CN105630680B - 一种随机测试程序生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种随机测试程序生成方法，包括如下步骤：步骤1：随机选择一种指令；步骤2：运行指令冲突检测流程选择出步骤1所选指令的指令参数；步骤3：判断步骤1所选指令是否为目标跳转指令，若是则生成目标跳转指令的相关指令参数，然后执行步骤4，否则直接执行步骤4；步骤4：基于指令集执行参考模型判断是否接受本循环所有指令参数，若全部接受则执行步骤5，否则返回步骤1；步骤5：基于本循环所有指令参数产生至少一条测试指令；步骤6：判断是否达到预设指令条数，是则结束循环，否则返回步骤1。解决了现有技术中随机测试程序的有效性将难以保证而且对于结果检测也相对困难的技术问题。

Description

一种随机测试程序生成方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种随机测试程序生成方法。

背景技术

随着集成电路设计的复杂度和集成度越来越高，集成电路的功能验证遇到的挑战也日渐增多。功能验证已被公认为是硬件设计中的瓶颈。处理器的验证方法大致可分为两类：形式化验证和基于模拟的验证。形式化验证的方法近年来取得的很大进展，但是它适合于相对较小模块的验证。因此，基于模拟的验证方法仍然是微处理器功能验证的主要技术。指令级验证是当前微处理器功能验证中广泛采用的方法。

人工手写的测试程序具有很强的针对性，可以无冗余的直接覆盖到一些重要的功能点或者功能角落，但是这种方法需要花费大量的时间和人力成本。而随机测试向量生成可以提供大量的且覆盖率广泛的测试向量，同时也有可能覆盖到验证人员完全没有想到的功能角落。两种测试生成的方法各有优点，可以相辅相成，目前的随机测试程序均采用相对静态的随机测试生成方法，随机测试程序的有效性将难以保证而且对于结果检测也相对困难。

