一種用于處理器算術(shù)邏輯單元指令的隨機(jī)數(shù)驗(yàn)證方法
【專(zhuān)利摘要】一種用于處理器算術(shù)邏輯單元指令的隨機(jī)數(shù)驗(yàn)證方法，首先根據(jù)運(yùn)算指令操作數(shù)長(zhǎng)度，選取March元素序列，劃分操作數(shù)存儲(chǔ)單元，然后使用March元素序列，對(duì)操作數(shù)單元進(jìn)行全排列填寫(xiě)，生成一組備選隨機(jī)數(shù)，其次使用備選隨機(jī)數(shù)，根據(jù)算術(shù)邏輯運(yùn)算指令格式生成操作數(shù)組合，最后根據(jù)算術(shù)邏輯指令結(jié)構(gòu)，將生成的操作數(shù)組合實(shí)例化為算術(shù)邏輯運(yùn)算指令代碼，并生成算術(shù)邏輯運(yùn)算標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果，進(jìn)行自動(dòng)對(duì)比驗(yàn)證。本發(fā)明測(cè)試用例根據(jù)寫(xiě)入和讀出的關(guān)系，有針對(duì)性地選取隨機(jī)數(shù)覆蓋寫(xiě)入和讀出不一致的故障代碼，通過(guò)將處理器類(lèi)比為一個(gè)存儲(chǔ)器進(jìn)行測(cè)試，把成熟的存儲(chǔ)器測(cè)試方法引入到處理器測(cè)試中來(lái)，提高了隨機(jī)數(shù)驗(yàn)證的針對(duì)性，同時(shí)降低了驗(yàn)證的成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種用于處理器算術(shù)邏輯單元指令的隨機(jī)數(shù)驗(yàn)證方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及處理器的離線(xiàn)功能驗(yàn)證方法，具體為一種用于處理器算術(shù)邏輯單元指 令的隨機(jī)數(shù)驗(yàn)證方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，SoC的設(shè)計(jì)與應(yīng)用已經(jīng)成為IC發(fā)展的主要熱點(diǎn)和方向，國(guó)內(nèi)SoC的技術(shù)發(fā) 展迅速，已經(jīng)成功設(shè)計(jì)出了一系列的國(guó)產(chǎn)SoC芯片，但是國(guó)產(chǎn)SoC芯片要想獲得國(guó)內(nèi)業(yè)界的 認(rèn)可和推廣應(yīng)用仍需在功能可靠性方面進(jìn)行更加深入、全面的測(cè)試驗(yàn)證，尤其需要將處理 器指令集的功能驗(yàn)證放到可靠性驗(yàn)證工作的第一位。
[0003] 處理器離線(xiàn)隨機(jī)驗(yàn)證是當(dāng)前處理器驗(yàn)證的主流方法，其較高層次的實(shí)施方式在系 統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證層面上具有不可替代的地位，但該方法由于隨機(jī)針對(duì)性不強(qiáng)，即使通過(guò)大量的驗(yàn) 證用例也會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤覆蓋率不高，同時(shí)開(kāi)發(fā)大量的驗(yàn)證用例也帶來(lái)了極大的驗(yàn)證成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種能夠提高隨機(jī)驗(yàn)證效率的用于處理 器算術(shù)邏輯單元指令的隨機(jī)數(shù)驗(yàn)證方法。
[0005] 本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0006] 步驟一，基于March算法，根據(jù)運(yùn)算指令操作數(shù)長(zhǎng)度L和測(cè)試工作量，劃分操作數(shù) 存儲(chǔ)單元的W位/字長(zhǎng)度，并選定數(shù)據(jù)背景；
[0007] 對(duì)W = 2n位/字的存儲(chǔ)器，取log2W+l個(gè)數(shù)據(jù)背景，若W關(guān)2n，取叫位/字的 數(shù)據(jù)背景，并選擇這組數(shù)據(jù)背景中的W位；
[0008] 步驟二，根據(jù)March算法原理，對(duì)選定的數(shù)據(jù)背景取反，使選定的數(shù)據(jù)背景和取反 的數(shù)據(jù)背景共同組成March元素，得到數(shù)據(jù)B個(gè)March元素序列；
[0009] 步驟三，使用B個(gè)March元素序列，對(duì)「1/，1個(gè)操作數(shù)單元進(jìn)行全排列填寫(xiě)，得到 一組個(gè)數(shù)JV = 5「講1的備選隨機(jī)數(shù)集合T = Umm1，…，ImmJ ;
