[发明专利]一种用于流水线指令相关性的分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及处理器指令验证技术领域，涉及一种用于流水线指令相关性的分析方法。

背景技术

LEON处理器是一款开源微处理器软核，包含整数硬件乘法和除法单元，双协处理器（FPU浮点处理单元和协处理器），分离的指令和数据总线。该构架包括了输入输出I/O口，存储器管理单元，cache子构架系统（MMU）以及超级权限软件，存储器模型等；该软核具有非常良好的可配置性和可移植性，在VHDl源代码基础上，结合具体需求加入定制的运算单元和外设接口便可以建立国产的SOC系统。该处理器包含172条常用指令，40～520个寄存器，指令集非常复杂因此需要大规模的指令验证才能保证LEON处理器功能的正确性。

LEON处理器采用5级流水线结构设计，将指令执行分为取值（FE）、译码（DE）、执行（EX）、存储器访问（ME）、写回（WR）五个功能阶段，指令执行时可能发生流水线冲突，因此验证工作中需要对流水线指令的相关性进行验证。SPARC V8指令相关性和寄存器的相关情况非常复杂，假设一条指令可以使用10种寄存器组合，在五级流水线中可能发生相关的情况有(172*10)⁵，加上每条指令的不同格式，可能出现的指令序列情况更多，依靠目前验证条件通过遍历所有指令序列的验证方法是无法完成的，因此不能保证验证的全面性和有效性。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种用于流水线指令相关性的分析方法，通过大规模分析用户可能使用到的程序，得到使用过的和使用最多的指令序列，并且对这些指令序列的相关性进行分析，进而指导指令验证工作。

本发明是通过以下技术方案来实现：

1、一种用于流水线指令相关性的分析方法，其特征在于，包括以下操作：

1）对待处理的分析对象，通过编译器将其译成为32位的机器码文件，作为分析使用的输入文件；

2）根据编译器的指令编码格式得到指令格式和寄存器编码；根据指令格式编码中的构成，确定其采用的指令编码和寄存器编码；并对类型相同的指令编码命名为特定值，再将特定值按照指令顺序排列；

3）选定所指定的n级相关性分析，从第一条指令开始，将其后n-1个指令相关联，统计关联后的特定值序列；然后分析该特定值序列所对应的指令及寄存器的关联情况；

4）统计发生二级指令相关的指令序列和该序列出现的次数，以及指令相关出现的数量和寄存器相关类型；

将指令特定值序列、寄存器特定值序列进行归一化处理，得到所有指令中相同指令特定值序列、相同寄存器特定值序列所出现的概率，得到二级指令相关结果；

5）统计发生三级指令相关的指令序列和该序列出现的次数，以及指令相关出现的数量和寄存器相关类型；

将指令特定值序列、寄存器特定值序列进行归一化处理，得到所有指令中相同指令特定值序列、相同寄存器特定值序列所出现的概率，得到三级指令相关结果；

6）将二级指令相关结果、三级指令相关结果汇总，输出流水线相关性分析结果。

2、如权利要求1所述的用于流水线指令相关性的分析方法，其特征在于，所述通过SPARC V8编译器译成为32位的机器码文件，然后根据SPARC V8指令编码格式得到指令格式和寄存器编码格式。

3、如权利要求1所述的用于流水线指令相关性的分析方法，其特征在于，所述的分析该特定值序列所对应的指令及寄存器的关联情况，是通过第一条指令所对应的寄存器与后续n-1、n-2条指令所对应的寄存器的相关性，得到寄存器相关性序列，并将其命名为寄存器特定值。

4、如权利要求1所述的用于流水线指令相关性的分析方法，其特征在于，所述的二级指令相关性为联系两条指令的相关性的分析，并与其相关的特定值序列进行关联；

所述的三级指令相关性为联系三条指令的相关性的分析，并与其相关的特定值序列进行关联。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明针对流水线指令相关性验证工作量大，验证不完全等问题提出的。提出了一种从用户使用的角度分析，得出满足使用需求的验证方法，用于分析最小化指令序列，通过对LEON指令相关性分析，需要验证至少三级指令相关才能满足相关性验证需求。考虑到保护用户编写的功能程序代码，该方法使用的分析文件为用户编译后生成32位机器码，通过分析得到用户使用的相关指令序列，并且分析指令序列的相关性，得到使用的和多次使用的指令序列分析结果，指导指令相关性验证，保证指令验证工作有效满足用户的使用需求。