JPH0619733A - シミュレーションのための入力パターン評価方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明の目的は、複数回の連続した状態遷
移にわたるステートマシンの一連の動作を１分析単位と
して取扱えるシミュレーションのための入力パターン評
価方法を提供することである。 【構成】 この方法は、ステートマシンの仕様１０、ス
テートマシンの記述プログラム１３、シミュレーション
パターン１４、シミュレータ１５および比較・検討プロ
グラム１９を含み、該方法実行時、仕様１０から算出し
た所定長さの複数の状態遷移列１１とシミュレータ１５
によるパターン１４を用いたステートマシンのシミュレ
ーションにより発生した所定長さの複数の状態遷移列１
７とをプログラム１９において比較・検討し、その検討
結果に基づいてパターン１４は該ステートマシンを仕様
１０の正当性を網羅してシミュレートするのに適切な入
力パターンであるか否かを評価するよう構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はシミュレーションのた
めの入力パターン評価方法に関し、特に、その内部状態
を複数取り得、かつ入力データに基づいて現在の内部状
態から次の内部状態に遷移する電子回路で組まれた装置
（以下、ステートマシンと呼ぶ）のシミュレーション実
行時における入力データ（以下、入力パターンと呼ぶ）
の評価方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステートマシンは、その要求仕様を表す
状態遷移関数に基づいて設計される。ステートマシンに
おける次の内部状態（以下次状態と呼ぶ）は現在の内部
状態（以下、現状態と呼ぶ）と入力パターンとによって
決まる。ここで入力パターンＩと現状態Ｓのあらゆる組
合せＩ×Ｓのそれぞれについて、次状態を定める関数
を、状態遷移関数という。ステートマシンが、その仕様
を表す状態遷移関数に基づいて正しく設計されているか
否かを確認するためにシミュレーションが実行される。
従来、ステートマシンのシミュレーションのための入力
パターンは、次のように作成されていた。まず、特定の
現状態のステートマシンに特定の入力パターンを作製
し、与えてマシンを特定の次状態に遷移させるというよ
うな、２つの特定状態間でのみ行なわれる異なる遷移を
複数個発生させる。そして、各遷移において作成された
入力パターンが、該マシンをシミュレーションするため
の入力パターンであるという手法が取られていた。それ
ゆえに、状態遷移関数で規定される２つの特定状態間の
異なる状態遷移をくまなくシミュレートした後、各状態
遷移を発生させるために用いられた入力パターンの集合
を作成すれば、該ステートマシンをシミュレーションす
るために必要とされる入力パターン群が作成されたと見
なされていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のステー
トマシンのシミュレーションのための入力パターン作成
方法では、現状態から次状態への特定状態間での遷移、
すなわち１回の状態遷移が確認される毎に入力パターン
が１個作成されているにすぎない。このように作成され
るパターンを用いたシミュレーションによれば、ステー
トマシンが仕様（状態遷移関数）のとおりに動作してい
るか否かの確認はできるが、仕様そのものの正当性の確
認には不十分である。この点について以下に説明する。

【０００４】ステートマシンは、通常、単独で用いられ
ることはなく何らかの順序装置と組合わされて使用され
ることが多い。現在のデジタル式コンピュータを数学的
な観点から見ると順序装置（シーケンシャルマシン）と
見なされる。順序装置は、一般にタイミングＴにおいて
入力パターンＩ（Ｔ）を与えたとき、得られる出力パタ
ーンＯ（Ｔ）がその順序装置の内部状態Ｓ（Ｔ）および
入力パターンＩ（Ｔ）により定まり、また次のタイミン
グの内部状態Ｓ（Ｔ＋１）が入力パターンＩ（Ｔ＋１）
と状態Ｓ（Ｔ）により定まるように、その動作に履歴を
もつような装置である。この内部状態は、たとえばフリ
ップフロップなどに記憶される。ステートマシンはこの
ようにその動作に履歴をもつような順序装置と組合わさ
れて使用されることが多い。したがって、順序装置と組
合せた状態でステートマシンをシミュレーションするこ
とにより、初めて仕様そのものの正当性が確認される。
ところが前述したように現状態から次状態への１回の遷
移のみが確認されるように作成された従来の入力パター
ンを用いたシミュレーションでは、ステートマシンに、
たとえば現状態→次状態→次々状態…と複数回の連続し
た状態遷移からなる一連の動作を行なわせることはでき
ない。即ち、順序装置の動作との関連を考慮したシミュ
レーションをすることはできない。したがって、該ステ
ートマシンの仕様の正当性の不備を発見できないという
課題があった。

