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stm32。ルートを見る

紹介する代わりに



この記事には、予算のstm32マイクロシステムに適用されるアプリケーションプログラムの重要なセクションの手動最適化の例が含まれています。これにより、ライブラリ関数と比較してパフォーマンスが5倍以上向上します。



平方根抽出は、アプリケーションでよく使用されます。sqrt関数は標準のCライブラリに含まれており、実数で動作します。



double sqrt (double num);
long double sqrtl (long double num);


マイクロコントローラーは主に整数で動作します。通常、実数のレジスタはありません。



実際には、「整数<=>実数」の複数の変換で計算速度が低下することに加えて、精度もさらに低下します-例1。



例1：順方向および逆方向の変換における精度の低下



//  
uint32_t L1 = 169;
uint32_t L2 = 168;

//  
uint32_t r1 = ( uint32_t )sqrt( ( double ) L1 );
uint32_t r2 = ( uint32_t )sqrt( ( double ) L2 );

//  
L1 = r1*r1; // r1 = 13
L2 = r2*r2; // r2 = 12

//  
// L1 = 169 —  169
// L2 = 144 —  168,    14%


問題の定式化



最も近い整数に丸めることにより、sqrt計算の精度を上げます。

可能であれば、生産性を高めてください。



問題の解決策



標準関数に基づいてsqrt_fpuなどのカスタム関数を作成します-例2。



例2：sqrt_fpuアルゴリズムを使用して整数ルートを計算する



uint16_t sqrt_fpu ( uint32_t L )
{
    if ( L < 2 )
        return ( uint16_t ) L;

    double f_rslt = sqrt( ( double ) L );
    uint32_t rslt = ( uint32_t ) f_rslt;

    if ( !( f_rslt - ( double ) rslt < .5 ) )
        rslt++;

    return ( uint16_t ) rslt;
}


Sqrt_fpuの利点：



  • コンパクトコード;
  • 必要な精度が達成されます。


sqrt_fpuのデメリット：



  • 追加の呼び出しと追加のフローティングポイント操作によるパフォーマンスの低下。
  • ユーザーレベルで計算速度を最適化するための明らかな可能性の欠如。


sqrt_fpu .



— - ().



-: , .



1. :



« , , .»

sqrt_odd — 3.



3: sqrt_odd



uint16_t sqrt_odd ( uint32_t L )
{
    if ( L < 2 )
        return ( uint16_t ) L;

    uint16_t div = 1, rslt = 1;

    while ( 1 )
    {
        div += 2;

        if ( ( uint32_t ) div >= L )
            return rslt;

        L -= div, rslt++;
    }
}


,

.



sqrt_odd:



  • ;


sqrt_odd:



  • ;
  • ; , 10e4+ 150 — 1;
  • .


1: sqrt_odd



2. :



« »:

Rj = ( N / Ri + Ri ) / 2

sqrt_new — 4.



4: sqrt_new



uint16_t sqrt_new ( uint32_t L )
{
    if ( L < 2 )
        return ( uint16_t ) L;

    uint32_t rslt, div;

    rslt = L;
    div = L / 2;

    while ( 1 )
    {
        div = ( L / div + div ) / 2;

        if ( rslt > div )
            rslt = div;
        else
            return ( uint16_t ) rslt;
    }
}


sqrt_new — sqrt_fpu ( 2).



sqrt_new:



  • ;
  • — sqrt_fpu;
  • ;


sqrt_new:



  • .


sqrt_new ( 2):



  • ;
  • .


2: sqtr_new (!)



(!) — 10e5+ 8 .



sqrt_new :



  • , , ( );
  • , -, ;
  • .


2. sqrt_evn ( 5).



sqrt_evn , , [ 0… 0xFFFFFFFF ].



sqrt_evn 2- 5- , sqrt_new ~40%.



[ 1… 10 000 000 ] sqtr_evn 2-3 .



sqrt_evn — 3.

3: sqtr_evn



, sqrt_evn — 5.

5: sqrt_evn



uint16_t sqrt_evn ( uint32_t L )
{
    if ( L < 2 )
        return ( uint16_t ) L;

    uint32_t div;
    uint32_t rslt;
    uint32_t temp;

    if ( L & 0xFFFF0000L )
        if ( L & 0xFF000000L )
            if ( L & 0xF0000000L )
                if ( L & 0xE0000000L )
                    div = 43771;
                else
                    div = 22250;
            else
                if ( L & 0x0C000000L )
                    div = 11310;
                else
                    div = 5749;
        else
            if ( L & 0x00F00000L )
                if ( L & 0x00C00000L )
                    div = 2923;
                else
                    div = 1486;
            else
                if ( L & 0x000C0000L )
                    div = 755;
                else
                    div = 384;
    else
        if ( L & 0xFF00L )
            if ( L & 0xF000L )
                if ( L & 0xC000L )
                    div = 195;
                else
                    div = 99;
            else
                if ( L & 0x0C00L )
                    div = 50;
                else
                    div = 25;
        else
            if ( L & 0xF0L )
                if ( L & 0x80L )
                    div = 13;
                else
                    div = 7;
            else
                div = 3;

    rslt = L;

    while ( 1 )
    {
        temp = L / div;
        temp += div;

        div = temp >> 1;
        div += temp & 1;

        if ( rslt > div )
            rslt = div;
        else
        {
            if ( L / rslt == rslt - 1 && L % rslt == 0 )
                rslt--;

            return ( uint16_t ) rslt;
        }
    }
}


«» — . 1 .



sqrt_evn , .

( 2).



— .



.

[ 3, 7, 13, 25 ] « ». (). .



— .





:



  • : STM32F0308-DISCO, MCU STM32F030R8T6
  • : STM32CubeIDE
  • : USB-UART PL2303HX


:



  • :
  • : CPU — 48 MHz, UART (RS485) — 9600 bit/s
  • : , Release
  • : MCU GCC Linker: Miscellaneous: -u _printf_float


sqrt_fpu, sqrt_new sqrt_evn.



100 000 3- — 4.

4:



.



— sqrt_fpu, . — .



, ( 4), .



( 5) .



5:



( 6) , 1 .

sqrt_fpu 19 531, sqrt_evn 147 059 ; sqrt_evn ~7,5 , sqrt_fpu.



6:





, , , .



同時に、手動のアルゴリズムコード最適化は、低コストのマイクロプロセッサモデルを使用するため、小規模なIoTの大量生産に効果的であり、古いモデルの複雑なタスクのスペースを解放します。



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