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1、您的论文得到两院院士关注 文章编号：（） 开发与应用模糊推理系统在上的实现和优化 （吉林大学）武星星 朱喜林李晓梅 摘要：提出了一种便捷的模糊推理系统在（数字信号处理器）上的实现方 法，详述了利用的模糊逻辑工具箱对模糊系统建模、算法模拟及在 系统上的实现过程，对实现中遇到的问题给出了相应 的解决方法。结合程序特点和硬件结构对代码进行了优化。通过实例证明，按此 方法在上实现的模糊推理系统和在中算法模拟的输出一致， 优化后代码的运行时间减少了约四分之一。关键词：模糊推理系统；数字信号处理器；代码优化 文献标识码：中图分类号： ，：首先通过菜单 或设定模 糊系统的类型，然后通过菜单 和引言 由于可以
2、系统有效地利用语言形式的专家经验，模糊推理系统已在诸多工程领域 获得了应用，并且在复杂非线性问题的解决上具有独到的优势。从世纪 年代以来，随着数字信号处理器（ ）功能和性价比的不断提升，已成为众多电子产品的核心部件， 系统被广泛应用于信号处理、自动控制、航空航天、家用电器等各个领域。本 文结合的模糊逻辑工具箱，以公司的主流低功耗处理器 为例，详述了一种便捷地构建模糊推理系统、算法模拟、在 上实现和代码优化的方法。为系统增加输入和输出，选定某个输入或输出，在 文本框中修改输入或输出的名称。双击某个输入输出或通过菜单 修改输入输出的隶属度函数类型、参 数或增减隶属度函数。通过菜单 启动规则编 辑器
3、，添加模糊推理规则。最后分别选择模糊推理中的与、或、蕴涵和合成运算 及解模糊方法的类型即可完成模糊系统的构建。建立后的模糊系统保存成为 格式文件，包含系统类型、模糊推理规则表等信息。要测试建立后的模糊推理系统是否满足要求，首先调用 技 术创新模糊推理系统的构建和算法模拟 模糊推理系统在上实现之前，先要进行系统构建和算法模拟，利用 的模糊逻辑工具箱可以方便地完成这一过程。在的命令行输 入启动，如图所示： 函数将格式文件中读入到结构体变量中，然后调用 函数可以求出给定输入对应的模糊推理系统输出，从而实现 算法的模拟验证。在模拟验证中如果系统的输出不满足要求，可以反复修改系统 的参数和结构直到得到理
4、想的输出为止。在上的实现本文所用的数字信号处理器为，它基于代表公司 最新一代系列的处理器核，主要面向对 低功耗、高性能要求严格的应用。同系列相比， 只用六分之一的功耗就可以达到倍于系列的性 能。它的核心功耗在电压时只有，这源自集中 的低功耗设计和高级的电源管理技术。双乘法累加器（）、可变长指令、 增强的总线结构和算术逻辑单元（）使得单周期内可以完成更多的数据读 写、运算，可以更好地利用流水线结 图模糊推理系统编辑器 武星星：博士研究生基金项目：吉林省科技发展计划资助项目（）技术应用 例构，在提高性能的同时减少代码长度和功耗。本文所用的评估板上扩展了 位的和位的。在中采用统一的数据地址空间，其中
5、程序空间采用 邮局订阅号：元年开发与应用 中文核心期刊微计算机信息（嵌入式与）年第卷第 期后再根据编译和运行结果调整，用生成的内存映像文件描述了程序和数据所 占用的实际尺寸和地址，对这些参数的调整很有帮助。这里给出的参数已通过运 行验证并加了一定的余量，可以满足一般模糊系统应用的需要。注意在 的链接命令文件中长度都以字节为单位。所有的程序在链接时都需要加入运行时支持库 或。编译器支持两种存储器 模式小存储器模式和大存储器模式，在小存储器模式下程序必须满足一定的大 小和存储器内位置的限制，在链接命令文件中用指定为 运行时支持库。实验中发现，在编译通过后运行时出现 “的 ”错 误提示通常是因为使用
6、了小存储器模式所致。使用大存储器模式时指定 为运行时支持库，并在中通过菜单 字节寻址而数据空间采用字寻址。的集成开发环境（简称）支持和汇编语言的开 发调试。在此使用仿真器、评估板和进行程序开发和调试，首先连接仿 真器和评估板的口，接着给评估板上电，最后连接仿真器和计算机的 口。语言在的基础上增加了、 等关键字和等命令来实现硬件资源 的调用和编译预处理。在的 目录中提供的和中包含了可以独立运行的模 糊推理引擎所需的各种函数源代码，它可以读入文件和输入数据文件 并计算出系统输出，这使得利用第一步系统构建和算法模拟后得到的模糊推理系 统变得简便可行。然而在中不支持文件系统，这一问题可以采用如下方法
7、解决：（）建立，在其函数中调用 和函数从文件和数据 文件读出推理系统和输入数据到数组中，然后逐行输出，同时输出推理系统矩阵和输入数据矩阵的行列 数。 在编译器选项对话框中添加 选项，本文使用的就是大存储器模式。技术创新（）在的命令行下调用命令将 编译成。在的命令行下按 “ 数据文件的格式运行，文件输出文件 ”（）在中创建为的工程，添加 ，用中输出文件中的数据对矩阵和 矩阵进行初始化。这里需要注意的是 必须采用这种方法而不能直接用文件初始化，这是因为蕴涵函数类型等 信息在中存储的是数值形式的码值，而文 件中存储的是字符。在函数中调用函 数生成对应的模糊推理系统结构变量，最后调用 函数计算出系统输
