はじめに

通信やメモリアクセスを考えるとき、転送そのものにかかる時間に加えて、順番待ちや中継処理、受信後の処理も気になります。

たとえば、CANの送信周期を短くすると送信待ちが増えることがあります。Gatewayの処理時間を変えると、別のバスへ届くタイミングが変わります。SRAMでは、同時に処理できる読み出しの数によって待ち時間が変わります。

こうした条件の違いを、入力データと時系列の結果で確かめるためのツールが DIR Simulator です。

この記事では、DIRでできることと使い方の全体像を紹介します。個別の設定や実験手順は別記事で扱い、このページを入口としてつなげていきます。

GitHubリポジトリでソースとサンプルを公開しています。本記事は公開版v1.1.6を基準にしています。

DIRとは

DIRは、CAN・Ethernetなどの通信や、SoC内のデータ転送、メモリ・IPCを対象とした、Rust製の離散イベント型シミュレータです。IPCは、ここではメールボックスや共有メモリを介したデータの受け渡しを指します。

離散イベント型では、「要求が発生する」「送信を開始する」「処理が完了する」といった出来事を、仮想的な時刻の上で順に処理します。構成や条件を与えると、それに応じた送信順、待ち時間、処理結果などを記録できます。

たとえば、同じ構成のまま送信周期やキュー容量だけを変え、結果の違いを比較できます。条件を一つ変えて、どの待ち時間や結果が変わったかを追う、という使い方ができます。

主な対象と、確認できる内容の例をまとめます。

対象	確認できることの例
Classical CAN	調停による送信順、送信待ち、キュー満杯時の破棄、受信フィルタや受信処理遅延
CAN FD	与えられた位相ごとのbit数を使った、データ速度と送信時間・待ち時間の比較
複数CANバス・Gateway	別バスへの中継、処理遅延、転送先の送信待ち、受信バッファの保持
Ethernet	優先キュー、VLAN、multicast、配送期限、TSNの送信制御など
SoC内の通信	AXI・AHB・共有バス・NoCの、要求の競合や転送待ち
メモリ・IPC	DDRのリフレッシュ、SRAMのポート数、メールボックス容量、DMAのコピー完了と通知

扱う粒度はモデルごとに異なります。CAN FDは外部で算定した位相ごとのbit数を使う時間評価で、SoC・メモリ系などには処理の受け渡しを抽象化したモデルを使います。結果を読むときは、そのモデルが表す範囲と前提を確認します。

通信方式の学習、小さな構成での動作確認、条件を変えた比較実験などが、使い始めやすい用途です。

DIRでは、実行結果をJSONやCSVへ保存できます。さらに、その結果を埋め込んだHTMLを生成し、ブラウザの Viewer で確認できます。

公開ガイド「初めてのCAN実行」に掲載している実際のViewer画面です。3ノードの最小CAN例を表示しています。画像と数値は同ガイドの基準版v1.1.3で取得したものです。

Viewerでは、構成図とタイムラインを見ながら、次のような内容を確認できます。

再生や一時停止、時刻指定、前後のイベント時刻への移動ができるため、気になる場面を止めて調べられます。保存済みの結果を表示する仕組みなので、設定を変えた場合はシミュレーションを再実行して比較します。

結果を埋め込んだ単独HTMLは、表示用サーバーを起動せずに開けます。同じ記録を見ながら、送信順や待ち時間を説明する資料としても使えます。

DIRという名前は、Definition・Initialization・Runtime の頭文字です。

層	役割	主に使うもの
Definition（定義）	ノードやバスなどの構成、ポート、接続を定義する	NED
Initialization（初期化）	実行時間やパラメータを設定し、送信内容などの入力を指定する	INIと、そこから参照するJSON
Runtime（実行）	モデルの振る舞いを実行し、結果を記録する	Rust製の実行エンジンと各モデル

この分け方によって、同じ構成を使いながら条件を変えられます。たとえばCANの配線を保ったまま、ビットレート、送信周期、キュー容量を変えて比較できます。用意されたモデルとサンプルを使う場合は、入力ファイルを編集して実行できます。

構成や入力の編集には、ブラウザで操作するローカルの NED editor も用意しています。構成図を使った編集や、入力の検証・保存に利用できます。

NEDは構造記述の対応サブセットを扱い、INIはDIR独自の設定仕様です。既存のOMNeT++プロジェクトをそのまま動かす完全互換環境ではありません。

まずは、同梱の小さなCANサンプルから始めると、入力と結果の関係を追いやすくなります。

そのあとで、条件を一つ変え、別の出力先へ実行して比較します。たとえばビットレートだけを変えると、送信時間や次の要求の待ち時間への影響を確認できます。

最初は「初めてのCAN実行」→「Viewerで結果を読む」→「CANの調停」の順に読むと、一つの実験としてつながります。「設定・用語・FAQ」は、設定や用語を確認したいときに参照してください。

分野	扱うテーマ
CAN・CAN FD	調停、受信フィルタ、受信処理遅延、データ速度の比較
Gateway	処理遅延と複数CANバスへの中継
Ethernet	配送期限、優先キュー、VLAN、multicast、動的制御、TSN
SoC内の通信	共有バス、AXI、AHB、NoC
メモリ・IPC	SRAM、DDR、共有メモリ、メールボックス、DMA
機能リファレンス	共通基盤、画面操作、各モデル、後続拡張と仕様変更の検討

詳細な説明と実習入力は公開ガイドから読むことができます。Qiitaの記事は公開でき次第、上の一覧へ順に追加します。

出典：DIR SimulatorのREADME、公開ガイド、各モデルの仕様。各実習の測定バージョンは、リンク先の記事に記載しています。

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