【摘要】： 隨著嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,高效的開(kāi)發(fā)調(diào)試工具越來(lái)越受到關(guān)注。片上在線追蹤(片上trace)調(diào)試技術(shù)通過(guò)專用硬件非入侵地實(shí)時(shí)記錄處理器的運(yùn)行信息,具有可信度高、無(wú)需代碼改動(dòng)和不影響系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等優(yōu)點(diǎn),可有效解決當(dāng)前高集成度和高實(shí)時(shí)性嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試?yán)щy,因此成為近幾年來(lái)嵌入式調(diào)試技術(shù)的重要研究方向。 在航天和軍事等應(yīng)用領(lǐng)域中,處理器的可靠性成為至關(guān)重要的問(wèn)題,因此需要在線容錯(cuò)機(jī)制處理各類硬件故障。錯(cuò)誤檢測(cè)是容錯(cuò)的首要步驟,滿足嵌入式系統(tǒng)對(duì)成本和功耗的要求,研究低硬件開(kāi)銷和低性能損失的錯(cuò)誤檢測(cè)方法具有重要意義。 本文針對(duì)片上trace調(diào)試技術(shù)和錯(cuò)誤檢測(cè)技術(shù)展開(kāi)研究。首先討論了嵌入式處理器的調(diào)試模型,對(duì)片上trace技術(shù)的原理、優(yōu)勢(shì)和實(shí)現(xiàn)模型進(jìn)行了深入分析,而后對(duì)片上信息采集壓縮、trace數(shù)據(jù)流的片上傳輸結(jié)構(gòu)和trace輔助的調(diào)試調(diào)優(yōu)應(yīng)用等幾個(gè)方面進(jìn)行了深入研究,并在上述研究工作的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)多核片上trace調(diào)試系統(tǒng),驗(yàn)證了本文的研究結(jié)論。本文還提出了一種控制流錯(cuò)誤檢測(cè)方法,滿足了嵌入式處理器低開(kāi)銷的容錯(cuò)需求。 本文取得的主要研究成果如下: (1)在片上trace信息的采集壓縮方面提出旨在提高壓縮率和靈活性的改進(jìn)和創(chuàng)新:設(shè)計(jì)了有效壓縮條件分支消息的長(zhǎng)短串編碼方式;設(shè)計(jì)了分支輸出配置位,用于控制采集內(nèi)容與輸出數(shù)據(jù)量之間的靈活折中;設(shè)置了有效輔助程序調(diào)優(yōu)的事件trace,提供了在精度和數(shù)據(jù)量之間靈活折中的編碼方式;設(shè)計(jì)了對(duì)trace功能進(jìn)行非入侵配置訪問(wèn)的NOP config指令。 (2)根據(jù)多核trace數(shù)據(jù)流傳輸?shù)奶攸c(diǎn),提出一種基于服務(wù)請(qǐng)求門(mén)限和最小服務(wù)粒度雙重約束的懶惰隊(duì)列調(diào)度算法。該算法通過(guò)設(shè)置各隊(duì)列的服務(wù)請(qǐng)求門(mén)限控制隊(duì)長(zhǎng)分布,通過(guò)設(shè)置最小服務(wù)粒度和懶惰服務(wù)切換減少隊(duì)列切換開(kāi)銷。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該算法能夠按設(shè)置的隊(duì)列優(yōu)先級(jí)充分利用緩沖容量,有效降低各緩沖隊(duì)列的溢出。該算法的實(shí)現(xiàn)代價(jià)合理,具有良好的可擴(kuò)展性。 (3)擴(kuò)展了片上trace技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域,提出一種將代碼排布技術(shù)與指令預(yù)取技術(shù)結(jié)合使用的方法。由片上trace非入侵地獲得帶有時(shí)間信息的程序執(zhí)行路徑,利用程序運(yùn)行的周期行為特性設(shè)置預(yù)取,以增加預(yù)取容限為目標(biāo)進(jìn)行函數(shù)級(jí)的代碼排布,并利用VLIW的空閑單元執(zhí)行預(yù)取指令。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,同單獨(dú)實(shí)施的指令預(yù)取或代碼排布相比,該方法能更有效地減少指令Cache失效。 (4)針對(duì)嵌入式系統(tǒng)低開(kāi)銷的容錯(cuò)需求,結(jié)合VLIW結(jié)構(gòu)處理器的特點(diǎn),提出一種基于特征值監(jiān)督的控制流錯(cuò)誤檢測(cè)方法。設(shè)計(jì)了弱位置約束的特征值指令,允許在一定范圍內(nèi)尋找空閑指令槽或NOP指令位置來(lái)執(zhí)行特征值指令,由此減小了處理器的性能損失和代碼長(zhǎng)度開(kāi)銷。設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)特征值修正指令,可根據(jù)分支寄存器的內(nèi)容動(dòng)態(tài)修正預(yù)期特征值,相比硬件方法擴(kuò)大了故障檢測(cè)范圍,相比軟件方法減小了性能損失。該方法可以檢測(cè)15種控制流錯(cuò)誤和指令碼的位翻轉(zhuǎn)錯(cuò)誤,具有較高的故障覆蓋率和較小的硬件開(kāi)銷。 (5)建立了基于存儲(chǔ)元件狀態(tài)集合的嵌入式處理器調(diào)試模型,對(duì)片上trace的工作機(jī)理、內(nèi)在優(yōu)勢(shì)和實(shí)現(xiàn)模型進(jìn)行了深入分析和討論。實(shí)現(xiàn)了一套較為完善的片上trace調(diào)試系統(tǒng),通過(guò)對(duì)多核程序的實(shí)例研究,該系統(tǒng)可有效輔助調(diào)試和調(diào)優(yōu)。
【圖文】：

