aalto1 untyped-item.component.html
Kiinteän pilkun laskenta sulautetussa järjestelmässä
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Science |
Master's thesis
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Authors
Date
Major/Subject
Mcode
T-106
Degree programme
Language
fi
Pages
106
Series
Abstract
Floating-point and fixed-point calculations in an embedded system are the focus of this study; in particular, in this research, an embedded system is defined as a valve positioner (made by Metso Automation) controlled by a microcontroller. Moreover, one of the significant causes of load in a microcontroller is known to be floating-point arithmetic. Thus the aim of this study is to create a fixed-point data type which replaces floating-point arithmetic if fixed-point arithmetic can be proven to reduce the load of the microcontroller, and retain reliable accuracy. In addition to this, a fixed-point data type must be scalable and transferable to various HW/SW-environments.
The theoretical part of this thesis is based on a thorough review of earlier research and, moreover, explicates the demanding application environment of a valve package. A valve package consists of an industry valve, an actuator and a valve positioner. This thesis focuses on an ARM-based microcontroller in a valve positioner. The theoretical part explicates the relevant data type's e.g. floating-point numbers, integers and fixed-point numbers and their sizes and structures.
A demonstration is given in the experimental section of how a fixed-point data type is created based on the theoretical part with an oscilloscope being used to measure the speed of floating-point and fixed-point arithmetic. Some fixed-point models are explained and one of the previous ones is chosen for further tests. The criteria for a chosen fixed-point model are extensibility and accuracy. A chosen fixed-point model is verified against accuracy and speed.
This thesis demonstrates the processes of floating-point and fixed-point calculation as well as their requirements. Finally, the thesis proposes some ideas for further development of fixed-point calculation.
Tässä diplomityössä on tutkittu liukuluku- ja kiinteän pilkun laskentaa sulautetussa järjestelmässä. Tässä tapauksessa sulautettu järjestelmä on Metso Automationin valmistama digitaalinen venttiiliohjain, jota ohjaa mikrokontrolleri. Liukulukulaskennan on todettu olevan yksi merkittävä mikrokontrollerin kuormittaja. Tarkoituksena on luoda kiinteän pilkun tietotyyppi ja korvata sillä liukulukulaskenta, jos kiinteän pilkun laskenta pienentää mikrokontrollerin kuormitusta ja omaa hyvän tarkkuuden. Tämän lisäksi kiinteän pilkun tietotyypin tulee olla laajennettava ja olla siirrettävissä erilaisiin HW/SW-ympäristöihin.
Diplomityön teoriaosa muodostettiin kirjallisuustutkimuksen avulla. Teoriaosassa esitellään haastavaa sovellusympäristöä, joka on venttiilipaketti. Venttiilipaketin muodostavat teollisuusventtiili, toimilaite ja venttiiliohjain. Venttiiliohjaimessa keskitytään mikrokontrolleriin, joka on ARM-pohjainen. Teoriaosa esittelee asiaan kuuluvat tietotyypit, kuten esimerkiksi liukuluvut, kokonaisluvut ja kiinteän pilkun luvut. Em. tietotyypeistä käydään läpi niiden kokoa ja rakennetta.
Diplomityön kokeellisessa osassa muodostetaan kiinteän pilkun tietotyyppi teoriaosasta saatujen tietojen perusteella. Liukuluku- ja kiinteän pilkun laskennan nopeutta mitataan oskilloskoopin avulla. Kokeellinen osa esittelee useita toteutusmalleja, joista valitaan yksi. Kriteerinä valinnalle on sen laajennettavuus ja sen tarkkuus. Valittu kiinteän pilkun toteutusmalli verifioidaan tarkkuuden ja nopeuden suhteen.
Tämä diplomityö opettaa ymmärtämään liukuluku- ja kiinteän pilkun laskentaa sekä niiden vaatimuksia. Diplomityön lopuksi kiinteälle pilkulle esitetään jatkokehityssuunnitelma.