[0010] 步驟四，根據(jù)驗(yàn)證對(duì)象的指令格式，從備選隨機(jī)數(shù)集合中任意選取R個(gè)進(jìn)行組合， 得到 M = Nk個(gè)測(cè)試隨機(jī)數(shù)集合 Ct = {[Immn，…，ImmiJ I i = 1，…，M ;Immn，…，ImmiK e T};
[0011] 步驟五，根據(jù)算術(shù)邏輯指令結(jié)構(gòu)，將Ct實(shí)例化運(yùn)行得到算術(shù)邏輯運(yùn)算指令代碼，并 通過(guò)計(jì)算得出算術(shù)邏輯運(yùn)算標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果；
[0012] 步驟六，將Ct實(shí)例化運(yùn)行得到算術(shù)邏輯運(yùn)算指令代碼與計(jì)算得到的算術(shù)邏輯運(yùn)算 標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果通過(guò)比較指令進(jìn)行比較，自動(dòng)判斷對(duì)錯(cuò)，完成驗(yàn)證。
[0013] 所述的March算法選用面向"字"的March C-算法。
[0014] 所述的March算法通過(guò)反復(fù)對(duì)每個(gè)地址進(jìn)行讀/寫(xiě)0或1的操作，根據(jù)數(shù)據(jù)背景 生成原理，選定的數(shù)據(jù)背景及其取反數(shù)據(jù)保證每?jī)蓚€(gè)字節(jié)之間的測(cè)試碼出現(xiàn)00、01、10、11 四種情況至少各一次。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：
[0016] 由于算術(shù)邏輯運(yùn)算實(shí)質(zhì)上是將操作數(shù)讀出，計(jì)算，然后寫(xiě)入目標(biāo)寄存器，其故障發(fā) 生在讀、算、寫(xiě)三個(gè)環(huán)節(jié)，但"算"環(huán)節(jié)發(fā)生的故障對(duì)于驗(yàn)證是不可見(jiàn)的，本發(fā)明測(cè)試用例根 據(jù)寫(xiě)入和讀出的關(guān)系，有針對(duì)性地選取隨機(jī)數(shù)覆蓋寫(xiě)入和讀出不一致的故障模式，通過(guò)將 處理器類(lèi)比為一個(gè)存儲(chǔ)器進(jìn)行測(cè)試，把成熟的存儲(chǔ)器測(cè)試方法引入到處理器測(cè)試中來(lái)，用 存儲(chǔ)器的故障模型去覆蓋處理器的錯(cuò)誤類(lèi)型，由于算術(shù)邏輯運(yùn)算指令的操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果 在處理器指令流中的讀取和回寫(xiě)與處理器對(duì)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)傳輸路徑相一致，因此存儲(chǔ) 器的故障模型完全可以覆蓋算術(shù)邏輯運(yùn)算指令數(shù)據(jù)通路上的錯(cuò)誤，另一方面，除了數(shù)據(jù)傳 輸路徑，算術(shù)邏輯運(yùn)算指令的運(yùn)算執(zhí)行部分依然是處理器內(nèi)部的黑盒，其計(jì)算錯(cuò)誤的模式 更加復(fù)雜，在隨機(jī)驗(yàn)證中根本無(wú)法進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，因此將指令的運(yùn)算執(zhí)行部分作為存儲(chǔ) 器單元，從更高的系統(tǒng)層次進(jìn)行針對(duì)性驗(yàn)證設(shè)計(jì)，從而可以無(wú)需關(guān)注具體的錯(cuò)誤內(nèi)容而做 到其內(nèi)部的復(fù)雜及未知故障的覆蓋。March算法是比較流行的存儲(chǔ)器測(cè)試方法，對(duì)固定故 障、狀態(tài)轉(zhuǎn)換故障、尋址故障和耦合故障的覆蓋率能夠達(dá)到1〇〇%。本發(fā)明隨機(jī)數(shù)驗(yàn)證方法， 一方面利用March算法較高的故障覆蓋率提高了隨機(jī)數(shù)驗(yàn)證的針對(duì)性，另一方面利用其較 小的時(shí)間復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)了對(duì)操作數(shù)數(shù)量的控制，大大降低了驗(yàn)證的成本。
[0017] 進(jìn)一步的，本發(fā)明隨機(jī)數(shù)驗(yàn)證方法選用面向"字"的March C-算法，能夠有效的檢 測(cè)大多數(shù)存儲(chǔ)器簡(jiǎn)化故障，提高了故障的覆蓋率，并且能夠減少測(cè)試的成本。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為本發(fā)明的流程圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明生成的操作數(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果實(shí)例圖；
