В этом примере показано, как анализировать и сравнивать различные реализации алгоритма Simulink ® на основе количества арифметических операций. Использовать блок SoCsocModelAnalyzer создание отчетов, отображающих количество операторов для различных реализаций фильтра FIR с использованием статического и исполняемого выполнения.
Эта задача конструирования оценивает две реализации фильтра FIR и сравнивает затраты на реализацию. В этом примере в качестве способа измерения затрат на внедрение используется количество операторов.
Для удовлетворения системных требований, таких как скорость, задержка и аппаратные ресурсы, рассмотрите и сравните несколько реализаций алгоритма. Количество арифметических операторов, используемых в реализации, может помочь определить использование и распределение ресурсов.
Ручной анализ и расчет количества арифметических операторов может быть утомительным, подверженным ошибкам и длительным. Вычисления вручную могут быть неточными для алгоритма, включающего структуру ветви, цикла или рекурсии, и могут быть невозможны для вычисления, если путь выполнения зависит от входных данных или случайных факторов (например, алгоритм сходимости).
soc_analyze_FIR_tb модель реализует низкочастотный цифровой фильтр FIR двумя способами. Подсистема Symmetric_FIR использует симметрию в коэффициентах для оптимизации ресурсов. Подсистема Transposed_FIR использует фильтрующую структуру, ориентированную на более высокую скорость работы. Модель использует входной сигнал частотной частоты в качестве входного стимула и блок FIR_ref (дискретный КИХ-фильтр) в качестве эталона для проверки числовой правильности реализаций.
Откройте окно soc_analyze_FIR_tb модель в Simulink и изучить структуру модели.
open_system('soc_analyze_FIR_tb');
Для проектирования фильтра ПИХ нижних частот мы используем filterDesigner (DSP System Toolbox) приложение для генерации коэффициентов для фильтра FIR 8-го порядка. КИХ-фильтр имеет частоту отсечки 0,25 (нормализованную) и пульсацию полосы пропускания и затухание полосы останова 1 дБ и 60 дБ соответственно. Модель устанавливает эти коэффициенты с помощью обратного вызова инициализации модели.
Моделирование модели для проверки функциональности обеих реализаций по ссылочному блоку FIR. Ответы реализаций фильтра соответствуют ссылке.
sim('soc_analyze_FIR_tb');
Используйте socModelAnalyzer создание отчетов о количестве арифметических операторов в каждой реализации и сравнение реализаций. Отчеты создаются с использованием выполнения модели во время выполнения.
Симметричный фильтр FIR:
Чтобы оценить количество операторов для реализации симметричного фильтра FIR, используйте socModelAnalyzer функция. Укажите имя подсистемы для IncludeBlockPath аргумент пары имя-значение функции. Задайте папку вывода для указания места создания отчетов. Введите эту команду в командной строке MATLAB.
socModelAnalyzer('soc_analyze_FIR_tb.slx','Folder','report_sym','IncludeBlockPath',... 'soc_analyze_FIR_tb/Symmetric_FIR');
Generating operators analysis report for /tmp/BR2021ad_1584584_202060/publish_examples0/tpe5d849aa/ex82446029/soc_analyze_FIR_tb.slx ...
Saving report files in /tmp/BR2021ad_1584584_202060/publish_examples0/tpe5d849aa/ex82446029/report_sym.
Operator estimate: <a href="matlab: socAlgorithmAnalyzerReport('/tmp/BR2021ad_1584584_202060/publish_examples0/tpe5d849aa/ex82446029/report_sym/soc_analyze_FIR_tb.mat')">Open report viewer</a>
Done.
Откройте отчет, щелкнув ссылку Открыть средство просмотра отчетов на консоли MATLAB. Кроме того, можно использовать socAlgorithmAnalyzerReportreport_sym папка как MAT-файл (soc_analyze_FIR_tb.matи файл Excel ® (soc_analyze_FIR_tb.xlsx).
По умолчанию отчет открывается с представлением оператора. Средство просмотра открывает статистическое представление каждого оператора и типа данных. Например, симметричный фильтр FIR содержит в общей сложности 8 ADD(+) операторы типа данных double и 5 MUL(*) операторы типа данных double выполнено 10 001 раз каждый. (Продолжительность моделирования модели составляет 10 с, а базовая скорость составляет 10 мс. Это дает 10 000 циклов моделирования плюс 1 для инициализации.) Чтобы получить подробный отчет для каждого оператора, разверните этот оператор. Отчет показывает количество операторов, используемых в различных блоках. Выполните трассировку оператора, щелкнув по одной из ссылок в последнем столбце отчета, чтобы выделить местоположение оператора в soc_analyze_FIR_tb модель.
Транспонированный фильтр FIR
Чтобы оценить количество операторов для реализации фильтра Transposed FIR, используйте socModelAnalyzer функция. Определить 'soc_analyze_FIR_tb/Transposed_FIR' для 'IncludeBlockPath' аргумент пары имя-значение функции. Установите папку вывода для созданных отчетов в значение report_trans. Введите эту команду в командной строке MATLAB.
socModelAnalyzer('soc_analyze_FIR_tb.slx','Folder','report_trans','IncludeBlockPath',... 'soc_analyze_FIR_tb/Transposed_FIR');
Generating operators analysis report for /tmp/BR2021ad_1584584_202060/publish_examples0/tpe5d849aa/ex82446029/soc_analyze_FIR_tb.slx ...
Saving report files in /tmp/BR2021ad_1584584_202060/publish_examples0/tpe5d849aa/ex82446029/report_trans.
Operator estimate: <a href="matlab: socAlgorithmAnalyzerReport('/tmp/BR2021ad_1584584_202060/publish_examples0/tpe5d849aa/ex82446029/report_trans/soc_analyze_FIR_tb.mat')">Open report viewer</a>
Done.
Откройте отчет для фильтра Transposed FIR, щелкнув ссылку Открыть средство просмотра отчетов на консоли MATLAB.
Для фильтра Transposed FIR отчет показывает предполагаемое количество 8 добавлений типа данных double и 9 умножений типа данных double (каждый оператор выполнил 10 001 раз).
Сравнение симметричных и транспонированных реализаций
Сравните симметричные и транспонированные отчеты фильтра FIR, созданные с помощью socModelAnalyzer функция. Симметричный КИХ-фильтр использует меньше операторов умножения (9), чем транспонированный КИХ-фильтр (5). Они оба используют одинаковое количество операторов добавления (8).
Вы использовали socModelAnalyzer функция для оценки и анализа количества арифметических операторов в двух реализациях фильтра FIR. Создавались отчеты операторов как для симметричных, так и для транспонированных КИХ-фильтров. Сравнивалось количество операторов умножения и сложения для двух реализаций.
Вы можете использовать socModelAnalyzer функция для анализа количества операторов в алгоритме Simulink.