模糊推理系統(tǒng)在DSP上的實現(xiàn)和優(yōu)化

1、您的論文得到兩院院士關注文章編號：（）開發(fā)與應用模糊推理系統(tǒng)在上的實現(xiàn)和優(yōu)化（吉林大學）武星星朱喜林李曉梅摘要：提出了一種便捷的模糊推理系統(tǒng)在（數字信號處理器）上的實現(xiàn)方法，詳述了利用的模糊邏輯工具箱對模糊系統(tǒng)建模、算法模擬及在系統(tǒng)上的實現(xiàn)過程，對實現(xiàn)中遇到的問題給出了相應的解決方法。結合程序特點和硬件結構對代碼進行了優(yōu)化。通過實例證明，按此方法在上實現(xiàn)的模糊推理系統(tǒng)和在中算法模擬的輸出一致，優(yōu)化后代碼的運行時間減少了約四分之一。關鍵詞：模糊推理系統(tǒng)；數字信號處理器；代碼優(yōu)化文獻標識碼：中圖分類號：，：，首先通過菜單或設定模糊系統(tǒng)的類型，然后通過菜單和引言由于可以系統(tǒng)有效地利用語言形式的專家經

2、驗，模糊推理系統(tǒng)已在諸多工程領域獲得了應用，并且在復雜非線性問題的解決上具有獨到的優(yōu)勢。從世紀年代以來，隨著數字信號處理器（）功能和性價比的不斷提升，已成為眾多電子產品的核心部件，系統(tǒng)被廣泛應用于信號處理、自動控制、航空航天、家用電器等各個領域。本文結合的模糊邏輯工具箱，以公司的主流低功耗處理器為例，詳述了一種便捷地構建模糊推理系統(tǒng)、算法模擬、在上實現(xiàn)和代碼優(yōu)化的方法。為系統(tǒng)增加輸入和輸出，選定某個輸入或輸出，在文本框中修改輸入或輸出的名稱。雙擊某個輸入輸出或通過菜單修改輸入輸出的隸屬度函數類型、參數或增減隸屬度函數。通過菜單啟動規(guī)則編輯器，添加模糊推理規(guī)則。最后分別選擇模糊推理中的與、或、蘊

3、涵和合成運算及解模糊方法的類型即可完成模糊系統(tǒng)的構建。建立后的模糊系統(tǒng)保存成為格式文件，包含系統(tǒng)類型、模糊推理規(guī)則表等信息。要測試建立后的模糊推理系統(tǒng)是否滿足要求，首先調用技術創(chuàng)新模糊推理系統(tǒng)的構建和算法模擬模糊推理系統(tǒng)在上實現(xiàn)之前，先要進行系統(tǒng)構建和算法模擬，利用的模糊邏輯工具箱可以方便地完成這一過程。在的命令行輸入啟動，如圖所示：函數將格式文件中讀入到結構體變量中，然后調用函數可以求出給定輸入對應的模糊推理系統(tǒng)輸出，從而實現(xiàn)算法的模擬驗證。在模擬驗證中如果系統(tǒng)的輸出不滿足要求，可以反復修改系統(tǒng)的參數和結構直到得到理想的輸出為止。在上的實現(xiàn)本文所用的數字信號處理器為，它基于代表公司最新一代系

4、列的處理器核，主要面向對低功耗、高性能要求嚴格的應用。同系列相比，只用六分之一的功耗就可以達到倍于系列的性能。它的核心功耗在電壓時只有，這源自集中的低功耗設計和高級的電源管理技術。雙乘法累加器（）、可變長指令、增強的總線結構和算術邏輯單元（）使得單周期內可以完成更多的數據讀寫、運算，可以更好地利用流水線結圖模糊推理系統(tǒng)編輯器武星星：博士研究生基金項目：吉林省科技發(fā)展計劃資助項目（）技術應用例構，在提高性能的同時減少代碼長度和功耗。本文所用的評估板上擴展了位的和位的。在中采用統(tǒng)一的數據地址空間，其中程序空間采用郵局訂閱號：元年開發(fā)與應用中文核心期刊微計算機信息（嵌入式與）年第卷第期后再根據編譯和

