JP3187506B2 - 論理回路設計支援装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レジスタトランスファ
レベル（ＲＴＬ）のハードウェア記述言語を用いて論理
回路設計を行なう論理回路設計支援装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近のＬＳＩの論理設計では、レジスタ
トランスファレベルのハードウェア記述言語で記述し、
論理合成システムによりゲートレベルの論理回路に自動
変換するという設計手法をとるのが一般的になりつつあ
る。論理合成に対して望まれるのは、設計期間の短縮以
外に、回路規模縮小、高速化などが期待される。このた
めに、従来から、論理回路の最適化技術の研究は活発に
行なわれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の論理合成におけ
る最適化は、論理レベル（ゲートレベル）に変換された
後の最適化について議論される場合が多いが、このレベ
ルに変換された後では、情報が失われて最適化が十分で
きない場合がある。

【０００４】ＲＴＬ記述は、ある回路要素からある回路
要素へのデータ転送が、どのような条件で行なわれる
か、ということを基本にして記述される。一般に、論理
合成システムでは、１つの転送先に対して複数の回路要
素からデータ転送が起こり得る場合には、転送先の回路
要素の前にセレクタが挿入された回路が生成される。Ｒ
ＴＬ記述を記述どおりにゲートレベルの論理回路に変換
すると、生成されたセレクタのセレクト信号が冗長なも
のとなっていたり、本来無関係なはずの信号がこのセレ
クト信号の生成に使われている場合がある。

【０００５】また、レジスタの更新条件についても同様
の問題がある。従来のようにＲＴＬ記述を記述どおりに
論理合成すると、レジスタの更新条件は、レジスタへデ
ータ転送が行なわれる条件と同一となる。このため、回
路規模が大きくなったり、速度の遅い回路が生成されて
しまう。しかし、必ずしも記述どおりに合成する必要が
なく、もっと小さく、速い回路とすることが可能な場合
がある。

【０００６】このような回路が生成されても論理的動作
には全く問題ないが、回路規模、速度が重要な場合には
問題となる。ＲＴＬ記述をそのままゲートレベルの論理
回路に変換すると冗長な回路が生成されるということ
は、ＲＴＬ記述自体に論理回路へ変換するときの自由度
があるということである。すなわち、ＲＴＬ記述を最適
化してから論理合成することが可能であるということで
ある。

【０００７】本発明は、このような問題点を解決するた
めに、ＲＴＬ記述をそのままゲートレベルの論理回路に
変換しないで、ＲＴＬ記述に陽には記述されていない
が、論理回路へ変換する際に利用可能なドントケア情報
を抽出し、そのドントケア情報を用いて論理回路を最適
化することにより、回路規模の縮小及び高速化を達成す
ることができる論理回路設計支援装置を提供することを
目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、図１に示すように、ＲＴＬ記述を読み込
み、解析し、データ転送先となる各回路要素ごとに、デ
ータ転送元の回路要素とデータ転送条件を求める手段
と、レジスタ更新条件及び参照条件を求める手段の少な
くとも１つを備えるＲＴＬ記述解析部１と、そのＲＴＬ
記述解析部１から求められた情報から、ＲＴＬ記述中に
陽に記述されていないドントケア情報を抽出するＲＴＬ
ドントケア情報抽出部３と、そのＲＴＬドントケア情報
抽出部３により求められたドントケア情報を用いて論理
回路を最適化する論理回路最適化部５とから構成されて
いる。

【０００９】

【作用】上記構成により、この発明の作用を説明する。

【００１０】データ転送に関するドントケア情報を利用
した最適化とレジスタ更新に関するドントケア情報を利
用した最適化とにわけて説明する。この２種類の最適化
は説明の都合上わけて説明するが、必ずしも別々に適用
されるわけではなく、１つの記述について両方を一緒に
適用することも可能である。

【００１１】まず、データ転送に関するドントケア情報
を用いた最適化について説明する。ＲＴＬ記述解析部１
により、ＲＴＬ記述を読み込み、解析し、データ転送の
転送先となる回路要素に対して、転送元の回路要素と転
送条件を求める。

【００１２】次に、ＲＴＬ記述解析部１により求められ
た、データ転送に関する情報をもとに、ＲＴＬドントケ
ア情報抽出部３により、ＲＴＬ記述中に陽に記述されて
いないドントケア情報を抽出する。このドントケア情報
としては、データ無転送時のドントケア情報とデータ転
送衝突時のドントケア情報の２種類があり、それぞれ以
下で述べるように抽出する。

