CN101556551A - 设备故障日志的硬件获取系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种设备故障日志的硬件获取系统和方法。逻辑器件分别与看门狗装置和CPU的JTAG接口连接，用于接收看门狗装置超时溢出时的触发，根据预设的边界扫描逻辑通过JTAG接口对CPU中选定单元执行边界扫描，并根据获得的边界扫描结果生成设备故障日志；以及，在边界扫描结束后触发CPU复位。本发明不受限于设备软件故障程度，即使在设备软件系统深度故障的情况下，依然能够保证对于设备关键信息的获取。

Description

设备故障日志的硬件获取系统及方法

技术领域

本发明涉及电子设备技术领域，尤其涉及一种设备故障日志的硬件获取系统和一种设备故障日志的硬件获取方法。

背景技术

随着电子技术的不断发展和进步，电子设备的功能日益强大，其结构也相应日益复杂，这就为电子设备的可靠性和可维护性提出了更高的要求。其中，电子设备中故障定位及故障原因查找依赖于电子设备自身所记录的日志信息。

目前一般结合看门狗技术，基于软件实现设备故障日志的记录，其工作原理如图1所示：

中央处理器(CPU)在正常工作状态下，会调度设备软件系统适时记录正常工作日志，并周期性向逻辑器件比如CPLD(ComplexProgrammable Logical Device，复杂可编程逻辑器件)发送看门狗清除信号，以声明自己工作正常；一旦CPU由于软件或者硬件原因出现故障，将无法发送看门狗清除信号；

看门狗进行计数器计数，如果在超时溢出之前计数器没有被清零，就认为设备工作异常，从而发送NMI(Non Maskable Interrupt，非屏蔽中断)信号触发CPU进行故障日志记录，然后复位CPU来使设备重新回到正常状态。

上述现有技术中设备故障日志的记录是基于这样一种前提：CPU还能够响应NMI信号，以及，设备软件系统还能够基于NMI中断来执行设备故障日志记录；也就是说，只有在设备故障不严重的时候，才能够通过CPU软件日志系统，记录一些关键信息比如外部设备状态的转换、地址异常信息等；

显然，如果设备崩溃的程度足够彻底，导致CPU或设备软件系统不能够响应包括NMI信号在内的所有信号，那么在CPU复位之前，其软件日志系统将不会进行任何记录；因而，事后常常无法从CPU软件日志系统记录的日志中获得有价值的信息，以致工程师需要浪费大量的时间来复现和解决问题。

因此，目前迫切需要一种不依赖于软件工作状态的设备故障日志记录方案，即使在设备软件系统深度故障情况下仍然能够保证设备关键信息的获取。

发明内容

本发明的实施例旨在提供设备故障日志的硬件获取方案，以在设备软件系统深度故障的情况下，仍然能够确保对于设备中关键信息的记录；

为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种设备故障日志的硬件获取系统，包括：

看门狗装置；

设有JTAG接口的中央处理器CPU；

逻辑器件，分别与所述看门狗装置和CPU的JTAG接口连接，用于接收所述看门狗装置超时溢出时的触发，根据预设的边界扫描逻辑通过所述JTAG接口对CPU中选定单元执行边界扫描，并根据获得的边界扫描结果生成设备故障日志；以及，在边界扫描结束后触发CPU复位。

其中，该逻辑器件可以包括：边界扫描逻辑设置单元，用于选定需要进行边界扫描的单元并设置边界扫描逻辑；边界扫描执行单元，与所述边界扫描逻辑设置单元连接，用于接收述看门狗装置超时溢出时的触发，根据所述边界扫描逻辑通过所述JTAG接口对CPU中选定单元执行边界扫描，并根据获得的边界扫描结果生成设备故障日志；CPU复位单元，与所述边界扫描执行单元连接，用于在边界扫描结束后触发CPU复位。

该逻辑器件还可以包括：边界扫描逻辑收发单元，用于接收外部备份设备下发的边界扫描逻辑，触发所述边界扫描执行单元执行补充边界扫描，并将补充扫描结果反馈给所述外部备份设备。

该逻辑器件包括CPLD、EPLD(Electrically Programmable LogicDevice，电可编程逻辑器件)或者FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)。

上述边界扫描逻辑可以包括对于所述选定单元内信息的读取，和/或，控制所述选定单元读取CPU外部所需器件的信息。

上述设备故障日志的硬件获取系统还可以包括非易失性数据存储器，与所述逻辑器件连接，用于保存逻辑器件生成的设备故障日志。

上述设备故障日志的硬件获取系统还可以包括外部备份设备，所述外部备份设备通过总线远程接入所述逻辑器件，读取所述设备故障日志或下发边界扫描逻辑调度所述逻辑器件执行补充边界扫描。

