微处理器验证方法研究

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基于伪随机的微处理器验证方法及改进

基于伪随机的微处理器验证方法及改进

vr ctnevr m n i l a t a c drua l. d io , erl e oki itd cdt ipoe e f ao ni n ets g y u m t sb I adtn nua nt r r u e r i i i o ih h o ia e n en i w sno om v
Ke r s: isr cin s tv rfc to y wo d n tu to e e i ain; p u o rnd m;c v rg ai i e s d —a o o ea e r t o;a t ca e r ln t o ri iln u a e  ̄ i f w
m i r p o e s r a d is i pr v m e t c o r c s o n t m o e n
Z AN h njn H G Z e - ,M O Z i a g u A h. n g
(co l f col t nc, hn hi i tn nvri ,S ag 204 , hn ) Sho Mi e c o i S a ga a o gU iesy h n ̄ 020 C i o r er s Jo t a
的指 令集 测试 中得 到验证 。
1 基 于 伪 随机 的验 证
本文 采用 的验证 策 略是将 实 际设计 的仿 真结果 与 标 准模 型仿 真 结果 进行 比对 , 括三个 部 分 : 工 包 手 编 写 的测 试程 序 , 主要 是 用 来 验 证 边 界 条 件 (o r cme c e ; 随机 测试 程序 , 来 保证 验 证 覆 盖 率 ; 际 s a )伪 用 实

要 :处理 器验 证 是验 证 工作 中最重 要 也 是 时 间 开销 最 大 的 部 分 。 文 中提 出 了一种 基 于仿 真

基于伪随机的微处理器验证方法及改进

基于伪随机的微处理器验证方法及改进

2008年第10期 信息技术Information Technology 中图分类号:TP368 文献标识码:A 文章编号:1009-2552(2008)10-0059-03基于伪随机的微处理器验证方法及改进张振军,毛志刚(上海交通大学微电子学院,上海200240)摘 要:处理器验证是验证工作中最重要也是时间开销最大的部分。

文中提出了一种基于仿真的微处理器验证方法,以伪随机算法为主自动生成测试向量,实现了验证的自动化和验证环境的可重用性。

并在此基础上引入神经网络算法,提高了整个验证过程的自动化程度和效率。

通过一款DSP处理器的验证结果表明,该方法确实提高了微处理器功能验证的有效性和完备性。

关键词:指令集验证;伪随机;覆盖率;人工神经网络Pseudo random functional verification method ofmicroprocessor and its improvementZ HANG Zhen jun,MAO Zhi gang(School of Microelectronics,Shanghai Jiaotong University,Shanghai200240,C hina) Abstract:Verification of micr oproce ssor is the most important part of IC ve rifica tion and bec omes the bottlenec k.In this paper,pseudo random genera tion is used as the main method to generate test benches,and the verification environment is highly automatic and reusable.In addition,neural network is introduced to improve the verification efficiency and automation.By the verification results of a16 bit fixed point DSP the validity and the completeness of this method has been proven.Key w ords:instruction set verification;pseudo random;coverage ratio;artificial neural network0 引言随着集成电路技术不断发展,设计的复杂度和集成度不断提高,功能验证的有效性越来越受到重视。

TURBO51嵌入式微处理器功能验证

TURBO51嵌入式微处理器功能验证


要: 首先 介绍 了 T R O 1嵌入 式微 处理 器 的基于 分 支 预 测和 动 态执 行 结构 设 计 与设 计 U B5
背景及 目前验 证 的发展 状况 , 即形 式验证 、 拟 仿真 和硬 件 加速 仿 真 ,然 后介 绍 了 T R O 1设计 模 U B5
验证所 采用 的步骤 和每 个 阶段 的任 务及 通过准 则 , 即首先 同步定 义文档 功 能时序 设计及验 证策略 , 再进行 R L仿 真并达 到覆 盖 率和代 码 检 查 并给 出覆 盖 率结 果 , 后进 行 F G T 然 P A验 证 , 后进 行 门 最 级仿真 。给 出 了错 误 的 累计 过程 , 示 T R O 1的设计 验证 中错误 收敛 快 , R L仿 真前 已排 除 显 UB5 在 T
F n t n I r ia in o O5 u c i a o Ve ic t f f o TURB 2 Emb d e c O r c s O e d d Mlr p O e s r
W U a —f i Xio e
( h n d e s rC i ,t , hn d 10 I C ia C e g u W s t h s Ld C e g u6 0 4 , hn ) ta p
大部分严 重错 误 , P A验 证前 已排 除全 部严 重错 误 和 9 % 的其 它错 误 , 保 了 T R O 1的一次 FG 9 确 U B5
流片成功 。但 另 一方 面 , 验证 中使 用配置 约束 的 自动随机指 令序 列还 需加 强。 在
关键词 :0 1 微 处理 器设 计 ; 能验 证 ;验证 覆盖 率 ; 85 ; 功 嵌入 式微 处理 器
i h r d c in a d o t— o — r e i ei e b s d a c i cu e t n i S O h e i c t n sr tg f st e p e i t n u — f— o d rp p l a e r h t tr .he t H WS t e v rf ai ta e y o o n e i o

