JP2000242676A - 論理回路の消費電力計算方法及び計算装置 - Google Patents

論理回路の消費電力計算方法及び計算装置

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JP2000242676A
JP2000242676A JP11039756A JP3975699A JP2000242676A JP 2000242676 A JP2000242676 A JP 2000242676A JP 11039756 A JP11039756 A JP 11039756A JP 3975699 A JP3975699 A JP 3975699A JP 2000242676 A JP2000242676 A JP 2000242676A
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Akiko Inagawa
明子 稲川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力変化によって論理回路の部品内消費電力
を考慮し、正確な消費電力の計算を可能とした論理回路
の消費電力計算方法とその計算装置を提供する。 【解決手段】 論理回路の論理シミュレーション結果か
ら、論理回路における変化信号とその変化回数を識別す
る工程（Ｓ１０１）と、識別した結果に基づいて論理回
路を構成する部品のうち動作が変化する部品を識別する
とともに、前記部品の一の入出力信号が変化したとき
の、その部品の他の入力端子、出力端子の論理値から前
記部品の動作状態を認識し、その動作状態に応じた部品
状態別消費電力を収集する工程（Ｓ１０２）と、部品の
外側で消費される電力を計算する工程（Ｓ１０３）と、
部品状態別消費電力と部品の外側で消費される電力から
変化部品の消費電力を計算する工程（Ｓ１０４）と、変
化部品の消費電力から論理回路全体の消費電力を計算す
る工程（Ｓ１０５）を含む。部品の動作状況に応じた部
品内部で消費される消費電力を正確に計算し、論理回路
全体の消費電力を正確に計算することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は論理回路の消費電力
の計算技術に関し、特に論理シミュレーション結果に基
づいて論理回路の消費電力を計算する方法とその装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＣＭＯＳの消費電力は、貫通電流による
電流と、負荷容量の充放電に伴う電流と、リーク電流に
よる消費電力の和であることが知られている。貫通電流
による電力は、部品への入力波形のなまりに依存する。
負荷容量の充放電による電力消費は、部品の出力の負荷
容量の充放電による電力消費と、部品内部の負荷容量の
充放電に伴う電力消費に分けることができる。部品の出
力の負荷容量の充放電による消費電力は、一回の充放電
に対して、 Ｃ・Ｖ2 ／ｔ （ただし、Ｃ：負荷容量、Ｖ：電源電圧，Ｔ：時間）の
式により、高い精度で求まるが、部品内部で消費される
電力を予めライブラリ化する場合、より正確な消費電力
をライブラリに情報として格納するためには、部品内部
の各ゲートの出力負荷容量の充放電に伴う電力消費の有
無に応じた消費電力の値を、部品の動作状態に応じた情
報としてライブラリに格納する必要がある。リーク電流
による電力消費は、ゲートの動作状態によらず、ごく微
量である。
【０００３】従来の消費電力計算技術の一例が特開平８
ー３１４９９２号公報に記載されている。この公報に記
載されている消費電力計算方式は、論理シミュレーショ
ン結果を入力として、イベントの識別部及び変化信号の
識別部から変化信号を識別し、この信号が接続されてい
る全ての部品を計算対象とする。出力値により計算でき
る消費電力計算部と、入力値変化により計算できる部品
内部の電力計算部、及び部品内共通動作部の消費電力計
算部で消費電力を計算する。消費電力集計部で全イベン
ト、全部品に対して集計した後、消費電力集計部におい
て、平均消費電力、ピーク電力、平均及び時間毎のチッ
