BR102014024545A2 - sistema para a multiplicação de números binários de ponto fixo variável para um dispositivo de controle industrial; método para a multiplicação de números de ponto fixo variável; e um ou mais meios de armazenamento legíveis por computador - Google Patents
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Abstract
sistema para a multiplicaçao de números binários de ponto fixo variável para um dispositivo de controle industrial; metodo para a multiplicaçao de números de ponto fixo variavel; e um ou mais meios de armazenamento legíveis por computador são descritos aqui métodos e sistemas para a multiplicação de números de tipos móveis. com a utilização das informações relacionadas às entradas que devem ser multiplicadas, um único módulo multiplicador pode ser usado para multiplicar muitos números tipo móvel diferentes. estes sistemas e métodos podem reduzir os custos e a complexidade do hardware, reduzir o tamanho do circuito, e/ou reduzir a complexidade da lógica, entre muitos outros benefícios. estes sistemas e métodos podem ser utilizados em controladores industriais e em ambiente industrial.
Description
SISTEMA PARA A MULTIPLICAÇÃO DE NÚMEROS BINÁRIOS DE PONTO FIXO VARIÁVEL PARA UM DISPOSITIVO DE CONTROLE INDUSTRIAL; MÉTODO PARA A MULTIPLICAÇÃO DE NÚMEROS DE PONTO FIXO VARIÁVEL; E UM OU MAIS MEIOS DE ARMAZENAMENTO LEGÍVEIS POR COMPUTADOR
HISTÓRICO TÉCNICO
[001] Muitos cálculos precisos precisam ocorrer em dispositivos de controle industrial para garantir o controle adequado dos vários dispositivos industriais. Os dispositivos de controle industrial podem incluir controladores de movimento e motor, entre muitos outros dispositivos de controle industrial. Os dispositivos industriais que são controlados podem incluir robôs motores e multi-eixos em processos de fabricação complexos. A precisão e a exatidão dos números podem ser de vital importância para o controle adequado dos dispositivos -industriais. Os dispositivos de controle industrial podem incluir circuitos integrados de aplicação específica, placas de circuito impresso, e/ou outros componentes eletrônicos.
[002] Ao multiplicar números de ponto fixo ou ponto flutuante com a utilização de dispositivos de circuito de uma matriz de porta de campo programável {FPGA), circuitos integrados de aplicação específica (ASIC), e/ou uma placa de circuito impresso (PCB) ou outra configuração eletrônica, os projetistas muitas vezes incluem um módulo multiplicador para cada tipo diferente de multiplicação de número de ponto fixo que o dispositivo eletrônico requer. Isto pode ser caro e usar uma quantidade relativamente grande de espaço para o ASIC ou outra configuração eletrônica. Pode ser vantajosa a utilização de um único módulo multiplicador para a multiplicação de todos os números de ponto fixo exigidos.
VISÃO GERAL
[003] Em várias realizações, os métodos e os sistemas de. multiplicação de números binários de ponto fixo variável são descritos aqui. Em um exemplo, é descrito um sistema para a multiplicação de números binários de ponto fixo variável para um dispositivo de controle industrial. O sistema inclui um módulo multiplicador capaz de receber pelo menos dois números binários de ponto fixo, e um processador capaz de receber as informações relacionadas a pelo menos dois números binários de ponto fixo, em que o módulo multiplicador ainda é capaz de multiplicar pelo menos dois números binários de ponto fixo para criar um número de saída, e em que o processador ainda é capaz de determinar o resultado de pelo menos dois números binários de ponto fixo multiplicados, com base pelo menos em parte na informação relacionada a pelo menos dois números binários de ponto fixo.