微处理器存储管理单元的功能验证方法

微处理器存储管理单元的功能验证方法

MMU,但 “ 可控性 用操作 系统 更适合做设计签署( ei in D s n Sg — g of,以提高对设计在真实应用中的信 心, f ) 而不是做 以调试错
b ot gG n r l u o eO eaigS s m( OS . h r fr,t u rn e s h n me U C S o t n pa t gg n rl p rt gs s m. yp ri e ea P r s p rt y t GP )T eeo e ig aa te eo et C E S f r s 1ni e ea o e a n y t n p n e t i S a n i e
VP ae i lt ncnc vr 4 o teMMU b g eyer e rjc, ihrlae edb g igpesr nle P eict n OSbsds a o a o e % fh mu i 9 u s r al i t oetwhc e ssh eu gn rsueo tr GAv r ai v y nh p e t a F i f o
v rfc t n o l,VP r vd sa x c tbea d c n rla l lt r frM M U e t r ga d v lpme t e i c t n p atc h wsta e i ai ny i o OS p o ie n e e ua l n o tolbe paf m o o ts— o rm e eo p n .V rf ai rcie s o h t i o
处理等技术,为编写可执行、可控制的 MMU测试程序提供了软件 平台。验证表 明,基于 VP OS的仿真能在早期 的软仿真阶段覆盖 9 %的 4 MMU设 计错误 ,在 F GA验证 中覆盖剩余 的错误 ,保证了移植通 用操作系统一次成功。 P

