JPH0926983A - 論理シミュレーション装置 - Google Patents

論理シミュレーション装置

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JPH0926983A
JPH0926983A JP7174911A JP17491195A JPH0926983A JP H0926983 A JPH0926983 A JP H0926983A JP 7174911 A JP7174911 A JP 7174911A JP 17491195 A JP17491195 A JP 17491195A JP H0926983 A JPH0926983 A JP H0926983A
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JP
Japan
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power consumption
cell
time
simulation
calculated
Prior art date
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Application number
JP7174911A
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English (en)
Inventor
Hirohisa Sakai
寛久 境井
Noriko Miyamoto
典子 宮本
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Renesas Design Corp
Mitsubishi Electric Corp
Mitsubishi Electric Semiconductor Systems Corp
Original Assignee
Renesas Design Corp
Mitsubishi Electric Corp
Mitsubishi Electric Semiconductor Systems Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 遅延時間の消費電力への依存性を考慮する。 【構成】 シミュレーション時刻が更新されるごとに、
対象回路を構成する各セルの入力ピンに信号変化(イベ
ント)があるか否かをステップS1で判定する。そし
て、イベントが発生するセルに対してのみ、ステップS
2でそのセルの消費電力を算出し、ステップS3、S4
で、消費電力に依存する遅延時間を算出する。ステップ
S5で遅延時間後のシミュレーション時刻をテーブルに
書き込む。ステップS8では、テーブルに書き込まれた
時刻の中で、現在のシミュレーション時刻に一致するも
のがあれば、シミュレーション結果を出力する。また、
ステップS9では、消費電力を表示装置の画面上にリア
ルタイムで出力する。 【効果】 消費電力への依存性を反映した遅延時間を取
り入れた論理シミュレーションが実現する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、論理シミュレー
ション装置に関し、特に、消費電力に依存する遅延時間
を取り入れた論理シミュレーションを実現するための改
良に関する。
【0002】
【従来の技術】LSI(大規模集積回路)などの回路設
計において、シミュレーション、すなわち計算機上に対
象とする回路(対象回路)のモデルを構築し、その動作
を模擬(シミュレート)する技術が、実機組立前の設計
検証の有力な手段として利用されている。デジタル回路
を対象とする論理シミュレーションは、このシミュレー
ション技術の代表的なものである。
【0003】論理シミュレーションでは、対象回路を
「セル」と称される所定の論理演算機能をもった構成単
位の組み合わせとして把握し、このセルのレベルでシミ
ュレーションを実行する。例えば、論理ゲート素子、そ
の集合体、ALU(算術論理演算ユニット)、カウンタ
などがセルとして扱われる。
【0004】図10は、従来の論理シミュレーション装
置の構成を示すブロック図である。この装置は、接続情
報部1、遅延計算部2、シミュレーション部3、およ
び、出力・表示部4を備えている。なお、図10には信
号の流れを矢印で示している。
【0005】接続情報部1には接続情報11が付与され
る。接続情報11は、回路図で表現される対象回路のセ
ルの種類とそれらの接続に関するデータである。接続情
