JP2000293557A - 消費電力のシミュレーション方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プロセッサコアやメガセルコアを再利用し、
集積して大規模な半導体集積回路を設計する時に、その
半導体集積回路の消費電力を高速に見積もるシミュレー
ション方法を提供する。 【解決手段】 予め、ＣＰＵコア部の各命令に対しては
命令毎の消費電力情報を、キャッシュ部に対してはキャ
ッシュ動作毎の消費電力情報を、バス部に対しては、ア
ドレス領域毎の消費電力情報を備え、シミュレーション
実行中又は終了後に、前記の消費電力情報よりシミュレ
ーション対象の回路全体で消費される電力を計算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、計算機を用いた半
導体集積回路の消費電力のシミュレーション方法に関
し、特に、プロセッサコアやメガセルコアと呼ばれる既
に設計されたコアライブラリを再利用し、集積して大規
模な半導体集積回路を設計する時に、その半導体集積回
路の回路動作を模擬すると共に、その消費電力を高速に
見積もるシミュレーション方法を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、計算機を用いた半導体集積回路の
消費電力のシミュレーション方法としては、回路レベル
やゲートレベルのものが用いられてきた。

【０００３】回路レベルの消費電力のシミュレーション
では、対象の半導体集積回路のトランジスタレベルのネ
ットリストを、ＳＰＩＣＥ等の回路レベルのシミュレー
ション方法により解析し、その結果の電圧値と電流値と
より電力を算出するものである。

【０００４】また、ゲートレベルの消費電力のシミュレ
ーション方法としては、特許公報第２５１８５５３号、
特開平２−１７１８６１号、特開平３−１２７１８０
号、等に開示されている。これらで開示されている方法
は、シミュレーション対象回路中に含まれる回路の構成
要素に対して、予め、前記の回路レベルの消費電力シミ
ュレーション方法により、回路中のゲートの入力／出力
や、ネット等のノードの信号変化あたりの消費電力を求
めておく。そして、対象の半導体集積回路のゲートレベ
ルの論理シミュレーションを行ない、回路中のゲートの
入力／出力や、ネット等のノードの信号変化を求め、そ
の信号変化と前記の予め求めた信号変化あたりの消費電
力とから、回路全体の消費電力を算出するものである。

【０００５】これら従来の消費電力のシミュレーション
方法は、半導体集積回路の設計工程において、ゲートレ
ベル、又はトランジスタレベルの設計を行なう時点で利
用できるものである。

【０００６】また、キャッシュメモリ、特に、命令キャ
ッシュを備えたプロセッサの消費電力を求める方法とし
ては、特開平９−２１８７３１号、特開平１０−４０１
４４号、及び特開平１０−２５４９４４号等に開示され
ている。特開平９−２１８７３１号により開示されてい
る方法は、命令キャッシュがミスする場合とヒットした
場合の消費電力を各々求め、キャッシュのページサイ
ズ、命令分岐等を考慮しＣＰＵ動作の統計的な情報から
消費電力の見積もりを行う。特開平１０−４０１４４号
に開示されている方法は、実際のマイクロプロセッサに
おいてキャッシュがミスする場合とヒットする場合に関
して複数命令を実行し、その時の消費電力を測定するこ
とによりキャッシュを考慮した命令毎の消費電力を求め
る。特開平１０−２５４９４４号に開示されている方法
は、プロセッサのストールを考慮して命令レベルでの消
費電力を求めている。

【０００７】これらの従来のプロセッサの消費電力のシ
ミュレーション方法及び装置は、命令メモリに着目し、
命令レベルでのプロセッサの消費電力を統計的に求める
ものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
半導体集積回路の設計においては、対象回路を全て新規
設計するのではなく、プロセッサコアやメガセルコアと
呼ばれる過去に一度以上設計した設計データを再利用可
能なコアライブラリ化し、それらを再利用、集積して大
規模な半導体集積回路を設計するコアベース設計又はＩ
Ｐ（IntellectualProperty）ベース設計と呼ばれる設計
が行なわれる様になってきた。このコアベース設計で
は、複数のコアライブラリを組み合わせて所望の速度、
面積、消費電力の仕様を持つ半導体集積回路を実現でき
るかを設計早期に見積もる必要があるが、前記従来のゲ
ートレベルや回路レベルの消費電力のシミュレーション
方法では、設計がゲートレベルや回路レベルまで進んで
からでないと消費電力を見積もれないという問題点を有
している。

【０００９】また、近年の半導体集積回路設計では、単
にハードウエアとしてコアライブラリを組み合わせるの
ではなく、必要な機能をプロセッサコア上のソフトウエ
アで実現した場合と、メガセルコアを利用したハードウ
エアで実現した場合とのトレードオフを行ないながら所
望の半導体集積回路を設計するハードウエア／ソフトウ
エア協調設計が必要になってきた。このハードウエア／
ソフトウエア協調設計においては、速度や面積はもちろ
ん、１チップ化においては消費電力を見積もることが重
要であるが、数多くのプロセッサコア、メガセルコア等
のコアライブラリの中から必要なコアライブラリを選択
し、ソフトウエアを含め、大規模な半導体集積回路に対
して、ゲートレベルや回路レベルで消費電力の見積りを
行なうには膨大な計算時間が必要であるという問題点を
有している。さらに、半導体回路の高速化、システムＬ
ＳＩ化により、キャッシュメモリを備えたプロセッサコ
アの利用や、チップ上のバスを用いて多数のコアを統合
することが可能となり、様々なアーキテクチャ面のトレ
ードオフを行い、最適なシステム構成の探索を行う必要
がある。この場合も、プロセッサで実行されるソフトウ
エアの様々な動作に対して動的に消費電力を求め、同一
の機能をハードウエアで実行した場合の動作速度及び消
費電力を比較し、ある部分のソフトウエアはハードウエ
ア化する等の検討を行う。この場合、統計的な情報のみ
で電力を求めるのではなく、実際に使用するソフトウエ
アのモジュール毎に動的に消費電力を評価して、トレー
ドオフを行う必要がある。

【００１０】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、プロセッサコアやメガセルコアと
呼ばれる既に設計されたコアライブラリを再利用し、集
積して大規模な半導体集積回路を設計する時に、その半
導体集積回路の回路動作を模擬すると共に、その消費電
力を高速に見積もるシミュレーション方法を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、予め、プロセッサの命令レベルの各命令
に対しては命令毎の消費電力情報を、キャッシュメモリ
に対してはキャッシュ動作毎の消費電力情報を、バスに
対してはバスのアドレス空間に対して個々のアドレス領
域毎の消費電力情報を備え、シミュレーション実行中又
はシミュレーション実行後に、前記の消費電力情報より
シミュレーション対象の回路全体で消費される電力を計
算するものである。

【００１２】具体的に請求項１の発明のシミュレーショ
ン方法は、キャッシュメモリを備えたプロセッサの命令
動作を計算機中でシミュレートする方法を対象とし、シ
ミュレーション実行前に予め、前記のプロセッサの命令
セットに対して、各々の命令が実行される時に消費され
る電力を求め、命令毎の消費電力情報として記憶すると
共に、前記のキャッシュメモリの複数の動作に対して、
各々の動作に消費される電力を求め、キャッシュ動作毎
の消費電力情報として記憶しておき、与えられたプログ
ラムコードに対するシミュレーション実行時に、各々の
命令に対して、命令動作及びキャッシュ動作をシミュレ
ートすると同時に、前記の命令毎の消費電力情報より実
行中の命令に対応するＣＰＵコア部の消費電力を求め、
前記のキャッシュ動作毎の消費電力情報より、バスアク
セスにより発生するキャッシュ動作に対応したキャッシ
ュ部の消費電力を求め、前記のＣＰＵコア部の消費電力
と、前記のキャッシュ部の消費電力とから、前記のプロ
セッサが前記のプログラムコード実行時の消費電力を求
めることを特徴とする。

【００１３】請求項１記載の発明では、シミュレーショ
ン実行前に、プロセッサの命令セットの個々の命令及び
キャッシュメモリの複数の動作に対して、回路レベル又
はゲートレベルのシミュレーション、又は実際に試作し
た実チップの評価結果より、各命令が実行される時に消
費される電力を求め命令毎の消費電力情報に、各キャッ
シュ動作が実行される時に消費される電力を求めキャッ
シュ動作毎の消費電力情報に格納しておく。この処理
は、命令セット中の命令個数分及びキャッシュ動作種類
の個数分の処理を行なえば良いので、回路レベルやゲー
トレベルのシミュレーションを用いても現実的な時間内
に計算することが可能である。そして、シミュレーショ
ン実行中に与えられたプログラムコードに対する命令動
作をシミュレートすると共に、実行された命令に対応す
る消費出力の値を命令毎の消費電力情報から検索する。
キャッシュに関しては、実行される命令のフェッチ及
び、一部の命令に関してはデータの書き込み又は読み出
しのバスアクセスのキャッシュ動作をシミュレートする
と共に、実行されたキャッシュ動作に対応する消費電力
の値をキャッシュ動作毎の消費電力情報から検索する。
これらの消費電力の値を一定時間毎に集計していくこと
により、与えられたプログラムコードで動作する時にプ
ロセッサのＣＰＵコア部とキャッシュ部が消費する電力
の時間遷移を求める。ここで、プログラムコードに従っ
て実行されるサイクル数は通常数千、数百万サイクル以
上の膨大なサイクル数になるが、命令毎の消費電力情報
は計算機中では表形式や関数形式等で保持することによ
り簡単に検索、計算することが可能であり、また一定時
間毎の消費電力を計算する場合も簡単な積算及び平均計
算等により、高速に行なうことが可能である。

【００１４】請求項２記載の発明は、前記請求項１に記
載のシミュレーション方法において、前記のキャッシュ
動作毎の消費電力情報が、少なくとも、キャッシュがヒ
ットした場合の動作とミスした場合の動作とを区別した
消費電力情報であり、与えられたプログラムコードに対
するシミュレーション実行時に、各々の命令に対して、
発生したバスアクセスに対してキャッシュがヒットした
場合には前記のキャッシュ動作毎の消費電力情報中のヒ
ットした場合の動作に対する消費電力情報によりキャッ
シュ部の消費電力を求め、キャッシュがミスした場合に
はミスした場合の動作の消費電力情報によりキャッシュ
部の消費電力を求めることを特徴とする。

【００１５】請求項３記載の発明は、請求項１に記載の
シミュレーション方法において、前記のキャッシュ動作
毎の消費電力情報が、少なくとも、キャッシュの動作が
書き込み処理である場合と読み出し処理である場合とを
区別した消費電力情報であり、かつ、書き込み処理と読
み出し処理の各々に対して、キャッシュがヒットした場
合の動作とミスした場合の動作とを区別した消費電力情
報であり、与えられたプログラムコードに対するシミュ
レーション実行時に、各々の命令に対して、発生したバ
スアクセスが読み出し処理であるか書き込み処理である
かと、キャッシュがヒットしたかミスしたかとを判断
し、前記のキャッシュ動作毎の消費電力情報の該当する
消費電力情報よりキャッシュ部の消費電力を求めること
を特徴とする。

