В этом примере показано, как реализовать квадратный корень с фиксированной точкой с помощью таблицы подстановки. Таблицы подстановки генерируют эффективный код для встраиваемых устройств.
Чтобы этот пример не изменял ваши настройки, этот код сохраняет исходное состояние.
originalFormat = get(0,'format'); format long g originalWarningState = warning('off','fixed:fi:underflow'); originalFiprefState = get(fipref); reset(fipref)
Это состояние будет восстановлено в конце примера.
Алгоритм квадратного корня суммирован здесь.
Объявите количество битов в байте, B, как константа. В этом примере: B = 8.
Используйте функцию fi_normalize_unsigned_8_bit_byte(), описанный в примере Нормализация данных для таблиц поиска, для нормализации входных данных u > 0 такой, что u = x*2^n, 0.5 <= x < 2, и n является ровным.
Извлечь верхний B биты x. Давайте x_B обозначать верхний B биты x.
Создание таблицы подстановки, SQRTLUT, такой, что целое число i = x_B- 2^(B-2) + 1 используется в качестве индекса для SQRTLUT чтобы sqrt(x_B) можно оценить путем просмотра индекса sqrt(x_B) = SQRTLUT(i).
Используйте остаток, r = x - x_B, интерпретируемый как дробь, для линейной интерполяции между SQRTLUT(i) и следующее значение в таблице SQRTLUT(i+1). Остаток, r, создается путем извлечения нижнего w - B биты x, где w обозначает длину слова x. Он интерпретируется как дробь с помощью функции reinterpretcast().
Наконец, вычислите выходные данные с помощью таблицы поиска и линейной интерполяции:
sqrt(u) = sqrt(x*2^n)
= sqrt(x)*2^(n/2)
= (SQRTLUT(i) + r*(SQRTLUT(i+1) - SQRTLUT(i)))*2^(n/2)
Функция fi_sqrtlookup_8_bit_byte(), определенный в конце этого примера, реализует этот алгоритм.
Использовать fi_sqrtlookup_8_bit_byte() для вычисления квадратного корня с фиксированной точкой с помощью таблицы подстановки. Сравнение результата таблицы поиска с фиксированной точкой с квадратным корнем, вычисленным с помощью sqrt и двойная точность.
u = fi(linspace(0,128,1000),0,16,12); y = fi_sqrtlookup_8_bit_byte(u); y_expected = sqrt(double(u));
Постройте график результатов.
clf subplot(211) plot(u,y,u,y_expected) legend('Output','Expected output','Location','Best') subplot(212) plot(u,double(y)-y_expected,'r') legend('Error')
figure(gcf)
Восстановите исходное состояние.
set(0,'format',originalFormat);
warning(originalWarningState);
fipref(originalFiprefState);sqrt_lookup_table Определение функцииФункция sqrt_lookup_table загружает таблицу подстановки значений квадратного корня. Можно создать таблицу, выполнив следующие действия:
sqrt_table = sqrt((2^(B-2):2^(B))/2^(B-1));
function SQRTLUT = sqrt_lookup_table() B = 8; % Number of bits in a byte % sqrt_table = sqrt((2^(B-2):2^(B))/2^(B-1)) sqrt_table = [0.707106781186548 0.712609640686961 0.718070330817254 0.723489806424389 ... 0.728868986855663 0.734208757779421 0.739509972887452 0.744773455488312 ... 0.750000000000000 0.755190373349661 0.760345316287277 0.765465544619743 ... 0.770551750371122 0.775604602874429 0.780624749799800 0.785612818123533 ... 0.790569415042095 0.795495128834866 0.800390529679106 0.805256170420320 ... 0.810092587300983 0.814900300650331 0.819679815537750 0.824431622392057 ... 0.829156197588850 0.833854004007896 0.838525491562421 0.843171097702003 ... 0.847791247890659 0.852386356061616 0.856956825050130 0.861503047005639 ... 0.866025403784439 0.870524267324007 0.875000000000000 0.879452954966893 ... 0.883883476483184 0.888291900221993 0.892678553567856 0.897043755900458 ... 0.901387818865997 0.905711046636840 0.910013736160065 0.914296177395487 ... 0.918558653543692 0.922801441264588 0.927024810886958 0.931229026609459 ... 0.935414346693485 0.939581023648307 0.943729304408844 0.947859430506444 ... 0.951971638232989 0.956066158798647 0.960143218483576 0.964203038783845 ... 0.968245836551854 0.972271824131503 0.976281209488332 0.980274196334883 ... 0.984250984251476 0.988211768802619 0.992156741649222 0.996086090656827 ... 1.000000000000000 1.003898650263063 1.007782218537319 1.011650878514915 ... 1.015504800579495 1.019344151893756 1.023169096484056 1.026979795322186 ... 