Modellierung von On-Chip-Trace-Architekturen für eingebettete Systeme

Das als Trace bezeichnete nicht-invasive Aufzeichnen von Systemzuständen, während ein eingebettetes System unter realen Einsatzbedingungen in Echtzeit läuft und mit der Systemumgebung interagiert, ist ein wichtiger Teil von Softwaretests. Die Notwendigkeit für den On-Chip-Trace resultiert aus der rückläufigen Einsetzbarkeit etablierter Werkzeuge für den Off-Chip-Trace. Ein wesentlicher Bestandteil von On-Chip-Trace-Architekturen ist die Volumenreduktion der Tracedaten in deren Entstehungsgeschwindigkeit direkt auf dem Chip. Der Schwerpunkt liegt auf dem Trace des Instruktionsflusses von Prozessoren. Der aktuelle Stand der Forschung zeigt zwei Ausprägungen. Bei einfachen Lösungen ist der Kompressionsfaktor zu klein. Aufwendigere Lösungen liefern einen unvollständigen Instruktionstrace, wenn auch sequentielle Befehle bedingt ausgeführt werden. Bisher existieren keine Lösungen, die einen vollständigen Instruktionstrace mit hoher Kompression realisieren. Diese Lücke wird in der vorliegenden Arbeit geschlossen. Der systematische Entwurf der neuen On-Chip-Trace-Architektur beginnt mit der umfassenden Analyse typischer Benchmarkprogramme. Aus den Ergebnissen werden grundlegende Entwurfsentscheidungen abgeleitet. Diese Bitsequenzen von Ausführungsbits, die bei der bedingten Befehlsausführung entstehen, und die Zieladressen ausgeführter indirekter Sprünge werden in unabhängigen Kompressoren verarbeitet. Ein nachgeschalteter Kompressor für die Messages der anderen beiden Kompressoren ist optional und kann die Kompression weiter steigern. Diese Aufteilung stellt ein architektonisches Novum dar. Die Kompression von Bitsequenzen ist bisher ein weitestgehend unbehandeltes Feld. Implementiert worden ist hierfür ein gleitendes Wörterbuch mit der Granularität von Einzelbits. Die Vergleiche mit den untersuchten existierenden Architekturen zeigen die Überlegenheit der neuen Architektur bei der Kompression. Ein vollständiger Instruktionstrace ist für Prozessoren mit und ohne bedingt ausführbaren sequentiellen Befehlen realisiert worden