root/applications/pmsm/simulator_zdenek/ekf_example/matrix_vs.cpp @ 1240

Revision 1240, 10.4 kB (checked in by smidl, 14 years ago)

prechod na int16

RevLine 
[1174]1/************************************
2        Extended Kalman Filter
3        Matrix operations
4
[1240]5        V. Smidl, Z. Peroutka
[1174]6
[1240]7Rev. 28.10.2010   (ZP)
[1174]8
[1240]926.10.2010      Prvni verze (VS)
[1174]10
[1240]1126.10.2010      Upravena chyba v Thorton_fast - spatne shiftovani o vypoctu SIGMA.
1227.10.2010      Pokus o odstraneni problemu v Thorton_fast - potize dela omezovani (orezavani) varianci.
1328.10.2010      Drobne upravy v kodu.
14
[1174]15*************************************/
[1225]16
17#include "matrix_vs.h"
18
[1174]19/* Matrix multiply Full matrix by upper diagonal matrix; */
[1240]20void mmultAU(int16 *m1, int16 *up, int16 *result, unsigned int16 rows, unsigned int16 columns) {
21    unsigned int16 i, j, k;
22    int32 tmp_sum=0L; //in 15+qAU
23    int16 *m2pom;
24    int16 *m1pom=m1;
25    int16 *respom=result;
[1174]26
[1179]27    for (i=0; i<rows; i++) //rows of result
[1174]28    {
[1179]29        for (j=0; j<columns; j++) //columns of result
[1240]30        {
[1179]31            m2pom=up+j;//??
[1174]32
[1179]33            for (k=0; k<j; k++) //inner loop up to "j" - U(j,j)==1;
34            {
[1240]35                tmp_sum+=((int32)(*(m1pom++))**m2pom)>>(15-qAU);
[1179]36                m2pom+=columns;
37            }
38            // add the missing A(i,j)
[1240]39            tmp_sum +=(int32)(*m1pom)<<qAU; // no need to shift
[1225]40            m1pom-=(j); // shift back to first element
[1174]41
[1235]42            *respom++=tmp_sum>>15;
[1225]43
44            tmp_sum=0;
45        }
46        m1pom+=(columns);
47    }
48};
49
50
[1240]51void bierman_fast(int16 *difz, int16 *xp, int16 *U, int16 *D, int16 *R, unsigned int16 dimy, unsigned int16 dimx )
52{
53    int16 alpha;
54    int16 beta,lambda;
55    int16 b[5]; // ok even for 4-dim state
56    int16 *a; // in [0,1] -> q15
57    unsigned int16 iy,j,i;
[1225]58
[1240]59    int16 *b_j,*b_i;
60    int16 *a_j;
61    int16 *D_j;
62    int16 *U_ij;
63    int16 *x_i;
[1225]64
[1240]65    int32 z_pom;
66    int16 z_pom_int16;
[1174]67
[1179]68    a = U; // iyth row of U
69    for (iy=0; iy<dimy; iy++, a+=dimx) {
70        // a is a row
71        for (j=0,a_j=a,b_j=b,D_j=D; j<dimx; j++,b_j++,D_j++,a_j++)
[1240]72            *b_j=((int32)(*D_j)*(*a_j))>>15;
[1179]73
[1240]74        alpha = R[iy]; //\alpha = R+vDv = R+a*b
[1179]75        // R in q15, a in q15, b=q15
76//              gamma = (1<<15)/alpha; //(in q15)
77        //min alpha = R[iy] = 164
78        //max gamma = 0.0061 => gamma_ref = q7
79        for (j=0,a_j=a,b_j=b,D_j=D; j<dimx; j++,a_j++,b_j++,D_j++) {
[1240]80/*            beta=alpha;
81            lambda = -((int32)(*a_j)<<15)/beta;
82            alpha  += ((int32)(*a_j)*(*b_j))>>15;
83            D[j] = ((int32)beta**D_j)/alpha;*/
84/*xx*/
85            lambda=alpha;
86            alpha  += ((int32)(*a_j)*(*b_j))>>15;
87            D[j] = ((int32)lambda**D_j)/alpha;
88            z_pom_int16 = -((int32)(*a_j)<<15)/lambda;
89/*xx*/
90
[1179]91            if (*D_j==0) *D_j=1;
92
93            for (i=0,b_i=b,U_ij=U+j; i<j; i++, b_i++,U_ij+=dimx) {
94                beta   = *U_ij;
[1240]95//                *U_ij +=  ((int32)lambda*(*b_i))>>15;         // puvodni reseni
