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

Line 
1/************************************
2        Extended Kalman Filter
3        Matrix operations
4
5        V. Smidl, Z. Peroutka
6
7Rev. 28.10.2010   (ZP)
8
926.10.2010      Prvni verze (VS)
10
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
15*************************************/
16
17#include "matrix_vs.h"
18
19/* Matrix multiply Full matrix by upper diagonal matrix; */
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;
26
27    for (i=0; i<rows; i++) //rows of result
28    {
29        for (j=0; j<columns; j++) //columns of result
30        {
31            m2pom=up+j;//??
32
33            for (k=0; k<j; k++) //inner loop up to "j" - U(j,j)==1;
34            {
35                tmp_sum+=((int32)(*(m1pom++))**m2pom)>>(15-qAU);
36                m2pom+=columns;
37            }
38            // add the missing A(i,j)
39            tmp_sum +=(int32)(*m1pom)<<qAU; // no need to shift
40            m1pom-=(j); // shift back to first element
41
42            *respom++=tmp_sum>>15;
43
44            tmp_sum=0;
45        }
46        m1pom+=(columns);
47    }
48};
49
50
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;
58
59    int16 *b_j,*b_i;
60    int16 *a_j;
61    int16 *D_j;
62    int16 *U_ij;
63    int16 *x_i;
64
65    int32 z_pom;
66    int16 z_pom_int16;
67
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++)
72            *b_j=((int32)(*D_j)*(*a_j))>>15;
73
74        alpha = R[iy]; //\alpha = R+vDv = R+a*b
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++) {
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
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;
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;
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++) {
110            *x_i  += ((int32)difz[iy]*(*b_i))/alpha; // multiply by unscaled Kalman gain
111        }
112    }
113}
114
115
116// Thorton procedure - Kalman predictive variance in UD
117void thorton_fast(int16 *U, int16 *D, int16 *PSIU, int16 *Q, int16 *G, int16 *Dold, unsigned int16 rows) {
118    unsigned int16 i,j,k;
119    // copy D to Dold
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;
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;
136    *G_ik++=32767;
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        }
142        *G_ik++=32767;
143    }
144    // eye created
145
146    for (i=rows-1, Dold_i=Dold+i, D_i=D+i;
147            1; i--, Dold_i--,D_i--) { // stop if i==0 at the END!
148        irows=i*rows;
149        sigma = 0;
150        for (k=0, PSIU_ik=PSIU+irows,Dold_k=Dold;
151                k<rows; k++, PSIU_ik++,Dold_k++) {
152                        sigma += (((int32)(*PSIU_ik)**PSIU_ik)>>(qAU))*(*Dold_k);
153        }
154        sigma += (int32)(*(Q+i+irows))<<qAU;
155        for (j=i+1, G_ik=G+irows+i+1; j<rows; j++,G_ik++) {
156            sigma += (((int32)(*G_ik)**G_ik)>>16)**(Q+j+j*rows);
157        }
158
159                if (sigma>((int32)1<<(qAU+15))) {
160                        *D_i = 32767;
161//                      *(Dold+i)-=*(Q+i+irows);
162                } else {
163                        *D_i=sigma>>qAU;
164                }
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++) {
173
174                                sigma += ((((int32)(*PSIU_ik)**PSIU_jk)>>qAU)**Dold_k);
175            }
176
177            for (k=i,G_ik=G+irows+i,G_jk=G+jrows+i,Q_kk=Q+k*rows+k;
178                    k<rows;k++,G_ik++,G_jk++,Q_kk+=rows+1) {
179                sigma += ((((int32)*G_ik)**G_jk)>>16)**Q_kk;
180            }
181
182            z=(sigma/(*D_i))<<(15-qAU); // shift to q15
183            if (z>32767) z=32767;
184            if (z<-32768) z=-32768;
