基于仿真的多核处理器功能验证技术研究

摘要

随着嵌入式领域应用需求的不断提高，多核处理器的体系结构变得愈加复杂，设计规模越来越庞大。功能验证已经成为多核处理器设计过程的制约瓶颈，高效的功能验证方法可以有效地缩短多核处理器的验证时间和面市时间。本文的研究工作针对多核处理器的功能验证，从基于仿真的验证方法出发，对其相关的领域进行了研究和探索，提出多种技术以提高多核处理器的功能验证效率，并成功应用于两款多核处理器的功能验证。
　　本研究主要内容包括：⑴在多核处理器的功能验证过程中，验证人员利用覆盖率识别没有验证的功能，评估验证工作的进度。为了更好地建立覆盖率与测试产生器之间的联系，驱动测试产生器生成高质量的测试，本文提出一种基于遗传算法的覆盖率驱动测试产生器。利用改进的自适应遗传算法建立覆盖率与测试产生器之间的联系，根据覆盖率分析结果自动改变测试产生器的约束和限制，驱动测试产生器生成全新的测试。这些测试比原有的测试质量更高，可以覆盖到原有的测试无法覆盖的功能点。实验结果表明，和随机测试产生器相比，提出的测试产生器可以得到较高的覆盖率，同时节约大约70％的验证时间，显著提高了多核处理器的功能验证效率。⑵对于基于仿真的多核处理器功能验证，利用测试产生器在短时间内产生成百上千的测试是很有必要的，然而仿真大量的测试会耗费很长的时间，造成验证效率低下，在验证初期筛选出质量较高的测试可以极大程度提高验证效率。为此，提出一种基于 k均值算法的测试排序技术，根据测试的预估覆盖率对测试进行重新排序，筛选出可以在较短时间内得到较高覆盖率的高质量测试，从而提高多核处理器的功能验证效率。并在此基础上提出三种改进 k均值算法，进一步提高测试排序的效率和准确度。实验结果表明，本文提出的改进k均值算法比标准的k均值算法具有更高的准确度和效率。相对于随机仿真测试，本文提出的方法可以在节约90%仿真时间的情况下，得到相当的覆盖率。⑶基于仿真的多核处理器功能验证效率很大程度决定于参考模型的仿真速度和准确度。提出一个高效的对称多核处理器参考模型，建立一个功能精准级模型作为CPU流水线的参考模型，在保证准确度的同时，显著缩短建立时间，提高仿真速度；利用一个时序精准级模型验证对称多核处理器的高速缓存一致性；并利用一个依赖时序序列作为以上两个模型之间的接口。实验结果表明，提出的参考模型拥有较低的建立难度，并且可以很好地兼顾仿真速度和准确度，能够帮助验证人员快速发现和定位对称多核处理器的功能错误，提高功能验证效率。

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致谢

1. 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 本文研究内容和主要创新点

1.3 本文架构

2. 国内外研究现状

2.1 多核处理器功能验证技术研究现状

2.2 基于遗传算法的覆盖率驱动测试产生器研究现状

2.3 基于聚类算法的测试排序技术研究现状

2.4 多核处理器的参考模型研究现状

3. 基于遗传算法的覆盖率驱动测试产生器

3.1 遗传算法简介

3.2 测试编码方法

3.3 遗传算法的参数确定

3.4 实验结果及分析

3.5 本章小结

4. 基于k均值算法的测试排序技术研究

4.1 聚类算法

4.2 标准k均值算法简介

4.3 基于k均值算法的测试排序技术简介

4.4 基于预估覆盖率的数据点映射方法

4.5 改进k均值算法

4.6 测试排序技术

4.7 实验结果及分析

4.8 本章小结

5. 高效的对称多核处理器参考模型

5.1 CPU流水线模型

5.2 高速缓存一致性模型

5.3 依赖时序序列

5.4 实验结果及分析

5.5 本章小结

6. 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 未来工作展望

参考文献

作者简历