【００１３】まず、データ無転送時のドントケア情報の
抽出方式を説明する。データ転送先の回路要素をｔと
し、ｔへのデータ転送条件をＣ１〜Ｃｎ（ｎは整数）と
する。ただし、Ｃ１〜Ｃｎに対応する転送元の回路要素
はすべて異なるものとする。このとき、すべてのデータ
転送条件の論理和の否定、すなわち、 ＾（Ｃ１｜Ｃ２｜…｜Ｃｎ） (1) （｜：論理和、＾：論理否定） を計算し、これを１にするための条件を回路要素ｔへの
データ転送に関するドントケア情報とする。つまり、こ
の条件が成立するときはデータ無転送時であり、ｔへの
データ転送は、どの回路要素から転送されてもいいし、
何も転送されなくてもいいというように任意となる。

【００１４】次に、データ転送衝突時のドントケア情報
の抽出方式について説明する。ｔへのデータ転送条件の
中の２個の全組み合わせについて、それぞれの論理積を
とり、そのすべての論理積の論理和を計算する。すなわ
ち、 Ｃ１＆Ｃ２｜…｜Ｃ１＆Ｃｎ｜Ｃ２＆Ｃ３｜ …｜Ｃ２＆Ｃｎ｜…｜Ｃｎ−１＆Ｃｎ (2) （＆：論理積） を計算し、これを１にするための条件を回路要素ｔへの
データ転送に関するドントケア情報とする。

【００１５】最後に、論理回路最適化部５により、ＲＴ
Ｌ記述で記述された論理回路を、ＲＴＬドントケア情報
抽出部３により求められたドントケア情報をもとにして
最適化し、最適化された論理回路をＲＴＬ記述またはゲ
ートレベル記述として出力する。

【００１６】次に、レジスタ更新に関するドントケア情
報を用いた最適化について説明する。

【００１７】レジスタは回路要素の１つで、ＲＴＬ記述
中でデータ転送が行なわれる場合にはそれ自身がもつデ
ータを入力端子に転送されたデータで更新し、データ転
送が行なわれない場合には自身がもつデータを保持す
る、という機能を持っている。まず、ＲＴＬ記述解析部
１により、ＲＴＬ記述を読み込み、解析し、各レジスタ
について、そのレジスタの更新条件及び参照条件を求め
る。更新条件とは、転送されてきたデータで自身のデー
タが更新されるときの条件であり、データ転送条件と一
致する。参照条件とは、自身が持つデータが転送される
ときの条件である。

【００１８】次に、ＲＴＬ記述解析部１により求められ
たレジスタの更新条件及び参照条件をもとに、ＲＴＬド
ントケア情報抽出部３により、ＲＴＬ記述に陽に記述さ
れていないドントケア情報を抽出する。

【００１９】そのために、まず、求められたレジスタの
更新条件及び参照条件をもとに、そのレジスタの更新／
参照に関する状態遷移図を作成する。図１２に状態遷移
図の例を示す。円で１つの状態を表わし、円の中の２つ
の数値で２つのレジスタの値を表している。

【００２０】また、状態間の矢印は状態間の遷移を表わ
している。例えば、１０状態のときには、回路要素ｃｏ
ｎｄが１であれば１１状態へ遷移し、ｃｏｎｄが０であ
れば０１状態に遷移することを表す。各状態では、その
状態で対象となるレジスタが更新されるかどうか
（Ｗ）、参照されるかどうか（Ｒ）の情報を持つ。その
状態でレジスタが更新される場合は更新状態Ｗ、レジス
タが参照される場合は参照状態Ｒと呼ぶことにする。

【００２１】さらに、すべての状態について以下の処理
を行なう。ある状態から到達可能なすべての参照状態Ｒ
について、その参照状態Ｒへ遷移するのに更新状態Ｗを
必ず経由する場合、その状態をそのレジスタの更新のド
ントケア条件とする。このような状態をレジスタの更新
のドントケア条件とすることが可能なのは、その状態で
保持されているレジスタの内容は参照されることが無い
ことが保証されるので、レジスタを更新するか否かは任
意であるためである。

【００２２】ここで述べたレジスタの更新のドントケア
条件となる状態を求める処理方式の具体例として図１４
に示すような方式がある。図１４の処理を行なった後、
集合Ｄに含まれている状態が、求めるドントケア条件と
なる。

