RISC-V架构兼容处理器的验证研究

作     者：曹鲜慧 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：彭伟;易峰

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：RISC-V 处理器验证 形式化验证 架构兼容性测试 随机指令测试 

摘      要：随着低功耗 RISC-V（the fifth generation of reduced instruction set,第五代精简指令集）处理器研究的不断深入以及RISC-V指令集的不断发展,使得RISC-V架构处理器逐渐往高性能处理器方向发展,RISC-V指令集作为一种相对比较新的指令集,其软件和硬件生态还在不断发展中,但是随着处理器的规模和功能不断增加,对于高性能RISC-V架构处理器的验证难度也会像其他指令集的处理器一样呈指数级增加。开源的RISC-V验证框架对于高性能RISC-V架构处理器还存在许多不足,如对CSR（Control and Status Register,控制和状态寄存器）的定向测试的支持不够,CSR的覆盖率难以保证,核级验证结果比对方式不支持指令级别实时比较等。本文主要工作内容和创新点如下:1.本文从DMR（一种高性能RISC-V架构处理器设计）处理器的体系结构和微体系结构特点出发,探究了 DMR处理器的关键模块的验证方法与核级验证方法,提出一种自底向上、多种验证方法相结合的RISC-V架构兼容的验证方法,提升高性能RISC-V架构处理器的验证效率并缩短处理器开发周期。2.针对RISC-V架构处理器中CSR的特点,本文提出使用形式化验证方法对模块中的CSR进行验证,编写断言并使用形式化验证工具对CSR进行模型检查,能够在验证前期快速找出模块中存在的错误或者证明设计没有错误。3.核级验证工作主要包括:构建核级验证环境,包括RTL模拟环境、编译环境和指令集模拟环境,并通过脚本整合验证环境;RISC-V架构兼容性测试中,通过修改与扩展开源测试集得到64位RISC-V处理器CSR指令兼容性测试集,并通过测试;定向测试主要从CSR指令和CSR相关功能测试的角度进行阐述,通过构造不同测试模板并编写脚本生成测试激励,对于不便自动生成的测试场景手动补充编写汇编测试程序;随机指令测试是通过配置与扩展RISCV-DV（一种RISC-V处理器开源验证框架）中的指令产生器,使其从不同场景进行随机,产生大量的测试激励。基于覆盖率驱动的方法,并且经过定向测试和随机指令测试的不断迭代,实现CSR验证覆盖率的大幅提升。