芯片DFX：Coresight架構(gòu)

最近接觸到了一些產(chǎn)線的Test的東西，然后發(fā)現(xiàn)這里面有一些DFX的相關(guān)東西。

之前在梳理整個(gè)安全領(lǐng)域全景圖的時(shí)候，也提到了調(diào)試安全。

林林種種原因讓我打算來學(xué)習(xí)一下DFX相關(guān)的內(nèi)容，那自然就繞不開Coresight。

今天就一起來看看Coresight吧，最近喜歡上了畫圖來整理自己的思路。

縮略詞

CoreSight Soc-400一個(gè)完整的調(diào)試和跟蹤解決方案，包括如下組件：

?控制和接入組件：

?DAP(Debug Access Port)：用來連接外部硬件調(diào)試工具的物理接口，允許外部調(diào)試工具訪問芯片上CPU、CoreSight、DDR等。

?ECT(Embedded Cross Trigger)

?跟蹤數(shù)據(jù)源：跟蹤源是CoreSight中用于產(chǎn)生跟蹤信息的組件。每個(gè)跟蹤源組件都會(huì)產(chǎn)生一種格式的信息，最終可以組合在一起并且通過跟蹤鏈接到輸出端口。

? PTM(Program Trace Macrocell)：監(jiān)控處理器運(yùn)行狀況，將處理器執(zhí)行過的指令信息進(jìn)行壓縮傳輸。

? STM(System Trace Macrocell)：捕捉系統(tǒng)的事件信息并以獲取數(shù)據(jù)跟蹤形式傳輸?shù)礁櫬┒坊蚋欇敵鼋M件。

?ETM(Embedded Trace Macrocell)：監(jiān)控處理器運(yùn)行狀況，將處理器執(zhí)行過的指令信息進(jìn)行壓縮傳輸。跟蹤指令執(zhí)行、數(shù)據(jù)搬運(yùn)、PE(Processing Element)事件。

?連接：

? Synchronous 1:1 ATB bridge：

? Replicator：可以把單個(gè)輸入復(fù)用到兩個(gè)分支輸出，可以使得CoreSight系統(tǒng)跟蹤信息同時(shí)傳輸?shù)絻蓚€(gè)或多個(gè)輸出。

? Trace Funnel：把CoreSight系統(tǒng)中多個(gè)跟蹤源產(chǎn)生的信息組合在一起并以單個(gè)流輸出到高級(jí)跟蹤總線ATB。Funnel之間可以級(jí)聯(lián)，一個(gè)Funnel最多可以支持6個(gè)跟蹤源信息輸入。

?跟蹤輸出節(jié)點(diǎn)：

? ETR(Embedded Trace Router)：把跟蹤數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到調(diào)試目標(biāo)平臺(tái)的系統(tǒng)內(nèi)存上，存儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)存空間是可配置的。

?ETF(Embedded Trace FIFO)：主要是緩沖數(shù)據(jù)的輸出，尤其當(dāng)當(dāng)量數(shù)據(jù)在瞬間產(chǎn)生式，通過ETF可以平滑數(shù)據(jù)的輸出速率。緩存可以被配置為FIFO或Circular Buffer；FIFO滿了之后就會(huì)反壓，源頭停止輸出跟蹤數(shù)據(jù)；Circular Buffer滿了后則會(huì)覆蓋。

? TPIU(Trace Port Interface Unit)：把捕捉到的數(shù)據(jù)導(dǎo)出到外部調(diào)試適配器，如DSTREAM。

? ETB(Embedded Trace Buffer)：是芯片內(nèi)一塊RAM，用來存儲(chǔ)捕捉到的跟蹤信息?？梢酝ㄟ^DAP訪問存儲(chǔ)在ETB中的數(shù)據(jù)。

? TMC(Trace Memory Controller)：在芯片設(shè)計(jì)時(shí)可配置，配置成ETB時(shí)跟上面介紹的ETB功能一致。還可以配置成ETR和ETF。

時(shí)間戳組件：產(chǎn)生CoreSight或處理器所需的時(shí)間戳。通過Narrow timestamp replicator分發(fā)到多個(gè)目的設(shè)備。路徑：時(shí)間戳發(fā)生器->時(shí)間戳編碼器->Narrow timestamp replicator->時(shí)間戳解碼器->CPU/CTI等。

?時(shí)間戳發(fā)生器

?時(shí)間戳編碼器

?時(shí)間戳解碼器

?AMBA AHB跟蹤宏單元(HTM)

?調(diào)試訪問接口(DAP)，

?嵌入式交叉觸發(fā)器(ECT)，

?AMBA跟蹤總線(ATB)，

?橋和復(fù)制器(replicator)，

?跟蹤聚合器(funnel)，

?跟蹤端口接口單元(TPIU)，

?嵌入式跟蹤緩沖器(ETB)，

?測(cè)量跟蹤宏單元(ITM/STM)