基于上述设备故障日志的硬件获取系统，本发明的实施例还提供了一种设备故障日志的硬件获取方法，包括以下步骤：

预先在逻辑器件中选定进行边界扫描的单元并设置边界扫描逻辑；

当所述逻辑器件接收到看门狗超时溢出信号时，根据预设的边界扫描逻辑通过JTAG接口对CPU中选定单元执行边界扫描，并根据边界扫描结果生成设备故障日志；

以及，保存所述设备故障日志，并在边界扫描结束后触发CPU复位。

其中，所述边界扫描逻辑可以包括对于所述选定单元内信息的读取，和/或，控制所述选定单元读取CPU外部所需器件的信息。

所述逻辑器件可以将设备故障日志保存在外部非易失性数据存储器中。

还可以包括外部备份设备通过总线远程接入所述逻辑器件，读取所述设备故障日志的步骤；

或者，还可以包括外部备份设备通过总线远程接入所述逻辑器件，通过下发边界扫描逻辑调度所述逻辑器件执行补充边界扫描的步骤。

由上述技术方案可知，本发明的实施例中硬件逻辑通过JTAG接口获得CPU的控制权，具有以下有益效果：

1、不受限于设备软件系统故障程度，即使在设备软件系统深度故障的情况下，依然能够保证对于设备关键信息的获取；

2、能够保证对设备故障的及时、可靠处理；

3、结合远程接入逻辑器件的外部备份设备，可以实现对设备故障的远程诊断或者远程控制。

通过以下参照附图对优选实施例的说明，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更加明显。

附图说明

图1为现有技术中基于软件实现设备故障日志记录的工作原理图；

图2为JTAG规范中TAP控制器的状态机示意图；

图3为能够支持本发明设备故障日志的硬件获取系统的硬件逻辑图；

图4为本发明提供的设备故障日志的硬件获取系统一实施例的框图；

图5为本发明提供的设备故障日志的硬件获取方法一实施例的流程图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例。应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。

基于规范描述和方便阅读的考虑，逐一定义本发明专利申请文件中出现的术语如下：

JTAG(Joint Test Action Group，联合测试行动组)：是一种遵守IEEE1149.1标准的国际标准测试规范，在JTAG规范基础上进行扩展的规范称为EJTAG(Enhanced JTAG)；

JTAG接口：是指遵守JTAG规范定义的接口，比如现有的JTAG接口或者EJTAG接口，甚至于某些基于JTAG规范定义的私有接口；

需要说明的是，上述各术语仅作为指称其意指的名称之一，因此凡意指与其相同或近似的名称均应视为其等价物。

本发明的主要构思在于基于硬件逻辑来记录设备故障日志，来解决设备在软件系统深度故障情况下难以实现故障日志记录的问题。这样，为帮助读者更好的理解本发明，下面首先通过介绍现有技术中JTAG技术，以证明本发明方案的可行性。

IEEE 1149.1标准具体定义了以下规范：

寄存器被分为两大类：数据寄存器(Data Register，DR)和指令寄存器(Instruction Register，IR)；

JTAG接口主要包括以下5个信号：TDI(测试数据输入信号)、TDO(测试数据输出信号)、TMS(测试模式选择信号)、TCK(测试时钟信号)以及TRST(测试复位信号)；

该JTAG接口通过TAP(测试访问端口)控制器能够完成对上述数据寄存器和指令寄存器的访问；图2显示了TAP控制器的状态机，一共有16个同步状态；在TCK信号的驱动下，从当前状态到下一个状态的转换是由TMS信号决定的：假设TAP控制器的当前状态为选择数据寄存器扫描(Select-DR-Scan)，那么在TCK的驱动下，如果TMS＝0，则TAP控制器进入捕获数据寄存器(Capture-DR)状态；如果TMS＝1，则TAP控制器进入选择指令寄存器扫描(Select-IR-Scan)状态；其他状态变化请具体参见IEEE1149.1标准；

其中，边界扫描寄存器属于数据寄存器中很重要的一种，可以通过边界扫描寄存器将CPU和外部输入输出管脚隔离开来；也就是说，JTAG接口通过TAP(测试访问端口)控制器执行边界扫描(Boundary Scan)就可以获得对CPU内部的控制权，从而读取CPU内部关键资源信息或者CPU外部内存块信息；

