JP2003114914A - ソフトウェア／ハードウェア協調設計方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハードウェアで実行される部分とソフトウェ
アで実行される部分を含むシステム全体の処理手順を、
一般に用いられるプログラム言語を用いて記述して、ハ
ードウェア化したい部分を実行するハードウェアと、ソ
フトウェア化したい部分を実行する計算機プログラムを
得る。 【手段】 計算機プログラム言語で記述されたシステム
全体の処理手順から、ハードウェアで実行される部分手
順を取り出し、それを実行するハードウェアを合成す
る。また、計算機プログラム言語を用いて、ハードウェ
ア動作制御記述を生成し、計算機プログラム言語で記述
されたシステム全体の処理手順のうち、ハードウェアで
実行される部分手順を、ハードウェア動作制御記述に置
き換える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ソフトウェアによ
ってシステム機能が実現される部分とハードウェアによ
ってシステム機能が実現される部分とを含むように情報
処理システムの設計を行う、ソフトウェア／ハードウェ
ア協調設計方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像処理および音声処理等のように、特
定の計算処理を大量に行う必要がある情報処理システム
を設計する場合には、一般に、プログラム中の計算量が
多い部分は特定の計算処理を行う専用のハードウェアに
よって高速に処理が行われ、それ以外の計算量が少ない
部分は計算機を用いてソフトウェアによって処理が行わ
れるように、情報処理システムが構成される。このよう
に、全体処理の一部分がハードウェアによって実行さ
れ、残りの部分がソフトウェアによって実行されるよう
なシステムにおいて、ソフトウェア部とハードウェア部
とを同時に設計することを、ソフトウェア/ハードウェ
ア協調設計、ソフトウェア／ハードウェア同時設計、ま
たはソフトウェア／ハードウェアコデザイン等と称す
る。

【０００３】従来のソフトウェア／ハードウェア協調設
計方法としては、例えば特開平９−８１６０７号公報に
開示されているような方法が挙げられる。この方法で
は、まず、ソフトウェアによる処理とハードウェアによ
る処理とを含むシステム全体の処理が、独自の言語であ
る「個人の言語」によって設計される。その「個人の言
語」によるシステム全体の記述から、ハードウェアによ
って処理が行われる部分の記述と、ソフトウェアによっ
て処理が行われる部分の記述とが取り出されて、前者は
ハードウェア設計に用いられる、ハードウェアを論理合
成可能なハードウェア記述言語に変換され、後者は計算
機で実行可能なプログラム言語に変換される。

【０００４】一方、計算機を用いてソフトウェアによっ
て実行可能なプログラム全体を、ハードウェアによって
実行する技術としては、例えば特開平１１−２５０１１
２号公報、および”Ａ Ｃ−ｂａｓｅｄ Ｓｙｎｔｈｅｓ
ｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ， Ｂａｃｈ， ａｎｄ ｉｔｓ Ａｐ
ｐｌｉｃａｔｉｏｎ，” Ｐｒｏｃ． ｏｆ Ａｓｉａａ
ｎｄ Ｓｏｕｔｈ Ｐａｃｉｆｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ａｕｔ
ｏｍａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆ．２００１，ｐｐ．１５１−
１５５，２００１． （ＩＥＥＥ Ｃａｔａｌｏｇ Ｎｕ
ｍｂｅｒ： ０１ＥＸ４５５）等に開示されているよう
な技術が挙げられる。

【０００５】図１は、これらの方法を説明するためのフ
ローチャートである。ステップ１において、Ｃ言語を拡
張したプログラム言語を用いたアルゴリズム記述が与え
られると、ステップ２において、プログラムを実行する
ための制御の流れとデータの流れとが解析されて、コン
トロールデータフローグラフ（ＣＤＦＧ）と称されるモ
デルに変換される。このＣＤＦＧはプログラムのフロー
チャートに類似したグラフであり、演算、外部入出力お
よびメモリアクセス実行順序の依存関係が表現されてい
る。

【０００６】次に、ステップ３では、高位合成技術を用
いて、ＣＤＦＧからハードウェア記述言語の１つである
ＶＨＤＬ言語による記述が生成される。この高位合成術
については、例えば”Ｈｉｇｈ Ｌｅｖｅｌ Ｓｙｎｔｈ
ｓｉｓ，” Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｕｂｌ
ｉｓｈｅｒｓ等の文献にその詳細が記載されている。

【０００７】次に、ステップ４において、ＶＨＤＬ言語
による記述からハードウェアが生成される。ＶＨＤＬ言
語等のハードウェア記述言語による記述は、論理合成に
よって容易にハードウェア化することができる。また、
論理合成技術はハードウェア設計においては一般的な既
知の技術である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】一般に、ある情報処理
システムを設計する場合には、まず、システム全体のア
ルゴリズムを決定するためのアルゴリズム設計が行われ
る。アルゴリズム設計は、シミュレーションの容易性お
よび処理の高速性という観点から、Ｃ言語等のように、
ソフトウェアを記述するために用いられる計算機で実行
可能なプログラム言語（計算機プログラム言語）を用い
て行われることが多い。