【００１６】請求項４記載の発明は、請求項１に記載の
シミュレーション方法において、前記のキャッシュ動作
毎の消費電力情報として、命令キャッシュ用とデータキ
ャッシュ用とを備え、命令キャッシュ用のキャッシュ動
作毎の消費電力情報は、少なくとも、キャッシュがヒッ
トした場合の動作とミスした場合の動作とを区別した消
費電力情報であり、データキャッシュ用のキャッシュ動
作毎の消費電力情報は、少なくとも、キャッシュの動作
が書き込み処理である場合と読み出し処理である場合と
を区別した消費電力情報であり、かつ、書き込み処理と
読み出し処理の各々に対して、キャッシュがヒットした
場合の動作とミスした場合の動作とを区別した消費電力
情報であり、与えられたプログラムコードに対するシミ
ュレーション実行時に、各々の命令に対して、発生した
バスアクセスが、命令キャッシュに対する場合には、前
記の命令キャッシュ用のキャッシュ動作毎の消費電力情
報より、キャッシュがヒットしたかを判断し命令キャッ
シュ部の消費電力を求め、発生したバスアクセスが、デ
ータキャッシュに対する場合には、発生したバスアクセ
スが読み出し処理であるか書き込み処理であるかと、キ
ャッシュがヒットしたかミスしたかとを判断し、前記の
データキャッシュ用のキャッシュ動作毎の消費電力情報
の該当する消費電力情報よりデータキャッシュ部の消費
電力を求め、前記の命令キャッシュ部の消費電力と前記
のデータキャッシュ部の消費電力とからキャッシュ部全
体の消費電力を求めることを特徴とする。

【００１７】請求項５記載の発明は、１個以上のバスマ
スター及びバススレーブがバスで接続された回路のアー
キテクチャレベルの動作を計算機中でシミュレートする
方法において、シミュレーション実行前に予め、前記の
バスマスターが動作する時に消費する電力をバスマスタ
ー毎の消費電力情報に、前記のバススレーブが動作する
時に消費する電力をバススレーブ毎の消費電力情報に、
前記のバスのアドレス空間に対して、個々のアドレス領
域毎に、そのアドレス領域へのバスアクセス時にバス部
で消費される電力をアドレス領域毎の消費電力情報とし
て記憶しておき、前記の回路に対するシミュレーション
実行時に、各バスアクセスに対して、バスの動作をシミ
ュレートすると同時に、前記のバスマスター毎の消費電
力情報より、バスマスターの消費電力を求め、前記のバ
ススレーブ毎の消費電力情報より、バススレーブの消費
電力を求め、前記のアドレス領域毎の消費電力情報よ
り、発生したバスアクセスのアドレス値に対応するバス
部の消費電力を求め、前記のバスマスターの消費電力
と、前記のバススレーブの消費電力と、及び前記のバス
部の消費電力とから、前記の回路の動作時の消費電力を
求めることを特徴とする。

【００１８】請求項５記載の発明では、シミュレーショ
ン実行前に、回路中の個々のバスマスター、バススレー
ブ、及びバス部に対して、回路レベル又はゲートレベル
のシミュレーション、又は実際に試作した実チップの評
価結果より、バスサイクルあたりに消費される電力を求
め、各々、バスマスター毎の消費電力情報、バススレー
ブ毎の消費電力情報、及びアドレス領域毎の消費電力情
報に格納しておく。バスマスターとは、プロセッサ、Ｄ
ＳＰ、及びＤＭＡコントローラ等であり、バスを獲得し
てバスに接続されたバススレーブやバスを獲得していな
いバスマスターに対して、バスを介して読み書きの処理
を行う。このバスマスターがバスを獲得して、バスサイ
クルを実行する時に内部で消費する電力を前記のバスマ
スター毎の消費電力情報に格納する。バススレーブは、
メモリ、タイマー、シリアルＩ／Ｆ、及び専用ハードウ
エア等である。また、バスマスターでバス非獲得時に外
部から内部レジスタ等をアクセスできる様に設計されて
いるものも含まれる。このバススレーブが前記のバスマ
スターからバスを介して選択されアクセスされる時に内
部で消費する電力を前記のバススレーブ毎の消費電力情
報に格納する。バス部は、バスアービタ、バスデコー
ダ、バスアダプタ、及びバス信号線等である。このバス
部は、アドレス空間等のバスサイクル実行時の条件によ
り消費される電力が異なるため、個々のアドレス領域毎
にバスサイクル時の消費電力を求め、前記のアドレス領
域毎の消費電力情報に格納する。この処理は、バスマス
ター、バススレーブ、及びバス部の複数のアドレス領域
の個数分、また、その中で場合により複数の動作状態が
ありその動作状態により消費される電力が異なる場合で
も、さらにその動作状態の個数分の処理を行うが、これ
らの個数は高々数十から数百までの有限個数であり、関
数化を行えば個数を減らすことができ、回路レベルやゲ
ートレベルのシミュレーションを用いても現実的な時間
内に計算することが可能である。そして、シミュレーシ
ョン実行中は、前記のバスマスター毎の消費電力情報、
バススレーブ毎の消費電力情報、及びアドレス領域毎の
消費電力情報から、各バスサイクルの動作状態に応じた
消費電力を検索し、検索した消費電力より回路全体の消
費電力を求める。ここで、シミュレーションで実行され
るバスサイクル数は通常数千、数百万サイクル以上の膨
大なサイクル数になるが、前記の各消費電力情報は計算
機中では表形式や関数形式等で保持することにより簡単
に検索、計算することが可能であり、また一定時間毎の
消費電力を計算する場合も簡単な積算及び平均計算等に
より、高速に行なうことが可能である。

【００１９】請求項６記載の発明は、請求項５に記載の
シミュレーション方法において、前記のアドレス領域毎
の消費電力情報が、少なくとも、バスアクセスのビット
幅を区別した消費電力情報であり、前記の回路に対する
シミュレーション実行時に、各バスアクセスに対して、
バスアクセスが発生する場合には、前記のアドレス領域
毎の消費電力情報より、発生したバスアクセスのアドレ
ス値とそのビット幅に対応したバス部の消費電力を求め
ることを特徴とする。

【００２０】請求項７記載の発明は、請求項５に記載の
シミュレーション方法において、前記のアドレス領域毎
の消費電力情報が、少なくとも、バスアクセスが読み出
し処理である場合と書き込み処理である場合とを区別し
た消費電力情報であり、前記の回路に対するシミュレー
ション実行時に、各バスアクセスに対して、バスアクセ
スが発生する場合には、前記のアドレス領域毎の消費電
力情報より、発生したバスアクセスのアドレス値と読み
出し処理又は書き込み処理に対応したバス部の消費電力
を求めることを特徴とする。

【００２１】請求項８記載の発明は、請求項５に記載の
シミュレーション方法において、前記のアドレス領域毎
の消費電力情報が、少なくとも、バスの転送モード及び
転送ワード数に基づいた消費電力情報であり、前記の回
路に対するシミュレーション実行時に、各バスアクセス
に対して、バスアクセスが発生する場合には、前記のア
ドレス領域毎の消費電力情報より、発生したバスアクセ
スのアドレス値、転送モード、及び転送ワード数に対応
したバス部の消費電力を求めることを特徴とする。

【００２２】請求項９記載の発明は、ＣＰＵコアとキャ
ッシュメモリとから成るプロセッサと、バススレーブと
が、バスで接続された回路のアーキテクチャレベルの動
作を計算機中でシミュレートする方法を対象とし、与え
られたプログラムコードに対して、ＣＰＵコア部の消費
電力を、請求項１に記載の方法により求め、キャッシュ
部の消費電力を、請求項２、請求項３、又は請求項４に
記載の方法のいずれかの方法により求め、バス部の消費
電力及びバススレーブ部の消費電力を、請求項５、請求
項６、請求項７、及び請求項８に記載の方法の少なくと
も１個以上の方法により求め、前記のＣＰＵコア部の消
費電力と、前記のキャッシュ部の消費電力と、前記のバ
ススレーブ部の電力と、及び前記のバス部の消費電力と
から、前記の回路アーキテクチャに対して前記のプログ
ラムコード実行時の消費電力を求めることを特徴とす
る。

【００２３】請求項１０記載の発明は、請求項１、請求
項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求
項７、請求項８、又は請求項９に記載のシミュレーショ
ン方法において、シミュレーション実行中には、消費電
力計算に必要な情報を記憶装置に保存しておき、シミュ
レーション実行後に、前記の記憶装置に保存しておいた
消費電力計算に必要な情報を元に、当該シミュレーショ
ンで求めた回路動作時の回路の消費電力を求めることを
特徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図を用いて説明する。

【００２５】（第１の実施の形態）第１の実施の形態で
は、請求項１及び請求項２に係る発明について図を用い
て説明する。

【００２６】図１は本実施の形態に係る消費電力のシミ
ュレーション方法のシミュレーション実行時の処理の流
れを示すフローチャートである。図１において、１０１
は命令動作をシミュレートするプロセッサモデルのＣＰ
Ｕコア部やキャッシュメモリ部の内部変数等を初期値に
設定する初期化処理である。１０２はシミュレートする
プロセッサモデルに与えるプログラムコードを読み込
み、シミュレーションを開始する命令の位置とシミュレ
ーションを終了する命令の位置を設定するプログラム読
み込み処理である。１０３は与えられたプログラムコー
ドより、プロセッサモデルが現在の実行サイクルにおい
て実行する命令を読み込む命令読み込み処理である。命
令はＣＰＵ部からはキャッシュメモリを介して読み込ま
れるので、キャッシュ部の動作のシミュレーションもこ
こで行う。１０４は命令読み込み処理１０３でシミュレ
ートされたキャッシュ部の動作に従ってキャッシュ動作
毎の消費電力情報からキャッシュ部で消費される電力を
求めるキャッシュ部消費電力計算処理である。１０５は
命令読み込み処理１０３で読み込まれた命令のプロセッ
サ動作をシミュレートする命令実行処理である。１０６
は命令毎の消費電力情報より命令実行処理１０５でシミ
ュレートされた命令に対応する消費電力を求めるＣＰＵ
部消費電力計算処理である。１０７はキャッシュ部消費
電力計算処理１０４及びＣＰＵ部消費電力計算処理１０
６で求められた消費電力よりプロセッサモデルで現在の
実行サイクルで消費される消費電力を求める消費電力計
算処理である。１０８はプログラム読み込み処理１０２
により設定されている終了命令位置によりシミュレート
すべきプログラムコードが終了しているかを判断するプ
ログラムコード終了判断処理である。１０９はプログラ
ムコード終了処理１０８でプログラムコードのシミュレ
ーションが終了していないと判断された時に、シミュレ
ーションを行う実行サイクルを１だけ進める実行サイク
ル更新処理であり、実行サイクルの更新後に命令読み込
み処理１０３に戻り次の実行サイクルの処理を継続す
る。１１０はプログラムコード終了判断処理１０８によ
りシミュレートすべきプログラムコードが終了している
時に消費電力計算処理１０７で計算した消費電力の情報
を出力する消費電力出力処理である。