1.030776406404415 1.034559084827928 1.038327982864759 1.042083250033317 ... 1.045825033167594 1.049553476484167 1.053268721647045 1.056970907830485 ... 1.060660171779821 1.064336647870400 1.068000468164691 1.071651762467640 ... 1.075290658380328 1.078917281352004 1.082531754730548 1.086134199811423 ... 1.089724735885168 1.093303480283494 1.096870548424015 1.100426053853688 ... 1.103970108290981 1.107502821666834 1.111024302164449 1.114534656257938 ... 1.118033988749895 1.121522402807898 1.125000000000000 1.128466880329237 ... 1.131923142267177 1.135368882786559 1.138804197393037 1.142229180156067 ... 1.145643923738960 1.149048519428140 1.152443057161611 1.155827625556683 ... 1.159202311936963 1.162567202358642 1.165922381636102 1.169267933366857 ... 1.172603939955857 1.175930482639174 1.179247641507075 1.182555495526531 ... 1.185854122563142 1.189143599402528 1.192424001771182 1.195695404356812 ... 1.198957880828180 1.202211503854459 1.205456345124119 1.208692475363357 ... 1.211919964354082 1.215138880951474 1.218349293101120 1.221551267855754 ... 1.224744871391589 1.227930169024281 1.231107225224513 1.234276103633219 ... 1.237436867076458 1.240589577579950 1.243734296383275 1.246871083953750 ... 1.250000000000000 1.253121103485214 1.256234452640111 1.259340104975618 ... 1.262438117295260 1.265528545707287 1.268611445636527 1.271686871835988 ... 1.274754878398196 1.277815518766305 1.280868845744950 1.283914911510884 ... 1.286953767623375 1.289985465034393 1.293010054098575 1.296027584582983 ... 1.299038105676658 1.302041665999979 1.305038313613819 1.308028096028522 ... 1.311011060212689 1.313987252601790 1.316956719106592 1.319919505121430 ... 1.322875655532295 1.325825214724777 1.328768226591831 1.331704734541407 ... 1.334634781503914 1.337558409939543 1.340475661845451 1.343386578762792 ... 1.346291201783626 1.349189571557681 1.352081728298996 1.354967711792425 ... 1.357847561400027 1.360721316067327 1.363589014329464 1.366450694317215 ... 1.369306393762915 1.372156150006259 1.375000000000000 1.377837980315538 ... 1.380670127148408 1.383496476323666 1.386317063301177 1.389131923180804 ... 1.391941090707505 1.394744600276337 1.397542485937369 1.400334781400505 ... 1.403121520040228 1.405902734900249 1.408678458698081 1.411448723829527 ... 1.414213562373095]; % Cast to fixed point with the most accurate rounding method WL = 4*B; % Word length FL = 2*B; % Fraction length SQRTLUT = fi(sqrt_table,1,WL,FL,'RoundingMethod','Nearest'); % Set fimath for the most efficient math operations F = fimath('OverflowAction','Wrap',... 'RoundingMethod','Floor',... 'SumMode','KeepLSB',... 'SumWordLength',WL,... 'ProductMode','KeepLSB',... 'ProductWordLength',WL); SQRTLUT = setfimath(SQRTLUT,F); end
fi_sqrtlookup_8_bit_byte() Определение функцииfunction y = fi_sqrtlookup_8_bit_byte(u) % Load the lookup table SQRTLUT = sqrt_lookup_table(); % Remove fimath from the input to insulate this function from math % settings declared outside this function. u = removefimath(u); % Declare the output y = coder.nullcopy(fi(zeros(size(u)),numerictype(SQRTLUT),fimath(SQRTLUT))); B = 8; % Number of bits in a byte w = u.WordLength; for k = 1:numel(u) assert(u(k)>=0,'Input must be non-negative.'); if u(k)==0 y(k)=0; else % Normalize the input such that u = x*2^n and 0.5 <= x < 2 [x,n] = fi_normalize_unsigned_8_bit_byte(u(k)); isodd = storedInteger(bitand(fi(1,1,8,0),fi(n))); x = bitsra(x,isodd); n = n + isodd; % Extract the high byte of x high_byte = storedInteger(bitsliceget(x,w,w-B+1)); % Convert the high byte into an index for SQRTLUT i = high_byte - 2^(B-2) + 1; % The upper byte was used for the index into SQRTLUT. % The remainder, r, interpreted as a fraction, is used to % linearly interpolate between points. T_unsigned_fraction = numerictype(0,w-B,w-B); r = reinterpretcast(bitsliceget(x,w-B,1),T_unsigned_fraction); y(k) = bitshift((SQRTLUT(i) + r*(SQRTLUT(i+1) - SQRTLUT(i))),... bitsra(n,1)); end end % Remove fimath from the output to insulate the caller from math settings % declared inside this function. y = removefimath(y); end