JPH11232147A - パワーエスティメーション装置、パワーエスティメーション方法、及びパワーエスティメーションプログラムを記録した機械読み取り可能な記録媒体 - Google Patents

パワーエスティメーション装置、パワーエスティメーション方法、及びパワーエスティメーションプログラムを記録した機械読み取り可能な記録媒体

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JPH11232147A
JPH11232147A JP10033235A JP3323598A JPH11232147A JP H11232147 A JPH11232147 A JP H11232147A JP 10033235 A JP10033235 A JP 10033235A JP 3323598 A JP3323598 A JP 3323598A JP H11232147 A JPH11232147 A JP H11232147A
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JP
Japan
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power consumption
instruction
program
consumption value
data
Prior art date
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JP10033235A
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Atsushi Kageshima
淳 影島
Masayoshi Tachibana
昌良 橘
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プログラマが作成したファンクションレベル
のソースプログラムに対して消費電力値の見積りを行う
ことを可能とするパワーエスティメーション技術を提供
する。 【解決手段】 ソースプログラム列１を入力し、ソース
プログラムのトレース情報９を生成するトレース手段８
と、トレース手段８で生成されたトレース情報９を入力
し、ソースプログラムのストール情報１２を生成するス
トール情報検出手段１０と、ストール情報検出手段１０
にて検出されたストール情報１２を用い、ソースプログ
ラムの命令ごとの消費電力値ライブラリ１５からソース
プログラム対しての消費電力値を求める消費電力算出手
段１３とを具備し、ファンクションレベルで実行プログ
ラムの消費電力値を求めることを可能とするものであ
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、パワーエスティメ
ーション装置、パワーエスティメーション方法、及びパ
ワーエスティメーションプログラムを記録した機械読み
取り可能な記録媒体に関し、特に、マイクロプロセッサ
に対するパワーエスティメーションに関する。
【０００２】
【従来の技術】プロセッサに使用されるパッケージを選
別したり、バッテリの容量を選出したりする場合には、
そのプロセッサが消費する電力値（消費電力値）を算出
する必要がある。この消費電力値を算出する手段とし
て、仮想的にプロセッサを想定し、プロセッサ上で実行
される実行プログラムが実行された時の消費電力値をシ
ミュレーションすることにより消費電力値を求める技術
が知られている。
【０００３】図３０は、第１の従来例であるシミュレー
ション装置の構成を示すブロック図である。このシミュ
レーション装置は、ソースプログラム列（ここでは、
「ソースプログラム」は、ファンクションレベルのプロ
グラムであって、コンパイルされる前のプログラムのこ
とを指す。具体的には、ＣやＰａｓｃａｌといった高級
言語で書かれたプログラムのことを指している。）１を
アセンブリコード３に変換するコンパイラ２と、アセン
ブリコード３を入力し、実際のプロセッサ上で動作する
時の信号値に変換してゲート／Ｔｒレベル用入力信号値
５を生成するゲート／Ｔｒレベル変換部４と、生成され
たゲート／Ｔｒレベル用信号値５を入力し、ゲート／Ｔ
ｒレベルのシミュレーションを行うことにより高精度な
消費電力値７を生成するシミュレータ６とを備えるもの
である。
【０００４】この従来のシミュレーション装置は、実際
にプログラマが作成したファンクションレベルのソース
プログラムを実際のプロセッサ上で動作する時の信号値
に変換し、下流のトランジスタレベル、ゲートレベルで
プロセッサ内部を実際に動作させながらシミュレーショ
ンすることにより消費電力を求めるものである。従っ
て、その見積り精度は非常に高いものとなるが、逆に実
行速度が非常に遅いという問題がある。そのため、完成
したプログラムに対して確認という意味でこのシミュレ
ーション装置を使用することは可能ではあるが、このシ
ミュレーション装置を用いてプログラミング中に消費電
力値を意識しながら試行錯誤することはその実行速度の
点から不可能であった。
【０００５】一方、上記シミュレーション装置の実行速
度の問題を回避する方法として、アセンブリコードを用
いて消費電力値をエスティメーションすることにより消
費電力値を求める技術が提案されている（特願平８−２
２８１１号、特願平８−１９０４５６号、特願平９−１
６８３号、特願平９−２８２３７８号）。
【０００６】図３１は、第２の従来例であるエスティメ
ーション装置の構成を示すブロック図である。このエス
ティメーション装置は、ソースプログラム列１をアセン
ブリコード３に変換するコンパイラ２と、アセンブリコ
ード３を入力し、トレース情報９を生成するトレース部
８と、トレース情報９を入力し、マイクロプロセッサの
動作情報１１を用いて実行プログラムのストール情報１
２を検出するストール情報検出部１０と、ストール情報
１２を用いて、ストール情報を考慮した消費電力ライブ
ラリ１４から実行プログラムの消費電力値７を求めるエ