龙芯2号微处理器的功能验证

龙芯2号微处理器的功能验证

计算机研究与发展ISSN 100021239ΠCN 1121777ΠTPJournal of Computer Research and Development 43(6):974~979,2006 收稿日期:2005-07-11;修回日期:2005-12-31 基金项目:国家“九七三”重点基础研究发展规划基金项目(2005CB321600);国家“八六三”高技术研究发展计划基金项目(2005AA110010,2005AA119020)龙芯2号微处理器的功能验证张 珩1,2 沈海华11(中国科学院计算技术研究所计算机系统结构重点实验室 北京 100080)2(中国科学院研究生院 北京 100049)(zhangheng @ict 1ac 1cn )Function V erif ication of G odson 22ProcessorZhang Heng 1,2and Shen Haihua 11(Key L aboratory of Com puter System and A rchitecture ,Institute of Com puting Technology ,Chinese Academy of Sciences ,Bei 2jing 100080)2(Graduate U niversity of Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100049)Abstract Developing a new leading edge G odson 22processor is an immensely complicated undertaking 1In the case of G odson 22processor ,the micro 2architecture is significantly more complex than the previous G od 2son 1processor and how to ensure the function correctness is a great challenge to verification participants 1Simple architectural level tests are insufficient to gain confidence in the quality of the design 1Detailed plan must be combined with a broad collection of methods and tools to ensure that design defects are detected as early as possible 1Described in this paper are the verification flow and methodology in the G odson 22proces 2sor design prior to tape out 1Simulation is the dominant method in the design ,and the state of art formal method are also used to verify some parts of the design 1K ey w ords function verification ;architecture validation ;processor design ;simulation ;formal verification摘 要 开发龙芯2号这样的高性能通用处理器是一项极其复杂的艰巨任务1龙芯2号处理器的设计规模和复杂度比龙芯1号增加了许多倍,如何保证设计的正确性是一个重大挑战1简单的系统级测试已经不能满足设计的需要,这就要求采用多种有效的、先进的验证方法和工具帮助设计者尽可能早的发现和改正设计错误1主要介绍了在龙芯2号处理器的设计开发过程中采用的功能验证流程和主要验证方法1模拟仿真是主要的验证手段,新的形式化验证方法也应用到了验证流程当中1关键词 功能验证;结构验证;处理器设计;模拟仿真;形式化验证中图法分类号 TP3021 引 言随着集成电路制造工艺的快速发展,功能验证已经成为了ASIC 设计流程的瓶颈1在一个完整的设计流程中通常会花费一半的资源(包括人力、时间等)在功能验证上[1,2]1这是因为验证的复杂度随着设计规模成指数地增长,而市场需求对设计周期的要求又非常紧迫1龙芯2号是面向桌面应用的通用高性能处理器,设计规模达到6×106门,如何在相对较短的时间内确保其功能的正确性是验证人员所面临的一个巨大挑战1使用简单的、单一的验证方法已经满足不了设计验证的需求1在龙芯2号的设计验证中模拟仿真和形式化验证这两种方法得到了充分的利用1其中在系统级功能验证中主要使用的是模拟仿真的方法,而在模块级的验证中形式化方法使用得较多1这是因为形式化验证方法在处理龙芯2号全芯片级设计验证时,由于问题规模过于庞大,还不能有效地进行验证1但是在处理模块级的电路时形式化方法的优势就充分地体现出来1正是由于在验证中使用了多种新方法和新技术,对设计进行充分而严格的验证,才确保了龙芯2号处理器的一次流片成功12 验证方法学在大规模设计验证流程中人们通常会选择自底向上的方法,即先对模块级设计进行充分的测试然后再整合到系统级进行更加全面的功能验证1对于其中主要的功能模块更是要重点地验证,比如功能部件、访存队列等1Intel 奔腾处理器的FDIV 错误就是由浮点功能部件产生的[3]1形式化验证方法是模块级功能验证的最佳验证方法,这是因为形式化验证方法可以100%地证明设计的正确性,在发现错误时可以给出反例1在龙芯2号的模块级验证中就大量地使用了形式化验证方法,不仅使用了成熟的等价性检验工具,也使用了AirthSMV [4]对浮点加法部件进行验证1另外,基于断言(assertion )的功能验证方法也应用到了系统总线接口和二级Cache 接口的验证中1形式化验证方法在处理大规模的设计时会遇到状态爆炸的问题,所以在系统级的功能验证中还是以模拟仿真为主1模拟仿真的层次如图1所示:Fig 11 Hierarchy of simulation 1图1 模拟仿真的层次 在龙芯2号的设计初始阶段就开发了处理器结构设计规范(architecture specification )———C 模拟器1这是一个可执行的结构设计规范,在此基础上可以进行完整的功能测试和性能评估1由于其抽象级别高,所以可以验证得更加充分1同时由于其没有二意性,又可以作为R TL 设计的参考模型1这也为后续的R TL 设计和验证建立了良好基础1系统级R TL 的模拟仿真方法已经比较成熟,主要分为测试生成、结果检测和覆盖率分析3个部分1测试向量主要来自以下4种方法[5,6]:首先是手工编写的测试程序,主要针对一些测试死角(corner cases );第2是前期相似设计中积累下来的测试向量;第3是运行实际的应用程序(例如Linux 操作系统,Spec2000测试程序等);最后是使用带约束的随机生成测试向量对设计进行验证1这些方法也在龙芯2号中得到了有效的应用1模拟仿真的验证方法不能证明整个系统没有错误1验证工作是否完成的一个重要标准就是看测试覆盖率的结果是否达到了设计要求1同时在整个验证流程中始终要对覆盖率数据进行分析,并以此来指导测试生成1模拟仿真另一个缺点是随着设计的增大,仿真速度会呈指数下降,因此如何在一定的时间内运行大量的测试向量成为主要矛盾1使用FPG A 物理原型验证和仿真器加速模拟仿真是一个有效的解决方法13 龙芯2号的形式化验证近几年形式化验证方法成为人们研究的热点,这也使得形式化方法取得了长足的发展,处理设计的规模不断扩大,验证效率也不断提高,许多公司已经将形式化方法和工具应用到了产品设计流程中,比如Intel 和IBM 等1在龙芯2号中主要应用的是等价性检验和模型检验两种方法1其中主要的工作集中在开发了用于浮点加法部件的模型检验器ArithSMV 1311 浮点加法部件的模型检验器———ArithSMVArithSMV 系统的结构如图2所示,ArithSMV 的算法核心由两个模块组成:条件模型检验模块和可满足性判定模块,它们分别实现基于决策图的条件模型检验和基于可满足性判定算法的模型检验1Fig 12 The framwork of ArithSMV 1图2 ArithSMV 系统框图579张 珩等:龙芯2号微处理器的功能验证 (1)条件模型检验模块条件模型检验模块验证带有一个或多个约束子条件的规范1该模块采用了动态模型检验方法,即在模型检验的过程中动态简化被验证系统和系统规范1采用该方法对模型检验过程中生成的所有函数一旦产生,应立即调用条件约束算法计算函数在给定条件下的简化结果,并将简化后的函数替换原函数用于后续验证过程1在实现上,对于系统中任何可产生决策图的位置系统都将调用基于预处理、条件过滤机制和多级约束机制的条件约束算法1(2)条件可满足性判定模块可满足性判定模块采用可满足性判定算法进行运算电路验证1该模块首先将被验证系统和设计规范转化为SA