[0020] 圖3為本發(fā)明生成的算術(shù)邏輯運(yùn)算指令代碼實(shí)例圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而 不是限定。
[0022] 參見(jiàn)圖1，本發(fā)明的隨機(jī)數(shù)驗(yàn)證方法包括：
[0023] 步驟一，根據(jù)運(yùn)算指令操作數(shù)長(zhǎng)度L和測(cè)試工作量，劃分操作數(shù)存儲(chǔ)單元的W位/ 字長(zhǎng)度，并選定數(shù)據(jù)背景；
[0024] 對(duì)W = 2n位/字的存儲(chǔ)器，取log2W+l個(gè)數(shù)據(jù)背景，若W尹2n，取2「 lQg，l位/字的 數(shù)據(jù)背景，并選擇這組數(shù)據(jù)背景中的W位；
[0025] 步驟二，根據(jù)面向"字"的March C-算法原理，對(duì)選定的數(shù)據(jù)背景取反，March算法 通過(guò)反復(fù)對(duì)每個(gè)地址進(jìn)行讀/寫(xiě)〇或1的操作，根據(jù)數(shù)據(jù)背景生成原理，選定的數(shù)據(jù)背景及 其取反數(shù)據(jù)保證每?jī)蓚€(gè)字節(jié)之間的測(cè)試碼出現(xiàn)〇〇、〇1、1〇、11四種情況至少各一次，選定的 數(shù)據(jù)背景和取反的數(shù)據(jù)背景共同組成March元素，得到數(shù)據(jù)B個(gè)March元素序列；
[0026] 步驟三，使用B個(gè)March元素序列，對(duì)個(gè)操作數(shù)單元進(jìn)行全排列填寫(xiě)，得到 一組個(gè)數(shù)TV = 的備選隨機(jī)數(shù)集合T = Umm1，…，ImmJ ;
[0027] 步驟四，根據(jù)驗(yàn)證對(duì)象的指令格式，從備選隨機(jī)數(shù)集合中任意選取R個(gè)進(jìn)行組合， 得到 M = Nk 個(gè)測(cè)試隨機(jī)數(shù)集合 CT = {[Immn，…，ImmiK] I i = 1，…，M ;Immn，…，ImmiK e T};
[0028] 步驟五，根據(jù)算術(shù)邏輯指令結(jié)構(gòu)，將Ct實(shí)例化運(yùn)行得到算術(shù)邏輯運(yùn)算指令代碼，并 通過(guò)計(jì)算得出算術(shù)邏輯運(yùn)算標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果；
[0029] 步驟六，將Ct實(shí)例化運(yùn)行得到算術(shù)邏輯運(yùn)算指令代碼與計(jì)算得到的算術(shù)邏輯運(yùn)算 標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果通過(guò)比較指令進(jìn)行比較，自動(dòng)判斷對(duì)錯(cuò)，完成驗(yàn)證。
[0030] 參見(jiàn)圖2, 3,以自主研發(fā)的DSP處理器為驗(yàn)證對(duì)象，結(jié)合一條32位整點(diǎn)加法指令 (addi reg_rsl，reg_rs2，reg_rd)的隨機(jī)數(shù)驗(yàn)證，對(duì)本專(zhuān)利的實(shí)施過(guò)程描述如下：
[0031] 步驟1、劃分L = 32的操作數(shù)存儲(chǔ)單元位/字長(zhǎng)度W = 8 = 23,則數(shù)據(jù)背景個(gè)數(shù) 為 log2W+l = 4,即 0x00、0x55、0x33、0x0f。
[0032] 步驟2、將4個(gè)數(shù)據(jù)背景取反，得到8個(gè)March元素序列，即0x00、0xff、0x55、0xaa、 0x33、Oxcc、OxOf、OxfO。
[0033] 步驟3、使用8個(gè)March元素序列對(duì)32/6 = 4個(gè)操作數(shù)單元進(jìn)行全排列填寫(xiě)，得到 # = 8「3_ = 4096個(gè)備選隨機(jī)數(shù)集合，集合T的部分?jǐn)?shù)據(jù)如圖2的第一列所示，其中①為addi 指令的第一個(gè)隨機(jī)操作數(shù)。
[0034] 步驟4、add指令結(jié)構(gòu)使用兩個(gè)操作數(shù)，即R = 2,生成M = 40962個(gè)測(cè)試隨機(jī)數(shù)，集 合Ct的部分實(shí)例如圖2前兩列所示，其中①為addi指令的第一個(gè)隨機(jī)操作數(shù)，②為addi指 令的第二個(gè)隨機(jī)操作數(shù)，③為addi指令對(duì)兩個(gè)操作數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果。。