【０００９】しかしながら、上述した特開平９−８１６
０７号公報に開示されているソフトウェア／ハードウェ
ア協調設計方法では、システム全体のアルゴリズム設計
において、一般にソフトウェアの設計に用いられる計算
機プログラム言語ではなく、ハードウェアを記述する言
語であるハードウェア記述言語でもない、独自の言語で
ある「個人の言語」が用いられている。この「個人の言
語」による記述自体は、計算機によって実行することが
できず、「個人の言語」によって記述されたシステム全
体のアルゴリズムを検証するためには、一旦、計算機プ
ログラム言語による記述に変換し、その記述を実行して
確認する必要があり、アルゴリズムの検証作業に手間が
かかる。また、「個人の言語」による記述と、計算機プ
ログラム言語による記述とは異なるため、アルゴリズム
記述から生成された、計算機プログラム言語による記述
に問題が見つかったとしても、元の「個人の言語」によ
る記述の誤っている箇所がどこであるかをすぐに見つけ
ることはできない。

【００１０】また、アルゴリズム設計者は、一般に用い
られる計算機プログラム言語およびハードウェア記述言
語ではない、独自の言語である「個人の言語」を新たに
学習する必要があり、また、不慣れな言語を使用するこ
とにより設計の効率が低下するというおそれがある。さ
らに、「個人の言語」によって記述されたシステム全体
のアルゴリズム記述のうち、ハードウェアによって実行
される部分はハードウェア記述言語に変換され、ソフト
ウェアによって実行される部分はＣ言語等のプログラム
言語に変換されるため、異なる言語に変換することによ
って変換処理に手間がかかる。

【００１１】一方、特開平１１−２５０１１２号公報、
および”Ａ Ｃ−ｂａｓｅｄ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ Ｓｙ
ｓｔｅｍ， Ｂａｃｈ， ａｎｄ ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａ
ｔｉｏｎ，” Ｐｒｏｃ． ｏｆ Ａｓｉａ ａｎｄ Ｓｏ
ｕｔｈ Ｐａｃｉｆｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ａｕｔｏｍａｔ
ｉｏｎ Ｃｏｎｆ．２００１，ｐｐ．１５１−１５５，
２００１． （ＩＥＥＥ Ｃａｔａｌｏｇ Ｎｕｍｂｅ
ｒ： ０１ＥＸ４５５）等に開示されている方法では、
計算機で実行可能なプログラム言語、それを拡張した言
語等により、システム全体のアルゴリズム設計を行うこ
とができる。しかしながら、この方法では、システム全
体をハードウェア化することはできるが、一部分の手順
がハードウェアによって実行され、残りの部分の手順が
ソフトウェアによって実行されるような情報処理システ
ムを得ることはできない。

【００１２】本発明は、このような従来技術の課題を解
決するためになされたものであり、ハードウェアによっ
て実行される部分とソフトウェアによって実行される部
分とを含む情報処理システム全体のアルゴリズムを、一
般にソフトウェアを記述するために用いられるプログラ
ム言語、またはそれを拡張した言語等、計算機によって
実行可能なプログラム言語を用いて記述して、そのアル
ゴリズム記述中のハードウェア化したい部分を実行する
ハードウェアと、そのハードウェアを制御すると共にソ
フトウェア化したい部分を実行する計算機プログラムと
を得ることができるソフトウェア／ハードウェア協調設
計方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のソフトウェア／
ハードウェア協調設計方法は、一連の情報処理手順のう
ち、一部分の手順をハードウェアによって実行し、残り
の部分の手順を計算機を用いてソフトウェアによって実
行する情報処理システムを設計する、ソフトウェア／ハ
ードウェア協調設計方法であって、計算機で実行可能な
プログラム言語により記述された一連の情報処理手順か
ら、ハードウェアによって実行される部分手順を取り出
して、該部分手順を実行するハードウェアの記述を作成
するステップと、該計算機で実行可能なプログラム言語
を用いて、該ハードウェアの動作を制御する記述を生成
するステップと、該計算機で実行可能なプログラム言語
により記述された一連の情報処理手順のうち、ハードウ
ェアによって実行される部分手順を、該ハードウェアの
動作を制御する記述に置き換えるステップとを含み、そ
のことにより上記目的が達成される。

【００１４】上記方法によれば、Ｃ言語、またはそれを
拡張した言語等、計算機で実行可能なプログラム言語を
用いてシステム全体を記述することができる。よって、
システム全体の記述を計算機を用いて実行して、特別な
変換作業等を行うことなく、システム全体の検証を行う
ことができる。また、システム全体の記述を直接実行し
て検証を行うことができるため、問題が見つかった場合
にも修正が容易である。

【００１５】また、システム全体の情報処理手順のう
ち、一部分をハードウェアによって実行し、残りの部分
をソフトウェアによって実行する場合においても、ハー
ドウェアによって実行される部分の記述がハードウェア
を制御する記述に変更されるだけである。よって、特別
な変換作業を行うことなく、ソフトウェアによって実行
される部分の計算機プログラムを容易に得ることができ
る。また、得られるソフトウェア化部分を実行するため
の計算機プログラムは、元の記述に近いため、設計者が
容易に理解することができ、問題が見つかった場合に
も、容易に修正を行うことができる。

