如何将浮点数的C代码转换为定点数？

Question

我有一份使用double类型的C代码，想在DSP（TMS320）上运行该代码。但是该DSP不支持double类型，只支持定点数。如何最好地将代码转换为定点数？是否有一个良好的C库可用于定点数（实现为整数）？

- snakile

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这是一个相当重要的话题。在这个 Stack Overflow 的问题中有一个很好的讨论：https://dev59.com/pnVD5IYBdhLWcg3wHn2d。几乎所有的答案都有一些有用的信息。 - mtrw

出于好奇，DSP的编译器如何表示定点数？是用两个整数吗？例如，您如何将两个定点数相加？ - chrisaycock

它们表示为32位值（long），类型中隐含了移位。例如，如果小数点后有16位（_iq16），则用底层类型中的整数65536表示定点数1.0。对于相同类型的定点数进行加减运算，可以使用标准整数运算。乘法需要额外的移位来纠正缩放。 - starblue

Answer 1

以下代码定义了一个类型 Fixed，使用整数作为其内部表示。加法和减法直接使用 + 和 - 运算符进行。乘法使用定义的 MULT 宏进行。

#include <stdio.h>
typedef int Fixed;

#define FRACT_BITS 16
#define FRACT_BITS_D2 8
#define FIXED_ONE (1 << FRACT_BITS)
#define INT2FIXED(x) ((x) << FRACT_BITS)
#define FLOAT2FIXED(x) ((int)((x) * (1 << FRACT_BITS))) 
#define FIXED2INT(x) ((x) >> FRACT_BITS)
#define FIXED2DOUBLE(x) (((double)(x)) / (1 << FRACT_BITS))
#define MULT(x, y) ( ((x) >> FRACT_BITS_D2) * ((y)>> FRACT_BITS_D2) )

我在我的图像处理算法中使用了上述代码来表示分数。它比使用双精度版本要快，而且结果几乎完全相同。

- snakile

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请查看这个库：http://www.sf.net/projects/fixedptc - Bernardo Ramos

Answer 2

TI提供了一个名为"IQmath"的定点库：http://focus.ti.com/lit/sw/sprc990/sprc990.pdf。转换需要分析您当前的代码-对于每个变量，您需要知道它可以包含什么范围以及需要什么精度。然后您可以决定将其存储在哪种类型中。IQMath提供从q30到q1的类型，范围从+/-2到+/-1000000，精度从0.0000000001到0.5不等。对于可能超出变量范围的操作，您需要添加溢出检查，并决定如何处理它-将其固定在最大值处，使用不同的比例存储，引发错误等等。实际上，没有一种方法可以在不深入了解流程数据的情况下转换为定点数。

- AShelly

Answer 3

大多数DSP工具链都包含用于在软件中模拟浮点运算的库。这样做速度会很慢，但您应该最初构建带有浮点支持的代码，然后进行性能测试，看是否只需要将少数几个地方转换为定点表示以获得足够的性能。在移植到定点表示时，您还需要保留浮点运算，以便进行比较，确保在此过程中没有失去任何东西。

- mtrw

Answer 4

如果C代码很少使用double类型，那么您可以使用浮点数模拟库而不会导致C代码运行速度变慢10倍到100倍。如果您不想承受这种性能损失，并且有大量的浮点运算，并且您知道每个实际输入的算术和存储操作所需的比例和精度，则可以手动将每个算术操作转换为使用缩放整数数据类型和操作。但是分析DSP类型代码的精度要求通常是非常困难的。有许多关于此主题的DSP和数值方法教材章节。

- hotpaw2

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请详细说明最后一句话，以便使其有助于解决问题。 - jpinto3912

Answer 5

有一些库可以为您完成此操作。不过，您的设备的PSP应该包含某种数学库。它应该有文档说明。您可能需要重新编写一些代码，因为在使用由PSP提供的API时，进行基于原始浮点算术时使用的控制结构可能没有意义。

例如-您可能会将此转换

double arraysum = 0.0;
for (int i = 0; i < arraylen; i++) 
{
    arraysum += array[i];
}

到这里

psp_decimal_t arraysum;
if (0 != psp_sum_elements(&array, arraylen, &arraysum))
{
    printf("error!");
}

- Ben Collins

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不幸的是，我无法在其他任何地方找到那个内容，也找不到发布它的个人。 - Ben Collins