報部1は、この接続情報11を読み取ることによって、
接続情報部1内に備わる所定のテーブルに格納する。テ
ーブルは、RAMなどの半導体記憶装置で構成されてお
り、遅延計算部2およびシミュレーション部3は、この
テーブルを参照しつつ演算を実行する。
【0006】遅延計算部2には、環境条件情報13、す
なわち、電源電圧、温度等のセルの動作環境に関するデ
ータおよび各セルを構成するデバイスの製造工程におけ
るばらつきに関するデータであるプロセス条件が入力さ
れる。遅延計算部2には、さらに、遅延時間計算用情報
12、すなわち、各セルの内部遅延時間、入力容量、出
力容量等の各セルの遅延時間の計算のもとになる情報が
入力される。遅延計算部2は、これらのデータと接続情
報部1のテーブルに書き込まれた接続情報とを参照しつ
つ、各セルの遅延時間を算出する。そして、この遅延時
間は、遅延計算部2に備わるテーブルに格納される。
【0007】シミュレーション部3には、論理演算機能
情報15、すなわち、各セルの論理演算機能に関するデ
ータが入力される。シミュレーション部3には、さら
に、接続情報11で規定される対象回路に計算機上で仮
想的に入力される入力信号の時系列的な組である入力テ
ストパターン14が付与される。シミュレーション部3
は、接続情報部1のテーブルに格納される接続情報1
1、遅延計算部2のテーブルに格納される遅延時間、論
理演算機能情報15、および入力テストパターン14に
もとづいて論理シミュレーションを実行する。
【0008】すなわち、この装置では、セルの遅延時間
を考慮した論理シミュレーションが行われる。そして、
シミュレーションの結果、すなわち、時間の進行にとも
なって変化する各セルの出力端子の信号値などが、出力
・表示部4に出力あるいは表示される。出力・表示部4
は、例えばプリンタなどの出力装置、あるいはCRTな
どの表示装置を備えている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】図10の装置に例示さ
れるように、遅延時間を考慮したシミュレーションを実
行する従来の論理シミュレーション装置では、各セルの
遅延時間は、電源電圧、温度、プロセス条件をも考慮し
て算出される。しかしながら、この温度は固定値であっ
て、各セルの消費電力すなわち損失熱にともなう温度上
昇による遅延時間の変化については、考慮がなされてい
なかった。
【0010】この発明は、従来の装置における上記した
問題点を解消するためになされたもので、消費電力への
依存性が考慮された遅延時間を取り入れた論理シミュレ
ーションを可能にする論理シミュレーション装置を提供
することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】第1の発明の装置は、対
象回路の論理シミュレーションを、当該対象回路を構成
する各セルの遅延時間を取り入れて実行する論理シミュ
レーション装置において、前記各セルの消費電力を算出
し、当該消費電力がもたらす前記各セルの温度変化への
依存性を反映するように前記遅延時間を算出することを
特徴とする。
【0012】第2の発明の装置は、第1の発明の論理シ
ミュレーション装置において、各セルに対して、その入
力ピンに入力される信号に変化が発生するごとに、前記
消費電力を算出することを特徴とする。
【0013】第3の発明の装置は、第1の発明の論理シ
ミュレーション装置において、表示装置の画面上に前記
対象回路の回路図を表示するとともに、当該回路図内に
前記各セルの前記消費電力を表示し、しかも、シミュレ
ーション時刻の進行にともなって前記消費電力が新たに
算出される度に更新することによって、リアルタイムで
前記消費電力を表示することを特徴とする。
【0014】第4の発明の装置は、第3の発明の論理シ
ミュレーション装置において、前記回路図内の前記各セ
ルを表示する部分を前記消費電力の大きさに対応する複
数種類の色で着色表示することによって、前記消費電力
を表示することを特徴とする。
【0015】
【作用】第1の発明の装置では、各セルの遅延時間を取
り入れた論理シミュレーションを実行するに際して、各
セルの消費電力による温度変化への依存性を考慮した遅
延時間が算出されるので、精度の良いシミュレーション
が実現する。
【0016】第2の発明の装置では、各セルの消費電力
の算出が、入力ピンへの入力信号の変化が発生するご
と、すなわち、消費電力の値に変化が現れる時期ごとに
行われるので、不必要に演算量を増やすことなく消費電
力の算出が行われる。
【0017】第3の発明の装置では、対象回路の回路図