发明内容

本发明实施例通过提供一种随机测试程序生成方法，解决了现有技术中随机测试程序的有效性将难以保证而且对于结果检测也相对困难的技术问题。

本发明实施例提供了一种随机测试程序生成方法，包括如下步骤：

步骤1：随机选择一种指令；

步骤2：运行指令冲突检测流程选择出步骤1所选指令的指令参数；

步骤3：判断步骤1所选指令是否为目标跳转指令，若是则生成所述目标跳转指令的相关指令参数，然后执行步骤4，否则直接执行步骤4；

步骤4：基于指令集执行参考模型判断是否接受本循环所有指令参数，若全部接受则执行步骤5，否则返回步骤1；

步骤5：基于所述本循环所有指令参数产生至少一条测试指令；

步骤6：判断是否达到预设指令条数，是则结束循环，否则返回步骤1。

优选的，在步骤2中，所述运行指令冲突检测流程选择出步骤1所选指令的指令参数，包括：

识别所述指令参数中所需检测信息；

基于所述检测信息遍历资源使用列表，对所述资源使用列表中的不可用资源进行标记，得到标记后资源使用列表；

从所述标记后资源使用列表的可使用资源中选择出所述指令参数；

将所述指令参数添加到所述资源使用列表进行更新所述资源使用列表。

优选的，所述检测信息包括：寄存器信息、当前程序计数器的值、流水级信息和旁路信息。

优选的，所述指令参数包括：源寄存器、目的寄存器、程序计数器的值、读写流水级以及旁路信息。

优选的，在步骤3中，所述生成所述目标跳转指令的相关指令参数，包括：

生成所述目标跳转指令的偏移参数；

判断所述偏移参数是否为负数，若是则产生辅助运算指令参数、辅助跳转指令参数和所述目标跳转指令的目标参数。

优选的，在步骤3中，所述生成所述目标跳转指令的相关指令参数，包括：

计算所述目标跳转指令所在text段对应到的serve段的起始地址，其中，所 述serve段为所述相关指令参数所在地址段；

确定出所述相关指令参数的目标地址相对于所述起始地址的偏移；

生成地址在所述serve段的辅助跳转指令参数。

优选的，在步骤4中，所述基于指令集执行参考模型判断是否接受本循环所有指令参数，包括：

使用所述指令集执行参考模型模拟执行所述本循环所有指令参数，得到执行结果；

判断所述执行结果是否在所述指令集执行参考模型所定义的合理结果集合内，如果是则为全部接受，否则为不接受。

优选的，在步骤3中，所述生成所述目标跳转指令的相关指令参数，具体为：

以等概率运行内嵌式进程与分段式进程中的一种来生成所述目标跳转指令的所述相关指令参数。

优选的，所述指令集执行参考模型具体为基于所编写的测试模版搭建，其中，所述测试模版包含每条指令以及指令序列的相关信息。

优选的，所述指令序列的相关信息包括：每个指令的名称、操作数个数、操作数范围，相邻操作数关系。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于采用了基于指令集执行参考模型判断是否接受本循环所有指令参数，若全部接受本循环所有指令参数，则基于本循环所有指令参数产生至少一条测试指令，否则返回重新选择指令，直到产生满足条数要求的测试指令，可以快捷的产生带检测功能的、合法的随机测试程序，简化了约束解决问题，在实际应用过程中能够依据特定设计快速搭建指令集执行参考模型，帮助解决指令各个指令参数之间的约束问题，并且即时的提供处理器的状态信息和指令执行结果，动态生成有效的随机测试程序，使得随机测试程序的有效性得以保证，同时也使结果的检测更加方便，解决了现有技术中随机测试程序的有效性将难以保证而且对于结果 检测也相对困难的技术问题，且缩短了验证设计的周期，减少了人力成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中随机测试程序生成方法的总流程图；

图2为本发明实施例中指令集执行参考模型的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面参考图1所示，本发明实施例提供的一种随机测试程序生成方法，包括如下步骤：

S101：随机选择一种指令。

具体的，S101中，每次所选择的指令不同。在执行S101之前，已经编写好指令集的测试模版，所编写的指令集的测试模版包含每条指令以及指令序列的相关信息，指令序列的相关信息包括每个指令的名称，操作数个数、操作数范围，相邻操作数与操作数之间的关系。比如，编写指令的集测试模版示例如下：

使用C语言或C++语言将编写好的指令集的测试模版搭建起指令集执行参考模型，搭建的指令集执行参考模型仅保留解码、执行和回写三个阶段，搭建好的指令集执行参考模型可以模拟执行所有指令。下面参考图2详细说明该指令集执行参考模型的结构和实现方法：

参考图2所示，图2为本发明实施例中指令集执行参考模型的结构示意图，该指令集执行参考模型包括模拟出的：通用寄存器组1、状态寄存器组2、存储器单元3、指令存储器4、执行单元5和(程序计数器，Program Counter)构成。PC的值指示指令存储器4中指针的位置。

执行单元5从指令存储器4中取得指令的各个操作数组成一个完整的指令。 当指令集执行参考模型模拟到PC＝i处时，执行单元5将从指令存储器4中得到对应的指令参数及指令操作，根据指令参数和指令操作，执行单元5分别到通用寄存器组1和存储器单元3中取得相应的数据进行执行后得到执行结果。指令集执行参考模型定义了一个模拟执行的合理结果集合空间N，用于判断是否接受所模拟执行的所有指令参数。

具体来讲：在解码阶段，将指令类型和各操作数分别存储于各个数组中。使用集合表示：指令集合F＝{f[1],f[2],…,f[i],f[i+1],…}，比如，操作数一：A＝{a[1],a[2],…,a[i],a[i+1],…}，操作数二：B＝{b[1],b[2],…,b[i],b[i+1],…}，操作数三：C＝{c[1],c[2],…,c[i],c[i+1],…}，相同下标的资源组成一个完整指令，下标值对应于当前PC值。在执行阶段，将指令对应的操作作用于各个操作数，结果可表示为f[i]{a[i],b[i],c[i],i}。在回写阶段，将执行阶段的执行结果更新到相应的特定一个的通用寄存器、一个状态寄存器、存储器单元3、指令存储器4和PC，并且建立一个模拟执行的合理结果集合空间N。