【００２７】図２はシミュレートされるプロセッサの命
令セットの一例である。２０１は命令セットの一覧を示
した命令テーブルである。命令ＬＤはアドレスにより指
定されるメモリ領域のデータからレジスタにデータを転
送するデータロード命令である。命令ＳＴはレジスタか
らアドレスにより指定されるメモリ領域にデータを転送
するデータストア命令である。命令ＭＯＶはソースで指
定されるレジスタからデスティネーションで指定される
レジスタに代入するデータ転送命令である。命令ＡＤＤ
はソースで指定されるレジスタの値とデスティネーショ
ンで指定されるレジスタの値とを加算し、結果をデステ
ィネーションで指定されるレジスタに代入する加算命令
である。命令ＳＵＢはデスティネーションで指定される
レジスタの値からソースで指定されるレジスタの値を減
算し、結果をデスティネーションで指定されるレジスタ
に代入する減算命令である。命令ＭＵＬはソースで指定
されるレジスタの値とデスティネーションで指定される
レジスタの値の乗算を行い、結果をデスティネーション
で指定されるレジスタに代入する乗算命令である。命令
ＣＭＰはソースで指定されるレジスタの値又は定数値と
デスティネーションで指定されるレジスタの値とを比較
し、等しければ比較結果フラグをリセットし、等しくな
ければ比較結果フラグをセットする比較命令である。命
令ＢＮＥは、比較結果フラグがセットされていればラベ
ルで指定される命令位置に処理をジャンプさせる条件分
岐命令である。命令ＪＭＰはラベルで指定される命令位
置に処理をジャンプさせる無条件分岐命令である。

【００２８】図３はシミュレーション対象となるプロセ
ッサの命令毎の消費電力情報を示す。３０１は命令毎の
消費電力テーブルであり、命令テーブル２０１で定義さ
れている命令毎に、その命令が一度実行される時の消費
電力値が格納されている。

【００２９】図４はシミュレーションの対象となるプロ
セッサで実行するプログラムの一例である。４０１はプ
ログラム全体であり、４１１から４２０の各一行が一命
令を表わしており、各行は左の列より、ラベル、命令、
デスティネーション（分岐命令ではラベル）、ソースを
示す。ＬＤ命令４１１のソースの［８０］は、アドレス
空間上のアドレス８０を示す。他のＬＤ命令、ＳＴ命令
でも同様である。

【００３０】図５は、キャッシュ動作毎の消費電力情報
の一例である。５０１は、キャッシュ動作毎の消費電力
テーブルであり、５０２にキャッシュ動作としてヒット
とミスが定義され、予めキャッシュ動作がヒットした場
合とミスした場合について、回路シミュレータ等で求
め、このキャッシュ動作毎の消費電力テーブル５０１に
格納しておく。ここでは、ヒット時に２０［μＷ／ＭＨ
ｚ］、ミス時に１００［μＷ／ＭＨｚ］の値が格納され
ている。

【００３１】図１５は、本実施の形態に係るシミュレー
ション処理を実行する計算機のハードウエアの構成図の
一例である。１５０１は処理されたあらゆる情報を見る
ためのディスプレイ装置、１５０２は設計者があらゆる
情報や処理命令を入力するためのキーボード、１５０３
はあらゆる処理を行う中央演算処理装置、１５０４は各
種情報を格納する記憶装置である。

【００３２】以下、本実施の形態に係る消費電力のシミ
ュレーション方法を図１のフォローに基づき、プログラ
ム４０１を実行した場合を一例に用いて具体的に説明す
る。

【００３３】初期化処理１０１ではプログラムの実行を
行うための初期化を行う。ここでは、プロセッサモデル
のＣＰＵ部やキャッシュメモリ部の各種レジスタ等が設
定される。メモリの内容は、［８０］は２、［Ａ０］は
５が設定されているとする。プログラム読み込み処理１
０２では、プログラムコード４０１が記憶手段に読み込
まれ、４１１からプログラムの実行を開始する様にプロ
グラムカウンタレジスタが設定される。また、４２０に
達した場合にプログラムの実行を終了する様に設定され
る。命令読み込み処理１０３では、プログラムカウンタ
レジスタが指す命令をフェッチする。この場合、キャッ
シュを介してＬＤ命令４１１がフェッチされるが、キャ
ッシュにはこのアドレスへのアクセスは初回なのでキャ
ッシュはミスとなる。そして、キャッシュ部消費電力計
算処理１０４により、キャッシュ動作毎の消費電力テー
ブル５０１より、ミスした場合の１００［μＷ／ＭＨ
ｚ］が求められる。ここで、消費電力の計算はキャッシ
ュ毎の消費電力テーブル１０４から該当するキャッシュ
動作の消費電力値を引くだけの簡単な処理であり、容易
に高速に計算される。次に命令実行処理１０５によりＬ
Ｄ命令４１１の動作がシミュレートされ、メモリアドレ
ス［８０］の値２がレジスタｒｅｇ０に読み込まれる。
次に、ＣＰＵ部消費電力計算処理１０６により命令毎の
消費電力テーブル３０１よりＬＤ命令に相当する５０
［μＷ／ＭＨｚ］が求められる。そして、消費電力計算
処理１０７により、キャッシュ部消費電力計算処理１０
４で求められた１００［μＷ／ＭＨｚ］とＣＰＵ部消費
電力計算処理１０６で求められた５０［μＷ／ＭＨｚ］
が加算され、１５０［μＷ／ＭＨｚ］がサイクル１での
消費電力として求められる。次に、プログラムコード終
了判定処理１０８によりシミュレーション終了条件のコ
ードに達しているかが判断され、この場合達していない
ので、実行サイクル更新処理１０９でサイクル数が２に
設定され、プログラムカウンタレジスタも１進められ、
次の命令コード４１２が命令読み込み処理１０３でフェ
ッチされる。以下、命令読み込み処理から実行サイクル
更新処理１０９までが終了条件のコードに達するまで繰
り返される。図６にその結果を示す。

【００３４】図６において、６０１はサイクル数、６０
２は実行された命令、６０３はＣＰＵ部で消費された電
力である。６０４は命令読み込み７０３での命令フェッ
チでのキャッシュ部の動作であり、「ミス」はミス、
「ヒット」はヒットを表わす。６０５は６０４のキャッ
シュ動作に応じてキャッシュ動作毎の消費電力情報から
求めた消費電力、６０６は実行した命令でバスアクセス
が発生した場合のキャッシュ部の動作であり、「Ｒミ
ス」は読み出しでミス、「Ｒヒット」は読み出しでヒッ
ト、「Ｗミス」は書き込みでミス、「Ｗヒット」は書き
込みでヒット、及び空欄はバスアクセス非発生を表わ
す。６０６は、６０３及び６０５の消費電力を加算した
プロセッサ全体での消費電力である。

【００３５】シミュレーション終了条件のコードに達す
ると、消費電力出力処理１１０により、消費電力のシミ
ュレーション結果をディスプレイ装置１５０１に出力さ
れるか、記憶手段１５０４に出力される。

【００３６】以上の様に、本発明に係る実施の形態によ
れば、請求項１又は請求項２に係る発明である消費電力
のシミュレーション方法によって、シミュレーション実
行前に、予め求められている各々の命令及びキャッシュ
部の動作状態に対して、命令毎の消費電力情報及びキャ
ッシュ動作毎の消費電力情報に格納しておき、検索集計
するのみで高速に与えられたプログラムコード実行時に
対する消費電力を求めることができる。特に請求項２に
係る発明では、キャッシュ動作毎の消費電力として、ヒ
ットとミスとを考慮したものであるため、命令キャッシ
ュを備えたプロセッサに最適なアーキテクチャレベルで
の消費電力のシミュレーション方法を提供することがで
きる。

【００３７】なお、本実施の形態ではキャッシュ動作毎
の消費電力情報として単純なテーブル形式を用いたが、
キャッシュ動作がヒットかミスかにより関数として定義
しても同様の効果が得られることは言うまでも無い。

【００３８】（第２の実施の形態）第２の実施の形態で
は、請求項１及び請求項３に係る発明について図を用い
て説明する。

【００３９】図７は本実施の形態に係る消費電力のシミ
ュレーション方法のシミュレーション実行時の処理の流
れを示すフローチャートである。図７において、７０１
は命令動作をシミュレートするプロセッサモデルのＣＰ
Ｕコア部やキャッシュメモリ部の内部変数等を初期値に
設定する初期化処理である。７０２はシミュレートする
プロセッサモデルに与えるプログラムコードを読み込
み、シミュレーションを開始する命令の位置とシミュレ
ーションを終了する命令の位置を設定するプログラム読
み込み処理である。７０３は与えられたプログラムコー
ドより、プロセッサモデルが現在の実行サイクルにおい
て実行する命令を読み込む命令読み込み処理である。命
令はＣＰＵ部からはキャッシュメモリを介して読み込ま
れるので、キャッシュ部の動作のシミュレーションもこ
こで行う。７０４は命令読み込み処理７０３でシミュレ
ートされたキャッシュ部の動作に従って読み出し処理用
のキャッシュ動作毎の消費電力情報からキャッシュ部で
消費される電力を求める第１のキャッシュ部消費電力計
算処理である。７０５は命令読み込み処理７０３で読み
込まれた命令のプロセッサ動作をシミュレートする命令
実行処理である。７０６は命令毎の消費電力情報より命
令実行処理７０５でシミュレートされた命令に対応する
消費電力を求めるＣＰＵ部消費電力計算処理である。７
０７は命令実行処理７０５においてシミュレートされた
命令でデータアクセスのバスアクセスが発生した場合、
データアクセスが書き込みの場合には書き込み処理用の
キャッシュ動作毎の消費電力情報より、データアクセス
が読み出しの場合には読み出し処理用のキャッシュ動作
毎の消費電力情報より、キャッシュ部で消費される消費
電力を計算する第２のキャッシュ部消費電力計算処理で
ある。７０８は第１のキャッシュ部消費電力計算処理７
０４、ＣＰＵ部消費電力計算処理７０６、及び第２のキ
ャッシュ部消費電力計算処理７０７で求められた消費電
力よりプロセッサモデルで現在の実行サイクルで消費さ
れる消費電力を求める消費電力計算処理である。７０９
はプログラム読み込み処理７０２により設定されている
終了命令位置によりシミュレートすべきプログラムコー
ドが終了しているかを判断するプログラムコード終了判
断処理である。７１０はプログラムコード終了判断処理
７０９でプログラムコードのシミュレーションが終了し
ていないと判断された時に、シミュレーションを行う実
行サイクルを１だけ進める実行サイクル更新処理であ
り、実行サイクルの更新後に命令読み込み処理７０３に
戻り次の実行サイクルの処理を継続する。７１１はプロ
グラムコード終了判断処理７０９によりシミュレートす
べきプログラムコードが終了している時に消費電力計算
処理７０８で計算した消費電力の情報を出力する消費電
力出力処理である。

【００４０】シミュレートされるプロセッサの命令セッ
トとしては、図２で示した第１の実施の形態で用いたも
のと同じものを例に用いる。

【００４１】図８はシミュレーション対象となるプロセ
ッサの命令毎の消費電力情報を示す。８０１は命令毎の
消費電力テーブルであり、命令テーブル８０１で定義さ
れている命令毎に、その命令が一度実行される時の消費
電力値が格納されている。

【００４２】シミュレーションの対象となるプロセッサ
で実行するプログラムとしては、図４で示した第１の実
施の形態で用いたものを例に用いる。

【００４３】図９は、キャッシュ動作毎の消費電力情報
の一例である。９０１は、キャッシュ動作毎の消費電力
テーブルであり、９０２にキャッシュ動作として、書き
込み処理と読み出し処理とがあり、かつ、各々に対して
ヒットとミスが定義される。書き込み処理用のキャッシ
ュ動作毎の消費電力情報が９１０であり、読み出し処理
用のキャッシュ動作毎の消費電力情報が９１１である。
予め、各キャッシュ動作について、回路シミュレータ等
で求め、このキャッシュ動作毎の消費電力テーブル９０
１に格納しておく。ここでは、書き込み処理用のキャッ
シュ動作毎の消費電力情報としては、ヒット時に１００
［μＷ／ＭＨｚ］、ミス時に８０［μＷ／ＭＨｚ］、読
み出し処理用のキャッシュ動作毎の消費電力情報として
は、ヒット時に２０［μＷ／ＭＨｚ］、ミス時に１００
［μＷ／ＭＨｚ］の値が格納されている。