a)物理版圖b)設(shè)計(jì)樣片圖1.3YHFT一DsP/80o的物理版圖以及設(shè)計(jì)樣片過(guò)不斷改進(jìn)，YHFT系列DsP已經(jīng)形成了一套較為完善的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)上硬件調(diào)試邏輯、JTAG接口的硬件仿真器、軟件模擬器以及可視發(fā)環(huán)境(YHFT一IDE)等。與通用微處理器相比，DSP的片上資源開(kāi)發(fā)環(huán)境在與目標(biāo)處理器分離的調(diào)試主機(jī)中實(shí)現(xiàn)。在調(diào)試目標(biāo)處件調(diào)試邏輯和JTAG調(diào)試接口，通過(guò)硬件仿真器與YHFT一IDE實(shí)試系統(tǒng)采用了ICD調(diào)試方式，斷點(diǎn)和單步調(diào)試手段嚴(yán)重影響程序一方面，該調(diào)試系統(tǒng)針對(duì)單核設(shè)計(jì)，無(wú)法對(duì)多核環(huán)境下的數(shù)據(jù)共試支持。性能DsP應(yīng)用于空間環(huán)境時(shí)需要一定的抗輻照能力I’“8]。在60C。射場(chǎng)中對(duì)YHFT一DSP/700進(jìn)行了針對(duì)總劑量效應(yīng)的測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)率為10rad(Si)/s、總劑量為1巧.2krad(Si)時(shí)芯片能夠正常工作，間不是很長(zhǎng)的低軌衛(wèi)星星載信號(hào)處理平臺(tái)的需要l’09]。但在輻照效

單芯片多核結(jié)構(gòu)是當(dāng)前高性能微處理器體系結(jié)構(gòu)最重要的發(fā)展方向之一，高性能多核DSP具有巨大的市場(chǎng)潛力，，對(duì)自主研制多核DSP提出了迫切的需求。本人所在課題組基于己有成果YHFT一DSP/800，正在研制一款異構(gòu)多核處理器YHFT一QDSP(以下稱Qnsp)。QDSP包含四個(gè)增強(qiáng)的YHFT一DSP/80O內(nèi)核和一個(gè)犯位班SC核，如圖1.4所示。RISC核主要用于實(shí)現(xiàn)前端用戶接口與任務(wù)控制以及故障處理等功能，四個(gè)DSP核主要負(fù)責(zé)后端數(shù)據(jù)處理與計(jì)算加速。班SC核的存儲(chǔ)空間與DSP核相互獨(dú)立，二者通過(guò)公共總線進(jìn)行通信。四個(gè)DSP核采用彼此獨(dú)立的片外存儲(chǔ)空間和兩級(jí)Cache結(jié)構(gòu)，通過(guò)快速共享數(shù)據(jù)緩沖池(FSDP)實(shí)現(xiàn)“DSP核一DSP核”的緊禍合數(shù)據(jù)共享與交換，通過(guò)片外存儲(chǔ)接口控制器(E叨C)訪問(wèn)各自的片外存儲(chǔ)空間。QDSP片內(nèi)還設(shè)計(jì)了支持核間數(shù)據(jù)松藕合傳輸?shù)钠匣ヂ?lián)機(jī)制Qlink。Qlink互聯(lián)由高速交叉開(kāi)關(guān)(Switch)和Qlink模塊組成，Qlink模塊是DSP核間通信接口，Switch完成各Qlink模塊之間的全交叉互連。Qlink互聯(lián)機(jī)制支持單播和組播兩類傳輸模式，每次傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)長(zhǎng)度為1024字。
【學(xué)位授予單位】：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：TP332