185
186            U_ji=U+jrows+i;
187            *U_ji = (int16)z;
188
189
190            for (k=0,PSIU_ik=PSIU+irows,PSIU_jk=PSIU+jrows;
191                    k<rows;k++,PSIU_ik++,PSIU_jk++) {
192                *PSIU_jk -= ((int32)*U_ji**PSIU_ik)>>15;
193            }
194
195            for (k=0,G_jk=G+jrows,G_ik=G+irows;
196                    k<rows;k++, G_jk++, G_ik++) {
197                *G_jk -=  ((int32)*U_ji**G_ik)>>15;
198            }
199
200        }
201                if (i==0) return;
202    }
203}
204
205/* square root of 0<a<1 using taylor at 0.5 in q15*/
206int int_sqrt(int x) {
207        double xd(double(x)/32768.);
208        return round(sqrt(xd)*32768);
209
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;
230    int alpha,beta;
231    long sigma;
232    int B[25];//beware
233    int w[5];
234    int v[5];
235
236    // copy Q to B
237    for (i=0;i<dimx*dimx;i++)
238    {
239        B[i]=Q[i];
240    }
241
242    for (k=dimx-1; k>=0; k--)
243    {
244        sigma=0;
245        for (j=0;j<dimx;j++)
246        {
247            sigma+=(long)B[k*dimx+j]*B[k*dimx+j];
248        }
249        for (j=0;j<=k;j++)
250        {
251            sigma+=(long)Ch[k*dimx+j]*Ch[k*dimx+j];
252        }
253        /*               double sigf=double(sigma)/(1<<15);
254                         double alpf = sqrt(sigf);*/
255//              if (sigma>16384) sigma=16384;
256//        alpha=int_sqrt(sigma);
257          alpha = (int)(sqrt((double)sigma)+0.5);   // predelat pro DSP
258        // alpha = alpf*(1<<15);
259        //
260        sigma=0;
261        for (j=0;j<dimx;j++) {
262            w[j]=B[k*dimx+j];
263            sigma+=(long)w[j])*w[j];
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            }
271            sigma+=(long)v[j]*v[j];
272        }
273       
274        alpha=sigma>>16;
275        if (alpha==0) alpha =1;
276
277        for (i=0;i<=k;i++) {
278            sigma=0;
279            for (j=0;j<dimx;j++) {
280                sigma+=(long)B[i*dimx+j]*w[j];
281            }
282            for (j=0;j<=k;j++) {
283                sigma+=(long)Ch[i*dimx+j]*v[j];
284            }
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;
291            };
292           
293            for (j=0;j<=k;j++)
294            {
295                Ch[i*dimx+j]-=(sigma*v[j])/alpha;
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
308    for (iy=0; iy<dimy; iy++)
309    {
310        alpha=R[iy];
311        delta = difz[iy];
312
313        for (j=0;j<dimx;j++)
314        {
315            sigma=Ch[iy*dimx+j];
316            beta=alpha;
317            alpha+=((long)sigma*sigma)>>15;
318//                      double ab=(double)alpha*beta/32768./32768.;
319//                      double s_ab=sqrt(ab);
320            gamma=(int)(sqrt((double)((long)alpha*beta))+0.5);            // predelat v DSP
321            //gamma = round(s_ab*(1<<15));
322//            eta=((long)beta<<15) / gamma;
323            //zeta=(long(sigma)<<15)/ gamma;
324            w[j]=0;
325            for (i=0;i<=j;i++) {
326                tau=Ch[i*dimx+j];
327                Ch[i*dimx+j]=((long)beta*Ch[i*dimx+j] -(long)sigma*w[i])/gamma;
328                w[i]+=((long)tau*sigma)>>15;
329            }
330        }
331
332        //epsilon=(long(difz)<<15) / (alpha); // q15*q13/q13 = q15
333        for (i=0;i<dimx;i++) {
334            xp[i]+=((long)w[i]*delta)/alpha;
335        }
336    }
337}
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;
343
344        int A[25];//beware
345        // copy Q to A
346        for (i=0;i<dimx*dimx;i++) {
347                A[i]=Q[i];
348        }
349
350
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.