CN114416452A - 片上系统诊断方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种片上系统诊断方法和装置，该方法包括：通过信号选择单元选择芯片内部待测试模块的数据和信号，使用选择镜像的方式将信号传输至采样单元；根据信号选择状态，利用采样单元对待测试模块产生的信号进行实时采样和抓取，并将采样结果传输至输出单元；在输出单元将采样结果按照预定义数据格式进行封装，然后将采样结果输出到片外；利用片外工具接收并存储所输出的采样结果，按照预定义数据格式对采样结果进行解析，以实现芯片待测试模块的调试分析。本发明解决了传统芯片诊断方法存在的局限性，提高了产品化芯片的现场故障定位分析和海量数据流场景下的故障定位分析能力，增强了监控信号数量的扩展性。

Description

片上系统诊断方法和装置

技术领域

本发明属于芯片开发领域，特别涉及一种片上系统诊断方法和装置。

背景技术

伴随芯片开发技术和制造工艺的不断演进，集成电路片上系统的功能模块数量持续增加，规模也越来越大，复杂度也随之升高。因此，必须在设计芯片前期通过芯片的诊断来快速有效地定位及分析芯片发生的异常问题。一旦芯片制造出来，若存在内部模块通过现有调试手段无法定位解决的异常问题，那么可能会造成整个芯片的运行失败。

现有技术中典型的片上系统如图1所示，通常采用I/O端口输出监控信号和示波器分析的诊断方法，将芯片内部的关键信号通过选择后控制输出到I/O，利用外部设备进行观测分析，以监测片上系统内部模块的特定信号状态，判断当前模块的运行状态是否达到预期设计。具体而言，在芯片设计阶段，系统内部各个功能模块设计人员挑选指示模块运行状态的关键信号，输送至片内的信号选择单元；信号选择单元依据运行时刻软件的实时配置，动态选择特定模块的相应信号，输出到I/O单元；I/O单元将信号选择单元选择的特定信号输出到芯片的管脚，提供外围监测的可行性；设计人员借助示波器等标准信号测试工具，监测管脚信号运行时刻的波形状态，诊断特定模块的运行状态。

然而现有技术中的上述诊断方法存在一定问题。首先，由于通用诊断方法只能将芯片内部信号通过选择输出到片外，并需要示波器等观测设备进行实时观测，当产品化后芯片使用量剧增，而示波器等观测设备数量有限时，导致无法及时进行现场故障定位分析，使得在芯片产品化后，现场故障定位分析能力不足。其次，受观测方法的限制，仅仅能够通过现场进行实时信号抓取，然后进行分析，而不能有效存储记录芯片内部信号变化过程。外部观测设备无法记录分析芯片内部数据流中的瞬态信号变化过程，也就无法适用于海量数据流场景下的故障分析定位。另外，被监控信号的选择逻辑在芯片制造后是不可更改的。为了尽可能满足日后调试需要，需要观测的信号数量可能会有成百上千，如果需要实现全部诊断，还要在芯片设计时加入额外的选择逻辑，造成使用配置的复杂性，随着I/O管脚数量增加，设计生产成本随之增加，势必导致监控信号数量扩展性和配置易用性不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种片上系统诊断方法和装置，以解决现有技术无法实现复杂芯片的内部关键数据流和重要信号的调试监控的问题。