【００４４】本実施の形態に係るシミュレーション処理
を実行する計算機のハードウエアの構成図としては、図
１５で示した第１の実施の形態と同じものを用いる。

【００４５】以下、本実施の形態に係る消費電力のシミ
ュレーション方法を図７のフォローに基づき、プログラ
ム４０１を実行した場合を一例に用いて具体的に説明す
る。

【００４６】初期化処理７０１ではプログラムの実行を
行うための初期化を行う。ここでは、プロセッサモデル
のＣＰＵ部やキャッシュメモリ部の各種レジスタ等が設
定される。メモリの内容は、［８０］は２、［Ａ０］は
５が設定されているとする。プログラム読み込み処理７
０２では、プログラムコード４０１が記憶手段に読み込
まれ、４１１からプログラムの実行を開始する様にプロ
グラムカウンタレジスタが設定される。また、４２０に
達した場合にプログラムの実行を終了する様に設定され
る。命令読み込み処理７０３では、プログラムカウンタ
レジスタが指す命令をフェッチする。この場合、キャッ
シュを介してＬＤ命令４１１がフェッチされるが、キャ
ッシュにはこのアドレスへのアクセスは初回なのでキャ
ッシュはミスとなる。そして、命令読み込みでは読み出
し処理であるので、第１のキャッシュ部消費電力計算処
理７０４により、読み出し処理用のキャッシュ動作毎の
消費電力情報９１０より、ミスした場合の１００［μＷ
／ＭＨｚ］が求められる。ここで、消費電力の計算は消
費電力テーブル９０１から該当するキャッシュ動作の消
費電力値を引くだけの簡単な処理であり、容易に高速に
計算される。次に命令実行処理７０５によりＬＤ命令４
１１の動作がシミュレートされ、メモリアドレス［８
０］の値２がレジスタｒｅｇ０に読み込まれる。次に、
ＣＰＵ部消費電力計算処理７０６により命令毎の消費電
力テーブル８０１よりＬＤ命令に相当する２０［μＷ／
ＭＨｚ］が求められる。次に、命令実行処理７０５で、
バスアクセスが発生した場合には、第２のキャッシュ部
消費電力計算処理７０７により、バスアクセスで動作す
るキャッシュの消費電力を求める。ＬＤ命令では読み出
しのバスアクセスが発生し、アドレス［８０］へのアク
セスはプログラム開始時より始めてであり、キャッシュ
はミスとなる、読み出し用のキャッシュ動作毎の消費電
力情報９１１より１００［μＷ／ＭＨｚ］が求められ
る。そして、消費電力計算処理７０８により、第１のキ
ャッシュ部消費電力計算処理７０４で求められた１００
［μＷ／ＭＨｚ］、ＣＰＵ部消費電力計算処理７０６で
求められた２０［μＷ／ＭＨｚ］、及び第２のキャッシ
ュ部消費電力計算処理７０７で求められた１００［μＷ
／ＭＨｚ］を加算し、２２０［μＷ／ＭＨｚ］がサイク
ル１での消費電力として求められる。次に、プログラム
コード終了判定処理７０９によりシミュレーション終了
条件のコードに達しているかが判断され、この場合達し
ていないので、実行サイクル更新処理７１０でサイクル
数が２に設定され、プログラムカウンタレジスタも１進
められ、次の命令コード４１２が命令読み込み処理７０
３でフェッチされる。以下、命令読み込み処理から実行
サイクル更新処理７１０までが終了条件のコードに達す
るまで繰り返される。図１０にその結果を示す。

【００４７】図１０において、１００１はサイクル数、
１００２は実行された命令、１００３はＣＰＵ部で消費
された電力である。１００４は命令読み込み７０３での
命令フェッチでのキャッシュ部の動作であり、「Ｒミ
ス」は読み出しでミス、「Ｒヒット」は読み出しでヒッ
トを表わす。１００５は１００４のキャッシュ動作に応
じてキャッシュ動作毎の消費電力情報から求めた消費電
力、１００６は実行した命令でバスアクセスが発生した
場合のキャッシュ部の動作であり、「Ｒミス」は読み出
しでミス、「Ｒヒット」は読み出しでヒット、「Ｗミ
ス」は書き込みでミス、「Ｗヒット」は書き込みでヒッ
ト、及び空欄はバスアクセス非発生を表わす。１００７
は、１００６でバスアクセスが発生した場合にキャッシ
ュ動作毎の消費電力情報から求めた消費電力、１００８
は１００３、１００５、及び１００７の消費電力を加算
したプロセッサ全体での消費電力である。

【００４８】シミュレーション終了条件のコードに達す
ると、消費電力出力処理７１１により、消費電力のシミ
ュレーション結果をディスプレー装置１５０１に出力さ
れるか、記憶手段１５０４に出力される。

【００４９】以上の様に、本発明に係る実施の形態によ
れば、請求項１又は請求項３に係る発明である消費電力
のシミュレーション方法によって、シミュレーション実
行前に、予め求められている各々の命令及びキャッシュ
部の動作状態に対して、命令毎の消費電力情報及びキャ
ッシュ動作毎の消費電力情報に格納しておき、検索集計
するのみで高速に与えられたプログラムコード実行時に
対する消費電力を求めることができる。特に請求項３に
係る発明では、キャッシュ動作毎の消費電力として、書
き込み用と読み出し用とを備えているため、ユニファイ
ド形式の命令／データキャッシュ付きプロセッサに最適
なアーキテクチャレベルでの消費電力のシミュレーショ
ン方法を提供することができる。

【００５０】なお、本実施の形態ではキャッシュ動作毎
の消費電力情報として単純なテーブル形式を用いたが、
キャッシュ動作がヒットかミスかにより関数として定義
しても同様の効果が得られることは言うまでも無い。

【００５１】（第３の実施の形態）第３の実施の形態で
は、請求項１及び請求項４に係る発明について図を用い
て説明する。

【００５２】図７は本実施の形態に係る消費電力のシミ
ュレーション方法のシミュレーション実行時の処理の流
れを示すフローチャートである。このフローチャート
は、第２の実施の形態で用いたフローチャートと同じも
のである。

【００５３】シミュレートされるプロセッサの命令セッ
トとしては、図２で示した第１の実施の形態で用いたも
のと同じものを例に用いる。

【００５４】シミュレーション対象となるプロセッサの
命令毎の消費電力情報としては、図８で示した第２の実
施の形態で用いたものと同じものを例に用いる。

【００５５】シミュレーションの対象となるプロセッサ
で実行するプログラムとしては、図４で示した第１の実
施の形態で用いたものを例に用いる。

【００５６】図１１は、本実施の形態に係るキャッシュ
動作毎の消費電力情報の一例である。１１０１は、キャ
ッシュ動作毎の消費電力テーブルであり、１１０２は命
令キャッシュ用のキャッシュ動作毎の消費電力情報、１
１０３はデータキャッシュ用のキャッシュ動作毎の消費
電力情報である。１１０４にキャッシュ動作として、命
令キャッシュ用にはヒットとミス、データキャッシュ用
には書き込み処理と読み込み処理とがあり、かつ、各々
に対してヒットとミスとが定義される。予め、各キャッ
シュ動作について、回路シミュレータ等で求め、このキ
ャッシュ動作毎の消費電力テーブル１１０１に格納して
おく。ここでは、命令キャッシュ用のキャッシュ動作毎
の消費電力情報としては、ヒット時に３０［μＷ／ＭＨ
ｚ］、ミス時に１２０［μＷ／ＭＨｚ］、データキャッ
シュ用の書き込み処理用のキャッシュ動作毎の消費電力
情報としては、ヒット時に１００［μＷ／ＭＨｚ］、ミ
ス時に８０［μＷ／ＭＨｚ］、読み出し処理用のキャッ
シュ動作毎の消費電力情報としては、ヒット時に２０
［μＷ／ＭＨｚ］、ミス時に９０［μＷ／ＭＨｚ］の値
が格納されている。

【００５７】本実施の形態に係るシミュレーション処理
を実行する計算機のハードウエアの構成図としては、図
１５で示した第１の実施の形態と同じものを用いる。

【００５８】以下、本実施の形態に係る消費電力のシミ
ュレーション方法を図７のフォローに基づき、プログラ
ム４０１を実行した場合を一例に用いて具体的に説明す
る。

【００５９】初期化処理７０１ではプログラムの実行を
行うための初期化を行う。ここでは、プロセッサモデル
のＣＰＵ部やキャッシュメモリ部の各種レジスタ等が設
定される。メモリの内容は、［８０］は２、［Ａ０］は
５が設定されているとする。プログラム読み込み処理７
０２では、プログラムコード４０１が記憶手段に読み込
まれ、４１１からプログラムの実行を開始する様にプロ
グラムカウンタレジスタが設定される。また、４２０に
達した場合にプログラムの実行を終了する様に設定され
る。命令読み込み処理７０３では、プログラムカウンタ
レジスタが指す命令をフェッチする。この場合、キャッ
シュを介してＬＤ命令４１１がフェッチされるが、キャ
ッシュにはこのアドレスへのアクセスは初回なのでキャ
ッシュはミスとなる。そして、命令読み込みでは読み出
し処理であるので、第１のキャッシュ部消費電力計算処
理７０４により、命令キャッシュ用のキャッシュ動作毎
の消費電力情報１１０２より、ミスした場合の１２０
［μＷ／ＭＨｚ］が求められる。ここで、消費電力の計
算は消費電力テーブル１１０１から該当するキャッシュ
動作の消費電力値を引くだけの簡単な処理であり、容易
に高速に計算される。次に命令実行処理７０５によりＬ
Ｄ命令４１１の動作がシミュレートされ、メモリアドレ
ス［８０］の値２がレジスタｒｅｇ０に読み込まれる。
次に、ＣＰＵ部消費電力計算処理７０６により命令毎の
消費電力テーブル８０１よりＬＤ命令に相当する２０
［μＷ／ＭＨｚ］が求められる。次に、命令実行処理７
０５で、バスアクセスが発生した場合には、第２のキャ
ッシュ部消費電力計算処理７０７により、バスアクセス
で動作するキャッシュの消費電力を求める。ＬＤ命令で
は読み出しのバスアクセスが発生し、アドレス［８０］
へのアクセスはプログラム開始時より始めてであり、キ
ャッシュはミスとなる。第２のキャッシュ部消費電力計
算処理７０７ではデータアクセスであり、データキャッ
シュが動作しするので、データキャッシュ用のキャッシ
ュ動作毎の消費電力情報１１０３より消費電力を求め
る。ここでは、読み出しでミスなので、９０［μＷ／Ｍ
Ｈｚ］が求められる。そして、消費電力計算処理７０８
により、第１のキャッシュ部消費電力計算処理７０４で
求められた１２０［μＷ／ＭＨｚ］、ＣＰＵ部消費電力
計算処理７０６で求められた２０［μＷ／ＭＨｚ］、及
び第２のキャッシュ部消費電力計算処理７０７で求めら
れた９０［μＷ／ＭＨｚ］を加算し、２３０［μＷ／Ｍ
Ｈｚ］がサイクル１での消費電力として求められる。次
に、プログラムコード終了判定処理７０９によりシミュ
レーション終了条件のコードに達しているがが判断さ
れ、この場合達していないので、実行サイクル更新処理
７１０でサイクル数が２に設定され、プログラムカウン
タレジスタも１進められ、次の命令コード４１２が命令
読み込み処理７０３でフェッチされる。以下、命令読み
込み処理から実行サイクル更新処理７１０までが終了条
件のコードに達するまで繰り返される。図１２にその結
果を示す。