【００１６】また、ソフトウェアおよびハードウェアの
振り分けは、設計者が予め定めておくことにより、Ｃ言
語、またはそれを拡張した言語によって記述されたシス
テム全体の記述から、ハードウェア化したい部分の記述
を取り出して高位合成を行うことにより、ハードウェア
記述言語によるハードウェア記述を作成し、論理合成を
行うことにより、容易にハードウェアを作成することが
できる。

【００１７】さらに、システム全体の記述と、ソフトウ
ェア化部分を実行するための計算機プログラムと、ハー
ドウェア化部分を生成するための記述の全てを、同一の
計算機で実行可能なプログラム言語のみを用いて記述す
ることができる。よって、設計者は１種類の計算機で実
行可能なプログラム言語のみを習得すればよく、使い慣
れた言語を用いて設計を行うことができるため、設計効
率が向上する。

【００１８】前記ハードウェアの記述を作成するステッ
プにおいて、前記計算機で実行可能なプログラム言語に
より記述された一連の情報処理手順のうち、ハードウェ
アによって実行される部分手順に対して、該部分手順で
使用されるデータを外部から読み込む手順と、該部分手
順を実行した結果を外部に書き込む手順とを付加して、
それらの手順が付加された部分手順を実行するハードウ
ェアの記述を作成することができる。

【００１９】上記方法によれば、ハードウェアによって
実行される記述部分にインターフェイス記述を付け加え
ることによって、ハードウェア化したい部分手順を実行
するハードウェアと、ソフトウェア化したい部分手順を
実行する計算機との間で、データの受け渡しを行うこと
ができる。

【００２０】前記ハードウェアの動作を制御する記述を
作成するステップにおいて、該ハードウェアによって実
行される部分手順で使用されるデータを該ハードウェア
に書き込む手順と、該ハードウェアに処理を開始する信
号を送る手順と、該ハードウェアの処理が終了するまで
待つ手順と、該ハードウェアによって該部分手順を実行
した結果を読み込む手順と、のうち、少なくとも１つの
手順を含むハードウェアの動作制御記述を作成すること
ができる。

【００２１】上記方法によれば、ソフトウェア化したい
部分手順を実行する計算機と、ハードウェア化したい部
分手順を実行するハードウェアとの間で、データの受け
渡しを行うことができる。また、ハードウェアの動作制
御記述を、元のプログラム記述のハードウェア化したい
部分の記述と入れ換えることにより、計算機でプログラ
ムを実行するだけで、自動的にハードウェア化したい部
分の記述の処理をハードウェアによって高速に実行する
ことができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面に基づいて説明する。

【００２３】図２は、本発明の一実施形態であるソフト
ウェア／ハードウェア協調設計方法について説明するた
めのフローチャートである。本明細書では、実行しよう
とする処理の全体が記述されたプログラムを全体プログ
ラム、全体プログラム中のハードウェア化したい部分の
プログラムをハードウェア化プログラム、残りの部分を
ソフトウェア化プログラムと称する。

【００２４】本実施形態のソフトウェア／ハードウェア
協調設計方法では、まず、ステップ２１において、記述
の一部がハードウェアによって実行され、残りの部分が
計算機を用いてソフトウェアによって実行される全体プ
ログラムが、Ｃ言語もしくはＦＯＲＴＲＡＮ等のプログ
ラム言語、またはそれらの言語を拡張した言語であるＢ
ａｃｈ Ｃ言語、Ｓｙｓｔｅｍ Ｃ言語、Ｓｐｅｃ Ｃ言
語等のように、計算機で実行可能な同一のプログラム言
語によって記述される。システム全体が計算機によって
実行可能なプログラム言語を用いて記述されるため、通
常のソフトウェアを計算機上で実行する場合と同様に、
システム全体を容易に検証することができる。

【００２５】図３に、Ｃ言語で記述された全体プログラ
ムの一例を示す。この図３では、図を見易くするため
に、一部の処理の記述を省略して、（処理Ａ）等として
表記されている。この全体プログラムは、ｍａｉｎ関数
１３５内の処理が上から順に実行され、途中の１３３に
おいて関数ｆｕｎｃ１ １３１が呼び出され、１３４に
おいて関数ｆｕｎｃ２ １３２が呼び出される構造とな
っている。

【００２６】次に、図２に示すステップ２２では、全体
プログラムからハードウェア化プログラムが取り出さ
れ、ステップ２３において、ハードウェア化プログラム
の処理がハードウェア記述言語に変換されて、ハードウ
ェア記述が生成される。

【００２７】このステップ２２およびステップ２３の処
理の手順について、図４を用いて説明する。Ｃ言語もし
くはＦＯＲＴＲＡＮ等のプログラム言語、またはそれら
の言語を拡張した言語によって記述された全体プログラ
ム１１１には、ハードウェア化プログラムＡ １１２お
よびハードウェア化プログラムＢ １１３が含まれてい
る。