T 问题,用E 2CNF 表示1然后采用可满足性判定工具对E 2CNF 表示的SA T 问题进行可满足性判定:如果SA T 问题可满足,说明存在一组变量赋值使系统规范不成立;如果SA T 问题不可满足,则系统规范成立1ArithSMV 系统的特征在于:①采用了基于3PHDD 的模型检验方法,实现了3PHDD 的加法、减法、乘法、整除、取模和幂函数等操作算法以及3PHDD 的比较算法;②增加了对条件模型检验方法的支持,ArithSMV 采用了基于条件预处理的条件约束算法,并且提供了对多级约束机制和条件过滤机制的支持;③集成了基于可满足性判定的验证方法,ArithSMV 采用E 2CNF 表示布尔公式和数学公式,通过可满足性判定工具判定E 2CNF 是否可满足1该系统在龙芯2号的浮点加法部件验证中得到了应用,并在一个中间版本中发现了错误1312 等价性检验等价性检验主要应用于物理网表与R TL 设计之间的功能一致性检查1物理网表可以是初步综合的中间结果,也可以是用于流片的最终结果1同时在物理设计ECO 阶段会产生大量的中间结果(物理网表),等价性检验可以非常高效地检验这些中间结果的功能一致性14 基于仿真的龙芯2号验证411 应用程序与手工测试生成以实际的应用程序作为测试向量是处理器验证中被广泛使用的方法之一1在龙芯2号的测试过程中我们也使用了操作系统和大量的应用软件作为测试向量,例如Linux ,Spec2000中的paranoia 和dhrystone 等1另外对于设计中corner case 的验证则需要人工编写专用的测试程序作为测试向量1在龙芯2号中的func 程序就是由系统专家编写的针对多种corner case 的测试程序集合1412 可配置的随机指令测试(conf igurable randomprogram generator)随机指令生成环境由5个部分组成:指令库、可配置的规范模型、参考指令集模拟器、指令生成引擎和验证仿真环境[7],如图3所示1系统核心是可配置系统规范和测试指令生成引擎两个组要部分1系统指令库中定义了全部龙芯2号支持的指令集,包括自定义的扩展指令等1参考指令集模拟器会根据生成引擎生成的指令运行得出正确的结果1验证仿真环境是将生成的指令序列装载到相应的内存中,根据不同的测试对处理器进行初始化,同时将仿真过程中R TL 设计产生的结果与参考指令集模拟器生成的正确结果进行比较,当有错误发生时给出提示信息并终止仿真进程1另外仿真验证环境会使用功能覆盖率模型,将仿真的覆盖率分析结果输出,用来指导后续的测试生成条件1Fig 13 The framework of CRPG 1图3 CRPG 系统结构图679计算机研究与发展 2006,43(6) 可配置的规范模型是由形式化的测试约束规则和翻译器组成,其中翻译器将约束规则转化为测试生成引擎的内部数据结构1规范模型定义了指令生成的约束条件,为了用户能够编写出清晰简单的生成约束条件,该规范模型将众多的约束归纳为4种基本的约束规则:①指令约束规则;②指令组和指令序列约束规则;③寄存器和访存约束规则;④初始化约束规则1测试生成引擎会根据测试规范模型生成相应的指令序列1在生成序列过程中需要处理许多问题,包括TLB 换页机制、对存储空间的遍历、转移分支指令的处理、例外的生成等1在处理存储空间的遍历时我们使用了弹性边界算法,取得了非常好的效果1在实际的验证过程中CRP G 对模拟仿真验证效率的提升作用非常明显,图4说明对代码覆盖率的提高效率要高于一般的模拟仿真验证1Fig 14 Line coverage 1图4 行代码覆盖率比较413 验证覆盖率基于仿真的验证方法面临两大困难:①难以监测验证进程;②难以判断验证质量1换句话说,基于测试向量模拟仿真的验证方法,无论采用的测试向量来自真实应用还是随机测试产生器,都无法证明整个系统没有错误1验证工作是否完成的一个重要指标就是看覆盖率的结果是否达到了预期的要求1在整个验证流程中始终保持对覆盖率数据进行监测和分析并以此来指导测试向量的生成和整个仿真过程1覆盖率分析大致分两种:一种是基于代码的覆盖率分析,另一种是基于功能的覆盖率分析1基于代码的覆盖率主要是测试执行语句的情况(line cover 2age )、条件分支的执行情况(condition coverage )、信号翻转执行情况(toggle coverage )和状态机执行情况(FSM )等1由于与具体设计思想联系不紧密,代码覆盖率较容易检测,几个主要的商用EDA 工具软件都提供了对代码覆盖率监测的支持1基于功能的覆盖率分析则着眼于设计的功能和整体结构,常被用来监测设计者最为关注的主要设计功能和结构1由于与具体设计联系紧密,基于功能的覆盖率分析要求有详细的说明文档来描述待测的功能点,因此功能覆盖率模型也可以看做是验证计划文档另一种描述方式1随着现代设计的规模越来越大,功能覆盖率监测的工作量逐渐加大,描述功能覆盖率模型通常采用HVL (hardware verification language )1功能覆盖率检测的全过程如下:①抽象出具体设计中待检验的功能点;②运用相关测试向量进行仿真验证,并采集覆盖率数据;③根据覆盖率检测结果调整测试向量;④覆盖率是否达到要求,如果不满足则重复②,③,直到得到预期的覆盖率检测结果1覆盖率分析在以下方面可以提高验证的质量和效率:①检测出不合法的事件,从而帮助发现设计中的缺陷;②覆盖率结果可以告诉验证人员验证程序中的状态信息,从而帮助发现验证的漏洞,例如,某块区域没有被覆盖到;③验证测试向量是否已经重复,没有新的进程被覆盖;④帮助验证程序更直接驱动测试生成程序产生测试向量,测试没有被覆盖到的区域,填补验证的漏洞1龙芯2号的覆盖率分析包括两部分:①代码覆盖率的检测由商业EDA 软件支持,表1列出了几个测试程序针对不同模块的代码覆盖率;②功能覆盖率则手工完成,需要根据被测设计的特点建立覆盖T able 1 Some R esults of Code Coverage表1 多个程序的代码覆盖率%Module ProgrammFunc Linux Paranoia DhrystoneDecoder 99959495Roqueue 98898690GR 96908094FR97549090779张 珩等:龙芯2号微处理器的功能验证率模型,进行模拟真实系统环境的功能仿真,应尽可能地模拟出实际中会遇到各种情况,使得被测代码全部功能被执行,从而解决逻辑上的错误1414 基于断言的验证基于断言的验证方法被越来越多地应用到处理器的设计验证中1使用断言描述设计的功能属性,然后在仿真过程中检测这些断言属性是否被触发1断言属性即可以作为结果检测器也可以作为功能覆盖率模型使用1在龙芯2号中开发了针对系统总线接口和二级Cache接口的接口协议检测器(protocol checker),提高了验证效率15 仿真加速对于现今大规模的ASIC设计和S oC来说,使用软件模拟器进行RTL仿真的运行速度慢是主要瓶颈,而且很难再有本质的突破,这就需要通过硬件加速的方法来提高仿真速度1使用硬件加速仿真的方法有很多,主要的方法包括物理原型验证(prototyping)、ICE(in2circuit emulator)方式和仿真器的仿真加速1目前龙芯2号的设计验证中使用了物理原型系统验证方法,首先将设计经过分片、综合、布局布线后烧入到FP G A中,再将FP G A通过子卡集成到系统开发板上运行实际的操作系统和大量的应用软件,这种方法完全不需要软件的参与进行模拟,所以可以取得最大的模拟仿真速度1该方法的优点是快速的运行速度,可以在较短的时间内测试大量的测试向量;工作在实际的目标系统中,测试环境更加真实,可同时进行系统的验证;可以在进行硬件设计的同时进行系统的软件开发1但是这种方法的一个主要缺点是发现错误后,调试非常困难,只能依靠逻辑分析仪和示波器等工具,可观测信号的时间窗口范围也很小,对设计内部的信号观测困难,分析一个错误要花费很多时间1如果将一个在FP G A上发现的错误在软件模拟器上重现,需要相当长的时间1在FP G A上运行一秒钟的向量在软件模拟器上要运行几个小时或十几个小时1所以要求有一种方法即能够提供很高的仿真速度又能提供很好的调试环境1硬件仿真加速器就是惟一的选择1目前有两种硬件仿真加速器:基于处理器阵列的仿真加速器和基于FP G A的仿真加速器1龙芯2号选择的是基于FP2 G A的仿真加速解决方案1表2给出了使用仿真器进行仿真加速的效果1该仿真加速器可以提供20~50倍仿真加速,同时也提供了近似于软件模拟器的调试能力,很好地填补了FP G A物理原型验证速度快、难调试和软件模拟器调试能力强但速度慢两种仿真层次之间的空白1T able2 R esults of Simulation Acceleration表2 使用仿真器加速的运行时间比较s Simulation ModeProgramFunc Linux Whetd Stream Simulation(VCS)2895226933657732614 