- Тема 00: Вводная
- Тема 01: Функциональная верификация процессорных ядер
- Тема 02: Основные подходы к функциональной верификации RISC-V ядер
В данном занятии подробно рассматриваются два базовых подхода к верификации RISC-V ядер на основе симуляции: "Hello world!" и тестирование с самопроверкой.
Оба этих подхода не являются достаточными для качественной проверки процессоров, однако находят применимость на определенных этапах их разработки.
Простейшим подходом является тест "Hello world!", в ходе которого верификатором создается тестовая программа с элементарным набором инструкций. Программа загружается в ядро, симулируется его работа. Инженер анализирует результат и выносит вердикт о корректности работы.
"Hello world!" в описании подхода употребляется для простоты восприятия. В реальности используются более простые тесты, чем вывод строки в консоль. Это может быть выполнение арифметических инструкций, простейших циклов и т.п. В ходе симуляции инженер по временной диаграмме оценивает корректность работы устройства.
Такой подход к тестированию в некотором роде напоминает утиный тест. По аналогии с "если это выглядит как утка, плавает как утка и крякает как утка, то это, вероятно, и есть утка" можно сказать, что "если процессор выполняет программу, то, вероятно, процессор работает исправно". Звучит достаточно абсурдно, не так ли? Да, этот способ далеко не гарантирует корректность работы устройства, однако может быть использован в самом начале процесса верификации для поиска легко определяемых ошибок в дизайне, пока более сложные тестовые сценарии еще не интегрированы в окружение.
Для того, чтобы на практике повторить тестирование процессора при помощи подхода "Hello world!", перейдите в раздел practice/00_basic_hex и следуйте инструкциям. Будет интересно!
Подход с самопроверкой заключается в использовании программ, в которые уже встроена проверка корректности работы. Давайте рассмотрим пример.
Предположим, что в ходе программы складываются два числа в регистрах x1 и x2. Результат записывается в x4.
add x4, x1, x2 # сложение
После выполнения инструкции сложения, следующие инструкции сравнивают полученный результат с заранее известным, который до этого был загружен в память процессора.
add x4, x1, x2 # сложение
addi x5, x0, 11 # загрузка константы в регистр x5
bne x5, x4, 8 # сравнение значений в регистрах x4 и x5
При несовпадении результатов следующая инструкция пропускается при помощи условного перехода. Пропущенная инструкция записала бы в регистровый файл некоторое значение, которое по завершении симуляции свидетельствовало об успешном прохождении тестирования.
add x4, x1, x2 # сложение
addi x5, x0, 11 # загрузка константы в регистр x5
bne x5, x4, 8 # сравнение значений в регистрах x4 и x5
addi x6, x0, 1 # запись 1 в регистр x6
В нашем примере инструкция addi x6, x0, 1 будет пропущена, если значение в регистре x5 не совпадет со значением в регистре x4, т.к. инструкция bne x5, x4, 8 совершит переход по адресу PC + 8, где PC - адрес этой инструкции. Инструкция addi x6, x0, 1 находится в памяти по адресу PC + 4. Обратите внимание, что адресация побайтовая.
Возможный вариант расположения инструкций в памяти представлен на рисунке ниже:
Стоит заметить, что для RISC-V в открытом доступе существует достаточное количество тестов с самопроверкой, например riscv-tests и riscv-arch-test. Сообщество активно поддерживает эти наборы, обновляя и дополняя их в соответствии с АНК.
Очевидным минусом такого подхода является тот факт, что операции сравнения с эталонным результатом, загрузки результата в память процессорного ядра и т.д. осуществляются при помощи проверяемого процессорного ядра. Нет никакой гарантии, что, например, в реализации инструкции сравнения нет ошибки, и одна ошибка, наложенная на другую, не даст в итоге верный результат.
Таким образом, данный подход предоставляет множество качественно написанных тестовых сценариев, а также быструю актуализацию при изменениях в архитектуре набора команд, однако все еще не является достаточным для проверки корректности работы ядра из-за зависимости результата проверки от аппаратной части проверяемого процессора.
Для того, чтобы на практике повторить тестирование процессора при помощи подхода с самопроверкой, перейдите в раздел practice/01_riscv_tests и следуйте инструкциям. Будет интересно!
Список занятий из раздела bug hunting, в которых применяется тестирование с самопроверкой:
В следующем занятии будет рассмотрен подход к функциональной верификации RISC-V ядер на основе симуляции, в котором применяется сравнение хода выполнения программы с эталонной моделью.