プ電力分布等を計算する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この公報の技
術には、次のような問題点がある。すなわち、消費電力
の計算に際し、入力値の変化によりきまる部品内電力消
費部分と、出力値の変化によりきまる部品内電力消費部
分と、共通動作部の電力消費部分とで、部品内部を分け
て計算を行うが、ある端子にイベントが起きた時に、こ
れと同時にその部品の他の入力論理値と出力論理値を参
照していないため、フリップフロップやラッチのような
部品において動作に応じた消費電力を正しく計算出来な
い場合が存在する。その理由は、ラッチやフリップフロ
ップにおいては、入力変化による部品内消費電力が、他
の入力端子と出力端子の論理値の両方の値により変化す
るので、部品内部を、入力の変化により電力を消費する
部分と、出力の変化により電力を消費する部分と、複数
の出力の同時動作により共通に電力を消費する部分に、
明確に分けることが出来ない場合があるからである。
【０００５】例えば、図３に示す論理回路の部品１００
は、インバータ構成のゲート対１０１，１０２と１０
３，１０４からなるフリップフロップ回路であり、その
入力側にそれぞれトランスファゲート１０５，１０６と
１０７，１０８を接続し、これらのトランスファゲート
をインバータ構成のゲート１０９，１１０を通したクロ
ックによりオン、オフ制御する構成である。この論理回
路に対して前記公報の技術により消費電力の計算を行な
うと、Ｉ２の信号が「０」から「１」に変化した時、ゲ
ート１０３４とゲート１０４にＩ１の値が伝搬するの
は、「Ｉ１とＯ１の論理値が等しくない時」である。
「Ｉ１とＯ１の論理値が等しい場合」には、ゲート１０
９とゲート１１０が動作するだけで、ゲート１０３とゲ
ート１０４は変化しない。この場合は、ゲート１０３と
ゲート１０４を出力変化より電力を消費する部分とし、
ゲート１０９とゲート１１０を入力Ｉ２に依存した部分
とすることが出来る。
【０００６】しかし、Ｉ１の信号が「０」から「１」に
変化した時に、ゲート１０１とゲート１０２の出力にＩ
１の値が伝搬するのは、「Ｉ２が負の時」である。「Ｉ
２が正の時」は、ゲート１０１とゲート１０２は変化し
ない。そのため、ゲート１０１とゲート１０２は、常に
は入力Ｉ１の変化により決まる電力消費部分とは言えな
くなり、正確な消費電力を計算することができない。
【０００７】本発明の目的は、入力変化によって論理回
路の部品内消費電力を考慮し、正確な消費電力の計算を
可能とした論理回路の消費電力計算方法とその計算装置
を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、入力波形なま
り、出力負荷容量、入力論理値、出力論理値等に基づい
て記論理回路の消費電力計算を行う方法において、論理
回路を構成する部品の一の端子にイベントがおきた時
に、他の入力端子と出力端子の論理値を同時に参照し、
前記部品の内部の動作状態に応じた消費電力を計算する
ことを特徴としている。ここで、本発明の好ましい計算
方法としては、論理回路の論理シミュレーション結果か
ら、前記論理回路における変化信号とその変化回数を識
別する工程と、前記識別した結果に基づいて前記論理回
路を構成する部品のうち動作が変化する部品を識別する
とともに、当該部品の入出力信号が変化したときの、そ
の部品の他の入力端子、出力端子の論理値から当該部品
の動作状態を認識し、その動作状態に応じた部品状態別
消費電力を収集する工程と、前記部品の外側で消費され
る電力を計算する工程と、前記部品状態別消費電力と前
記部品の外側で消費される電力から変化部品の消費電力
を計算する工程と、前記変化部品の消費電力から前記論
理回路全体の消費電力を計算する工程とを含んでいる。
また、この場合、前記部品の外側で消費される電力を計
算する工程を省略し、代わりに、部品状態別消費電力を
計算する工程において、部品状態別消費電力と部品の外
側で消費される電力の情報に基づいて消費電力を計算す
るようにしてもよい。
【０００９】また、本発明の計算装置は、結果ファイル