更詳細(xì)的可以閱讀【ARM：CoreSight、ETM、PTM、ITM、HTM、ETB等常用術(shù)語解析】

一、coresight

coresight是ARM公司提出的，用于對(duì)復(fù)雜的SOC，實(shí)現(xiàn)debug和trace的架構(gòu)。該架構(gòu)，包含了多個(gè)coresight組件。眾多的coresight組件，構(gòu)成了一個(gè)coresight系統(tǒng)。

我們也可以根據(jù)coresight架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)自己的coresight組件。

每個(gè)coresight的組件（component），都要遵循coresight架構(gòu)的要求。

1、 典型的一個(gè)coresight的環(huán)境

以下是一個(gè)典型的coresight環(huán)境，包含了兩個(gè)ARM core，一個(gè)DSP，和眾多的coresight組件。

這個(gè)coresight組件，實(shí)現(xiàn)對(duì)core，DSP的debug和trace功能。

環(huán)境中，總共包括3個(gè)通路

? trace通路：將core和DSP內(nèi)部信息輸出到外部

? debug通路：對(duì)core和DSP實(shí)現(xiàn)debug

? trigger通路：用于core和core之間，core和DSP之間，傳輸trigger信號(hào)

1.1、trace通路

trace通路，實(shí)現(xiàn)對(duì)master組件的數(shù)據(jù)追蹤功能，使用ETM來追蹤。

?ETM負(fù)責(zé)追蹤處理器和DSP的信息，將信息打包，通過ATB總線發(fā)送到trace bus上。

? trace bus上有trace funnel，funnel接收多個(gè)ATB總線數(shù)據(jù)，然后合并成一個(gè)ATB總線數(shù)據(jù)，發(fā)送給replicator。

? replicator接收到ATB數(shù)據(jù)，根據(jù)配置，將ATB數(shù)據(jù)發(fā)送給ETB和TPIU。

1.2、debug的通路

debug通路，用于外部的debugger，對(duì)ARM core和DSP進(jìn)行調(diào)試功能。

上圖中，只考慮了JTAG的port。其實(shí)還有SW的port。

DAP接收外部端口的JTAG數(shù)據(jù)，然后轉(zhuǎn)化成對(duì)DAP內(nèi)部的AP的訪問，然后AP再轉(zhuǎn)化為memory-mapped的總線訪問，去訪問soc內(nèi)部的資源。

上圖中，DAP輸出兩個(gè)memory-mapped總線，

?一個(gè)是debug apb總線，連接到debug APB互聯(lián)上，用于訪問debug組件的寄存器，

?一個(gè)是system bus，連接到bus matrix，用于訪問soc的內(nèi)部的資源。

debug APB互聯(lián)，連接了有CTI，ETM，HTM，ITM，ETB，TPIU等coresight組件，因此外部的debugger可以通過JTAG port，對(duì)這些coresight組件進(jìn)行訪問。

bus matrix一般是連接soc的一些外設(shè)，如memory，串口等，因此外部的debugger可以通過JTAG port對(duì)這些外設(shè)設(shè)備進(jìn)行訪問。

1.3、trigger通路

trigger通路，用于給指定的組件發(fā)送trigger信號(hào)，或者接收指定的組件的trigger信號(hào)。

這個(gè)功能由CTI和CTM來實(shí)現(xiàn)。

CoreSight交叉觸發(fā)接口（CTI）是一種硬件設(shè)備，它將被稱為觸發(fā)器的單個(gè)輸入和輸出硬件信號(hào)帶到設(shè)備和從設(shè)備輸出，并通過交叉觸發(fā)矩陣（CTM）將它們通過編號(hào)信道互連到其他設(shè)備，以便在設(shè)備之間傳播事件。

每個(gè)core和DSP都有一個(gè)CTI組件相連，CTI可以給處理器（DSP）發(fā)送trigger信號(hào)，也可以接收處理器（DSP）的trigger信號(hào)。

所有的CTI和CTM相連，因此可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)CTI之間的trigger信號(hào)的相互發(fā)送與接收。

2、coresight組件的種類

2.1、control component

trigger的coresight組件

?ECT（embedded cross trigger）

? CTI（cross trigger interface）：接收和發(fā)送trigger信號(hào)

? CTM（cross trigger matrix）：CTI之間的trigger信號(hào)傳遞

2.2、trace sources

trace的coresight組件：

? ETM（embedded trace macrocells）：追蹤指定設(shè)備（處理器，DSP）的trace信息，每個(gè)設(shè)備（處理器，DSP）均有自己的ETM。