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳東偉;韓娜;;嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)在基于多核處理器的視頻監(jiān)控中的應(yīng)用[J];鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版);2007年04期

2 陳東偉;韓娜;;嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)在基于多核處理器的視頻監(jiān)控中的應(yīng)用[J];安防科技;2008年02期

3 WARREN WEBB;;嵌入式裝置上網(wǎng)的保密措施[J];電子設(shè)計(jì)技術(shù);2001年12期

4 陳利鋒;劉博勤;涂時(shí)亮;陳章龍;;嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];計(jì)算機(jī)科學(xué);2001年10期

5 高峰;質(zhì)量提高 新品涌現(xiàn)——2002年嵌入式系統(tǒng)及其應(yīng)用研討會(huì)暨多國(guó)產(chǎn)品展示會(huì)側(cè)記[J];電子產(chǎn)品世界;2002年23期

6 張承瑞,吳俊卿,李劍峰;嵌入式Linux在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J];制造業(yè)自動(dòng)化;2003年02期

7 蔣巧文,潘孟春;高性能低功耗的32位RISC微處理器HMS30C7202[J];湖南理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2004年03期

8 倪天龍 ,張賢高 ,王培;數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用[J];單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用;2005年10期

9 曹玲芝 ,石軍 ,任亞萍;無(wú)線通信在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用[J];微計(jì)算機(jī)信息;2005年22期

10 ;演繹普適計(jì)算應(yīng)用創(chuàng)新——飛思卡爾利用Linux OS和PowerPC架構(gòu)推動(dòng)技術(shù)匯聚[J];半導(dǎo)體技術(shù);2006年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 陳福;周樹(shù)杰;林小竹;楊躍翔;;應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的研究[A];2004全國(guó)測(cè)控、計(jì)量與儀器儀表學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（下冊(cè)）[C];2004年

2 孫柏林;;從“自成系統(tǒng)”到“嵌為一體”——軍用嵌入式系統(tǒng)漫談[A];04'中國(guó)企業(yè)自動(dòng)化和信息化建設(shè)論壇暨中南六省區(qū)自動(dòng)化學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)專輯[C];2004年

3 馮斌;張恩軍;隗娜;;基于嵌入式系統(tǒng)的無(wú)線監(jiān)控終端研究[A];2006電力系統(tǒng)自動(dòng)化學(xué)術(shù)交流研討大會(huì)論文集[C];2006年

4 劉樹(shù)鑫;曹云東;侯春光;劉曉明;;嵌入式系統(tǒng)在斷路器智能控制中的應(yīng)用[A];第一屆電器裝備及其智能化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2007年

5 朱芳;章堅(jiān)武;;基于網(wǎng)絡(luò)處理器的VoIP網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)[A];浙江省電子學(xué)會(huì)第七次會(huì)員代表大會(huì)暨2007學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2007年

6 董治華;張林銳;劉亮;;基于智能壓力變送器的嵌入式檢測(cè)系統(tǒng)研究[A];第十九屆測(cè)控、計(jì)量、儀器儀表學(xué)術(shù)年會(huì)(MCMI'2009)論文集[C];2009年

7 李光先;陸陽(yáng);;應(yīng)用UC/OS-Ⅱ設(shè)計(jì)嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)軟件[A];全國(guó)第13屆計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)（CAD/CG）學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

