驗(yàn)證符合AXI/ACE標(biāo)準(zhǔn)的互連的策略：第二部分

在這篇文章中，我們將重點(diǎn)介紹基本的連貫交易測試。我們使用術(shù)語“基本”來表示在進(jìn)行更高級(jí)測試之前作為先決條件的東西。相干事務(wù)是 AXI/ACE 協(xié)議中用于執(zhí)行加載和存儲(chǔ)操作的一組事務(wù)。這些事務(wù)中的每一個(gè)都有一組與互連不同的響應(yīng)要求。此外，這些事務(wù)中的每一個(gè)都可以在多個(gè)配置中使用。我們需要驗(yàn)證互連對于每種事務(wù)類型是否正常工作。我們將首先概述該協(xié)議，然后再進(jìn)行這些協(xié)議的測試策略。

ACE 協(xié)議概述

ACE 協(xié)議為系統(tǒng)級(jí)一致性提供了一個(gè)框架。它可以在跨緩存共享數(shù)據(jù)時(shí)保持正確性。它還支持最大限度地重用緩存數(shù)據(jù)。該協(xié)議旨在支持不同的一致性協(xié)議，如 MESI、ESI、MEI 和 MOESI（其中 M 代表修改，O 代表擁有，E 代表獨(dú)占，S 代表共享，I 代表無效）。ACE 協(xié)議是使用以下方法實(shí)現(xiàn)的：

一個(gè)五狀態(tài)緩存模型，用于定義相干系統(tǒng)中任何緩存行的狀態(tài)，如下圖所示：

定義的狀態(tài)為：

– 有效，無效：無效時(shí)，緩存行不存在。如果有效，緩存行將存在于緩存中。

– 唯一，共享：當(dāng)唯一時(shí)，緩存行僅存在于一個(gè)緩存中。共享時(shí)，緩存行可能存在于多個(gè)緩存中。

– 干凈、臟污：干凈后，緩存不負(fù)責(zé)更新主內(nèi)存。當(dāng)臟時(shí)，緩存行已相對于主內(nèi)存進(jìn)行了修改，并且此緩存必須確保主內(nèi)存最終更新。

現(xiàn)有 AXI4 通道上的附加信令，允許傳輸新的事務(wù)和信息。

附加通道（稱為偵聽通道）使互連能夠訪問存儲(chǔ)在與其連接的主服務(wù)器緩存中的信息。

我們將通過一個(gè)來自可共享位置的加載操作和存儲(chǔ)操作的示例來更清楚地說明 ACE 協(xié)議。

執(zhí)行加載操作

考慮下面給出的系統(tǒng)，其中兩個(gè)主設(shè)備連接到互連。兩個(gè)主節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)緩存?；ミB也連接到主存儲(chǔ)器?？紤]主控 1 需要讀取存儲(chǔ)在變量 u 中的值的情況。還假設(shè)此值已存儲(chǔ)在主 2 的緩存中。以下序列用于檢索 u 的值：

主站 1 在讀取地址通道上發(fā)出讀取事務(wù) （1）

互連在主站2的偵聽地址通道上發(fā)出偵聽事務(wù)（2）

主站 2 返回偵聽響應(yīng)和數(shù)據(jù)信息 （3a）

如果主站2未返回?cái)?shù)據(jù)，互連將從主存儲(chǔ)器（3b）讀取數(shù)據(jù)。請注意，即使在收到對 snoop 事務(wù)的響應(yīng)之前，也允許互連從主內(nèi)存讀取