スティメータ１３とを備えるものである。
【０００７】この従来エスティメーション装置は、実際
にプログラマが作成したファンクションレベルのソース
プログラムをコンパイルしたアセンブリコードを用いて
消費電力値を見積もるものである。従って、実行速度の
高速化が図られ、それにより、実行プログラムの消費電
力値を設計の早い段階で高速に精度良く見積もることが
可能となる。そのため、複数の同一機能実行プログラム
の比較などを行う場合には非常に有効である。しかしな
がら、消費電力の見積りを行うレベルがアセンブリレベ
ルであるため、この見積りによって得られた知見（例え
ば、消費電力が大きくなる原因）をファンクションレベ
ルでプログラミングを行うプログラマにフィードバック
して、より低消費電力なプログラムに修正させることは
不可能であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
第１の従来例のシミュレーション装置には、その実行速
度が遅いために、プログラミング中に使用することはで
きないという問題があった。また第２の従来例のエステ
ィメーション装置には、見積りをアセンブリレベルで実
施していることから、その見積結果に基づいてプログラ
マがファンクションレベルのソースプログラムを修正す
ることはできないという問題があった。
【０００９】本発明は、上記事情に鑑みて成されたもの
であり、その目的は、プログラマが作成したファンクシ
ョンレベルのソースプログラムに対して消費電力の見積
りを行うことを可能とするパワーエスティメーション装
置、パワーエスティメーション方法、及びパワーエステ
ィメーションプログラムを記録した機械読み取り可能な
記録媒体を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次
の通りである。すなわち、プロセッサ上で実行される実
行プログラムに含まれる命令が実行された時の消費電力
値を見積もるパワーエスティメーション装置に、ファン
クションレベルのプログラム（ソースプログラム）に含
まれる命令ごとの消費電力値を予めシミュレーションに
より求めておき、この消費電力値ライブラリから前記ソ
ースプログラムに含まれる命令ごとの消費電力値を実際
の実行順序で前記プロセッサがストールするか否かを考
慮して算出し、その複数の消費電力値を用いて前記実行
プログラムの消費電力値を求める機能を持たせたもので
ある。
【００１１】上記構成によれば、ファンクションレベル
で消費電力値の見積りが可能となり、それによりプログ
ラマはその消費電力値見積結果を参照しつつ、消費電力
値が削減されるようにプログラミングを行うことが可能
となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
【００１３】第１の実施の形態 図１は、本実施の形態に係るパワーエスティメーション
装置の構成を示すブロック図である。このパワーエステ
ィメーション装置は、ファンクションレベルのソースプ
ログラム列１をを入力し、そのソースプログラム列１の
トレース情報９を生成するトレース部８と、トレース情
報９を入力し、マイクロプロセッサの動作情報１１を用
いて実行プログラムのストール情報１２を検出するスト
ール情報検出部１０と、ストール情報を含むトレース情
報１２を用いて、一式（関数）当り消費電力ライブラリ
１５から実行プログラムの消費電力値７を求めるエステ
ィメータ１３とを備えるものである。
【００１４】次に、本実施の形態に係るエスティメーシ
ョン装置の動作の具体例を図面を参照しつつ説明する。
なお、以下では、説明を簡単にするために、対象とする
プロセッサの構成を図２に示すものとする。このプロセ
ッサは、命令及びデータを保持する、低速、大容量、安
価のメモリ部１６と、メモリ部１６よりも高速、小容量
（同時に保持できる命令数を５０、データ数を１００と
し、オーバーフローが発生した場合には、一番過去に実
行された命令／データが捨てられるものとする）、高価
の命令キャッシュ部１７ａ及びデータキャッシュ部１７
ｂと、それらの制御及び各種の演算を行うコア部１８と
を備えるものである。
【００１５】また、このプロセッサには、命令キャッシ
ュ１７ａ及びデータキャッシュ１７ｂをクリアする命令
はないものとする。
【００１６】さらに、データキャッシュミスを起こす可
能性のある命令は、ファンクションレベルの命令での代
入文（アセンブリレベルのロード命令）のみとする。
【００１７】そして、使用するコンパイラは１種類で、
図３に示すように、コンパイル時のオプションによっ
て、通常、実行速度優先、コード量優先の３種類のコン
パイルを行うものとする。ここで、使用するコンパイ
ラ、使用するオプションを上記の如く規定するのは、次
の理由による。
【００１８】一般には、ファンクションレベルで書かれ
ているソースプログラムは、同一の記述であってもコン
パイラによって最適化が行われるため、図４に示すよう
に、ファンクションレベルとアセンブリレベルとは一対
一対応していない。また、ファンクションレベルのプロ
グラムは最適化（コンパイル）の際に、図５に示すよう
に、実行順序が変更されることがあるため同じアセンブ
リコードに変換されるという確証はない。そのため、プ
ログラムによって消費される消費電力値を正確に求める
ことはできない。しかし、仮に使用コンパイラや使用オ
プションが予め判明していれば、コンパイルの際に命令
実行順序が入れ替わる可能性があるものの、ファンクシ
ョンレベルの式／関数とアセンブリコードを対応づける
ことは可能である。従って、従来技術で説明した図３１
に示すようなエスティメーション装置を用いることによ
り、図６に示すような、ファンクションレベルの一式／
関数当りの消費電力値ライブラリデータを用意すること
が可能となる。そして、このファンクションレベルの一
式／関数当りの消費電力を用いることにより、ファンク
ションレベルでの消費電力の見積りが可能となるのであ
る。
【００１９】次に、図７に示すプログラム列を例として
