Поддерживаемые операции для данных фиксированной точки

Графики Stateflow^® в моделях Simulink^® имеют свойство языка действия, которое задает синтаксис, который вы используете, чтобы вычислить с данными фиксированной точки:

MATLAB^® как язык действия.
C как язык действия.

Для получения дополнительной информации смотрите Различия Между MATLAB и C как Синтаксис языка Действия.

Бинарные операции

Эта таблица суммирует интерпретацию всех бинарных операций на операндах фиксированной точки согласно их порядку очередности (0 = самый высокий, 9 = самый низкий). Бинарные операции левоассоциативны так, чтобы в любом выражении операторы с тем же приоритетом были оценены слева направо.

Унарные операции и действия

Эта таблица суммирует интерпретацию всех унарных операций и действий с операндами фиксированной точки. Унарные операции:

Имейте более высокий приоритет, чем бинарные операторы.
Правоассоциативны так, чтобы в любом выражении они были оценены справа налево.

Операция	MATLAB как язык действия	C как язык действия
`~a`	Не поддерживаемый. Используйте выражение `a == cast(0,'like',a)`. Смотрите Логические операции для Данных Фиксированной точки.	Логический НЕТ. Включите эту операцию путем очистки Разрешения свойства диаграммы операций C-bit. Смотрите Логические операции для Данных Фиксированной точки и Включите Операции C-Bit.
`!a`	Не поддерживаемый. Используйте выражение `a == cast(0,'like',a)`. Смотрите Логические операции для Данных Фиксированной точки.	Логический НЕТ. Смотрите логические операции для данных фиксированной точки.
`-a`	Отрицательный. Смотрите унарный минус.	Отрицательный. Смотрите унарный минус.
`a++`	Не поддерживаемый. Используйте выражение `a = a+1`.	Шаг. Эквивалентный `a = a+1`.
`a--`	Не поддерживаемый. Используйте выражение `a = a-1`.	Декремент. Эквивалентный `a = a-1`.

Операции присвоения

Эта таблица суммирует интерпретацию операций присвоения на операндах фиксированной точки.

Операция	MATLAB как язык действия	C как язык действия
`a = b`	Простое присвоение.	Простое присвоение.
`a := b`	Не поддерживаемый. Чтобы заменить правила продвижения фиксированной точки, используйте явные операции броска типа. Смотрите Операции Броска Типа.	Специальное присвоение, которое заменяет правила продвижения фиксированной точки. Смотрите Продвижение Фиксированной точки Переопределения в Графиках C.
`a += b`	Не поддерживаемый. Используйте выражение `a = a+b`.	Эквивалентный `a = a+b`.
`a -= b`	Не поддерживаемый. Используйте выражение `a = a-b`.	Эквивалентный `a = a-b`.
`a *= b`	Не поддерживаемый. Используйте выражение `a = a*b`.	Эквивалентный `a = a*b`.
`a /= b`	Не поддерживаемый. Используйте выражение `a = a/b`.	Эквивалентный `a = a/b`.

Замените продвижение фиксированной точки в графиках C

В графиках, которые используют C в качестве языка действия, простого присвоения формы, a = b вычисляет промежуточное значение для b согласно правилам продвижения фиксированной точки. Затем это промежуточное значение брошено к типу a при помощи онлайнового преобразования. См. Правила Продвижения для Операций Фиксированной точки и Операций Преобразования. Простые присвоения являются самыми эффективными, когда и типы имеют равное смещение и наклоны, которые или равны или являются оба степенями двойки.

Напротив, специальное присвоение формы a := b заменяет это поведение путем начального использования типа a как тип результата для значения b.

Константы в b преобразованы в тип a при помощи оффлайновых преобразований.
Выражение b может содержать самое большее один арифметический оператор (+, -, * или /). Результат определяется при помощи онлайнового преобразования.
Если b содержит что-нибудь кроме арифметической операции или константы, то специальная операция присвоения ведет себя как простая операция присвоения (=).

Используйте специальную операцию := присвоения когда это необходимо для:

Избегайте переполнения в арифметической операции. Например, смотрите, Избегают Переполнения в Сложении Фиксированной точки.
Сохраните точность в умножении или операции деления. Например, смотрите, Улучшают Точность в Делении Фиксированной точки.

Примечание

Используя специальное присвоение операция := может привести к сгенерированному коду, который менее эффективен, чем код, который вы генерируете при помощи нормальных правил продвижения фиксированной точки.

Избегайте переполнения в сложении фиксированной точки

Можно использовать специальную операцию := присвоения, чтобы избежать переполнения при выполнении арифметической операции на двух числах фиксированной точки. Например, рассмотрите график, который вычисляет сумму a+b где a = ^212-1 = 4095 и b = 1.