一旦收到數(shù)據(jù)，它就會(huì)通過其讀取數(shù)據(jù)通道（1）返回到主4。

ReadClean、ReadNotSharedDirty 或 ReadShared 事務(wù)用于從可共享位置執(zhí)行加載操作。當(dāng)啟動(dòng)主節(jié)點(diǎn)不想承擔(dān)更新內(nèi)存的責(zé)任時(shí)，將使用 ReadClean 事務(wù)。當(dāng)主服務(wù)器想要加載數(shù)據(jù)并且可以接受除 SharedDirty 狀態(tài)之外的任何狀態(tài)的緩存行時(shí)，將使用 ReadNotSharedDirty 轉(zhuǎn)換。當(dāng)主節(jié)點(diǎn)想要加載數(shù)據(jù)并且可以接受處于任何狀態(tài)的緩存行時(shí)，將使用 ReadShared 事務(wù)。如果不需要緩存副本，則使用 ReadOnce 事務(wù)。ReadNoSnoop 用于從不可共享的位置讀取。

執(zhí)行存儲(chǔ)操作

在上面的系統(tǒng)中，假設(shè)主控 1 想要向變量 u 寫入一個(gè)新值。以下序列用于將新值存儲(chǔ)到 Master1 的緩存中：

Master 1 發(fā)出一個(gè)事務(wù)，指示它想要存儲(chǔ) u 的緩存行的唯一副本。這是通過發(fā)送MakeUnique交易（1）來完成的。

互連將偵聽事務(wù)發(fā)送到主 2 以使其緩存行無效。這是通過發(fā)送 MakeInvalid 事務(wù) （2） 來完成的。

失效完成后，Master 2 將在其偵聽響應(yīng)通道 （3） 上做出響應(yīng)。

互連現(xiàn)在響應(yīng)主節(jié)點(diǎn) 1，指示所有其他主節(jié)點(diǎn)使變量 u （4） 的緩存行存儲(chǔ)值無效。

主 1 現(xiàn)在將 U 的新值寫入其緩存中。此時(shí)，緩存行對于主控服務(wù)器 1 處于唯一狀態(tài)，而主控服務(wù)器 2 中不存在此高速緩存行。

根據(jù)是否需要完整緩存行存儲(chǔ)或部分緩存行存儲(chǔ)，以及主服務(wù)器是否已具有緩存行的副本，存儲(chǔ)操作將使用 MakeUnique、CleanUnique 或 ReadUnique 事務(wù)。如果正在存儲(chǔ)的主節(jié)點(diǎn)沒有緩存，但希望寫入可共享的內(nèi)存位置，則使用 WriteUnique 或 WriteLineUnique 事務(wù)。WriteNoSnoop 事務(wù)用于寫入不可共享的位置。

ACE 中使用的其他交易記錄

內(nèi)存更新事務(wù)，用于將臟線寫入內(nèi)存。WriteBack 或 WriteClean 用于此目的。

逐出事務(wù)由主服務(wù)器發(fā)出，以指示要從其本地緩存中逐出的緩存行的地址。

緩存維護(hù)事務(wù)用于訪問和維護(hù)系統(tǒng)中其他主組件的緩存。CleanShared、CleanInvalid 或 MakeInvalid 事務(wù)用于此目的。

屏障事務(wù)用于提供有關(guān)系統(tǒng)中事務(wù)的排序和觀察的保證。這將在后續(xù)帖子中詳細(xì)討論。

分布式虛擬內(nèi)存 （DVM） 事務(wù)用于虛擬內(nèi)存系統(tǒng)維護(hù)。

基本一致性事務(wù)測試

如上所述，ACE 中使用了許多不同的事務(wù)來保持一致性。由于這些事務(wù)類型中的每一個(gè)都有不同的響應(yīng)和一致性要求，因此最好單獨(dú)測試每個(gè)事務(wù)類型，以確?；ミB滿足所有規(guī)范要求。我們將以 ReadShared 事務(wù)為例來描述這些事務(wù)類型的一般驗(yàn)證要求。