実際に本実施の形態に係るエスティメーション装置を用
いて実際に消費電力値を求めるための手順を図１を参照
しつつ説明する。なお、図７のプログラム列に対する消
費電力値ライブラリデータとして図９に示すライブラリ
データが用意されているものとする。
【００２０】まず最初に、図７に示すプログラム列１を
実際に一命令ずつ実行させて展開し、これらの命令がど
のような順番（これ以降、実行順序で示す）で実行され
るかというトレース情報９を求める。このトレース情報
を図８に示す。
【００２１】次に、このトレース情報９と、対象とする
プロセッサ（マイクロプロセッサ）の動作情報１１を参
照することによって、その実行順序で実行される命令が
どのようなストールを発生しているか、使用するデータ
がメモリ部にあるのかデータキャッシュ部にあるのか、
といった情報をストール情報検出アルゴリズムを用いて
検出し、これらストール情報を含むトレース情報１２を
求める。このストール情報検出アルゴリズムの例を図１
０及び図１１に示す。
【００２２】ここで、ストールとは、例えば、命令をロ
ードするのに数クロックかかるような記憶装置に記憶さ
れているような場合や、命令の依存関係によって命令を
実行できない場合にプロセッサの実行が数クロック遅延
することがある。このように何らかの原因による遅延に
よりプロセッサが命令を実行できない状態をストールと
いう。具体的には、一般にいわれるストール（例えば、
次に実行すべき命令をメモリから読み込むのに時間がか
かってしまうために発生する遅延）、ハザード（例え
ば、これから実行する命令が、前の命令の実行結果に依
存して実行内容が変わるために、前の命令の実行結果が
確定するまで実行できないために発生する遅延）、及び
リソースコンフリクト（命令実行に必要な資源が限られ
ているとき、命令実行に伴って使用したとき、先の命令
によって未だ使用中のためにその実行が終了するまで命
令実行を開始できないときに発生する遅延）が含まれ
る。
【００２３】プロセッサが何らかの原因でストールした
場合には、このシステムクロックを数クロック余分に費
やすことになる。この余分に費やしたシステムクロック
のサイクルにおいても、ある程度電力消費される。その
ため、より正確に消費電力値の見積りを行うため、この
ストール情報の検出が行われる。なお、ここでは、スト
ールの原因としてキャッシュミスを起こす場合を例とし
て説明するものとする。
【００２４】このアルゴリズムでは、まず、初期化を行
った後（ステップ１）、対象とするプログラムに適用す
るコンパイラの種類の確認（ステップ２）、コンパイル
時のオプションの確認を行う（ステップ３）。
【００２５】次に、対象とする命令プログラムから、こ
れから実行する命令（式又は関数）ｘ[ｎ]を一つ読み込
み、その実行命令の種類と、命令番地Ｙ[ｍ]、及び使用
データの番地Ｚ[ｌ]を記憶する（ステップ４）。なお、
ここで用いられる命令番地Ｙ[ｍ]、使用データの番地Ｚ
[ｌ]は実メモリ中の番地ではなく、仮想的にパワーエス
ティメーション装置が過去に読み込まれてキャッシュ中
に格納されているか否かを判断するために持っている番
地のことである。
【００２６】次に、その命令番地Ｙ[ｍ]がキャッシュに
保存されている命令番地ΣＹ[ｍ−１]と等しいか調べる
（ステップ５）。等しければその命令は命令キャッシュ
から読み込まれて実行されることになるためフラグをた
てる（Ｉｆｌａｇ＝１）（ステップ６）。一方、等しく
なければその命令はメモリから読み込まれて実行される
ことになるためフラグを降ろす（Ｉｆｌａｇ＝０）（ス
テップ７）。
【００２７】次に、同様に、そのデータ番地Ｚ[ｌ]がキ
ャッシュに保存されているデータ番地ΣＺ[ｌ−１]と等
しいか調べる（ステップ８）。等しければそのデータは
データキャッシュから読み込まれて実行されることにな
るためフラグをたてる（Ｄｆｌａｇ＝１）（ステップ
９）。一方、等しくなければそのデータはメモリから読
み込まれて実行されることになるためフラグを降ろす
（Ｄｆｌａｇ＝０）（ステップ１０）。
【００２８】次に、実行される命令が式であるか関数で
あるかが判断される（ステップ１１）。
【００２９】（１）ステップ１１で実行される命令が式
であると判断された場合 まず、この式に対応するアセンブリが命令キャッシュか
ら読み込まれているか、あるいはメモリから読み込まれ
ているかをＩｆｌａｇから判断する。また、使用データ
がデータキャッシュから読み込まれているか、あるいは
メモリから読み込まれているかをＤｆｌａｇから判断す
る（ステップ１２）。そして、Ｉｆｌａｇ＝１、Ｄｆｌ
ａｇ＝１の場合には、命令が命令キャッシュ読み込み／
使用データがデータキャッシュ読み込みの式であると認
識する（ステップ１３）。Ｉｆｌａｇ＝１、Ｄｆｌａｇ
＝０の場合には、命令が命令キャッシュ読み込み／デー
タがメモリ読み込みの式であると認識する（ステップ１
４）。Ｉｆｌａｇ＝０、Ｄｆｌａｇ＝１の場合には、命
令がメモリ読み込み／データがデータキャッシュ読み込
みの式であると認識する（ステップ１５）。Ｉｆｌａｇ
＝０、Ｄｆｌａｇ＝０の場合には、命令がメモリ読み込
み／データがメモリ読み込みの式であると認識する（ス
テップ１６）。
【００３０】このように、実行される式の状態を考慮し
た分類を記録した後、命令キャッシュに保持される命
令、データキャッシュに保持されるデータのオーバーフ
ローをチェックする。まず、Ｉｆｌａｇ＝１の場合、す
なわち命令が命令キャッシュから読み込まれたものであ
る場合には、過去に命令キャッシュに保存されていた方
の命令番地データを削除する（ステップ１７）。Ｉｆｌ
ａｇ＝０の場合、すなわちメモリ読み込みの場合には、
今回実行した命令が新たに命令キャッシュに保存される
ことを意味するので、保存している命令番地の個数ΣＹ
[ｎ]が５０より多くなるかを調べ（ステップ１８）、多
くなる場合は、最古の命令番地情報を削除する（ステッ
プ１９）。
【００３１】次に、Ｄｆｌａｇ＝１であるか否かを判断
し（ステップ２０）、Ｄｆｌａｇ＝１の場合、すなわち