【００６０】図１２において、１２０１はサイクル数、
１２０２は実行された命令、１２０３はＣＰＵ部で消費
された電力である。１２０４は命令読み込み７０３での
命令フェッチでのキャッシュ部の動作であり、「Ｒミ
ス」は読み出しでミス、「Ｒヒット」は読み出しでヒッ
トを表わす。１２０５は１２０４のキャッシュ動作に応
じてキャッシュ動作毎の消費電力情報から求めた消費電
力、１２０６は実行した命令でバスアクセスが発生した
場合のキャッシュ部の動作であり、「Ｒミス」は読み出
しでミス、「Ｒヒット」は読み出しでヒット、「Ｗミ
ス」は書き込みでミス、「Ｗヒット」は書き込みでヒッ
ト、及び空欄はバスアクセス非発生を表わす。１２０７
は、１２０６でバスアクセスが発生した場合にキャッシ
ュ動作毎の消費電力情報から求めた消費電力、１２０８
は１２０３、１２０５、及び１２０７の消費電力を加算
したプロセッサ全体での消費電力である。

【００６１】シミュレーション終了条件のコードに達す
ると、消費電力出力処理７１１により、消費電力のシミ
ュレーション結果をディスプレー装置１５０１に出力さ
れるか、記憶手段１５０４に出力される。

【００６２】以上の様に、本発明に係る実施の形態によ
れば、請求項１又は請求項４に係る発明である消費電力
のシミュレーション方法によって、シミュレーション実
行前に、予め求められている各々の命令及びキャッシュ
部の動作状態に対して、命令毎の消費電力情報及びキャ
ッシュ動作毎の消費電力情報に格納しておき、検索集計
するのみで高速に与えられたプログラムコード実行時に
対する消費電力を求めることができる。特に請求項４に
係る発明では、キャッシュ動作毎の消費電力として、命
令キャッシュ用とデータキャッシュ用とを備えているた
め、ハーバード形式の命令／データキャッシュ付きプロ
セッサに最適なアーキテクチャレベルでの消費電力のシ
ミュレーション方法を提供することができる。

【００６３】なお、本実施の形態ではキャッシュ動作毎
の消費電力情報として単純なテーブル形式を用いたが、
キャッシュ動作がヒットかミスかにより関数として定義
しても同様の効果が得られることは言うまでも無い。

【００６４】（第４の実施の形態）第４の実施の形態で
は、請求項１０に係る発明について図を用いて説明す
る。

【００６５】本実施の形態に係るシミュレーション処理
を実行する計算機のハードウエアの構成図としては、図
１５で示した第１の実施の形態と同じものを用いる。

【００６６】図１３は本実施の形態に係る消費電力のシ
ミュレーション方法のシミュレーション実行時の処理の
流れを示すフローチャートである。図１３において、１
３０１は命令動作をシミュレートするプロセッサモデル
のＣＰＵコア部やキャッシュメモリ部の内部変数等を初
期値に設定する初期化処理である。１３０２はシミュレ
ートするプロセッサモデルに与えるプログラムコードを
読み込み、シミュレーションを開始する命令の位置とシ
ミュレーションを終了する命令の位置を設定するプログ
ラム読み込み処理である。１３０３は与えられたプログ
ラムコードより、プロセッサモデルが現在の実行サイク
ルにおいて実行する命令を読み込む命令読み込み処理で
ある。命令はＣＰＵ部からはキャッシュメモリを介して
読み込まれるので、キャッシュ部の動作のシミュレーシ
ョンもここで行う。１３０４は命令読み込み処理１３０
３でシミュレートされたキャッシュ部の動作と現在の現
在のサイクルを記憶手段１５０４に出力する第１のキャ
ッシュ部動作保存処理である。１３０５は命令読み込み
処理１３０３で読み込まれた命令のプロセッサ動作をシ
ミュレートする命令実行処理である。１３０６は命令実
行処理１３０５でシミュレートされた命令の種類と現在
のサイクルを記憶手段１５０４に出力するＣＰＵ部動作
保存処理である。１３０７は命令実行処理１３０５にお
いてシミュレートされた命令でデータアクセスのバスア
クセスが発生した場合、発生したキャッシュ動作と現在
のサイクルを記憶手段１５０４に出力する第２のキャッ
シュ部動作保存処理である。１３０８はプログラム読み
込み処理１３０２により設定されている終了命令位置に
よりシミュレートすべきプログラムコードが終了してい
るかを判断するプログラムコード終了判断処理である。
１３０９はプログラムコード終了判断処理１３０８でプ
ログラムコードのシミュレーションが終了していないと
判断された時に、シミュレーションを行う実行サイクル
を１だけ進める実行サイクル更新処理であり、実行サイ
クルの更新後に命令読み込み処理１３０３に戻り次の実
行サイクルの処理を継続する。１３１０はプログラムコ
ード終了判断処理１３０８によりシミュレートすべきプ
ログラムコードが終了している時に、第１のキャッシュ
動作保存処理１３０４、ＣＰＵ部動作保存処理１３０
６、及び第２のキャッシュ動作保存処理１３０７によ
り、記憶手段１５０４に保存された各サイクル毎のＣＰ
Ｕ部の動作とキャッシュ部の動作と、命令毎の消費電力
及びキャッシュ動作毎の消費電力とから、与えられたプ
ログラムコードが実行された時の消費電力を求める消費
電力計算処理である。

【００６７】シミュレートされるプロセッサの命令セッ
トとしては、図２で示した第１の実施の形態で用いたも
のと同じものを例に用いる。

【００６８】プロセッサの命令毎の消費電力情報として
は、図８に示した第２の実施の形態で使用したものと同
じものを例に用いる。

【００６９】シミュレーションの対象となるプロセッサ
で実行するプログラムとしては、図４で示した第１の実
施の形態で用いたものを例に用いる。

【００７０】キャッシュ動作毎の消費電力情報として
は、図９で示した第２の実施の形態で用いたものを例と
して用いる。

【００７１】以下、本実施の形態に係る消費電力のシミ
ュレーション方法を図１３のフォローに基づき、プログ
ラム４０１を実行した場合を一例に用いて具体的に説明
する。

【００７２】初期化処理１３０１ではプログラムの実行
を行うための初期化を行う。ここでは、プロセッサモデ
ルのＣＰＵ部やキャッシュメモリ部の各種レジスタ等が
設定される。メモリの内容は、［８０］は２、［Ａ０］
は５が設定されているとする。プログラム読み込み処理
１３０２では、プログラムコード４０１が記憶手段に読
み込まれ、４１１からプログラムの実行を開始する様に
プログラムカウンタレジスタが設定される。また、４２
０に達した場合にプログラムの実行を終了する様に設定
される。命令読み込み処理１３０３では、プログラムカ
ウンタレジスタが指す命令をフェッチする。この場合、
キャッシュを介してＬＤ命令４１１がフェッチされる
が、キャッシュにはこのアドレスへのアクセスは初回な
のでキャッシュはミスとなる。そして、第１のキャッシ
ュ部動作保存処理１３０４により、サイクル１のフェッ
チでは読み出しミスしたことを記憶手段１５０４に保存
する。次に命令実行処理１３０５によりＬＤ命令４１１
の動作がシミュレートされ、メモリアドレス［８０］の
値２がレジスタｒｅｇ０に読み込まれる。次に、ＣＰＵ
部動作保存処理１３０６により、サイクル１でＬＤ命令
が実行されたことを記憶手段１３０５に保存する。次
に、命令実行処理１３０５で、バスアクセスが発生した
場合には、第２のキャッシュ部動作保存処理１３０７に
より発生したキャッシュ動作を記憶手段に保存するが、
ＬＤ命令では読み出しのバスアクセスが発生し、アドレ
ス［８０］へのアクセスはプログラム開始時より始めて
であり、キャッシュはミスとなる。よって、サイクル１
のデータのバスアクセスが発生しミスしたことを記憶手
段１５０４に保存する。次に、プログラムコード終了判
定処理１３０８によりシミュレーション終了条件のコー
ドに達しているがが判断され、この場合達していないの
で、実行サイクル更新処理１３０９でサイクル数が２に
設定され、プログラムカウンタレジスタも１進められ、
次の命令コード４１２が命令読み込み処理１３０３でフ
ェッチされる。以下、命令読み込み処理から実行サイク
ル更新処理１３０９までが終了条件のコードに達するま
で繰り返される。

【００７３】図１４にその計算経過を示す。１４０１は
サイクル数、１４０２はＣＰＵ部動作保存処理１３０６
により保存された命令、１４０３は第１のキャッシュ部
動作保存処理１３０４で保存されたフェッチでのキャッ
シュの動作、１４０４は第２のキャッシュ部動作保存処
理１３０７で保存されたデータの読み込み又は書き込み
処理でのキャッシュの動作である。プログラムコード終
了判定処理１３０８でシミュレーション終了条件のコー
ドに達していると判断された時点では、１４１０の部分
のデータが記憶手段１５０４に保存されている。この１
４１０の情報から消費電力計算処理１３１０により、１
４０２の実行された命令と命令毎の消費電力テーブル８
０１より１４０５のＣＰＵ部消費電力、１４０３のフェ
ッチ時のキャッシュ動作とキャッシュ動作毎の消費電力
情報９０１より１４０６の命令フェッチ時の消費電力、
１４０４のデータアクセス時のキャッシュ動作とキャッ
シュ動作毎の消費電力情報９０１より１４０７のデータ
アクセス時の消費電力を求め、１４０５、１４０６、及
び１４０７の消費電力より、全体の消費電力１４０８を
求める。消費電力計算処理１３１０において、全てのサ
イクルに対してこれらの処理が行なうと、１４１１の部
分の計算が行われる。

【００７４】例えば、サイクル１では、ＬＤ命令が保存
されているので命令毎の消費電力情報８０１より２０
［μＷ／ＭＨｚ］、命令フェッチ時のキャッシュ動作１
４０３として「Ｒミス」つまり読み出しでミスが保存さ
れているのでキャッシュ動作毎の消費電力情報９０１よ
り１００［μＷ／ＭＨｚ］、データアクセス時のキャッ
シュ動作１４０４として「Ｒミス」つまり読み出しミス
が保存されているのでキャッシュ動作毎の消費電力情報
９０１より１００［μＷ／ＭＨｚ］が求められ、これら
の値を加算し１４０８の全体の消費電力として２２０
［μＷ／ＭＨｚ］が求められる。求められた消費電力
は、消費電力のシミュレーション結果をディスプレー装
置１５０１に出力されるか、記憶手段１５０４に出力さ
れる。

