Поддержка с плавающей точкой: ориентированный на поле алгоритм управления
В этом примере вы рассматриваете алгоритм Ориентированного на поле управления (FOC) для Постоянного магнита синхронной машины (PMSM), реализованного с помощью с одинарной точностью и полуточность типы с плавающей точкой.
Введение
Вы видели версию фиксированной точки этого проекта в Ориентированном на поле Управлении Постоянного магнита Синхронная Машина, которая берет глубокое погружение в то, как реализовать текущий алгоритм управления с помощью фиксированных точек. Модель была преобразована в фиксированную точку прежде, чем сгенерировать HDL-код.
Можно использовать типы с одинарной точностью с плавающей точкой в проекте и сгенерировать HDL-код исходно, не преобразовывая в фиксированные точки. Этот пример показывает конструктивные соображения при генерации кода от с плавающей точкой, с одинарной точностью и варианты полуточности* модели фиксированной точки hdlcoderFocCurrentFixptHdl.
Модель испытательного стенда 'hdlcoderFocCurrentTestBench' имеет ссылочный блок, указывающий на DUT, реализованный в фиксированной точке или с плавающей точкой.
Существенные функции Нативной поддержки С плавающей точкой.
И целевой агностический RTL не зависящий от производителя продукта для FPGA и/или проекта ASIC
Полный спектр функций IEEE 754 включая поддержку округления режимов, inf и nan типов данных и дополнительной поддержки нестандартных чисел.
Обширный математический блок (добавляют, mul, отделение, recip, журнал, exp, sqrt, rsqrt) и тригонометрический блок (sin, потому что, sincos, atan, atan2) поддерживают.
Почему использование типы с плавающей точкой
Иногда можно хотеть запуститься и остаться дома с плавающей точкой, чтобы предназначаться для HDL по следующим причинам:
Ваши алгоритмы имеют большие или неизвестные динамические диапазоны (например, интеграторы в обратной связи)
Ваш алгоритм использует операции, которые затрудняют, чтобы спроектировать в фиксированной точке (исключая: atan2
В версии фиксированной точки примера hdlcoderFocCurrentFloatHDL.slx вы замечаете, что несколько округлений фиксированной точки и решений насыщения сделаны сохранить числовое поведение алгоритма. Например, блок 'hdlcoderFocCurrentFixptHdl/FOC_Current_Control/DQ_Current_Control/D_Current_Control/Saturate', который является блоком насыщения, был помещен в цикл интегратора так, чтобы результаты не переполнялись из-за накопления в цикле.
open_system('hdlcoderFocCurrentFixptHdl'); open_system('hdlcoderFocCurrentFixptHdl/FOC_Current_Control/DQ_Current_Control/D_Current_Control/Saturate');
Иногда, задача преобразования фиксированной точки могла занять несколько недель к месяцам с несколькими уровнями придания вновь юридической силы алгоритма. Это может также привести к нежелательной потере точности, которая не может быть приемлемой для некоторых важных приложений, требующих очень высокой точности.
В этих ситуациях можно принять решение использовать нативные функции синтеза с плавающей точкой, доступные в HDL Coder.
Модель FOC с одинарной точностью
Чтобы открыть версию с одинарной точностью алгоритма, запустите эти команды:
load_system('hdlcoderFocCurrentFloatHdl'); open_system('hdlcoderFocCurrentFloatHdl/FOC_Current_Control')
По сравнению с алгоритмом фиксированной точки модель с одинарной точностью не требует дополнительного округления и блоков насыщения и настроек как видно в версии с плавающей точкой модели 'hdlcoderFocCurrentFloatHdl/FOC_Current_Control/DQ_Current_Control/D_Current_Control'
open_system('hdlcoderFocCurrentFloatHdl/FOC_Current_Control/DQ_Current_Control/D_Current_Control')
Чтобы проверить поведение посредством симуляции, запустите эти команды:
hasSimPowerSystems = license ('test', 'Power_System_Blocks'); if hasSimPowerSystems open_system('hdlcoderFocCurrentTestBench') % set single-precision floating-point model in the testbench set_param('hdlcoderFocCurrentTestBench/Controller', 'ModelName', 'hdlcoderFocCurrentFloatHdl'); set_param('hdlcoderFocCurrentTestBench','IgnoredZcDiagnostic','none'); sim('hdlcoderFocCurrentTestBench') set_param('hdlcoderFocCurrentTestBench','IgnoredZcDiagnostic','warn'); end
Можно сгенерировать HDL-код и просмотреть сгенерированный код для контроллера.
hdlset_param('hdlcoderFocCurrentFloatHdl', 'FloatingPointTargetConfiguration', hdlcoder.createFloatingPointTargetConfig('NATIVEFLOATINGPOINT')); makehdl('hdlcoderFocCurrentFloatHdl/FOC_Current_Control');
### Begin compilation of the model 'hdlcoderFocCurrentFloatHdl'...
### Generating HDL for 'hdlcoderFocCurrentFloatHdl/FOC_Current_Control'.
### Using the config set for model <a href="matlab:configset.showParameterGroup('hdlcoderFocCurrentFloatHdl', { 'HDL Code Generation' } )">hdlcoderFocCurrentFloatHdl</a> for HDL code generation parameters.
