D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2002.04.020 第24卷第4期 北京科技大学学报 Vol.24 No.4 2002年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2002 VLIW体系结构微处理器功能验证模型 王沁 北京科技大学信息工程学院，北京100083 摘要为了系统而有效地设计微处理器功能验证激励，针对VLIW体系结构微处理器的结 构特征，特别是多操作流水线并行特征，提出了VLW体系结构微处理器的功能验证模型，基 于该模型，针对一个规模为1500kbit等效逻辑门的VLW体系结构微处理器，完成了功能验证 方案的制定和10周期功能验证激励的设计 关键字VLIW;微处理器：功能验证；模型 分类号TP368.1 现代体系结构微处理器的一个共同的特征 2个方面定义一个VLIW体系结构微处理器. 是处理器内部操作并行性.这个特征使得“每条 1.1指令界面定义 指令功能正确，则处理器功能正确”的法则不再 VLIW指令格式的一般化表现形式为： 成立，从而增加了微处理器功能验证的复杂性 Format Flow_ctrl Opl Op2Op3 Op4 Op5Op6 因而，当具有现代体系结构特征的微处理器（如： 假设VLIW指令字中最多排列6个操作段， 多发射RISC体系结构微处理器，VLIW类体系 即Opi,i=l,…,6.Format为指令格式控制域，定 结构微处理器等)设计完毕后，设计功能正确性 义Flow_crl,Opi在指令字中的位置，以及Opi对 的验证比较复杂 应的部件.Flow ctrl为操作流控制域，定义Op 微处理器功能验证问题的关键在于定义能 的执行方式，包括条件执行、重复执行、并行执 够充分反映设计功能正确性的激励集合.目前， 行、和串行执行等.Opi为操作段，在确定Format 微处理器功能验证问题的研究成果主要在单发 编码下为对应于一个硬件单元（如：运算器单元、 射RISC体系结构微处理器的验证方面-，而对 寄存器、BUS等)的操作代码. 多发射RISC或VLIW体系结构微处理器功能 12组成定义 验证问题的研究结果还很少.从VLW体系结 VLIW体系结构微处理器组成定义为：M= 构微处理器的组成出发，提出了VLIW体系结 (U,E,I,INT). 构微处理器功能验证模型，作为定义功能验证 (1)能够独立工作的运算或存贮单元集合U. 激励集合的基础.本文首先定义了被验证对象 每个运算和存贮单元由操作数、操作码、流 一VLIW体系结构微处理器，在此基础上给出 水级数与输出结果之间的关系表示.即： 了VLIW体系微处理器的功能验证模型和功能 U={uyl,…,ym=u(op,xl,…,xn,t}. 验证激励设计流程. 例如，yl,y2)<=fau(opfau,.xl,x2,4),表示浮 点加减单元，xl,x2为操作数，opfau为浮点加减 1VLIW体系结构微处理器定义 单元的操作码，4表示浮点加减运算单元的流 VLIW类微处理器的指令格式和内部组成 水级数为4，y1为运算结果，y2为正常/异常状 各有不同.为论述方便，根据VLIW类微处理 态 器的本质性特征，从微处理器指令界面和组成 又如，(yl,…ym=reg(opn,xl,yl,…ym,l), 表示寄存器堆单元，x1为操作数，等式右端y1, 收稿日期2001-05-14王沁女，40岁，教授，博士 …ym表示寄存器堆在操作前的状态，等式左端 *863基金资助项目No.863-306-01-07) yl,",ym表示寄存器堆在操作后的状态，opn为 ★教育部优秀青年教师基金资助项目 写寄存器操作对应的寄存器编号，1表示寄存·第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 珑触 加 几 】 呵 ， 体 系结构微处理器功能验证模型 王 沁 北京科技大学信息工程学院 ， 北京 摘 要 为 了系统而有效地设计微处理器功能验证激励 ， 针对 体系结构微处理器 的结 构特征 ， 特别是多操作流水线并行特征 ， 提出了 体系结构微处理器的功能验证模型 ， 基 于该模型 ， 针对一个规模为 等效逻辑 门的 体系结构微处理器 ， 完成 了功能验证 方案 的制定和 ， 周期功能验证激励 的设计 关健字 微处理器 功能验证 模型 分类号 现代体系结构微处理器的一个共同的特征 是处理器 内部操作并行性 这个特征使得 “ 每条 指令功能正确 ， 则处理器功能正确 ” 的法则不再 成立 ， 从而增加 了微处理器功能验证的复杂性 因而 ， 当具有现代体系结构特征的微处理器 如 多发射 体系结构微处理器 ，讥‘ 类体系 结构微处理器等 设计完毕后 ， 设计功 能正确性 的验证 比较复杂 微处理器功能验证 问题 的关键在 于定义能 够充分反 映设计功能正确性的激励集合 目前 ， 微处理器功能验证问题的研究成果主要在单发 射 体系结构微处理器 的验证方面 ‘ ， 而对 多发射 或 体系结构微处理器功能 验证 问题的研究结果还很少 从 体系结 构微处理器 的组成 出发 ， 提 出了 体系结 构微处 理器功能验证模型 ， 作为定义 功能验证 激励集合 的基础 本文首先定义 了被验证对象 — 体系结构微处理器 ， 在此基础上给出 了 体系微处理器 的功能验证模型 和功能 验证激励设计流程 体系结构微处理器定义 类微处理器 的指令格式和 内部组成 各有 不 同 ‘词 为论述方便 ， 根据 类微处理 器 的本质性特征 ， 从微处理器指令界面和 组成 收稿 日期 刁 一 王 沁 女 ， 岁 ， 教授 ， 博士 基金资助项 目 一 一 一 教育部优秀青年教师基金资助项 目 个方面定义一个 体系结构微处理器 指令界面定义 指令格式 的一般化表现形式为 卜 … 饰笋 伽 假设 指令字 中最多排列 个操作段 ， 即 ， ， … ， 为指令格式控制域 ， 定 义 ， 在指令字 中的位置 ， 以及 对 应 的部件 为操作流 控制域 ， 定义 ’ 的执行方式 ， 包括条件执行 、 重 复执行 、 并行执 行 、 和 串行执行等 吻 为操作段 ， 在确定 编码下为对应于一个硬件单元 如 运算器单元 、 寄存器 、 等 的操作代码 组成定义 体系结构微处理器组成定义为 二 ， ， ， 以 能够独立工作的运算或存贮单元集合 每个运算和存贮单元 由操作数 、 操作码 、 流 水级数与输 出结果之间 的关系表示 即 二 ，… ， ， ，… ， ， 例如 ， ， ， ， ， ， 表示 浮 点加减单元 ， ， 为操作数 ， 为浮点加减 单元 的操作码 ， 表示 浮点加减运算单元 的流 水级数为 ， 为运 算结果 ， 为正 常 异 常状 态 又如 ， ，… ， 令 叩 ， ， ，… ， ， ， 表示 寄存器堆单元 ， 为操作数 ， 等式 右端 ， … ， 卿表示 寄存器堆在操作前 的状态 ， 等式左端 ，… ， 表示 寄存器堆在操作后 的状态 ， 叩 为 写寄存器操作对应 的寄存器编号 ， 表示 寄存 DOI ：10．13374／j ．issn1001—053x．2002．04．020