下面是規(guī)范中的表，顯示了 ReadShared 事務(wù)的緩存行狀態(tài)更改：

在上表中，“開始狀態(tài)”是指在發(fā)出事務(wù)之前主服務(wù)器中緩存行的狀態(tài)。RRESP 是指互連對發(fā)起事務(wù)的主站給出的響應(yīng)。預(yù)期結(jié)束狀態(tài)是指事務(wù)完成后緩存行的狀態(tài)。最后兩列根據(jù)是否存在窺探過濾器引用了其他可能的最終狀態(tài)，我們將在本文中詳細(xì)介紹這些狀態(tài)。第二個(gè)表指的是推測性閱讀。這表示甚至在主服務(wù)器讀取緩存行的狀態(tài)之前發(fā)出的事務(wù)?；旧希绻x取事務(wù)的緩存已經(jīng)具有該地址的條目，則不需要將其發(fā)送出主服務(wù)器。但是，為了提高性能，主服務(wù)器可能會(huì)選擇在獲取有關(guān)緩存行狀態(tài)的信息之前發(fā)送事務(wù)。如果事務(wù)是在這種狀態(tài)下發(fā)出的，則在第二個(gè)表中表示。

從上表可以看出，單個(gè)交易的驗(yàn)證空間相當(dāng)大。需要注意的一個(gè)重要方面是，激勵(lì)需要來自多個(gè)主站的流量。這是因?yàn)橐采w的狀態(tài)空間要求測試所有不同的響應(yīng)類型和緩存狀態(tài)。僅當(dāng)主節(jié)點(diǎn)具有相對于彼此處于特定緩存行狀態(tài)的緩存行時(shí)，才能在系統(tǒng)中創(chuàng)建不同的響應(yīng)類型。例如，響應(yīng)類型 （RRESP） 為 10 表示緩存行由另一個(gè)主服務(wù)器共享，這要求緩存行存在于互連偵聽的主節(jié)點(diǎn)中。下圖總結(jié)了測試此序列的關(guān)鍵要求：

在啟動(dòng)特定類型的事務(wù)之前，序列必須將系統(tǒng)初始化為隨機(jī)但有效的狀態(tài)。這可確保執(zhí)行所有不同的響應(yīng)類型和緩存行狀態(tài)。

初始化必須確保也遵守緩存狀態(tài)的規(guī)則。例如，緩存行只能在一個(gè)緩存中是唯一的或臟的。如果兩個(gè)主節(jié)點(diǎn)中存在緩存行，并且兩個(gè)緩存行都是干凈的，則它們的數(shù)據(jù)應(yīng)該是相同的。同樣，如果某個(gè)位置的所有緩存行都是干凈的，則緩存行的內(nèi)容必須與內(nèi)存的內(nèi)容匹配。

序列必須具有配置感知能力：它必須知道系統(tǒng)中的主節(jié)點(diǎn)數(shù)量、這些主節(jié)點(diǎn)的接口類型等。使序列具有配置感知性可確保序列在具有不同拓?fù)涞南到y(tǒng)中可移植。

關(guān)鍵驗(yàn)證點(diǎn)

主緩存之間的一致性：在任何給定時(shí)間點(diǎn)，所有主緩存都必須具有相同的數(shù)據(jù)視圖。

主緩存和內(nèi)存之間的一致性：如果所有緩存行都是干凈的，則緩存行的內(nèi)容必須與內(nèi)存的內(nèi)容匹配。

窺探交易：由主站發(fā)起的每個(gè)事務(wù)都有一個(gè)相應(yīng)的窺探交易，該事務(wù)將由互連啟動(dòng)。我們需要確?；ミB發(fā)出的窺探交易是正確的。

偵聽和相干事務(wù)之間的數(shù)據(jù)完整性：如果 Snoop 事務(wù)返回?cái)?shù)據(jù)，則必須將相同的數(shù)據(jù)返回給通過其讀取數(shù)據(jù)通道請求數(shù)據(jù)的主服務(wù)器。

排序事務(wù)：訪問同一位置的事務(wù)具有互連的特定排序要求。這將在本系列的下一篇文章中詳細(xì)討論。

在這篇文章中，我們描述了測試策略和連貫交易測試的關(guān)鍵方面。在下一篇文章中，我們將重點(diǎn)介紹與訪問重疊地址相關(guān)的規(guī)范的一些細(xì)節(jié)。

審核編輯：郭婷