[004] Em outro exemplo, é descrito um método para a multiplicação de números binários de ponto fixo variável para um dispositivo de controle industrial. O método inclui a recepção de pelo menos dois números binários de ponto fixo em um módulo multiplicador, a recepção das informações relativas a pelo menos dois números binários de ponto fixo em um processador, a multiplicação de pelo menos dois números binários de ponto fixo pelo módulo multiplicador para criar um número de saída, e a determinação do resultado de pelo menos dois números binários de ponto fixo multiplicados, com base pelo menos em parte na informação relacionada a pelo menos dois números binários de ponto fixo.
[005] Esta visão geral é provida para apresentar uma seleção de conceitos de forma simplificada que é descrita abaixo na Revelação Técnica. Deve-se entender que esta Visão Geral não se destina a identificar as características principais ou as características essenciais da matéria reivindicada, nem se destina a ser utilizada para limitar o âmbito da matéria reivindicada.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[006] A Figura 1 ilustra um sistema exemplar para a multiplicação de números de ponto fixo variável.
[007] A Figura 2 ilustra um sistema exemplar para a multiplicação de números de ponto fixo variável.
[008] A Figura 3 ilustra um sistema e um método exemplares para a multiplicação de números de ponto fixo variável.
[009] A Figura 4 ilustra um fluxograma de um método exemplar para a multiplicação de números de ponto fixo variável.
[010] A Figura 5 ilustra um sistema e um método exemplares para a multiplicação de números de ponto fixo variável.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[011] A descrição a seguir e os desenhos associados ensinam o melhor modo da invenção. Para fins de ensinamento dos princípios inventivos, alguns aspectos convencionais do melhor modo podem ser simplificados ou omitidos. As reivindicações a seguir especificam o âmbito da invenção. Alguns aspectos do melhor modo podem não estar dentro do âmbito da invenção como especificado nas reivindicações. Assim, os técnicos no assunto apreciarão as variações do melhor modo que estiverem dentro do âmbito da invenção. Os técnicos no assunto apreciarão que as características descritas a seguir podem ser combinadas de várias maneiras para formar diversas variações da invenção. Como resultado, a invenção não é limitada aos exemplos específicos descritos a seguir, mas apenas pelas reivindicações e seus equivalentes.
[012] Muitos cálculos precisos precisam ocorrer em dispositivos de controle industrial para garantir o controle adequado dos vários dispositivos industriais. Os dispositivos de controle industrial podem incluir controladores de movimento e motor, entre muitos outros dispositivos de controle industrial. Os dispositivos industriais que são controlados podem incluir robôs motores e multi-eixos em processos de fabricação complexos. A precisão e a exatidão dos números podem ser de vital importância para o controle adequado dos dispositivos industriais. Os dispositivos de controle industrial podem incluir circuitos integrados específicos para a aplicação, placas de circuito impresso, e/ou outros componentes eletrônicos.
[013] A Figura 1 ilustra um sistema industrial exemplar. A Figura 2 ilustra um sistema exemplar para a multiplicação de números de ponto fixo variável. A Figura 3 ilustra um sistema exemplar para a multiplicação de números de ponto fixo variável. A Figura 4 ilustra um fluxograma de um método exemplar de criação de uma simulação de sistema industrial. A Figura 5 ilustra um sistema exemplar para a multiplicação de números de ponto fixo variável.
[014] Com referência agora à Figura 1, um sistema industrial exemplar 100 é ilustrado. O sistema industrial inclui um dispositivo de controle industrial 110 que é capaz de se comunicar e controlar um dispositivo industrial 120.
[015] Em um exemplo, o sistema industrial 100 pode ser um sistema de fabricação complexo em que é necessário um controle preciso dos dispositivos industriais. O dispositivo de controle industrial 110 pode incluir um controlador de motor, um controlador de movimento, ou outros dispositivos de controle industrial. 0 dispositivo industrial pode' incluir um motor, um robô multi-eixos, ou outro dispositivo industrial.