在理解了上述JTAP技术的基础上，下面将详细介绍本发明所提供的记录设备故障日志的方案。

首先，对本发明提供的记录设备故障日志的硬件获取系统加以描述，请结合图3，为能够支持上述记录设备故障日志的硬件获取系统的硬件逻辑图，其中包括：看门狗装置、设有JTAG接口的CPU和逻辑器件；以及，为了支持上述记录设备故障日志的硬件获取系统的扩展功能，还包括非易失存储器件以及外部备份设备；其中，看门狗装置、逻辑器件与CPU依次连接，在设备正常工作时，CPU定时通过逻辑器件发送看门狗清除信号；在发生硬件或者软件故障时，逻辑器件根据看门狗装置的超时溢出信号执行设备故障日志的记录；

其中，逻辑器件可以通过CPLD、EPLD或者FPGA实现，也可以采用其他类型的可编程逻辑器件，具体由生产设备商根据实际需要确定。

请结合图4，为一具体实施例的框图；以CPLD实现逻辑器件为例，该记录设备故障日志的硬件获取系统400包括：

设有JTAG接口411的CPU410；

看门狗装置430；

当CPU410发生故障时，看门狗装置430超时溢出(即看门狗饿死)，触发CPLD420；

CPLD420，与所述CPU410的JTAG接口411连接，通过模拟边界扫描的接口信号获得CPU410的控制权，即根据预设的边界扫描逻辑，通过所述JTAG接口411对CPU410中选定单元执行边界扫描，生成设备故障日志并在边界扫描结束后触发CPU410复位；

其中，该CPLD420执行边界扫描所根据的预设边界扫描逻辑，是针对选定单元预先设置的；该选定单元可以包括CPU中的错误寄存器(epc)、程序指针寄存器(pc)、原因寄存器(cause)等任何希望保存的寄存器；

上述针对选定单元的边界扫描逻辑根据通用的JTAG规范要求设置即可，可以简述为命令字、操作地址和操作数的结合，对于不同的CPU会存在细节上的差别，具体请参见IEEE 1149.1标准，在此不再赘述；

根据上述边界扫描逻辑通过该JTAG接口411对CPU410中选定单元执行边界扫描，能够读取选定单元内的信息，和/或，能够控制选定单元读取CPU外部所需器件的信息，比如，控制选定单元读取系统主存中的关键内容(如页表、程序栈等等)、外围总线状态、温度监视器等等关键器件信息；

特别是，由于JTAG时钟是MHz级别，因此保证所读取的是故障状态下CPU410内部或者外部的相应数据；比如对于内存来说，JEDEC(SolidState Technology Association，凝固态科技协会)标准中DDR2 SDRAM(Double Data Rate 2，Synchronous Dynamic Random Access Memory，双倍数据率随机存储器)的位线刷新时间为7.9us，也就是当设备发生故障时内存数据至少能保持7.9us，这对于MHz级别的时钟来讲已经足够了，因此能够保证设备故障时内存数据的获取；

可以看出，即使设备软件系统发生了深度故障，由于CPLD420以硬件逻辑接管CPU410控制权，因此能够通过预设的边界扫描逻辑模仿JTAG波形将指定的CPU410内外的重要信息保存下来；因此，本发明提供的记录设备故障日志的硬件获取系统400能够有效利用通用接口JTAG，能够不受限于设备软件故障程度，保证对于设备关键信息的获取；

同时，由于利用的是通用接口JTAG，具有规范的测试逻辑，因此能够大幅简化外部实现电路。

进一步的，CPLD420在边界扫描结束后释放CPU410的复位信号，使CPU正常复位重启，能够保证对于故障设备的及时、可靠恢复；工程师根据CPLD记录下来的信息分析故障原因即可。

在上述记录设备故障日志的硬件获取系统400中，CPLD420具体可以包括以下功能块：

边界扫描逻辑设置单元421，用于选定需要进行边界扫描的单元并设置边界扫描逻辑；

边界扫描执行单元422，与所述边界扫描逻辑设置单元421和看门狗装置430连接，用于根据所述边界扫描逻辑，通过所述JTAG接口411对CPU410中选定单元执行边界扫描，并根据获得的边界扫描结果生成设备故障日志；

CPU复位单元423，与所述边界扫描执行单元422连接，用于在边界扫描结束后触发CPU410复位；

较佳的，为了实现对于远程设备的支持，该CPLD420还可以包括：边界扫描逻辑收发单元424，用于接收外部备份设备下发的边界扫描逻辑，触发所述边界扫描执行单元执行补充边界扫描，并将补充扫描结果反馈给所述外部备份设备。

