基于TNoC的追踪调试系统在基带芯片中的应用

摘要

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。

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