專利名稱：寬帶數(shù)據(jù)通信芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及一種寬帶數(shù)據(jù)通信芯片。
背景技術(shù)：
在寬帶數(shù)據(jù)通信中，邏輯設(shè)計(jì)在通信設(shè)備開發(fā)中處于核心地位。因?yàn)殡S著現(xiàn)在數(shù)據(jù)通信對(duì)帶寬越來(lái)越高的需求，無(wú)論是低端的二層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)還是高端的太比特骨干路由器，整個(gè)設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)能力承受著越來(lái)越大的需求壓力，作為決定轉(zhuǎn)發(fā)能力的核心轉(zhuǎn)發(fā)模塊也越來(lái)越受到高帶寬的挑戰(zhàn)。
由于超大的數(shù)據(jù)帶寬，使得任何進(jìn)行軟件轉(zhuǎn)發(fā)的方式都顯得力不從心，唯一的選擇就是使用芯片進(jìn)行硬件轉(zhuǎn)發(fā)。
而在寬帶設(shè)備的芯片設(shè)計(jì)任務(wù)中，若按照設(shè)計(jì)內(nèi)容分，主要包括兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)，一個(gè)是狀態(tài)機(jī)(STM)的設(shè)計(jì)，另一個(gè)方面就是先進(jìn)先出存儲(chǔ)器(FIFO)的設(shè)計(jì)，寬帶數(shù)據(jù)通信芯片基本上都可以分解為若干個(gè)FIFO和若干個(gè)狀態(tài)機(jī)(如圖1所示)，也就是說(shuō)，寬帶數(shù)據(jù)芯片基本上就是由FIFO和狀態(tài)機(jī)組成的。因此可以說(shuō)，穩(wěn)定的芯片是由穩(wěn)定的FIFO、穩(wěn)定的狀態(tài)機(jī)以及FIFO與狀態(tài)機(jī)之間可靠的配合得到的。
由于FIFO和狀態(tài)機(jī)的重要性，幾乎每個(gè)工程師都十分重視FIFO和狀態(tài)機(jī)本身的設(shè)計(jì)，但是往往忽略考慮如何使?fàn)顟B(tài)機(jī)和FIFO之間有穩(wěn)定的配合，常常出現(xiàn)由穩(wěn)定的FIFO和穩(wěn)定的狀態(tài)機(jī)卻組合不成穩(wěn)定的芯片，并且由于狀態(tài)機(jī)和FIFO之間的的配合失誤往往會(huì)隱藏很深，即使上板調(diào)試也可能是跑上數(shù)天才出現(xiàn)一次，通過(guò)仿真也就更難發(fā)現(xiàn)了。更為致命的是，即使上板出現(xiàn)了問(wèn)題，表現(xiàn)出來(lái)的現(xiàn)象往往是死機(jī)或者出錯(cuò)但又馬上恢復(fù)，若是死機(jī)，還能引起工程師的高度重視，若是僅僅出錯(cuò)然后馬上又得到恢復(fù)，則很可能就被工程師忽略掉了，那么將會(huì)導(dǎo)致芯片由于不穩(wěn)定而失敗或者部分預(yù)定功能得不到實(shí)現(xiàn)。
如何保證FIFO和狀態(tài)機(jī)之間能夠可靠配合成為了決定芯片成敗的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。一方面，我們必須通過(guò)特別的設(shè)計(jì)規(guī)則對(duì)相互配合的狀態(tài)機(jī)和FIFO進(jìn)行配合審查；另一方面，我們必須對(duì)狀態(tài)機(jī)和FIFO的配合狀況進(jìn)行監(jiān)視。
狀態(tài)機(jī)和FIFO之所以難以配合好，并非設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，而是由于其出錯(cuò)后不易重現(xiàn)，難以定位問(wèn)題。例如在單板上工作數(shù)天才觸發(fā)一次，這么長(zhǎng)的時(shí)間，通過(guò)仿真來(lái)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤是無(wú)法想像的；而在單板上出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，即使我們很好地保留了現(xiàn)場(chǎng)，要定位問(wèn)題也非常困難，因?yàn)槲覀兛床坏叫酒膬?nèi)部波形，靠邏輯分析儀也是無(wú)能為力的。