在执行S101之后，接着执行S102：运行指令冲突检测流程选择出所选指令的指令参数。

具体的，指令参数包括源寄存器、目的寄存器、PC值、读写流水级以及旁路信息。具体来讲，为避免指令之间发生流水线冲突，使用指令冲突检测方法选择所选执行的指令参数。为了实现指令冲突检测方法，将在每次选择的指令参数保存到资源使用列表中，用于下一个循环中选择指令参数时，首先根据资源使用列表中标记出的会引起冲突的资源，以保证从可用资源中产生本循环的指令参数。

下面对运行指令冲突检测流程选择出所选指令的指令参数进行详细说明：

在随机选择了一种指令后，依次执行如下步骤：

步骤一：识别指令参数中所需检测信息。

具体的，所需检测信息包括当前程序计数器的值、流水级以及旁路信息，识别检测信息记录下来用于检测使用。

步骤二：基于所述检测信息遍历资源使用列表，对资源使用列表中的不可用资源进行标记，得到标记后资源使用列表。具体来讲，不可用资源为会引起冲突的资源，使用检测信息过滤列表中所有资源并标记会引起冲突的资源，得到标记后资源使用列表。

在具体实施过程中，本循环所选择指令的PC值减去资源使用列表中资源的PC值得到的PC差值除以4后，若小于等于资源使用列表中流水级数减去本循环所选择指令的流水级数时，且没有相对应的旁路时，则标记资源使用列表中该寄存器为会引起冲突的资源。

表1 资源使用列表

	寄存器	PC	流水级	旁路
					Instr1	5	0x400004	8	MUL
Instr2	9	0x400008	6	ALU
					Instr3	11	0x400008	6	LD/ST

例如表1中所示，资源使用列表中记录有3个资源，Instr1使用的寄存器5，Instr2使用的寄存器9和Instr3使用的寄存器11。设本循环所选择指令的检测信息为：PC值是0x40000c，流水级是5，有ALU旁路。对于寄存器5，PC差值除以4是2，而流水级相差3且没有对应旁路，则标记寄存器5为会引起冲突的资源。寄存器11与寄存器5的情况类似，PC差值除以4与流水级差值相等，且没有相应旁路，也标记为会引起冲突的资源。寄存器9的PC差值除以4与流水级差值相等，但是有ALU旁路，所以寄存器9为可用资源。

步骤三：从标记后资源使用列表的可使用资源中选择出指令参数。

具体来讲，标记会引起冲突的资源为了在选择出本循环所选指令的指令参数时能避开会引起冲突的资源。

步骤四：将指令参数添加到资源使用列表进行更新资源使用列表。更新后的资源使用列表将在下个循环中执行指令冲突检测方法时使用。

在执行完S102之后，接着执行S103：判断所选指令是否为目标跳转指令，若是则执行S104：生成目标跳转指令的相关指令参数，然后执行步骤S105，否则直接执行S105。

具体的，在S103中判断为目标跳转指令时，为防止目标跳转指令产生死循环，将进行特殊产生处理，即执行S104：生产目标跳转指令的相关指令参数。

在具体实施过程中，可以通过内嵌式进程或分段式进程来产生目标跳转指令的相关指令参数。更具体来讲，以等概率运行内嵌式进程与分段式进程中的一种来生成目标跳转指令的相关指令参数。或者一直实施运行内嵌式进程或分段式进程来生成目标跳转指令的相关指令参数。

具体的，运行内嵌式进程产生跳转指令的相关指令参数的实施方式包括如下步骤：

步骤一：生成目标跳转指令的偏移参数。

比如，以MIPS32的指令“BNE”为例，“BNE”指令在测试模版中的格式如下：“BNE$v_1,$v_2,label”在符号“v_1”和“v_2”处需要的是一个寄存器号，label处需要一个标号：label处具体需要随机生成一个16位十六进制的随机数作为地址相对偏移量(即偏移参数)。如果偏移参数为正，是向前跳转；如果偏移参数为负，是向回跳转。

