CPU系统级验证 |
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CPU系统级验证
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riscv-tests是一种指令集自测试集，能够自我检测指令集运行成功还是失败的测试程序。这些程序基本由汇编语言编写。 内包含banchmark、isa、programs测试。 github链接：GitHub - riscv-software-src/riscv-tests 1. benchmark测试benchmark内包含一些业内公认C代码测试集 该部分代码在编译链接时需要加入crt0.s，原因时crt.s文件是运行C代码的最基本的裸机配置，如果是运行汇编代码则无需将该文件链接在内。 2. ISA测试在riscv-tests/isa中，内含测试集均为定向指令测试，包含机器/用户/监督者模式下I/A/C/D/F/M类型的指令的测试。此处以64位的指令集环境为例： 根据运行环境是否为裸机状态可以分为P/V环境，P为裸机状态下测试，即虚拟内存未启动；V状态测试环境中虚拟内存已启动（通常引导了操作系统）。下文以裸机状态下各功能指令为例介绍测试集相关的头文件、宏、内嵌函数等。 P环境机器模式下：包括自陷检测处理、失能多核运行、物理地址保护配置、自陷配置、切换到USER模式等 V环境虚拟地址情况下 2. M/S/U工作模式根据RISCV用户指令集和特权指令集spec，某些指令只允许在特定的工作模式下才有权限执行。 三种工作模式：RISCV——指令集spec阅读笔记——特权级_KGback的博客-CSDN博客 M模式运行特权指令集spec下的指令。 S模式U模式运行I/A/F/D/M/C相关指令，以及自定义的扩展指令。 3. 汇编宏——构成激励源文件的组件在测试激励源文件中， 不仅有与测试激励相关的宏，还有一些公用宏——这些宏定义了一些初始化配置，程序段处理和数据段处理，以及一些组成汇编程序的工具类宏。 这些宏均由test_macros.h、riscv_test.h和encoding.h组成。 寄存器编号 x1 一般用作源寄存器，特殊情况下用作目的寄存器x2 一般用作源寄存器，特殊情况下用作目的寄存器x3 用作目的寄存器，存储测试激励pass/fail的标志x4 用作计数器（某些测试下指令要循环执行多次）x5 用作计数的目标值（一般执行两次，x5=2）x6 用作旁路测试中nop指令后目的寄存器，会用作与参考值比较的结果值x29 存储待测指令的结果参考值x30 一般用作待测指令的目的寄存器，会用作与参考值比较的结果值 相关功能宏 TEST_CASE 该宏将测试案例代码code执行完后，将案例原本的正确值加载到x29寄存器，并与保存代码结果的寄存器testreg内的值作对比，若不相等则跳转到fail位置；若相等则继续执行。 #define TEST_CASE( testnum, testreg, correctval, code...) test_ ## testnum: code; \ li x29, MASK_XLEN(correctval); \ li TESTNUM, testnum; \ bne testreg, x29, fail;TEST_PASSFAIL 该宏定义了pass和fail的入口，实际结果和理论结果相等则跳到pass，若不相等则执行fail。RVTEST_PASS 测试通过，将x3的值设为1，并通过环境调用异常将PC值写入到mepc寄存器。RVTEST_FAIL 测试不通过，判断x3是否等于0，若不等于0，则将x3寄存器值左移一位并将最低位置1，后同样通过环境调用异常将PC值写入到mepc寄存器。 4. 各类型指令验证corner 整数计算指令整数计算指令可以分为R-I指令（寄存器-立即数）和R-R指令（寄存器-寄存器）。 对于R-I指令测试有操作数激励测试、寄存器激励测试、旁路设计测试、测试0号寄存器、特殊立即数格式测试。 对于R-R指令测试有操作数激励测试、寄存器激励测试、旁路设计测试、测试0号寄存器 操作数激励测试 改变操作数的值，验证实际结果和理论结果是否一致 相关宏：TEST_IMM_OP(...)、TEST_RR_OP(...)等，均调用TEST_CASE寄存器激励测试 改变源寄存器和操作寄存器，验证实际结果和理论结果是否一致 相关宏：TEST_IMM_SRC1_EQ_DEST(...)、TEST_RR_SRC1_EQ_DEST(...)等，均调用TEST_CASE旁路设计测试 对于DEST_BYPASS情形，通过在待测指令和数据相关的运算指令间插入0~2条NOP指令来实现，并循环执行两次（通过x4和x5判断） 相关宏：TEST_IMM_DEST_BYPASS(...)、TEST_RR_DEST_BYPASS(...)等，均调用TEST_CASE测试0号寄存器 将x0寄存器作为原寄存器或目的寄存器，验证x0寄存器在整数计算中是否为只读寄存器且内容始终为0 相关宏：TEST_IMM_ZEROSRC1(...)、TEST_RR_ZEROSRC1(...)等，均调用TEST_CASE特殊立即数格式测试 在R-I指令测试中，由LUI指令和AUIPC指令采用U型格式的立即数 存储器访问指令存储器访存指令分为load指令和store指令。 load/store指令基本测试 测试方案为分别采用正常地址类型（即基址和偏移值皆为正数）；偏移量为负数；基址负数，将基址读到寄存器，然后减少32得到新的基址，测试基址偏移32的读出结果；非对齐地址，将基址读到寄存器，然后减少3得到新的基址，测试基址偏移7的读出结果旁路设计测试 类似于整数计算指令的旁路测试数据相关性测试 主要针对load指令WRW冒险测试 控制转移指令控制转移指令分为无条件跳转指令和条件跳转指令 条件分支跳转指令基本测试 相关宏：TEST_BR2_OP_TAKEN、TEST_BR2_OP_NOTAKEN等 测试分别在操作数相同和不相同情况下，指令执行跳转的状况，若没有正常跳转则跳转到fail标签处，且被测指令执行两次。旁路设计测试 相关宏：TEST_BR2_SRC12_BYPASS、TEST_BR2_SRC21_BYPASS 类似于整数计算指令的旁路测试。 控制和状态寄存器指令该类指令包括CSR指令测试和环境调用相关指令测试 CSR指令测试 分为指令操作测试用例（即以mepc寄存器为操作对象分别测试CSRRRW、CSRRS、CSRRC三类指令），CSR寄存器读写测试环境调用相关测试 ECALL、EBREAK |
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