に格納されている論理シミュレータの結果による信号名
とその信号が変化した時刻及び論理値に基づいて、論理
回路における変化信号とその変化回数を識別する変化信
号識別手段と、前記論理回路のネットリストの情報と前
記変化信号識別手段の情報に基づいて前記論理回路を構
成する部品のうち、動作が変化される部品の種類とその
部品の入出力信号が変化したときの他の入力端子、出力
端子の論理値を識別し、当該部品の動作状態を識別する
部品種・部品状態識別手段と、ライブラリに格納されて
いる部品内部で消費される電力の値と前記部品種・部品
状態識別手段の情報に基づいて部品の動作状態に応じた
消費電力を収集する部品状態別消費電力電力収集手段
と、配線容量ファイルに格納されている前記論理回路の
ネットリストの各配線毎の容量値と前記変化信号識別手
段で識別された信号変化に基づいて出力負荷容量の充放
電による消費電力を計算する消費電力計算手段と、前記
部品状態別消費電力収集手段と前記消費電力計算手段の
情報に基づいて変化部品の消費電力を計算する変化部品
消費電力計算手段と、前記変化部品消費電力計算手段の
情報から前記論理回路全体の消費電力を計算する消費電
力集計手段とを備えることを特徴とする。また、この場
合、前記出力負荷容量の充放電による消費電力を計算す
る消費電力計算手段を省略し、代わりに、部品状態別消
費電力収集手段の構成として、ライブラリに格納されて
いる部品内部で消費される電力及び部品の外側で消費さ
れる電力の情報と前記部品種・部品状態識別手段の情報
に基づいて部品の動作状態に応じた消費電力を収集する
部構成としてもよい。
【００１０】本発明においては、論理回路を構成する部
品の一の変化信号と同時に、他の入力論理値と出力論理
値を参照することにより、部品の動作状況に応じた部品
内部で消費される消費電力を正確に計算し、論理回路全
体の消費電力を正確に計算することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明の消費電力計算装置の
第１の実施形態のブロック構成図であり、消費電力計算
部１０は、配線容量ファイル１、論理シミュレータの計
算結果が入力される結果ファイル３、ネットリスト４、
ライブラリ５から情報を取込み、消費電力を計算する。
前記消費電力計算部１０は、前記結果ファイル３の情報
が入力される変化信号識別手段１１と、前記ネットリス
ト４の情報と前記変化信号識別手段１１の出力が入力さ
れる部品種・部品状態識別手段１２と、前記ライブラリ
５の情報と前記部品種・部品状態識別手段１２の出力が
入力される部品状態別消費電力電力収集手段１３と、前
記配線容量ファイル１の情報と前記変化信号識別手段１
１の出力が入力される出力負荷容量の充放電による消費
電力計算手段（以下、単に、消費エネルギ計算手段と称
する）１４と、前記部品状態別消費電力収集手段と前記
消費電力計算手段１４の出力が入力される変化部品消費
電力計算手段１５と、前記変化部品消費電力計算手段１
５の出力が入力される消費電力集計手段１６を備えてい
る。
【００１２】ここで、前記配線容量ファイル１には、論
理回路のネットリスト４の各配線毎の容量値が格納され
ている。また、前記結果ファイル３には、論理シミュレ
ータ２の結果による信号名とその信号が変化した時刻及
び論理値が格納されている。また、前記ライブラリ５に
は、出力負荷容量の充放電による消費電力を含まない、
部品内部で消費される電力の値が格納されている。
【００１３】図２は図１に示した消費電力計算部１０に
よる、本発明の消費電力計算方法を説明するためのフロ
ーチャートである。図１及び図２を参照すると、先ず、
論理シミュレータ２は計算対象となる論理回路での論理
シミュレータを行ない、その結果から、信号名とその信
号が変化した時刻及び論理値の情報を結果ファイル３に
格納する。その上で、変化信号識別手段６は、前記結果
ファイル３から前記各情報を読み込む（Ｓ１０１）。次
いで、変化信号識別手段１１は、読み込んだ情報に基づ
いて、どの信号が変化したかを識別し、さらに、何回変
化したかを数える（Ｓ１０２）。
【００１４】次いで、部品種・部品状態識別手段１２