【００７５】以上の様に、本発明に係る実施の形態によ
れば、請求項１０に係る発明である消費電力のシミュレ
ーション方法によって、シミュレーション実行前に、予
め求められている各々の命令及びキャッシュ部の動作状
態に対して、命令毎の消費電力情報及びキャッシュ動作
毎の消費電力情報に格納しておき、シミュレーション中
は、各サイクルで実行された命令及びキャッシュ動作を
記憶手段に保存しておき、シミュレーション終了後に保
存されたＣＰＵ部及びキャッシュ部の動作と、命令毎の
消費電力情報及びキャッシュ動作毎の消費電力情報より
動作時の動的な消費電力を求めることが可能である。本
発明では、シミュレーション処理と消費電力計算処理と
を分離できるため、市販のシミュレータ等を用いるた
め、シミュレータ内部に消費電力計算機能を組み込むこ
とが困難な場合等でも、後処理により消費電力をシミュ
レートする方法を提供することができる。

【００７６】（第５の実施の形態）第５の実施の形態で
は請求項５、請求項６、請求項７、請求項８に係る消費
電力シミュレーション方法について説明する。

【００７７】図２０は本実施形態に係る消費電力のシミ
ュレーション方法のシミュレーション実行時の処理流れ
を示すフローチャートである。２００１はシミュレーシ
ョン対象となる回路内の各部の初期化を行う初期化処理
である。バスマスター部に対しては命令動作をシミュレ
ーションする内部状態を初期化し、当該モデルのシミュ
レーションにより計算される消費電力を記憶する手段を
初期化する初期化処理である。２００２はシミュレート
するバスマスターに与えるプログラムコードを読み込
み、シミュレーションを開始する命令の位置とシミュレ
ーションを終了する命令の位置を設定する。２００３は
与えられたプログラムコードより、バスマスターのモデ
ルが現実行サイクルにおいて実行する命令を読み込む処
理である。２００４は命令読み込みにおけるバスモデル
の状態のアドレス、bit幅、転送モード、読み出しまた
は書き込みアクセスのいずれかであるかの情報を読み出
す処理である。２００５は前記２００４においてシミュ
レーションモデルより抽出したパラメータから消費電力
を計算し、実行されている実行サイクルとともに記憶す
る消費電力計算処理である。２００６は読み込まれた命
令の動作をシミュレートする実行処理であり、２００７
は命令実行におけるバスモデルの状態のアドレス、bit
幅、転送モード、読み出しまたは書き込みアクセスのい
ずれかであるかの情報を読み出す処理である。２００８
は前記２００７においてシミュレーションモデルより抽
出したパラメータから消費電力を計算し、実行されてい
る実行サイクルとともに記憶する消費電力計算処理であ
る。２００９は２００２により設定されている終了命令
位置によりシミュレートするべきプログラムコードが終
了しているかを判定する終了判定処理である。

【００７８】図２１は、シミュレーション対象となる一
回路例である。同図の２１０１、２１０２は読み出しま
たは書き込みバスアクセス処理を発生させることのでき
る装置バスマスター１、バスマスター２、であり、２１
０３は複数のバスを接続する装置バスアダプタである。

【００７９】また、２１０７、２１０８はバスであり、
制御信号線、アドレス信号線、データ信号線によって構
成されている。２１０７はバスマスタ２１０１及び２１
０２に接続されているメインバスである。２１０８はメ
インバスに対してバスアダプタ２１０３を介して接続さ
れたサブバスである。２１０４、２１０５、２１０６は
バスマスターからアクセスを受けるバススレーブであ
り、メインバスまたはサブバスに接続されている。２１
０４はアドレスによって区別して複数のデータを記憶し
ておけることのできる記憶装置であり、メインバス２１
０７に接続されている。２１０５，２１０６は機能ブロ
ック１及び機能ブロック２であり、内部に記憶回路を内
蔵し、接続されたバスによって読み出し及び書き込みが
可能である。２１０９はメインバスに接続された外部バ
スインターフェースであり、チップ外部の外部記憶装置
２１１０に接続されている。

【００８０】図２２は図２１で示した回路例におけるア
ドレス構成例である。図２２において２２０２で示され
た領域が本回路例におけるアドレス領域全体であり、ア
ドレス領域２２０３、２２０４、２２０５、２２０６で
構成されている。アドレス領域２２０３はバスマスタ２
１０１の内部記憶領域、アドレス領域２２０４は機能ブ
ロック１（２１０５）及び機能ブロック２（２１０６）
の内部記憶領域、アドレス領域２２０５は記憶装置２１
０４の記憶領域、アドレス領域２２０６は外部記憶装置
２１１０の記憶領域をそれぞれ示している。２２０１は
アドレス番号における記憶領域の境を示しており、０か
ら１００までが記憶領域２２０３を、１００から２００
までが記憶領域２２０４を２００から３００までが記憶
領域２２０５を、３００から５００までが記憶領域２２
０６をしめすアドレス番号である。

【００８１】図２３、図２４、図２５は本実施形態にお
ける図２０で示した回路に対する消費電力情報の一例を
示す図である。図２３は前記図２２におけるアドレス領
域２２０３、２２０４、２２０５、２２０６の消費電力
情報であり、２３０１は読み出しアクセスに対する１バ
スサイクル、８bitあたりの消費電力情報であり、２３
０２は書き込みアクセスに対する１バスサイクル、８bi
tあたりの消費電力情報である。図２４は前記図２１に
おけるバスマスター１及びバスマスター２の内部におい
て消費される消費電力情報である。図２５はバススレー
ブである記憶装置２１０４および、機能ブロック１、機
能ブロック２内部で消費される消費電力情報である。

【００８２】また、本例では連続転送における最初の１
回目の転送は単転送相当である。

【００８３】これらの消費電力は、予め、シミュレーシ
ョンを行う前に各ブロックをゲートレベルやトランジス
タレベルで実現したデータを基に、ゲートレベルシミュ
レーションや回路シミュレーション等により評価し、消
費電力を求めておいたものである。

【００８４】図１６はシミュレートされるバスマスター
１の命令セットの１例である。命令LDRはアドレスによ
り指定される記憶領域のデータからレジスタａまたはレ
ジスタｂにアドレスにより指定される記憶領域にデータ
を３２bit幅で単転送するデータ転送命令である。単転
送とはアドレスのインクリメントを伴わないでアクセス
が開始し、終了する転送である。命令LDRBはアドレスに
より指定される記憶領域のデータからレジスタａまたは
レジスタｂにアドレスにより指定される記憶領域にデー
タを８bit幅で単転送するデータ転送命令である。命令L
DRHアドレスにより指定される記憶領域のデータからレ
ジスタａまたはレジスタｂにアドレスにより指定される
記憶領域にデータを１６bit幅で単転送するデータ転送
命令である。命令STRはレジスタａまたはレジスタｂか
らアドレスにより指定される記憶領域にデータを３２bi
t幅で単転送するデータ転送命令である。命令STRBはレ
ジスタａまたはレジスタｂからアドレスにより指定され
る記憶領域にデータを８bit幅で単転送するデータ転送
命令である。命令STRHはレジスタａまたはレジスタｂか
らアドレスにより指定される記憶領域にデータを１６bi
t幅で単転送するデータ転送命令である。命令LDMはアド
レスルより指定されるアドレス番号を先頭にした記憶領
域のデータをレジスタａからレジスタｂにいたる複数の
レジスタに順次３２bit幅で連続転送するデータ転送命
令である。連続転送とは転送開始から終了までの間にア
ドレスがインクリメントし複数ワード長のデータを一度
の転送で行う転送である。命令LDMBはアドレスにより指
定されるアドレス番号を先頭にした記憶領域のデータを
レジスタａからレジスタｂにいたる複数のレジスタに順
次８bit幅で連続転送するデータ転送命令である。命令L
DMHはアドレスにより指定されるアドレス番号を先頭に
した記憶領域のデータをレジスタａからレジスタｂにい
たる複数のレジスタに順次１６bit幅で連続転送するデ
ータ転送命令である。命令STMはレジスタａからレジス
タｂに至る複数のレジスタからアドレスにより指定され
た記憶領域を先頭にした一連の記憶領域にデータを順次
３２bit幅で連続転送するデータ転送命令である。命令S
TMHはレジスタａからレジスタｂに至る複数のレジスタ
からアドレスにより指定された記憶領域を先頭にした一
連の記憶領域にデータを順次１６bit幅で連続転送する
データ転送命令である。命令STMBはレジスタａからレジ
スタｂに至る複数のレジスタからアドレスにより指定さ
れた記憶領域を先頭にした一連の記憶領域にデータを順
次８bit幅で連続転送するデータ転送命令である。命令N
OPは何の処理も行わない。

【００８５】図１７はシミュレーションの対象になるバ
スマスターが実行するプログラムの一例であり、図１７
において一列が一命令を表しており、左から命令、ディ
スティネーション、ソースの順番で記述されている。

【００８６】図１８は図１７で示したプログラムコード
が図２１の記憶装置２１０４内部に記憶されているアド
レスと命令であり、行１８０１はアドレス２００に「LD
RHreg#a 350」に対応するコードが記憶されており、行
１８０２はアドレス２０１に「STRB 120 reg#a」に対
応するコードが記憶されており、行１８０３はアドレス
２０２に「LDM [reg#a reg#b] 250」に対応するコード
が記憶されていることを示す。

【００８７】以下、本実施の形態に係る消費電力のシミ
ュレーション方法を図２０で示した処理の流れに基づ
き、図１７で示されたプログラムを実行した場合を一例
に用いて具体的に説明する。本例においてreg#aとreg#b
は３２bitレジスタで、reg#bはreg#aに対して４ワード
離れているとする。図１７で示したプログラムコードが
バスマスター１によって実行されるものとし、バスマス
ター１及びバスマスター２からの命令フェッチは３２bi
t単サイクル転送で行われるとして説明する。

【００８８】２００１の初期化処理ではプログラムの実
行を行うための初期化を行う。本実施の形態では、命令
の実行位置を示すバスマスター１内のレジスタはアドレ
ス２００を示す値に設定される。２００２のプログラム
読み込み処理ではシミュレートするべきプログラムを読
み込み、記憶装置２１０４に読み込み図１８に示したア
ドレスにプログラムコードが格納される。

【００８９】２００３の命令読み込みでは、記憶装置２
１０４からアドレス２００番に格納された命令コードを
読み込む。

【００９０】２００４では前記２００３でのバスアクセ
スの状態を読み込む。この場合、アドレス領域２２０４
へのアクセスであり３２bit幅読み出し、単アクセスで
あり、１バスサイクルで読み込みは終了することが読み
出される。

【００９１】２００５では前記２００４で読み出したバ
スアクセス状態と図２３、２４、２５に示した消費電力
情報から消費電力値が算出される。図２３の２３０２よ
り０．３μＷ／ＭＨｚ／８bit、３２bitアクセスが１バ
スアクセスで完了したので１．２μＷ、さらにバスマス
ター１のバス接続部で消費される消費電力、図２４の２
４０１より１μＷおよび記憶装置２１０４のバス接続部
で消費される消費電力図２５の２５０１より０．１μ
Ｗ、合計２．３μＷと算出される。

【００９２】２００６では前記２００３にて読み込んだ
命令１７０１が実行される。

【００９３】２００７で命令実行時のバス状態がシミュ
レーションモデルから読み出され、アドレス領域２２０
６からreg#aに８bit幅で単転送され、読み出されている
ことを算出する。

【００９４】２００８において２００６における消費電
力が２００７で読み出したバス情報を基に算出され、図
２３の２３０３より０．３μＷ／Ｈｚ／８bitという消
費電力情報が読み出され、２４０１より０．１μＷ、２
５０４より０．１μＷがそれぞれ消費電力情報として読
み出され、合計消費電力量として０．５μＷとして算出
される。