### Running HDL checks on the model 'hdlcoderFocCurrentFloatHdl'.
### Applying HDL optimizations on the model 'hdlcoderFocCurrentFloatHdl'...
### Begin model generation.
### Model generation complete.
### To highlight blocks that obstruct distributed pipelining, click the following MATLAB script: <a href="matlab:run('hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHdl/highlightDistributedPipeliningBarriers')">hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHdl/highlightDistributedPipeliningBarriers.m</a>
### To clear highlighting, click the following MATLAB script: <a href="matlab:run('hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHdl/clearhighlighting.m')">hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHdl/clearhighlighting.m</a>
### Generating new validation model: <a href="matlab:open_system('gm_hdlcoderFocCurrentFloatHdl_vnl')">gm_hdlcoderFocCurrentFloatHdl_vnl</a>.
### Validation model generation complete.
### Begin VHDL Code Generation for 'hdlcoderFocCurrentFloatHdl'.
### MESSAGE: The design requires 800 times faster clock with respect to the base rate = 2e-05.
### Working on hdlcoderFocCurrentFloatHdl/FOC_Current_Control/nfp_relop_single as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHdl/nfp_relop_single.vhd.
### Working on hdlcoderFocCurrentFloatHdl/FOC_Current_Control/nfp_relop_single as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHdl/nfp_relop_single_block.vhd.
### Working on hdlcoderFocCurrentFloatHdl/FOC_Current_Control/nfp_sincos_single as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHdl/nfp_sincos_single.vhd.
### Working on hdlcoderFocCurrentFloatHdl/FOC_Current_Control/nfp_relop_single as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHdl/nfp_relop_single_block1.vhd.
### Working on hdlcoderFocCurrentFloatHdl/FOC_Current_Control/nfp_relop_single as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHdl/nfp_relop_single_block2.vhd.
### Working on hdlcoderFocCurrentFloatHdl/FOC_Current_Control/nfp_add_single as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHdl/nfp_add_single.vhd.
### Working on hdlcoderFocCurrentFloatHdl/FOC_Current_Control/nfp_gain_pow2_single as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHdl/nfp_gain_pow2_single.vhd.
### Working on hdlcoderFocCurrentFloatHdl/FOC_Current_Control/nfp_sub_single as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHdl/nfp_sub_single.vhd.
### Working on hdlcoderFocCurrentFloatHdl/FOC_Current_Control/nfp_add2_single as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHdl/nfp_add2_single.vhd.
### Working on hdlcoderFocCurrentFloatHdl/FOC_Current_Control/nfp_mul_single as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHdl/nfp_mul_single.vhd.
### Working on hdlcoderFocCurrentFloatHdl/FOC_Current_Control/nfp_uminus_single as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHdl/nfp_uminus_single.vhd.
### Working on hdlcoderFocCurrentFloatHdl/FOC_Current_Control/nfp_relop_single as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHdl/nfp_relop_single_block3.vhd.
### Working on FOC_Current_Control_tc as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHdl/FOC_Current_Control_tc.vhd.
### Working on hdlcoderFocCurrentFloatHdl/FOC_Current_Control as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHdl/FOC_Current_Control.vhd.
### Generating package file hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHdl/FOC_Current_Control_pkg.vhd.
### Code Generation for 'hdlcoderFocCurrentFloatHdl' completed.
### Generating HTML files for code generation report at <a href="matlab:web('/tmp/BR2021bd_1724986_151598/publish_examples0/tp0b0cd55d/hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHdl/html/hdlcoderFocCurrentFloatHdl_codegen_rpt.html');">hdlcoderFocCurrentFloatHdl_codegen_rpt.html</a>
### Creating HDL Code Generation Check Report file:///tmp/BR2021bd_1724986_151598/publish_examples0/tp0b0cd55d/hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHdl/FOC_Current_Control_report.html
### HDL check for 'hdlcoderFocCurrentFloatHdl' complete with 0 errors, 0 warnings, and 2 messages.
### HDL code generation complete.
Модель FOC полуточности
Для приложений, которые требуют меньшего динамического диапазона, можно использовать half типы, не имея необходимость преобразовывать ваш проект, чтобы использовать фиксированные точки. Используя half типы используют намного меньше памяти, имеют более низкую задержку и сохраняют ресурсы FPGA.
