Fixed-Point Designer

Modellierung und Optimierung von Festkomma- und Gleitkomma-Algorithmen

 

Der Fixed-Point Designer™ bietet Datentypen und Tools zur Optimierung und Implementierung von Festkomma- und Gleitkomma-Algorithmen auf Embedded-Hardware. Er umfasst Festkomma- und Gleitkomma-Datentypen sowie zielspezifische numerische Einstellungen.  Mit dem Fixed-Point Designer können Sie zielbezogene Simulationen durchführen, die für Festkommazahlen bitgenau sind. Dann können Sie Quantisierungseffekte wie Überlauf und Genauigkeitsverlust testen und sie beheben, bevor Sie das Design auf der Hardware implementieren.

Der Fixed-Point Designer bietet Apps und Tools, mit denen Sie doppeltgenaue Algorithmen analysieren und in Gleitkomma- oder Festkomma-Algorithmen mit reduzierter Genauigkeit konvertieren können. Mit Optimierungstools können Sie Datentypen auswählen, die Ihren Anforderungen an die numerische Genauigkeit und den Randbedingungen der Target-Hardware entsprechen. Zur effizienten Implementierung können Sie rechenintensive Konstrukte in Ihrem Entwurf durch hardware-optimale Muster wie komprimierte Lookup-Tabellen ersetzen.

Sie können C- und HDL-Code für die Produktion direkt aus Ihren für Festkomma und Gleitkomma optimierten Modellen generieren.

Erste Schritte:

Erkundung von Datentypen

Erkunden Sie Gleitkomma- und Festkomma-Datentypen, um den Trade-Off für die numerische Genauigkeit zu analysieren.

Festkomma-Spezifikation

Spezifizieren Sie die Festkomma-Eigenschaften Ihres Entwurfs mit anwendungsspezifischen Wortlängen, Binärkomma-Skalierung und beliebiger Slope-and-Bias-Skalierung, und steuern Sie Details wie Rundungsmodus und Überlaufaktion.

Angeben eines Festkomma-Datentyps und aller seiner Eigenschaften, wie z. B. des Rundungsmodus.

Gleitkomma-Simulation

Emulieren Sie das Verhalten der Target-Hardware für denormale Gleitkommazahlen, wie z. B. Flush-to-Zero (Denorms werden auf Null gesetzt), bei der Simulation und Codegenerierung. Simulieren Sie Gleitkommazahlen mit begrenzter Genauigkeit mit dem Datentyp fp16 (halbe Genauigkeit) in MATLAB® und Simulink®.

Instrumentierung und Visualisierung

Sammeln Sie Simulationsdaten und Statistiken durch automatische modellweite Instrumentierung. Sammeln Sie Bereichsdaten, um Ihre Entwürfe zu untersuchen und zu analysieren. Verwenden Sie Visualisierungen, um Ihren Entwurf im Hinblick auf eine effiziente Nutzung der Hardwareressourcen zu optimieren.

Visualisierung von Signalbereichen und Histogrammdaten.

Analyse abgeleiteter Bereiche

Leiten Sie Signalbereiche anhand einer mathematischen Analyse Ihres Entwurfs ab, und bestimmen Sie die Worst-Case-Bereiche oder Randfälle, ohne umfassende Simulations-Testbenches erstellen zu müssen. Mithilfe der abgeleiteten Bereiche können Sie sicherstellen, dass Ihr Entwurf Überlauf verhindert oder mit allfälligem Überlauf umgehen kann.

Ableiten von Bereichen mithilfe von Entwurfsbereichen.

Automatisierte Festlegung von Datentypen

Quantisieren und optimieren Sie Ihre Entwürfe mit Festkomma- und Gleitkomma-Datentypen.

Festkomma-Quantisierung

Erkunden Sie verschiedene Festkomma-Datentypen und die Auswirkungen ihrer Quantisierung auf das numerische Verhalten Ihres Systems mithilfe eines geführten Workflows. Überwachen Sie den dynamischen Bereich der Variablen in Ihrem Entwurf, und stellen Sie sicher, dass sich der Algorithmus innerhalb von Gleitkomma- und Festkomma-Darstellungen nach der Konvertierung einheitlich verhält.

Umwandeln eines Gleitkomma-Modells mit dem Fixed-Point Tool.

Gleitkomma-Quantisierung

Konvertieren Sie einen Entwurf automatisch von doppelter zu einfacher Genauigkeit, und analysieren Sie die Auswirkungen der Gleitkomma-Darstellung mit begrenzter Genauigkeit sowie der Quantisierung bei einfacher Genauigkeit.

