本发明提供了一种片上系统诊断方法和装置，该方法包括：通过信号选择单元选择芯片内部待测试模块的数据和信号，使用选择镜像的方式将信号传输至采样单元；根据信号选择状态，利用采样单元对待测试模块产生的信号进行实时采样和抓取，并将采样结果传输至输出单元；在输出单元将采样结果按照预定义数据格式进行封装，然后将采样结果输出到片外；利用片外工具接收并存储所输出的采样结果，按照预定义数据格式对采样结果进行解析，以实现芯片待测试模块的调试分析。本发明解决了传统芯片诊断方法存在的局限性，提高了产品化芯片的现场故障定位分析和海量数据流场景下的故障定位分析能力，增强了监控信号数量的扩展性。