System Generator从入门到放弃(七)-不同溢出与量化方式的对比_system generator改常量

System Generator从入门到放弃(七)-不同溢出与量化方式的对比

---

---

  System Generator是Xilinx公司进行数字信号处理开发的一种设计工具，它通过将Xilinx开发的一些模块嵌入到Simulink的库中，可以在Simulink中进行定点仿真，可以设置定点信号的类型，这样就可以比较定点仿真与浮点仿真的区别。并且可以生成HDL文件，或者网表，可以在ISE中进行调用。或者直接生成比特流下载文件。能够加快DSP系统的开发进度。

---

参考：学会System Generator（14）不同溢出与量化方式的对比

---

---

一、不同溢出与量化方式的对比

---

1、简介

  在介绍Gateway In block时谈到了System Generator中的数据类型，及不同的量化和溢出方式。本文将以两个简单的设计实例，更直观地说明不同的量化和溢出方式有什么区别。

---

2、溢出（Overflow）方式对比

  从Simulink向System Generator的数据转换过程中可能会出现溢出（Simulink中的值超出了所设置数据格式能够表示的范围），Overflow可以设置为不同的处理方式：

• Wrap：舍弃掉需要表示的值的高位。
• Saturate：溢出的数转换为（所设置的数据格式能表达的）最大值或最小值。 Flag as
• error：溢出时Simulink会报错（这个选项只在Simulink仿真时有效，在导出到FPGA时仍当作wrap处理）。

  在Simulink中添加block按下图连接：

  Gateway In设置为Fix_4_0数据格式。

PS：数据格式的显示，勾选下图位置设置：

  该设计使用AddSub这个block计算6+6

  不溢出时的运算结果应该用5Bits表示（含符号位），这里将AddSub的输出结果故意设置为Fix_4_0，观察溢出结果。设置如下图，修改AddSub的不同overflow方式：

设置为Wrap

  结果显示为-4。

  这是因为6+6=0110+0110=01100，最高位为符号位，正确结果为12，而溢出后，Wrap方式会直接舍弃掉溢出的最高位（即符号位0），结果变为了1100，这个补码值转换为原码后就是-4（1100–>1011(除符号位取反)–>1100(加1)）。

设置为Saturate

  结果显示为7。

  这是因为带符号数4Bits能表达的最大范围便是7，当发生溢出时，输出结果会饱和在能表示的最大值。

设置为Flag as error

  运行时Simulink会直接提示错误“Overflow detected”：

---

3、量化（Quantization）方式对比

  用有限位宽表示Simulink中的数据类型，必然会产生量化误差。在Quantization中可以选择数据的量化方式：

• Truncate：直接舍弃不需要的低位。
• Round（unbiased：+/-Inf）：以四舍五入的方式量化。

  在Simulink中添加block按下图连接：

  Constant输出常数1.75；Gateway In数据格式设置为Fix_4_1，更改其量化方式：

设置为Round(unbiased: +/-Inf)

  结果显示为2。

  Round采用的是类似于四舍五入的方式，当处于中间值时会量化到更大的那一个值。这里1.75表示为二进制小数位为“11”，当量化为Fix_4_1格式时需要舍弃掉一位小数位。Fix_4_1与1.75最接近的两个值是“0011”（1.5）和“0100”（2.0）。1.75处于中间值，会量化为更大的2。

设置为Truncate

  结果显示为1.5。

  这是因为Truncate会直接舍弃低位，1.75的第二个小数位无法表示，直接舍弃，量化到Fix_4_1后变成“0011”表示1.5。

---

---

---

---