【００２８】全体プログラム１１１中、ハードウェア化
プログラムおよびソフトウェア化プログラムの振り分け
は、設計者によって予め設定される。本発明は、ＬＳＩ
等の設計に利用され、後述するプログラムの実行段階で
は、これらの部分プログラム１１２および１１３の処理
は、ハードウェアによって実行される。よって、設計者
は、設計されたシステムの高速化、小型化、低消費電力
化（省エネルギー化）等を考慮しながら、ソフトウェア
部分およびハードウェア部分の振り分けを決定する。一
般に、ソフトウェア部分をハードウェア部分に置き換え
ると高速化を図ることができるが、サイズおよび消費電
力は大きくなる。従って、設計者は、処理速度と消費電
力等の兼ね合いを考慮して、最適な振り分けを行う必要
がある。効率的にハードウェア化するためには、記述量
は少ないが、大量の演算を必要とするルーチン、例えば
多数回実行されるループを含むようなプログラムをハー
ドウェア化プログラムとするのが好ましい。

【００２９】例えば、図３に示す全体プログラム中、関
数ｆｕｎｃ１ １３１の呼び出し部１３３をハードウェ
ア化プログラムとしてもよく、この場合には、関数ｆｕ
ｎｃ１ １３１もハードウェア化プログラムの一部とな
る。また、関数ｆｕｎｃ２ １３２の呼び出し部１３４
をハードウェア化プログラムとしてもよく、この場合に
は、関数ｆｕｎｃ２ １３２もハードウェア化プログラ
ムの一部となる。

【００３０】なお、ソフトウェア／ハードウェアの振り
分け方法の一例としては、特開平９−８１６０４号公報
に開示されているようなものがある。但し、この公報に
開示されている技術は、ソフトウェア／ハードウェアの
振り分けを見積もるためのものであり、本発明と直接関
連するものではない。

【００３１】図４に示す全体プログラム１１１からハー
ドウェア化プログラムＡ １１２およびハードウェア化
プログラムＢ １１３を取り出して、それぞれのプログ
ラムから独立して動作するハードウェアＡ １１７およ
びハードウェアＢ １１８を作成するためには、全体プ
ログラム１１１との間でデータを受け渡しするためのイ
ンターフェイスルーチン１１４および１１５をハードウ
ェア化プログラムＡ １１７およびハードウェア化プロ
グラムＢ １１８にそれぞれ付加して、独立したプログ
ラムとする必要がある。よって、取り出されたハードウ
ェア化プログラム１１２および１１３にインターフェイ
スルーチン１１４および１１５がそれぞれ付加されて独
立したプログラムが作成され、合成ツール１１６を用い
て、例えばＶＨＤＬ等のハードウェア記述言語によるハ
ードウェア記述として、ハードウェアＡ １１７および
ハードウェアＢ １１８が、それぞれ作成される。

【００３２】例えば、図３に示す全体プログラムから取
り出されたハードウェア化プログラム１３３および１３
１からは、図５に示すような独立したプログラムが作成
される。ここでは、ハードウェア化プログラム１３３お
よび１３１の他に、インターフェイスルーチン１４２が
付加され、また、ｍａｉｎ関数１４１内にインターフェ
イスルーチン１４３および１４４が付加されている。

【００３３】以下に、インターフェイスルーチン１４２
〜１４４の動作を説明する。インターフェイスルーチン
１４２は、データ受け渡し用のワークＲＡＭを設定す
る。ハードウェア化プログラム１３３および１３１は、
変数ｉおよびｊの値を処理して変数ｋに代入する構成と
なっており、インターフェイスルーチン１４３は、ＲＡ
Ｍのアドレス０および１からデータを読み込んで、変数
ｉおよびｊにそれぞれ設定する。インターフェイスルー
チン１４４は、部分プログラム１３３および１３１の実
行結果ｋの値をＲＡＭのアドレス２に格納する。これら
のインターフェイスルーチンを付加することによって、
部分プログラム１３３および１３１を単独で動作させる
ことができる。

【００３４】なお、上記例では、ハードウェア化プログ
ラムと全体プログラムのデータの受け渡しをＲＡＭを用
いて行ったが、フリップフロップを用いてもよく、ハン
ドシェイクによる通信を用いることもできる。

【００３５】図５に示すインターフェイスルーチンを付
加した部分プログラムは、それ自体で１つの独立したプ
ログラムである。よって、例えば特開平１１−２５０１
１２号公報、および”Ａ Ｃ−ｂａｓｅｄ Ｓｙｎｔｈｅ
ｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ， Ｂａｃｈ， ａｎｄ ｉｔｓ Ａ
ｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，” Ｐｒｏｃ． ｏｆ Ａｓｉａ
ａｎｄ Ｓｏｕｔｈ Ｐａｃｉｆｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ａｕ
ｔｏｍａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆ．２００１，ｐｐ．１５１
−１５５，２００１． （ＩＥＥＥ Ｃａｔａｌｏｇ Ｎ
ｕｍｂｅｒ： ０１ＥＸ４５５）等に開示されているよ
うに、Ｃ言語のようなプログラム言語によるソフトウェ
ア記述から、例えばＢａｃｈシステム等のようなハード
ウェアコンパイラを合成ツール１１６として用いてハー
ドウェア記述を作成し、論理合成を行うことによって、
図５に示すプログラムの処理と同じ処理を行う、図６に
示すようなハードウェアＡ １１７を得ることができ
る。

