[发明专利]CPU程序存储器自动维护的方法及硬件单元结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种CPU程序存储器自动维护的方法及结构，特别是嵌入式微处理器中程序存储器的自动维护方法及结构。

背景技术

随着集成电路设计和工艺技术的发展，片上系统(SOC)已经在消费电子产品领域中被广泛应用。这不仅有效减少了电路的尺寸、降低了后期系统设计的复杂性，而且还具有高可靠性、低成本、低功耗等优点，可以说片上系统代表了未来集成电路的发展方向。

作为一个完整的片上系统都必须包含的一个核心单元——微处理器(CPU)，但仅有CPU并不能使整个系统运行起来，而这一切就要靠程序来提供支持。目前用来存储程序的程序存储器有只读存储器和可重写存储器两种。但为了降低量产后的芯片成本，很多芯片设计厂商都会采用一定容量的掩模程序存储器来存储片上系统的启动、配置和诊断等程序。但如果在芯片量产后发现掩模程序存储器中指令数据有一些错误存在，而这些错误由于在设计时已经被固化下来并不能像外部可擦除程序存储器那样通过上电方式消除，这时只能从新设计加工该掩模程序存储器，这样不仅大大耗费了研发时间，而且更重要的是大大增加了设计成本。所以，如何能在不大量增加研发成本的情况下快速修正这些错误将成为一个技术难题。

为了防止这种可能需要重新加工的情况出现，设计人员想出一种解决方案，那就是当CPU运行到有错误程序指令数据的时候使用正确的外部数据来将其替换。针对这个思路目前业界已有一些可行的方法，当前主要使用的解决方法包括以下几种：

其中一种方法是当CPU运行到掩模程序存储器错误的程序指令数据的地址时，将禁止掩模程序存储器的数据发送到地址线上，然后通过特殊的机制将被修正好的程序指令数据重新发送到地址线上让CPU执行，以达到程序指令数据修复的目的。

另一种方法是将已经修正过的程序指令数据以中断服务程序形式存储于外部的随机存储器RAM中，当CPU运行到掩模程序存储器的错误地址时，产生一个中断信号，使CPU转到执行中断服务程序处执行，以避开原有错误的程序指令段，达到程序指令数据修复的目的。

还有一种方法就是略微改变CPU内部结构，在地址、数据总线中加入程序存储器错误校正单元，在内部直接对地址和数据进行监控，以达到程序指令数据修复的目的。

以上的三种方法虽然都可行也有可取之处，但都具有其明显的局限性。对于第一种方法由于要先禁止程序存储器的输出再将正确的程序指令数据发送到地址线上，会大大影响正常程序的运行速度，在实时性要求较高的系统中将很难满足要求；第二种方案采用中断方式实现，这种方法简单有效，在简单的片上系统中运用的话是一个不错的解决方案，但由于CPU能支持的中断数目通常是有限的，如果系统程序相当复杂可能会造成系统中断，分配紧张，甚至可能会出现无法安排相应的中断用于程序修正之用；相对于前面的两种方式，第三种方式显然是一种很高效而且不消耗CPU本身硬件资源的一种处理方式，但由于改变了CPU内部的总线连接结构使CPU内部结构的复杂程度提高，这使研发人员需要花费更多额外的时间对CPU功能、时序等方面进行验证，增加了研发成本。另外，对于采用CPU IP方式开发SOC系统的设计人员也可能无法轻易修改CPU内部的结构以达到程序指令数据修复的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种能解决掩模式CPU程序存储器程序指令数据的错误，同时兼顾CPU运行速度、硬件资源和内部结构等各方面因素，使芯片整个系统在后期的维护中具有灵活性的同时又不影响整体系统性能的方法及结构。

针对上述存在的问题，本发明公开了一种可用于片上系统中CPU掩模只读程序存储器自动维护的方法。该方法在不改变CPU内部结构、不占用CPU中断资源和不减慢CPU运行速度的情况下，通过对CPU掩模只读程序存储器错误区段程序自动屏蔽、跳转，对掩模只读程序存储器可能潜在的错误进行自动维护，具体包括如下步骤：

当CPU程序存储器自动维护功能被激活时，比较器将处于透明监控状态，CPU发出的地址直接通过；其中，

当CPU当前发出的程序存储器地址与更新目标地址相同时，模块自动产生一个替换该地址的跳转指令(JMP)；

CPU地址转移到正确的地址，读取更新过的正确指令数据；

当更新指令读取、执行完毕后，单元电路又将系统切换回正常状态。

所述的CPU程序存储器自动维护的方法，其特征在于：未启用CPU程序存储器自动维护功能时，该硬件单元处于透明传输状态，即直接将CPU请求的程序地址发送到掩模程序存储器，CPU执行该地址所指向的程序存储器内的指令。