【００２３】最後に、ＲＴＬドントケア情報抽出部３に
より、求められたドントケア情報を用いて、論理回路最
適化部５でＲＴＬ記述で記述された論理回路を最適化
し、最適化された論理回路をＲＴＬ記述またはゲートレ
ベル記述として出力する。

【００２４】

【実施例】以下、図面を参照しながらこの発明の実施例
を説明する。

【００２５】図１で示したように、この発明はＲＴＬ記
述解析部１、ＲＴＬドントケア情報抽出部３、論理回路
最適化部５からなる。

【００２６】ＲＴＬ記述解析部１は、設計対象となる論
理回路が記述されているＲＴＬ記述を読み込み、解析
し、データ転送の転送先となる回路要素ごとのデータ転
送に関する情報、レジスタごとのレジスタ更新に関する
情報の少なくとも１つを求める。データ転送に関する情
報とは、転送元と転送条件の対である。レジスタ更新に
関する情報とは、レジスタが更新される条件および参照
される条件である。

【００２７】ＲＴＬドントケア情報抽出部３は、ＲＴＬ
記述解析部１で求められたデータ転送に関する情報また
はレジスタ更新に関する情報をもとに、ＲＴＬ記述中で
陽に記述されていないドントケア情報を抽出する。

【００２８】論理回路最適化部５は、ゲートレベルの論
理回路とそれに付随するドントケア情報をもとに論理回
路の最適化を行なう。

【００２９】ここで、例として用いるＲＴＬ記述につい
て説明しておく。ここでの記述は、表面上はプログラミ
ング言語であるＣ言語に似せてあるが、Ｃ言語のように
記述順に上から順次実行されるわけではなく、基本的に
は、すべてのステートメントは同時並列に実行され、１
クロックサイクルに１回実行される。ただし、実行に関
しては、ｉｆ文を用いることにより、実行条件を制御す
ることができる。ｉｆ文は、Ｃ言語と同様に、 のような構成になっており、ｉｆ文内の条件が１になっ
たときにはｔｈｅｎ実行部のすべてのステートメントが
同時並列に実行され、０になったときはｅｌｓｅ実行部
が同時並列に実行される。

【００３０】データ転送は、 転送先 ＝ 転送元； または、 転送先 ：＝転送元； のように記述される。

【００３１】：＝はレジスタへの転送の場合に用い、転
送と同時に、レジスタが更新されることも意味してい
る。レジスタへ転送されたデータは、再びデータ転送さ
れるまでは保持されている。また、レジスタのデータは
転送されたサイクルの次のサイクル以降で参照可能とな
る。一方、＝は、レジスタ以外の回路要素への転送を表
わしており、転送された値は転送されたクロックサイク
ルでしか保持されておらず、そのときしか参照できな
い。

【００３２】まず、図２に示すＲＴＬ記述の例を用い
て、データ転送の際の最適化を具体的に説明する。

【００３３】この記述は、回路要素ａ，ｂ，ｃの値によ
って回路要素ｔへのデータ転送が次のように行なわれる
ことを意味する。

【００３４】（１）ａ＆ｂが１かつｃが１の場合、ｄ１
がｔへ転送される。

【００３５】（２）ａ＆ｂが１かつｃが０の場合、ｄ２
がｔへ転送される。

【００３６】（３）それ以外の場合は、ｔへのデータ転
送は行なわれない。

【００３７】まず、ＲＴＬ記述解析部１で回路要素ｔに
関するデータ転送情報を求めると、図３のようになる。

【００３８】この情報をこのままゲートレベルの論理回
路に変換すると、図４のような論理回路が得られる。す
なわち、転送先の回路要素ｔの前にセレクタが生成さ
れ、セレクタのセレクト入力信号は、２つの転送条件ａ
＆ｂ＆ｃ、ａ＆ｂ＆＾ｃとなる。

【００３９】ＲＴＬドントケア情報抽出部３において２
つのデータ転送条件の論理和の否定（データ無転送時の
条件）を計算すると、 ＾（ａ＆ｂ＆ｃ｜ａ＆ｂ＆＾ｃ）＝＾（ａ＆ｂ） となる。この結果が１、すなわち、ａ＆ｂを０とするた
めの条件が、回路要素ｔへのデータ転送に関するドント
ケア情報となる。