【００３６】ハードウェアＡ １１７は、ハードウェア
化プログラムＡの処理を行うハードウェアであり、開始
信号１７４が入力されると、バス１７５に接続されたＲ
ＡＭから処理に必要なデータを読み込んで処理を行う。
また、処理が完了すると、バス１７５に接続されたＲＡ
Ｍに処理結果を書き込んで、終了信号１７３を出力す
る。

【００３７】図３に示す他のハードウェア化プログラム
１３４および１３２についても同様に、図７に示すよう
なインターフェイスルーチンを含む独立したプログラム
を作成して、その処理を行うハードウェアを作成するこ
とができる。

【００３８】次に、図２に示すステップ２４では、ステ
ップ２３において生成されたハードウェア記述から論理
合成により得られるハードウェアを制御するプログラム
が作成され、ステップ２５において、全体プログラム中
のハードウェア化プログラムと入れ換えられる。これに
よって、ハードウェア化プログラムの処理がハードウェ
アによって実行される全体プログラムが得られる。

【００３９】このステップ２４およびステップ２５の処
理の手順について、図８を用いて説明する。ハードウェ
アＡを実行するルーチン１２０は、ハードウェア化プロ
グラムＡの処理を行うハードウェアＡにて処理を実行す
るためのハードウェア動作制御プログラムであり、ハー
ドウェア化プログラムＡが参照する変数の値をワークＲ
ＡＭに書き込み、ハードウェアＡによる処理を実行し、
処理結果をワークＲＡＭから読み込んで全体プログラム
中の変数に格納するルーチンである。同様に、ハードウ
ェアＢを実行するルーチン１２１は、ハードウェア化プ
ログラムＢの処理を行うハードウェアＢにて処理を実行
するためのハードウェア動作制御プログラムであり、ハ
ードウェア化プログラムＢが参照する変数の値をワーク
ＲＡＭに書き込み、ハードウェアＢによる処理を実行
し、処理結果をワークＲＡＭから読み込んで全体プログ
ラム中の変数に格納するルーチンである。

【００４０】図４に示す全体プログラム１１１からハー
ドウェア化プログラムＡ １１２およびハードウェア化
プログラムＢ １１３を取り出した箇所１２２および１
２３に、ハードウェア化プログラムＡおよびＢの処理を
ハードウェアによって実行するルーチン１２０および１
２１がそれぞれ挿入される。これによって、ハードウェ
ア化プログラムＡおよびＢの処理がハードウェアによっ
て実行され、それ以外の処理がソフトウェアによって実
行される、新たな全体プログラム１２４が得られる。

【００４１】図８に、全体プログラム１２４の一部をハ
ードウェアによって実行し、残りの部分をソフトウェア
によって実行するシステム１２５全体の構成を示す。こ
のシステム１２５は、全体プログラム１２４を実行する
ための計算機１２５１を有している。計算機１２５１
は、全体プログラム１２４に従って通常のソフトウェア
処理を行う他に、ワークＲＡＭ１２５２に対してバス１
２５５を介してデータを書き込み、ワークＲＡＭ１２５
２からバス１２５５を介してデータを読み込む。また、
計算機１２５１は、開始信号１２５８および１２６０に
よってハードウェアＡ １２５３およびハードウェアＢ
１２５４のそれぞれに処理の開始を指示し、ハードウェ
アＡ １２５３およびハードウェアＢ １２５４のそれぞ
れからの終了信号１２５９および１２６１を待つ。

【００４２】ワークＲＡＭ１２５２は、計算機１２５１
からバス１２５５を介してデータが読み書きされ、ハー
ドウェアＡ １２５３およびハードウェアＢ １２５４か
らそれぞれバス１２５６および１２５７を介してデータ
が読み書きされる。

【００４３】ハードウェアＡ １２５３は、図４に示す
ハードウェア化プログラムＡ １１２の処理を行うハー
ドウェアであり、計算機１２５１からの開始信号１２５
８に従って処理を開始する。このとき、ハードウェアＡ
１２５３は、ワークＲＡＭ１２５２からバス１２５６
を介してデータを読み込んで処理を行い、ワークＲＡＭ
１２５２にバス１２５６を介して処理結果を書き込む。
処理の終了時には、ハードウェアＡ １２５３は、計算
機１２５１に対して処理の終了信号１２５９を送る。