5、運行結果調整，用生成的內存映像文件描述了程序和數據所占用的實際尺寸和地址，對這些參數的調整很有幫助。這里給出的參數已通過運行驗證并加了一定的余量，可以滿足一般模糊系統(tǒng)應用的需要。注意在的鏈接命令文件中長度都以字節(jié)為單位。所有的程序在鏈接時都需要加入運行時支持庫或。編譯器支持兩種存儲器模式小存儲器模式和大存儲器模式，在小存儲器模式下程序必須滿足一定的大小和存儲器內位置的限制，在鏈接命令文件中用指定為運行時支持庫。實驗中發(fā)現(xiàn)，在編譯通過后運行時出現(xiàn)“的”錯誤提示通常是因為使用了小存儲器模式所致。使用大存儲器模式時指定為運行時支持庫，并在中通過菜單字節(jié)尋址而數據空間采用字尋址。的集成開發(fā)環(huán)境（簡稱）

6、支持和匯編語言的開發(fā)調試。在此使用仿真器、評估板和進行程序開發(fā)和調試，首先連接仿真器和評估板的口，接著給評估板上電，最后連接仿真器和計算機的口。語言在的基礎上增加了、等關鍵字和等命令來實現(xiàn)硬件資源的調用和編譯預處理。在的目錄中提供的和中包含了可以獨立運行的模糊推理引擎所需的各種函數源代碼，它可以讀入文件和輸入數據文件并計算出系統(tǒng)輸出，這使得利用第一步系統(tǒng)構建和算法模擬后得到的模糊推理系統(tǒng)變得簡便可行。然而在中不支持文件系統(tǒng)，這一問題可以采用如下方法解決：（）建立，在其函數中調用和函數從文件和數據文件讀出推理系統(tǒng)和輸入數據到數組中，然后逐行輸出，同時輸出推理系統(tǒng)矩陣和輸入數據矩陣的行列數。在編譯

7、器選項對話框中添加選項，本文使用的就是大存儲器模式。技術創(chuàng)新（）在的命令行下調用命令將編譯成。在的命令行下按“數據文件的格式運行，文件輸出文件”（）在中創(chuàng)建為的工程，添加，用中輸出文件中的數據對矩陣和矩陣進行初始化。這里需要注意的是必須采用這種方法而不能直接用文件初始化，這是因為蘊涵函數類型等信息在中存儲的是數值形式的碼值，而文件中存儲的是字符。在函數中調用函數生成對應的模糊推理系統(tǒng)結構變量，最后調用函數計算出系統(tǒng)輸出。鏈接命令文件（）的編寫在系統(tǒng)開發(fā)中十分重要，它不僅能以文件的形式表達鏈接選項設置、輸入輸出文件等，而且可以用和指令來定制某個應用。例如在該應用中數據和程序空間的大小和位置，堆棧

8、的大小等。本文所用的鏈接命令文件部分內容如下：圖中運算結果以自帶的解決小費問題的模糊推理系統(tǒng)為例，系統(tǒng)的組輸入（服務和食物）分別為、（）：，：，：、時，的運行結果如圖所示，其中左下方的欄中為程序運行輸出結果，右下方欄中可以觀察程序中局部和全局變量運行中值的變化，從圖中可以看到推理系統(tǒng)結構體變量各個成員的取值及系統(tǒng)輸出指針對應的內存單元的值。比較中模糊系統(tǒng)的輸出和中算法模擬的結果后發(fā)現(xiàn)，兩者的運行結果完全一致，這說明雖然是位定點，利用語言仍可以實現(xiàn)復雜的高精度浮點算法。代碼的優(yōu)化中代碼的優(yōu)化包括代碼長度上的優(yōu)化和代碼執(zhí)行速度上的優(yōu)化，而且兩者往往互相制約。在實際的應用中，尤其在對實時性要求比較高

9、的控制過程中，算法速度的提高對整個系統(tǒng)性能的提高有較大的影響，而模糊推理系統(tǒng)算法所占空間較小，因此這里主要討論在代碼執(zhí)行速度上的優(yōu)化方法。利用中的優(yōu)化器可以對代碼進行優(yōu)化，優(yōu)化的等級由低到高分為寄存器級、本地級、函數級和文件級四個等級，可以在編譯器選項中用（、）指定，也可通過中的菜現(xiàn)場總線技術應用例指令定義了和兩塊存儲區(qū)，和分別設置它們的首地址和長度，其中、等段存放在程序空間中，、等段存放在數據空間中。設定內存池的大小，調用、和函數時生成的段從內存池中動態(tài)分配內存。和向設定堆棧和輔助堆棧的大小，堆棧保存處理器信息、函數傳遞參數并分配局部變量。這些參數先通過預估選取，然元年郵局訂閱號：您的論文得

