東京に住むプログラマの思うところ

ORM (Object-relational mapping)については賛否両論あると思います。 私もこの件について思うところが最近あったので、ポエムを投下します。

「ORM SQL」といった感じで検索してみると

• O/Rマッピングは百害あって一利なし!
• ORMは使った方が良いの? SQL
• ベテランエンジニアは、実行されるSQLがブラックボックスという理由でORマッパーは使わない人が多いですか

のような記事が見つかりました。不要とほぼ断言しているものから、積極的にORMを使う派の方まで。

私もこれまではどちらかといえば、「別にSQLで書けるのに、敢えてORMを使う必要性は無いのでは」と思っていました。 ただ、最近開発をしている際に、初めてORMを使いたくなる場面に遭遇しました。

これは、端的に言えば、上の3番目の回答に挙げられているORMの機能

• 対応するオブジェクトを通じたレコードの更新、トランザクションの一定の隠蔽

に大きな有用性を感じたためです。

これまでの開発では、コードの開発前にRDBのスキーマがほとんど決まっていたので、 レコードの更新や取得を行うSQLは(手間でも)一回だけ書けば良い場面ばかりでした。

でも、今回経験した開発では、要件が完全に決まっていない段階で開発をスタートしたのもあり、 開発がある程度進んだ段階で要件が精緻化されたところ、(ER図でいうところの)エンティティのテーブルとの対応が大幅に変わる可能性が生じました。 具体的には、現実との整合性を保つために

• あるエンティティは、これまでの単一のテーブルから、複数のテーブルの結合とした方が良い
• これまで2つのテーブルにマップされていたエンティティは3つのテーブルの結合とした方が良い

といった状況です。

さて、これまで真心込めたSQLで結合してマッピングしていたエンティティですが、 いざRDBスキーマが変更になると、これらも書き直さなければいけません。当然、検索(SELECT)だけでなく、 更新(UPDATE)もです。多:多でエンティティの属性を取得するためにforループを回している記述も修正する必要があります。

困った… というわけでORMの出番です。実現方法は静的コード生成だったり、実行時のリフレクションだったりしますが、 基本的にORMではエンティティ間の1:多などの関係をメタデータとして記述することで、 関数一撃で関連するエンティティを取得できるようになるわけです。

もちろん、ORMでも、RDBスキーマが変わって際の変更がゼロとはいきませんが、複数のSQLやfor文を正しく書き直す労力を考えれば、 メタデータの更新と関数呼び出しの変更程度で対応できるのであれば、相当有用であると思いました。

まとめると、スキーマが完全に決まっており、将来的にも変更されることは(ほぼ)無い、というのであれば、 SQLのみで記述してもそれほど問題にはならないかも知れません。 一方で、要件に伴ってRDBスキーマが開発中にも変更される可能性があるなら、 ORMを使用するのは保険として大変役立つのではないか、と思いました。

昨年末(2021/12)になりますが、LenovoのM75q Tiny Gen2を購入しました。スペックはRyzen 5650GE, Windows 10 Home, 8GB DDR4, 256GB SSDといったところです。 税込みで59,950円。楽天Rebates経由で購入したので10% 5995のポイント還元があり、到着直後にメモリとSSDはそれぞれ32GB, 1TBに交換し、8GBのDDR4は約3,000円で売却したので、実質5万円くらいになりました。増設したDDR4 (CT2K16G4SFD832A)が14,560円、SSD (WD Black SN750 SE)が12,799円かかっているので、総額では8万円弱になっていますが。

サイズ感はほとんどMac mini (M1)のような感じです。Mac miniはUSB Type-Aが2個、Thunderboltが2個とHDMI, Ethernetしかありませんが、 M75Q-q TinyはUSB Type-Aが5個、Type-Cが1個、HDMI, DisplayPort, Ethernetがあるので、拡張性は高いです。メモリやSSDの増設が自分でできるのもポイント高いですね。

Mac miniは負荷をかけても全く音が気になりませんでしたが、こちらは多少音が気になりました。CPUの消費電力の差もあるのでしょうが、 定常状態でもファンの音が聞こえることからして、構造的な違いが大きそうです。ファンの排気口を自分の方に向けて配置しているのも気になる原因かもしれませんが。

