JP2009230667A - プロパティ生成システムおよびプロパティ検証システム - Google Patents

Abstract

【課題】プロパティ検証の検証効率を向上させる。
【解決手段】動作合成ツール３１が、動作レベル回路記述からＲＴＬ回路記述を合成する。また、プロパティ生成部３２が、動作レベル回路記述から動作レベルプロパティを生成する。続いて、プロパティ変換部３３が、生成された動作レベルプロパティをＲＴＬプロパティに変換する。そして、モデル検査部３４が、ＲＴＬ回路記述をＲＴＬプロパティを用いて、モデル検査技法により、検証する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロパティ検証システム、プロパティ検証方法、及びプログラムに関する。

論理回路の設計では、回路規模の大規模化に対処するために、抽象度の高いレベルで設計を行い、具体的な回路への変換を設計自動化・支援ツールを利用して行なう、いわゆるトップダウン設計を行なうことが多い。論理回路の設計では、レジスタ転送レベル（以下の記述において「ＲＴＬ（Register Transfer Level）」という）と呼ばれる抽象度で設計されることが多かった。

近年は、回路の大規模化と多機能化、さらに開発期間の短縮が市場から求められ、それに対処するためにＲＴＬよりも抽象度の高い動作レベルで設計を行い、ＲＴＬへの変換を動作合成ツールを用いて行なう設計（以下の記述において「動作レベル設計」という）が行なわれる場合も多くなってきた。

回路の大規模化と多機能化に対処するためには、検証の効率改善も重要な課題である。検証効率を向上するために有効な方法のひとつとしてプロパティ検証が知られている。プロパティ検証は、論理回路に期待される動作や禁止される動作をプロパティとして定義し、検証対象の論理回路がプロパティに違反する動作を起こさないように設計されているかどうかを検査するものである。検査はモデル検査と呼ばれる数理的技法に基づく手法で行なわれる。モデル検査は、プロパティ違反を高い確率で検出できるのが特徴である。プロパティ検証およびモデル検査技法については特許文献１、特許文献２、特許文献３などに記載されている
特開平１０−６３５３７号公報 特開２００５−１９６６８１号公報 特開２００７−２４１５６６号公報

モデル検査技法は状態遷移情報を必要とするため、状態の概念を持たない動作レベルの設計を対象とすることはできず、ＲＴＬ回路記述を対象とする必要がある。しかし、動作レベル設計においてプロパティ検証を行う場合は、プロパティを動作レベルで定義してからＲＴＬに変換する必要がある。なぜならば、動作合成ツールによって合成されたＲＴＬの回路記述の多くは、動作レベル記述との対比が難しく、検証すべきプロパティ（すなわち設計仕様）をＲＴＬ回路記述上で定義することが困難であるからである。

上述のように、プロパティ検証はＬＳＩ設計の検証に有効な技術であるが、プロパティ検証を利用するためにはプロパティを定義する必要がある。プロパティ検証によって検証効率を向上させるためには、バグを発見する確率を高めるようなプロパティを数多く定義することが必要であるが、一般にこの作業は困難であり時間を要するものである。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、プロパティ検証の検証効率を高めた、プロパティ検証システム、プロパティ検証方法、及びプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明の第１の観点に係るプロパティ検証システムは、動作レベルの回路記述を読み込む動作レベル記述読込手段と、動作レベル記述読込手段が読み込んだ動作レベルの回路記述の特徴から、必然的に導かれる性質を抽出する性質抽出手段と、性質抽出手段が抽出した性質に基づいて、動作レベルのプロパティを生成するプロパティ生成手段と、を備えることを特徴とする。

上記目的を達成するため、この発明の第２の観点に係るプロパティ検証方法は、動作レベルの回路記述を読み込む動作レベル記述読込ステップと、動作レベル記述読込ステップで読み込んだ動作レベルの回路記述の特徴から、必然的に導かれる性質を抽出する性質抽出ステップと、性質抽出ステップで抽出した性質に基づいて、動作レベルのプロパティを生成するプロパティ生成ステップと、を備えることを特徴とする。

