В этом примере показано, как сгенерировать модульный HDL-код из кода MATLAB ®, который содержит функции.
По умолчанию HDL Coder™ встроенное тело всех функций MATLAB, которые вызываются внутри тела проекта верхнего уровня. Это встраивание приводит к генерации одного файла, который содержит HDL-код для функций. Чтобы сгенерировать модульный HDL-код, используйте код Generate instantiable для настройки функций. Когда вы включаете эту настройку, HDL Coder генерирует одну сущность VHDL ® или модуль Verilog ® для каждой функции.
Проект MATLAB, используемый в примере, является реализацией фильтра LMS (методом наименьших средних квадратов). Фильтр LMS является классом адаптивного фильтра, который идентифицирует сигнал конечной импульсной характеристики, который встроен в шум. Реализация создания фильтра LMS в MATLAB состоит из функции верхнего уровня mlhdlc_lms_fcn
который вычисляет оптимальные коэффициенты фильтра, чтобы уменьшить различие между сигналом выхода и желаемым сигналом.
design_name = 'mlhdlc_lms_fcn'; testbench_name = 'mlhdlc_lms_fir_id_tb';
Проверьте проект MATLAB:
open(design_name);
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % MATLAB Design: Adaptive Noise Canceler algorithm using Least Mean Square % (LMS) filter implemented in MATLAB % % Key Design pattern covered in this example: % (1) Use of function calls % (2) Function inlining vs instantiation knobs available in the coder % (3) Use of system objects in the testbench to stream test vectors into the design %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %#codegen function [filtered_signal, y, fc] = mlhdlc_lms_fcn(input, ... desired, step_size, reset_weights) % 'input' : The signal from Exterior Mic which records the ambient noise. % 'desired': The signal from Pilot's Mic which includes % original music signal and the noise signal % 'err_sig': The difference between the 'desired' and the filtered 'input' % It represents the estimated music signal (output of this block) % % The LMS filter is trying to retrieve the original music signal('err_sig') % from Pilot's Mic by filtering the Exterior Mic's signal and using it to % cancel the noise in Pilot's Mic. The coefficients/weights of the filter % are updated(adapted) in real-time based on 'input' and 'err_sig'. % register filter coefficients persistent filter_coeff; if isempty(filter_coeff) filter_coeff = zeros(1, 40); end % Variable Filter: Call 'tapped_delay_fcn' function on path to create % 40-step tapped delay delayed_signal = mtapped_delay_fcn(input); % Apply filter coefficients weight_applied = delayed_signal .* filter_coeff; % Call treesum function on matlab path to sum up the results filtered_signal = mtreesum_fcn(weight_applied); % Output estimated Original Signal td = desired; tf = filtered_signal; esig = td - tf; y = esig; % Update Weights: Call 'update_weight_fcn' function on MATLAB path to % calculate the new weights updated_weight = update_weight_fcn(step_size, esig, delayed_signal, ... filter_coeff, reset_weights); % update filter coefficients register filter_coeff = updated_weight; fc = filter_coeff; function y = mtreesum_fcn(u) %Implement the 'sum' function without a for-loop % y = sum(u); % The loop based implementation of 'sum' function is not ideal for % HDL generation and results in a longer critical path. % A tree is more efficient as it results in % delay of log2(N) instead of a delay of N delay % This implementation shows how to explicitly implement the vector sum in % a tree shape to enable hardware optimizations. % The ideal way to code this generically for any length of 'u' is to use % recursion but it is not currently supported by MATLAB Coder % NOTE: To instruct MATLAB Coder to compile an external function, % add the following compilation directive or pragma to the function code %#codegen % This implementation is hardwired for a 40tap filter. level1 = vsum(u); level2 = vsum(level1); level3 = vsum(level2); level4 = vsum(level3); level5 = vsum(level4); level6 = vsum(level5); y = level6; function output = vsum(input) coder.inline('always'); vt = input(1:2:end); for i = int32(1:numel(input)/2) k = int32(i*2); vt(i) = vt(i) + input(k); end output = vt; function tap_delay = mtapped_delay_fcn(input) % The Tapped Delay function delays its input by the specified number % of sample periods, and outputs all the delayed versions in a vector % form. The output includes current input % NOTE: To instruct MATLAB Coder to compile an external function, % add the following compilation directive or pragma to the function code %#codegen persistent u_d; if isempty(u_d) u_d = zeros(1,40); end u_d = [u_d(2:40), input]; tap_delay = u_d; function weights = update_weight_fcn(step_size, err_sig, ... delayed_signal, filter_coeff, reset_weights) % This function updates the adaptive filter weights based on LMS algorithm % Copyright 2007-2015 The MathWorks, Inc. % NOTE: To instruct MATLAB Coder to compile an external function, % add the following compilation directive or pragma to the function code %#codegen step_sig = step_size .* err_sig; correction_factor = delayed_signal .* step_sig; updated_weight = correction_factor + filter_coeff; if reset_weights weights = zeros(1,40); else weights = updated_weight; end
Функция MATLAB является модульной и использует функции:
mtapped_delay_fcn
вычисление задержанных версий входного сигнала в векторной форме.
mtreesum_fcn
для вычисления суммы приложенных весов в древовидной структуре. Индивидуальная сумма вычисляется с помощью vsum
функция.
update_weight_fcn
вычисление обновленных весов фильтра на основе наименьшего среднего квадратного алгоритма.