96                *U_ij -=  ((int32)(*a_j)*(*b_i))/lambda;         // pozadovane optimalni reseni
97//                *U_ij -=  ((int32)((int16)((int32)(*a_j)<<15)/lambda)**b_i)>>15;      // tohle funguje - problem je s tim pretypovanim na (int16)
98//                              *U_ij -= (int16)((int32)(*a_j)*(*b_i))/lambda;
99//                              z_pom = (((int32)(*a_j)*(*b_i))/lambda);
100/*                          z_pom = (int32)(*U_ij)-(int16)((int32)(*a_j)*(*b_i))/lambda;
101                                if (z_pom > 32767) z_pom = 32767;
102                                if (z_pom < - 32768) z_pom = -32768;
103                                *U_ij = z_pom;                      /**/
104//                *U_ij +=  ((int32)z_pom_int16*(*b_i))>>15;            // puvodni reseni - jen jina konstanta
105                *b_i  +=  ((int32)beta*(*b_j))>>15;
[1179]106            }
107        }
108        // no shift due to gamma
109        for (i=0,x_i=xp,b_i=b; i<dimx; i++,x_i++,b_i++) {
[1240]110            *x_i  += ((int32)difz[iy]*(*b_i))/alpha; // multiply by unscaled Kalman gain
[1179]111        }
112    }
113}
114
[1240]115
[1179]116// Thorton procedure - Kalman predictive variance in UD
[1240]117void thorton_fast(int16 *U, int16 *D, int16 *PSIU, int16 *Q, int16 *G, int16 *Dold, unsigned int16 rows) {
118    unsigned int16 i,j,k;
[1179]119    // copy D to Dold
[1240]120    int16 *Dold_i,*Dold_k;
121    int16 *D_i;
122    int16 *PSIU_ij,*PSIU_ik,*PSIU_jk;
123    int16 *Q_jj,*Q_ii,*Q_kk;
124    int16 *U_ji;
125    int16 *G_ik,*G_jk;
126    int16 irows,jrows;
127    int32 sigma; // in qAU+15!!
128    int32 z;
[1179]129
130    for (i=0,Dold_i=Dold,D_i=D;i<rows;i++,Dold_i++,D_i++) {
131        *Dold_i=*D_i;
132    }
133
134    // initialize G = eye()
135    G_ik= G;
[1235]136    *G_ik++=32767;
[1179]137    for (i=0;i<rows-1;i++) {
138        // clean elem before diag
139        for (k=0; k<rows; k++) {
140            *G_ik++=0;
141        }
[1235]142        *G_ik++=32767;
[1179]143    }
144    // eye created
145
146    for (i=rows-1, Dold_i=Dold+i, D_i=D+i;
[1237]147            1; i--, Dold_i--,D_i--) { // stop if i==0 at the END!
[1179]148        irows=i*rows;
149        sigma = 0;
[1197]150        for (k=0, PSIU_ik=PSIU+irows,Dold_k=Dold;
[1233]151                k<rows; k++, PSIU_ik++,Dold_k++) {
[1240]152                        sigma += (((int32)(*PSIU_ik)**PSIU_ik)>>(qAU))*(*Dold_k);
[1225]153        }
[1240]154        sigma += (int32)(*(Q+i+irows))<<qAU;
[1179]155        for (j=i+1, G_ik=G+irows+i+1; j<rows; j++,G_ik++) {
[1240]156            sigma += (((int32)(*G_ik)**G_ik)>>16)**(Q+j+j*rows);
[1237]157        }
[1235]158
[1240]159                if (sigma>((int32)1<<(qAU+15))) {
[1235]160                        *D_i = 32767;
[1237]161//                      *(Dold+i)-=*(Q+i+irows);
[1235]162                } else {
163                        *D_i=sigma>>qAU;
164                }
[1179]165        if (*D_i==0) *D_i=1;
166
167        for (j=0;j<i;j++) {
168            jrows = j*rows;
169
170            sigma =0;
171            for (k=0, PSIU_ik=PSIU+irows, PSIU_jk=PSIU+jrows, Dold_k=Dold;
172                    k<rows; k++, PSIU_ik++, PSIU_jk++, Dold_k++) {
[1225]173
[1240]174                                sigma += ((((int32)(*PSIU_ik)**PSIU_jk)>>qAU)**Dold_k);
[1179]175            }
[1225]176
[1235]177            for (k=i,G_ik=G+irows+i,G_jk=G+jrows+i,Q_kk=Q+k*rows+k;