上記目的を達成するため、この発明の第３の観点に係るプログラムは、コンピュータを、動作レベルの回路記述を読み込む動作レベル記述読込手段、動作レベル記述読込手段が読み込んだ動作レベルの回路記述の特徴から、必然的に導かれる性質を抽出する性質抽出手段、性質抽出手段が抽出した性質に基づいて、動作レベルのプロパティを生成するプロパティ生成手段、として機能させることを特徴とする。

本発明のプロパティ検証システム、プロパティ検証方法、及びプログラムによれば、プロパティ検証の検証効率を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態に係るプロパティ検証システム１００について図面を参照して説明する。

プロパティ検証システム１００は、半導体集積回路等の動作レベルの回路記述を動作合成ツールによりＲＴＬの回路記述を合成する。また、動作レベルの回路記述に基づいて、動作レベルのプロパティを生成する。さらに、生成した動作レベルのプロパティを動作合成ツールから抽出した対応関係情報に基づき、ＲＴＬのプロパティに変換する。そして、ＲＴＬの回路記述をＲＴＬのプロパティを用いてモデル検査により検証する。

図１は、本発明のプロパティ検証システム１００の構成を示すブロック図である。図１に示すように、プロパティ検証システム１００は、入力部１０と、記憶部２０と、処理部３０と、出力部４０と、を備える。

入力部１０は、キーボード等から構成され、ユーザからの各種指示情報や、作成された動作レベルの回路記述などを処理部３０に供給する。

記憶部２０は、例えば、ハードディスクなどの記憶装置から構成され、処理部３０が実行する動作プログラムを格納する他、本発明を実現するために必要な種々のデータを記憶する。記憶部２０には、動作レベル回路記述記憶領域２１、ＲＴＬ回路記述記憶領域２２、動作レベルプロパティ記憶領域２３、ＲＴＬプロパティ記述記憶領域２４などが設けられる。

動作レベル回路記述記憶領域２１は、動作レベルの回路記述を記憶する領域である。動作レベルの回路記述は、Ｃ言語などの手続き型言語で記載され、設計対象の回路が実現すべき動作を記述したものである。

ＲＴＬ回路記述記憶領域２２は、動作合成処理によって、動作レベル記述から最終的に生成されるＲＴＬの回路記述を記憶する領域である。

動作レベルプロパティ記憶領域２３は、プロパティ検証を行うための動作レベルのプロパティを記憶する領域である。

ＲＴＬプロパティ記憶領域２４は、プロパティ検証を行うためのＲＴＬのプロパティを記憶する領域である。

処理部３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、ＲＡＭをワークエリアとして、ＲＯＭや記憶部２０に格納されている動作プログラムを実行することで、プロパティ検証システム１００の動作を制御する。

処理部３０は、ＲＯＭや記憶部２０に格納されている動作プログラムを実行することで、動作合成ツール３１、プロパティ生成部３２、プロパティ変換部３３モデル検査部３４、として機能する。

動作合成ツール３１は、動作レベルの回路記述からＲＴＬの回路記述を合成する。動作合成ツール３１は、動作レベルの回路記述の各処理を実行するタイミング（サイクル）を決定するスケジューリング工程や、動作レベルの回路記述の変数や演算をハードウェア資源に割り当てるリソースバインディング工程によりＲＴＬの回路記述を生成する。例えば特開２００６−２８５３３３号公報の「動作合成装置及び方法」に記載されているように、動作レベルの回路記述に書かれた処理や演算に対して実行すべき順番を決定し、その処理や演算の各々に対してレジスタ信号や演算器などのＲＴＬ回路資源を割り当てることによって、ＲＴＬの回路記述を生成する。したがって動作合成ツール３１は、動作レベル記述に書かれた任意の処理や演算に対して、その実行がＲＴＬ回路記述中のどの部分に対応するかという対応関係情報を持っている。また、動作合成ツール３１は、生成したＲＴＬの回路記述をＲＴＬ回路記述記憶部２２に記憶する。

