軟硬件搭橋改善SoC驗證效率

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

圖4: SoC波形實例。

　　盡管軟件調試設施和硬件調試設施在目標平臺上觀測只限于軟件問題或硬件問題時效果很好，但在了解涉及軟件和硬件交互的行為時，則面臨著明顯挑戰。表1列出了我們的測試臺開發過程中遇到的部分問題，以及我們在業界看到的代表性問題。

　　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，但通常很難確定觀測到的不正確行為到底是因還是果。這個問題經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。關鍵在于確定多個事件之間的臨時關系，這要求軟件調試視圖和硬件調試視圖之間有一個公共參照物。

　　事件管理

　　重建軟件調試視圖和硬件調試視圖之間臨時關系的能力，涉及兩種調試設施中調試狀態和事件處理的整合，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捕獲站可以視作自治設備。為支持儀器之間的“交叉觸發”,有一條共享事件總線及一個集中式事件處理器。集中式事件處理器在圖5中標為接入控制（Access Control），把調試事件和狀態傳送給Analyzer軟件，Analyzer軟件管理著整個調試基礎設施。這可以對多個功能單元和時鐘域同時進行高效硬件調試。為創建綜合事件管理，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。通過采用綜合事件管理，基礎設施可以檢測軟件斷點事件，調試處理器的狀態。同樣，軟件調試設施能夠檢測硬件觸發，調試硬件調試設施的狀態。

　　綜合事件管理的兩大優勢是軟件調試發起的事件能夠控制硬件觸發，硬件調試發起的事件能夠控制軟件調試。更具體地說，軟件斷點可以映射到特定硬件行為，硬件觸發可以在某個點中斷軟件。圖6和圖7分別說明了這兩種場景的實例。

圖6:由軟件發起的事件。

圖7:由硬件發起的事件。

　　為演示綜合調試系統中軟件發起的斷點功能，我們修改了Linux內核，在磁盤扇區0x00041d90上發生讀取時打印消息“BLOCK”.然后，把目標對準調試設施中來自“sysace”Compact Flash控制器的軌跡。我們使用GDB,在xsysace.c文件第714行上設置了一個硬件斷點（printk發生的行）。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磁盤。如圖6所示，軟件斷點在希望的行上暫停了內核執行，另外還觸發了硬件調試設施。結果，可以在軟件斷點時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起的觸發功能。我們設置成在Linux內核清除以太網適配器中的“RX Packet Ready Interrupt Bit”時發生硬件觸發。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起一個發送包。在應答發生時，這個包到達以太網物理層，由以太網適配器處理。然后處理器被中斷，Linux內核服務中斷。在中斷服務結束時，中斷被清除。這導致硬件觸發和軟件被暫停，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復雜系統中硬件和軟件的同步行為或時間相關行為。

　　小結

　　通過在軟件調試設施和硬件調試設施之間創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現單事件同步。這種同步可以有意義地表示同時來自這兩種基礎設施的調試數據。這樣一個完整的系統視圖為觀察涵蓋軟件和硬件的各種SoC功能之間的臨時關系打開了一扇窗戶，可以更快、更高效地調試日益復雜的SoC設計。