? AMBA trace macrocells：追蹤AMBA總線的trace信息。

? PTM（program flow trace macrocells）：

? STM（system trace macrocells）：追蹤總線互聯(lián)上的trace信息

2.3、trace links

trace信息傳遞過程中所需要的中間coresight組件：

?trace funnel : 將接收的多個(gè)ATB總線數(shù)據(jù)合并成一個(gè)ATB總線數(shù)據(jù)

?replicator: 將一個(gè)ATB總線數(shù)據(jù)，分發(fā)成多個(gè)ATB總線數(shù)據(jù)發(fā)送

?ATB bridge: ATB 橋，用于兩個(gè)不同的ATB域之間數(shù)據(jù)傳輸

2.4、trace sinks

最終接收trace信息的coresight組件

? TPIU（trace port interface units）：將ATB數(shù)據(jù)通過trace port發(fā)送給外界

? ETB（embedded trace buffers）：存儲(chǔ)ATB數(shù)據(jù)的buffer

? TMC（trace memory controller）：

每個(gè)trace sink可以有一個(gè)trace formatter。

2.5、debug access port

DAP不屬于coresight的組件，但是我們會(huì)通過DAP來對(duì)coresight的組件進(jìn)行訪問。DAP包括以下：

?APB access port(APB-AP)

?AHB access port(AHB-AP)

?AXI access port(AXI-AP)

?JTAG access port(JTAG-AP)

?serial wire JTAG debug port(SWJ-DP)

?JTAG debug port(JTAG-DP)

?ROM table

DAP主要是由DP和AP組件。DP負(fù)責(zé)接收外部的JTAG或SW數(shù)據(jù)，然后轉(zhuǎn)化為對(duì)AP的訪問，而對(duì)AP的訪問，是可以發(fā)起memory-mapped的訪問。因此就可以對(duì)內(nèi)部的資源進(jìn)行訪問。

如上圖：DAP包括了三個(gè)AP

? APB-AP：對(duì)掛接到debug APB總線上的內(nèi)部調(diào)試設(shè)備的訪問

? AHB-AP：對(duì)掛載在AHB系統(tǒng)總線上的設(shè)備的訪問

? JTAG-AP：對(duì)JTAG設(shè)備的訪問。這個(gè)是兼容以前較早的ARM處理器，如ARM9。這些較早的處理器內(nèi)部是用JTAG來調(diào)試的。但是現(xiàn)在的ARM處理器，已經(jīng)不用這種方式，統(tǒng)一用memory-mapped方式進(jìn)行調(diào)試。

目前的ARM soc中，一般至少會(huì)包括一個(gè)DAP。而一個(gè)DAP可以包括1-256個(gè)AP（access port），AP受DP的控制。

只有對(duì)AP的訪問，才可以轉(zhuǎn)化成memory-mapped總線，對(duì)soc的內(nèi)部資源進(jìn)行訪問。

memory-mapped bus通常指的是將設(shè)備的寄存器映射到內(nèi)存地址空間中，使得CPU可以通過讀取和寫入這些內(nèi)存地址來訪問和操作這些設(shè)備。這種方式使得CPU可以像訪問內(nèi)存一樣訪問這些設(shè)備，簡(jiǎn)化了設(shè)備的訪問和控制方式。

DP中有一個(gè)SELECT寄存器，該寄存器用來選擇，DP對(duì)AP的訪問，是針對(duì)于哪一個(gè)AP進(jìn)行訪問。

DAP中，是可以有多個(gè)AP的，而每次，只能對(duì)一個(gè)AP進(jìn)行訪問。因?yàn)樾枰獙?duì)AP進(jìn)行編號(hào)，編號(hào)的值就在APSEL位域中。因?yàn)檫@個(gè)位域有8位，因此DAP中可以最多有256個(gè)AP。

DAP的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖：

包括了一個(gè)DP，和3個(gè)AP，依次是AHB-AP，APB-AP，JTAG-AP。

DP通過JTAG或者SW管腳，連接外部的debugger，和外部debugger進(jìn)行通信。

DP接收到外部debugger發(fā)送的JTAG或SW數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為對(duì)內(nèi)部AP的訪問。經(jīng)過decoder模塊，判斷是對(duì)哪一個(gè)AP進(jìn)行訪問，然后將訪問信息發(fā)送給對(duì)應(yīng)的AP。

AP接收到DP的訪問后，轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的總線訪問，去訪問內(nèi)部資源。

然后將訪問的信息，才回送給DP，DP再通過JTAG或SW，將訪問信息返回給外部的debugger。

以上就是本文全部?jī)?nèi)容，希望看完能對(duì)coresight有一個(gè)宏觀了解。

文章來源：TrustZone

審核編輯：湯梓紅