8 梁磊;洪永強(qiáng);;基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的嵌入式系統(tǒng)[A];福建省科協(xié)第四屆學(xué)術(shù)年會(huì)提升福建制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的戰(zhàn)略思考專題學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2004年

9 爾賓;虞小偉;吳強(qiáng);劉明亮;;基于實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)的多媒體播放器設(shè)計(jì)[A];2007通信理論與技術(shù)新發(fā)展——第十二屆全國(guó)青年通信學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（上冊(cè)）[C];2007年

10 黃品文;鄭麗敏;;嵌入式電子鼻系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[A];2007年中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2007年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 ;軟件行業(yè)嵌入式系統(tǒng)分會(huì)成立[N];中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2004年

2 龔炳錚;嵌入式系統(tǒng)大有作為[N];中國(guó)石油報(bào);2003年

3 記者 王曉濤;物聯(lián)網(wǎng)勿求中心和終端兩全其美[N];中國(guó)經(jīng)濟(jì)導(dǎo)報(bào);2010年

4 艾文;國(guó)產(chǎn)嵌入式系統(tǒng)重視二次開(kāi)發(fā)[N];中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào);2001年

5 ;微軟嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中心正式成立[N];人民郵電;2008年

6 朱挺;中國(guó)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立[N];中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2008年

7 本報(bào)記者　 凡曉芝;微軟嵌入式系統(tǒng)大賽中國(guó)學(xué)生創(chuàng)佳績(jī)[N];計(jì)算機(jī)世界;2006年

8 周晨;中國(guó)嵌入式工程師搶手[N];科技日?qǐng)?bào);2007年

9 ;有了VSPWorks嵌入式系統(tǒng)進(jìn)通信[N];中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào);2002年

10 郭淳學(xué);嵌入式系統(tǒng)是嵌入式軟件與IC發(fā)展基礎(chǔ)[N];中國(guó)電子報(bào);2008年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 扈嘯;嵌入式多核處理器在線追蹤調(diào)試與錯(cuò)誤檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

2 程國(guó)達(dá);嵌入式系統(tǒng)的硬/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)研究[D];復(fù)旦大學(xué);2003年

3 趙國(guó)冬;嵌入式系統(tǒng)彈性應(yīng)對(duì)方法研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

4 謝鋮;多內(nèi)核構(gòu)件化嵌入式操作系統(tǒng)的研究[D];浙江大學(xué);2006年

5 李暉;高性能計(jì)算機(jī)若干關(guān)鍵問(wèn)題研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

6 陳文智;Pcanel——基于模型驅(qū)動(dòng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)[D];浙江大學(xué);2005年

7 郭軍;基于Petri網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)高層級(jí)設(shè)計(jì)方法與技術(shù)研究[D];西北大學(xué);2007年

8 劉大亮;一種球形移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析與控制技術(shù)的研究[D];北京郵電大學(xué);2009年

9 吳剛;對(duì)低功耗進(jìn)程調(diào)度算法的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2006年

10 張付祥;創(chuàng)傷手指康復(fù)機(jī)械手系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張蔭芾;基于多核處理器架構(gòu)的嵌入式微內(nèi)核操作系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D];上海交通大學(xué);2009年

2 亓向國(guó);MicroWindows在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D];昆明理工大學(xué);2009年

3 徐超;基于嵌入式系統(tǒng)的安全網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)[D];武漢理工大學(xué);2003年

4 毛碧波;多平臺(tái)下嵌入式Linux的調(diào)試及驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（軟件研究所）;2003年

5 劉洋;基于Linux的嵌入式操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)性技術(shù)研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2003年

6 王建華;基于嵌入式系統(tǒng)的機(jī)器視覺(jué)及其在機(jī)器人控制中的應(yīng)用[D];重慶大學(xué);2004年

7 郝永君;嵌入式Linux的研究與應(yīng)用[D];西安電子科技大學(xué);2005年

8 胡其鵬;基于以太網(wǎng)的嵌入式控制器設(shè)計(jì)[D];浙江大學(xué);2005年

9 王軍;基于CAN總線的智能供熱控制器的研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2005年

10 韓進(jìn);基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)嵌入式測(cè)控系統(tǒng)的應(yīng)用研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2005年

本文編號(hào)：2650381