Преимущества плавающей точки полуточности вводят в аппаратной перспективе:
Низкая задержка
Низкая область
Высокая скорость
16-битное поведение с плавающей точкой, которое будет полезно для оптимального устройства хранения данных
Более широкий динамический диапазон по сравнению с типами данных целочисленной или фиксированной точки того же размера
Типы полуточности имеют те же функции как одни - и типы с плавающей точкой с двойной точностью. Поддерживаемые операторы включают основные арифметические операторы (EX: Add/Sub, Mul, Div/Recip) и Усиление, Операторы отношения, Преобразования типа данных.
load_system('hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl'); open_system('hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/FOC_Current_Control')
Чтобы проверить поведение посредством симуляции, запустите эти команды:
hasSimPowerSystems = license ('test', 'Power_System_Blocks'); if hasSimPowerSystems open_system('hdlcoderFocCurrentTestBench') % set half-precision floating-point model in the testbench set_param('hdlcoderFocCurrentTestBench/Controller', 'ModelName', 'hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl'); set_param('hdlcoderFocCurrentTestBench','IgnoredZcDiagnostic','none'); sim('hdlcoderFocCurrentTestBench') set_param('hdlcoderFocCurrentTestBench','IgnoredZcDiagnostic','warn'); end
Можно сгенерировать HDL-код и просмотреть сгенерированный код для контроллера.
hdlset_param('hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl', 'FloatingPointTargetConfiguration', hdlcoder.createFloatingPointTargetConfig('NATIVEFLOATINGPOINT')); makehdl('hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/FOC_Current_Control');
### Generating HDL for 'hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/FOC_Current_Control'.
### Using the config set for model <a href="matlab:configset.showParameterGroup('hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl', { 'HDL Code Generation' } )">hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl</a> for HDL code generation parameters.
### Running HDL checks on the model 'hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl'.
### Begin compilation of the model 'hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl'...
### Applying HDL optimizations on the model 'hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl'...
### Begin model generation.
### Model generation complete.
### To highlight blocks that obstruct distributed pipelining, click the following MATLAB script: <a href="matlab:run('hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/highlightDistributedPipeliningBarriers')">hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/highlightDistributedPipeliningBarriers.m</a>
### To clear highlighting, click the following MATLAB script: <a href="matlab:run('hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/clearhighlighting.m')">hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/clearhighlighting.m</a>
### Generating new validation model: <a href="matlab:open_system('gm_hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl_vnl')">gm_hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl_vnl</a>.
### Validation model generation complete.
### Begin VHDL Code Generation for 'hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl'.
### MESSAGE: The design requires 800 times faster clock with respect to the base rate = 2e-05.
### Working on hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/FOC_Current_Control/nfp_relop_half as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/nfp_relop_half.vhd.
### Working on hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/FOC_Current_Control/nfp_relop_half as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/nfp_relop_half_block.vhd.
### Working on hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/FOC_Current_Control/nfp_relop_half as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/nfp_relop_half_block1.vhd.
### Working on hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/FOC_Current_Control/nfp_relop_half as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/nfp_relop_half_block2.vhd.
### Working on hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/FOC_Current_Control/nfp_add_half as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/nfp_add_half.vhd.
### Working on hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/FOC_Current_Control/nfp_gain_pow2_half as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/nfp_gain_pow2_half.vhd.
### Working on hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/FOC_Current_Control/nfp_sub_half as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/nfp_sub_half.vhd.
### Working on hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/FOC_Current_Control/nfp_add2_half as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/nfp_add2_half.vhd.
### Working on hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/FOC_Current_Control/nfp_mul_half as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/nfp_mul_half.vhd.
### Working on hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/FOC_Current_Control/nfp_uminus_half as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/nfp_uminus_half.vhd.
### Working on hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/FOC_Current_Control/nfp_relop_half as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/nfp_relop_half_block3.vhd.
### Working on hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/FOC_Current_Control/nfp_convert_sfix_16_En14_to_half as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/nfp_convert_sfix_16_En14_to_half.vhd.
### Working on hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/FOC_Current_Control/nfp_convert_half_to_sfix_16_En8 as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/nfp_convert_half_to_sfix_16_En8.vhd.
### Working on FOC_Current_Control_tc as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/FOC_Current_Control_tc.vhd.
### Working on hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/FOC_Current_Control as hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/FOC_Current_Control.vhd.
### Generating package file hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/FOC_Current_Control_pkg.vhd.
### Code Generation for 'hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl' completed.
### Generating HTML files for code generation report at <a href="matlab:web('/tmp/BR2021bd_1724986_151598/publish_examples0/tp0b0cd55d/hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/html/hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl_codegen_rpt.html');">hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl_codegen_rpt.html</a>
### Creating HDL Code Generation Check Report file:///tmp/BR2021bd_1724986_151598/publish_examples0/tp0b0cd55d/hdlsrc/hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl/FOC_Current_Control_report.html
### HDL check for 'hdlcoderFocCurrentFloatHalfHdl' complete with 0 errors, 1 warnings, and 2 messages.
### HDL code generation complete.
Можно обратиться к документации для полных нативных возможностей с плавающей точкой, доступных в HDL Coder. Смотрите ссылку в Начале работы с Собственным компонентом HDL Coder Поддержка С плавающей точкой.