如果能夠在芯片一旦出現(xiàn)此類問(wèn)題時(shí)，我們能夠馬上定位出是哪個(gè)狀態(tài)機(jī)和FIFO之間配合失誤造成的問(wèn)題，那么我們?cè)俑鶕?jù)前面提到的特別的設(shè)計(jì)規(guī)則進(jìn)行檢察，一般馬上就能找出問(wèn)題的根源。這樣，我們就能夠很好地解決如何使?fàn)顟B(tài)機(jī)和FIFO能夠可靠配合的問(wèn)題。如何才能快速定位出是哪個(gè)狀態(tài)機(jī)和FIFO之間配合出了問(wèn)題，以及判斷它們之間是否真出了問(wèn)題。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型目的在于提供一種寬帶數(shù)據(jù)通信芯片，解決如何發(fā)現(xiàn)FIFO和狀態(tài)機(jī)之間配合不可靠，避免傳統(tǒng)方法在準(zhǔn)確性、快速性、可操作性等方面的問(wèn)題，能夠在不借助邏輯分析儀等觀察儀器的情況下，快速準(zhǔn)確判斷芯片內(nèi)部任一狀態(tài)機(jī)和FIFO之間是否發(fā)生過(guò)配合失誤。
本實(shí)用新型的寬帶數(shù)據(jù)通信芯片，包括若干狀態(tài)機(jī)(STM)和先進(jìn)先出存儲(chǔ)器(FIFO)，F(xiàn)IFO為剩余數(shù)據(jù)單元計(jì)數(shù)(DATCNT)式先進(jìn)先出存儲(chǔ)器，每一FIFO上設(shè)置一DATCNT值監(jiān)視模塊，該監(jiān)視模塊包括一監(jiān)視器和一歷史狀態(tài)寄存器，監(jiān)視器一端連接數(shù)據(jù)單元計(jì)數(shù)器，一端與歷史狀態(tài)寄存器連接。監(jiān)視器監(jiān)視DATCNT值，在DATCNT值處于無(wú)效范圍時(shí)將歷史狀態(tài)寄存器置高，發(fā)出告警信息。
歷史狀態(tài)寄存器為一D觸發(fā)器，只有在復(fù)位的情況下才被清零。
歷史狀態(tài)寄存器具有CPU接口，可由CPU通過(guò)CPU接口定時(shí)讀取。或在歷史狀態(tài)寄存器不全為零時(shí)將中斷信號(hào)置高，并通知CPU通過(guò)CPU接口查詢置高的歷史狀態(tài)寄存器。或?qū)⑺袣v史狀態(tài)寄存器各位進(jìn)行或操作，得到的信號(hào)通過(guò)管腳送到IO上面進(jìn)行點(diǎn)燈告警。
一般說(shuō)來(lái)，F(xiàn)IFO和狀態(tài)機(jī)機(jī)之間的配合失誤主要是由于二者之間握手不正確，其最常見(jiàn)的表現(xiàn)是狀態(tài)機(jī)對(duì)FIFO的強(qiáng)行操作。強(qiáng)行操作包括兩種，一種是強(qiáng)行寫操作，即在FIFO已經(jīng)處于滿狀態(tài)的情況下，狀態(tài)機(jī)仍然對(duì)該FIFO進(jìn)行了寫操作；另外一種是強(qiáng)行讀操作，即在FIFO中已經(jīng)沒(méi)有有效數(shù)據(jù)的情況下，狀態(tài)機(jī)仍然對(duì)該FIFO采取了讀操作。強(qiáng)行讀寫所造成的后果一般是無(wú)法預(yù)料的，不同的FIFO有不同的結(jié)果，有些帶防止強(qiáng)行操作的FIFO是可以容忍外部狀態(tài)機(jī)對(duì)其任意的強(qiáng)行操作，F(xiàn)IFO本身是不會(huì)出錯(cuò)的，于是，很多工程師想通過(guò)設(shè)計(jì)帶防強(qiáng)行操作的FIFO來(lái)解決FIFO和狀態(tài)機(jī)之間的配合問(wèn)題，顯然是不能達(dá)到目的的，因?yàn)樵黾恿薋IFO的健壯性并沒(méi)有解決FIFO和狀態(tài)機(jī)之間握手不正確的問(wèn)題，雖然FIFO還在正常工作，但是其引起的其他問(wèn)題并沒(méi)有被解決掉，比如內(nèi)存泄漏、地址回收等問(wèn)題，靠治標(biāo)不治本的方法是肯定解決不了的。