根据本发明的第一方面，首先提供了一种片上系统诊断方法，包括：

S101、通过信号选择单元选择芯片内部待测试模块的数据和信号，使用选择镜像的方式将信号传输至采样单元；

S102、根据信号选择状态，利用所述采样单元对所述待测试模块产生的信号进行实时采样和抓取，并将采样结果传输至输出单元；

S103、在所述输出单元将所述采样结果按照预定义数据格式进行封装，然后将所述采样结果输出到片外；

S104、利用片外工具接收并存储所输出的采样结果，按照所述预定义数据格式对所述采样结果进行解析，以实现所述芯片待测试模块的调试分析。

优选地，所述预定义数据格式包括类型字段，用于指定与当前数据包的来源所对应的芯片模块。

优选地，所述按照所述预定义数据格式对所述采样结果进行解析之后，进一步包括：

将解析后的数据发送到可视化界面进行显示。

优选地，所述将所述采样结果输出到片外，进一步包括：

通过所述片上系统的通用协议接口将所述采样结果输出到片外。

优选地，所述通用协议接口包括USB、PCIe或者网络端口。

相应地，根据本发明的第二方面，提供了一种片上系统诊断装置，包括：

信号选择单元，用于选择芯片内部待测试模块的数据和信号，使用选择镜像的方式将信号传输至采样单元；

采样单元，用于根据信号选择状态，对所述待测试模块产生的信号进行实时采样和抓取，并将采样结果传输至输出单元；

输出单元，用于将所述采样结果按照预定义数据格式进行封装，然后通过通用协议接口将所述采样结果输出到片外；

解析单元，用于接收并存储所输出的采样结果，并按照所述预定义数据格式对输出的采样结果进行解析，以实现所述芯片待测试模块的调试分析。

优选地，所述预定义数据格式包括类型字段，用于指定与当前数据包的来源所对应的芯片模块。

优选地，所述解析单元进一步被配置为：

将解析后的数据发送到可视化界面进行显示。

优选地，所述输出单元进一步被配置为：

通过所述片上系统的通用协议接口将所述采样结果输出到片外。

优选地，所述通用协议接口包括USB、PCIe或者网络端口。

相比于现有技术，本发明具有以下优点：

通过实时抓取芯片内部多个模块的重要数据流、关键信号等信息，按照既定数据格式进行封装，然后通过配置选择通用接口输出到芯片外，由片外工具进行存储和解析处理，可以完成芯片实际运行过程中的海量数据监测，更有利于进行系统级问题分析，提高了芯片产品化后的故障定位能力。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而彻底了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获取。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的某些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。

图1示出了根据现有技术的用于实现片上系统诊断的架构示意图。

图2示出了根据本发明的用于实现片上系统诊断的架构示意图。

图3示出了根据本发明的采样数据包的预定义格式的示意图。

图4示出了根据本发明的片上系统诊断方法的流程图。

图5示出了基于本发明的片上系统诊断方法将芯片模块数据流按照图3的数据包格式完成封装的总体波形图。

图6-图9分别示出了基于本发明的片上系统诊断方法将芯片中不同模块数据流按照图3的数据包格式封装的总体波形图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为有效满足现有复杂芯片的内部关键数据流和重要信号的调试监控需求，本发明提出了一种片上系统诊断方法和装置，在系统运行过程中，实际地记录待调试模块内部瞬态，抓取待调试模块间专用接口数据和监控模块内部缓存数据等功能。

参见图2，本发明在芯片前端设计中设置信号选择单元、采样单元和输出单元，通过连接各个待调试模块，将各待调试模块内部关键信息数据流和重要信号按照预定义数据包格式进行自动封装，最后转为通用协议接口，如USB、PCIe或者网络端口输出到片外。最后结合片外接收模块的存储记录和利用软件脚本对数据进行解析还原，得到便于有效分析的可视化界面，实现快速有效定位及分析芯片异常问题和复杂芯片的内部关键数据流和重要信号的调试监控的目的。

本发明片上系统诊断装置包括片上部分和片外部分。片上系统的组成单元为信号选择单元，采样单元和输出单元。此外，片外系统包括解析单元，用于实现采样结果的解析。解析单元具体包括后处理软件和可视化工具等配合使用的功能模块。

其中，所述信号选择单元在芯片模块正常工作运行时，通过信号选择单元将待测试模块内部的重要数据流和关键信号，使用选择镜像的方式将信号传输至采样单元。

所述采样单元根据选择好的数据流和关键信号，进行信号实时采样抓取，传输至输出单元进行后续处理。

所述输出单元将采样后的数据按照预先定义好的数据格式进行封装处理，最后通过通用协议接口如USB、PCIe或者网络端口输出到片外。其中，预先定义的数据格式将在下文结合图3作进一步描述。

所述片外系统中的后处理软件、可视化工具用于接收并存储输出的片外信号，使用软件脚本按照预先定义的数据包格式进行解析处理，还原为可展现片上实际运行的可视化界面，方便调试分析。

通过上述各个单元模块，实现了片上系统通过实时抓取芯片模块内重要数据流和关键信号后封装为预定义数据包格式。模块输出信号使用64位数据位宽，扩展了整个通路的数据带宽。通过信号选择单元进行选择后再经过采样单元和输出单元输出到片外。主机通过通用协议接口对接线缆，采样输出的数据流信息，随后可以存入硬盘。最后使用可视化软件对存储的数据进行解析还原，由测试人员进行片上系统的诊断分析。

