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一种基于JTAG标准的X-DSP芯片调试/测试部件的设计与实现

作　者: 张英杰
导　师: 陈吉华
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 软件工程
关键词: 可测性设计 边界扫描 片上调试 异步信号传输 集成开发环境 API函数
分类号: TN407
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


X-DSP处理器是由国防科学技术大学计算机学院自主研发的一款高性能32位定点DSP芯片。针对X-DSP应用开发阶段对于片上调试的应用需求以及芯片板级互连的测试要求,本文在深入研究X-DSP体系结构、多种SOC片上调试技术及可测性设计的方法之后,提出一种基于JTAG标准的X-DSP片上调试、测试结构的设计方案,并实现了该调试测试结构的硬件设计、仿真验证以及集成开发环境的调试驱动程序的代码设计。本文首先设计实现了X-DSP处理器的边界扫描结构。从提高设计的稳定性、灵活性的角度出发,在深入研究边界扫描理论的基础上,采用自行设计的改进型边界扫描单元,完成了边界扫描链的构建和扫描控制逻辑的设计实现。此外,通过扩展JTAG标准的指令集、新增控制扫描链等方法为调试、测试逻辑的深度整合提供了支持。其次,在实现边界扫描结构的基础上,提出一种X-DSP片上调试系统的设计方案,并完成了RTL级的代码设计和仿真验证。通过将边界扫描结构与片上调试逻辑相融合,实现了X-DSP处理器的调试系统的设计,为嵌入式的应用开发提供了必要的硬件支持。通过流水线的运行控制,实现了外部仿真停、单步执行、断点操作等基本的调试功能;可通过JTAG接口对片上存储空间进行访问,设计实现了一种基于握手通信原理的存储访问控制机制。调试系统由边界扫描结构为其提供高效的控制通道和数据通道,避免了管脚数量的增加,且显著提高了硬件资源的利用率。再次,在完成上述硬件设计的基础上,为实现调试过程的软硬件的协同控制,在Visual C++6.0环境下,应用Win32 API函数实现了调试驱动程序的设计。最后,对设计进行了模块级和系统级的仿真验证,仿真结果表明该系统结构设计合理、功能全面、运行稳定,实现了预期的设计目标,为今后的应用程序开发及板级互连的测试提供了有力支持。

全文目录


摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章 绪论  11-19
  1.1 课题研究背景  11
  1.2 测试理论概述  11-13
    1.2.1 可测性设计的概念  11-12
    1.2.2 可测性设计的方法  12-13
  1.3 调试技术概述  13-14
  1.4 片上调试方法分析  14-17
    1.4.1 后台调试模式(BDM)  14-16
    1.4.2 基于JTAG 标准的调试方法  16-17
  1.5 课题研究内容与成果  17-18
  1.6 本文的组织结构  18-19
第二章 X-DSP 体系结构概述  19-24
  2.1 X-DSP 的总体结构  19-20
  2.2 X-DSP 处理器的指令流水线  20-21
  2.3 X-DSP 的片内存储资源  21-22
  2.4 X-DSP 处理器的调试/测试结构概述  22-23
    2.4.1 总体结构概述  22
    2.4.2 调试/测试部件对调试的支持  22-23
    2.4.3 调试/测试部件对测试的支持  23
  2.5 本章小结  23-24
第三章 X-DSP 调试/测试结构硬件的设计实现  24-43
  3.1 X-DSP 边界扫描的设计与实现  24-30
    3.1.1 TAP 控制器的设计  25-26
    3.1.2 指令寄存器（IR）的设计  26-27
    3.1.3 边界扫描单元的设计与优化  27-30
  3.2 X-DSP 调试控制逻辑的设计与实现  30-34
    3.2.1 调试控制逻辑的主要构成  30-31
    3.2.2 仿真调试控制寄存器的设计  31
    3.2.3 流水线调试控制单元的设计  31-34
  3.3 跨时钟域异步信号传输的的研究与实现  34-42
    3.3.1 异步信号交互的问题分析  34-36
    3.3.2 异步信号传输的同步策略  36-39
    3.3.3 存储访问控制单元的设计实现  39-42
  3.4 本章小结  42-43
第四章 X-DSP 调试/测试结构硬件的设计验证  43-53
  4.1 验证的方法与策略  43-45
    4.1.1 验证的方法  43-44
    4.1.2 验证的策略  44-45
  4.2 X-DSP 仿真测试部件功能测试码的开发  45-47
    4.2.1 功能测试码开发的原则  45
    4.2.2 系统级验证的功能测试码开发  45-47
  4.3 系统调试功能的仿真结果  47-50
    4.3.1 边界扫描结构的仿真验证  47-48
    4.3.2 片上调试结构的仿真验证  48-50
  4.4 代码覆盖率分析及设计代价评测  50-52
    4.4.1 测试码的覆盖率分析  50-51
    4.4.2 设计代价的分析与评测  51-52
  4.5 本章小结  52-53
第五章 X-DSP 调试/测试结构的软件设计  53-62
  5.1 集成开发环境概述  53-54
  5.2 调试驱动程序的实现思想  54-56
    5.2.1 常用串口通信API 函数介绍  54-56
    5.2.2 调试驱动程序实现的基本原理  56
  5.3 调试驱动程序的设计实现  56-61
    5.3.1 调试驱动程序的设计划分  56-57
    5.3.2 部分关键函数的设计实现  57-61
  5.4 本章小结  61-62
第六章 结束语  62-64
  6.1 本文工作总结  62
  6.2 工作展望  62-64
致谢  64-65
参考文献  65-67
作者在学期间取得的学术成果  67

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 微电子学、集成电路（IC） > 一般性问题 > 测试和检验
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