プロパティ生成部３２は、動作レベルの回路記述を読み込み、当該記述からセマンティクスから必然的に満たされる性質を抽出して、その性質に基づいて動作レベルのプロパティを生成する。プロパティ生成部３２の詳細な動作については後述する。

プロパティ変換部３３は、動作合成ツール３１が持つ対応関係情報に基づいて、動作レベルのプロパティをＲＴＬのプロパティに変換する。プロパティ変換部３３の詳細な動作については後述する。

モデル検査部３４は、ＲＴＬの回路記述に対してＲＴＬのプロパティを用いてモデル検査を行う。このモデル検査により、設計対象の回路の検証を行うことができる。

出力部４０は、表示装置等から構成され、処理部３０の制御のもと各種回路記述やプロパティ検証用の画面などを表示する。

次に、プロパティ生成部３２の詳細な動作について説明する。図２は、プロパティ生成部３２の動作を説明するための図である。

プロパティ生成部３２は、まず、動作レベル回路記述読込処理を実行する（ステップＳ１０１）。この処理では、動作レベル回路記述記憶領域２１から動作レベルの回路記述（動作レベル回路記述）を読み込む。動作レベル回路記述読込処理は、Ｃ言語のコンパイラなどで既に実現されているように、字句解析や構文解析によって実現することができる。

次に、プロパティ生成部３２は、性質抽出処理を実行する（ステップＳ１０２）。
この処理では、読み込まれた動作レベル回路記述から当該回路記述の性質が抽出される。動作レベル記述の性質とは、例えばＣ言語のセマンティクスから必然的に導かれるものである。

そして、プロパティ生成部３２は、プロパティ生成処理を実行する（ステップＳ１０３）。この処理では、動作レベル回路記述から抽出された特徴に基づいて、動作レベルのプロパティ（動作レベルプロパティ）が生成される。生成された動作レベルプロパティは動作レベルプロパティ記憶領域２３に格納される。

図３は、Ｃ言語で記述された動作レベル回路記述の一部を示している。このような動作レベル回路記述が読み込まれたときに、動作レベルプロパティが生成される場合の具体例を説明する。

図３に示す動作レベル回路記述には、繰り返しを表すｆｏｒ文が含まれている（１０行目）。繰り返し文が記述されていて、その繰り返し文の後に続く別の記述がある場合（１５行目以下）、その繰り返し文はいつか終了しなければならないという特徴がある。その繰り返し文が終了しなければ、その後に記述された動作は実行されないが、わざわざその動作が記述されたということは、その動作が実行されることが意図されているはずだからである。

図３に示す動作レベル回路記述の場合は、１０行目から１４行目までにｆｏｒ文による繰り返し文があり、１５行目に別の代入動作が記述されている。性質抽出処理（ステップＳ１０２）において、上記のような繰り返し文の特徴から、「１０行目から始まり１４行目で終わる繰り返し文が終了する条件が存在する」という性質が抽出される。

次に、プロパティ生成処理（ステップＳ１０３）において、上記の性質が動作レベルプロパティに変換される。この変換は、動作レベル記述言語の定義に依存するが、図３に示すようなＣ言語のｆｏｒ文の場合は、ｆｏｒに続く括弧内に記述される継続条件式を利用することによってプロパティを生成することができる。この例の場合は、Ｘ［ｉ］＞０が継続条件式であるため、繰り返しが終了する条件はこの継続条件式が偽となることであると判別できる。このｆｏｒ文に対するプロパティとして、「１０行目においてＸ［ｉ］＞０が偽となることが必ずある」という動作レベルプロパティが生成される。

別の例として、図３の１１行目に記述されているｉｆ文による条件分岐を考える。条件分岐があり、その分岐において動作が記述されている場合は、その分岐条件が成立し得なければならない、という特徴がある。分岐条件が成立し得なければ、その分岐条件において記述されている動作が実行されることがなくなるためである。図３に示す例では、１１行目のｉｆ文の条件が真となる場合の動作が１２行目に記述されている。したがって、性質抽出処理（ステップＳ１０２）において、１１行目のｉｆ文の条件が真となる場合がいつか必ずある、性質が抽出される。