が画面上に表示されるとともに、各セルの消費電力がリ
アルタイムで表示されるので、消費電力の変化に関する
知見が容易に得られる。
【0018】第4の発明の装置では、各セルを表示する
部分を消費電力の大きさに対応する複数種類の色で着色
表示するので、消費電力の変化の目視による把握が一層
容易である。
【0019】
【発明の実施の形態】
<1.装置の構成と動作の概略>図2は実施形態の論理
シミュレーション装置の構成を示すブロック図である。
なお、以下の図において、図10に示した従来装置と同
一部分については、同一符号を付してその詳細な説明を
略する。この実施形態の装置では、シミュレーション部
10が、入力されるセルの消費電力計算用情報16にも
とづいて各セルの消費電力を算出するとともに、この消
費電力を考慮して遅延時間を算出する点が、従来装置と
は特徴的に異なっている。
【0020】また、出力・表示部17が例えばCRT等
の表示装置を備えており、この表示装置が各セルの消費
電力を色または数値等でシミュレーションの進行にとも
なってリアルタイムで表示する点が、さらに特徴的に異
なっている。消費電力計算用情報16としては、各セル
の入力信号の値ごとの消費電力に関するデータが準備さ
れる。
【0021】図3は対象回路の一例を示す回路図であ
る。セルC1〜C3のそれぞれは論理ゲート素子であ
り、セルC4は論理ゲート素子C5〜C7の集合体であ
る。図3の回路図に例示される対象回路の構成に関する
データ、すなわち各セルC1〜C4の種類、およびそれ
らの間の接続に関するデータは、接続情報11として接
続情報部1へ入力される。接続情報部1および遅延計算
部2の動作は、従来装置におけると同様である。
【0022】図1は、シミュレーション部10の動作の
流れを示すフローチャートであり、図4は、図3の対象
回路を例とした論理シミュレーションの進行にともなう
対象回路の各部の値(「0」または「1」の値)の時間
に沿った変化を示すタイミングチャートである。以下
に、これらの図を参照しつつ、図3の対象回路を例とし
て実施形態の装置の動作を説明する。
【0023】図4の上方には、シミュレーション部10
に入力される入力テストパターン14の一例が示されて
いる。図4に示されるように、入力テストパターン14
は、図3の対象回路への入力信号D1〜D4の時系列の形
で付与される。シミュレーション部10は、入力テスト
パターン14が変化する時間間隔に比べてはるかに小さ
い時間幅(単位時間)で一段階ずつシミュレーション時
刻を進めつつ、シミュレーションを実行する。
【0024】図1に示すように、シミュレーション部1
0の動作が開始されると、まず、ステップS1におい
て、対象回路の中の一つのセルを探し出し、そのセルの
入力ピン(入力端子)にイベント、すなわち信号値の変
化があるか否かが判断される。もしも、信号値に変化が
あれば、処理はステップS2へと移行する。
【0025】ステップS2では、入力ピンにイベントが
見いだされたそのセルについて、消費電力が算出され
る。消費電力は、消費電力計算用情報16と入力ピンの
信号値とにもとづいて算出される。その計算手順の詳細
については後述する。
【0026】つづくステップS3では、消費電力に依存
する遅延係数が、ステップS2で得られた消費電力の値
とにもとづいて算出される。そして、つぎのステップS
4では、消費電力に依存する遅延時間が、遅延計算部2
のテーブルに格納される遅延時間の値と、ステップS3
で得られた遅延係数とにもとづいて算出される。これら
のステップS3、S4における計算の手順の詳細につい
ても後述する。
【0027】つぎに、ステップS5では、遅延時間にも
とづいてスケジューリングが行われる。すなわち、現在
のシミュレーション時刻から遅延時間後の時刻が算出さ
れるとともに、シミュレーション部10が備えるテーブ
ルに格納される。
【0028】つぎに、ステップS6において、対象回路
内に他のセルが残っているか否かが判定される。他のセ
ルが残っておれば、処理はステップS1へと戻って、残
りのセルの一つについて、ステップS1以降の処理が反
復される。あるセルにおいて、すべての入力ピンにイベ
ントがなければ、処理はステップS1からステップS6
へと飛躍し、ステップS2〜S5の処理は省かれる。こ
のようにして、入力端子にイベントが発生した対象回路
内のすべてのセルについて、順次、ステップS1〜S5
の処理が行われる。
【0029】つぎに、処理はステップS7へと移行し、
シミュレーション時刻が単位時間分進められる。すなわ
ち、シミュレーション時刻が一段階更新される。そし
て、つづくステップS8において、スケジューリングさ