リカバリのためのUSBメモリでブートしない問題と対処

SSDを交換してから、Lenovo純正のツールでUSBメモリを使用してリカバリを実施したのですが、これでちょっとハマりました。 最初はバッファロー K32GA-BK/Nにリカバリデータを書き込んだのですが、どうやってもこのメモリだと電源起動時に認識されず、 リカバリができませんでした。

設定の問題かと思っていろいろ試しましたが、全く動作しない。検索してみたら、同じような問題にぶつかった人がいたので、 結局KIOXIA 32GB USB3.2 Gen1を購入して、こちらで試したらあっさり成功しました。

まとめ

その後、昨年内にWindows 11のアップグレードもできました。安定して動作しています。 Mac miniはメモリを16GBにCTOしていますが、それでも色々な開発ツールを動作させるとメモリ圧縮が効き出して、 動作が若干緩慢に感じることがあります。M75q Tinyは32GBにしたので、私の使用する範囲内では全くメモリには不足なく、快適そのものです。

SQLでwhere検索を行うときに、条件によって、さらに検索条件を切り替えたいということが生じることがあります。

例えば、テーブルにカラムC1, C2, C3が存在するとして、気持ちとして以下のように書きたくなる場合です。

select something from tbl where if p(C1) then q(C2) else r(C3)

カラムC1に依存する述語p(C1)がTRUEの時はq(C2)で検索し、FALSEの場合はr(C3)で検索する、というものです。

SQL: If clause within WHERE clause に答えがでていますが、この場合は、

select something from tbl where (p(C1) and q(C2)) or (not p(C1) and r(C3))

が答えになります。if p(C1) then q(C2) else r(C3)がTRUEになる場合を考えると、p(C1)がTRUEであれば、q(C2)がTRUEである必要があり、 p(C1)がFALSEであればr(C3)がTRUEでないといけません。これを論理式で書いたのが上になります。

あるいは、if p(C1) then q(C2) else r(C3)はp(C1)→q(C2)かつ￢p(C1)→r(C3)と書き直すこともできるので、 A→B = ￢A ⋁ Bを使って、

(not p(C1) or q(C2)) and (p(C1) or r(C3))

と書いても同じ結果になります。

今回の例では説明を具体的するためにカラムC1, C2, C3と書きましたが、大切なのは述語p, q, rですので、 カラムとは無関係に条件を書くことができます。

2023/1/6追記： SQLのwhere句でifで条件文を複数切り替えは不可 case式で代替可能に説明されていますが、whereの中でcaseを使うこともできるので、

select something from tbl where case when p(C1) then q(C2) else r(C3) end

と書くこともできますね。

コロナ禍で在宅勤務の時間が長くなっています。以前から27インチ4Kモニタで作業していましたが、 もう少し画面の広さが欲しくなりました。

それで、24QP500-Bを購入しました(2560x1440 23.8インチ)。 27インチを、座った正面に配置しており、その横に、まずは垂直の向きで(90度回転)置いてみましたが、 どうにも垂直方向が思ったより大きすぎて常用には耐えないように感じたので、普通に横置きで使うことにしました。

モニタを置いた状態を上から見たイメージはこんな感じです。縮尺は厳密ではありません。 右のモニタは机の端からはみ出ています(両方ともモニタアーム使用。こういうの)。 こういう自由度の高い配置をするためにも、モニタアームは強く推奨したいですね。 下手にピボットとか高さ調整機能のある台座がついた、数千円高いモニタを買うよりも、 最初から差額でモニタアームを買った方が幸せになれます。 モニタの高さを狙い通りにできるのと、モニタ下の空間が使えるようになるのは大きいです。

これでも右側のモニタの右端は若干使いにくいです。普段ほとんど参照しないウィンドウを置いてます。 27インチ2枚だったら、この置き方だとさらに右側が使いにくくなってしまったと思います。 この配置であれば、これくらいの画面サイズの組み合わせがベストかもしれません。

これまで4Kに慣れていたので(Windowsでは125%で使用していますが)、 23.8インチWQHDでも画素の粗さが気になってしまう(100%で使用しても)のが予想外でした。 解像度が高いのは正義だと感じます。