【００９５】２００９においてプログラムコード１７０
１は終了位置でないため、命令サイクルを１進めて２０
０３に戻り、２命令サイクル目として２００３が処理さ
れる。

【００９６】２サイクル目の実行サイクルにおいて、２
００３において１８０２に相当する命令コードが記憶装
置２１０４から命令読み出しされる。

【００９７】２００４において命令読み出しの際のバス
アクセスの状態が読み出される。この場合、アドレス領
域２２０４へのアクセスであり３２bit幅読み出し、単
アクセスであり、１バスサイクルで読み込みは終了する
ことが読み出される。

【００９８】２００５では前記２００４で読み出したバ
スアクセス状態と図２３、２４、２５に示した消費電力
情報から消費電力値が算出される。図２３の２３０１よ
り０．３μＷ／ＭＨｚ／８bit、３２bitアクセスが１バ
スアクセスで完了したので１．２μＷ、さらにバスマス
ター１のバス接続部で消費される消費電力、図２４の２
４０１より１μＷおよび記憶装置２１０４のバス接続部
で消費される消費電力図２５の２５０１より０．１μ
Ｗ、合計２．３μＷと算出される。

【００９９】２００６では前記２００３にて読み込んだ
命令１７０２が実行される。

【０１００】２００７で命令実行時のバス状態がシミュ
レーションモデルから、reg#aからアドレス領域２２０
４への１６ビット幅での単転送であることが読み出され
る。

【０１０１】２００８において２００６における消費電
力が２００７で読み出したバス情報を基に算出され、図
２３の２３０１より０．６μＷ／Ｈｚ／８bitという消
費電力情報が読み出され、２４０１から１μＷが、２５
０２より０．２μＷが消費電力情報として読み出され、
合計消費電力量として２．４μＷとして算出される。

【０１０２】２００９においてプログラムコード１７０
１は終了位置でないため、命令サイクルを１進めて２０
０３に戻り、３命令サイクル目として２００３が処理さ
れる。

【０１０３】３サイクル目の実行サイクルにおいて、２
００３において１８０３に相当する命令コードが記憶装
置２１０４から命令読み出しされる。

【０１０４】２００４において命令読み出しの際のバス
アクセスの状態が読み出される。この場合、アドレス領
域２２０４へのアクセスであり３２bit幅読み出し、単
アクセスであり、１バスサイクルで読み込みは終了する
ことが読み出される。

【０１０５】２００５では前記２００４で読み出したバ
スアクセス状態と図２３、２４、２５に示した消費電力
情報から消費電力値が算出される。図２３の２３０１よ
り０．３μＷ／ＭＨｚ／８bit、３２bitアクセスが１バ
スアクセスで完了したので１．２μＷ、さらにバスマス
ター１のバス接続部で消費される消費電力、図２４の２
４０１より１μＷおよび記憶装置２１０４のバス接続部
で消費される消費電力図２５の２５０１より０．１μ
Ｗ、合計２．３μＷと算出される。

【０１０６】２００６では前記２００３にて読み込んだ
命令１７０２が実行される。

【０１０７】２００７において命令実行時のバス状態が
シミュレーションモデルから読み出される。reg#aからr
eg#bにいたる一連のレジスタは４ワードでありアドレス
番号２５０すなわちアドレス領域２００５から４ワード
が３２ビット幅で連続転送で、読み出される。

【０１０８】２００８において２００６における消費電
力が２００７で読み出したバス情報を基に算出され、図
２３の２３０２より単転送０．３μＷが１転送と連続転
送０．１μＷが３転送行われ、３２ビット幅アクセスの
為に４倍される。２４０１より１μＷ、２５０１より
０．１μＷが消費電力情報として読み出され、合計消費
電力情報として５．７μＷと算出される。

【０１０９】図１９は以上の方法によりプログラム１７
０１の実行をシミュレートする事により得られる結果で
ある。

【０１１０】以上のような実施の形態によれば請求項５
に係る発明である消費電力のシミュレーション方法によ
って、シミュレーション実行前に、予め求められている
アドレス領域に対してバスアクセスが実行される時に消
費される電力値をアドレス領域毎の消費電力情報として
記憶しておき、シミュレーション実行時に与えられたプ
ログラムコードに対する命令動作をシミュレートすると
同時にアクセスアドレス領域毎の消費電力情報により実
行されるバスアクセスに対応する消費電力値を求め、シ
ミュレートするプログラムにおいて消費される消費電力
値をサイクル毎に求めることができる。通常アドレス領
域は３２bitプロセッサにおいて４ＧＢにも及ぶが、ア
ドレス領域毎の消費電力情報は計算機中で表形式などで
保持することにより、簡単に検索することが可能なた
め、消費電力の見積もりを高速に行うことができる。

【０１１１】また、請求項６に係る発明であるシミュレ
ートするバスマスターが複数のビット幅アクセスをする
ことが可能な場合、バスアクセスの際のビット幅を考慮
して消費電力を算出するために、複数のビット幅でのア
クセスをすることが可能なバスマスターに対しても正確
な消費電力の見積もりを行うことができる。

【０１１２】また請求項７に係る発明であるシミュレー
トするバスアクセスにおいて、読み出しアクセスと書き
込みアクセスに置ける消費電力情報を区別することで、
読み出し、書き込みいずれのバスアクセスにおいても高
精度の消費電力の見積もりを行うことが可能である。

【０１１３】また、請求項８に係る発明であるシミュレ
ートするバスアクセスにおいて、転送モード別に消費電
力情報を記憶しておくことで、複数の転送モードを持つ
バスに対して、より正確な見積もりを行うことが可能に
なる。

【０１１４】さらにまた、本実施の形態では、説明の簡
易化のためバスマスターとして通常の単にプロセッサと
しているが、実際には、前記の第１の実施の形態、第２
の実施の形態、第３の実施の形態、及び第４の実施の形
態で示したキャッシュを考慮した方法と組み合わせるこ
とにより、より高精度の消費電力の見積もりを行えるこ
とは言うまでもない。

【０１１５】

【発明の効果】以上説明した様に、請求項１、請求項
２、請求項３、請求項４、請求項９、及び請求項１０記
載の発明によれば、シミュレーション実行前に、プロセ
ッサの命令セットの個々の命令及びキャッシュメモリの
複数の動作に対して、回路レベル又はゲートレベルのシ
ミュレーション、又は実際に試作した実チップの評価結
果より各命令が実行される時に消費される電力を求め命
令毎の消費電力情報及びキャッシュ動作毎の消費電力情
報に格納しておき、シミュレーション実行中に与えられ
たプログラムコードに対する命令動作及びキャッシュ動
作をシミュレートすると共に、実行された命令に対応す
る消費電力の値を命令毎の消費電力情報から、実行され
たキャッシュ動作に対応する消費電力の値をキャッシュ
動作毎の消費電力情報から検索し、一定時間毎に集計し
ていくことにより、与えられたプログラムコードで動作
する時にプロセッサ部が消費する電力の時間遷移を求め
る。ここで、プログラムコードに従って実行されるサイ
クル数は通常数千、数百万サイクル以上の膨大なサイク
ル数になるが、命令毎の消費電力情報は計算機中では表
形式等で保持することにより簡単に検索することが可能
であり、また一定時間毎の消費電力を計算する場合も簡
単な積算及び平均計算等により、高速に行なうことが可
能である。よって、キャッシュメモリを備えたプロセッ
サを含む半導体集積回路の回路動作を模擬すると共に、
その消費電力を高速に見積もるシミュレーション方法を
提供することができる。

【０１１６】特に、請求項２記載の発明では、キャッシ
ュがヒットした場合の動作とミスした場合の動作とを区
別して消費電力を算出するため、命令キャッシュを備え
たプロセッサに対して最適な消費電力のシミュレーショ
ンを実現できる。

【０１１７】また、請求項３記載の発明では、キャッシ
ュの動作が書き込み処理である場合と読み出し処理であ
る場合とを区別し、かつ、書き込み処理と読み出し処理
の各々に対してキャッシュがヒットした場合の動作とミ
スした場合の動作とを区別して消費電力を算出するた
め、ユニファイト形式の命令／データキャッシュを備え
たプロセッサに対して最適な消費電力のシミュレーショ
ンを実現できる。

【０１１８】また、請求項４記載の発明では、命令キャ
ッシュ用とデータキャッシュ用の消費電力情報を備え、
命令キャッシュではヒットした場合とミスした場合、デ
ータキャッシュでは書き込み処理と読み出し処理とを区
別し、かつ、各々に対してキャッシュがヒットした場合
とミスした場合とを区別して消費電力を算出するため、
ハーバード形式の命令／データキャッシュを備えたプロ
セッサに対して最適な消費電力のシミュレーションを実
現できる。

【０１１９】また、請求項５、請求項６、請求項７、請
求項８、請求項９、及び請求項１０記載の発明によれ
ば、シミュレーション実行前に、回路中の個々のバスマ
スター、バススレーブ、及びバス部に対して、回路レベ
ル又はゲートレベルのシミュレーション、又は実際に試
作した実チップの評価結果より、バスサイクルあたりに
消費される電力を求め、各々、バスマスター毎の消費電
力情報、バススレーブ毎の消費電力情報、及びアドレス
領域毎の消費電力情報に格納しておき、シミュレーショ
ン実行中は、前記のバスマスター毎の消費電力情報、バ
ススレーブ毎の消費電力情報、及びアドレス領域毎の消
費電力情報から、各バスサイクルの動作状態に応じた消
費電力を検索し、検索した消費電力より回路全体の消費
電力を求める。ここで、シミュレーションで実行される
バスサイクル数は通常数千、数百万サイクル以上の膨大
なサイクル数になるが、前記の各消費電力情報は計算機
中では表形式や関数形式等で保持することにより簡単に
検索、計算することが可能であり、また、一定時間毎の
消費電力を計算する場合も簡単な積算及び平均計算等に
より、高速に行なうことが可能である。よって、バスに
より、バスマスターやバススレーブが統合された半導体
集積回路の回路動作を模擬すると共に、その消費電力を
高速に見積もるシミュレーション方法を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態におけるシミュレー
ション実行時の処理の流れを示すフローチャート