れた時刻の中で、更新されたシミュレーション時刻に一
致するものがあれば、シミュレーション結果が出力・表
示部17へと出力される。出力・表示部17へ出力され
たシミュレーション結果は、例えば出力・表示部17が
備えるプリンタによってプリント出力される。出力・表
示部17からは、例えば、各セルの出力信号の値および
消費電力の値が、現在のシミュレーション時刻の値とと
もに出力される。
【0030】つぎに、ステップS9において、ステップ
S2で算出された消費電力の値が、出力・表示部17へ
と出力される。出力された消費電力の値は、出力・表示
部17が備えるCRT等の表示装置にリアルタイムで表
示される。後述するように、消費電力はCRTに映し出
された対象回路の回路図上に、色または数値、あるいは
双方で表示される。
【0031】つぎに、処理はステップS10へと移行
し、シミュレーション時刻が、あらかじめ設定されるシ
ミュレーション終了時刻に達しているか否かが判定され
る。終了時刻に達していなければ、処理はステップS1
へと戻り、達しておればすべての処理を終了する。
【0032】図4のタイミングチャートにおいて、シミ
ュレーション時刻が、例えば時刻t1にあるときには、
対象回路を構成するセルC1〜C4の中で、唯一入力ピ
ンに信号の変化が発生するセルC1に対して、ステップ
S2〜ステップS5の処理が実行される。セルC1で
は、時刻t1において、入力ピンI11に信号値の変化が
発生している。
【0033】ステップS2の処理によって、セルC1に
おける前回のイベント発生時点すなわち時刻t0から、
現在時刻t1までの期間での消費電力が算出される。そ
うして、ステップS3〜ステップS4の処理によって、
セルC1の出力ピンE1の出力の遅延時間T1が、ステッ
プS2で算出された消費電力を考慮した上で算出され
る。そして、ステップS5において、時刻t1から遅延
時間T1後の時刻t2がスケジューリングされる。
【0034】その後、シミュレーション時刻が一段階ず
つ更新され、やがて時刻t2に達すると、時刻t1におい
てスケジューリングされた時刻と現在時刻t2とが一致
する。このため、時刻t2では、ステップS8において
シミュレーション結果が出力される。図4のタイミング
チャートには、対象回路のいずれかのセルにイベントが
発生する時刻t0〜t13、および算出される遅延時間T1
〜T6が例示されている。
【0035】以上のように、この論理シミュレーション
装置では、遅延時間を取り入れたシミュレーションが実
行され、しかも算出される遅延時間にはその消費電力依
存性が考慮されている。このため、対象回路の挙動を従
来装置に比べて高い精度で模擬することが可能である。
【0036】また、消費電力の算出は、各セルにイベン
トが発生するごとに行われる。すなわち、消費電力の値
に変化が発生するごとに行われるので、消費電力の算出
が無駄のない少ない演算量で行われる。
【0037】<2.遅延時間算出の詳細>つぎに、ステ
ップS2〜ステップS4で実行される消費電力および遅
延時間の算出の手順の一例について詳細に説明する。図
5は、最も一般化されたセルの回路図であり、一般にn
(n≧1)個の入力ピンI1〜Inおよびm(m≧1)個
の出力ピンO1〜Omを備えている。まず、最も簡単な、
n=1の場合、すなわち、セルの入力端子が1個である
場合について説明する。
【0038】この簡単なセルにおいて、入力ピンI1
信号値は、論理シミュレーションの進行にともなって、
図6のタイミングチャートに示すように時間とともに推
移する。図6において、Δt0、Δt1、Δt2は、それ
ぞれ入力ピンI1へ入力される信号の値が、S0、S
1、S2である期間の長さを表している。各期間Δ
0、Δt1、Δt2における消費電力P0、P1、P2
は、それぞれ、入力ピンI1への入力信号がS0からS
1へ、S1からS2へ、S2からつぎの信号値へと変化
するシミュレーション時刻において算出される。
【0039】これらのP0〜P2は、P0=f(0,Δ
0,CELL1,I1)、P1=f(P0,Δt1,CELL
1,I1)、および、P2=f(P1,Δt2,CELL1,
1)、で与えられる。ここでf()は、各セルの特性
を考慮して適切に定義された関数であり、消費電力計算
用情報16によって付与される。関数f()は、一般に
はセルごとに異なる関数であり、このことを反映して、
セルを識別する変数(第3番目の独立変数)に依存した
形で与えられている。ここでは、図5のセルCELL1の消
費電力Pnを算出するために、第3番目の独立変数に
は、「CELL1」が入力されている。第4番目の独立変数