进一步的，在上述记录设备故障日志的硬件获取系统400中，CPLD420生成的设备故障日志可以保存在内部存储模块中，比如RAM(Random Access Memory，随机存储器)；

但由于RAM在系统掉电时会发生数据丢失，因此较佳的实施方案为CPLD420将设备故障日志保存在专门的非易失性数据存储器440中；

该非易失性数据存储器440可以为FLASH(Flash Memory，闪存)、NVRAM(Non-Volatile Random Access Memory，非易失性随机存储器)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)等；

该非易失性数据存储器440通过内部总线与CPLD420连接；由于局部总线(Local BUS)和I2C总线(Inter IC-BUS，由Philips公司1990年开发的一种简单的双向两线总线，用于IC之间的有限控制)相对容易实现，而且对于CPLD资源占用较少，因此是内部总线的较佳选择；其中，局部总线的时钟是MHz级别，I2C总线的时钟是kHz级别，相对而言，局部总线的效果更佳，但内部总线的具体选用视实际的设计需要加以调整即可，在此不再赘述。

更进一步的，在上述记录设备故障日志的硬件获取系统400中，还可以包括外部备份设备450，该外部备份设备450可以通过CAN(Controller Area Network，控制局域网)总线、I2C总线、Local BUS等远程接入CPLD420；

该外部备份设备450可以用于设备故障日志的远程读取，即无论设备故障日志保存在CPLD420中还是保存在非易失性数据存储器440中，外部备份设备450都能够通过总线远程接入所述CPLD420，读取所述设备故障日志，实现远程的故障信息获取和诊断；

或者，该外部备份设备450可以用于远程控制故障设备执行补充边界扫描，具体如下：

工程师可以通过Telnet协议(远程登陆协议)登陆外部备份设备(备用板)450，下发补充的边界扫描逻辑到故障设备(故障板)的CPLD420，模拟JTAG状态机信号以获取故障板上的补充资源信息；

一般来说，CPLD420中预设的边界扫描逻辑往往是为获取常规故障日志而设的，而通过外部备份设备450远程控制CPU410下发的补充边界扫描逻辑，可以由工程师根据实际需要灵活设置，是对于CPLD边界扫描逻辑的有效补充，从而给研发和维护提供了具大便利；

当然，外部备份设备450指令CPLD420执行补充边界扫描的时间点很难正好处于故障设备未复位之前；因此，如果故障设备复位后恢复正常，那么补充边界扫描获得的结果就不再是故障日志，参考价值不大；但如果故障设备复位后仍未恢复正常，则工程师结合CPLD420存储的设备故障日志和补充边界扫描结果，将更容易分析和定位设备故障。。

继续，对本发明提供的设备故障日志的硬件获取方法加以描述，该设备故障日志的硬件获取方法基于上述提供的设备故障日志的硬件获取系统实现，逻辑器件的硬件逻辑通过模拟边界扫描的接口信号，通过通用的JTAG接口获得了CPU的控制权，因此，即使在设备软件系统深度故障的情况下，仍然能够保证选定单元的信息获取；以及，在保证故障日志记录的前提下，实现对于设备的及时、可靠处理；

上述设备故障日志的硬件获取方法中逻辑器件为CPLD、EPLD、FPGA或其他可编程逻辑器件。

其一实施例如图5所示，以逻辑器件为CPLD为例，包括：

步骤S1：预先在CPLD中选定进行边界扫描的单元并设置边界扫描逻辑，其中，所述边界扫描逻辑可以包括对于选定单元内信息的读取和/或控制选定单元读取CPU外部所需器件的信息；

当所述CPLD接收到看门狗超时溢出信号时，执行步骤S2；

步骤S2：根据预设的边界扫描逻辑，通过所述JTAG接口对CPU中选定单元执行边界扫描并根据边界扫描结果生成设备故障日志；

步骤S3：保存所述设备故障日志；

其中，该设备故障日志既可以保存在CPLD内部存储器中，也可以保存在外部非易失性数据存储器中；

无论设备故障日志保存在什么位置，作为较佳的实施例，外部备份设备可以通过总线远程接入所述CPLD进行读取；

步骤S4：识别边界扫描是否结束，是则执行步骤S5，否则重新执行步骤S2；

步骤S5：触发CPU复位。

作为对逻辑器件(如CPLD)中预设边界扫描逻辑的补充，外部备份设备还可以通过总线远程接入所述CPLD，通过下发补充边界扫描逻辑调度所述CPLD执行补充边界扫描；能够在获取CPLD预设的边界扫描结果的同时，根据实际情况或者更加具有针对性的数据；