[1225]178                    k<rows;k++,G_ik++,G_jk++,Q_kk+=rows+1) {
[1240]179                sigma += ((((int32)*G_ik)**G_jk)>>16)**Q_kk;
[1179]180            }
[1225]181
[1237]182            z=(sigma/(*D_i))<<(15-qAU); // shift to q15
[1179]183            if (z>32767) z=32767;
184            if (z<-32768) z=-32768;
185
186            U_ji=U+jrows+i;
[1240]187            *U_ji = (int16)z;
[1179]188
189
190            for (k=0,PSIU_ik=PSIU+irows,PSIU_jk=PSIU+jrows;
191                    k<rows;k++,PSIU_ik++,PSIU_jk++) {
[1240]192                *PSIU_jk -= ((int32)*U_ji**PSIU_ik)>>15;
[1179]193            }
[1225]194
[1179]195            for (k=0,G_jk=G+jrows,G_ik=G+irows;
[1225]196                    k<rows;k++, G_jk++, G_ik++) {
[1240]197                *G_jk -=  ((int32)*U_ji**G_ik)>>15;
[1179]198            }
[1225]199
[1179]200        }
[1235]201                if (i==0) return;
[1179]202    }
203}
204
[1225]205/* square root of 0<a<1 using taylor at 0.5 in q15*/
206int int_sqrt(int x) {
[1230]207        double xd(double(x)/32768.);
208        return round(sqrt(xd)*32768);
[1237]209
[1225]210    //sqrt(x) == 1/2*2^(1/2)+1/2*2^(1/2)*(x-1/2)-1/4*2^(1/2)*(x-1/2)^2
211    //         = k1 + k1*(x-0.5) - k2*(x-0.5)(x-0.5);
212#define k1 23170 //0.5*sqrt(2)*32768
213#define k2 11585 //0.25*sqrt(2)*32768
214
215    int tmp;
216    if (x>6554) {
217        int xm05=x-16384;
218        tmp = ((long)k1*xm05)>>15;
219        tmp-=(((long(k2)*xm05)>>15)*xm05)>>15;
220        tmp +=k1;
221    } else {
222        tmp = 4*x;
223        tmp-=long(8*x)*x>>15;
224    }
225    return tmp;
226}
227
228void householder(int *Ch /*= int *PSICh*/, int *Q, unsigned int dimx) {
229    int k,j,i;
[1237]230    int alpha,beta;
231    long sigma;
[1225]232    int B[25];//beware
233    int w[5];
234    int v[5];
235
236    // copy Q to B
[1237]237    for (i=0;i<dimx*dimx;i++)
238    {
[1225]239        B[i]=Q[i];
240    }
241
[1237]242    for (k=dimx-1; k>=0; k--)
243    {
[1225]244        sigma=0;
[1237]245        for (j=0;j<dimx;j++)
246        {
247            sigma+=(long)B[k*dimx+j]*B[k*dimx+j];
[1225]248        }
[1237]249        for (j=0;j<=k;j++)
250        {
251            sigma+=(long)Ch[k*dimx+j]*Ch[k*dimx+j];
[1225]252        }
253        /*               double sigf=double(sigma)/(1<<15);
254                         double alpf = sqrt(sigf);*/
[1237]255//              if (sigma>16384) sigma=16384;
256//        alpha=int_sqrt(sigma);
257          alpha = (int)(sqrt((double)sigma)+0.5);   // predelat pro DSP
[1225]258        // alpha = alpf*(1<<15);
259        //
260        sigma=0;
261        for (j=0;j<dimx;j++) {
262            w[j]=B[k*dimx+j];
[1237]263            sigma+=(long)w[j])*w[j];
[1225]264        }
265        for (j=0; j<=k;j++) {
266            if (j==k) {
267                v[j]=Ch[k*dimx+j]-alpha;
268            } else {
269                v[j]=Ch[k*dimx+j];
270            }
[1237]271            sigma+=(long)v[j]*v[j];
[1225]272        }
[1237]273       
274        alpha=sigma>>16;
275        if (alpha==0) alpha =1;
276
[1225]277        for (i=0;i<=k;i++) {
278            sigma=0;
279            for (j=0;j<dimx;j++) {
[1237]280                sigma+=(long)B[i*dimx+j]*w[j];
[1225]281            }
282            for (j=0;j<=k;j++) {
[1237]283                sigma+=(long)Ch[i*dimx+j]*v[j];
[1225]284            }
[1237]285