1は、入力ピンI1の信号変化の有無を表現する2値変
数である。
【0040】一般に、第n回目のイベント発生時点にお
いて、前回(第n−1回)のイベント発生時から今回
(第n回)のイベント発生時までの期間Δtn-1におけ
る消費電力Pnは、Pn=f(Pn-1,Δtn-1,CELL1,
1)、で与えられる。消費電力Pnが、前回のイベント
時に算出された消費電力Pn-1に依存しているのは、関
数f()を、消費電力Pn-1と、消費電力Pn-1からの変
動分ΔPとの和の形式で与えているためである。すなわ
ち、Pn=Pn-1+ΔP、で消費電力Pnが与えられる。
【0041】消費電力Pnを、このように前回の値とそ
れからの変動分の和の形式で与えるのではなく、直接に
与えることも可能である。その場合には、消費電力Pn
は消費電力Pn-1には依存しない。
【0042】図5のセルにおいて入力ピンが1個に限定
されない一般の場合には、消費電力Pnは、Pn=f(P
n-1,Δtn-1,CELL1,Spin)、で与えられる。こ
こで、独立変数Spinは、各入力ピンごとに入力信号
に変化があったか否かを表現する2値変数の組である。
すなわち、各入力ピンI1〜Inごとに、入力信号の変化
があったか否かを1または0で表現するフラグを格納す
るテーブルが、シミュレーション部10には準備されて
おり、このフラグを参照しつつ消費電力Pnの算出が行
われる。
【0043】以上の手順によって、セルの入力ピンにイ
ベントが発生するたびに、セルの消費電力Pnが算出さ
れる(ステップS2)。セルの遅延係数Pcoefは、算出
された消費電力Pnを用いて、Pcoef=g(Pn,CELL
1)、にもとづいて算出される(ステップS3)。ここ
で、g()は、消費電力Pnとセルを識別する変数とに
依存する関数であり、各セルの熱的特性すなわち消費電
力と温度上昇との関係、遅延時間の温度依存性を考慮し
て適切に定義される。
【0044】例えば入力ピンI1の入力信号に変化があ
った後に、それにともなって出力ピンO1の出力信号に
変化が現れるまでには、図7に例示するように、一般に
遅延時間Tだけの遅れが生じる。消費電力を考慮しない
遅延時間Tについては、遅延計算部2で既に算出され、
テーブルに格納されている。ステップS4では、消費電
力を考慮しない遅延時間TとステップS3で算出された
遅延係数Pcoefとを用いて、消費電力に依存する遅延時
間Tpが、Tp=T・Pcoef、にもとづいて算出され
る。
【0045】以上の手順によって、消費電力に起因する
セルの温度変化を考慮した遅延時間Tpが算出される。
【0046】<3.遅延時間表示の詳細>つぎに、ステ
ップS9における消費電力出力処理について説明する。
図8に示すように、出力・表示部17には、各セルごと
に消費電力の値を格納する消費電力テーブルが備わって
いる。新たに算出された消費電力がステップS9におい
てシミュレーション部10から出力されるごとに、テー
ブル内の消費電力の値が書き換えられる。すなわち、消
費電力テーブルは、各セルごとの消費電力の値を、シミ
ュレーションの進行にともなってリアルタイムで保持す
る。
【0047】出力・表示部17には、さらに、表示装置
の画面上に色分けを行うための色指定テーブルが備わっ
ている。図9は、色指定テーブルの一例を示す構造図で
ある。色指定テーブルでは、消費電力の値を複数段階に
区分し、各段階ごとに表示すべき色が指定されている。
例えば、消費電力Pの値が、Pb≦P<Pcの範囲にあ
るときには、緑色が割り当てられる。
【0048】出力・表示部17は、シミュレーションが
進行する間、図3に例示する対象回路の回路図を表示装
置の画面上に常時表示する。そして、消費電力テーブル
に保持される各セルC1〜C4の消費電力の値に対応し
た色を色指定テーブルから選択し、各セルC1〜C4の
回路記号すなわち各セルC1〜C4を表示する部分を、
選択された色でそれぞれ着色表示する。同時に、各セル
C1〜C4の消費電力の値を、各セルC1〜C4内に数
値で表示する。
【0049】シミュレーションの進行にともなって、消
費電力テーブルの内容がリアルタイムで更新されるため
に、消費電力に対応した画面上の着色表示、および数値
表示は、リアルタイムで各セルの消費電力を表現する。
なお、複数の論理ゲート素子で構成される上位のセルC
4に関する表示は、セルC4の消費電力に対応する一つ
の表示とする代わりに、その下位のセルC5〜C7ごと
に個別に行ってもよい。
【0050】以上のように、この論理シミュレーション
装置では、画面上の回路図内に各セルの消費電力がリア