は、ネットリスト４の情報と変化信号識別手段１１から
の変化信号を入力とし、動作状態が変化した部品を識別
すると共に、当該識別した部品の一の入力端子、出力端
子の各信号が変化した時の、その部品の他の入力端子、
出力端子の論理値を識別し、当該部品の動作状態を識別
する。そして、部品状態別消費電力収集手段８は、部品
種・部品状態識別手段１２からの各部品の動作状態と、
ライブラリ５に格納されている部品の状態別に電力が測
定された部品情報とから、部品状態別消費電力を収集す
る（Ｓ１０３）。
【００１５】一方、消費電力計算手段１４は、ステップ
Ｓ１０２における変化信号識別手段１１からの情報と、
配線容量ファイル１の情報をもとに、部品の出力負荷容
量の充放電により消費される消費電力を計算する（Ｓ１
０４）。次いで、変化部品消費電力計算手段１５は、ス
テップＳ１０３における部品状態別消費電力収集手段１
３からの部品状態別消費電力と、消費電力計算手段１４
からの部品の出力負荷容量の充放電により消費される消
費電力の情報から動作が変化される変化部品の消費電力
を計算する（Ｓ１０５）。そして、消費電力集計手段１
６は、変化部品消費電力計算手段１５の情報を集計し、
論理回路全体で消費される消費電力を計算する（Ｓ１０
６）。なお、この消費電力集計手段１６では、平均消費
電力、ピーク電力、平均及び時間毎のチップ電力分布等
を計算することも可能である。
【００１６】以上の本発明の消費電力計算方法を図３に
示した論理回路の部品に当てはめると、前記したよう
に、Ｉ２に変化が起きた時、ゲート１０３とゲート１０
４にＩ１の値が伝搬するのは、「Ｉ１とＯ１の論理値が
等しくない時」であり、「Ｉ１とＯ１の論理値が等しい
時」には、ゲート１０３とゲート１０４に変化が起こら
ない。また、Ｉ１にイベントが発生した時に、ゲート１
０１とゲート１０２にＩ１の値が伝搬するのは、「Ｉ２
が負の時」であり、「Ｉ２が正の時」は、ゲート１０１
とゲート１０２には変化は起こらない。この部品に対
し、本発明では、出力変化により電力を消費するゲート
１０３及びゲート１０４と、入力Ｉ２に依存して電力を
消費するゲート１０９及びゲート１１０の消費電力の計
算が可能であることはもとより、さらに本発明では、論
理シミュレータ結果に基づいて、変化信号と信号変化回
数を識別し、さらに部品の動作状態を識別した上で、そ
の動作状態に応じた部品状態別消費電力を収集している
ので、常には入力Ｉ１の変化による決まる電力消費部分
とは言えないゲート１０９とゲート１１０の正確な消費
電力を計算することも可能となる。このように、部品の
一の入出力端子での変化信号と同時に、その部品の他の
入力論理値と出力論理値を参照することにより、部品内
部のゲートの動作状況に応じた部品内部で消費される消
費電力を正確に計算することが可能となる。
【００１７】図４は本発明の第２の実施形態の消費電力
計算装置のブロック回路である。同図において、前記第
１の実施形態と等価な部分には同一符号を付してある。
この第２の実施形態では、第１の実施形態の消費電力計
算手段１４が省略されており、配線容量ファイルの情報
が変化部品消費電力計算手段１５に直接入力されている
点が第１の実施形態とは相違している。また、第２の実
施形態のライブラリ５Ａには、出力負荷容量の充放電に
よる消費電力も含んだ消費電力の値が格納されている点
も第１の実施形態とは相違している。
【００１８】図５は第２の実施形態の消費電力計算方法
を説明するためのフローチャートである。図４及び図５
を参照すると、先ず、論理シミュレータ２は計算対象と
なる論理回路での論理シミュレータを行ない、その結果
から、信号名とその信号が変化した時刻及び論理値の情
報を結果ファイル３に格納する。その上で、変化信号識
別手段１１は、前記結果ファイル３から前記各情報を読
み込む（Ｓ２０１）。次いで、変化信号識別手段１１
は、読み込んだ情報に基づいて、どの信号が変化したか
を識別し、さらに、何回変化したかを数える（Ｓ２０
２）。
【００１９】次いで、部品種・部品状態識別手段１２
は、ネットリスト４の情報と変化信号識別手段１１から
の変化信号を入力とし、変化した部品を識別すると共