データがデータキャッシュ読み込みの場合には、過去に
データキャッシュに保存されていた方のデータ番地デー
タを削除する（ステップ２１）。Ｄｆｌａｇ＝０の場
合、すなわちメモリ読み込みの場合には、今回使用した
データが新たにデータキャッシュに保存されることを意
味するので、保存しているデータ番地の個数ΣＺ[ｌ]が
１０より多くなるかを調べ（ステップ２２）、多くなる
場合には、最古のデータ番地情報を削除する（ステップ
２３）。
【００３２】（２）ステップ１１で実行される命令が関
数であると判断された場合 まず、その関数によって必要とされる命令数Ｍ、データ
数Ｌを図９に示すライブラリデータを参照して求め、命
令数、データ数を増加させる（ステップ２４）。
【００３３】次に、この関数に対応するアセンブリ群が
命令キャッシュから読み込まれているか、あるいはメモ
リから読み込まれているかをＩｆｌａｇから判断する。
また、使用データがデータキャッシュから読み込まれて
いるか、あるいはメモリから読み込まれているかをＤｆ
ｌａｇから判断する（ステップ２５）。そして、Ｉｆｌ
ａｇ＝１、Ｄｆｌａｇ＝１の場合には、命令が命令キャ
ッシュ読み込み／使用データがデータキャッシュ読み込
みの関数であると認識する（ステップ２６）。Ｉｆｌａ
ｇ＝１、Ｄｆｌａｇ＝０の場合には、命令が命令キャッ
シュ読み込み／データがメモリ読み込みの関数であると
認識する（ステップ２７）。Ｉｆｌａｇ＝０、Ｄｆｌａ
ｇ＝１の場合には、命令がメモリ読み込み／データがデ
ータキャッシュ読み込みの関数であると認識する（ステ
ップ２８）。Ｉｆｌａｇ＝０、Ｄｆｌａｇ＝０の場合に
は、命令がメモリ読み込み／データがメモリ読み込みの
関数であると認識する（ステップ２９）。
【００３４】このように、実行される関数の状態を考慮
した分類を記録した後、命令キャッシュに保持される命
令群、データキャッシュに保持されるデータ群のオーバ
ーフローをチェックする。まず、Ｉｆｌａｇ＝１の場
合、すなわち命令が命令キャッシュから読み込まれたも
のである場合には、過去に命令キャッシュに保存されて
いた方の命令番地データ群を削除する（ステップ３
０）。Ｉｆｌａｇ＝０の場合、すなわちメモリ読み込み
の場合には、今回実行した命令群が新たに命令キャッシ
ュに保存されることを意味するので、保存している命令
番地の個数ΣＹ[ｎ]が５０より多くなるかを調べ（ステ
ップ３１）、多くなる場合は、最古の命令番地情報から
オーバーする個数分の命令を削除する（ステップ３
２）。
【００３５】次に、Ｄｆｌａｇ＝１であるか否かを判断
し（ステップ３３）、Ｄｆｌａｇ＝１の場合、すなわち
データがデータキャッシュ読み込みの場合には、過去に
データキャッシュに保存されていた方のデータ番地デー
タを削除する（ステップ３４）。Ｄｆｌａｇ＝０の場
合、すなわちメモリ読み込みの場合には、今回使用した
データが新たにデータキャッシュに保存されることを意
味するので、保存しているデータ番地の個数ΣＺ[ｌ]が
１０より多くなるかを調べ（ステップ３５）、多くなる
場合には、最古のデータ番地情報を削除する（ステップ
３６）。
【００３６】そして、上記（１）、（２）の処理の後、
最後に、式、関数の場合ともに、実行プログラム中のす
べての命令についてこのアルゴリズム処理を行ったかを
調べ（ステップ３７）、終了していなければ、プログラ
ムカウンタ（Ｎ）を１増やしてから（ステップ３８）、
再度ステップ４から繰り返す。一方、終了していれば、
本アルゴリズムを終了する。
【００３７】ここで、このストール情報検出アルゴリズ
ムを上記図８で示したトレース情報を用いてさらに具体
的に説明する。この例では、プログラマが初めにｃｃコ
ンパイラを使用して、通常オプションでコンパイルする
ことを決めているものとする。従って、ステップ２で
「ｃｃコンパイラ使用」が認識され、ステップ３で「通
常オプション」が認識される。
【００３８】次に、ステップ４でまず実行順序１の命令
が読み込まれる。この命令は初めて実行されるため、ス
テップ５、ステップ７、ステップ８、ステップ１０のパ
スを通ってステップ１１に進む。そして、この実行順序
１の命令は式であるため、ステップ１２に進み、命令、
データ共にメモリ読み込みであることからステップ１
６、ステップ１８へと進む。ここで、保存している命令
番地の個数ΣＹ[ｎ]が５０以下であるため、ステップ２
０に進む。データはメモリ読み込みであるのでステップ
２２に進み、保存しているデータ番地の個数ΣＺ[ｌ]が
１０より多くなるかが調べられる。ここでは１０以下で
あるので、ステップ３７に進む。そしてまだ、すべての
命令が実行されていないので、ステップ３８を通って再
度ステップ４に戻り、次の命令の処理に入る。
【００３９】実行順序２の命令は実行順序１の命令と同
じパスを通って処理される。
【００４０】実効順序３の命令も初めて実行されるた
め、実行順序１の命令と同じくステップ１１まで進む。
ここで、実行順序３の命令は関数であるため、ステップ
２４に進む。そして、その関数によって必要とされる命
令数Ｍ、データ数Ｌを図９に示すライブラリデータを参
照して求め、命令数、データ数を増加させる。この実行
順序３の命令は１２命令／４データを使用するので、命
令数を（１２−１）＝１１、データ数を（４−１）＝３
だけ増加させる。次に、ステップ２５に進み、命令、デ
ータ共にメモリ読み込みであるので、ステップ２９に振
り分けられ、ステップ３１に進む。ここで、保存してい
る命令番地の個数（命令数）ΣＹ[ｎ]が５０以下である
ため、ステップ３３に進む。データはメモリ読み込みで
あるので、ステップ３５に進み、保存しているデータ番
地の個数（デー多数）ΣＺ[ｌ]が１０以下であるため、
ステップ３７に移り、ステップ３８を経てステップ５に
戻る。
【００４１】実行順序４、７の命令（式）は、実行順序
１の命令と同じパスを通って、実行順序５、６の命令
（関数）は、実行順序３の命令と同じパスを通って処理
される。
【００４２】実行順序３’の命令は、ステップ５におい
てその命令番地がキャッシュに保存されている命令番地