步骤二：判断偏移参数是否为负数，若是则产生辅助运算指令参数、辅助跳转指令参数和目标跳转指令的目标参数。在偏移参数为正数时，则仅生成目标跳转指令的偏移参数。

具体来讲，在偏移参数为负数时，向回跳转需要产生额外的参数为辅助运算指令参数和辅助跳转指令参数，以防止出现死循环现象。辅助运算指令参数对应的辅助运算指令的作用是改变一个寄存器的值，辅助跳转指令参数对应的辅助跳转指令的作用是如果目标跳转指令发生了循环，那么在有限次数内，辅助跳转指令将跳出目标跳转指令引起的循环。辅助跳转指令的操作数与辅助运算指令的操 作数相关，使得辅助运算指令的执行将在有限次数内触发辅助跳转指令跳转，从而跳出目标跳转指令引起的循环。在偏移参数为负数时产生的目标跳转指令的目标参数为对偏移参数的校正,因为增加了辅助运算指令参数、辅助跳转指令参数,所以根据添加辅助运算指令和辅助跳转指令的总个数对偏移参数进行校正。比如：增加一条辅助运算指令,则校正偏移参数实际为对偏移参数减1，增加一条辅助运算指令和一条辅助跳转指令，则校正偏移参数实际为对偏移参数减2。

假设可能会引起死循环的目标跳转指令为第i条，则第i-2条指令需要产生一条改变某一特定通用寄存器g的值的辅助运算指令参数，然后第i-1条指令产生判断寄存器g值的辅助跳转指令参数，跳转的目的为第i+1条指令，从而能够保证在未来某个执行周期一定满足第i-1条指令的条件，从而跳过第i条目标跳转指令。

下面用一个汇编伪代码的具体示例，解释一下本实施方式中的步骤二：

“ADDI$1,$1,imm

BGEZ$1,l1

NOP

BNE$2,$3,label”

指令集执行参考模型会首先判断“$1”的值，如果“$1”的值为负，那么选择一个合适的正立即数赋值给“imm”，使得指令“BGEZ”在有限次循环后达到跳转要求从而跳过目标跳转指令“BNE”。

实施方式二：运行分段式进程产生跳转指令的相关指令参数的实施方式包括如下步骤：

步骤一：计算目标跳转指令所在text段对应到的serve段的起始地址，其中，serve段为相关指令参数所在地址段。

目标跳转指令和相关指令参数分属不同的两段代码，这两段代码分别为“.text”段和“.serve”段，其中，“.text_i”和”.serve_i”是一组对应的段，“.text_j”和“.serve_j”是另一组对应的段。目标跳转指令所在“.text段”要跳转到“.serve”中。每一个 “.text”段的大小在固定在30000字，相对应的“.serve”段紧接着“.text”段，可通过i和j的值可计算出“.serve”段的起始地址。

步骤二：确定出相关指令参数的目标地址相对于起始地址的偏移。

根据“.serve”段已有代码的大小可计算出目标地址相对于起始地址的偏移。

步骤三：生成地址在serve段的辅助跳转指令参数。

具体的，起始地址加上步骤二得到的偏移得到“.text”段所对应的“.serve”段的地址，此时，在“.text段”产生目标地址为对应“.serve”段的地址的目标跳转指令。

生成的辅助跳转指令与目标跳转指令的寄存器操作数相同，不同的是偏移参数。比如，目标跳转指令为第i条，此处的辅助跳转指令参数的偏移是辅助跳转指令与第i+1条指令的距离。

S105：基于指令集执行参考模型判断是否接受本循环所有指令参数，若全部接受则执行S106，否则返回S101。

具体的，在所选指令为目标跳转指令时，所有指令参数为S102中选择的指令参数以及S103中产生的相关指令参数，在所选指令不是目标跳转指令时，所有指令参数仅为S102中所选择的指令参数。

S105包括如下步骤：使用指令集执行参考模型模拟执行本循环所有指令参数，得到执行结果；判断执行结果是否在指令集执行参考模型所定义的合理结果集合N内，如果是则接受，否则不接受。

基于前述指令集执行参考模型的执行结果f[i]{a[i],b[i],c[i],i}，执行结果f[i]{a[i],b[i],c[i],i}不属于N，则产生了异常或者不期望出现的情况，那么本循环所选择的指令参数或产生的相关指令参数将不被接受。