ルタイムで表示される。このため、この論理シミュレー
ション装置を操作ないし利用するオペレータは、対象回
路の消費電力の推移を容易に把握することができる。特
に、消費電力の大きさが着色で表示されることによっ
て、目視による把握が一層容易化されている。
【0051】
【発明の効果】第1の発明の装置では、遅延時間を考慮
した論理シミュレーションを実行するに際して、各セル
の消費電力による温度変化への依存性を考慮した遅延時
間が算出されるので、従来装置にない精度の高いシミュ
レーションが実現する。
【0052】第2の発明の装置では、各セルの消費電力
の算出が、入力ピンへの入力信号の変化が発生するごと
に行われるので、消費電力の算出が適切な演算量で無駄
なく行われる。
【0053】第3の発明の装置では、対象回路の回路図
が画面上に表示されるとともに、各セルの消費電力がリ
アルタイムで表示されるので、オペレータは消費電力の
変化に関する知見を容易に得ることができる。
【0054】第4の発明の装置では、各セルを表示する
部分を消費電力の大きさに対応する複数種類の色で着色
表示するので、消費電力の変化の目視による把握が一層
容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施形態のシミュレーション部の動作を示す
フローチャートである。
【図2】 実施形態の装置の構成を示すブロック図であ
る。
【図3】 対象回路の一例を示す回路図である。
【図4】 図3の回路を対象回路としたときのタイミン
グチャートである。
【図5】 一般化されたセルの回路図である。
【図6】 図5のセルを対象回路としたときのタイミン
グチャートである。
【図7】 図5のセルを対象回路としたときのタイミン
グチャートである。
【図8】 消費電力テーブルの構造を示す図である。
【図9】 色指定テーブルの構造を示す図である。
【図10】 従来の装置の構成を示すブロック図であ
る。
【符号の説明】
C1〜C7 セル、I11,I12,I21,I22,I3,I
41,I42,I43,I1〜in 入力ピン。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対象回路の論理シミュレーションを、当
    該対象回路を構成する各セルの遅延時間を取り入れて実
    行する論理シミュレーション装置において、 前記各セルの消費電力を算出し、当該消費電力がもたら
    す前記各セルの温度変化への依存性を反映するように前
    記遅延時間を算出することを特徴とする論理シミュレー
    ション装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の論理シミュレーション
    装置において、 各セルに対して、その入力ピンに入力される信号に変化
    が発生するごとに、前記消費電力を算出することを特徴
    とする論理シミュレーション装置。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の論理シミュレーション
    装置において、 表示装置の画面上に前記対象回路の回路図を表示すると
    ともに、当該回路図内に前記各セルの前記消費電力を表
    示し、しかも、シミュレーション時刻の進行にともなっ
    て前記消費電力が新たに算出される度に更新することに
    よって、リアルタイムで前記消費電力を表示することを
    特徴とする論理シミュレーション装置。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載の論理シミュレーション
    装置において、 前記回路図内の前記各セルを表示する部分を前記消費電
    力の大きさに対応する複数種類の色で着色表示すること
    によって、前記消費電力を表示することを特徴とする論
    理シミュレーション装置。
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JP (1) JPH0926983A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8423937B2 (en) 2009-08-05 2013-04-16 Fujitsu Semiconductor Limited Support program, design support device, and design support method

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