【００４０】このことから、計算されたドントケア情報
を用いて論理回路最適化部５で論理最適化を行なうと、
図５のような回路が得られる。図４の回路と比べて、セ
レクタのセレクト信号が簡単になり、セレクト動作が速
くなり、回路規模も減少していることがわかる。

【００４１】なお、データ転送衝突時のドントケア条件
は、 （ａ＆ｂ＆ｃ）＆（ａ＆ｂ＆＾ｃ）＝０ となるので、データ転送衝突時のドントケア情報はな
い。

【００４２】次に、図６に示すＲＴＬ記述の例を用い
て、もう１つのデータ転送の際の最適化を具体的に説明
する。

【００４３】この記述は、回路要素ａ，ｂの値によっ
て、回路要素ｔへのデータ転送は次のように行なわれる
ことを意味している。

【００４４】 （１）ａが１のとき、ｄａｔａ１がｔへ転送される。

【００４５】 （２）ｂが１のとき、ｄａｔａ２がｔへ転送される。

【００４６】 （３）それ以外は、ｔへのデータ転送は行われない。

【００４７】ＲＴＬ記述解析部１においてｔへのデータ
転送に関する転送元の回路要素と転送条件を求めると、
図７に示すような情報が得られる。この情報をもとにゲ
ートレベルの論理回路に変換すると、図８のような回路
となる。

【００４８】図７のｔへのデータ転送に関する情報をも
とに、ＲＴＬドントケア情報抽出部３でデータ転送衝突
時のドントケア条件を求める。すなわち、 ａ＆ｂ となり、これを１とするための条件（ａ＝ｂ＝１）が回
路要素ｔへのデータ転送衝突時のドントケア条件とな
る。但し、見かけ上衝突が起こっていても、実際に正し
くエラー検証が行われていれば、ドントケア条件として
もよいものとする。さらに、データ無転送時のドントケ
ア条件を求める。すなわち、 ＾（ａ｜ｂ） となり、これを１とするための条件（ａ＝ｂ＝０）が回
路要素ｔへのデータ無転送時のドントケア条件となる。
これらのドントケア条件を考慮すれば、ａ，ｂが（１，
１）、（０，０）のときは、ｔへのデータ転送は任意と
いうことになる。求められたドントケア情報を利用し
て、論理回路最適化部５でゲートレベルの論理回路に変
換すると、図９のようになる。この図から分かるよう
に、ａの値のみをセレクト信号とすれば良いことにな
る。

【００４９】図８にくらべると、回路要素ｂの値がセレ
クト動作と無関係になっていることがわかる。したがっ
て、回路要素ｂまでの信号伝搬が遅い場合、図８では存
在する遅いパス自体が無くなることになり、速度向上が
達成される。また、回路要素ｂが不要となれば、回路規
模も小さくなる。以上のことから、回路規模、スピード
のいずれの点からも図９の方が優れていることがわか
る。

【００５０】次に、図１０に示すＲＴＬ記述の例を用い
てレジスタ更新の際の最適化を説明する。

【００５１】この記述は、パイプライン動作を表してい
る。ｓｔａｇｅ１，ｓｔａｇｅ２は、パイプライン動作
を制御するレジスタで、回路要素ｃｏｎｄの値によって
変化する。ｓｔａｇｅ１が１のときには、パイプライン
の第１ステージの動作、すなわち、ｒｅｇ０のデータを
ｒｅｇ１に転送する（ｒｅｇ０が参照される）という動
作が行なわれる。ｓｔａｇｅ２が１のときには、パイプ
ラインの第２ステージの動作、すなわち、ｒｅｇ１のデ
ータをｒｅｇ２に転送する（ｒｅｇ１が参照される。）
という動作が行なわれる。

【００５２】このＲＴＬ記述をそのままゲートレベルの
論理回路に変換すると、図１１のような回路となる。各
レジスタは、データ入力端子としてＩＮ、データ出力端
子としてＯＵＴ、イネーブル端子としてＥＮをもってい
る。イネーブル端子ＥＮが１のときには、そのレジスタ
の内容は、データ入力端子ＩＮに入力されたデータに更
新され、ＥＮが０の時には、そのレジスタの内容は更新
されずに保持される。他にクロック入力端子をもってい
るがここでは省略している。

【００５３】このＲＴＬ記述中のドントケア情報を抽出
するために、まず、ＲＴＬ記述解析部１でレジスタｒｅ
ｇ１の更新／参照に関する状態遷移図を作成すると図１
２のようになる。同図において、円の中の左側の数値が
ｓｔａｇｅ１の状態、右側の数値がｓｔａｇｅ２の状態
である。

