DiffTest

DiffTest 是一种强大的软件测试方法，它通过 对比 待测设计 (Design Under Test, DUT) 与 参考实现 (Reference, REF) 在 相同输入 下的 行为差异，来检测 DUT 的错误。

DiffTest 在 NEMU 指令调试中的应用：

1. DiffTest 的核心思想：对比状态

   • 指令的正确行为: 指令的正确行为体现在其对计算机状态的改变上。
   • 计算机状态: 计算机状态可以抽象为二元组 S = ，其中 R 代表 寄存器 的值，M 代表 内存 的值。
   • DiffTest 方法:
     • DUT (待测设计): NEMU (我们实现的模拟器)。
     • REF (参考实现): 真机 (实际的 x86 计算机) 或 其他全系统模拟器 (功能更完善的模拟器)。
     • 相同输入: 让 DUT 和 REF 执行 相同的客户程序 (AM 程序编译后的指令序列)。
     • 状态对比: 逐条指令执行 后，对比 NEMU 和 REF 的状态 (寄存器和内存)。
     • 错误检测: 如果 NEMU 和 REF 的状态 不一致，则表明 NEMU 当前执行的 指令实现有误，DiffTest 捕捉到错误。

2. DiffTest 的优势:

   • 及时捕捉错误: DiffTest 能在 错误发生的第一时间 检测到，防止错误进一步传播，大大缩短了错误定位和修复的时间。
   • 自动化检查: DiffTest 可以实现 自动化测试，对大量指令进行快速、有效的验证。
   • 适用于复杂指令集: DiffTest 特别适合调试像 x86 这样指令集复杂、指令行为细致的架构，能够有效应对指令实现中的各种潜在错误。

3. DiffTest 的具体流程:

   • NEMU (DUT) 和 REF (全系统模拟器) 并行执行同一个客户程序。
   • 每执行完一条指令，DUT 和 REF 都暂停执行。
   • DiffTest 工具对比 DUT 和 REF 的寄存器和内存状态。
   • 状态一致则继续执行下一条指令，状态不一致则报告错误并停止执行。