Предположим что:

Оба входных параметров подписываются 16-битные числа фиксированной точки с тремя дробными битами (введите fixdt(1,16,3)).
Вывод c является 32-битным номером фиксированной точки со знаком с тремя дробными битами (введите fixdt(1,32,3)).
Целочисленный размер слова для производственных платформ составляет 16 битов.

Поскольку целевой целочисленный размер составляет 16 битов, простое присвоение, c = a+b добавляет входные параметры в 16 битах прежде, чем бросить сумму к 32 битам. Промежуточный результат 4096, который, как тип значение fixdt(1,16,3), приводит к переполнению.

Напротив, специальное присвоение c := a+b бросает входные параметры к 32 битам прежде, чем вычислить сумму. Результат 4 096 безопасно вычисляется как тип значение fixdt(1,32,3) без переполнения.

Улучшите точность в делении фиксированной точки

Можно использовать специальную операцию := присвоения, чтобы получить более точный результат при умножении или делении двух чисел фиксированной точки. Например, рассмотрите график, который вычисляет отношение a/b где a = 2 и b = 3.

Предположим что:

Вход a является номером фиксированной точки с четырьмя дробными битами (введите fixdt(1,16,4)).
Вход b является номером фиксированной точки с тремя дробными битами (введите fixdt(1,16,3)).
Вывод c является 16-битным номером фиксированной точки со знаком с шестью дробными битами (введите fixdt(1,16,6)).

Входные параметры соответствуют этим наклонам и квантованным целым числам:

S _a = ^2–4, Q _a = 32

S _b = ^2–3, Q _b = 24.

Простое присвоение c = a/b сначала вычисляет промежуточное значение для a/b согласно правилам продвижения фиксированной точки. Квантованное целое число округлено на пол:

_Int S = S _a/S_b = ^2-4/2-3 = ^2-1

_Int Q = Q _a/Q_b = 32/24 ≈ 1.

Промежуточный результат затем снят как 16-разрядный номер фиксированной точки со знаком с шестью дробными битами:

S _c = ^2-6 = 1/64

Q _c = S _intQint/S_c = ^2-1/2-6 = ²⁵ = 32.

Поэтому аппроксимированное реальное значение для c $\tilde{V}$ _c = S _c Q _c = 32/64 = 0.5. Этим результатом не является хорошее приближение фактического значения 2/3.

Напротив, специальное присвоение c := a/b вычисляет a/b непосредственно как 16-разрядный номер фиксированной точки со знаком с шестью дробными битами. Снова, квантованное целое число округлено на пол:

S _c = ^2-6 = 1/64

Q _c = (S _a Q _a) / (S _c S _b Q _b) = 128/3 ≈ 42.

Поэтому аппроксимированное реальное значение для c $\tilde{V}$ _c = S _c Q _c = 42/64 = 0.6563. Этим результатом является лучшее приближение к фактическому значению 2/3.

Сравните результаты вычислений с фиксированной точкой

Открытая модель

Этот пример показывает различие между различными реализациями вычислений с фиксированной точкой в диаграммах Stateflow. Модель содержит три графика, которые вычисляют отношение a/b где a = 19 и b = 24. Оба входных параметров подписываются 16-разрядные числа фиксированной точки с одним дробным битом (введите fixdt(1,16,1)). Они соответствуют этим наклонам и квантованным целым числам:

Модель вычисляет значение a/b как число с плавающей запятой типа fixdt(1,16,1) тремя различными способами:

Операция преобразования типа в графике, который использует MATLAB в качестве языка действия.
Простая операция присвоения в графике, который использует C в качестве языка действия.
Специальная операция присвоения в графике, который использует C в качестве языка действия.

Преобразование типа в графике, который использует MATLAB в качестве языка действия

График наверху модели вычисляет промежуточное значение для a/b. Квантованное целое число для промежуточного значения округлено к самому близкому целому числу:

Промежуточное значение затем снято как 16-разрядный номер фиксированной точки со знаком c с одним дробным битом:

Выходное значение из этого графика

Простое присвоение в графике, который использует C в качестве языка действия

Средний график также вычисляет промежуточное значение для a/b. В этом случае квантованное целое число для промежуточного значения округлено на пол:

Выходное значение из этого графика

Специальное присвоение в графике, который использует C в качестве языка действия

График в нижней части модели использует специальное присвоение формы c := a/b. Значение деления вычисляется непосредственно как 16-разрядный номер фиксированной точки со знаком с одним дробным битом. Квантованное целое число округлено на пол:

Поэтому выходное значение из этого графика

Три результата показывают потерю точности по сравнению с ответом с плавающей точкой 19/24 = 0.7917. Чтобы минимизировать потерю точности к допустимому уровню в вашем приложении, настройте схему кодирования в своих данных фиксированной точки.

Документация