在优选的实施例中，参见图3所示，将数据包帧格式进行具体的定义，具体包括如下字段：

1.魔术字帧头Magic ID Head：用于识别诊断帧的帧头，可通过软件配置进行更改，以提高扩展性，长度16位，默认设置为7E7Dh。

2.类型Type：用于定义当前帧来源。举例而言，如果芯片内存在N个模块(模块1～模块N)，当数据来源为模块1时，该字段取值为01h；当数据来源为模块2时，该字段取值为02h；当数据来源为模块3时，该字段取值为03h，以此类推。

3.时间单位Unit：用于指示当前数据包的系统时间单位，具体取值可以是：

01h：ns(纳秒)；

02h：us(微秒)；

03h：ms(毫秒)；

4.时间戳Timestamp：用于指示当前帧的系统时间，该系统时间用于记录显示数据包之间的时间关联性；长度可以是40位。

5.信号Signal：即要传输的诊断信号信息，长度为64位，用于指示当前帧的有效信息；可以划分成两个DWord。

6.循环冗余校验CRC：即当前帧的校验值，用于接收过程中数据包的正确性检查结果，长度为16位。

7.魔术字帧尾Magic ID Tail：用于识别诊断帧的帧尾，可通过软件配置进行更改，以提高扩展性，长度为16位，默认设置为7A7Ch。

参见图4的流程图，根据本发明的片上系统诊断方法，包括：

S101、通过信号选择单元选择芯片内部待测试模块的数据和信号，使用选择镜像的方式将信号传输至采样单元。

芯片内部可能存在多个待测试模块，而用户的诊断需求可能对应于某一个或多个模块。因此功能模块设计人员可以选择指示模块运行状态的关键信号。通过信号选择单元的选通，确定要监控的模块对应的信号通道，即对需要诊断的模块进行信号诊断。

S102、根据信号选择状态，利用所述采样单元对所述待测试模块产生的信号进行实时采样和抓取，并将采样结果传输至输出单元。

由于模块的管脚信号在不同的运行时刻波形状态是不断变化的，为了捕获任意时刻的瞬态信号，该步骤实时捕获芯片内部待测试模块的数据流，并将捕获到的采样结果实时输出到后续单元等待进一步处理。

S103、在所述输出单元将所述采样结果按照预定义数据格式进行封装，然后通过通用协议接口将所述采样结果输出到片外。

参见图3，具体可以按照预先设定好的统一数据格式对采样结果进行封装，得到统一格式的数据包，并通过串行接口例如USB、PCIe或者网络端口等传输到主机PC，能够实现对芯片内各个模块进行海量数据流的实时抓取。

S104、利用片外工具接收并存储所输出的采样结果，按照所述预定义数据格式对所述采样结果进行解析，以实现所述芯片待测试模块的调试分析。

具体地，主机PC按照图3所示的预定义协议格式对采样结果进行解码，将数据还原到可展现片上实际运行状况的可视化界面，方便用户查看信号状态，便于调试和分析。

本发明通过实时抓取芯片内部多个模块的重要数据流、关键信号等信息，按照既定数据格式进行封装，然后通过配置选择通用接口输出到芯片外，由片外工具进行存储和解析处理，可以完成芯片实际运行过程中的海量数据监测，更有利于进行系统级问题分析，极大地提高了芯片产品化后的故障定位能力。

下文以实际场景为例，介绍将芯片内15个模块内的数据流进行实时抓取打包并最后输出到片外的过程。图5是采用本发明的方法将各模块数据流按照图3数据包格式完成封装的总体波形图。

由图5可知，在当前数据包中，魔术字帧头Magic ID Head为7E7Dh；类型Type为01h，02h…0Fh，分别代表数据来源为模块1～15；时间单位Unit为01h，代表ns(纳秒)；时间戳Timestamp的起始值为AAAAAAAAAAh；信号Signal表示64位当前模块的诊断信号信息，起始数据为8877665544332211h，此后每帧数据进行累加1的操作；循环冗余校验CRC是当前数据包的校验值；魔术字帧尾Magic ID Tail为7A7Ch。