と等しいと判断され、過去に実行された命令と同一であ
ると認識される。そして、ステップ６でフラグが立てら
れ（Ｉｆｌａｇ＝１）、ステップ８に進む。ステップ８
では、既にデータキャッシュにデータがあるので、ステ
ップ９に進み、フラグを立てて（Ｄｆｌａｇ＝１）、ス
テップ１１に進む。この命令は関数であるため、ステッ
プ２４を経由してステップ２５に進む。命令、データ共
にキャッシュ読み込みであるので、ステップ２６に振り
分けられ、ステップ３０に進む。ステップ３０で過去の
同一命令番地群を削除し、ステップ３３を経由してステ
ップ３４で過去に使用した同一データ番地群を削除す
る。そして、ステップ３７、ステップ３８を通ってステ
ップ４に戻る。
【００４３】実行順序４’の命令は、実行順序３’の命
令と同じパスを通ってステップ４からステップ１１に進
む。この命令は式であるため、ステップ１２に進み、命
令、データ共にキャッシュ読み込みであるので、ステッ
プ１３に振り分けられ、ステップ１７で過去の同一命令
番地群を削除する。さらに、ステップ２０、ステップ２
１と進み、過去に使用した同一データ番地群を削除す
る。そして、ステップ３７、ステップ３８を通ってステ
ップ４に戻る。
【００４４】実行順序５’の命令は実行順序３の命令と
同じパスを通って処理され、実行順序６’の命令は実行
順序３の命令と同じパスを通って処理され、実行順序
７’の命令は実行順序４’の命令と同じパスを通って処
理される。
【００４５】実行順序３”の命令は実行順序３’の命令
と同じパスを通って処理され、ステップ３７まで進む。
この命令が最後の命令であるので、アルゴリズムを終了
する。
【００４６】以上により、トレース情報にストール情報
を付加する作業が終了し、その出力結果をまとめると、
図１２に示すストール情報を考慮したトレース情報を得
ることができる。
【００４７】エスティメータ１３で、この図１２に示す
情報１２と図９に示すファンクションレベルの一式／関
数当りの消費電力値ライブラリデータ１５とから各命令
の消費電力を求め、それぞれを足し合わせることによっ
て、最終的に対象とする命令プログラム全体の消費電力
値７を求めることができる。図１３では、命令プログラ
ムの合計は２２３００ｍＷであることを示した。
【００４８】このようなファンクションレベルのパワー
エスティメーション装置を用いることによって、高精度
なエスティメーション結果を高速に得ることができる。
また、ファンクションレベルでプログラミングする際に
式（関数）とその式（関数）の消費電力とを対応づけて
見ることを可能とすることにより、低消費電力を意識し
たプログラミングをすることが容易となる。
【００４９】第２の実施の形態命令が関数である場合に
は、その関数中に分岐やループが存在するために実際に
シミュレーションを行わないと命令実行時の必要サイク
ル数や、消費電力値が一意的に求まらない場合が存在す
る。そこで、本実施の形態では、上記第１の実施の形態
とは異なり、図９に示すライブラリデータに代えて、図
１４に示す最大値／最小値が示されたライブラリデータ
を用いる構成としたものである。
【００５０】本実施の形態によれば、図１に示すエステ
ィメータ１３により消費電力値７を求める際に、対応す
るデータの最大値を積和した最大消費電力値と、最小値
を積和した最小消費電力値をそれぞれ求めることが可能
となる。例えば、上記第１の実施の形態で用いた図７に
示すファンクションレベルの命令列を実行した時の消費
電力値は図１４に示すライブラリデータを用いることに
よって図１５に示すような最大及び最小の消費電力値７
を求めることができる。従って、消費電力がプログラム
実行時のデータに依存するためにその値を一意的に見積
もることができない場合であっても、少なくともその最
大値と最小値を求めることができる。それにより、消費
電力値が存在する範囲を特定することが可能となる。そ
して、この情報を設計者にフィードバックすることで、
設計者はプログラムの改良を容易に行うことができる。
【００５１】第３の実施の形態 図１６は、本実施の形態に係るパワーエスティメーショ
ン装置の構成を示すブロック図である。このパワーエス
ティメーション装置は、対象とするファンクションレベ
ルのソースプログラム列１を入力し、そのソースプログ
ラム列１をスタティック展開するスタティック展開部１
９と、そのスタティック展開されたプログラム列２０を
用いて、一式（関数）当り消費電力ライブラリ１５から
実行プログラムの消費電力値７を求めるエスティメータ
１３とを備えるものである。
【００５２】本実施の形態では、外部から与えられる分
岐／ジャンプ確率及びループ回数を用いて命令（デー
タ）がキャッシュ読み込みなのか、メモリ読み込みなの
かを判断し、それによりスタティック展開部１９がソー
スプログラム列１をスタティック展開する。すなわち、
実際にシミュレーションを行わずにソースプログラム列
１を展開することが可能となる。例えば、上記第１の実
施の形態で用いた図７に示すファンクションレベルの命
令列は、プログラム中のループ回数を外部から「ループ
回数＝２」と指定することで、実際にシミュレーション
することなく図１２に示すプログラム列を得ることがで
きる。従って、ファンクションレベルにおいて、プログ
ラム中で使用する変数値が確定していない段階であって
も消費電力値の見積りが可能となる。また、実際にシミ
ュレーションを行う必要がないので、消費電力見積りの
高速化が図られ、シミュレーションにかけられない未完
成なプログラムに対しても消費電力の見積りが可能とな
る。
【００５３】第４の実施の形態 図１７は、本実施の形態に係るデータキャッシュ情報検
出装置の構成を示すブロック図である。このデータキャ
ッシュ情報検出装置は、対象とするファンクションレベ
ルの命令列１を入力し、そのソースプログラム列１のト
レース情報９を生成するトレース部８と、トレース情報
９を用いて、式（関数）毎のデータキャッシュ情報２２
からデータキャッシュミス情報２３を検出するデータキ
ャッシュチェック部２１とを備えるものである。
