MicroTESK

h1. 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:

# Препроцессирование кода.

# Трансляция шаблона в программу на Ruby (*язык обсуждается*).

# 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.

h2. Интуитивное описание языка на примерах

h3. Пример 1 (MIPS)

<pre>

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

    }

}

</pre>

В результате обработки этого шаблона будет сгенерирована программа следующего вида.

<pre>

...

# --------------------------------------------------------------------------------

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

...

</pre>

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).

h2. Формализованное описание языка

Шаблон - это последовательность операторов.

<pre>

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

</pre>

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

<pre>

Statement ::= RealStatement | MetaStatement

</pre> 

<pre>

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

</pre>

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

<pre>

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

</pre>

<pre>

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

</pre>

<pre>

MetaStatement ::= MetaVariableDeclaration |

                  MetaVariableAssignment  |

                  MetaIfStatement         |

                  MetaForStatement        |

                  MetaWhileStatement      |

                  ...

</pre>

h2. 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

<pre>

ori @r, r0, 0x0

</pre>

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

<pre>

ori r7, r0, 0x0 # Регистр r0 фиксирован

</pre>

*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

<pre>

2.times {

    add @r1, @r2, @r3

    sub @r4, @r1, @r5 # Результат сложения используется в качестве вычитаемого

}

</pre>

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

<pre>

# --------------------------------------------------------------------------------

add r2,  r10, r5

sub r9,  r2,  r15 # Зависимость по регистру r2

# --------------------------------------------------------------------------------

add r11, r27, r9

sub r9,  r11, r23 # Зависимость по регистру r11

</pre>

Более сложный пример

<pre>

ori @r1, r0, 0x0

2.times {

    add @r1, @r2, @r3 # Результат сложения заносится в тот же регистр, что и результат вышестоящей инструкции

    sub @r4, @r1, @r5 # Результат сложения используется в качестве вычитаемого

}

</pre>

В этот случае регистры @@r1@ на первой и второй итерациях будут совпадать между собой и будут равны первому регистру инструкции @ori@.