[0035] 步驟5、根據(jù)add指令代碼實(shí)現(xiàn)，將操作數(shù)組合實(shí)例化為可自動(dòng)對(duì)比驗(yàn)證的驗(yàn)證用 例，部分實(shí)例如圖3所示，具體執(zhí)行過(guò)程包括：
[0036] I、將addi指令的第一個(gè)隨機(jī)操作數(shù)賦給r0寄存器；
[0037] II、將addi指令的第二個(gè)隨機(jī)操作數(shù)賦給rl寄存器；
[0038] III、執(zhí)行addi指令，將兩個(gè)操作數(shù)的計(jì)算結(jié)果賦給r2寄存器；
[0039] IV、將addi指令的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果賦給r3寄存器；
[0040] V、比較r2和r3寄存器是否相等，若錯(cuò)誤則跳轉(zhuǎn)wrong處理。
[0041] 本發(fā)明隨機(jī)數(shù)驗(yàn)證方法利用March算法較高的故障覆蓋率在系統(tǒng)層面提高了隨 機(jī)數(shù)驗(yàn)證的覆蓋率，同時(shí)利用March算法較小的時(shí)間復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)了對(duì)操作數(shù)數(shù)量的控制， 大大降低了驗(yàn)證成本。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于處理器算術(shù)邏輯單元指令的隨機(jī)數(shù)驗(yàn)證方法，其特征在于： 步驟一，基于March算法，根據(jù)運(yùn)算指令操作數(shù)長(zhǎng)度L和測(cè)試工作量，劃分操作數(shù)存儲(chǔ) 單元的W位/字長(zhǎng)度，并選定數(shù)據(jù)背景； 對(duì)W= 2n位/字的存儲(chǔ)器，取log2W+l個(gè)數(shù)據(jù)背景，若W關(guān)2n，取2「心^1位/字的數(shù) 據(jù)背景，并選擇這組數(shù)據(jù)背景中的W位； 步驟二，根據(jù)March算法原理，對(duì)選定的數(shù)據(jù)背景取反，使選定的數(shù)據(jù)背景和取反的數(shù) 據(jù)背景共同組成March元素，得到數(shù)據(jù)B個(gè)March元素序列； 步驟三，使用B個(gè)March元素序列，對(duì)「i/ifl個(gè)操作數(shù)單元進(jìn)行全排列填寫(xiě)，得到一組 個(gè)數(shù)TV= 的備選隨機(jī)數(shù)集合T=Umm1,…，ImmJ; 步驟四，根據(jù)驗(yàn)證對(duì)象的指令格式，從備選隨機(jī)數(shù)集合中任意選取R個(gè)進(jìn)行組合，得到M=Nk 個(gè)測(cè)試隨機(jī)數(shù)集合Ct = {[Immn，…，ImmiK]|i= 1，...，M;Immn，…，ImmiKeΤ}; 步驟五，根據(jù)算術(shù)邏輯指令結(jié)構(gòu)，將Ct實(shí)例化運(yùn)行得到算術(shù)邏輯運(yùn)算指令代碼，并通過(guò) 計(jì)算得出算術(shù)邏輯運(yùn)算標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果； 步驟六，將Ct實(shí)例化運(yùn)行得到算術(shù)邏輯運(yùn)算指令代碼與計(jì)算得到的算術(shù)邏輯運(yùn)算標(biāo)準(zhǔn) 結(jié)果通過(guò)比較指令進(jìn)行比較，自動(dòng)判斷對(duì)錯(cuò)，完成驗(yàn)證。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于處理器算術(shù)邏輯單元指令的隨機(jī)數(shù)驗(yàn)證方法，其特征在 于：所述的March算法選用面向"字"的MarchC-算法。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于處理器算術(shù)邏輯單元指令的隨機(jī)數(shù)驗(yàn)證方法，其特征在 于：所述的March算法通過(guò)反復(fù)對(duì)每個(gè)地址進(jìn)行讀/寫(xiě)O或1的操作，根據(jù)數(shù)據(jù)背景生成原 理，選定的數(shù)據(jù)背景及其取反數(shù)據(jù)保證每?jī)蓚€(gè)字節(jié)之間的測(cè)試碼出現(xiàn)〇〇、〇1、1〇、11四種情 況至少各一次。
【文檔編號(hào)】G06F11/22GK104461798SQ201410635510
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】寧寧, 游軍, 許輝勇, 宮瑤 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第九研究院第七七一研究所