MATLAB R2012a HDL Code Generation, непонятки с типами, знаками, размерностями Опции

[LiNED]

Написал простую функцию, расчет положения при падении объекта в воздухе. На вход подаются текущие координаты (in_x, in_y), текущая скорость (in_spdx, in_spdy), масса объекта(mass), коэффициенты для горизонтального/вертикального сопротивления воздуха (R_x, R_y) и частота дискретизации (sample_time).
Сначала вычисляю конечные составляющие скорости: вертикальную составляющую с учетом силы тяжести и коэффициента сопротивления воздуха, и вертикальную просто с учетом коэффициента сопротивления воздуха.
Потом вычисляю координаты, при этом беру скорость как среднее арифметическое от начальной/конечной скоростей.
Это для понимания ситуации, код MATLAB привожу ниже:

Код

function [out_x, out_y, out_spdx, out_spdy] = par_model(in_x, in_y, in_spdx, in_spdy, mass, R_x, R_y,sample_time)
    
    out_spdx = in_spdx + R_x*in_spdx*in_spdx/mass;
    out_spdy = in_spdy + ((R_y*in_spdy*in_spdy/mass)-9.8);
    
    out_x = in_x + (out_spdx+in_spdx)*sample_time/2.0;
    out_y = in_y + (out_spdy+in_spdy)*sample_time/2.0;
end

Соответственно, тестовое окружение для него работает следующим образом. Беру большие массивы нулей, даю в первом значении начальные условия, задаю коэффициенты и массу, и последовательно забиваю массивы числами пока объект не достигнет земли (т.е. пока текущая координата y(i) не станет отрицательной или равной нулю) либо пока не кончится массив. Код ниже, содержит два теста:

Код

% INIT ARRAYS
x = zeros(10000,1,'double');
y = zeros(10000,1,'double');
vx = zeros(10000,1,'double');
vy = zeros(10000,1,'double');

%
%TEST ONE
%
H = 1000;

x(1) = 2;
y(1) = H;
vx(1) = 2;
vy(1) = 0;
K_x = -0.001;
K_y = 0.001;

m = 1;
sample_time = 0.002;

i = 1;

while y(i)>=0 && i<=10000
   [x(i+1), y(i+1), vx(i+1), vy(i+1)] = par_model(x(i), y(i), vx(i), vy(i), m, K_x, K_y, sample_time);
   i = i + 1;
end

subplot(2,1,1);
plot(x(1:i)+1i*y(1:i));

%
%TEST TWO
%
H = 100;

x(1) = 4;
y(1) = H;
vx(1) = 2;
vy(1) = 0;
K_x = 0.0001;
K_y = 0.003;

m = 1;
sample_time = 0.002;

i = 1;

while y(i)>=0 && i<=1000
   [x(i+1), y(i+1), vx(i+1), vy(i+1)] = par_model(x(i), y(i), vx(i), vy(i), m, K_x, K_y, sample_time);
   i = i + 1;
end

subplot(2,1,2);
plot(x(1:i)+1i*y(1:i));

Теперь собственно описание проблемы:
Попытка сгенерировать для этого кода вариант с фиксированной точкой приводит к следующей ошибке:
-------------- output variable : out_x --------------
Matrix dimensions must agree.
При этом графики строятся, но на них показан бред - объект вместо того, чтобы плавно падать, стремительно взлетает ввысь. Моделирование исходного кода заканчивается успешно и без ошибок/предупреждений.
Еще выяснилось, что:
Деление пополам (при вычислении среднего арифметического) кодер заменяет на смещение на разряд, при этом благополучно игнорируя знаковость. А поскольку для вертикальной координаты делимое, как правило, отрицательно - ясно почему взлетает объект.
Также выяснилось, что масса благополучно округляется с единицы на ноль, в результате чего моделирование готового fixed point тестового окружения приводит к куче ошибок типа деления на ноль.
Самое печальное, что попытки зафиксировать типы для значений не решают проблемы, выставлял для всех переменных ufix16_En24, ставил для массы целочисленный тип, но все равно в результатах получался бред.

Есть у кого предложения по решению этих проблем?