[016] Muitos cálculos precisos precisam ocorrer em dispositivos de controle industrial para garantir o controle adequado dos vários dispositivos industriais. Os dispositivos de controle industrial podem incluir controladores de movimento e motor, entre muitos outros dispositivos de controle industrial. Os dispositivos industriais que são controlados podem incluir robôs motores e multi-eixos em processos de fabricação complexos. A precisão e a exatidão dos números podem ser de vital importância para o controle adequado dos dispositivos industriais. Os dispositivos de controle industrial podem incluir circuitos integrados específicos para a aplicação, placas de circuito impresso, e/ou outros componentes eletrônicos.
[017] Com referência agora à Figura 2, é ilustrado um sistema exemplar 200 que inclui o módulo multiplicador 210, o multiplexador (MUX) 220, e um processador 230. O módulo multiplicador 210 é configurado para receber pelo menos duas entradas 2 08 e liberar os números de saída 212 que devem ser recebidos pelo MUX 220. O processador 230 pode então controlar o MUX 220 para liberar um resultado final 232.
[018] Os números de entrada 208 e saída 212 podem ser em formato de complemento de dois ou outro formato. O módulo multiplicador 220 pode então multiplicar os números de entrada 208 para produzir um número de saída 212. As entradas 208 podem ser números binários de ponto fixo com o mesmo número ou um número diferente de bits fracionários.
[019] O processador 230 também pode receber informações 214 sobre as entradas 208. As informações 214 podem incluir o tipo móvel do número, o número de bits fracionários, e/ou o número En associado às entradas 208 e ao número de saída 222.
[020] O número En e/ou o número de bits fracionários pode ser o comprimento de fração de um número usado no software Matlab Simulink. O número En e/ou o número de bits fracionários de um número de complemento de dois pode ser o número de dígitos à direita· do ponto decimal na representação de complemento de dois dos números binários de ponto fixo 212. O número En é uma indicação da precisão do número.
[021] Geralmente a notação para números binários de ponto fixo pode ser, quando dado um número sfixedxx_Enyy, sfixed indica um tipo de ponto fixo assinado, fixed indica um tipo de ponto fixo não assinado, xx indica o número total de bits, yy indica o número total de bits fracionários. Esta notação pode ser utilizada no software Mathworks Simulink.
[022] Uma notação mais genérica, tal como (s, m, f) , pode ser utilizada, em que s = o número de bits de sinal (0 ou 1), m = número de bits de grandeza, e f = número de bits fracionários. Assim, e sfixed36_En20 seria (1,15,20) nesta notação mais genérica.
[023] As entradas 208 podem ter diferentes números En ou diferentes bits fracionários. Ou seja, eles podem ter números de dígitos diferentes à direita de seu ponto decimal, e/ou ordens de precisão diferentes. Além disso, o número de saída 212 pode ter um número En diferente de ambas as entradas 208. 0 número En da saída 212 pode ser predeterminado no sistema de controle.
[024] O processador 230 pode adicionar os números En das entradas 208 e subtrair o número En do número de saída 212 para a obtenção de um número En resultante. O número En resultante pode ser aplicado ao número de saída 212 para produzir o resultado final 232. 0 resultado final 232 pode então ser utilizado em um dispositivo de controle industrial para controlar um dispositivo industrial.
[025] O processador 230 pode ser qualquer dispositivo capaz de realizar as tarefas providas aqui. - 0 processador 230 pode ser implementado em um único dispositivo e/ou circuito de processamento, mas também pode ser distribuído através de múltiplos dispositivos ou sub-sistemas de processamento que cooperam na execução dos métodos e das funções descritos aqui. Os exemplos de processador 230 incluem unidades de processamento central de uso geral, os processadores para aplicações específicas, bem como qualquer outro tipo de dispositivo e/ou circuito de processamento. O processador 230 está ligado ao MUX de comunicação 220 através de qualquer tipo de interface que permite a comunicação entre os dispositivos.
[026] Da mesma forma, o MUX 220 e o módulo multiplicador 210 podem ser qualquer dispositivo capaz de realizar as tarefas descritas aqui. Além disso, estes dispositivos e sua funcionalidade podem ser realizados em qualquer um ou em uma combinação de diferentes processadores / computadores / sistemas / dispositivos deste exemplo não limitador.
