Specification-based test program generation for MIPS64 memory management units
Автор: Kamkin A.S., Kotsynyak A.M.
Журнал: Труды Института системного программирования РАН @trudy-isp-ran
Статья в выпуске: 4 т.28, 2016 года.
Бесплатный доступ
In this paper, a tool for automatically generating test programs for MIPS64 memory management units is described. The solution is based on the MicroTESK framework being developed at the Institute for System Programming of the Russian Academy of Sciences. The tool consists of two parts: an architecture-independent test program generation core and MIPS64 memory subsystem specifications. Such separation is not a new principle in the area: it is applied in a number of industrial test program generators, including IBM’s Genesys-Pro. The main distinction is in how specifications are represented, what sort of information is extracted from them, and how that information is exploited. In the suggested approach, specifications comprise descriptions of the memory access instructions, loads and stores, and definition of the memory management mechanisms such as translation lookaside buffers, page tables, table lookup units, and caches. A dedicated problem-oriented language, called mmuSL, is used for the task. The tool analyzes the mmuSL specifications and extracts all possible instruction execution paths as well as all possible inter-path dependencies. The extracted information is used to systematically enumerate test programs for a given user-defined test template and allows exhaustively exercising co-execution of the template instructions, including corner cases. Test data for a particular program are generated by using symbolic execution and constraint solving techniques.
Microprocessor, memory management unit, caching, address translation, formal specification, test program, test program generation, mips64
Короткий адрес: https://sciup.org/14916379
IDR: 14916379 | DOI: 10.15514/ISPRAS-2016-28(4)-6
Генерация тестовых программ для подсистемы управления памятью MIPS64 на основе спецификаций
В данной работе описан инструмент автоматической генерации тестовых программ для подсистем управления памятью микропроцессоров с архитектурой MIPS64. Предлагаемое средство базируется на среде MicroTESK, разрабатываемой в Институте системного программирования РАН. Инструмент состоит из двух частей: архитектурно независимого ядра генерации тестовых программ и спецификации подсистемы памяти MIPS64. Такое разделение не является новым - аналогичный подход применяется в промышленных генераторах, в том числе в Genesys-Pro, разрабатываемом в исследовательском подразделении компании IBM. Основные различия между инструментами состоят в форме представления спецификаций, типе извлекаемой из них информации и способах использования этой информации для построения тестов. В предлагаемом подходе спецификации включают в себя описания инструкций доступа к памяти (инструкций чтения и записи) и описания механизмов управления памятью, таких как буфер трансляции адресов, таблица страниц, устройство аппаратного поиска по таблице страниц, кэш-память. Для спецификации такого рода механизмов (устройств) разработан проблемно-ориентированный язык, названный mmuSL. Инструмент анализирует mmuSL-спецификации и извлекает все возможные пути исполнения инструкций (варианты обработки запросов к подсистеме памяти) и все возможные зависимости между этими путями (конфликты использования устройств). Извлеченная информация используется для систематического перебора тестовых программ для заданного пользователем тестового шаблона и позволяет исчерпывающим образом исследовать совместное исполнение группы инструкций, включая разного рода граничные случаи. Тестовые данные для тестовых программ (значения адресов, содержимое буферов и т.п.) генерируются с использованием техник символического исполнения и решения ограничений.
Список литературы Specification-based test program generation for MIPS64 memory management units
- MIPS64™ Architecture For Programmers. Volume 1: Introduction to the MIPS64™ Architecture. Revision 6.01. MIPS Technologies Inc. 2014. 148 p.
- MIPS64™ Architecture For Programmers. Volume 3: MIPS64™/microMIPS64™ Privileged Resource Architecture. Revision 6.03. MIPS Technologies Inc. 2015. 368 p.
- A. Adir, E. Almog, L. Fournier, E. Marcus, M. Rimon, M. Vinov, A. Ziv. Genesys-Pro: Innovations in Test Program Generation for Functional Processor Verification. Design & Test of Computers, 2004. pp. 84-93.
- R.L. Glass. Facts and Fallacies of Software Engineering. Addison-Wesley Professional, 2002. 224 p.
- T. Li, D. Zhu, Y. Guo, G. Liu, S. Li. MA2TG: A Functional Test Program Generator for Microprocessor Verification. Euromicro Conference on Digital System Design, 2005. pp. 176-183.
- A. Kamkin, A. Tatarnikov. MicroTESK: An ADL-Based Reconfigurable Test Program Generator for Microprocessors. Spring/Summer Young Researchers Colloquium on Software Engineering, 2012, pp. 64-69.
- MicroTESK tool. http://forge.ispras.ru/projects/microtesk
- M. Freericks. The nML Machine Description Formalism. Technical Report TR SM-IMP/DIST/08, TU Berlin CS Department, 1993.
- A. Adir, L. Fournier, Y. Katz, A. Koyfman. DeepTrans -Extending the Model-based Approach to Functional Verification of Address Translation Mechanisms High-Level Design Validation and Test Workshop, 2006. pp. 102-110.
- D. Vorobyev, A. Kamkin. . Trudy ISP RAN/Proc. ISP RAS, vol. 17, 2009. pp. 119-132.
- A. Kamkin, A. Protsenko, A. Tatarnikov. An Approach to Test Program Generation Based on Formal Specifications of Caching and Address Translation Mechanisms Trudy ISP RAN, 27(3), 2015. pp. 125-138.
- Ruby programming language. http://www.ruby-lang.org
- A. Kamkin, E. Kornykhin, D. Vorobyev. Reconfigurable Model-Based Test Program Generator for Microprocessors International Conference on Software Testing, Verification and Validation Workshops, 2011. pp. 47-54.
- A.S. Kamkin, T.I. Sergeeva, S.A. Smolov, A.D. Tatarnikov, M.M. Chupilko. Extensible Environment for Test Program Generation for Microprocessors. Programming and Computer Software, 40(1), 2014, pp. 1-9.
- Fortress library. http://forge.ispras.ru/projects/solver-api
- Z3 SMT solver. http://github.com/Z3Prover/z3
- CVC4 SMT solver. http://cvc4.cs.nyu.edu
- MIPS64™ Architecture For Programmers. Volume 2: The MIPS64™ Instruction Set Reference Manual. Revision 6.04. MIPS Technologies Inc. 2015. 551 p.
- Y. Naveh, M. Rimon, I. Jaeger, Y. Katz, M. Vinov, E. Marcus, G. Shurek. Constraint-Based Random Stimuli Generation for Hardware Verification AI Magazine, 28(3), 2007. pp. 13-30.