【００５４】本実施の形態では、プログラム中で使用さ
れる関数それぞれに対して、その関数が参照するデータ
の総数、参照する種類（例えば、その関数内部のみで使
用される内部データであるか、対象とするプログラム全
体で使用されるグローバルデータであるか、等であ
る）、参照するタイミング及びその関数実行後データキ
ャッシュ内に保存されるデータの順番と種類を保持する
ライブラリデータであるデータキャッシュ情報２２を用
いることにより、データキャッシュミスを起こすデータ
及びその個数が情報として得られるようにしたものであ
る。
【００５５】次に、本実施の形態に係るデータキャッシ
ュ情報検出装置の動作の具体例を図面を参照しつつ説明
する。なお、ここでは図１９に示すデータを有する関数
が、図２０に示す実行順序で実行された場合を例として
説明する。
【００５６】図１７に示すように、まず最初に、対象と
するプログラム列１を一命例ずつ実行させて展開し、こ
れらの命令がどのような順番（実行順序）で実行される
かというトレース情報９を求める。このプログラムは、
トレース展開しても実行順序は変化しない。
【００５７】次に、このトレース情報９と、式（関数）
毎のデータキャッシュ情報２２とを参照することにより
データキャッシュミス情報２３を検出する。このデータ
キャッシュ情報検出アルゴリズムの例を図１８に示す。
このアルゴリズムでは、まず、ステップ１０１で初期
化を行った後、ステップ１０２で対象とするプログラム
に適用するコンパイラの種類の確認、ステップ１０３で
コンパイル時のオプションの確認を行う。この例では、
プログラマが初めにｃｃコンパイラを使用して、通常オ
プションでコンパイルすることを決めているものとすれ
ば、ステップ１０２で「ｃｃコンパイラ使用」が認識さ
れ、ステップ１０３で「通常オプション」が認識される
ことになる。
【００５８】次に、ステップ１０４で実行される式／関
数が認識される。図１９に示す関数では、最初に命令Ａ
が実行されるので、まず最初に命令Ａが認識される。命
令Ａは初めて実行される命令なので、ステップ１０５を
通ってステップ１０９に進む。ステップ１０９では、命
令Ａの終了時のデータキャッシュ状態を図１９から求
め、その状態にデータキャッシュを更新する。そして、
ステップ１１０でグローバルデータＹ、Ｚがデータキャ
ッシュミスを起こしたという情報をプログラマにフィー
ドバックする。
【００５９】次に、ステップ１１１で全ての命令が実行
されたか判断される。ここでは、後続の式／関数が存在
するため、ステップ１０４に戻る。ステップ１０４で命
令Ｂが認識される。データキャッシュ中には既にデータ
が入っているので、ステップ１０５、ステップ１０６と
進み、この式／関数で使用するグローバルデータが何で
あるか、及びその総数を認識する。具体的には、図１９
から命令Ｂの使用するグローバルデータがＸ、Ｙ、Ｚの
３つであることを認識する。そして、ステップ１０７で
このデータＸ、Ｙ、Ｚがデータキャッシュ中に存在する
か否かをチェックする。ここでは、データＹが存在する
ために、ステップ１０８に進む。ステップ１０８で実際
にそのデータＹがデータキャッシュから読み込むことが
できるか（使用できるか）を確認する。具体的には、図
１９に示すデータに基づいてＦＩＦＯ（first in first
out；先入れ先出し）で実行すると、命令ＢでデータＹ
を使用する前に、データキャッシュ中に格納されていた
データＹはデータキャッシュから削除され、実際には使
用できない、すなわちキャッシュミスが生じることがわ
かる。そして、ステップ１０９に進み、命令Ｂの終了時
のデータキャッシュ状態を図１９に示すデータから求
め、その状態にデータキャッシュを更新し、ステップ１
０９でグローバルデータＸ、Ｙ、Ｚがキャッシュミスを
起こしたという情報をプログラマにフィードバックす
る。
【００６０】次に、ステップ１１１で全ての命令が実行
されたかが判断される。ここでは、後続の式／関数が存
在するため、再びステップ１０４に戻る。ステップ１０
４で命令Ｃが認識され、命令Ｂと同じパスを通ってステ
ップ１０７に進む。命令ＣのグローバルデータはＺであ
り、データＺはデータキャッシュ中に存在するので、ス
テップ１０８に進む。ステップ１０８で実際にそのデー
タＺがデータキャッシュから読み込むことができるか
（使用できるか）を上記と同様に確認する。ここでは、
データＺは使用可能であり、ステップ１０９でデータキ
ャッシュの更新後、ステップ１１０でグローバルデータ
Ｚがデータキャッシュヒットであるという情報をプログ
ラマにフィードバックする。
【００６１】次に、ステップ１１１で全ての命令が実行
されたかが判断され、ここで終了する。
【００６２】このように得られたデータキャッシュミス
情報により、プログラマはデータキャッシュミスを起こ
すデータ及びその個数を知ることができる。それによ
り、例えば実行結果に影響がない場合であれば図２０に
示す実行順序を変更することで、キャッシュミスを改善
したり、この改善による他のデータへの影響を再度調べ
たりすることができる。従って、キャッシュミスによる
消費電力の低減化を図ることが可能となる。
【００６３】例えば、図１９に示すデータを有する命令
を図２０に示す実行順序で実行した場合、データキャッ
シュ内部状態は図２１に示すように変化し、そのためグ
ローバルデータのキャッシュミスは４回起こっている。
ここで、命令順序を変更しても実行結果に影響がない場
合、例えば図２２に示す実行順序で実行すれば、データ
キャッシュ内部状態は図２３に示すように変化するの
で、データキャッシュミスは１回に減少する。従って、
上述したように、キャッシュミスによる消費電力の低減
化を図ることができる。
【００６４】なお、上述したパワーエスティメーション
を実現するためのプログラムは記録媒体に保存すること
ができる。この記録媒体をコンピュータシステムによっ
て読み込ませ、前記プログラムを実行してコンピュータ
を制御しながら上述したパワーエスティメーションを実