【０００５】上述の課題を解消するように、ステートマ
シンに複数回の連続した状態遷移からなる一連の動作を
行なわせるようなシミュレーションのための異なる入力
パターンを予め複数個作成し、この各作成入力パターン
を用いたシミュレーションを実行することにより仕様の
正当性を確認するという方法が採られる。しかしなが
ら、シミュレーションのために作成されたこれら入力パ
ターンが該仕様に規定される全ての入力パターンを網羅
しているか否かを評価する方法が確立されていなかっ
た。そのため、これら作成パターンの各々を用いたシミ
ュレーションにより仕様の正当性の確認がされるという
上述の方法には、確認もれがあっても見過ごされてしま
うという問題があった。

【０００６】それゆえにこの発明の目的は、ステートマ
シンをシミュレートし、その仕様の正当性を確認するた
めに作成される入力パターンが、該仕様に規定される全
入力パターンを網羅しているか否かを評価するようなシ
ミュレーションのための入力パターン評価方法を提供す
ることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係るシミュレ
ーションのための入力パターン評価方法は、複数の内部
状態を取り、かつ現状態および入力パターンに基づいて
次状態に遷移する状態遷移装置の仕様の正当性を確認す
るために、該状態遷移装置をシミュレーションする際の
入力パターンの評価方法であり、該仕様に規定される所
定長の状態遷移列をすべて算出するステップと、該仕様
に基づいて、入力パターンを作成するステップと、作成
された入力パターンに基づいて前述のシミュレーション
を実行し、この実行結果に基づいて所定長の状態遷移列
を生成するステップと、算出された状態遷移列と生成さ
れた状態遷移列とを比較し、この比較結果に基づいて作
成入力パターンを評価するステップとを備えて構成され
る。

【０００８】上述のように構成されるシミュレーション
のための入力パターン評価方法は、前述の比較結果に基
づいて、作成された入力パターンを補正するステップを
さらに備えて構成されてもよい。

【０００９】

【作用】この発明に係るシミュレーションのための入力
パターン評価方法においては、状態遷移装置の仕様に基
づいて作成された入力パターンに従って該装置の動作を
シミュレーションし、その結果に基づいて生成された状
態遷移列と仕様から算出されたすべての状態遷移列とを
比較する。この比較結果により該算出遷移列の全てが、
即ち仕様に規定される全状態遷移が該シミュレーション
により確認されたか否か判別できる。言換えれば、この
比較結果により作成入力パターンは仕様に規定される全
入力パターンを網羅しているか否か、即ち作成入力パタ
ーンは仕様の正当性をシミュレーションにより確認する
ために用いる入力パターンとして適切か否かを評価する
事ができる。

【００１０】また、作成された入力パターンを前述の比
較結果に基づいて補正することにより、該状態遷移装置
の仕様の正当性を確認するために用いる入力パターンと
して最適な入力パターンを容易に得ることができる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面参照
して詳細に説明する。

【００１２】図１は、この発明の一実施例によるシミュ
レーションのための入力パターン評価方法の原理を説明
する図である。

【００１３】図１を参照して、この方法においては予め
ステートマシンの要求仕様から設計されたステートマシ
ンの仕様（状態遷移関数）１０、ステートマシンの内部
の回路をロジックにして表現したステートマシンの記述
プログラム１３、シミュレーションパターン１４、プロ
グラム１３およびパターン１４を入力しプログラム１３
をパターン１４に基づいて実行（ステートマシンをシミ
ュレーション）するシミュレータ１５、および比較・検
討プログラム１９が準備される。