に、部品の一の入力端子、出力端子の各信号が変化した
時の、その部品の他の入力端子、出力端子の論理値を識
別し、当該部品の動作状態を識別する。そして、部品状
態別消費電力収集手段１３は、部品種・部品状態識別手
段１２からの各部品の動作状態と、ライブラリ５Ａに格
納されている部品の状態別に電力が測定された部品情報
とから、部品状態別消費電力を収集する（Ｓ１０３）。
また、このとき、ライブラリ５Ａからは、出力負荷容量
の充放電による消費電力の値も情報として収集される。
【００２０】一方、変化部品消費電力計算手段１５は、
ステップＳ１０３における部品状態別消費電力収集手段
１３からの部品状態別消費電力と、配線容量ファイル１
の情報をもとに、変化部品の消費電力を計算する（Ｓ２
０４）。このとき、部品状態別消費電力収集手段１３か
らの情報には、出力負荷容量の充放電による消費電力の
値も含まれているため、この出力負荷容量の充放電によ
る消費電力を加味した消費電力の計算も可能となる。そ
して、消費電力集計手段１６は、変化部品消費電力計算
手段１５の情報を集計し、論理回路全体で消費される消
費電力を計算する（Ｓ２０５）。
【００２１】この第２の実施形態においても、第１の実
施形態と同様に、部品内部のゲートの動作状況に応じた
部品内部で消費される消費電力を正確に計算することが
可能となる。また、この第２の実施形態では、ライブラ
リに予め出力負荷容量の充放電による消費電力の値が格
納されているため、この値を利用することで、消費電力
計算部における、出力負荷容量の充放電による消費電力
計算手段を省略することができ、構成を簡易化すること
が可能となる。また、処理ステップ数を削減でき、迅速
な計算が可能になる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、論理回路
を構成する部品の一の端子にイベントがおきた時に、他
の入力端子と出力端子の論理値を同時に参照し、前記部
品の内部の動作状態に応じた消費電力を計算することに
より、部品の動作状況に応じた部品内部で消費される消
費電力を正確に計算し、論理回路全体の消費電力を正確
に計算することができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の計算装置の第１の実施形態のブロック
回路図である。
【図２】本発明の計算方法の第１の実施形態のフローチ
ャートである。
【図３】本発明が適用可能な論理回路の部品の一例の回
路図である。
【図４】本発明の計算装置の第２の実施形態のブロック
回路図である。
【図５】本発明の計算方法の第２の実施形態のフローチ
ャートである。
【符号の説明】
１ 配線容量ファイル ２ 論理シミュレータ ３ 結果ファイル ４ ネットリスト ５ ライブラリ １０ 消費電力計算部 １１ 変化信号識別手段 １２ 部品種・部品状態識別手段 １３ 部品状態別消費電力収集手段 １４ 出力負荷容量の充放電による消費電力計算手段 １５ 変化部品消費電力計算手段 １６ 消費電力集計手段

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力波形なまり、出力負荷容量、入力論
    理値、出力論理値等に基づいて記論理回路の消費電力計
    算を行う方法において、前記論理回路を構成する部品の
    一の端子にイベントがおきた時に、他の入力端子と出力
    端子の論理値を同時に参照し、前記部品の内部の動作状
    態に応じた消費電力を計算することを特徴とする論理回
    路の消費電力計算方法。
  2. 【請求項２】 論理回路の論理シミュレーション結果か
    ら、前記論理回路における変化信号とその変化回数を識
    別する工程と、前記識別した結果に基づいて前記論理回
    路を構成する部品のうち動作が変化する部品を識別する
    とともに、前記部品の一の入出力信号が変化したとき
    の、その部品の他の入力端子、出力端子の論理値から前
    記部品の動作状態を認識し、その動作状態に応じた部品
    状態別消費電力を収集する工程と、前記部品の外側で消