Сообщение отредактировал LiNED - Sep 17 2012, 13:53

[x736C]

Мы перевели разработку модема на рельсы модельно-ориентированного проектирования (Simulink, Matlab).
В железе еще не проверяли, но по тактовым, эффективности и т.п. соизмеримо с ручным кодированием. По эффективности вылавливания глюков и по качеству системного уровня альтернативы не вижу.

Если по HDL-кодеру еще есть вопросы, то, например, Си-код генерируется совершенно замечательно.

Такой подход особенно полезен тем, кому надо будет проходить сертификацию по DO или КТ.

Да и Матлаб со своими генераторами уже не тот, что был даже еще год назад.


Насчет качества HDL и Си кода. Стало понятно, что необходимо хорошо разобраться что и как делает Матлаб из вашей модели. Все сам и красиво по волшебному нажатию кнопки он, конечно, не сделает.

[petrov]

Мы перевели разработку модема на рельсы модельно-ориентированного проектирования (Simulink, Matlab).

Как осуществляется разворот сложной комбинационной схемы в последовательные вычисления во времени? Автоматически с генерацией управляющей логики и автоматов, c указанием на сколько тактов разбить вычисления?

[des00]

Как осуществляется разворот сложной комбинационной схемы в последовательные вычисления во времени? Автоматически с генерацией управляющей логики и автоматов, c указанием на сколько тактов разбить вычисления?

ЕМНИП там есть параметры Sharing Factor, Streaming Factor, Pipelining они определяеют уровень конвейризации, уровень многотактовости и зашаривание модуля между разными операциями.

У меня в планах тоже полноценный модем сделать, точнее всю дспешную часть %) скоро начну копать

[petrov]

У меня в планах тоже полноценный модем сделать, точнее всю дспешную часть %) скоро начну копать

Отпишите пожалуйста в чём там соль, пока непонятно. Взять например FFT, в симулинке это просто большая комбинационная схема, что за искусственный интеллект автоматически разобьёт это на оптимальное количество последовательных бабочек и блоков памяти. Если всё это вручную детально рисовать в симулинке, то в чём отличие от разработки цифровой схемы в схематике?

[x736C]

Если всё это вручную детально рисовать в симулинке, то в чём отличие от разработки цифровой схемы в схематике?

Исключительно правильный вопрос.
По большей части проектирование в Simulink, при условии, что Вы опускаетесь на "вентильный" уровень мало чем отличается от схематика.
Я бы даже сказал, что это своего рода возврат обратно к методу схематичного проектирования.
И тем не менее.

1. Появляется вся мощь матлаба с точки зрения окружения, моделирования физических процессов, эквивалентных трасс, каналов, и всего многообразия методов и средств моделирования. Нечто похожее пришлось бы творить на си и интегрировать через PLI и т. п. Или я чего-то не знаю.
Например, у Вас готов модем, но нет помехозащиты, необходимой для проверки или предполагаемой в будущем. Цепляете ее и всё. Даже не перечислишь всех достоинств. Матлаб он и есть матлаб.

2. Появляется возможность избежать двойной работы, ибо моделирование Вы, насколько я понимаю, все равно проводите в матлабе.
Например, изменили модель, лезем искать в код, меняем код. Потом еще подправили модель, что-то в ней уточнили, переписываем значительный участок кода. Работа x2.

3. Приобретаем возможность трассировать требования на Вашу модель.

4. Если требуется сертификация по разным авиационным стандартам (KT, DO), то с инструментами матлаба пройти сертификацию будет легче. Имеется в виду генерация отчетов, трассировка требований к модели и обратно, кодогенератор, не требующий сертификации (только квалификация). Могу ошибаться, но и код, созданный кодогенератором не требует сертификации (только сама модель).

5. Наконец, никто Вам не мешает тонкие вещи вынести в чистый hdl и подключить тонко настроенный и отлаженный модуль к своей модели. При этом сохранятся все достоинства модельно-ориентированного проектирования, о которых сказал выше.
Более того, интерфейсные ядра, процессоры и т.п. имхо должны проектироваться так, как и проектируются.
В Симулинк лучше выносить обработку сигналов. Это очевидные вещи выше кто-то уже писал.

Мы только встали на этот путь ~три месяца назад, но уже готовы значительные части демодулятора, закончен модулятор. В железе проверим, тогда будет понятно.

Сообщение отредактировал x736C - Oct 30 2012, 13:26