【００１４】プログラム１３およびパターン１４は、ス
テートマシンの仕様１０に基づいてユーザーが作成す
る。比較・検討プログラム１９は、シミュレーションパ
ターン１４が仕様１０に規定される全入力パターンを網
羅しているか否かを評価する機能を有する。

【００１５】動作において、まず、プログラムなどを用
いてステートマシンの仕様１０に基づき、仕様１０にお
いて規定される長さｎの状態遷移列１１が全て算出され
る。複数の状態遷移列１１は状態遷移列の集合１２とし
てまとめられる。次に、シミュレータ１５によるシミュ
レーション実行により動作確認が行なわれた一連の状態
遷移において、それぞれの状態遷移の過程が明確に判別
できる形式にして状態遷移の系列が原状態遷移列１６と
して得られる。具体的には、シミュレータ１５の内蔵さ
れるプリント機能などを用いてシミュレーションにより
発生した状態遷移毎に遷移した状態の名称などを連続的
にプリント出力することにより原状態遷移列１６が得ら
れる。得られた原状態遷移列１６から、上述した長さｎ
の部分状態遷移列を全て切出すことにより複数の状態遷
移列１７を得る。複数の状態遷移列１７は状態遷移列の
集合１８としてまとめられる。次に、比較・検討プログ
ラム１９が仕様１０から算出された状態遷移列の集合１
２に含まれる各遷移列１１とシミュレーションパターン
１４に基づくシミュレーション実行により得られた状態
遷移列の集合１８の各遷移列１７とを比較する。この比
較結果によりパターン１４が該ステートマシンの仕様の
正当性を網羅してシミュレーションするための入力パタ
ーンとして適切であるか否かが評価される。この点につ
いて、以下に説明する。

【００１６】比較・検討プログラム１９は、ステートマ
シンの仕様１０から算出された状態遷移列の集合１２中
の各遷移列１１と、作成されたシミュレーションパター
ン１４に基づくシミュレーション実行により得られた状
態遷移列の集合１８中の各遷移列１７とを比較し、各遷
移列を以下のように分類する。

【００１７】分類１． 集合１２に含まれ、かつ集合１
８にも含まれる状態遷移列。

【００１８】分類２． 集合１２に含まれ、かつ集合１
８には含まれない状態遷移列。

【００１９】分類３． 集合１２には含まれず、かつ集
合１８には含まれる状態遷移列。

【００２０】上述したような３つの分類から、比較・検
討プログラム１９はただちに、分類１．に該当の状態遷
移列は、仕様１０で規定された長さｎの状態遷移であ
り、その動作の確認が今回のシミュレーション実行によ
り行なわれたもの、分類２．に該当の状態遷移列は仕様
１０で規定された長さｎの状態遷移であり、その動作の
確認が今回のシミュレーション実行によりなされていな
いもの、分類３．に該当の状態遷移列は仕様１０でその
動作が規定されていない、すなわち本来発生してはなら
ない状態遷移列ということになる。この場合、該遷移列
が今回のシミュレーション実行により発生したのだか
ら、ステートマシンを仕様１０から設計する（プログラ
ム１３を記述する）際の誤りであるという判断が下せ
る。

【００２１】上述したように、比較・検討プログラム１
９が作成入力パターン１４を用いたシミュレーション実
行により各遷移列を上述した分類１．〜分類３．のいず
れかに分類する。この分類結果は作成パターン１４を用
いたシミュレーションにより仕様１０に規定される全状
態遷移動作が確認されたか否かを表すので、パターン１
４が仕様１０の正当性を網羅して確認するためのシミュ
レーションに用いられる入力パターンとして適切である
か否かの評価を表すことにもなる。

【００２２】なお、図１に示される状態遷移列１１およ
び１７の長さｎはたとえばｎ＝３としているが、これは
該ステートマシンが組合わされる順序装置のもつ動作の
履歴より長くなるように設定すればよい。つまり、該順
序装置の現状態が直前の内部状態で決まるような場合、
該順序装置のもつ履歴の長さは２となるので、このよう
な場合遷移列１１および１７は少なくとも長さ３以上に
設定される。

