EFSM Building (Related Work)¶

Алгоритмы извлечения EFSM-моделей из исходного кода HDL-описаний. Все перечисленные методы строят по одному EFSM на каждый процесс целевого HDL-описания.

• Table of contents
• EFSM Building (Related Work)
  • Giomi J.-C. 1995 Finite State Machine Extraction From Hardware Description Languages
  • Cheng K., Krishnakumar A. 1996 Automatic generation of functional vectors using the extended finite state machine model
  • Guglielmo G.D., Guglielmo L.D., Fummi F., Pravadelli G. 2011 Efficient Generation of Stimuli for Functional Verification by Backjumping Across Extended FSMs

Giomi J.-C. 1995 Finite State Machine Extraction From Hardware Description Languages¶

Алгоритм строит FSM-модели - частный случай EFSM-моделей - по HDL-описанию. Метод применим только к описаниям, которые синхронизируются единственным clock. Кроме того, все wait-выражения в исходном коде также синхронизируются единственным clock.
Построенные FSM-модели предполагается использовать для синтеза netlist.

Шаг 1
HDL-описание подается на вход парсеру, который выполняет лексический и синтаксический анализ и строит граф потока управления (Control Flow Graph, CFG). Выражения парсер представляет в виде ориентированных ациклических графов, внутренние вершины которых помечены операциями, а конечные вершины - переменными или значениями. Вершины CFG принадлежат к следующим типам: начало (source), конец (sink), условный оператор (switch), ветвь условного оператора (case), ожидание (wait), порождение процессов (fork), завершение процессов (join), присваивание (assignment) и цикл (loop). Вызовы функций и процедур разворачиваются при трансляции в подграфы CFG.

Шаг 2
По CFG осуществляется поиск в глубину (depth-first search).
Каждой вершине CFG сопоставляется синтаксическое выражение, называемое условием активации (activation node). Для вершин типа wait и source оно равно 1. Для прочих вершин оно вычисляется как сумма произведений условий активации родительских (parent) вершин на условия активации исходящих из них ребер. Условие активации ребра равно 1 для всех ребер, которые НЕ исходят из вершин fork, wait, switch и source. Для ребер, исходящих из вершин типа source и fork, условия активации имеют вид равенства ISR val_w, где ISR - неявная переменная состояния (Implicit State Register). Для ребра, исходящего из вершины типа fork условие активации формулируется как предикат, равный 1 для текущей ветви и 0 для всех остальных ветвей, исходящих из той же вершины. Для ребра, исходящего из вершины типа switch условие строится в виде равенства cond val, где cond - условие в узле switch, val - значение в узле case. Путь в CFG называется активированным, если для каждого его ребра условие активации не принимает значение 0.

Шаг 3
Для каждой вершины CFG вычисляется набор выражений над данными (data expression) для всех переменных CFG. Выражения над данными имеют вид равенств de_node(v) == val(v), где de_node(v) - обозначение для выражения для вершины node и переменнной v, val(v) - значение, определяемое типом вершины. В вершине source val(v) есть начальное значение v, в вершине wait -

Cheng K., Krishnakumar A. 1996 Automatic generation of functional vectors using the extended finite state machine model¶

На вход алгоритму подается описание на языках VHDL или C (BESTMAP-C - см. Jou, J-Y., Rothweiler, S., Ernst, R., Sutarwala, S., and Prabhu, A. 1989. BESTMAP: Behavioral Synthesis from C. In International Workshop on Logic Synthesis (Research Triangle Park, NC, May).). Построенную EFSM-модель предполагается использовать для генерации по ней тестов.

Шаг 1
Промежуточное представление кода строится с помощью Bridge AT & T Behaviour Synthesis System. По синхронной части кода (synchronous section) строится дерево операторов (statement tree) T. Листовыми вершинами дерева являются базовые блоки (последовательности присваиваний). Ветви дерева снабжены атрибутами. Атрибуты - это выражения булева типа, соответствующие ветвям условных операторов в исходном коде. Не указано, каким образом выбираются переменные состояния (state variables), однако на Шаге 3 они считаются уже определенными.

Шаг 2
Строится список всех возможных комбинаций условий на входные сигналы. Условия извлекаются из дерева операторов. Извлеченные комбинации проходят процедуру ортогонализации, такую, что каждая исходная комбинация оказывается представимой в виде суперпозиции нескольких ортогональных условий. В результате строится множество ортогонализованных условий I.

Шаг 3
Предыдущий шаг повторяется для всех условий, содержащих переменные состояния. В результате строится множество ортогонализованных условий C.

Шаг 4
Собственно, построение EFSM по дереву T, и множествам C и I. Данный шаг в статье написан в весьма общем виде, псевдокод отсутствует. Результатом данного шага является граф переходов между блоками (block transition graph), формальное определение которого в статье не приводится.

Шаг 5
Стабилизация графа переходов между блоками. Алгоритм стабилизации приводится в статье с использованием псевдокода. Идея алгоритма состоит в расщеплении слишком общих условий на более частные и не пересекающиеся, что позволяет исключить недетерминированные переходы в модели (Lee, D., Yannakakis, M. 1992. Online minimization of transition systems). Однако допускаются так называемые частично стабильные переходы (semi-stable transitions). В таких переходах 1) действия (update functions) имеют вид x := x + c, где c - константа, а x - переменная состояния; 2) мощность множества конечных вершин равна 2; 3) одной из конечных вершин является начальная вершина, т.е. имеется цикл. В статье показывается, что для таких вершин в процессе обхода можно вычислить количество итераций, которое потребуется, чтобы выйти из цикла. Утверждается, что это допущение сокращает потребление вычислительных ресурсов (времени и памяти), по сравнению с алгоритмом стабилизации.

Guglielmo G.D., Guglielmo L.D., Fummi F., Pravadelli G. 2011 Efficient Generation of Stimuli for Functional Verification by Backjumping Across Extended FSMs¶

Целью метода является построение EFSM-моделей, которые легко обходить (easy-to-traverse). Обход EFSM-модели является основной техникой для генерации тестов.

Шаг 1
Построение "эталонной" EFSM-модели (Reference EFSM, REFSM).
На вход алгоритму подается HDL-описание в виде конечного автомата с потоком данных (FSM with Datapath, FSMD). FSMD-модель - это комбинация FSM (control path) и конвейера данных (data path). Как правило, FSM-компонент осуществляет прием входных сигналов, чтение переменных состояния и формирование запроса на обработку данных. Запрос передается конвейеру, который его выполняет и возвращает результат FSM-компоненту. FSMD-модель строится методом Giomi ( Giomi J. 1995 Finite state machine extraction from hardware description languages).

Шаг 2
Построение "наибольшей" EFSM-модели (Largest EFSM, LEFSM). На данном шаге выполняется преобразование переходов REFSM, содержащих условные операторы, в переходы LEFSM, не содержащие таковых. Процесс завершается построением LEFSM, количество состояний в которой является наибольшим среди всех шагов алгоритма.

Шаг 3
Построение "наименьшей" EFSM-модели (Smallest EFSM, SEFSM). На данном шаге выполняется группировка совместимых переходов LEFSM. Процесс завершается построением SEFSM, количество состояний в которой является наименьшим среди всех шагов алгоритма.

Шаг 4
Дополнительные оптимизации, приводящие к построению "полу-стабилизированной" EFSM (Semi-Stabilized EFSM, (S^2)EFSM)