Acceleration(VStation)4891890214636896 总结和未来工作正是由于使用了上述多种验证方法和技术,从而保证了龙芯2号处理器的一次流片成功1随着龙芯系列处理器的发展,如何确保更大规模设计的功能正确性,仍然是一个需要深入研究解决的难题1在模块级验证中更多地引入形式化方法,开发出用于其他功能部件的功能更强大效率更高的模型检验器是未来研究的重点;同时在系统级的指令测试生成中使用自动的覆盖率驱动测试生成,进一步提高验证的效率、降低人工的工作强度也是今后的努力方向1参考文献1F1Casaubieilh,et al1Functional verification methodology of Chameleon processor1The33rd Design Automation Conference, Las Vegas,19962A1Aharon,D1G oodman,M1Levinger,et al1Test program generation for functional verification of PowerPC processors in IBM1The32nd Design Automation Conference,San Francisco, 19953H1P1Sharangpani,M1L1Barton1Statistical Analysis of Float2 ing Point Flaw in the Pentium Processor1Santa Clara:Intel Cor2 poration,19944Wang Haixia1Reserch on fromal methods in arithmetic circuit ver2 ification:[Ph1D1dissertation]1Beijing:Institute of Computing Technology,CAS,20045J1Monaco,D1Holloway,R1Raina1Functional verification methodology for the PowerPC604microprocessor1The33rd De2 sign Automation Conference,Las Vegas,19966M1Kantrowitz,L1M1Noack1I’m done simulating;Now what?The33rd Design Automation Conference,Las Vegas,19967Shen Haihua,Ma Lin,Zhang Heng1CRPG:A configurable ran2 dom test2program generator for microprocessors1ISCAS’05, K obe,Japan,2005879计算机研究与发展 2006,43(6)Zhang H eng ,born in 19731Received his B 1A ’s degree in mechanical engineering from the S outheast University ,Nanjing ,China ,in 19951Received his M 1S ’s degree in com 2puter science from the University of Scienceand Technology of Anshan ,China ,in 20001Since 2001,he has been a Ph 1D 1candidate in the Institute of Computing Technology ,the Chinese Academy of Sciences ,Beijing ,China 1His current research interests include computer architecture and processor design ,verification and test 1张珩,1973年生,博士研究生,主要研究方向为计算机体系结构、微处理器设计、功能验证与测试1Shen H aihu a ,born in 19711An associate professor in the Institute of Computing Technology ,the Chinese Academy of Sci 2ences 1She received her Ph 1D 1degree in computer science and engineering from Ts 2inghua University 1Her main research interests include comput 2er architecture ,processor design and verification 1沈海华,1971年生,毕业于清华大学计算机科学与技术系计算机体系结构专业,获博士学位1现为中国科学院计算技术研究所副研究员,主要研究方向为计算机体系结构、微处理器设计与验证(shenhh @ict 1ac 1cn )1R esearch B ackgroundThe importance of microprocessor design verification is widely acknowledged 1How to promote the verification task and be bugs free prior to silicon is a critical problem in G odson 22design 1There are about ten people in the G odson 22group to study the verifica 2tion methodology and technology 1Our work is supported by the National Science Foundation of China (60325205),863Hi 2Tech Re 2search and Development Program of China (2002AA110010),and the Knowledge Innovation Engineering Project of Chinese Acade 2my of Sciences (KGCX2-109)1《计算机科学技术学报》(JCST)简讯2005年,J CST 已改为210×285大16开本,平均每期144页1版面的增加,信息量随之增大,在一定程度上满足了读者和作者的需求1此外,2005年起,本刊每期都有专题栏目和综述文章,敬请大家关注1近期发表文章和专题预告如下:・“Progress in Computational Complexity Theory ”by Prof 1Jin 2Y i Cai of University of Wisconsin and Prof 1Hong Zhu of Fudan University・“Recent Advances in Evolutionary Computation ”by Dr 1Y ong Xu and Prof 1Xin Yao of The University of Birmingham・Special Issue on Data Management edited by Prof 1Shan Wang Renmin University and Prof 1Jian 2Zhong Li of Harbin Institute of Technology・Special Issue on Digital Audio ΠVideo Technology in China —Emerging China AVS Video Coding Standard edited by Professors Feng Wu of Microsoft Research Asia and Huifang Sun of University of Mitsubishi Electric Research本刊的审稿周期约三个月至半年,录用率为10%~15%1自2000年J CST 被SCI 收录以来,在本刊发表的文章100%被SCI 的Web of Science ,Research Alert ,CompuMath Citation Index 收录;同时,在本刊发表的文章95%以上被Ei 的Compendex 收录1欢迎大家踊跃投稿与订阅1本刊的邮发代号:225781CCF 会员和个人订户可以在编辑部优惠订阅,详情请见J CST 网站,网址:http :∥jcst 1ict 1ac 1cn 1编辑部联系地址:北京2704信箱《J CST 》编辑部,邮编:100080电话:010********* E 2mail :jcst @ict 1ac 1cn979张 珩等:龙芯2号微处理器的功能验证。