本實(shí)用新型則根據(jù)“FIFO和狀態(tài)機(jī)配合失誤最常見(jiàn)的表現(xiàn)是狀態(tài)機(jī)對(duì)FIFO的強(qiáng)行操作”這一特點(diǎn)，監(jiān)視強(qiáng)行操作的存在，來(lái)判斷狀態(tài)機(jī)和FIFO之間的配合是否可靠，若芯片某處發(fā)生了強(qiáng)行操作，則證明對(duì)應(yīng)的配合是存在問(wèn)題的，可幫助我們快速發(fā)現(xiàn)和定位問(wèn)題。
目前FIFO的設(shè)計(jì)基本上有固定的模式，主要分為兩種，第一種通過(guò)比較讀寫地址的來(lái)確定當(dāng)前FIFO的空滿狀態(tài)，第二種是通過(guò)記錄當(dāng)前FIFO中剩余數(shù)據(jù)單元個(gè)數(shù)(DATCNT)來(lái)確定FIFO的空滿狀態(tài)。我們下面以第二種方式(下面稱為DATCNT方式)為例說(shuō)明歷史狀態(tài)寄存器的設(shè)計(jì)和使用。DATCNT方式的FIFO其內(nèi)部主要框圖如圖2所示。主要包括存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的雙口RAM、寫指針控制器WCNTP、讀指針控制器RCNTP、當(dāng)前數(shù)據(jù)單元計(jì)數(shù)器DATCNTP、根據(jù)DATCNT產(chǎn)生空滿標(biāo)志的狀態(tài)生成器。其中寫指針WCNT是在寫使能WEN的控制下每次加一步進(jìn)；讀指針RCNT在讀使能的控制下每次加一步進(jìn)；DATCNT則必須根據(jù)WEN和REN二種的組合情況來(lái)決定是加一、保持還是減一。DATCNT物理實(shí)現(xiàn)上是一加減計(jì)數(shù)器，物理含義則是當(dāng)前FIFO中還剩多少個(gè)有效數(shù)據(jù)單元。因此，根據(jù)DATCNT就可以判斷出當(dāng)前FIFO的空滿狀態(tài)。
在正常FIFO中，2n個(gè)數(shù)據(jù)單元深的FIFO，DATCNT的數(shù)據(jù)位寬為(n+1)位寬。但是，其有效值范圍為[0，2n]，剩余的(2n+1-2n-1)個(gè)數(shù)據(jù)均為無(wú)效值。在正常情況下，DATCNT的值是不應(yīng)該處于無(wú)效值的范圍內(nèi)的，除非FIFO受到了外部狀態(tài)機(jī)的強(qiáng)行操作，也就是說(shuō)出現(xiàn)了FIFO和狀態(tài)機(jī)之間的配合失誤。
強(qiáng)行讀寫的出現(xiàn)說(shuō)明我們的設(shè)計(jì)的動(dòng)作并非按照我們的設(shè)計(jì)意愿而動(dòng)作，即設(shè)計(jì)中存在我們不曾希望的BUG。對(duì)于DATCNT方式的FIFO，強(qiáng)行讀寫所帶來(lái)的后果主要表現(xiàn)為DATCNT的值超出有效范圍處于無(wú)效值。因此，我們只要監(jiān)視DATCNT是否曾經(jīng)處于無(wú)效值的范圍，就可以知道該FIFO是否出現(xiàn)過(guò)配合失誤。因此，我們?cè)谠瓉?lái)FIFO的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)對(duì)DATCNT的監(jiān)視模塊。該模塊的主要功能就是監(jiān)視DATCNT的取值是否在有效值范圍內(nèi)。
由于每個(gè)FIFO都增加了歷史狀態(tài)寄存器，因此只要整個(gè)芯片中任何地方發(fā)生狀態(tài)機(jī)FIFO配合失誤問(wèn)題，相應(yīng)的FIFO的歷史狀態(tài)寄存器(ERRLCK)就會(huì)馬上告警，工程師只要分析與該FIFO相關(guān)的讀寫狀態(tài)機(jī)和該FIFO的配合即可找到問(wèn)題的根源，快速而準(zhǔn)確地定位問(wèn)題，消除設(shè)計(jì)隱患。