プロパティ生成処理（ステップＳ１０３）において、この性質からｉｆに続く括弧内の条件式Ｘ［ｉ］＞ｍａｘを利用して、「１１行目において、Ｘ［ｉ］＞ｍａｘが真となる場合が必ずある」という動作レベルプロパティが生成される。

また、別の例として、図３の記述に含まれる配列変数Ｘに対する参照と代入を考える。配列変数に対する参照や代入において、配列変数のインデックスが変数である場合、その変数の値は配列変数のサイズを超えてはならない。図３の記述では、１０行目、１１行目、及び１２行目にＸ［ｉ］に対する参照がある。一方、９行目の変数宣言において、配列変数Ｘのサイズは１０として宣言されている。これらの情報から、性質抽出処理（ステップＳ１０２）において、１０行目、１１行目、及び１２行目においてｉが9以下であるという性質が抽出される。

プロパティ生成処理（ステップＳ１０３）において、この性質から「１０行目において、ｉは必ず9以下である」、「１１行目において、ｉは必ず9以下である」、「１２行目において、ｉは必ず9以下である」という動作レベルプロパティが生成される。

このようにして、プロパティ生成部３２によって、動作レベル回路記述から動作レベルプロパティが生成される。なお、動作レベルのプロパティは、例えばＩＥＥＥで標準化されたＰＳＬ（Property Specification Language）により記述される。ＰＳＬは、目的の動作レベル記述言語の表記法に拡張して利用することができる。

続いて、プロパティ変換部３３の詳細な動作について説明する。ここでは、プロパティ変換部３３の動作の説明を簡単にするため、図３に示した回路記述とは異なる例を用いて説明する。例えば、図４に示すようなＣ言語で記載された動作レベル回路記述から、図５に示すようなＲＴＬ回路記述が合成された場合に、「変数Ｘは常に２より大きい」という動作レベルのプロパティを検証する場合について説明する。

なお、動作レベル記述言語としてＣ言語を使う場合は、「変数Ｘは常に２より大きい」というプロパティは、Ｃ言語の表記法に拡張したＰＳＬによって次のように表現することができる。
ａｓｓｅｒｔ ａｌｗａｙｓ （Ｘ＞２）

図６は、プロパティ変換部３３の動作を説明するための図である。プロパティ変換部３３は、まず、動作レベルプロパティ読込処理を実行する（ステップＳ２０１）。この処理では、上記のように形式的に表現された動作レベルプロパティを、字句解析や構文解析を利用した機械的処理によって計算機上に読み込む。上記の例では、「論理的に真であることの表明」を意味する“ａｓｓｅｒｔ”、「常に」を意味する“ａｌｗａｙｓ”、変数として解釈される“Ｘ”、大小関係を表す記号である“＞”、定数として解釈される“２”に分解して読み込まれ、プロパティ全体の意味を判別する。

次に、プロパティ変換部３３は、変数抽出処理を実行する（ステップＳ２０２）。この処理では、読み込まれた動作レベルプロパティに含まれる変数を抽出し、その変数が動作レベル回路記述においてどのように定義されているかを判別する。この例では、変数Ｘが動作レベルプロパティに含まれている。そこで、変数Ｘが動作レベル回路記述でどのように定義されているかを判別。動作レベル回路記述は、動作合成ツール３１によって、字句解析や構文解析によって機械的処理で計算機上に読み込むことが可能である。構文解析され計算機上に蓄えられた情報に対して、変数Ｘが定義される部分を特定することは容易に可能である。例えば、図４に示す動作レベル記述に対しては、２１行目で変数Ｘの値を決定していると判別する。

次に、プロパティ変換部３３は、変数表現ＲＴＬレジスタ信号生成処理を実行する（ステップＳ２０３）。この処理によって、動作レベル回路記述中の変数Ｘを表現するＲＴＬレジスタ信号を生成する。この処理では、まず、対応関係情報を動作合成ツール３１から取得することで、図４の２１行目の動作レベル回路記述が、動作合成で生成された図５に示すＲＴＬ回路記述中のどの部分に対応するかを判別する。動作合成ツール３１から得られる対応関係情報の具体例について説明する。