一种微处理器芯片的验证测试分析及应用

一种微处理器芯片的验证测试分析及应用
[ ywod lV r ct nts Ma uatr s Fi r nlssDeinfretbly( T ; a lmo e Ke r s ei ai t n fcuet t al eaay i i f o e; e; u ; s s it DF )F ut dl g ot a i
方面验证设计、测 试程序 (et rga T sPo rm)的正确性 ,确 定芯 片是否符合规 范…,同时为设计者及时反馈有效信息 ,并通 过失效分析 (alr Anls )为探求 设计 的关键参数所决 F i e ayi u s
该方法一般验证芯片是否正确执行设计规范所设定的逻
辑功能 ,以确定芯 片能 否正常工作 。全面 的功能测试通常考 虑芯片性能的所有 方面 ,包括 电源 电压、输入/ 出电平与 电 输 流、输入, 输出信号时序、测试频率等。测试者常使用一系列 专门设计 的较短的测试 向量 去激励特 定的电路单元和被测 电
ma uatr s. ae na cu l n ier gpoetti pp r rp ss etr eict ntsf w B tgan lpeet to sno n fcueetB sdt r ai tl . yi e rt gmut ltsme d t t n p a e v f o e o i n i i h i
路 网络 。当捕获到的输 出响应与期望值不 吻合时 ,芯片就在 该 向量上失效了。通过对芯片 电路各组成部分逐一分析 ,设
当前 日趋复杂 的半导 体工艺技术促使芯 片设计和测试 的
()基于功能的验证测试分析 方祛 (u cinb sd 2 F nt .ae ) o
复杂性急剧增加 ,导致存在于 两者 间的 “ 鸿沟” 日 加深。 益 验证测试成为实现 “ 从设计到测试无缝连接”的关键所在 , 尤其是在 0lu 以 F的工艺下 , ,8r n 变得至关重要。验证测试一

微处理器Cache的验证方法研究

微处理器Cache的验证方法研究

因此需要对其做芯片级验证 。 目前 ,对 cce的验证 ,P w r[采 用 C c 预取技术 ah o e42 1 ai m ( ah rlaig ,缩减测试程序长度 ,减少 C ce初始化 C c epeodn ) ah 仿 真时间;用文件记录随机事务 ,快速定位设计错误 ,但它 的随机 生成机制开发成本高。文献[] 3仿真 时将程序 中与体系 结构无关 的部分放在虚拟机上 , 其余的放 在指令集模 拟器 上, 加快仿真速度 。增加地址恢复层 ,提高仿真准确性 ,但它缺 乏对指令 C c e ah 仿真的支持。 由于 C c e 能 对 软 件 不 可 见 , 其 进 行 芯 片 级 验 证 时 , ah 功 对
中图 分类号: P9 T 31
微 处 理 器 Ca h c e的验 证 方 法研 究
李 智 ,李 怡 ,龚令侃 ,章建雄
( 东 计算 技 术 研 究 所 , f 2 0 3 ) 华 : 海 0 2 3

要: 在微 处理 器功能验证中 ,由于 高速缓仔( ah ) 件(P C ce 是软 U测试程序) 不可见的 , 对其进行芯片级验证难 以获得高 的可控制性( 测试场
whc rv d ss rie o h o sr cin o e tse ai y T sb n h CalTb Cal t ep s fwae c tol c e a d rc r sb h vo f ih po ie evc sfrtec n tu t fts c n ro b e te c l( lJ o h l o o t r onr Ca h , n e o d e a iro
第3 6卷 第 l 期 6
g 13 o.6 N o 16 . 计算来自机工程
21 0 0年 8月

微处理器芯片的指令级测试方法研究的开题报告

微处理器芯片的指令级测试方法研究的开题报告

微处理器芯片的指令级测试方法研究的开题报告一、研究背景及意义随着信息技术的快速发展,微处理器的应用范围越来越广,尤其是在计算机、通信、嵌入式系统等领域得到广泛应用。