[027] Uma função de processamento de sinal digital típica pode exigir 70 multiplicações de ponto fixo com tipo móvel variável das entradas e saídas. Muitos conjuntos de ferramentas exigem que as entradas e as saídas tenham o mesmo tipo móvel para permitir a reutilização do dispositivo do módulo multiplicador. 0 sistema e o método descritos acima permitem 1 módulo multiplicador para as mesmas tarefas.
[028] A utilização de vários módulos multiplicadores aumenta a lógica necessária para executar várias funções de processamento de sinal digital. Além disso, uma função de processamento de sinal digital com base em FPGA não é possível devido à lógica necessária para a implementação de muitos módulos multiplicadores. Portanto, os sistemas e os métodos descritos aqui reduzem a lógica e o hardware necessários, bem como reduzem o tamanho e o custo para o sistema.
[029] Os sistemas e os métodos descritos aqui permitem que qualquer combinação de números de ponto fixo de tipo móvel seja multiplicada com a utilização de um único módulo multiplicador. A função pode usar um registrador de deslocamento ou multiplexador para ser implementada. Os sistemas e os métodos descritos aqui permitem que funções computacionalmente intensas sejam implementadas com lógica reduzida em um FPGA ou ASIC.
[030] Os sistemas e os métodos descritos aqui permitem que as funções DSP complexas sejam implementadas em FPGAs ou ASICs com o uso de lógica minima, mantendo alto nível de desempenho. Os sistemas e os métodos descritos aqui podem permitir que dispositivos menores é mais baratos sejam utilizados em produtos, e que possam ser licenciados por empresas que desenvolvem ferramentas de geração automática de códigos para o projeto do sistema de controle.
[031] A Figura 3 ilustra um sistema e um método exemplares 300 para a multiplicação de tipos móveis de números binários de ponto fixo. Dois números com diferentes tipos móveis devem ser multiplicados. Como mostrado, o tipo móvel da entrada 1 é sfix36En50. Isso indica um tipo de dados de ponto fixo de 36 bits assinado com um comprimento fração de 50. Ou seja, os últimos 50 dígitos do número são a porção fracionária do número.
[032] 0 tipo móvel da entrada 2 é sfix36En24. O tipo móvel do número de saída é sfix36En38. Isso indica um tipo de dados de ponto fixo de 3 6 bits assinado com um comprimento fração de 38. Ou seja, os últimos 38 dígitos deste número são a porção fracionária deste número.
[033] O tipo móvel da saída 3 é sfix36En38. Isso indica um tipo de dados de ponto fixo de 36 bits assinado com um comprimento fração de 38. Ou seja, os últimos 38 dígitos do número de saída são a porção fracionária do número.
[034] Como mostrado, as entradas 1 e 2 são inseridas no módulo multiplicador 220. A saída 320 é resultada após a multiplicação. O En da entrada 1 é adicionado ao En da entrada 2 (50 + 24) . Em seguida, o En da saída é subtraído (50 + 24 - 38) , o que resulta em um En final de 36. O resultado final 230 será a saída 320 com o decimal colocado 36 posições à esquerda. Ou seja, há 36 dígitos à direita do decimal na resposta final 330.
[03 5] A Figura 4 ilustra um fluxograma de um método exemplar para a multiplicação de números de ponto fixo variável (400). Várias operações de este método podem ser executadas por um ou mais sistemas de processamento, e não há necessidade de atar qualquer operação para qualquer sistema de processamento específico, uma vez que os computadores / processadores de uso geral podem ser configurados para operar como sistemas capazes de realizar as operações do método descrito aqui.
[036] 0 método 400 incluí a recepção de pelo menos dois números binários de ponto fixo variável 410 que recebem as informações relacionadas 420, a multiplicação dos números 430 e a determinação do resultado final 440. A recepção dos números 410 pode incluir a recepção das entradas 208 que devem ser multiplicadas por módulo multiplicador 210.