上述のように、動作合成ツール３１は、動作レベル記述に書かれた任意の処理や演算に対して、その実行がＲＴＬ回路記述中のどの部分に対応するかという対応関係情報を持っている。例えば、図４の「２１行目のＸ＝（Ａ＊Ｂ）＋Ｃ；」という記述は、（１）ＡとＢの乗算、（２）その演算結果とＣの加算、（３）その演算結果の変数Ｘへの代入、という３つ演算や処理で構成される。この各々の演算や処理は、図５に示すＲＴＬ回路記述中において（１）３０２で実行される演算、（２）３０５で代入されるａｄｄ＿ｉｎ＿１ と３０６で代入されるａｄｄ＿ｉｎ＿１を使って３０１で実行される演算、（３）３０４で代入されるｎｅｘｔ＿ＲＧ＿Ｘ＿Ｚを使って３０３で実行されるレジスタ信号ＲＧ＿Ｘ＿Ｚへの代入、に対応している。

動作合成ツール３１から、以上のような対応関係情報を取得することで、図４の２１行目の動作レベル回路記述で決定される変数Ｘの値は、ＲＴＬ回路記述において、３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６が実行される条件で、３０３で代入されることを判別することができる。

次に、ＲＴＬ回路記述において、取得した対応関係情報に基づいて、動作レベル回路記述の変数Ｘの値を表すためのレジスタ信号を新たに生成する。例えばＢｅｈ＿Ｘというレジスタ信号を生成し、動作合成ツール３１から得られた上記の対応関係情報を適用して、図７のように定義する。これは、３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６の全てが実行される条件でＲＧ＿Ｘ＿Ｚに代入される値がＢｅｈ＿Ｘに代入されるようにしたものである。なお、この例では、動作レベル回路記述で決定される変数Ｘの値は、ＲＴＬ回路記述中の１つの代
入のみに対応するものあったが、ＲＴＬ回路記述中の複数の代入に対応する場
合は、各々の代入についてＢｅｈ＿Ｘへの代入を生成すればよい。

最後に、プロパティ変換部３３は、ＲＴＬプロパティ変換処理を実行する（ステップＳ２０４）。この処理では、変数表現ＲＴＬレジスタ信号生成処理で生成されたレジスタ信号Ｂｅｈ＿Ｘを使うことによって、
ａｓｓｅｒｔ ａｌｗａｙｓ （Ｘ＞２）
という動作レベルプロパティを、
ａｓｓｅｒｔ ａｌｗａｙｓ （Ｂｅｈ＿Ｘ＞２）
というＲＴＬプロパティに変換する。

このようにして、プロパティ変換部３３によって、動作レベルプロパティからＲＴＬプロパティが生成される。

以上説明したように、動作レベル回路記述から動作レベルプロパティが生成され、その動作レベルプロパティがＲＴＬプロパティに変換される。そして、モデル検査部３４が、そのＲＴＬプロパティとＲＴＬ回路記述に対して、既存の技術であるＲＴＬモデル検査技術を適用し、プロパティの真偽を検証することによって、動作レベルプロパティを検証する。このような工程が処理部３０により自動で行われるようにすることで、動作レベル回路記述の検証を効率良く自動で実行することが可能となる。

なお、上記実施形態は本発明の原理の理解を容易にするためのものであり、本発明の範囲は、下記の実施形態に限られるものではなく、当業者が以下の実施形態の構成を適宜置換した他の実施形態も、本発明の範囲に含まれる。

例えば、上記実施形態では、プロパティ変換部３３は、動作レベル回路記述とＲＴＬ回路記述の対応関係情報から、動作レベルの変数を表現するレジスタ信号を生成することで、動作レベルプロパティをＲＴＬプロパティに変換していたが、これに限定されず、動作レベル回路記述とＲＴＬ回路記述の対応関係情報から変換するようにすれば、その方法は任意であってよい。