10、到兩院院士關注單在中選擇。這些等級中上一級包含下一級的優(yōu)化內容，文件級優(yōu)化包含去除所有未被調用函數、用內聯(lián)函數代替小函數等最多的優(yōu)化內容。除此以外，還可以在編譯器選項中用指定程序級的優(yōu)化，這時所有的源文件被編譯成一個模塊進行更進一步的優(yōu)化。除了利用優(yōu)化器外，還可以針對程序和硬件的特點進行更細的優(yōu)化。由于的硬件循環(huán)要求循環(huán)至少被執(zhí)行一次，對于執(zhí)行次數可能為的循環(huán)需要額外增加判斷代碼，所以在已知至少執(zhí)行一次的循環(huán)前用（）可以減少判斷、提高速度。用關鍵字修飾公共操作數以確保其分配在片上存儲器上，可以充分地使用的雙乘法累加器。本文綜合應用上述方法對代碼進行優(yōu)化，優(yōu)化前后代碼的運行結果比較如圖所示：開發(fā)

11、與應用，：何銀水，張華在機器人焊接中應用系統(tǒng)的開發(fā)微計算機信息，（）：，：，：，作者簡介：武星星，男，年月生，吉林大學機械電子工程專業(yè)博士研究生，研究方向為人工智能、機電傳動與自動化，發(fā)表論文篇，：。朱喜林，男，年月生，吉林大學機械學院教授，博士生導師，研究方向為智能制造等。：，（），：，（），（吉林吉林大學機械科學與工程學院）武星星朱喜林李曉梅（，）通訊地址：（吉林吉林大學機械科學與工程學院）武星星（收稿日期：）（修稿日期：）（上接第頁）圖優(yōu)化前后運行結果比較利用的統(tǒng)計代碼的執(zhí)行性能，其中上、下窗口的分別是未優(yōu)化代碼和優(yōu)化后代碼的執(zhí)行性能統(tǒng)計，其中可按用戶需求靈活改變，且易升級的振動模擬器的

12、設計方案；且對有特殊要求的信號發(fā)生器的設計有一定借鑒意義。參考文獻：技術創(chuàng)新為被統(tǒng)計目標段的代碼長度，為執(zhí)行此代碼段所占用的所有指令周期數，包括執(zhí)行此代碼中所有被調用子函數的指令周期數。從圖中可以看出，優(yōu)化后代碼長度從減少到，略有減少，而占用的總指令周期數從減少到，執(zhí)行時間減少了四分之一，代碼速度得到了大幅提升，說明算法的優(yōu)化是很有效的。結語本文給出了一種便捷的模糊系統(tǒng)建模、算法模擬及在上實現(xiàn)的方法，詳述了模糊系統(tǒng)在上的實現(xiàn)過程及遇到的問題和解決方法。在上實現(xiàn)的模糊系統(tǒng)與中算法模擬的輸出結果完全一致。綜合運用用編譯選項及命令等方法對代碼進行優(yōu)化，有效地提高了代碼的執(zhí)行速度。這使得模糊推理系統(tǒng)在電子設備上的實現(xiàn)變得簡單易行，有力地推動模糊系統(tǒng)在更多領域得到應用。本文作者創(chuàng)新點：提出了一種便捷的模糊系統(tǒng)建模、算法模擬及在上的方法。綜合運用多種方法對代碼進行了優(yōu)化。通過實例證明，按此方法在上實現(xiàn)的模糊推理系統(tǒng)和在中算法模擬的輸出一致，優(yōu)化后代碼的運行時間減少了約四分之一。參考文獻：，技術應用例，任愛鋒，初秀琴等編著基于的嵌入式系統(tǒng)設計西安電子科技大學出版社，徐惠民，安德寧編著數字邏輯設計與描述機械工業(yè)出版社，宋躍、李琳基于的調