【００４４】ハードウェアＢ １２５４は、図４に示す
ハードウェア化プログラムＢ １１２の処理を行うハー
ドウェアであり、計算機１２５１からの開始信号１２６
０に従って処理を開始する。このとき、ハードウェアＢ
１２５４は、ワークＲＡＭ１２５２からバス１２５７
を介してデータを読み込んで処理を行い、ワークＲＡＭ
１２５２にバス１２５７を介して処理結果を書き込む。
処理の終了時には、ハードウェアＢ １２５４は、計算
機１２５１に対して処理の終了信号１２６１を送る。ハ
ードウェア化プログラムが３個以上ある場合にも同様
に、ハードウェア化プログラムの個数分のハードウェア
を用いて処理が行われる。

【００４５】以下に、図８に示すシステム１２５の動作
の一例について、図９を用いて説明する。図９は、ハー
ドウェア化プログラムの処理をハードウェアによって実
行するルーチンを内蔵した全体プログラムの一例を示す
図である。この全体プログラムは、図３に示す全体プロ
グラム中に含まれるハードウェア化プログラムＡ １３
３および１３１を、ハードウェア化プログラムＡの処理
をハードウェアによって実行するルーチン１６１および
１６３と置き換え、図３に示す全体プログラム中に含ま
れるハードウェア化プログラムＢ １３４および１３２
を、ハードウェア化プログラムＢの処理をハードウェア
によって実行するルーチン１６２および１６４と置き換
えたものである。

【００４６】図９に示す全体プログラムは、図８に示す
計算機１２５１によって実行される。最初に、ｍａｉｎ
関数中の処理Ｃが実行され、次に、１６１においてｈａ
ｒｄ＿ｆｕｎｃ１ １６３が呼び出される。ｈａｒｄ＿
ｆｕｎｃ１ １６３は、図３に示すハードウェア化プロ
グラム１３３および１３１の処理を、図８に示すハード
ウェアＡ １２５３によって実行するためのルーチンで
あり、図８に示すハードウェアＡを実行するルーチン１
２０に対応する。

【００４７】関数ｈａｒｄ＿ｆｕｎｃ１ １６３内で
は、まず、１６５においてハードウェア化プログラムＡ
の処理に必要な変数の値がワークＲＡＭに書き込まれ
る。ｒａｍ＿ｗｒｉｔｅ関数はＲＡＭの指定されたアド
レスにデータを書き込むプログラムである。ｒａｍ＿ｗ
ｒｉｔｅは２つの引数を取り、第一引数はＲＡＭのアド
レスを示し、第二引数はＲＡＭに書き込むデータを示
す。

【００４８】次に、１６６においてハードウェアＡに処
理を開始させる。ｒｕｎ関数は、ハードウェアＡ １２
５３またはハードウェアＢ １２５４が処理を開始する
ように、開始信号１２５８または１２６０に指示を出す
プログラムである。ｒｕｎ関数は、引数が０のときには
ハードウェアＡ用の開始信号１２５８に、引数が１のと
きにはハードウェアＢ用の開始信号１２６０に指示を出
す。ｆｉｎｉｓｈ関数は、ハードウェアＡ １２５３ま
たはハードウェアＢ １２６４が処理を終了して終了信
号１２５９または１２６１に終了信号を送ったか否かを
検出するプログラムである。ｆｉｎｉｓｈ関数は、引数
が０のときにはハードウェアＡ用の終了信号１２５９を
検出し、引数が１のときにはハードウェアＢ用の終了信
号１２６１を検出する。ｗｈｉｌｅ（ｆｉｎｉｓｈ
（０）＝＝０）｛｝という記述は、ハードウェアＡ用の
終了信号１２５９が０の間、次に進むのを待つプログラ
ムである。終了信号が０のときにはハードウェアの処理
が終了していないことを表し、１のときには処理が終了
していることを表す。

【００４９】次に、１６７において、ハードウェアの処
理結果を格納したワークＲＡＭの内容を変数に読み込
む。ｒａｍ＿ｒｅａｄ関すはＲＡＭの指定されたアドレ
スのデータを読み込むプログラムであり、その引数はＲ
ＡＭのアドレスを示す。以上により、図３に示す全体プ
ログラム中のハードウェア化プログラム１３３および１
３１の処理を、図８に示すハードウェアＡ １２５３を
用いて実行することができる。

【００５０】なお、ｒａｍ＿ｗｒｉｔｅ関数、ｒａｍ＿
ｒｅａｄ関数、ｒｕｎ関数、ｆｉｎｉｓｈ関数は、図８
に示す全体システム１２５において、計算機１２５１、
ワークＲＡＭ１２５２、開始信号１２５８および１２６
０、終了信号１２５９および１２６１がどのように構成
されるかに応じて作成することができる。例えば、ワー
クＲＡＭ、開始信号、終了信号等が計算機の通常のアド
レス空間に配置される場合には、そのアドレスに対して
データを読み書きするようにプログラムを作成する。ま
た、ワークＲＡＭ、開始信号、終了信号が計算機のＩ／
Ｏ空間に配置される場合には、Ｉ／Ｏ空間に対してデー
タを読み書きするようにプログラムを作成する。これら
のプログラムは、ワークＲＡＭ、開始信号および終了信
号の構成のみを考慮すればよく、ハードウェア化プログ
ラムがどのようなものであっても、同じプログラムを用
いることができる。

