施之間創(chuàng )建綜合事件管理界面，可以圍繞軟件調試事件和硬件調試事件實(shí)現單事件同步。這種同步可以有意義地表示同時(shí)來(lái)自這兩種基礎設施的調試數據。這樣一個(gè)完整的系統視圖為觀(guān)察涵蓋軟件和硬件的各種SoC功能之間的臨時(shí)關(guān)系打開(kāi)了一扇窗戶(hù)，可以更快、更高效地調試日益復雜的SoC設計。