【図２】本発明の第１、第２、第３、及び第４の実施の
形態におけるシミュレートされるプロセッサの命令セッ
トの一例を示す図

【図３】本発明の第１の実施の形態におけるシミュレー
ション対象となるプロセッサの命令毎の消費電力情報を
示す図

【図４】本発明の第１、第２、第３、及び第４の実施の
形態におけるシミュレーションの対象となるプロセッサ
で実行するプログラムの一例を示す図

【図５】本発明の第１の実施の形態におけるキャッシュ
動作毎の消費電力情報の一例を示す図

【図６】本発明の第１の実施の形態における消費電力計
算の過程及び結果を示す図

【図７】本発明の第２、第３及び第４の実施の形態にお
ける消費電力のシミュレーション方法のシミュレーショ
ン実行時の処理の流れを示すフローチャート

【図８】本発明の第２、第３及び第４の実施の形態にお
けるシミュレーション対象となるプロセッサの命令毎の
消費電力情報を示す図

【図９】本発明の第２及び第４の実施の形態におけるキ
ャッシュ動作毎の消費電力情報の一例を示す図

【図１０】本発明の第２の実施の形態における消費電力
計算の過程及び結果を示す図

【図１１】本発明の第３の実施の形態におけるキャッシ
ュ動作毎の消費電力情報の一例を示す図

【図１２】本発明の第３の実施の形態における消費電力
計算の過程及び結果を示す図

【図１３】本発明の第４の実施の形態における消費電力
のシミュレーション方法のシミュレーション実行時の処
理の流れを示すフローチャート

【図１４】本発明の第４の実施の形態における消費電力
計算の過程及び結果を示す図

【図１５】本実施の形態に係るシミュレーション処理を
実行する計算機のハードウエアの構成図の一例を示す図

【図１６】本発明の第５の実施の形態におけるバスマス
ターの命令セットの一例を示す図

【図１７】本発明の第５の実施の形態におけるバスマス
ターに与えるプログラムの一例を示す図

【図１８】本発明の第５の実施の形態においてプログラ
ムコードが記憶領域に格納された形態の一例を示す図

【図１９】本発明の第５の実施の形態における動作シミ
ュレーション結果の一例を示す図

【図２０】本発明の第５の実施の形態におけるシミュレ
ーション実行時の処理の流れを示すフローチャート

【図２１】本発明の第５の実施の形態におけるシミュレ
ーション対象となる回路の一例を示す図

【図２２】本発明の第５の実施の形態におけるシミュレ
ーションの対象となる回路のアドレス構成の一例を示す
図

【図２３】本発明の第５の実施の形態におけるアドレス
領域毎の電力情報の一例を示す図

【図２４】本発明の第５の実施の形態におけるバスマス
ターでのバスアクセスに伴う消費電力情報の一例を示す
図

【図２５】本発明の第５の実施の形態における各周辺機
能ブロックでのバスアクセスに伴う消費電力情報の一例
を示す図

【符号の説明】

１０１、７０１、１３０１ 初期化処理 １０４、７０４、７０７、１３０４、１３０７ キャッ
シュ部消費電力計算処理 １０５、７０５ 命令実行処理 １０６、７０６、１３０６ ＣＰＵ部消費電力計算処理 １０７、７０８ 消費電力計算処理 ３０１、８０１ 命令毎の消費電力情報 ５０１、９０１、１１０１ キャッシュ動作毎の消費電
力情報 ２００１ 初期化処理 ２００２ プログラム読み込み処理 ２００３ 命令読み込み処理 ２００４ バス状態読み込み処理 ２００５、２００７ 消費電力計算処理 ２００６ 命令実行処理 ２３０１ アドレス領域、転送モード、読み書きに依存
する消費電力情報 ２３０２ アドレス領域、転送モード、読み書きに依存
する消費電力情報 ２３０３ アドレス領域、転送モード、読み書きに依存
する消費電力情報

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5B005 JJ00 MM01 VV24 5B046 AA08 BA02 JA04 JA05 5F064 AA04 BB09 BB12 HH09 HH12 HH14

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キャッシュメモリを備えたプロセッサの
   命令動作を計算機中でシミュレートする方法において、 シミュレーション実行前に予め、 前記のプロセッサの命令セットに対して、各々の命令が
   実行される時に消費される電力を求め、命令毎の消費電
   力情報として記憶すると共に、 前記のキャッシュメモリの複数の動作に対して、各々の
   動作に消費される電力を求め、キャッシュ動作毎の消費
   電力情報として記憶しておき、 与えられたプログラムコードに対するシミュレーション
   実行時に、各々の命令に対して、 命令動作及びキャッシュ動作をシミュレートすると同時
   に、 前記の命令毎の消費電力情報より実行中の命令に対応す
   るＣＰＵコア部の消費電力を求め、 前記のキャッシュ動作毎の消費電力情報より、バスアク
   セスにより発生するキャッシュ動作に対応したキャッシ
   ュ部の消費電力を求め、 前記のＣＰＵコア部の消費電力と、前記のキャッシュ部
   の消費電力とから、前記のプロセッサが前記のプログラ
   ムコード実行時の消費電力を求めることを特徴とするシ
   ミュレーション方法。
2. 【請求項２】 前記のキャッシュ動作毎の消費電力情報
   が、少なくとも、キャッシュがヒットした場合の動作と
   ミスした場合の動作とを区別した消費電力情報であり、 与えられたプログラムコードに対するシミュレーション
   実行時に、各々の命令に対して、 発生したバスアクセスに対してキャッシュがヒットした
   場合には前記のキャッシュ動作毎の消費電力情報中のヒ
   ットした場合の動作に対する消費電力情報によりキャッ
   シュ部の消費電力を求め、キャッシュがミスした場合に
   はミスした場合の動作の消費電力情報によりキャッシュ
   部の消費電力を求めることを特徴とする請求項１に記載
   のシミュレーション方法。
3. 【請求項３】 前記のキャッシュ動作毎の消費電力情報
   が、少なくとも、キャッシュの動作が書き込み処理であ
   る場合と読み出し処理である場合とを区別した消費電力
   情報であり、かつ、書き込み処理と読み出し処理の各々
   に対して、キャッシュがヒットした場合の動作とミスし
   た場合の動作とを区別した消費電力情報であり、 与えられたプログラムコードに対するシミュレーション
   実行時に、各々の命令に対して、 発生したバスアクセスが読み出し処理であるか書き込み
   処理であるかと、キャッシュがヒットしたかミスしたか
   とを判断し、前記のキャッシュ動作毎の消費電力情報の
   該当する消費電力情報よりキャッシュ部の消費電力を求
   めることを特徴とする請求項１に記載のシミュレーショ
   ン方法。
4. 【請求項４】 前記のキャッシュ動作毎の消費電力情報
   として、命令キャッシュ用とデータキャッシュ用とを備
   え、 命令キャッシュ用のキャッシュ動作毎の消費電力情報
   は、少なくとも、キャッシュがヒットした場合の動作と
   ミスした場合の動作とを区別した消費電力情報であり、 データキャッシュ用のキャッシュ動作毎の消費電力情報
   は、少なくとも、キャッシュの動作が書き込み処理であ
   る場合と読み出し処理である場合とを区別した消費電力
   情報であり、かつ、書き込み処理と読み出し処理の各々
   に対して、キャッシュがヒットした場合の動作とミスし
   た場合の動作とを区別した消費電力情報であり、 与えられたプログラムコードに対するシミュレーション
   実行時に、各々の命令に対して、 発生したバスアクセスが、命令キャッシュに対する場合
   には、前記の命令キャッシュ用のキャッシュ動作毎の消
   費電力情報より、キャッシュがヒットしたかを判断し命
   令キャッシュ部の消費電力を求め、 発生したバスアクセスが、データキャッシュに対する場
   合には、発生したバスアクセスが読み出し処理であるか
   書き込み処理であるかと、キャッシュがヒットしたかミ
   スしたかとを判断し、前記のデータキャッシュ用のキャ
   ッシュ動作毎の消費電力情報の該当する消費電力情報よ
   りデータキャッシュ部の消費電力を求め、 前記の命令キャッシュ部の消費電力と前記のデータキャ
   ッシュ部の消費電力とからキャッシュ部全体の消費電力
   を求めることを特徴とする請求項１に記載のシミュレー
   ション方法。
5. 【請求項５】 １個以上のバスマスター及びバススレー
   ブがバスで接続された回路のアーキテクチャレベルの動
   作を計算機中でシミュレートする方法において、 シミュレーション実行前に予め、 前記のバスマスターが動作する時に消費する電力をバス
   マスター毎の消費電力情報に、 前記のバススレーブが動作する時に消費する電力をバス
   スレーブ毎の消費電力情報に、 前記のバスのアドレス空間に対して、個々のアドレス領
   域毎に、そのアドレス領域へのバスアクセス時にバス部
   で消費される電力をアドレス領域毎の消費電力情報とし
   て記憶しておき、 前記の回路に対するシミュレーション実行時に、各バス
   アクセスに対して、バスの動作をシミュレートすると同
   時に、 前記のバスマスター毎の消費電力情報より、バスマスタ
   ーの消費電力を求め、 前記のバススレーブ毎の消費電力情報より、バススレー
   ブの消費電力を求め、 前記のアドレス領域毎の消費電力情報より、発生したバ
   スアクセスのアドレス値に対応するバス部の消費電力を
   求め、 前記のバスマスターの消費電力と、前記のバススレーブ
   の消費電力と、及び前記のバス部の消費電力とから、前
   記の回路の動作時の消費電力を求めることを特徴とする
   シミュレーション方法。
6. 【請求項６】 前記のアドレス領域毎の消費電力情報
   が、少なくとも、バスアクセスのビット幅を区別した消
   費電力情報であり、 前記の回路に対するシミュレーション実行時に、各バス
   アクセスに対して、 バスアクセスが発生する場合には、前記のアドレス領域
   毎の消費電力情報より、発生したバスアクセスのアドレ
   ス値とそのビット幅に対応したバス部の消費電力を求め
   ることを特徴とする請求項５に記載のシミュレーション
   方法。
7. 【請求項７】 前記のアドレス領域毎の消費電力情報
   が、少なくとも、バスアクセスが読み出し処理である場
   合と書き込み処理である場合とを区別した消費電力情報
   であり、 前記の回路に対するシミュレーション実行時に、各バス
   アクセスに対して、 バスアクセスが発生する場合には、前記のアドレス領域
   毎の消費電力情報より、発生したバスアクセスのアドレ
   ス値と読み出し処理又は書き込み処理に対応したバス部
   の消費電力を求めることを特徴とする請求項５に記載の
   シミュレーション方法。
8. 【請求項８】 前記のアドレス領域毎の消費電力情報
   が、少なくとも、バスの転送モード及び転送ワード数に
   基づいた消費電力情報であり、 前記の回路に対するシミュレーション実行時に、各バス
   アクセスに対して、 バスアクセスが発生する場合には、前記のアドレス領域
   毎の消費電力情報より、発生したバスアクセスのアドレ
   ス値、転送モード、及び転送ワード数に対応したバス部
   の消費電力を求めることを特徴とする請求項５に記載の
   シミュレーション方法。
9. 【請求項９】 ＣＰＵコアとキャッシュメモリとから成
   るプロセッサと、バススレーブとが、バスで接続された
   回路のアーキテクチャレベルの動作を計算機中でシミュ
   レートする方法において、 与えられたプログラムコードに対して、ＣＰＵコア部の
   消費電力を、請求項１に記載の方法により求め、 キャッシュ部の消費電力を、請求項２、請求項３、又は
   請求項４に記載の方法のいずれかの方法により求め、 バス部の消費電力及びバススレーブ部の消費電力を、請
   求項５、請求項６、請求項７、及び請求項８に記載の方
   法の少なくとも１個以上の方法により求め、 前記のＣＰＵコア部の消費電力と、前記のキャッシュ部
   の消費電力と、前記のバススレーブ部の電力と、及び前
   記のバス部の消費電力とから、前記の回路アーキテクチ
   ャに対して前記のプログラムコード実行時の消費電力を
   求めることを特徴とするシミュレーション方法。
10. 【請求項１０】請求項１、請求項２、請求項３、請求項
    ４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、又は請
    求項９に記載のシミュレーション方法において、 シミュレーション実行中には、消費電力計算に必要な情
    報を記憶装置に保存しておき、 シミュレーション実行後に、前記の記憶装置に保存して
    おいた消費電力計算に必要な情報を元に、当該シミュレ
    ーションで求めた回路動作時の回路の消費電力を求める
    ことを特徴とするシミュレーション方法。
11. 【請求項１１】請求項１、請求項２、請求項３、請求項
    ４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項
    ９、又は請求項１０に記載のシミュレーション方法を記
    録した記録媒体。