現することができる。ここで、前記記録媒体とは、メモ
リ装置、磁気ディスク装置、光ディスク装置等、プログ
ラムを記録することができるような装置が含まれる。
【００６５】第５の実施の形態 本実施の形態は、上記第１〜第３の実施の形態で求めら
れた消費電力値をプログラマに表示するＧＵＩ（graphi
cal user interface）に関するものである。
【００６６】図２４は、本実施の形態に係るＧＵＩによ
り表示した消費電力値見積結果の第１の例を示す図であ
る。この例では、トレース展開した後のファンクション
レベルの命令それぞれに対して、その式／関数が消費す
る消費電力値を一対一対応で表示したものである。
【００６７】図２５は、本実施の形態に係るＧＵＩによ
り表示した消費電力値見積結果の第２の例を示す図であ
る。この例では、トレース展開前のファンクションレベ
ルのプログラム列に対して、それぞれの式／関数の発生
頻度、その式／関数が１回当りに消費する最小と最大の
消費電力値、及び発生頻度と最小・最大消費電力値との
積（Totalの消費電力値）を表示したものである。
【００６８】図２６は、本実施の形態に係るＧＵＩによ
り表示した消費電力値見積結果の第３の例を示す図であ
る。この例では、トレース展開前のファンクションレベ
ルのプログラム列に対して、それぞれの式／関数の発生
頻度、その式／関数が起こすデータキャッシュミスの頻
度、及びその式／関数の発生頻度とデータキャッシュミ
スの頻度を考慮したそれぞれの消費電力値を積算して求
めた消費電力値を表示したものである。
【００６９】図２７は、本実施の形態に係るＧＵＩによ
り表示した消費電力値見積結果の第４の例を示す図であ
る。この例では、階層構造を有する関数を使用している
場合、その関数を指定することで、より詳細な情報を得
ることができる。
【００７０】本実施の形態によれば、より効率良く情報
を解析し、プログラマにフィードバックすることが可能
となる。
【００７１】第６の実施の形態 本実施の形態は、上記第４の実施の形態で求められたデ
ータキャッシュミス情報をプログラマに表示するＧＵＩ
に関するものである。
【００７２】図２８は、本実施の形態に係るＧＵＩによ
り表示したデータキャッシュミス情報結果の第１の例を
示す図である。この例では、式／関数が使用するデータ
番地（図中細線）、その式／関数の参照回数、及びデー
タキャッシュミスを起こしたデータの番地（図中太線）
を示したものである。
【００７３】図２９は、本実施の形態に係るＧＵＩによ
り表示したデータキャッシュミス情報結果の第２の例を
示す図である。この例では、式／関数が使用するデータ
番地、及びその使用タイミングを表示したものである。
【００７４】本実施の形態によれば、より効率良く情報
を解析し、プログラマにフィードバックすることが可能
となる。
【００７５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高速化、かつ高精度に消費電力の見積りを行うことが可
能となる。
【００７６】そして、この消費電力の見積りはファンク
ションレベルのソースプログラムに対して行われるの
で、見積結果をプログラムに反映させることが容易とな
り、従って、プロセッサ上で実行する命令プログラム作
成時に、低消費電力を意識したプログラムをリアルタイ
ムで比較検討しながら作成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係るパワーエスティメーシ
ョン装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態で使用するプロセッサの構成
を示す図である。
【図３】第１の実施の形態で使用するコンパイラのオプ
ションを説明するための図である。
【図４】ファンクションレベルの式とアセンブリレベル
の対応例を示す図である。
【図５】ファンクションレベルの関数とアセンブリレベ
ルの対応例を示す図である。
【図６】図１の消費電力ライブラリ１５の一例を示す図
である。
【図７】図１のプログラム列１の一例を示す図である。
【図８】図７のプログラム列に対する図１のトレース情
報９の一例を示す図である。
【図９】図７のプログラム列に対する図１の消費電力ラ
イブラリ１５を示す図である。
【図１０】第１の実施の形態で使用するストール情報検
出アルゴリズムを示すフローチャートである（その
１）。
【図１１】第１の実施の形態で使用するストール情報検
出アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１２】図７のプログラム列に対する図１のストール
情報を考慮したトレース情報１２を示す図である。
【図１３】図７のプログラム列に対する図１の消費電力
値７を示す図である。
【図１４】第２の実施の形態で使用する図１の消費電力
ライブラリ１５を示す図である。
【図１５】第２の実施の形態での図１の消費電力７を示
す図である。
【図１６】第３の実施の形態に係るパワーエスティメー
ション装置の構成を示すブロック図である。
【図１７】第４の実施の形態に係るデータキャッシュ情
報検出装置の構成を示すブロック図である。
【図１８】第４の実施の形態で使用するデータキャッシ
ュ情報検出アルゴリズムのフローチャートである。
【図１９】図１７のプログラム列１の一例を示す図であ
る。
【図２０】図１９のプログラム列の実行順序を示す図で
ある。
【図２１】図１９のプログラム列を図２０の実行順序で
実行した場合におけるデータキャッシュ内部状態の変化
を示す図である。
【図２２】図１９のプログラム列の他の実行順序を示す
図である。
【図２３】図１９のプログラム列を図２２の実行順序で
実行した場合におけるデータキャッシュ内部状態の変化
を示す図である。
【図２４】第５の実施の形態に係るＧＵＩの第１の表示
例を示す図である。
【図２５】第５の実施の形態に係るＧＵＩの第２の表示
例を示す図である。
【図２６】第５の実施の形態に係るＧＵＩの第３の表示
例を示す図である。
【図２７】第５の実施の形態に係るＧＵＩの第４の表示
例を示す図である。