微处理器芯片是微处理器的核心组成部分,其性能直接关系到整个系统的运行效率和性能,因此在设计和制造过程中对其进行测试非常重要。

指令级测试是微处理器芯片测试的一种重要方法,它通过对微处理器芯片的指令集进行测试,验证芯片的正确性和性能。

指令级测试可以检测芯片的指令解码、执行、存储等各个阶段是否正常,从而确保芯片在运行时能够正确地执行指令,提高芯片的可靠性和稳定性。

目前,国内外关于微处理器芯片的指令级测试方面的研究还比较少,因此本研究的开展具有一定的学术和实用价值。

二、研究内容及方法本研究将主要从以下几个方面入手:1.分析微处理器芯片指令级测试的现状和问题。

对国内外相关研究成果进行调研和归纳,分析目前指令级测试的主要方法和存在的问题,为后续的研究提供基础和指导。

2.提出一种新的指令级测试方法。

本研究将结合现有的测试方法和自己的实际情况,提出一种全新的测试方法,包括测试用例生成、测试执行和结果分析等环节,以提高测试效率和覆盖率。

3.设计实验方案,开展实验验证。

在测试方法确定后,将设计相应的实验方案,并利用微处理器芯片实验平台进行测试,获取测试结果,并进行分析和评估,以验证所提出的测试方法的正确性和有效性。

四、研究预期成果通过本研究,预期能够达到以下几个方面的成果:1.对微处理器芯片指令级测试方面的研究现状进行分析和总结,为后续研究提供基础和指导。

2.提出一种新的指令级测试方法,以提高测试效率和覆盖率。

3.通过实验验证,证明所提出的测试方法的正确性和有效性,为微处理器芯片的测试和应用提供参考。

四、研究计划和进度安排本研究计划分为以下几个阶段:1.文献调研与分析(2个月)。

对国内外相关研究成果进行调研和归纳,分析现有的指令级测试方法的主要优缺点和问题。

基于动态伪随机技术的微处理器验证

基于动态伪随机技术的微处理器验证

在微处理器 设计 领域 , 验证 已经成 为 整个设 计 流程 的瓶 颈 。目前已经 提 出多 种 基 于伪 随 机 技术 产 生 测试 程序 的方 案 , 这些指令生成器根据用户输入 自动产生测试 程序 。但
是 验 证 过 程 需 要 人 工 干 预 并 具 有 很 强 的人 为 因素 , 得 边 界 情 使 况 的 验证 不够 充 分 。
维普资讯
第2 5卷 第 6期
20 0 8年 6月
计 算 机 应 用 研 究
Ap lc t n Re e r h o mp tr p i ai s a c fCo u e s o
Vo . 5 No随机 指令产生器相 比有 如下 优 点 : ) a 动态 可 调整 的伪 随机 指
令产 生模 型 ; ) b 验证 过程 中能够利用 功能覆 盖率报 告 ; ) C 实时 评估伪 随机指令流 的质量 。
1 微处 理器 的验 证 方法
Ab t a t T i p p r r s n e s u o r n o meh d b s d o n t n l o e a eb n l z gt e ds d a t g f c o sr c : h s a e e e td a p e d —a d m t o a e nf ci a v r g y a ay i h ia v n a eo r — p u o c n mi
2 动 态伪 随 机技 术 的验证 方 法
无论 采用现有 的哪种方法产 生测试 程序 , 为了验证到设计 中大 部分的边界 情况 , 出 的时 间 代价 都是 巨 大 的 J 付 。造 成 伪 随机指 令产生器产生 的测 试程序 质量 不高 的根本 原因在 于 伪随机指令生 成器是静态 的, 在生成测试程序时生成器没 有考 虑微处理器 的实 时运行状态 , 以生成 的指 令流针 对性 不强 , 所 不能实时地调 整指 令流以侧重 于 当前验证 最不充 分 的功能模 块 。基于此 , 本文 提出 了改 进 的动态伪 随机指 令产 生器 , 与伪

嵌入式微处理器与操作系统集成验证技术研究

嵌入式微处理器与操作系统集成验证技术研究

嵌入式微处理器与操作系统集成验证技术研究嵌入式系统是指嵌入到其他设备或系统中,以完成特定功能的计算机系统。

而嵌入式微处理器是嵌入式系统的核心部件,用于控制、计算和运算等任务。

操作系统则负责管理和控制嵌入式系统中的各类资源和任务,并提供给用户一个友好的接口。

在嵌入式系统的开发中,确保微处理器和操作系统的兼容性和稳定性显得尤为重要。

为此,嵌入式微处理器与操作系统集成验证技术应运而生。

一、嵌入式微处理器与操作系统集成验证技术的意义与背景随着嵌入式系统的广泛应用,特别是在汽车、医疗、工业控制、通信等领域,嵌入式微处理器与操作系统的集成程度越来越高。

这种集成带来了更高的性能和更好的用户体验,但也给嵌入式系统的开发带来了一系列挑战。

例如,兼容性和稳定性问题可能会导致系统崩溃、数据丢失等严重后果,给用户的工作和生活带来极大的不便,甚至威胁到人身安全。

因此,嵌入式微处理器与操作系统集成验证技术的研究变得至关重要。

它可以从硬件和软件两个方面对嵌入式系统进行验证,确保微处理器和操作系统之间的兼容性和稳定性,提高系统的可靠性和性能。

二、嵌入式微处理器与操作系统集成验证技术的方法与流程为了实现嵌入式微处理器与操作系统的集成验证,研究者们提出了一系列方法和流程。

1. 硬件验证方法硬件验证主要关注微处理器的功能和性能。

首先,通过仿真和模拟等手段对微处理器的电路进行验证,保证其符合设计规范。

然后,利用测试工具和测试套件对微处理器进行功能和性能测试,确保其满足需求。

最后,通过芯片级和系统级的验证,验证微处理器在实际应用中的兼容性和可靠性。

2. 软件验证方法软件验证主要关注操作系统与微处理器的兼容性和稳定性。

首先,利用虚拟化技术,在模拟环境下对操作系统进行测试,确保其能够正确运行。

然后,利用静态和动态分析工具对操作系统进行验证,找出潜在的问题和错误。

最后,在实际硬件上进行硬件级和系统级的验证,确保软件和硬件的配合无误。

3. 集成验证流程集成验证流程包括需求分析、设计验证、仿真测试、硬件测试、软件测试和系统测试等环节。

微处理器验证方法研究的开题报告

微处理器验证方法研究的开题报告

微处理器验证方法研究的开题报告一、研究背景随着计算机技术的快速发展,微处理器的速度和功能不断提升,已成为广泛应用于计算机、通讯、汽车、医疗、航天等领域的关键器件。

