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シミュレーション範囲に基づく固定小数点データ型の推奨

この例では、関数 codegen を使用してシミュレーション範囲データに基づいて固定小数点データ型を推奨する方法を示します。

• 必要条件

• 新規フォルダーの作成と関連ファイルのコピー

• 固定小数点の構成オブジェクトのセットアップ

• C コード生成の構成オブジェクトのセットアップ

• シミュレーション範囲の収集と固定小数点コードの生成

• 範囲情報の表示

• 生成された固定小数点の MATLAB コードの表示

• 生成された固定小数点の C コードの表示

必要条件

この例を実行するには、次の製品をインストールしなければなりません。

• MATLAB^®

• MATLAB Coder™

• Fixed-Point Designer™

• C コンパイラ

  サポートされるコンパイラを参照してください。

  mex -setup を使用して既定のコンパイラを変更できます。既定のコンパイラの変更を参照してください。

新規フォルダーの作成と関連ファイルのコピー

1. ローカルの作業フォルダー (例: c:\ex_2ndOrder_filter) を作成します。

2. docroot\toolbox\fixpoint\examples フォルダーに移動します。MATLAB コマンド ラインで以下のように入力します。

   cd(fullfile(docroot, 'toolbox', 'fixpoint', 'examples')) 

3. ex_2ndOrder_filter.m および ex_2ndOrder_filter_test.m ファイルをローカル作業フォルダーにコピーします。

   種類	名前	説明
   関数のコード	ex_2ndOrder_filter.m	MATLAB のエントリポイント関数
   テスト ファイル	ex_2ndOrder_filter_test.m	ex_2ndOrder_filter.m をテストする MATLAB スクリプト

 関数 ex_2ndOrder_filter

function y = ex_2ndOrder_filter(x) %#codegen
  persistent z
  if isempty(z)
      z = zeros(2,1);
  end
  % [b,a] = butter(2, 0.25)
  b = [0.0976310729378175,  0.195262145875635,  0.0976310729378175];
  a = [1, -0.942809041582063,  0.3333333333333333];

 
  y = zeros(size(x));
  for i = 1:length(x)
      y(i) = b(1)*x(i) + z(1);
      z(1) = b(2)*x(i) + z(2) - a(2) * y(i);
      z(2) = b(3)*x(i)        - a(3) * y(i);
  end
end

 ex_2ndOrder_filter_test スクリプト

このテスト スクリプトは関数 ex_2ndOrder_filter を、意図したシステムの動作範囲全体をカバーするよう 3 つの入力信号、チャープ、ステップ、インパルスを使用して実行します。次に、スクリプトは出力をプロットします。

% ex_2ndOrder_filter_test
%
% Define representative inputs
N = 256;                   % Number of points
t = linspace(0,1,N);       % Time vector from 0 to 1 second
f1 = N/2;                  % Target frequency of chirp set to Nyquist
x_chirp = sin(pi*f1*t.^2); % Linear chirp from 0 to Fs/2 Hz in 1 second
x_step = ones(1,N);        % Step
x_impulse = zeros(1,N);    % Impulse
x_impulse(1) = 1;

% Run the function under test
x = [x_chirp;x_step;x_impulse];
y = zeros(size(x));
for i = 1:size(x,1)
  y(i,:) = ex_2ndOrder_filter(x(i,:));
end

% Plot the results
titles = {'Chirp','Step','Impulse'}
clf
for i = 1:size(x,1)
  subplot(size(x,1),1,i)
  plot(t,x(i,:),t,y(i,:))
  title(titles{i})
  legend('Input','Output')
end
xlabel('Time (s)')
figure(gcf)

disp('Test complete.')

固定小数点の構成オブジェクトのセットアップ

固定小数点の構成オブジェクトを作成し、テスト ファイル名を設定します。

fixptcfg = coder.config('fixpt');
fixptcfg.TestBenchName = 'ex_2ndOrder_filter_test';

C コード生成の構成オブジェクトのセットアップ

C のスタティック ライブラリを生成するためにコード構成オブジェクトを作成します。コード生成レポートを有効にします。

cfg = coder.config('lib');
cfg.GenerateReport = true;

シミュレーション範囲の収集と固定小数点コードの生成

関数 codegen を使用して、浮動小数点の MATLAB 関数 ex_2ndOrder_filter を固定小数点の C コードに変換します。固定小数点のデータ型の既定の語長を 16 に設定します。

fixptcfg.ComputeSimulationRanges = true;
fixptcfg.DefaultWordLength = 16;

% Derive ranges  and generate fixed-point code
codegen -float2fixed fixptcfg -config cfg ex_2ndOrder_filter

codegen によって浮動小数点のコードが解析されます。関数 ex_2ndOrder_filter の入力型を指定しなかったため、変換プロセスではテスト ファイルのシミュレーションによって型が推定されます。次に変換プロセスによってアルゴリズム内の変数の範囲を派生します。これらの派生範囲を使用して変数の固定小数点型が推奨されます。変換が完了すると、型推奨レポートが生成されます。

範囲情報の表示

関数 ex_2ndOrder_filter の型推奨レポート ex_2ndOrder_filter_report.html へのリンクをクリックします。

レポートが Web ブラウザーで開きます。

生成された固定小数点の MATLAB コードの表示

codegen によって関数 ex_2ndOrder_filter.m の固定小数点バージョン ex_2ndOrder_filter_fixpt.m および ex_2ndOrder_filter_fixpt を呼び出すラッパー関数が生成されます。これらのファイルはローカルの作業フォルダーの codegen\ex_2ndOrder_filter\fixpt フォルダーに生成されます。

function y = ex_2ndOrder_filter_fixpt(x) %#codegen
  fm = get_fimath();

  persistent z
  if isempty(z)
      z = fi(zeros(2,1), 1, 16, 15, fm);
  end
  % [b,a] = butter(2, 0.25)
  b = fi([0.0976310729378175,  0.195262145875635,  0.0976310729378175], 0, 16, 18, fm);
  a = fi([                 1, -0.942809041582063,  0.3333333333333333], 1, 16, 14, fm);

 
  y = fi(zeros(size(x)), 1, 16, 14, fm);
  for i=1:length(x)
      y(i) = b(1)*x(i) + z(1);
      z(1) = fi_signed(b(2)*x(i) + z(2)) - a(2) * y(i);
      z(2) = fi_signed(b(3)*x(i))        - a(3) * y(i);
  end
end



function y = fi_signed(a)
    coder.inline( 'always' );
    if isfi( a ) && ~(issigned( a ))
        nt = numerictype( a );
        new_nt = numerictype( 1, nt.WordLength + 1, nt.FractionLength );
        y = fi( a, new_nt, fimath( a ) );
    else
        y = a;
    end
end

function fm = get_fimath()
	fm = fimath('RoundingMethod', 'Floor', 'OverflowAction', 'Wrap', 'ProductMode', 'FullPrecision', 'MaxProductWordLength', 128, 'SumMode', 'FullPrecision', 'MaxSumWordLength', 128);
end

生成された固定小数点の C コードの表示

C コード生成についてのコード生成レポートを表示するには、型推奨レポートを表示する [レポートの表示] リンクをクリックします。

コード生成レポートが開き、ex_2ndOrder_filter_fixpt.c に対する生成コードが表示されます。

参考

codegen | coder.FixptConfig

関連するトピック

• MATLAB コードの固定小数点 C コードへの変換
• 派生した範囲に基づく固定小数点データ型の推奨