方式やアーキテクチャなどを検討する抽象度の高い設計で，The MathWorks, Inc.の数値演算ソフトウェア「MATLAB」を使うケースは少なくない。MATLABでの設計結果は，M言語のデータになる。このM言語のデータを起点にし，高位合成を使ってLSIを設計した事例に関して，富士通九州ネットワークテクノロジーズ（QNET）が講演した。
この講演は，11月26日に東京で開催の「MATLAB EXPO 2010」（主催：マスワークス）で行われた。登壇したのは，富士通QNETの斎藤 睦巳氏（第一開発統括部 第一技術部 リーダー（信号処理技術））である。富士通QNETは機器やLSIの受託設計を行う企業で，同氏は主に通信関連の設計に携わってきた。今回，MATLABで開発したM言語データを起点にして，米Mentor Graphics Corp.の高位合成ツール「Catapult C Synthesis」を使って無線通信用SoCのモデム回路を設計した。なおQNETでは，これまでにもCatapult C Synthesisを実際の設計に活用してきた（Tech-On!関連記事1）
同氏が講演中でも述べたように，MathWorks製品で設計したデータを起点にし，高位合成ツールを使ってLSIや回路ブロックを設計する場合，起点になるのは，MATLABではなく，「Simulink」というケースが多い（例えば，同2）。MathWorks自身も，Simulinkの設計結果を論理合成可能なHDLコードに変換するためのソフトウェア「Simulink HDL Coder」を提供している（同3）。しかし，今回のQNETの事例では，起点はSimulinkではなく，MATLABである。
斎藤氏によれば，通信処理のモデリングにMATLABを使う顧客が同社には多く，MATLAB/M言語からの高位合成は，少なくとも同社ではニーズが多いという。実際，今回は当該回路の設計と並行して，MATLABから高位合成ツールを利用してLSIを設計するフローの確立も目指した。
M言語から直接の高位合成は難しい
今回のSoCで高位合成を適用したのは，MATLAB（M言語）でモデリングされたモデム処理ブロックである。このブロックのうち，変調処理回路と復調処理回路を，高位合成を使って合成する。同ブロックでも，高位合成が苦手な制御インタフェース回路はRTLのHDLを使って人手設計する。
高位合成すると決めた部分に関しては，さらなる検討が要る。「M言語を直接入力できる高位合成ツールが市場には見当たらないため，高位合成ツールが読み込めるデータにM言語のモデルを一度変換する必要がある」（同氏）からだ。実際に検討したのは二つの方法である（図1）。Simulinkでモデル化し直して，上述のような手段を使って論理合成可能なHDLコードを得る方法が一つ。もう一つはM言語モデルを一旦C言語モデルに変換して，C言語入力の高位合成ツールで論理合成可能なHDLコードを得る方法である。
今回は，後者を選んだ。M言語モデルのC言語モデルへの変換は，当初人手で行うことを検討したが，実際にやってみると，かなりの手間がかかることが判明した。そこでツールを使って自動化できる部分は，MathWorksの「Embedded MATLAB」（Tech-On!関連記事4）を適用することにした（図2）。Embedded MATLABを使って得たC言語コードおよび人手変換したC言語コードは，そのままでもCatapult C Synthesisで処理可能だが，Mentorが提供するC++のデータ型「Algorithmic C」（同5）を利用して最適化し，さらにビット幅の調整を図った（図3）。