【図２８】第６の実施の形態に係るＧＵＩの第１の表示
例を示す図である。
【図２９】第６の実施の形態に係るＧＵＩの第２の表示
例を示す図である。
【図３０】第１の従来例であるシミュレーション装置の
構成を示すブロック図である。
【図３１】第２の従来例であるエスティメーション装置
の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ プログラム列 ２ コンパイラ ３ アセンブリコード ４ ゲート／Ｔｒレベル変換部 ５ ゲート／Ｔｒレベル用入力信号値 ６ シミュレータ ７ 消費電力値 ８ トレース部 ９ トレース情報 １０ ストール情報検出部 １１ マイクロプロセッサの動作情報 １２ ストール情報を含むトレース情報 １３ エスティメータ １４ ストール情報を考慮した消費電力ライブラリ １５ 一式（関数）当りの消費電力ライブラリ １６ メモリ部 １７ａ 命令キャッシュ部 １７ｂ データキャッシュ部 １８ コア部 １９ スタティック展開部 ２０ スタティック展開されたプログラム列 ２１ データキャッシュチャック部 ２２ 式（関数）毎のデータキャッシュ情報 ２３ データキャッシュミス情報

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プロセッサ上で実行される実行プログラ
    ムに含まれる命令が実行された時の消費電力値をファン
    クションレベルのプログラム（以下、ソースプログラム
    という）に含まれる命令に対して見積もるパワーエステ
    ィメーション装置であって、 前記ソースプログラムに含まれる命令ごとの消費電力値
    を前記プロセッサがストールするか否かを考慮して算出
    する手段と、 その複数の消費電力値を用いて前記実行プログラムの消
    費電力値を求める手段とを有することを特徴とするパワ
    ーエスティメーション装置。
  2. 【請求項２】 プロセッサ上で実行される実行プログラ
    ムに含まれる命令がが実行された時の消費電力値をソー
    スプログラムに含まれる命令に対して見積もるパワーエ
    スティメーション装置であって、 前記ソースプログラムを入力し、そのソースプログラム
    のトレース情報を生成するトレース手段と、 そのトレース手段で生成されたトレース情報を入力し、
    前記ソースプログラムのストール情報を生成するストー
    ル情報検出手段と、 このストール情報検出手段にて検出されたストール情報
    を用い、前記ソースプログラムの命令ごとの消費電力値
    ライブラリから前記実行プログラムの消費電力値を求め
    る消費電力算出手段とを有することを特徴とするパワー
    エスティメーション装置。
  3. 【請求項３】 所定の実行プログラムに含まれる命令を
    実行するプロセッサ部と、 前記所定の実行プログラムに含まれる命令を保持するメ
    モリ部と、 前記所定の実行プログラムに含まれる命令の一部を保持
    する命令キャッシュ部と、 前記所定の実行プログラムに含まれる命令に使用される
    データの一部を保持するデータキャッシュとを備えたコ
    ンピュータシステムにおける消費電力値をソースプログ
    ラムに含まれる命令に対して見積もるパワーエスティメ
    ーション装置であって、 前記ソースプログラムを入力し、そのソースプログラム
    のトレース情報を生成するトレース手段と、 このトレース手段で生成されたトレース情報を入力し、
    前記実行プログラムに含まれる命令が前記メモリ部若し
    くは前記命令キャッシュ部のいずれに保持されているか
    の情報、及びその命令に使用されるデータが前記メモリ
    部若しくは前記データキャッシュ部のいずれに保持され
    ているかの情報を含むストール情報を検出するストール
    情報検出手段と、 このストール情報検出手段にて検出されたストール情報
    を用い、前記ソースプログラムの命令ごとの消費電力値
    ライブラリから前記実行プログラムの消費電力値を求め
    る消費電力算出手段とを具備することを特徴とするパワ
    ーエスティメーション装置。
  4. 【請求項４】 前記パワーエスティメーション装置であ
    って、 前記ソースプログラムに含まれる命令に使用されるデー
    タがデータキャッシュミスを起こすか否かの情報を示す
    手段をさらに具備することを特徴とする請求項１、２又
    は３記載のパワーエスティメーション装置。
  5. 【請求項５】 プロセッサ上で実行される実行プログラ
    ムに含まれる命令が実行された時の消費電力値をソース
    プログラムに含まれる命令に対して見積もるパワーエス
    ティメーション方法であって、 前記ソースプログラムに含まれる命令ごとの消費電力値
    を前記プロセッサがストールするか否かを考慮して算出
    するステップと、 前記ソースプログラムに含まれる命令ごとの消費電力値
    を用いて前記実行プログラムの消費電力値を求めるステ
    ップとを有することを特徴とするパワーエスティメーシ
    ョン方法。
  6. 【請求項６】 プロセッサ上で実行される実行プログラ
    ムに含まれる命令が実行された時の消費電力値をソース
    プログラムに含まれる命令に対して見積もるパワーエス
    ティメーションプログラムを記録した機械読み取り可能
    な記録媒体であって、 前記ソースプログラムに含まれる命令ごとの消費電力値
    を前記プロセッサがストールするか否かを考慮して算出
    するステップと、 前記ソースプログラムに含まれる命令ごとの消費電力値
    を用いて前記実行プログラムの消費電力値を求めるステ
    ップとを有することを特徴とするパワーエスティメーシ
    ョンプログラムを記録した機械読み取り可能な記録媒
    体。
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