圖1寬帶數(shù)據(jù)芯片結(jié)構(gòu)框圖STM 狀態(tài)機(jī) EXIMEM外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器FIFO 先進(jìn)先出存儲(chǔ)器圖2傳統(tǒng)DATCNT方式FIFO設(shè)計(jì)示意圖EF 空標(biāo)志 FF 滿標(biāo)志W(wǎng)EN寫使能 REN讀使能WCNT 寫指針 RCNT 讀指針DATAin 輸入數(shù)據(jù) DATAout輸出數(shù)據(jù)WCNTP 寫使能計(jì)數(shù)進(jìn)程 RCNTP 讀使能計(jì)數(shù)進(jìn)程DATCNT 數(shù)據(jù)單元計(jì)數(shù)器 DATCNTP數(shù)據(jù)單元計(jì)數(shù)進(jìn)程圖3本實(shí)用新型的DATCNT方式FIFO設(shè)計(jì)示意圖EF 空標(biāo)志 FF 滿標(biāo)志W(wǎng)EN寫使能 REN讀使能WCNT 寫指針 RCNT 讀指針DATAin 輸入數(shù)據(jù) DATAout輸出數(shù)據(jù)WCNTP 寫使能計(jì)數(shù)進(jìn)程 RCNTP 讀使能計(jì)數(shù)進(jìn)程DATCNT 數(shù)據(jù)單元計(jì)數(shù)器 DATCNTP數(shù)據(jù)單元計(jì)數(shù)進(jìn)程MointorDATCNT的監(jiān)視器 ERRLCK 歷史狀態(tài)寄存器具體實(shí)施方式
如圖3所示，本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
是
1、在DATCNT方式FIFO中設(shè)監(jiān)視模塊，對(duì)DATCNT值進(jìn)行監(jiān)視在2n個(gè)數(shù)據(jù)單元深的FIFO，DATCNT的數(shù)據(jù)位寬為(n+1)位寬，其有效取值范圍為[0，2n]，剩余的(2n+1-2n-1)個(gè)數(shù)據(jù)均為無(wú)效值。要監(jiān)視Datcnt[n-1:0]的數(shù)據(jù)是否處于有效值，只需判斷一下條件1是否滿足即可(條件1的表述方式為為VHDL語(yǔ)言的語(yǔ)法)(Datcnt(n)＝‘1’and Datcnt(n-1 downto 0)/＝0)--條件1若條件1曾經(jīng)滿足過(guò)，即使是僅僅持續(xù)過(guò)一個(gè)時(shí)鐘周期，則可以認(rèn)為該FIFO已經(jīng)被強(qiáng)行操作過(guò)了，此時(shí)需要將告警用的歷史狀態(tài)機(jī)寄存器ERRLCK置為高。為了確保ERRLCK信號(hào)不會(huì)丟失，該寄存器設(shè)計(jì)成只有在復(fù)位的情況下才能被清零，復(fù)位結(jié)束后，一直監(jiān)視DATCNT的值是否處于有效值范圍內(nèi)，若是則保持原值不變，若不是則將寄存器置高，并且將該值一直保持下去，直到下一次復(fù)位才重新歸零，這樣可以保證該寄存器不會(huì)因?yàn)楣收舷в只謴?fù)到正常值，從而使工程師誤以為芯片從來(lái)沒(méi)有發(fā)送過(guò)故障，丟失發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的機(jī)會(huì)。
2、在整個(gè)芯片中，隨時(shí)監(jiān)視歷史狀態(tài)寄存器的信號(hào)，及時(shí)送出告警由于每個(gè)FIFO都增加了歷史狀態(tài)寄存器，因此只要整個(gè)芯片中任何地方發(fā)生狀態(tài)機(jī)FIFO配合失誤問(wèn)題，相應(yīng)的FIFO的ERRLCK就會(huì)馬上告警，工程師只要分析與該FIFO相關(guān)的讀寫狀態(tài)機(jī)和該FIFO的配合即可找到問(wèn)題的根源，快速而準(zhǔn)確地定位問(wèn)題，消除設(shè)計(jì)隱患。