【００５４】次に、ＲＴＬドントケア情報抽出部３によ
ってこの状態遷移図上で、レジスタを更新するか否かが
任意である状態（更新ドントケア状態）を見つける。そ
のために図１４のフローチャートにしたがって処理する
と次のようになる。

【００５５】まず、ステップＳ１〜Ｓ３で、 Ｄ＝｛００，０１，１１，１０｝ Ｒ＝｛０１，１１｝ Ｓ＝｛１０，１１｝ となる。次にステップＳ４で、 Ｄ＝Ｄ−Ｓ＝｛００，０１｝ となる。ステップＳ５で、Ｓに含まれる状態はすべて更
新状態Ｗなので、 Ｓ＝｛｝ となる。Ｓが空集合となったので、ステップＳ６の終了
判定で終了と判定される。この結果、集合Ｄに含まれる
００，０１状態がレジスタ更新するか否かが任意である
状態（更新ドントケア状態）となる。このドントケア情
報を用いて論理回路最適化部５において最適化を行なう
と図１３の回路が得られる。これは、１０，１１状態が
更新状態で、００，０１状態が更新ドントケア状態とな
ったために、すべての状態でｒｅｇ１を更新することが
できるためである。但し、図１３においては、ｒｅｇ２
についてもｒｅｇ１と同様の結果が得られたものとして
いる。

【００５６】

【発明の効果】以上のように、本発明では、従来有効に
利用されていなかったレジスタトランスファレベル記述
に陽に記述されていないドントケア情報を用いて最適化
するようにした。これにより、回路規模の縮小及び高速
化を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示す図。

【図２】ＲＴＬ記述の一例。

【図３】図２の記述から求められたデータ転送に関する
情報。

【図４】図２の記述をそのまま変換して得られた論理回
路。

【図５】図２の記述を本発明で最適化して得られた論理
回路。

【図６】ＲＴＬ記述の一例。

【図７】図６の記述から求められたデータ転送に関する
情報。

【図８】図６の記述をそのまま変換して得られた論理回
路。

【図９】図６の記述を本発明で最適化して得られた論理
回路。

【図１０】ＲＴＬ記述の一例。

【図１１】図１０の記述をそのまま変換して得られた論
理回路。

【図１２】図１０で示した回路要素ｒｅｇ１の更新／参
照に関する状態遷移図。

【図１３】図１０の記述を本発明で最適化して得られた
論理回路。

【図１４】レジスタ更新に関するドントケア情報を求め
るためのフローチャート。

【符号の説明】

１ ＲＴＬ記述解析部 ３ ＲＴＬドントケア情報抽出部 ５ 論理回路最適化部

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レジスタトランスファレベルのハードウ
   ェア記述を読み込み、解析し、データ転送先となる各回
   路要素ごとに、データ転送元の回路要素とデータ転送条
   件を求める手段と、各レジスタごとにレジスタの更新条
   件及び参照条件を求める手段の、少なくとも１つを備え
   るレジスタトランスファレベル記述解析手段と、 そのレジスタトランスファレベル記述解析手段から求め
   られた情報から、レジスタトランスファレベル記述中に
   陽に記述されていないドントケア情報を抽出するレジス
   タトランスファレベルドントケア情報抽出手段と、 そのレジスタトランスファレベルドントケア情報抽出手
   段により求められたドントケア情報を用いて論理回路を
   最適化する、論理回路最適化手段とを備えることを特徴
   とする論理回路設計支援装置。
2. 【請求項２】 前記レジスタトランスファレベルドント
   ケア情報抽出手段は、 前記レジスタトランスファレベル記述解析手段によって
   求められたデータ転送条件の論理和の否定が１になる場
   合をその回路要素のドントケア条件とする手段と、 レジスタトランスファレベル記述解析手段によって求め
   られたすべてのデータ転送条件の対について論理積を計
   算し、その論理積のすべての論理和が１になる場合をそ
   の回路要素への転送のドントケア条件とする手段と、 レジスタトランスファレベル記述解析手段によって求め
   られたレジスタごとの更新条件及び参照条件をもとに、 ある状態から到達可能なすべての参照状態について、そ
   の参照状態へ遷移するのに更新状態を必ず経由する場
   合、その状態をそのレジスタの更新のドントケア条件と
   する手段の、 少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項１に記
   載された論理回路設計支援装置。