当然，外部备份设备指令CPLD执行补充边界扫描的时间点很难正好处于故障设备未复位之前；因此，如果故障设备复位后恢复正常，那么补充边界扫描获得的结果就不再是故障日志，参考价值不大；但如果故障设备复位后仍未恢复正常，则工程师结合CPLD存储的设备故障日志和补充边界扫描结果，将更容易分析和定位设备故障。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种设备故障日志的硬件获取系统，其特征在于，包括：

看门狗装置；

设有JTAG接口的中央处理器CPU；

逻辑器件，分别与所述看门狗装置和CPU的JTAG接口连接，用于接收所述看门狗装置超时溢出时的触发，根据预设的边界扫描逻辑通过所述JTAG接口对CPU中选定单元执行边界扫描，并根据获得的边界扫描结果生成设备故障日志；以及，在边界扫描结束后触发CPU复位。

2.根据权利要求1所述的设备故障日志的硬件获取系统，其特征在于，所述逻辑器件包括：

边界扫描逻辑设置单元，用于选定需要进行边界扫描的单元并设置边界扫描逻辑；

边界扫描执行单元，与所述边界扫描逻辑设置单元连接，用于接收所述看门狗装置超时溢出时的触发，根据所述边界扫描逻辑通过所述JTAG接口对CPU中选定单元执行边界扫描，并根据获得的边界扫描结果生成设备故障日志；

CPU复位单元，与所述边界扫描执行单元连接，用于在边界扫描结束后触发CPU复位。

3.根据权利要求2所述的设备故障日志的硬件获取系统，其特征在于，所述逻辑器件还包括：

边界扫描逻辑收发单元，用于接收外部备份设备下发的边界扫描逻辑，触发所述边界扫描执行单元执行补充边界扫描，并将补充扫描结果反馈给所述外部备份设备。

4.根据权利要求1-3任一所述的设备故障日志的硬件获取系统，其特征在于，所述逻辑器件包括复杂可编程逻辑器件CPLD、电可编程逻辑器件EPLD或者现场可编程门阵列FPGA。

5.根据权利要求1-3任一所述的设备故障日志的硬件获取系统，其特征在于，所述边界扫描逻辑包括对于所述选定单元内信息的读取，和/或，控制所述选定单元读取CPU外部所需器件的信息。

6.根据权利要求1-3任一所述的设备故障日志的硬件获取系统，其特征在于，所述设备故障日志的硬件获取系统还包括非易失性数据存储器，与所述逻辑器件连接，用于保存逻辑器件生成的设备故障日志。

7.根据权利要求1-3任一所述的设备故障日志的硬件获取系统，其特征在于，所述设备故障日志的硬件获取系统还包括外部备份设备，所述外部备份设备通过总线远程接入所述逻辑器件，读取所述设备故障日志或下发边界扫描逻辑调度所述逻辑器件执行补充边界扫描。

8.一种基于权利要求1-7任一所述系统的设备故障日志的硬件获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

预先在逻辑器件中选定进行边界扫描的单元并设置边界扫描逻辑；

当所述逻辑器件接收到看门狗超时溢出信号时，根据预设的边界扫描逻辑通过JTAG接口对CPU中选定单元执行边界扫描，并根据边界扫描结果生成设备故障日志；

以及，保存所述设备故障日志，并在边界扫描结束后触发CPU复位。

9.根据权利要求8所述的设备故障日志的硬件获取方法，其特征在于，所述边界扫描逻辑包括对于所述选定单元内信息的读取，和/或，控制所述选定单元读取CPU外部所需器件的信息。

10.根据权利要求8所述的设备故障日志的硬件获取方法，其特征在于，所述逻辑器件将设备故障日志保存在外部非易失性数据存储器中。

11.根据权利要求8-10任一所述的设备故障日志的硬件获取方法，其特征在于，还包括外部备份设备通过总线远程接入所述逻辑器件，读取所述设备故障日志的步骤。

12.根据权利要求8-10任一所述的设备故障日志的硬件获取方法，其特征在于，还包括外部备份设备通过总线远程接入所述逻辑器件，通过下发边界扫描逻辑调度所述逻辑器件执行补充边界扫描的步骤。

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