[037] Um dispositivo de processamento de 230 pode receber as informações 214 (420) relacionadas às entradas 208 e ao número de saída 212. Em um exemplo, a informação pode incluir o tipo móvel dos números, bem como o En dos números. O processador pode então adicionar os números En das entradas 208, e subtrair o En da saída 212 para obter um número En resultante que pode ser utilizado na determinação do resultado final 232.
[038] O módulo multiplicador 220 pode então multiplicar os números 208 (430) . Em um exemplo, os números podem ser números binários de ponto fixo de complemento de dois com diferentes tipos móveis.
[039] O resultado final 232 pode então ser determinado (440) . Isto pode ser conseguido através do processador 230 e/ou de qualquer dispositivo capaz de realizar essas tarefas. A determinação do resultado final de pelo menos dois números binários de ponto fixo multiplicados (440) pode ser realizada em parte com a utilização da informação relacionada às entradas 208 e ao número de salda 212 .
[040] Em um exemplo, a determinação pelo processador (440) inclui mover o decimal do número de saída para a esquerda um número En resultante de locais para determinar o resultado final das entradas multiplicadas 208. O resultado final determinado 232 das entradas multiplicadas 208 póde ser utilizado por um dispositivo de controle industrial no controle de um dispositivo industrial. O dispositivo de controle industrial pode incluir um controlador de movimento, um controlador de motor, e/ou um controlador de lógica programável, entre outros.
[041] Em um exemplo, o número En é o número de dígitos à direita de um ponto decimal em uma representação de complemento de dois dos números binários de ponto fixo.
[042] A Figura 5 ilustra um sistema e um método exemplares 500 para a multiplicação de tipos móveis de números binários de ponto fixo. Dois números com diferentes tipos móveis devem ser multiplicados. Como mostrado, o tipo móvel da entrada 1 é sfix32En24. Isso indica um tipo de dados de ponto fixo de 32 bits assinado com um comprimento fração de 24. Ou seja, os últimos 24 dígitos do número são a porção fracionária do número.
[043] O tipo móvel da entrada 2 é sfix32Enl8 .
Isso indica um tipo de dados de ponto fixo de 32 bits assinado com um comprimento fração de 18. Ou seja, os últimos 18 dígitos do número são a porção fracionária do número. O tipo móvel do número de saída é sfix32Enl6. Isso indica um tipo de dados de ponto fixo de 32 bits assinado com um comprimento fração de 16. Ou seja, os últimos 16 dígitos do número são a porção fracionária do número.
[044] Como mostrado, as entradas 1 e 2 são inseridas no módulo multiplicador 510. A saída 520 é resultada apos a multiplicação. O En da entrada 1 e adicionado ao En da entrada 2 (24 + 18). Em seguida, o En da saída é subtraído (24 + 18 - 16) , o que resulta em um En final de 26. 0 resultado final 530 será a saída 420 com o decimal colocado 26 posições à esquerda.
[045] A descrição acima e os desenhos associados ensinam o melhor modo da invenção. As reivindicações a seguir especificam o âmbito da invenção. Note que alguns aspectos do melhor modo podem não estar dentro do âmbito da invenção como especificado nas reivindicações. Os técnicos no assunto apreciarão que as características descritas acima podem ser combinadas de várias maneiras para formar diversas variações da invenção. Como um resultado, a invenção não é limitada às realizações específicas descritas acima, mas apenas, pelas reivindicações a seguir e seus equivalentes.
REIVINDICAÇÕES
Claims (15)
1. SISTEMA PARA A MULTIPLICAÇÃO DE NÚMEROS BINÁRIOS DE PONTO FIXO VARIÁVEL PARA UM DISPOSITIVO DE CONTROLE INDUSTRIAL, caracterizado por compreender: um módulo multiplicador capaz de receber pelo menos dois números binários de ponto fixo; um processador capaz de receber as informações relativas a pelo menos dois números binários de ponto fixo; em que o módulo multiplicador ainda é capaz de multiplicar pelo menos dois números binários de ponto fixo para criar um número de saída; e em que o processador ainda é capaz de determinar o resultado final de pelo menos dois números binários de ponto fixo multiplicados, com base pelo menos em parte na informação relacionada a pelo menos dois números binários de ponto fixo e ao número de saída.