Automatische Konvertierung mit dem Single Precision Converter.

Datentyp-Optimierung

Untersuchen Sie automatisch verschiedene Festkomma-Konfigurationen, um die optimalen heterogenen Datentypen auszuwählen und gleichzeitig die zulässigen Toleranzen für das numerische Verhalten Ihres Systems einzuhalten. Die Optimierung dient dazu, mithilfe von Festkomma-Datentypen die Gesamtbitbreite zu minimieren, um einen effizienten Entwurf zu erzielen.

Implementierung auf Embedded-Systemen

Erkunden Sie Tradeoffs bei der Implementierung, und optimieren Sie Ihre Entwürfe mit effizienten Algorithmen für Embedded-Systeme.

Funktionsapproximation und Komprimierung der Lookup-Tabelle

Approximieren Sie mathematisch komplexe Funktionen (wie z. B. sqrt und exp) oder komplexe Subsysteme mit einer optimalen Lookup-Tabelle. Komprimieren Sie vorhandene Lookup-Tabellen, um die Arbeitsspeichernutzung zu verringern, indem Sie Datenpunkte und Datentypen optimieren.

Generierung von bitgenauem Code

Sorgen Sie für bitgenaue Übereinstimmung im gesamten Model-Based Design von der Simulation bis zur Codegenerierung, einschließlich Beschleunigung sowie Prozessor-in-the-Loop- und Software-in-the-Loop-Simulationen. Analysieren und verifizieren Sie Festkomma-Algorithmen, die auf bitgenauen Darstellungen basieren. Generieren Sie effizienten Code aus Entwürfen mit reduzierter Genauigkeit, einschließlich Entwürfen mit Datentypen mit halber Genauigkeit.

Verifikation des bitgenauen Verhaltens von generiertem Code in einem Simulator.

HDL-optimierte Matrix-Blöcke

Greifen Sie auf eine Festkomma-HDL-Bibliothek von Simulink-Blöcken zu, die Designmuster für Systeme aus linearen Gleichungen und Core-Matrix-Operationen wie die QR-Zerlegung für eine hardwareeffiziente Implementierung auf FPGAs modellieren. Generieren Sie HDL-Code für Entwürfe, die diese Blöcke nutzen, mit dem HDL Coder™.

Bibliotheksblock, der ein HDL-optimiertes Designmuster für die QR-Zerlegung liefert.

Tests und Debugging

Analysieren, testen und debuggen Sie das numerische Verhalten Ihrer Algorithmen.

Erkennung von Überlauf und Genauigkeitsverlust

Identifizieren, verfolgen und debuggen Sie  Auslöser für Überlauf, Genauigkeitsverlust und verlorene Bereiche oder Genauigkeit in kürzester Zeit, und vergleichen Sie Ihren Entwurf mit dem idealen Gleitkomma-Verhalten. Durch bitgenaue Übereinstimmung Ihres Modells und Codes werden viele Vorteile von Model-Based Design maximiert, und Sie können solche Probleme früh im Workflow entdecken.

Ermitteln der Ursache eines Überlaufs.

Testen numerischer Randfälle

Generieren Sie numerisch umfangreiche Festkomma- und Gleitkommawerte, wie grenznahe Werte oder denormale Zahlen, um Randfälle Ihrer Algorithmen auf numerische Konsistenz zu testen. Generieren Sie Kombinationen von Signalen mit variierenden Dimensionen und unterschiedlicher Komplexität sowie mit Ganzzahl-, Gleitkomma- oder Festkomma-Datentypen.

Generieren Sie Testdaten mit den Datengenerierungs-APIs.

Neue Funktionen

Verbessertes Fixed-Point Tool

Ausloten der Signalbereiche von Designs und Konvertierung von Simulink-Modellen durch Datentypoptimierung

Optimierung der Lookup-Tabelle

Iteratives Redesign und Komprimierung von Lookup-Tabellen als Batch, paralleles Ausführen der Optimierung von Lookup-Tabellen

Datentyp-Optimierung

Verbesserungen schließen die Angabe bekannter Datentypen und der Sicherheitsspanne als weitere Einschränkungen ein

Tech-Vorschau

Entwurf, Simulation und Generieren von Code für Datentypen mit halber Genauigkeit in Simulink

Fixed-Point Archiv

Simulink-Block-Archiv für Hardware-effiziente mathematische Operationen und Matrixoperationen.

Details zu diesen Merkmalen und den zugehörigen Funktionen finden Sie in den Versionshinweisen.