【００２３】図２は、この発明の一実施例によるシミュ
レーションのための入力パターン評価方法を実施するた
めの手順を示す概略図である。図２の手順による評価結
果では、前述の分類２に該当の遷移列が発生したこと、
言い換えれば作成入力パターンは、仕様で規定されてい
る状態遷移列の全てを動作確認することができないよう
な入力パターンであると評価されている。

【００２４】図２の手順はＣＰＵ（中央処理装置）、メ
モリおよびプリンタまたは表示装置を含む出力ディバイ
スからなる計算機を用いて実行される。図２の手順にお
いて状態遷移関数２０、遷移列出力プログラム２１、ス
テートマシンの記述プログラム２３ａ、状態遷移出力の
記述プログラム２３ｂ、シミュレータ２５、切出プログ
ラム２７および比較プログラム２９が予め準備される。

【００２５】図３は、図２の状態遷移関数の一例を表形
式にして示した図である。

【００２６】図４は、図２のシミュレータ２５の入出力
動作を入出力されるデータを用いて説明する図である。

【００２７】図５は、図２の切出プログラム２７の一例
と、プログラム２７の入出力動作を入出力されるデータ
を用いて説明する図である。

【００２８】図６は、図２の比較プログラム２９の入出
力動作を入出力されるデータを用いて説明する図であ
る。

【００２９】状態遷移関数２０は、図３を参照して分か
るように、ステートマシンの内部は内部状態Ｓ１〜Ｓ４
のいずれかに遷移し、かつ次状態は現状態と入力パター
ン（データｉ１およびｉ０の組合せ）により一意的に決
まることを規定している。

【００３０】また、利用者は状態遷移関数２０に基づい
てプログラム２３ａおよび２３ｂを記述することによ
り、その内部状態を逐次出力するようなステートマシン
がプログラム記述される。また該関数２０に基づいてシ
ミュレーションパターン２４を作成する。図４には、プ
ログラム２３ａおよび２３ｂともにパターン２４が示さ
れる。シミュレータ２５はパターン２４ならびにプログ
ラム２３ａおよび２３ｂを入力し、プログラム２３ａお
よび２３ｂをパターン２４を用いて実行する。これによ
り、ステートマシンがパターン２４を用いてシミュレー
トされる。このシミュレーション結果は原状態遷移列２
６として出力される。原状態遷移列２６は、シミュレー
ション実行時にプログラム２３ｂが遷移した内部状態を
逐次出力することにより得られたものであり、該シミュ
レーションにより動作確認が行なわれた一連の状態遷移
の過程が判別できる形式でバッファなどに出力される。

【００３１】次に、図５に示されるように切出プログラ
ム２７は原状態遷移列２６から部分列のリスト２８を生
成し出力する。切出プログラム２７は、図５に示される
ように原状態遷移列２６の先頭から１状態遷移ずつずら
して得られる部分状態遷移列を逐次切出すことによりリ
スト２８を作成する。なお、図２の手順においては部分
状態遷移列の長さは３と設定している。

【００３２】一方、遷移列出力プログラム２１は状態遷
移関数２０に基づき、関数２０で規定される長さ３の全
ての部分状態遷移列からなるリスト２２を算出する。次
に、比較プログラム２９は図６に示されるように、リス
ト２２に含まれる各状態遷移列と部分列のリスト２８に
含まれる各状態遷移列とを比較する。この比較により、
上述の分類２．に該当する状態遷移列がリスト２２から
抽出され未確認状態遷移列３０が生成される。この確認
結果は、たとえば表示装置あるいはプリンタなどに出力
される。

【００３３】なお、本実施例ではリスト２２および２８
に含まれる状態遷移列の長さは３としたが、この値に特
定されるものではない。また、シミュレータ２５のシミ
ュレーション対象は、ステートマシンを記述したプログ
ラム２３ａであったが、ステートマシンそのもの（回路
データ）であってもよい。