また、上記実施形態では、動作レベル回路記述の具体例として、図３に示したＣ言語で記述された動作レベル回路記述を示したが、これに限らず、他の手続き型プログラミング言語や、ＨＤＬ（Hardware Description Language）等を用いた動作レベル回路記述にも、本発明は適用可能である。

また、本発明のプロパティ検証システム１００は、専用のハードウェアに限られるものではなく、通常のコンピュータによっても実現することができる。具体的には、上記実施の形態では、プログラムが、ＲＯＭ等に予め記憶されているものとして説明した。しかし、上述の処理動作を実行させるためのプログラムを、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read-Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＭＯ（Magneto-Optical disk）等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、そのプログラムをコンピュータにインストールすることにより、コンピュータに上記動作を実行させるように構成してもよい。

また、プログラムをインターネット等の通信ネットワーク上のサーバ装置が有するディスク装置等に格納しておき、例えば、搬送波に重畳させて、コンピュータにダウンロード等するようにしてもよい。さらに、通信ネットワークを介してプログラムを転送しながら起動実行することによっても、上述の処理を達成することができる。
また、上述の機能を、ＯＳ（Operating System）が分担又はＯＳとアプリケーションの協働により実現する場合等には、ＯＳ以外の部分のみを媒体に格納して配布してもよく、また、コンピュータにダウンロード等してもよい。

プロパティ検証システムの構成を示すブロック図である。 プロパティ生成部の動作を説明するための図である。 Ｃ言語で記述された動作レベル回路記述の一例を示した図である。 Ｃ言語で記述された動作レベル回路記述の一例を示した図である。 合成されたＲＴＬ回路記述の一例を示した図である。 プロパティ変換部の動作を説明するための図である。 変数Ｘを表すためのレジスタ信号の一例を示した図である。

符号の説明

１０ 入力部
２０ 記憶部
２１ 動作レベル回路記述記憶領域
２２ ＲＴＬ回路記述記憶領域
２３ 動作レベルプロパティ記憶領域
２４ ＲＴＬプロパティ記憶領域
３０ 処理部
３１ 動作合成ツール
３２ プロパティ生成部
３３ プロパティ変換部
３４ モデル検査部
４０ 出力部
１００ プロパティ検証システム

Claims (6)

1. 動作レベルの回路記述を読み込む動作レベル記述読込手段と、
   前記動作レベル記述読込手段が読み込んだ動作レベルの回路記述の特徴から、必然的に導かれる性質を抽出する性質抽出手段と、
   前記性質抽出手段が抽出した性質に基づいて、動作レベルのプロパティを生成するプロパティ生成手段と、
   を備えることを特徴とするプロパティ検証システム。
2. 前記性質抽出手段は、繰り返し構文から、当該繰り返し構文が終了する条件が存在することを性質として抽出する
   ことを特徴とする請求項１に記載のプロパティ検証システム。
3. 前記性質抽出手段は、条件分岐から、当該条件分岐は必ず成立することを性質として抽出する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のプロパティ検証システム。
4. 前記性質抽出手段は、配列変数へのアクセスから、配列変数のインデックスが配列変数のサイズを超えないことを性質として抽出する
   ことを特徴とする請求項１、２または３に記載のプロパティ検証システム。
5. 動作レベルの回路記述を読み込む動作レベル記述読込ステップと、
   前記動作レベル記述読込ステップで読み込んだ動作レベルの回路記述の特徴から、必然的に導かれる性質を抽出する性質抽出ステップと、
   前記性質抽出ステップで抽出した性質に基づいて、動作レベルのプロパティを生成するプロパティ生成ステップと、
   を備えることを特徴とするプロパティ検証方法。
6. コンピュータを、
   動作レベルの回路記述を読み込む動作レベル記述読込手段、
   前記動作レベル記述読込手段が読み込んだ動作レベルの回路記述の特徴から、必然的に導かれる性質を抽出する性質抽出手段、
   前記性質抽出手段が抽出した性質に基づいて、動作レベルのプロパティを生成するプロパティ生成手段、
   として機能させることを特徴とするプログラム。

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