8、出。链接命令文件（）的编写在系统开发中十分重要，它不仅能以文件的形式表达链接选项设置、输入输出文件等，而且可以用 和指令来定制某个应用。例如在该应用中数据和程序空 间的大小和位置，堆栈的大小等。本文所用的链接命令文件部分内容如下： 图中运算结果 以自带的解决小费问题的模糊推理系统为 例，系统的组输入（服务和食物）分别为、（）：， ：， ：、时，的运行结果如图所示，其中 左下方的栏中为程序运行输出结果，右下方栏中可以观 察程序中局部和全局变量运行中值的变化，从图中可以看到推理系统结构体变量 各个成员的取值及系统输出指针对应的内存单 元的值。比较中模糊系统的输出和中算法模拟的结果后发现，两者的 运
9、行结果完全一致，这说明虽然是位定点 ，利用语言仍可以实现复杂的高精度浮点算法。代码的优化中代码的优化包括代码长度上的优化和代码执行速度上的优化，而且两者往往互相制约。在实际的应用中，尤其在对实时性要求比 较高的控制过程中，算法速度的提高对整个系统性能的提高有较大的影响，而模 糊推理系统算法所占空间较小，因此这里主要讨论在代码执行速度上的优化方 法。利用中的优化器可以对代码进行优化，优化的等级由低到高分为寄存器 级、本地级、函数级和文件级四个等级，可以在编译器选项中用（ 、）指定，也可通过中的菜现场总线技术应用例指令定义了和两块存储区， 和分别设置它们的首地址和长度，其中、等段存 放在程序空间中
10、，、等段存放在数据空间 中。设定内存池的大小，调用、和 函数时生成的段从内存池中动态分配内存。 和 向设定堆栈和辅助堆栈的大小，堆栈保存处理器信息、 函数传递参数并分配局部变量。这些参数先通过预估选取，然元年邮局订阅号： 您的论文得到两院院士关注单 在中选择。这 些等级中上一级包含下一级的优化内容，文件级优化包含去除所有未被调用函 数、用内联函数代替小函数等最多的优化内容。除此以外，还可以在编译器选项 中用指定程序级的优化，这时所有的源文件被编译成一个模块进行更进一 步的优化。除了利用优化器外，还可以针对程序和硬件的特点进行更细的优化。 由于的硬件循环要求循环至少被执行一次，对于执行次数可能为
11、的循环 需要额外增加判断代码，所以在已知至少执行一次的循环前用 （）可以减少判断、提高速度。用关键 字修饰公共操作数以确保其分配在片上存储器上，可以充分地使用的双 乘法累加器。本文综合应用上述方法对代码进行优化，优化前后代码的运行结果比较如图所 示：开发与应用 ， ，： 何银水，张华在机器人焊接中应用系统的开发微计算机信 息，（）： ， ：， ， ： ' ， '， 作者简介：武星星，男，年月生，吉林大学机械电子工程专 业博士研究生，研究方向为人工智能、机电传动与自动化，发表论文篇， ：。朱喜林，男，年 月生，吉林大学机械学院教授，博士生导师，研究方向为智能制造等。：，（）， ：
12、， （）， ，（吉林吉林大学机械科学与工程学院）武星星朱喜林李晓梅（ ，） 通讯地址：（吉林吉林大学机械科学与工程学院）武星星 （收稿日期：）（修稿日期：） （上接第页）图优化前后运行结果比较 利用的统计代码的执行性能，其中上、下窗口的分别是 未优化代码和优化后代码的执行性能统计，其中 可按用户需求灵活改变，且易升级的振动模拟器的设计方案；且对有特殊要求的 信号发生器的设计有一定借鉴意义。参考文献：技 术创新为被统计目标段的代码长度，为执行此代码段所 占用的所有指令周期数，包括执行此代码中所有被调用子函数的指令周期数。从 图中可以看出，优化后代码长度从减少到，略有减少，而占用的总 指令周期数从
13、减少到，执行时间减少了四分之一，代码速度得到了大幅提 升，说明算法的优化是很有效的。结语本文给出了一种便捷的模糊系统建模、算法模拟及在上实现的方法，详述 了模糊系统在上的实现过程及遇到的问题和解决方法。在上实现的 模糊系统与中算法模拟的输出结果完全一致。综合运用用编 译选项及命令等方法对代码进行优化，有效地提高了代 码的执行速度。这使得模糊推理系统在电子设备上的实现变得简单易行，有力地 推动模糊系统在更多领域得到应用。本文作者创新点：提出了一种便捷的模糊系统建模、算法模拟及在上的方 法。综合运用多种方法对代码进行了优化。通过实例证明，按此方法在上 实现的模糊推理系统和在中算法模拟的输出一致，优
14、化后代码的运 行时间减少了约四分之一。参考文献：， 技术应用例 ， ， ，任爱锋，初秀琴等编著基于的嵌入式系统设计西安电子科技大 学出版社，徐惠民，安德宁编著数字逻辑设计与描述机械工业出版社， 宋跃、李琳基于的调频信号的研究与实现石伟、 微计算机信息，： 作者简介：顾海燕（），女，汉族，上海人，上海交通大学硕士研究 生，自动化专业，主要研究方向：在自动控制领域的应用；陈黎平（ ），男，汉族，上海人，上海交通大学高级工程师，自动化专业，主要 研究方向：自动控制与检测。 ： ， （ ） ， ，（），（上海上海交通大学自动化系）顾海燕陈黎平通讯地址：（上海市闵行区东川路号上海交通大学班）顾海燕（收稿日期：）（修稿日期：）邮局订阅号：元年