🧠 3.1 AITL-Hアーキテクチャと層分離設計

3.1 AITL-H Architecture and Layered Design

🧠 AITL-Hとは何か？

What is AITL-H?

AITL-H（All-in-Theory Logic - Hybrid） は、制御システムを以下の 三層構造 で捉える設計パラダイムです。
AITL-H is a control system design paradigm structured into the following three-layer architecture:

層｜Layer	役割｜Function	例｜Example
LLM（知性） Intelligence	意図・推論・判断 Intent, inference, decision-making	対話、計画、最適化 Dialogue, planning, optimization
PID（理性） Reasoning	安定化・物理調整 Stabilization, physical control	モーター制御、姿勢制御 Motor and attitude control
FSM（本能） Instinct	行動スイッチ Reactive state transitions	移動開始、旋回、停止 Start, turn, stop

➡ このように各層の責務を 機能分離（Separation of Concerns） することで、設計の明確化と再利用性を向上させます。
➡ This separation improves design clarity and module reusability.

🧱 三層構造の接続イメージ（ブロック図）

Block Diagram: Three-Layer Integration

📎 GitHubでMermaidフローチャートを見る

graph TB
    LLM["🧠 LLM層<br/>知的制御層<br/>(GPT, RISC-V)"]
    PID["📏 PID層<br/>物理安定層<br/>(制御器, Stabilizer)"]
    FSM["🔁 FSM層<br/>行動選択層<br/>(ステートマシン)"]

    LLM -->|"Command / Override"| PID
    FSM -->|"ref (target value)"| PID
    PID -->|"Feedback (error)"| FSM

    %% ノードごとにクラス付けして色分け
    classDef llmClass fill:#FFF2CC,stroke:#FFB000,stroke-width:2px;
    classDef pidClass fill:#D9EAD3,stroke:#6AA84F,stroke-width:2px;
    classDef fsmClass fill:#D0E0E3,stroke:#3D85C6,stroke-width:2px;

    class LLM llmClass;
    class PID pidClass;
    class FSM fsmClass;

FSM：センサ信号に基づいて状態遷移・行動切替を行う
FSM switches behavior based on sensor input.
PID：FSMやLLMから与えられる ref をもとに連続制御
PID continuously controls based on reference from FSM/LLM.
LLM：状況判断に応じて制御をオーバーライド
LLM intervenes and overrides based on high-level context.

🎯 なぜ分離するのか？

Why Separate the Layers?

⚠️ 項目｜Aspect	❌ 分離しない場合｜Without Separation	✅ 分離した場合（AITL-H）｜With AITL-H Separation
実装再利用性 Reusability	状態・制御が混在 State logic and control are entangled	FSM / PID / LLM を個別再利用可能 Each layer can be reused independently
保守性 Maintainability	修正が全体へ波及 Changes affect entire system	層ごとの独立性が高い High independence among layers
AIとの統合 AI Integration	統合困難 Difficult to insert AI	LLM層をLLM/GPTで置換可能 Easy to replace LLM layer with AI

💡 特にSoC設計では、ハード制御（FSM/PID）とソフト制御（LLM）の分離が極めて重要です。
Separation of hardware (FSM/PID) and software (LLM) control is critical for SoC design.

🔗 SoC設計における三層マッピング

Layer Mapping in SoC Implementation

層｜Layer	実装対象｜Implementation Target	種別｜Type
FSM	Verilog RTL	ハード / Hardware
PID	RTL またはアナログ制御回路 RTL or Analog	ハード / Hardware
LLM	RISC-V上のC/LLMソフトウェア LLM Software on RISC-V	ソフト / Software

💡 設計上のポイント

Key Design Considerations

FSM/PIDはリアルタイム動作が要求される
FSM and PID require real-time execution.
LLMは非リアルタイムで知的判断を担う
LLM operates asynchronously with intelligent decision-making.
明示的なインタフェースを設計することが重要
Define explicit interfaces such as:
- ref：目標値 / reference value
- u_out：制御出力 / control output
- action_out：動作指令 / behavioral command

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👉 3.2 FSM設計とRTLモジュール構成
Designing Finite State Machines (FSMs) and building modular RTL structures for control logic.

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