    費される電力を計算する工程と、前記部品状態別消費電
    力と前記部品の外側で消費される電力から変化部品の消
    費電力を計算する工程と、前記変化部品の消費電力から
    前記論理回路全体の消費電力を計算する工程とを含むこ
    とを特徴とする論理回路の消費電力計算方法。
  3. 【請求項３】 論理回路の論理シミュレーション結果か
    ら、前記論理回路における変化信号とその変化回数を識
    別する工程と、前記識別した結果に基づいて前記論理回
    路を構成する部品のうち動作が変化する部品を識別する
    とともに、当該部品の一の入出力信号が変化したとき
    の、その部品の他の入力端子、出力端子の論理値から当
    該部品の動作状態を認識し、その動作状態に応じた部品
    状態別消費電力を収集する工程と、前記部品状態別消費
    電力と前記部品の外側で消費される電力の情報に基づい
    て変化部品の消費電力を計算する工程と、前記変化部品
    の消費電力から前記論理回路全体の消費電力を計算する
    工程とを含むことを特徴とする論理回路の消費電力計算
    方法。
  4. 【請求項４】結果ファイルに格納されている論理シミュ
    レータの結果による信号名とその信号が変化した時刻及
    び論理値に基づいて、論理回路における変化信号とその
    変化回数を識別する変化信号識別手段と、前記論理回路
    のネットリストの情報と前記変化信号識別手段の情報に
    基づいて前記論理回路を構成する部品のうち、動作が変
    化される部品の種類とその部品の入出力信号が変化した
    ときの他の入力端子、出力端子の論理値を識別し、当該
    部品の動作状態を識別する部品種・部品状態識別手段
    と、ライブラリに格納されている部品内部で消費される
    電力の値と前記部品種・部品状態識別手段の情報に基づ
    いて部品の動作状態に応じた消費電力を収集する部品状
    態別消費電力電力収集手段と、配線容量ファイルに格納
    されている前記論理回路のネットリストの各配線毎の容
    量値と前記変化信号識別手段で識別された信号変化に基
    づいて出力負荷容量の充放電による消費電力を計算する
    消費電力計算手段と、前記部品状態別消費電力収集手段
    と前記消費電力計算手段の情報に基づいて変化部品の消
    費電力を計算する変化部品消費電力計算手段と、前記変
    化部品消費電力計算手段の情報から前記論理回路全体の
    消費電力を計算する消費電力集計手段とを備えることを
    特徴とする論理回路の消費電力計算装置。
  5. 【請求項５】結果ファイルに格納されている論理シミュ
    レータの結果による信号名とその信号が変化した時刻及
    び論理値に基づいて、論理回路における変化信号とその
    変化回数を識別する変化信号識別手段と、前記論理回路
    のネットリストの情報と前記変化信号識別手段の情報に
    基づいて前記論理回路を構成する部品のうち、動作が変
    化される部品の種類とその部品の入出力信号が変化した
    ときの他の入力端子、出力端子の論理値を識別し、当該
    部品の動作状態を識別する部品種・部品状態識別手段
    と、ライブラリに格納されている部品内部で消費される
    電力及び部品の外側で消費される電力の情報と前記部品
    種・部品状態識別手段の情報に基づいて部品の動作状態
    に応じた消費電力を収集する部品状態別消費電力電力収
    集手段と、前記部品状態別消費電力収集手段の情報に基
    づいて変化部品の消費電力を計算する変化部品消費電力
    計算手段と、前記変化部品消費電力計算手段の情報から
    前記論理回路全体の消費電力を計算する消費電力集計手
    段とを備えることを特徴とする論理回路の消費電力計算
    装置。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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