FPGAの部屋の記事、 RGB 24ビット・データ入出力対応のメディアン・フィルタをVitis HLS 2021.1で作成する1、RGB 24ビット・データ入出力対応のメディアン・フィルタをVitis HLS 2021.1で作成する2にて、HLS記述にてバブルソートを記述し、Interval=1を得ている(1クロック毎にデータを入力できるパイプラインで動作)のを見て、 実はHLSではなく、愚直にRTLで書いてもInterval=1は達成できるのではないかと思い、実験してみました。

ソートをハードウェアで実装するための手法はよく研究されており、ソーティングネットワークと呼ばれているようです。

Wikipediaによれば、3x3(=9)画素のソートを行うためには、7段のソーティングネットワークが最小の段数であるそうです。

“sorting network generator"などと検索すると、ソーティングネットワークの自動生成ツールなどもあり、興味がある方には面白いかもしれません。

書いてみたRTL記述はこちら:

module sort (
    input            CLK,
    input [15:0]     in[0:8],
    output reg[15:0] out
);

    logic[15:0] tmp;
    logic[15:0] in_val[0:8];
    logic[15:0] result;

    int i,j;

    always @(*) begin
        in_val = in;
        for (i = 1; i < 9; i = i + 1) begin
            for (j = 0; j < 9 - i; j = j + 1) begin
                if (in_val[j] < in_val[j+1]) begin
                    tmp         = in_val[j];
                    in_val[j]   = in_val[j+1];
                    in_val[j+1] = tmp;
                end
            end
        end
        result = in_val[4];
    end

    always_ff @(posedge CLK) begin
        out <= result;
    end

endmodule

9個の数値(各16bit)からなる配列inを、上記記事ではC言語で書かれているのと同じ方法でソートしています。 このようなコードは、ある程度RTL記述に慣れた人の方が違和感を感じるかと思います。 ノンブロッキング代入(<=)ではなくブロッキング代入(=)を使っています。

RTLでforループを使用する場合、同じような回路の複数コピーを作成する、というのが用途の大部分を占めると思います。 上記記述もその一例と言えなくは無いですが、どのような回路が合成されるのか、直観的には把握しずらいです。

どのように論理合成が行われるのか、CRC生成回路に実例と共に説明されていますが、要するに、ループ内で使われている変数tmp, in_valに、i, jの値を添え字としてループ毎に別名を付けてあげると思えば、 理論的には展開できるというのが想像できると思います。内側のループ(j)が8,7,6,…,1回回るので、 合計36回ifの部分が展開されることになります。手計算で行おうと思うと気が遠くなりますが、合成ツールは賢いです。

次のようなテストベンチを作ってみます。

module sort_tb;

    logic CLK;
    logic [15:0] in[0:8];
    logic [15:0] out;

    sort dut (.*);

    initial begin
        CLK = 0;
    end

    always #10 CLK <= ~CLK;

    always @(posedge CLK) begin
        in[0]   <=  $urandom();
        in[1]   <=  $urandom();
        in[2]   <=  $urandom();
        in[3]   <=  $urandom();
        in[4]   <=  $urandom();
        in[5]   <=  $urandom();
        in[6]   <=  $urandom();
        in[7]   <=  $urandom();
        in[8]   <=  $urandom();
    end

endmodule

シミュレーションしてみた波形が次です。画面上のsynthはsortに置き換えてください。

緑の入力に対して、1クロック遅れて黄色の出力が得られています。目視でチェックした限り、9つの値の中央値が得られてそうです。

論理合成してみた結果をRTL Viewerで確認してみます。

一番右側に一つだけ16bitのレジスタがあって、残りは比較器とマルチプレクサになっています。 何段になっているか、しっかり数えませんでしたが(12段?)、さすがに最小値の7までは行ってなさそうです。

配置配線まで実行してみたところ、Cyclone Vで、ALM 988個、Total registers 16となりました。

ちなみに、久々にQuartusでシミュレーションしようとしたら、ModelSimの起動方法に手間取って、Quartus Prime と ModelSim の NativeLink の使い方を参考にして解決しました。