然而,微处理器的复杂结构和高度集成化给验证带来了极大的挑战。

在工业界,微处理器的验证工作占据整个开发周期的60%以上,验证时间和成本都非常高。

因此,如何有效地确定微处理器的正确性和可靠性是一个重要的挑战和研究方向。

二、研究意义和目的微处理器验证方法的研究与开发将大大提高微处理器的开发效率和可靠性。

本文旨在研究微处理器的验证方法,探索一种高效、精确、可靠的微处理器验证方法,解决微处理器验证过程中存在的困难和瓶颈,降低微处理器验证的成本和时间。

三、研究内容(1)对微处理器验证的现有方法进行调研和总结,包括手动验证、仿真验证、形式化验证和硬件验证等;(2)探索一种基于模型检测的微处理器验证方法,在微处理器设计或实现的早期阶段就能够发现存在的设计缺陷、规约问题和性能问题;(3)使用QEMU等模拟器和Verilog等硬件描述语言模拟微处理器的执行,自动产生测试用例和错误状态,通过模型检验方法进行微处理器验证;(4)利用规约语言和形式化方法对微处理器的正确性和可靠性进行验证,以确保微处理器符合设计规范和性能要求;(5)通过开发通用微处理器验证工具,将研究成果应用于实际微处理器的验证工作中。

四、研究方法本文将采用实验研究法、文献资料法和统计分析法进行研究。

具体方法包括:(1)设计微处理器验证的实验方案;(2)根据实验目的和要求,选择合适的微处理器验证工具;(3)根据验证需求和目标,采用合适的微处理器验证方法和技术进行验证和分析;(4)分析和总结实验数据,从而得出合理有效的结论和意见。

五、研究成果和预期效果通过本文的研究,可得到以下预期效果:(1)提出一种基于模型检测的微处理器验证方法,并实现一定的自动化流程,使得微处理器验证过程更加高效、精确和可靠;(2)通过实验验证和科学分析,评估所提出的微处理器验证方法的效果和优缺点,为微处理器的开发和验证提供借鉴和参考;(3)开发通用微处理器验证工具,为微处理器验证工作提供便捷和高效的技术支持;(4)对微处理器的验证方法进行总结和展望,为微处理器验证方法的进一步研究和开发提供思路和思考。

高可靠性微处理器验证技术的研究的开题报告

高可靠性微处理器验证技术的研究的开题报告

高可靠性微处理器验证技术的研究的开题报告一、选题背景随着信息化程度的不断加深,微处理器已成为现代社会中不可或缺的关键技术之一。

在军事、医疗、航空航天等领域,微处理器的高可靠性与稳定性显得尤为重要。

因此,研究高可靠性微处理器验证技术已经成为一项十分必要的工作。

二、选题意义随着社会需求的不断提高,对微处理器的高可靠性和稳定性要求越来越高。

因为微处理器内部结构错综复杂,验证难度很大,所以如何保证微处理器的质量和稳定性是当前亟待研究的课题。

这项研究的结果可以用于军事武器系统、医疗设备、飞行器等领域中的微处理器,保证这些系统的长时间工作的可靠性和安全性。

三、研究内容本研究将着眼于高可靠性微处理器验证技术研究,具体包括以下内容:1. 高可靠性微处理器验证技术的现状与发展趋势分析。

2. 基于模拟器的验证技术,包括模拟器基本原理、模拟器开发工具、模拟器应用以及与真实芯片的验证比较等方面的研究。

3. 基于仿真器的验证技术,包括仿真器基本原理、仿真器开发工具、仿真器应用以及与真实芯片的验证比较等方面的研究。

4. 基于硬件验证技术的研究,包括硬件验证基本原理、使用的开发工具、硬件验证的应用场景以及与其他验证技术的比较等方面研究。

5. 验证结果数据分析和评估,包括结果数据分析和评估方法,结果数据分析和评估的要点等方面的研究。

四、研究方法本研究采用文献研究、实验研究、数据分析等方法进行研究。

首先,通过文献研究,对国内外高可靠性微处理器验证技术的研究现状和发展趋势进行分析。

其次,采用实验研究方法,基于模拟器、仿真器和硬件验证技术进行实验验证,评估不同验证技术的优缺点。

最后,通过数据分析等方法,对验证结果进行评估。

五、预期成果本研究预期产生以下成果:1. 确定高可靠性微处理器验证技术的现状和发展趋势。

2. 对模拟器、仿真器和硬件验证技术的应用和优缺点进行研究,为高可靠性微处理器验证技术的选择提供参考。

3. 对不同验证技术的验证结果进行分析和评估,并提供相应的数据和建议。

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复旦大学
硕士学位论文
微处理器验证方法研究
姓名:李云锋
申请学位级别:硕士
专业:微电子学与固体电子学指导教师:俞军
20070516
5.1.3芯片版图
MC6809电路采用华虹NEC O.54pⅡn HCOT-9(5.or)Design Manual Ver5.0工艺,该工艺为单层多晶、三层金属布线。使用Astro自动布局布线工具生成版图,并通过DRC、LVS等物理验证,确保版图的正确性。最终的版图如图5.3所示,芯片面积为2.79mm×2.68mm=7.477mn3.2。
图5-3MC6809版图
微处理器验证方法研究
作者:李云锋
学位授予单位:复旦大学
1.张轩基于ARM7TDMI的Cache的设计与验证[学位论文]2007
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