浮點轉(zhuǎn)換為定點是嵌入式軟件開發(fā)中的一個重要步驟，這項工作非常繁瑣，需要大量人力并且容易產(chǎn)生錯誤。用浮點數(shù)學設計的算法表示理想的算法行為，經(jīng)常必須轉(zhuǎn)換為定點數(shù)學，才能用于更加經(jīng)濟的、只支持整數(shù)的大規(guī)模生產(chǎn)的硬件。轉(zhuǎn)換后，位精確的定點仿真使您在將該設計嵌入到硬件之前就能夠研究定點數(shù)據(jù)類型的行為。

本文使用具有容錯能力的燃料系統(tǒng)模型作為示例，描述了將浮點模型定點化并生成產(chǎn)品級代碼的工具和工作流程。涵蓋的主題包括：

* 準備模型和數(shù)據(jù)

* 分析、改進以及優(yōu)化定點定標

* 生成優(yōu)化代碼

此處描述的方法采用 Simulink Fixed Point 中的兩種工具：Fixed-Point Advisor 和 Fixed-Point Tool。

準備模型和數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換

容錯燃料系統(tǒng)模型包含三個主要組件：ECU 控制器、發(fā)動機氣動力學設備以及幾個傳感器。在本文中，我們著重講述 ECU 控制器。

Fixed-Point Advisor 是一個交互式工具，旨在加速模型準備過程

圖1： 通過 Fixed-Point Advisor 準備模型。

使用 Fixed-Point Advisor，我們可完成下列步驟（在下面會詳細討論）：

* 替換不支持的模塊。

* 設置信號記錄并創(chuàng)建初始參考數(shù)據(jù)。

* 指定目標硬件特性。

* 準備數(shù)據(jù)類型和定標。

* 執(zhí)行初始數(shù)據(jù)類型和定標。

* 檢查模型對于產(chǎn)品級代碼部署的適宜性。

替換不支持的模塊

Fixed Point Advisor 會檢查模型里是否有不支持定點數(shù)據(jù)類型的模塊。連續(xù)的模塊將被離散的模塊替換。Simulink 模塊支持的數(shù)據(jù)類型列表表明大多數(shù)模塊支持定點數(shù)據(jù)類型。與成百個嵌入式 MATLAB 函數(shù)（包括嵌入式算法設計中通常使用的函數(shù)）一樣，Stateflow 完全支持定點數(shù)據(jù)類型。

設置信號記錄并創(chuàng)建初始參考數(shù)據(jù)

在仿真過程中，會記錄諸如輸入和輸出信號等感興趣的信號，以用于與浮點模型的等值比較以及代碼生成。我們可以記錄所有信號，或者從模型子系統(tǒng)層級中選擇信號，包括未命名的信號。

指定目標硬件特性

Fixed Point Advisor 會提醒我們?yōu)樽址?、整型、長字節(jié)和其他對特定處理器而言獨特的屬性指定正確的字長，以避免仿真或代碼生成時產(chǎn)生錯誤結果。

準備數(shù)據(jù)類型和定標

在初始設計中，工程師通常使用繼承數(shù)據(jù)類型傳遞，以加速原型設計并快速迭代幾個設計。當項目接近產(chǎn)品化時，他們會調(diào)整并指定每個數(shù)據(jù)類型并定標，以優(yōu)化定點結果。

Fixed-Point Advisor 通過自動執(zhí)行下列步驟，可加速此工作流程：

* 去除輸出數(shù)據(jù)類型的繼承，以幫助避免數(shù)據(jù)類型傳遞沖突。

* 放寬可能導致數(shù)據(jù)類型傳遞錯誤的輸入數(shù)據(jù)類型的設置或限制。

* 確定需要我們指定用于定點轉(zhuǎn)換的設計最小值和最大值的模塊。

執(zhí)行初始數(shù)據(jù)類型和定標

依據(jù)我們的初始輸入，F(xiàn)ixed-Point Advisor 可為輸入模塊、常數(shù)、參數(shù)以及具有中間數(shù)據(jù)類型的模塊（例如求和模塊）建議數(shù)據(jù)類型和初始定標。該工具使用設計或仿真浮點數(shù)據(jù)的最小值和最大值，建議初始定點數(shù)據(jù)定標。該工具可報告定標沖突并提出解決沖突的方法。然后，檢查數(shù)值錯誤并分析記錄的信號。

于是生成了初步定標的定點模型，以及比較浮點到定點模型結果的方案。

檢查模型對于產(chǎn)品級代碼部署的適宜性

我們使用 Fixed-Point Advisor 來運行最終檢查，以確定該模型對于產(chǎn)品級代碼部署的適宜性。包括：

* 指出可生成昂貴的飽和和舍入代碼的模塊。

* 指出有問題的定點操作，例如確保定點查找表有足夠的空間，以最大化代碼效率。

分析、改進以及優(yōu)化定點定標

使用 Fixed-Point Tool 可在您的模型中互動地分析、改進以及優(yōu)化定點定標。該工具首先確定溢出和/或飽和的定點值。然后，通過臨時將所有信號轉(zhuǎn)換為浮點精度并執(zhí)行另一個仿真運行，找到定標的合適動態(tài)范圍。合適的動態(tài)范圍用于計算對于每個模塊而言更合適的定點定標。然后，我們接受或拒絕每個信號的建議定標。我們還可配置該工具，以忽略所選的模塊，使您能夠?qū)为毝说哪K使用自動定標。

圖2：利用 Fixed-Point Tool 對容錯燃料系統(tǒng)模型進行自動定標。