[논문 리뷰] A Multipurpose Formal RISC-V Specification.

Thomas Bourgeat, Ian Clester외 4명|arXiv (Cornell University)|2021. 04. 01.

Logic, programming, and type systems참고 문헌 20인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 확장 가능한 '홀(holes)'을 사용하여 다양한 형식적 방법 프로젝트—예를 들어 프로세서 및 컴파일러 정확성 증명—을 지원할 수 있도록 사용자 정의가 가능한 다기능 형식적 RISC-V 사양을 해슬켈로 제시한다. 이는 새로운 도메인 특화 도구가 필요 없이도 여러 형식적 검증 노력 간의 통합을 이룬 최초의 RISC-V 사양이다.

ABSTRACT

RISC-V is a relatively new, open instruction set architecture with a mature ecosystem and an official formal machine-readable specification. It is therefore a promising playground for formal-methods research. However, we observe that different formal-methods research projects are interested in different aspects of RISC-V and want to simplify, abstract, approximate, or ignore the other aspects. Often, they also require different encoding styles, resulting in each project starting a new formalization from-scratch. We set out to identify the commonalities between projects and to represent the RISC-V specification as a program with holes that can be instantiated differently by different projects. Our formalization of the RISC-V specification is written in Haskell and leverages existing tools rather than requiring new domain-specific tools, contrary to other approaches. To our knowledge, it is the first RISC-V specification able to serve as the interface between a processor-correctness proof and a compiler-correctness proof, while supporting several other projects with diverging requirements as well.

연구 동기 및 목표

• RISC-V에 대한 형식적 방법 연구의 분열 문제를 해결하기 위해, 각 프로젝트가 서로 다른 필요에 따라 사양을 다시 구현해야 하는 상황을 해결한다.
• RISC-V를 대상으로 하는 형식적 검증 프로젝트들 간의 공통된 추상화를 식별한다.
• 다양한 요구사항을 가진 여러 프로젝트를 지원할 수 있도록 확장 가능한 단일 형식적 사양을 설계한다.
• 기존의 해슬켈 기반 형식화 도구를 재사용함으로써 새로운 도메인 특화 도구를 구축하지 않도록 한다.
• RISC-V 검증에서 프로세서 정확성 증명과 컴파일러 정확성 증명 간의 통합 인터페이스를 만든다.

제안 방법

• 사양은 홀(holes)을 사용하는 해슬켈 프로그램의 추상화 방식으로 표현되며, 이는 구성 가능한 또는 추상화된 구성 요소를 나타낸다.
• 이 접근법은 새로운 도메인 특화 언어나 검증 프레임워크를 도입하는 대신, 기존의 형식적 도구를 활용한다.
• 다양한 프로젝트들이 홀을 다양한 수준의 세부 정보로 인스턴스화함으로써, 필요에 따라 단순화, 추상화 또는 근사치를 적용할 수 있다.
• 사양은 정확성 증명에 충분히 정밀하면서도 다양한 형식적 방법 사용 사례를 지원할 수 있도록 유연하게 설계되어 있다.
• 형식화는 프로세서 및 컴파일러 검증 노력 간의 상호 운용 가능한 인터페이스로 구성되어 있다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 단일 형식적 RISC-V 사양이 서로 다른 요구사항을 가진 여러 형식적 방법 프로젝트를 어떻게 지원할 수 있는가?
• RQ2 RISC-V의 프로세서 정확성 증명과 컴파일러 정확성 증명 간에 공통된 추상화는 무엇인가?
• RQ3 새로운 도메인 특화 도구 없이도 통합 사양을 구축할 수 있는가?
• RQ4 형식적 사양은 어떻게 하면 저수준 프로세서 검증과 고수준 컴파일러 검증을 모두 지원할 수 있도록 충분히 확장 가능하게 만들 수 있는가?
• RQ5 확장 가능한 '홀(holes)'이 형식적 검증 프로젝트 간의 재사용성과 사용자 정의 가능성을 어떻게 가능하게 하는가?

주요 결과

• 제안된 사양은 RISC-V에서 프로세서 정확성 증명과 컴파일러 정확성 증명 간의 통합 인터페이스로 성공적으로 기능한다.
• 홀의 사용 덕분에 다양한 프로젝트들이 핵심 사양을 다시 작성하지 않고도 추상화 수준과 세부 정보 수준을 사용자 정의할 수 있다.
• 기존의 해슬켈 기반 형식화 인프라를 재사용함으로써 새로운 도메인 특화 도구가 필요 없도록 한다.
• 이 사양은 하나의 확장 가능한 형식화로 서로 다른 요구사항을 가진 여러 형식적 방법 프로젝트를 지원하는 최초의 사양이다.
• 공유되고 모듈화된 사양 개발을 가능하게 함으로써, 형식적 검증 노력에서의 중복을 줄인다.