软CPU验证

我目前正在使用Xilinx ISE和ISIM在VHDL中设计一个简单的CPU。设计部分进行得非常好，但是我似乎无法找到一种以一致的方式进行验证的方法。

现在，我有一个VHDL测试平台，可以随时更新以测试我正在处理的功能。这是非常临时的，它不能帮助我了解回归，也不能用于验证对规范/指令集的符合性。

我考虑过要开发一个广泛的测试套件，但是问题是，通用零件作为CPU的潜在状态与通用零件相比要大得多。

我正在寻找一种方法，使我能够以更可控的方式执行设计和测试。如果可以的话，可以使用某种“硬件TDD”。这样的事情存在吗？是否可以相对容易地应用于CPU等通用部件？

CPU验证的整个问题非常庞大且困难。有些人就是以此为职业。我只给您概述...

1. 编写一个汇编语言程序，以测试每条指令和每条指令的每个微小细节。例如，在测试ADD指令时，您可以同时使用正号，负号和每个数字（两次）来测试它。然后，您将测试进位标志，零标志等。CPU的其他特殊功能（例如分支预测等）在此测试中将有其自己的特殊部分。

2. 使用C / C ++或类似的东西编写您的CPU模型。这是您的虚拟CPU。这也是您的“黄金CPU”，这意味着这是其他所有对象所比较的CPU。理想情况下，编写VHDL 的人与编写C / C ++模型的人不是同一个人。

3. 编写/创建一个系统，在其中可以并行运行C / C ++模型和VHDL模型，并逐周期比较结果。从步骤1运行您的汇编程序，并确保两个模型匹配。

4. 在随机的“指令”上运行两个模型。基本上，用随机数据填充“ ram”，然后像执行真实指令一样执行该随机数据。在VHDL和C / C ++模型上运行相同的随机数据，然后比较结果。此C / C ++模型将在某些工作站和/或服务器（而不是新的CPU本身）上运行。

5. 设置一台或多台计算机，以永久永久重复步骤4。即使您的CPU已“完成”并且已经投入生产一年或更长时间，您仍将运行此测试。

6. 每当有更多要模拟的东西时，请重复这些步骤。例如，您可以在路由后的VHDL上运行它，并提供可用的时间。

无法保证比较VHDL和C / C ++版本会捕获每个错误-确实没有更好的方法。在随机指令上测试CPU需要花费时间，但这也非常有用。唯一的替代方案是雇用很多人整天编写代码来测试CPU的不同部分-大型公司也这样做，但他们也从事随机数据工作。

对于编写VHDL代码的个人来说，通常只需执行步骤1。但是，如果您打算出售CPU，那么至少应该执行其他一些步骤（实际上，您应该全部完成这些步骤）。