【００３４】図２で示したように、該パターン２４を用
いたシミュレーションでは前述の分類２．に該当の未確
認状態遷移列３０が生成されたので、シミュレーション
パターン２４は、状態遷移関数２０で規定されている長
さ３の状態遷移動作を完全に網羅してシミュレーション
するための入力パターンとしては不適切であると評価さ
れたことになる。この評価結果に基づき、利用者が所望
に応じて遷移列３０の内容に従ってパターン２４を補正
（図２の１点鎖線で示されるフィードバック）し、その
後、補正されたパターン２４を用いてシミュレーション
を同様に実行すれば、未確認状態遷移列３０は０個とな
る。したがって、この時点で得られているシミュレーシ
ョンパターン２４は、状態遷移関数２０で規定される長
さ３の状態遷移動作を完全に網羅してシミュレーション
するための入力パターンとして適切なパターンであると
評価されたことになる。

【００３５】このように、連続した複数回（本実施例の
場合、３回）の状態遷移からなるステートマシンの一連
の動作を１分析単位として扱うシミュレーションのため
の入力パターンの評価方法が確立される。したがって、
該ステートマシンと履歴を有した周辺装置（順序装置）
とを組合せて構成される論理回路の設計などの分野で、
この評価方法は、回路の開発を支援する機能として用い
れば、特に有効である。

【００３６】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、状態遷
移装置の仕様に規定される所定長の全ての状態遷移列
と、仕様に基づいて作成された入力パターンに従ってシ
ミュレーションを実行し実行結果から生成された所定長
の状態遷移列とを比較することにより、作成された入力
パターンは所定長の状態遷移動作単位で、該装置の仕様
の正当性を網羅して確認するために実行される該装置の
シミュレーションのための入力パターンとして適切であ
るか否かを評価することができる。

【００３７】また、上述のように状態遷移装置のシミュ
レーションのための入力パターンの有効な評価方法が得
られるので、該状態遷移装置とその内部状態が履歴を有
するような周辺装置（順序装置）とを組合せて構成され
る論理回路の開発（試験）の分野において、該方法を適
用することによりその期間は短縮されるという効果もあ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例によるシミュレーションの
ための入力パターン評価方法の原理を説明する図であ
る。

【図２】この発明の一実施例によるシミュレーションの
ための入力パターン評価方法を実施するための手順を示
す概略図である。

【図３】図２の状態遷移関数の一例を表形式にして示し
た図である。

【図４】図２のシミュレータの入出力動作を入出力され
るデータを用いて説明する図である。

【図５】図２の切出プログラムの一例と、該プログラム
の入出力動作を入出力されるデータを用いて説明する図
である。

【図６】図２の比較プログラムの入出力動作を入出力さ
れるデータを用いて説明する図である。

【符号の説明】

１０ ステートマシンの仕様 １２および１８ 状態遷移列の集合 １３ ステートマシンの記述プログラム １４ シミュレーションパターン １５ シミュレータ １６ 原状態遷移列 １９ 比較・検討プログラム なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の内部状態を取り、かつ現在の内部
   状態および入力パターンに基づいて次の内部状態に遷移
   する状態遷移装置の仕様の正当性を確認するために、該
   装置をシミュレーションする際の前記入力パターンの評
   価方法であって、 前記仕様に規定される所定長の状態遷移列をすべて算出
   するステップと、 前記仕様に基づいて、前記入力パターンを作成するステ
   ップと、 前記作成入力パターンに基づいて前記シミュレーション
   を実行し、該実行結果に基づいて前記所定長の状態遷移
   列を生成するステップと、 前記算出された状態遷移列と前記生成された状態遷移列
   とを比較し、該比較結果に基づいて前記作成入力パター
   ンを評価するステップとを備えた、シミュレーションの
   ための入力パターン評価方法。
2. 【請求項２】 前記比較結果に基づいて、前記作成入力
   パターンを補正するステップをさらに備えた、請求項１
   に記載のシミュレーションのための入力パターン評価方
   法。