数字ic设计技巧：添加debug信号

数字ic设计技巧：添加debug信号

在数字ic设计的过程中，我们常常通过添加一些debug信号来调试代码，以便快速定位问题；比如我们用一个芯片读取很多设备的数据进行处理，有个设备一直没返回数据，导致芯片一直在等待这个数据，卡住了，这时候就需要有个芯片引脚（debug信号），让我们能知道是哪个设备的问题；

1. 握手方式读取数据的debug信号o_wait_read

我们向一个设备发送req请求信号，该设备接收到请求信号后，将准备好的dat数据和ack有效信号一起发送给我们；我们在ack有效时候接收数据，完成握手；代码如下所示：

output        req;
input          ack;
input [3: 0] dat;

always@(posedge click or negedge rstn)
if(!rstn)
     req <= 1‘d0;
else if(clr | (req & ack))
      req <= 1’b0;   //握手成功，接收到数据后不再请求
else if(req_vld)
      req <= 1’b1; //拉起请求 

always@(posedge clk or negedge rstn)
if(!rstn)
    dat_rec <= ‘d0;
else if(req&ack)
    dat_rec<= dat; //req和ack均为1时，接收数据

但现在有个问题，如果我们输出req之后，对应的模块一直没有返回ack数据，怎么办？这时我们需要设计一个最大等待时间MAX_DELAY_TIME，超过这个时间，就发送一个脉冲告诉芯片的控制模块这儿卡住了，然后由控制模块再根据具体需要来决定怎么处理（一般是清零，重新运行）

reg [12 :  0] delay_cnt；

always@(posedge click or negedge rstn)
if(!rstn)
    delay_cnt <= 0；
else if(clr ｜ req&ack)
    delay_cnt <= 0；//清零或正常握手
else if(req)
    delay_cnt <= delay_cnt+1; //有req为1，但ack为0

assign o_wait_read = delay_cnt == MAX_DELAY_TIME;

2. FIFO的空满信号

数字ic设计中经常会用到FIFO，如果FIFO为空时，我们却发起了读请求；或者FIFO为满时，我们发起了写请求；这肯定是会导致丢失数据，有一定风险，需要我们认真检查，因此这两种情况都应该在调试中用$display打印出来；

always@(posedge clk)    
if(full & write) //对一个满状态的FIFO进行写操作
    $diplay(‘write FIFO error’)

always@(posedge clk)    
if(empty & read) //对一个空状态的FIFO进行读操作
    $diplay(‘read FIFO error’)

3. 输入错误

比如我们根据算法分析，认为输入信号a的数值必定是小于b的，但是芯片中的模块接收到了一个a > b的信号，这时应该返回一个error信号，而不是直接进行正常的运算；

always@(posedge clk  or negedge rstn)
if(!rstn)
    error = 0;
else if(clr)
    error = 0;
else if(a > b & dat_vld) //a>b且该数据有效 
    error = 1；

4. 多状态机的debug信号

在多个状态机中，有时会将状态机外接出去。这样将来芯片实际运行时，如果卡住，或者出其他问题，我们就能很快知道他卡在哪个状态了；

5. 使用FIFO记录log

在网上看到一种方法，用一个FIFO储存芯片运行的关键结点的log信息，如果出错，就通过芯片预留的端口将该log信息读取出来，从而达到快速定位问题的效果。

参考资料

IC设计高级007：异常处理设计三要素