【００５１】なお、Ｂａｃｈ Ｃのような言語では、開
始信号、終了信号等のようなハードウェアを制御する信
号を生成することができるように拡張されているので、
開始信号、終了信号等が計算機のアドレス空間、Ｉ／Ｏ
空間等に配置されていない構成も可能である。

【００５２】例えば、Ｂａｃｈ Ｃではハードウェアが
外部との間でデータ転送を行うために、チャネルと称さ
れる機構が用意されており、チャネルを用いてハードウ
ェアにデータを入力することにより、ハードウェアはデ
ータが入力されてから次の処理を行うことが可能である
ため、ｒｕｎ関数は、不要になる。また、ハードウェア
による処理結果を、チャネルを用いて外部に出力する場
合には、ｆｉｎｉｓｈ関数は不要になる。これに対し
て、ＲＡＭを用いてハードウェアと外部とのデータ転送
を行う場合には、データが転送されたか否かを判定する
ことができないため、ｒｕｎ関数、ｆｉｎｉｓｈ関数等
が必要になる。

【００５３】また、一般的には、データがハードウェア
に入力されて処理が行われ、処理結果がハードウェアか
ら出力されるが、ハードウェアがセンサーを有する場合
には、ハードウェアによって実行される部分手順で使用
されるデータをハードウェアに書き込むためのｒａｍ＿
ｗｒｉｔｅ関数は不要になる。例えば、ハードウェアが
撮像素子を有しており、その撮像素子によって撮像され
た画像に対して処理を行う場合等には、外部からハード
ウェアデータにデータを入力する必要はない。また、画
像表示を行うことが可能なハードウェア、プリンターを
制御することが可能なハードウェアにおいては、外部か
らデータが入力されて処理が行われた後に、ハードウェ
アから外部に処理結果が出力されない場合もある。

【００５４】さらに、ハードウェアが極めて高速に動作
する場合には、ハードウェアの処理が終了するまで待つ
ためのｆｉｎｉｓｈ関数は不要になる。

【００５５】以上のようにして、図９に示すｍａｉｎ関
数中の１６１の処理が終了した後、処理Ｄが実行され、
次に、１６２においてｈａｒｄ＿ｆｕｎｃ２ １６４が
呼び出されて実行される。ｈａｒｄ＿ｆｕｎｃ２ １６
４は、図３に示すハードウェア化プログラム１３４およ
び１３２の処理を、図８に示すハードウェアＢ １２５
４によって実行するためのルーチンであり、図８に示す
ハードウェアＢを実行するルーチン１２１に対応する。
１６４によってハードウェア化プログラムＢの処理が終
了した後、処理Ｅが実行され、図８に示す全体プログラ
ム１２４の処理が完了する。

【００５６】このようにして、本実施形態によれば、Ｃ
言語もしくはＦＯＲＴＲＡＮ等のプログラム言語、また
はそれらを拡張した言語によって記述されたプログラム
の一部をハードウェアによって実行し、残りの部分をソ
フトウェアによって実行するシステムを設計することが
できる。プログラムの全処理を計算機を用いてソフトウ
ェアによって実行する方法に比べて、一部の処理をハー
ドウェアによって実行する方法は、高速に処理を行うこ
とができ、処理を短時間で終了させることができる。な
お、同じ処理をソフトウェアによる処理からハードウェ
アによる処理に変換すると、高速化を達成することがで
きるが、専用の回路が多くなり、チップサイズの縮小、
低消費電力化という要求に答えることが困難になるた
め、これらの兼ね合いを考慮して、ソフトウェア／ハー
ドウェアの振り分けを行うのが好ましい。

【００５７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
Ｃ言語、またはそれを拡張した言語等、計算機で実行可
能なプログラム言語を用いてシステム全体が記述される
ので、特別な変換作業等を行うことなく、システム全体
の検証を行うことができ、問題が見つかった場合にも修
正が容易である。

【００５８】また、システム全体の情報処理手順のう
ち、ハードウェアによって実行される部分の記述が変更
されるだけであり、ソフトウェアによって実行される部
分の計算機プログラムを容易に得ることができる。ま
た、得られるソフトウェア化部分を実行するための計算
機プログラムは、設計者が容易に理解することができ、
問題が見つかった場合にも容易に修正を行うことができ
る。また、ソフトウェアおよびハードウェアの振り分け
は、設計者が予め定めておくことにより、容易にハード
ウェアを作成することができる。

【００５９】さらに、システム全体の記述と、ソフトウ
ェア化部分を実行するための計算機プログラムと、ハー
ドウェア化部分を生成するための記述の全てを、同一の
計算機で実行可能なプログラム言語のみを用いて記述す
ることができるので、設計者は１種類の計算機で実行可
能なプログラム言語のみを習得すればよく、使い慣れた
言語を用いて設計を行うことができるため、設計効率が
向上する。

【００６０】また、システム全体の情報処理手順のう
ち、ハードウェアによって実行される部分手順にインタ
ーフェイス記述を付け加えることによって、ハードウェ
ア化したい部分手順を実行するハードウェアと、ソフト
ウェア化したい部分手順を実行する計算機との間で、デ
ータの受け渡しを行うことができる。