2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela informação relacionada a pelo menos dois números binários de ponto fixo e ao número de saída compreender uma série de bits fracionários de pelo menos dois números binários de ponto fixo.
3. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pela determinação pelo processador compreender a adição do número de bits fracionários de pelo menos dois números binários de ponto fixo e a subtração do número de bits fracionários do número de saída para a criação de um número de bits fracionários resultante.
4. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pela determinação pelo processador compreender o movimento de um decimal do número de saída para a esquerda um número resultante de bits fracionários para a determinação do resultado final de pelo menos dois números binários de ponto fixo multiplicados.
5. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo resultado final determinado de pelo menos dois números binários de ponto fixo ser utilizado por um dispositivo de controle industrial no controle de um dispositivo industrial.
6. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo dispositivo de controle industrial compreender um controlador de movimento, um controlador de motor, e/ou um controlador de lógica programável.
7. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda um multiplexador capaz de receber o número de saída do módulo multiplicador e liberar o resultado final determinado, e em que o processador é capaz de controlar o multiplexador para liberar o resultado final determinado.
8. MÉTODO PARA A MULTIPLICAÇÃO DE NÚMEROS DE PONTO FIXO VARIÁVEL, caracterizado por compreender: a recepção de pelo menos dois números binários de ponto fixo em um módulo multiplicador; a recepção das informações relativas a pelo menos dois números binários de ponto fixo em um processador; a multiplicação de pelo menos dois números binários de ponto fixo pelo módulo multiplicador para criar um número de saída; e a determinação do resultado final de pelo menos dois números binários de ponto fixo multiplicados, com base pelo menos em parte na informação relacionada a pelo menos dois números binários de ponto fixo e ao número de saída.
9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela informação relacionada a pelo menos dois números binários de ponto fixo compreender uma série de bits fracionários de pelo menos dois números binários de ponto fixo.
10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pela determinação compreender a adição do número de bits fracionários de pelo menos dois números binários de ponto fixo e a subtração do número de bits fracionários do número de saída para a criação de um número de bits fracionários resultante.
11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela determinação compreender o movimento de um decimal do número de saída para a esquerda um número resultante de bits fracionários para a determinação do resultado final, de pelo menos dois números binários de ponto fixo multiplicados.
12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo método ser implementado em um dispositivo de controle industrial.
13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo número En ser o número de dígitos à direita de um ponto decimal em uma representação de complemento de dois dos números binários de ponto fixo.
14. UM OU MAIS MEIOS DE ARMAZENAMENTO LEGÍVEIS POR COMPUTADOR, caracterizados por terem instruções de programa armazenadas nele para a multiplicação de números binários de ponto fixo variável que, quando executados por um dispositivo de controle industrial, direcionam o dispositivo de controle industrial para pelo menos: a recepção de pelo menos dois números binários de ponto fixo em um módulo multiplicador; a recepção das informações relativas a pelo menos dois números binários de ponto fixo em um processador; a multiplicação de pelo menos dois números binários de ponto fixo pelo módulo multiplicador para criar um número de saída; e a determinação do resultado final de pelo menos dois números binários de ponto fixo multiplicados, com base pelo menos em parte na informação relacionada a pelo menos dois números binários de ponto fixo e ao número de saída.
15. UM OU MAIS MEIOS DE ARMAZENAMENTO LEGÍVEIS POR COMPUTADOR, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pela informação relacionada a pelo menos dois números binários de ponto fixo compreender uma série de bits fracionários de pelo menos dois números binários de ponto fixo.
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