Проверьте испытательный стенд MATLAB:
open(testbench_name);
clear ('mlhdlc_lms_fcn'); % returns an adaptive FIR filter System object, HLMS, that computes the % filtered output, filter error, and the filter weights for a given input % and desired signal using the Least MeanSquares (LMS) algorithm. % Copyright 2011-2019 The MathWorks, Inc. stepSize = 0.01; reset_weights =false; hfilt = dsp.FIRFilter; % System to be identified hfilt.Numerator = fir1(10, .25); rng('default'); % always default to known state x = randn(1000,1); % input signal d = step(hfilt, x) + 0.01*randn(1000,1); % desired signal hSrc = dsp.SignalSource(x); hDesiredSrc = dsp.SignalSource(d); hOut = dsp.SignalSink; hErr = dsp.SignalSink; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %Call to the design %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% while (~isDone(hSrc)) [y, e, w] = mlhdlc_lms_fcn(step(hSrc), step(hDesiredSrc), ... stepSize, reset_weights); step(hOut, y); step(hErr, e); end figure('Name', [mfilename, '_plot']); subplot(2,1,1), plot(1:1000, [d,hOut.Buffer,hErr.Buffer]); title('System Identification of an FIR filter'); legend('Desired', 'Output', 'Error'); xlabel('time index'); ylabel('signal value'); subplot(2,1,2); stem([hfilt.Numerator.', w(end-10:end).']); legend('Actual','Estimated'); xlabel('coefficient #'); ylabel('coefficient value');
Чтобы избежать ошибок времени выполнения, моделируйте проект с помощью испытательного стенда.
mlhdlc_lms_fir_id_tb
Прежде чем вы сгенерируете HDL-код для проекта MATLAB, скопируйте файлы дизайна и испытательного стенда в папку с возможностью записи. Эти команды копируют файлы во временную папку.
mlhdlc_demo_dir = fullfile(matlabroot, 'toolbox', 'hdlcoder', 'hdlcoderdemos', 'matlabhdlcoderdemos'); mlhdlc_temp_dir = [tempdir 'mlhdlc_fcn_partition'];
Создайте временную папку и скопируйте файлы MATLAB.
cd(tempdir);
[~, ~, ~] = rmdir(mlhdlc_temp_dir, 's');
mkdir(mlhdlc_temp_dir);
cd(mlhdlc_temp_dir);
copyfile(fullfile(mlhdlc_demo_dir, [design_name,'.m*']), mlhdlc_temp_dir); copyfile(fullfile(mlhdlc_demo_dir, [testbench_name,'.m*']), mlhdlc_temp_dir);
Чтобы сгенерировать HDL-код из проекта MATLAB:
1. Создайте проект HDL Coder:
coder -hdlcoder -new mlhdlc_fcn_partition
2. Добавьте файл mlhdlc_lms_fcn.m
к проекту в качестве функции MATLAB и mlhdlc_lms_fir_id_tb.m
в качестве испытательного стенда MATLAB.
3. Щелкните Типы Autodefine, чтобы использовать рекомендуемые типы для входных и выходных входов функции MATLAB mlhdlc_lms_fcn
.
Более полное руководство по созданию и заполнению проектов MATLAB HDL Coder см. в разделе «Начало работы с MATLAB в HDL».
Нажмите кнопку Советник по рабочему процессу, чтобы запустить Советник по рабочему процессу.
Щелкните правой кнопкой мыши Генерации HDL-кода задачу и выберите Запуск для выбранной задачи.
Один файл HDL mlhdlc_lms_fcn_FixPt.vhd
генерируется для проекта MATLAB. Код VHDL для всех функций в проекте MATLAB вставлен в этот файл.
На вкладке Advanced установите флажок Generate instantiable code for functions.
Нажмите кнопку Run, чтобы перезапустить Генерацию HDL-кода задачу.
Вы видите несколько HDL- файлов, которые содержат сгенерированный код для функции верхнего уровня и функций, которые вызываются внутри функции верхнего уровня. Смотрите также Сгенерируйте Instantiable Code для функций.
В некоторых случаях можно хотеть встроить HDL-код для вспомогательных функций и утилит и затем создать их экземпляры. Чтобы локально контролировать встраивание таких функций, используйте coder.inline
прагма в коде MATLAB.
Чтобы вписать функцию в сгенерированный код, поместите эту директиву внутрь этой функции:
coder.inline('always')
Чтобы предотвратить встраивание функции в сгенерированный код, поместите эту директиву внутрь этой функции:
coder.inline('never')
Чтобы позволить генератору кода определить, вводить ли функцию в сгенерированный код, поместите эту директиву внутрь этой функции:
coder.inline('default')
Чтобы узнать, как использовать coder.inline
pragma, введите:
help coder.inline
Вызовы функций внутри условных выражений и циклов inlined и не являются экземплярами.
Функции с состояниями встроены.
Чтобы очистить временную папку проекта, запустите следующие команды:
mlhdlc_demo_dir = fullfile(matlabroot, 'toolbox', 'hdlcoder', 'hdlcoderdemos', 'matlabhdlcoderdemos'); mlhdlc_temp_dir = [tempdir 'mlhdlc_fcn_partition']; clear mex; cd (mlhdlc_demo_dir); rmdir(mlhdlc_temp_dir, 's');