S106：基于本循环所有指令参数产生至少一条测试指令。

具体来讲，在所选指令为目标跳转指令时，则本循环产生的不只一条测试指令，在所选指令不为目标跳转指令时，则本循环只产生一条测试指令。

在每次执行S106之后，接着执行S107：判断是否达到预设指令条数，是则 结束循环，否则返回S101。

通过上述本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于采用了基于指令集执行参考模型判断是否接受本循环所有指令参数，若全部接受本循环所有指令参数，则基于本循环所有指令参数产生至少一条测试指令，否则返回重新选择指令，直到产生满足条数要求的测试指令，可以快捷的产生带检测功能的、合法的随机测试程序，简化了约束解决问题，在实际应用过程中能够依据特定设计快速搭建指令集执行参考模型，帮助解决指令各个指令参数之间的约束问题，并且即时的提供处理器的状态信息和指令执行结果，动态生成有效的随机测试程序，使得随机测试程序的有效性得以保证，同时也使结果的检测更加方便，解决了现有技术中随机测试程序的有效性将难以保证而且对于结果检测也相对困难的技术问题，且缩短了验证设计的周期，减少了人力成本。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备 以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种随机测试程序生成方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：随机选择一种指令；

步骤2：运行指令冲突检测流程选择出步骤1所选指令的指令参数；

步骤3：判断步骤1所选指令是否为目标跳转指令，若是则生成所述目标跳转指令的相关指令参数，然后执行步骤4，否则直接执行步骤4；

步骤4：基于指令集执行参考模型判断是否接受本循环所有指令参数，包括：使用所述指令集执行参考模型模拟执行所述本循环所有指令参数，得到执行结果，所有指令参数包括：源寄存器、目的寄存器、程序计数器的值、读写流水级以及旁路信息；判断所述执行结果是否在所述指令集执行参考模型所定义的合理结果集合内，如果是则为全部接受，否则为不接受；若全部接受则执行步骤5，否则返回步骤1；

步骤5：基于所述本循环所有指令参数产生至少一条测试指令；

步骤6：判断是否达到预设指令条数，是则结束循环，否则返回步骤1。

2.如权利要求1所述的随机测试程序生成方法，其特征在于，在步骤2中，所述运行指令冲突检测流程选择出步骤1所选指令的指令参数，包括：

识别所述指令参数中所需检测信息；

基于所述检测信息遍历资源使用列表，对所述资源使用列表中的不可用资源进行标记，得到标记后资源使用列表；

从所述标记后资源使用列表的可使用资源中选择出所述指令参数；

将所述指令参数添加到所述资源使用列表进行更新所述资源使用列表。

3.如权利要求2所述的随机测试程序生成方法，其特征在于，所述检测信息包括：寄存器信息、当前程序计数器的值、流水级信息和旁路信息。

4.如权利要求2所述的随机测试程序生成方法，其特征在于，在步骤3中，所述生成所述目标跳转指令的相关指令参数，包括：

生成所述目标跳转指令的偏移参数；

判断所述偏移参数是否为负数，若是则产生辅助运算指令参数、辅助跳转指令参数和所述目标跳转指令的目标参数。

5.如权利要求2所述的随机测试程序生成方法，其特征在于，在步骤3中，所述生成所述目标跳转指令的相关指令参数，包括：

计算所述目标跳转指令所在text段对应到的serve段的起始地址，其中，所述serve段为所述相关指令参数所在地址段；

确定出所述相关指令参数的目标地址相对于所述起始地址的偏移；

生成地址在所述serve段的辅助跳转指令参数。

6.如权利要求2所述的随机测试程序生成方法，其特征在于，在步骤3中，所述生成所述目标跳转指令的相关指令参数，具体为：

以等概率运行内嵌式进程与分段式进程中的一种来生成所述目标跳转指令的所述相关指令参数。

7.如权利要求1所述的随机测试程序生成方法，其特征在于，所述指令集执行参考模型具体为基于所编写的测试模版搭建，其中，所述测试模版包含每条指令以及指令序列的相关信息。

8.如权利要求7所述的随机测试程序生成方法，其特征在于，所述指令序列的相关信息包括：每个指令的名称、操作数个数、操作数范围，相邻操作数关系。