Язык M4TEST описания шаблонов тестовых программ¶

Язык M4TEST (Macro language for TEST programs) предназначен для компактного и переиспользуемого описания тестов для микропроцессоров и других программируемых устройств. Язык представляет собой смесь языка ассемблера целевого микропроцессора (TL, Target Language) и управляющего языка высокого уровня (ML, Meta Language). При этом ML можно рассматривать как макропроцессор, поскольку в результате выполнения его конструкций генерируется текст на TL. Кроме того, никто не запрещает использовать стандартные препроцессоры (например, препроцессор С/C++ или макропроцессор m4).

Обработка M4TEST-шаблона состоит из следующих шагов:

1. Препроцессирование кода.
2. Трансляция шаблона в программу на Ruby (язык обсуждается).
3. Выполнение полученной программы.

При выполнении программы, она генерирует программу путем обращения к базе данных ограничений, солверам и другим стандартным компонентам генератора (API генератора обсуждается).

Почему для генерирующей программы выбран Ruby? Удобный язык, для которого есть реализация для JVM (JRuby), что облегчает интеграция с компонентами генератора, написанными на Java.

Интуитивное описание языка на примерах¶

Пример 1 (MIPS)¶

template MyTemplate {
    # Повторить в тестовой программе 100 раз следующую ситуацию
    100.times {
        # Загрузка в регистр @Reg1 содержимого памяти по адресу, содержащемуся в регистре @Base1
        ld @Reg1, 0x0(@Base1)   @ choice{L1Hit:50}                         # Попадание в кэш-память L1 осуществляются с вероятностью 50%
        # Загрузка в регистр Reg2 содержимого памяти по адресу, содержащемуся в регистре Base2
        ld @Reg2, 0x0(@Base2)   @ choice{L1Hit:50} && [@Base1] != [@Base2] # Адреса первой и второй интрукции загрузки не должны совпадать
        # Запись результата сложения содержимого регистров @Reg1 и @Reg2 в регистр @Res
        dadd @Res, @Reg1, @Reg2 @ !IntegerOverflow                         # При сложении не должно возникать переполнения
    }
}

В результате обработки этого шаблона будет сгенерирована программа следующего вида.

...
ld Reg001_1, 0x0(Base001_1)
ld Reg001_2, 0x0(Base001_2)
dadd Res001, Reg001_1, Reg001_2
...
ld Reg100_1, 0x0(Base100_1)
ld Reg100_2, 0x0(Base100_2)
dadd Res100, Reg100_1, Reg100_2
...

В этой программе RegXXX_{1,2}, BaseXXX_{1,2} и ResXXX - это регистры общего назначения (некоторые из них совпадают друг с другом). В начале программы (возможно, и в некоторых промежуточных точках) располагается управляющий код, инициализирующий регистры и память так, чтобы удовлетворить заданным в шаблоне ограничениям (это наиболее интеллектуальная часть обработки шаблона).

Формализованное описание языка¶

Шаблон - это последовательность операторов.

Template ::= "template" Identifier "(" (Parameter ("," Parameter)*)? ")" "{" (Statement)* "}" 

Операторы делятся на два класса: реальные операторы (операторы, которые порождают код) и мета операторы (операторы, которые используются для управления генерацией кода).

Statement ::= RealStatement | MetaStatement

InstructionStatement ::= (Instruction | InstructionClass) (@ Situation)?

Формат инструкции зависит от ассемблера. Обычно он имеет следующий вид:

ConcreteInstruction ::= Identifier (Parameter (, Parameter)+)?

InstructionClass ::= Identifier (Parameter (, Parameter)+)?

MetaStatement ::= MetaVariableDeclaration |
                  MetaVariableAssignment  |
                  MetaIfStatement         |
                  MetaForStatement        |
                  MetaWhileStatement      |
                  ...

Распределение регистров¶

Для распределения регистров в программе используются следующие правила:

1. Если в качестве регистра в шаблоне используется конкретный регистр, а не переменная, то этот регистр используется и в сгенерированной программе.

Например, для шаблона

ori @r, r0, 0x0

второй регистр инструкции ori (регистр r0) фиксирован. Примером программы, соответствующей этому шаблону является

ori r7, r0, 0x0

2. Если имена переменных, обозначающих регистры, в шаблоне совпадают (в пределах одной области видимости), то в соответствующих частях итоговой программы будет использоваться один и тот же регистр.

Например, для шаблона

2.times {
    add @r1, @r2, @r3
    sub @r4, @r1, @r5 # Результат сложения используется в качестве вычитаемого
}

первый регистр инструкции add всегда будет совпадать со вторым регистром инструкции sub, хотя эти регистры могут быть разными на разных итерациях:

# ------------------------------ Итерация 1 ------------------------------
add r2,  r10, r5
sub r9,  r2,  r15 # r2 == r2
# ------------------------------ Итерация 2 ------------------------------
add r11, r27, r9
sub r9,  r11, r23 # r11 == r11