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LOCATION:TUD Andreas-Pfitzmann-Bau\, Nöthnitzer Straße 4601069 Dresden
SUMMARY:Weiß: Effiziente externe Beobachtung von CPU Aktivitäten auf SoCs
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DESCRIPTION:Speaker: Dipl.-Ing. Alexander Weiß\nInstitute of Speaker: Inst
 itut für Technische Informatik\, Professur Mikrorechner\nTopics:\nInforma
 tik\n Location:\n  Name: TUD Andreas-Pfitzmann-Bau (APB 1096)\n  Street: N
 öthnitzer Straße 46\n  City: 01069 Dresden\n  Phone: \n  Fax: \nDescript
 ion: Die umfassende Beobachtbarkeit von System-on-Chips (SoCs) ist eine wi
 chtige Voraussetzung für das effiziente Testen und Debuggen eingebetteter
  Systeme. Ausgehend von einer Analyse verschiedener Anwendungsfälle ergib
 t sich ein Katalog von Anforderungen an die Beobachtbarkeit von SoCs. Ein 
 wichtiges Kriterium ist hier die Vollständigkeit der Beobachtung und umfa
 sst die Aktivitäten der CPU (ausgeführte Instruktionen\, gelesene und ge
 schriebene Daten\, Verhalten des Caches\, Ausführungszeiten)\, des Bussys
 tems und von Umgebungsbedingungen. Weitere Kriterien sind die Echtzeitfäh
 igkeit und die Kontinuität der Beobachtung sowie die gleichzeitige Durchf
 ührung verschiedener Beobachtungsaufgaben. Dabei soll es zu einer möglic
 hst geringen Beeinflussung des SoCs kommen. Weitere wichtige Aspekt sind d
 ie Kosten der Lösung\, die Universalität\, die Skalierbarkeit sowie die 
 Latenz der Verfügbarkeit der Beobachtungsergebnisse. Für viele Anwendung
 en\, besonders in sicherheitskritischen Bereichen\, muss zudem nachgewiese
 n werden\, dass das Beobachtungsverfahren kein Fehlverhalten des SoCs bewi
 rkt bzw. ein solches maskiert. Eine besondere Herausforderung stellen Mult
 iprozessor-SoCs (MPSoCs) dar\, da hier die Kommunikation zwischen den einz
 elnen CPUs im Inneren des SoC stattfindet und entsprechend schwierig für 
 einen externen Bobachter sichtbar zu machen ist. Der Stand der Technik zur
  Beobachtung von SoCs wird im Wesentlichen durch zwei Verfahren dargestell
 t. Bei der Software-Instrumentierung wird zum funktionalen Programmcode zu
 sätzlicher Code hinzugefügt\, welcher zur Beobachtung des Programms dien
 t. Diese Methode ist einfach und universell anwendbar\, erfüllt aber die 
 genannten Kriterien nur sehr eingeschränkt. Nachteilig ist hier der Resso
 urcenverbrauch im Falle des Verbleibs der Instrumentierung im fertigen Pro
 dukt. Wird die Instrumentierung nur temporär dem Code hinzugefügt\, muss
  sichergestellt werden\, dass das Beobachtungsergebnis auch für den final
 en Code anwendbar ist - was besonders bei ressourcen-abhängigen Integrati
 onstests nur schwierig erfüllbar ist. Eine alternative Lösung stellt ein
 e spezielle Hardware-Unterstützung in SoCs (embedded Trace) dar. Hier wer
 den im SoC Zustandsinformationen (z.B. Taskwechsel\, ausgeführte Instrukt
 ionen\, Datentransfers) gesammelt und mittels Trace-Nachrichten an den Beo
 bachter übermittelt. Dabei stellt die Bandbreite\, die zur Ausgabe der Tr
 ace-Nachrichten vom SoC verfügbar ist\, ein entscheidendes Nadelöhr dar 
 - im SoC sind viel mehr den Beobachter interessierende Informationen verf
 ügbar als nach außen transferiert werden können. Damit haben beide dem 
 gegenwärtige Stand der Technik entsprechende Beobachtungsverfahren eine R
 eihe von Einschränkungen\, die sich besonders bei der Vollständigkeit de
 r Beobachtung\, der Flexibilität\, der Kontinuität und der Unterstützun
 g von MPSoCs zeigen. In dieser Arbeit wird nun ein neuer Ansatz vorgestell
 t\, welcher gegenüber dem Stand der Technik in einigen Bereichen deutlich
 e Verbesserungen bietet. Dabei werden die Trace-Daten nicht vom zu beobach
 tenden SoC direkt\, sondern aus einer parallel mitlaufenden Emulation gewo
 nnen. Die Bandbreite der für die Synchronisation der Emulation erforderli
 chen Daten ist in vielen Fällen deutlich geringer als bei der Ausgabe von
  umfassenden Trace-Nachrichten mittels embedded Trace-Lösungen. Gleichzei
 tig ist eine vollständige\, äußerst detaillierte Beobachtung der Vorgä
 nge innerhalb des SoC möglich. Das neue Beobachtungsverfahren wurde mitte
 ls verschiedener FPGA-basierter Implementierungen evaluiert\, hier konnte 
 auch die Anwendbarkeit für MPSoCs gezeigt werden.
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