286            sigma = sigma >> 15;               // navrat do Q15
287
288            for (j=0;j<dimx;j++) 
289            {
290                B[i*dimx+j]-=(sigma*w[j])/alpha;
[1225]291            };
[1237]292           
293            for (j=0;j<=k;j++)
294            {
295                Ch[i*dimx+j]-=(sigma*v[j])/alpha;
[1225]296            }
297        }
298    }
299
300}
301
302void carlson(int *difz, int *xp, int *Ch, int *R, unsigned int dimy, unsigned int dimx ) {
303    int alpha,beta,gamma;
304    int delta, eta,epsilon,zeta,sigma,tau;
305    int i,j,iy;
306    int w[5];
307
[1237]308    for (iy=0; iy<dimy; iy++)
309    {
[1225]310        alpha=R[iy];
311        delta = difz[iy];
312
[1237]313        for (j=0;j<dimx;j++)
314        {
[1225]315            sigma=Ch[iy*dimx+j];
316            beta=alpha;
[1237]317            alpha+=((long)sigma*sigma)>>15;
[1225]318//                      double ab=(double)alpha*beta/32768./32768.;
319//                      double s_ab=sqrt(ab);
[1239]320            gamma=(int)(sqrt((double)((long)alpha*beta))+0.5);            // predelat v DSP
[1225]321            //gamma = round(s_ab*(1<<15));
[1237]322//            eta=((long)beta<<15) / gamma;
[1225]323            //zeta=(long(sigma)<<15)/ gamma;
324            w[j]=0;
325            for (i=0;i<=j;i++) {
326                tau=Ch[i*dimx+j];
[1237]327                Ch[i*dimx+j]=((long)beta*Ch[i*dimx+j] -(long)sigma*w[i])/gamma;
328                w[i]+=((long)tau*sigma)>>15;
[1225]329            }
330        }
331
332        //epsilon=(long(difz)<<15) / (alpha); // q15*q13/q13 = q15
333        for (i=0;i<dimx;i++) {
[1237]334            xp[i]+=((long)w[i]*delta)/alpha;
[1225]335        }
336    }
337}
[1230]338
339/* perform Householder update of Ch matrix using PSI*Ch , Q, */
340extern void givens(int *Ch /*= int *PSICh*/, int *Q, unsigned int dimx){
341        int i,j,k;
342        int rho,s,c,tau;
[1237]343
[1230]344        int A[25];//beware
345        // copy Q to A
346        for (i=0;i<dimx*dimx;i++) {
347                A[i]=Q[i];
348        }
[1237]349
350
[1230]351        for (i=dimx-1; i>=0; i--){
352                for (j=0; j<dimx; j++) {
353                        rho=int_sqrt(((long)Ch[i*dimx+i]*Ch[i*dimx+i]+long(A[i*dimx+j])*A[i*dimx+j])>>15);
354                        if (rho==0) break;
355                        s=(long(A[i*dimx+j])<<15)/rho;
356                        c=(long(Ch[i*dimx+i])<<15)/rho;
357                        for (k=0;k<=i; k++){
358                                tau=(long(c)*A[k*dimx+j]-long(s)*Ch[k*dimx+i])>>15;
359                                Ch[k*dimx +i]=(long(s)*A[k*dimx+j]+long(c)*Ch[k*dimx+i])>>15;
360                                A[k*dimx +j]=tau;
361                        }
362                }
363        }
364        for (j=0; j<i; j++){
365                rho=int_sqrt((long(Ch[i*dimx+i])*Ch[i*dimx+i]+long(Ch[i*dimx+j])*Ch[i*dimx+j])>>15);
366                if (rho==0) break; 
367                s=(long(Ch[i*dimx+j])<<15)/rho;
368                c=(long(Ch[i*dimx+i])<<15)/rho;
369                for (k=0; k<=i; k++){
370                        tau=(long(c)*Ch[k*dimx+j]-long(s)*Ch[k*dimx+i])>>15;
371                        Ch[k*dimx+i]=(long(s)*Ch[k*dimx+j]+long(c)*Ch[k*dimx+i])>>15;
372                        Ch[k*dimx+j]=tau;
373                }
374        }
375}
Note: See TracBrowser for help on using the browser.