本實(shí)施方案可采用三種方式進(jìn)行告警1)CPU讀取將歷史狀態(tài)寄存器作為一個(gè)CPU可讀取的寄存器，CPU定時(shí)通過(guò)CPU接口查詢?cè)摷拇嫫鳎?)中斷告警將歷史狀態(tài)寄存器作為一個(gè)CPU可讀取的寄存器，并且在歷史狀態(tài)寄存器不為全零時(shí)將中斷信號(hào)置高，通知CPU通過(guò)CPU接口查詢?cè)摷拇嫫鳎?)點(diǎn)燈告警將所有歷史狀態(tài)寄存器各位進(jìn)行OR操作，得到的信號(hào)經(jīng)過(guò)反相后送出管腳連接到LED信號(hào)燈上，若歷史狀態(tài)寄存器任意一位為‘1’，經(jīng)OR后反相得到的信號(hào)為‘0’，送出使LED燈點(diǎn)亮。1、本實(shí)用新型通過(guò)在FIFO上設(shè)置監(jiān)視模塊，能夠給芯片可觀察性，而且它以極小的代價(jià)，解決了其他辦法很難解決的問(wèn)題，不僅大大提高了芯片的可靠性、穩(wěn)定性，而且為工程師提供了快速定位問(wèn)題的手段，大大提高了芯片的開發(fā)進(jìn)度。按照本實(shí)用新型的技術(shù)方案，在寬帶通信數(shù)據(jù)芯片調(diào)試過(guò)程中，所有的問(wèn)題都做到了一天之內(nèi)定位，這在沒(méi)有監(jiān)視模塊的項(xiàng)目中是很難想像的。這個(gè)實(shí)例足以證明本方案的快速性和有效性。
權(quán)利要求1.一種寬帶數(shù)據(jù)通信芯片，包括若干狀態(tài)機(jī)和先進(jìn)先出存儲(chǔ)器，先進(jìn)先出存儲(chǔ)器為剩余數(shù)據(jù)單元計(jì)數(shù)式先進(jìn)先出存儲(chǔ)器，其特征在于每一先進(jìn)先出存儲(chǔ)器上設(shè)置一剩余數(shù)據(jù)單元計(jì)數(shù)值監(jiān)視模塊，該監(jiān)視模塊包括一監(jiān)視器和一歷史狀態(tài)寄存器，監(jiān)視器一端接剩余數(shù)據(jù)單元計(jì)數(shù)器，一端與歷史狀態(tài)寄存器連接。
2.如權(quán)利要求1所述的寬帶數(shù)據(jù)通信芯片，其特征在于歷史狀態(tài)寄存器為一D觸發(fā)器。
3.如權(quán)利要求1或2所述的寬帶數(shù)據(jù)通信芯片，其特征在于所有歷史狀態(tài)寄存器由CPU通過(guò)CPU接口定時(shí)讀取。
4.如權(quán)利要求1或2所述的寬帶數(shù)據(jù)通信芯片，其特征在于任一歷史狀態(tài)寄存器連通中斷信號(hào)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的寬帶數(shù)據(jù)通信芯片，其特征在于歷史狀態(tài)寄存器連接信號(hào)燈。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種寬帶數(shù)據(jù)通信芯片，包括若干STM和FIFO，F(xiàn)IFO為DATCNT式FIFO，在每一FIFO上設(shè)置一DATCNT值監(jiān)視模塊，包括一監(jiān)視器和一歷史狀態(tài)寄存器，監(jiān)視器監(jiān)視DATCNT值，在DATCNT值處于無(wú)效范圍時(shí)觸發(fā)歷史狀態(tài)寄存器，將歷史狀態(tài)寄存器置高，發(fā)出告警信息。本實(shí)用新型通過(guò)設(shè)置在FIFO上的監(jiān)視模塊，能夠在不借助邏輯分析儀等觀察儀器的情況下，快速準(zhǔn)確判斷芯片內(nèi)部任一狀態(tài)機(jī)和FIFO之間是否發(fā)生過(guò)配合失誤，不僅大大提高了芯片的可靠性、穩(wěn)定性，而且為工程師提供了快速定位問(wèn)題的手段，大大提高了芯片的開發(fā)進(jìn)度?？蓮V泛應(yīng)用于寬帶數(shù)據(jù)通信芯片技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H04B17/00GK2713739SQ0326689
公開日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2003年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月9日
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