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[Probe mode簡介]

　　Pentium 在設計上增加了一種除錯模式稱為探測模式 (Probe mode)，這種模
式是用來檢測新設計的主機板以及支援In-Circuit Emulator(ICE) 的功能。何謂
ICE? 微處理機中附有程式，當這些程式發生問題時，微處理機並不能知道這些程
式跑到哪裡去了，這時就要靠ICE來模擬微處理機，讓ICE告訴我們問題出在哪裡。

　　Probe mode並不能由使用者藉由軟體的操作來致能　(Enable)　或不被致能
(Disable)，而是由邊界掃描暫存器(Boundary Scan register)及接腳的組合來達
成的。說清楚一點，這些探測模式暫存器是建立在測試存取埠(Test Access Port)
中的邊界掃描暫存器中，而且只能經由符合JTAG標準的接腳來Enable或Disable。

　　在Probe mode之下，Pentium可以測試或改變系統的內在及外在狀態。並可進
入CPU內部去讀取或更改暫存器的值，或經由CPU產生的　Bus Cycle來讀取或更改
Memory和I/O Space的資料。

　　在這個模式之下，正常的指令運作會被中斷，Pentium　進入一個潛伏的狀態
(dormant state)。在以前支援有ICE的處理器進入ICE模式時，目標系統並不知道
，所以這些處理器仍然在執行x86 ICE的程式指令，此時的ICE mode處於交錯運轉
模式，有自己的程式和記憶體空間，就好像　System Management Mode(SMM)之於
Pentium(SMM主要是用來控制系統的一些配件電源的開關，以達到省電的目的)。但
Pentium Probe Mode卻真正的處於一種靜態的狀況，也就是說，Probe Mode用來讀
取或更改不管是暫存器、Memory或是I/O Space的指令，都會被直接送到　Pentium
的執行單元中，而不會經過指令預取(prefetch)(指令預取是CPU在指令還未執行完
時，先去取出下一個指令來解碼，以節省時間)及指令解碼(decode)的階段。

[Probe mode的完成]

　　Probe mode的完成必須經由邊界掃描指令集延伸、兩個接腳以及三個或多個的
Probe mode暫存器。

●支援Probe mode的邊界掃描延伸指令集中包含有下列指令：
　Begin Probe Mode、End Probe Mode、Build Probe Instruction、
　Execute Probe Instruction、Access Probe Data Register，以及很
　有可能存在一些Flush Data Cache、Flush Code Cashe和Flush Both
　Cashe的指令。
　(　Flush#<快取記憶體作廢>：這是一個輸入訊號，當輸入為LOW時，CPU將其內
　部L1 Cache中　Modified Cache Line寫回到L2 Cache或　Main Memory，再將L1
　CacheLine無效化　)
這些指令在Pentium 邊界掃描指令集摘要中被標示為Private Instruction。

●支援Probe mode的兩個接腳：
　R/S#<起始或停止>：這是一個輸入訊號，當R/S#為LOW時，CPU完成它正在進行的
　　　　　　　　　　的Bus Cycle後就會進入Idle State並停止正常運作，以便執
　　　　　　　　　　行Probe mode的指令。
　PRDY<探測模式備妥>：這是一個輸出訊號，CPU驅動PRDY為HIGH告知其已進入探測
　　　　　　　　　　　模式，並準備經由測試存取埠來接受Probe mode的指令。
這兩個接腳在Pentium data sheet中有簡單的描述。

●支援Probe mode的暫存器：
　Probe Instruction Register(PIR)、Probe Data Register(PDR)、
　Probe Mode Control Register(PMCR)，(Probe Status Register(PSR))

　　在Probe Mode時，processor是在潛伏狀態的。指令預取與指令解碼都不會發
生，任何在處理中或等候處理的中斷也會暫停，直到終止探測模式之後才繼續執行
。但有些與記憶體有關的動作在Cache被致能時是可以在探測模式中進行的，比如：
Snoop(監看別顆CPU是否改掉memory的值)、Cache line filled(當目前所讀或寫的
Data不在Cache中時，Cache Controller　必須從Main Memory中讀取整條快取線的
資料並寫入Cache中)和writeback(將結果寫回cache)。

[如何進入與離開 Probe mode]

　　進入Probe Mode有三種方法，描述如下：

●Processor接受來自邊界掃描指令集的Begin Probe Mode指令，然後processor就
　會立即暫停執行下一個指令，並且去影響PRDY，於是PRDY就會依前述說明動作。
　若要離開則要去執行Exit Probe Mode這個指令，或是藉由外在的硬體強制把R/S#
　調成LOW再調成HIGH，這就叫做low-to-high transition。

●第二種方法是直接去從硬體上去調R/S#，若processor已準備好要接受probe mode
　指令時，就會去調整PRDY。要離開時，必須再從硬體上把R/S#調回HIGH。這是第
　二種方法唯一的離開方式，End Probe Mode指令在這裡並不會生效。

●當除錯中斷發生時，Pentium會自己進入探測模式，如果我們要允許這種情形發生
　，就必須將PMCR設定成允許debug exception發生，這樣的話只要一發生除錯中斷
　，就會進入探測模式。Debug exception的發生，是因為除錯暫存器中斷點被偵測
　到(CPU有四個除錯暫存器(指Pentium)，當CPU執行指令的位址與其中一個除錯暫
　存器相同時，就會因為BP訊號驅動為HIGH而使CPU停止)、一個單步中斷發生、一
　個事件轉換發生在一個T-bit被設定的TSS上、DR7.GD=1和除錯暫存器被意圖存取
　，或者是除錯中斷指令ICEBP被執行。只要PMCR[0]=1，上述任一種狀況都會促使
　Pentium進入探測模式，並且去調整PRDY而準備接受探測模式指令。要離開時，只
　要去執行End Probe Mode指令，或是進行前述第一種方法中的low-to high tran
　-sition。

[Probe mode指令]

　　Probe mode的指令都是由Probe Instruction Register來Compose的。PIR可以
完全控制Pentium的執行單元(u-pipe及v-pipe)，和FPU core。PIR的格式在邏輯上
是處於u-pipe和v-pipe之間，或是v-pipe和FPU pipe之間，所以兩個指令可以同時
被PIR使用。Probemode指令的composed可能需要寫入PIR很多遍，在這樣的情形下，
要改變PIR的值必須先執行Build Probe Instruction指令才行。Composed完全完成
以後，還要發布Execute Probe Instruction指令才能執行Probe mode指令。

[結論]

　　Pentium Probe mode與Pentium的雙管架構的關係是非常密切的。Probe mode提
供了一個非強制性的方法去讀取或寫入微處理機的任何狀態、memory及I/O Space。
當進入探測模式之後，Pentium就一直維持在一個dormant state，並等候Probe mode
指令，直到離開此模式以後。同樣的，當processor的狀態沒有改變時，離開Probe
mode也是非強制性的，除非probe mode的指令要求這麼做。Probe mode的指令是直
接被送入v-pipe、u-pipe和FPU，並由其來composed的。指令可用來檢查和改變內部
暫存器(包含MSR's)。沒有任何的protectionchecks會和探測模式指令運算子衝突，
有問題的運算子所造成的結果在此時會呈現不確定狀態。Probe mode由於有非強制
的特性，所以是一個很好的的hardware-based的除錯方法。

[參考書目]

• Pentium Processor Family Developer's Manual, Volume 1 (Chapter 31)
• Pentium Processor Family Developer's Manual, Volume 1 (Chapter 11)
• Microtek In-Circuit Test Probe Manual, and Help files.
• Observed behavior using ICE, logic analyzer, or both.
• Pure Speculation.

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