SoC的发展使测试与测量设备进入芯片 (1)
要 点
芯片设计者正开始在自己的复杂IC上设计测试与测量仪器。
在IC中设计测试仪器的潮流开始于CPU核心与总线的数字调试硬件。
现在，设计者也在高速I/O块中建立分析仪器。
设计者正在高频芯片的内部作业中集成更复杂的模拟与RF测试仪器，如读取通道IC。.
这只是尺度问题。随着系统级 IC 越来越大而复杂，它们也逐渐无法观察与激励。通过打线焊盘甚至探针都无法达到内部的节点。信号电压很小，噪声阈值极微，驱动强度可以忽略不计。当关键电路达到千兆频率时，已不可能在物理上获得片上信号的精确表述，即使可以用探针探到电路。
而需求仍然存在。芯片设计者在建立硅片时必须能够观察和激励 SoC（系统单芯片）中的各个独立块。制造测试工程师必须能够在价格合理的测试设备上建立快速的测试程序。芯片设计者也必须创建自动校准程序，以补偿芯片使用时关键电路的工艺、电压、温度、阻抗和噪声变化。唯一可行的选择是将测试与测量仪器（包括通常建立实验室所需要的逻辑分析仪、总线分析仪、通信测试仪与示波器等）移到芯片自身上面。
现在这种选择已成为现实。其开端也许要算 CPU 核心中内建的调试功能，并扩张到总线诊断块和内置自检逻辑块，今天的片上仪器正在扩展到高速收发器和 RF 电路。今后可能会看到，用于特性描述与校准的片上模拟仪器将例行公事地成为模拟设计的一部分（见附文“MEMS 加速度计也需要测试仪器”）。
始于CPU
在一片 CPU 中建立调试硬件的概念至少可以回溯到 IBM 360 架构。但将更复杂 CPU 核心装入较小片芯中的竞赛意味着在 SoC 设计的早期不可能实现这一概念。它的重新出现是因为需求。
ARM 的 CoreInsight 调试计划总经理 William Orme 说：“随着处理器复杂性与频率的增长，由于过于困难，已经不能用外电路控制核心。设计者拒绝在核心区增加调试成分，但它成为了核心区与努力之间的一种折衷。最终，核心内的调试在 SoC 总成本中变得有性价比。于是，它成为了一种强制措施。”
在这一发展中，基本技术没有变化。设计者只需要将 CPU 核心置于一种已知状态，开始运行，观察并记录状态顺序，当感兴趣的事情发生时将核心停止。集成在核心中的硬件可以完成所有这些事情，对正常运行的能耗与性能基本没有影响。
但随着 SoC 的发展，CPU 核心不再是唯一的问题。从 CPU 向四面八方伸长开去的总线（宽、高速、分段和多层）也变得无法观测。于是，ARM 和其它互连 IP（知识产权）供应商在互连架构中建立了调试电路，就像他们在 CPU 中做的那样。
Orme 说：“在一个 AHB（先进高速总线）的多级互连中，设计者需要监控互连处于何种级别上：源、目标，以及每个事务的内容。这个过程需要从片芯内监控。”