图5中所示的data_o[15:0]是将上述信息按照图3的预定义数据包格式以16位的位宽进行显示的数据。data_vld_o指示当前时钟周期data_o[15:0]有效。然后由输出单元将data_o[15:0]和data_vld_o转为通用协议接口，如USB、PCIe或者网络端口输出到片外。最后由片外工具按照通用协议接口进行接收存储数据，完成处理分析。

图6、图7和图8分别为片外工具所获得的放大后的模块1、2和3的第一帧数据包波形图，图9对应于模块15的第一帧数据包波形图。其余模块的数据包以此类推。其中data_o[15:0]的具体信息内容在波形图中已进行了标注。以图6的模块1的第一帧为例，data_o[15:0]由帧头head、类型type(表示源自模块1)、单位unit(表示单位为ns)、时间戳timestamp、信号signal(共64位)以及CRC校验码组成。将数据data_o[15:0]以波形图的形式显示出来，可以使调试人员直观地监控芯片内各个模块的动态数据流。

从以上实施例中可以看出，如果采用传统技术的通用I/O端口输出和示波器分析的诊断方案，只能监控芯片内部被选中的信号状态，而无法对上述这些模块的动态数据流进行监控，因此不能满足调试需求。相比之下，采用本发明的芯片模块诊断方法，实时抓取芯片内部各个模块的任意时刻的数据和信号状态，有效记录芯片内部信号变化的全过程。

本领域技术人员可以理解，上述实施例中描述的方法步骤和装置的组件仅为举例。本领域技术人员可以根据需要，对上述片上系统诊断方法流程的多个步骤进行合并、增删或顺序调整，或对片上系统诊断装置的架构进行容易想到的调整。而不应将本发明的构思限制于上述示例的具体结构和流程。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种片上系统诊断方法，其特征在于，包括：

S101、通过信号选择单元选择芯片内部待测试模块的数据和信号，使用选择镜像的方式将信号传输至采样单元；

S102、根据信号选择状态，利用所述采样单元对所述待测试模块产生的信号进行实时采样和抓取，并将采样结果传输至输出单元；

S103、在所述输出单元将所述采样结果按照预定义数据格式进行封装，然后将所述采样结果输出到片外；

S104、利用片外工具接收并存储所输出的采样结果，按照所述预定义数据格式对所述采样结果进行解析，以实现所述芯片待测试模块的调试分析。

2.根据权利要求1所述的片上系统诊断方法，其特征在于，所述预定义数据格式包括类型字段，用于指定与当前数据包的来源所对应的芯片模块。

3.根据权利要求1所述的片上系统诊断方法，其特征在于，在所述按照预定义数据格式对所述采样结果进行解析之后，进一步包括：

将解析后的数据发送到可视化界面进行显示。

4.根据权利要求1所述的片上系统诊断方法，其特征在于，所述将所述采样结果输出到片外，进一步包括：

通过所述片上系统的通用协议接口将所述采样结果输出到片外。

5.根据权利要求4所述的片上系统诊断方法，其特征在于：

所述通用协议接口包括USB、PCIe或者网络端口。

6.一种片上系统诊断装置，其特征在于，包括：

信号选择单元，用于选择芯片内部待测试模块的数据和信号，使用选择镜像的方式将信号传输至采样单元；

采样单元，用于根据信号选择状态，对所述待测试模块产生的信号进行实时采样和抓取，并将采样结果传输至输出单元；

输出单元，用于将所述采样结果按照预定义数据格式进行封装，然后通过通用协议接口将所述采样结果输出到片外；

解析单元，用于接收并存储所输出的采样结果，按照所述预定义数据格式对所述采样结果进行解析，以实现所述芯片待测试模块的调试分析。

7.根据权利要求6所述的片上系统诊断装置，其特征在于，所述预定义数据格式包括类型字段，用于指定与当前数据包的来源所对应的芯片模块。

8.根据权利要求6所述的片上系统诊断装置，其特征在于，所述解析单元进一步被配置为：

将解析后的数据发送到可视化界面进行显示。

9.根据权利要求6所述的片上系统诊断装置，其特征在于，所述输出单元进一步被配置为：

通过所述片上系统的通用协议接口将所述采样结果输出到片外。

10.根据权利要求9所述的片上系统诊断装置，其特征在于：

所述通用协议接口包括USB、PCIe或者网络端口。

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