【００６１】さらに、ハードウェアの動作制御記述に、
ハードウェアによって実行される部分手順で使用される
データをハードウェアに書き込む手順と、ハードウェア
に処理開始信号を送る手順と、ハードウェアの処理終了
まで待つ手順と、ハードウェアによって部分手順を実行
した結果を読み込む手順と、のうち、少なくとも１つの
手順を含めることにより、ソフトウェア化したい部分手
順を実行する計算機と、ハードウェア化したい部分手順
を実行するハードウェアとの間で、データの受け渡しを
行うことができる。また、ハードウェアの動作制御記述
を、元のプログラム記述のハードウェア化したい部分の
記述と入れ換えることにより、計算機でプログラムを実
行するだけで、自動的にハードウェア化したい部分の記
述の処理をハードウェアによって高速に実行することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】プログラム言語を用いたアルゴリズム記述から
ハードウェアを設計するハードウェア設計方法について
説明するためのフローチャートである。

【図２】本発明の一実施形態であるソフトウェア／ハー
ドウェア協調設計方法について説明するためのフローチ
ャートである。

【図３】全体プログラムの一例である。

【図４】ハードウェア化プログラムの処理を実行するハ
ードウェアの作成方法について説明するための模式図で
ある。

【図５】単独で動作させるためにインターフェイスルー
チンを付加したハードウェア化プログラムの一例であ
る。

【図６】図５に示すハードウェア化プログラムと同一の
処理を行うハードウェアの構成例を示す図である。

【図７】単独で動作させるためにインターフェイスルー
チンを付加したハードウェア化プログラムの他の例であ
る。

【図８】全体プログラムの一部をハードウェアによって
実行し、残りの部分をソフトウェアによって実行するシ
ステムの構成および作成方法について説明するための模
式図である。

【図９】全体プログラムの一部をハードウェアによって
実行するためのハードウェア制御プログラムを付加した
全体プログラムの一例である。

【符号の説明】

１１１ 全体プログラム １１２ ハードウェア化プログラムＡ １１３ ハードウェア化プログラムＢ １１４、１１５ インターフェイスルーチン １１６ 合成ツール １１７ ハードウェアＡ １１８ ハードウェアＢ １２０ ハードウェアＡを実行するルーチン １２１ ハードウェアＢを実行するルーチン １２２ ハードウェア化プログラムＡを取り出した箇所 １２３ ハードウェア化プログラムＢを取り出した箇所 １２４ 新たな全体プログラム １２５ 一部の処理をハードウェアによって実行し、残
りの処理をソフトウェアによって実行するシステム １７１ ハードウェアＡ １７３ 終了信号 １７４ 開始信号 １２５１ 計算機 １２５２ ワークＲＡＭ １２５３ ハードウェアＡ １２５４ ハードウェアＢ １２５５、１２５６、１２５７ バス １２５８、１２６０ 開始信号 １２５９、１２６１ 終了信号

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一連の情報処理手順のうち、一部分の手
   順をハードウェアによって実行し、残りの部分の手順を
   計算機を用いてソフトウェアによって実行する情報処理
   システムを設計する、ソフトウェア／ハードウェア協調
   設計方法であって、 計算機で実行可能なプログラム言語により記述された一
   連の情報処理手順から、ハードウェアによって実行され
   る部分手順を取り出して、該部分手順を実行するハード
   ウェアの記述を作成するステップと、 該計算機で実行可能なプログラム言語を用いて、該ハー
   ドウェアの動作を制御する記述を生成するステップと、 該計算機で実行可能なプログラム言語により記述された
   一連の情報処理手順のうち、ハードウェアによって実行
   される部分手順を、該ハードウェアの動作を制御する記
   述に置き換えるステップとを含むソフトウェア／ハード
   ウェア協調設計方法。
2. 【請求項２】 前記ハードウェアの記述を作成するステ
   ップにおいて、 前記計算機で実行可能なプログラム言語により記述され
   た一連の情報処理手順のうち、ハードウェアによって実
   行される部分手順に対して、該部分手順で使用されるデ
   ータを外部から読み込む手順と、該部分手順を実行した
   結果を外部に書き込む手順とを付加して、それらの手順
   が付加された部分手順を実行するハードウェアの記述を
   作成する請求項１に記載のソフトウェア／ハードウェア
   協調設計方法。
3. 【請求項３】 前記ハードウェアの動作を制御する記述
   を作成するステップにおいて、 該ハードウェアによって実行される部分手順で使用され
   るデータを該ハードウェアに書き込む手順と、該ハード
   ウェアに処理を開始する信号を送る手順と、該ハードウ
   ェアの処理が終了するまで待つ手順と、該ハードウェア
   によって該部分手順を実行した結果を読み込む手順と、
   のうち、少なくとも１つの手順を含むハードウェアの動
   作制御記述を作成する請求項１に記載のソフトウェア／
   ハードウェア協調設計方法。