mikrocontroller.net

Forum: Projekte & Code Gleitkomma-Bibliothek für AVR


Autor: Florian K. (makrocontroller)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

ich bin neu hier im Forum. Seit kurzem beschäftige ich mich mit 
AVR-Mikrocontrollern.

Da ich bei der Suche nach einer kostenlosen Gleitkommabibliothek mit 
echten 64 Bit double Zahlen erfolglos war (für 8 Bit AVR Prozessoren), 
habe ich eine Gleitkommabibliothek für den PC, die ich vor einiger Zeit 
geschrieben habe, für AVR angepasst. Für klassische 
Mikrokontroller-Anwendungen ist eine solche Bibliothek wahrscheinlich 
etwas übertrieben. Da jedoch neuere µC zunehmend mehr Speicher bekommen, 
gibt es wohl auch einige Anwendungen, bei denen eine solche Bibliothek 
sinnvoll ist.

Die Bibliothek ist so ausgelegt, dass man eine beliebige Genauigkeit 
einstellen kann. Dies bedeutet, dass sie nicht für 64-Bit Zahlen 
optimiert ist. Obwohl ich Funktionen wie sin, cos, exp, log, arctan 
schon entfernt habe, benötigt sie auf meinem ATMega32 immer noch etwa 25 
kBytes Programmspeicher. Der Flash meines ATMega32 hat gerade noch 
ausgereicht, um als Anwendung einen Taschenrechner zu programmieren, den 
man mit einer RC5-kompatiblen Fernbedienung bedienen kann. 
Performancemessungen ergaben bei 16 MHz Taktfrequenz etwa 2000 
Multiplikationen und 1000 Divisionen pro Sekunde, wenn man mit 64 Bit 
Mantisse (etwa 20 dezimale Stellen) arbeitet. Dies gilt bei der Division 
nur für das Standard-Verfahren. In meiner Taschenrechner-Anwendung 
musste ich aus Speichergründen jedoch ein anderes Divisionsverfahren 
anwenden (aktiviert mit dem #define DIVISION_DURCH_NEWTON_ITERATION in 
der Datei Gleitkomma.h), welches deutlich langsamer arbeitet.

Die Gleitkomma-Bibliothek ist in C++ geschrieben und lässt sich mit 
avr-gcc compilieren. Wegen des hohen Speicherbedarfs sollte man µC mit 
mindestens 64 KBytes Flash bevorzugen. Außerdem muss man aufpassen, dass 
es nicht zu einer Kollision von Heap und Stack kommt. Die Bibliothek 
verwendet malloc(), prüft jedoch NICHT, ob malloc 0 geliefert hat (out 
of memory). Bei Speicherknappheit gibt es wahrscheinlich einen Crash.

Außer meiner Gleitkomma-Bibliothek verwende ich in der 
Taschenrechner-Anwendung den RC5-Code von Peter Dannegger und Code für 
LCDs von Peter Fleury. Ein USART-Code von Ulrich Radig ist in der 
ZIP-Datei ebenfalls enthalten, aber in der Taschenrechner-Anwendung wird 
er aus Speichergründen nicht kompiliert.

Bugs bitte hier im Forum melden.

Autor: Robin Tönniges (rotoe) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Auch wenns nichz zum Thema gehört. Wo hast du diese tolle LCD Libary her 
:)
Find ich super. ABer dein Gleitkomma dings ist auch super. Benutze ich 
jetzt für nen Frequenzzähler.

Autor: Dida N. (quader)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Robin Tönniges wrote:
> Auch wenns nichz zum Thema gehört. Wo hast du diese tolle LCD Libary her
> :)
> Find ich super. ABer dein Gleitkomma dings ist auch super. Benutze ich
> jetzt für nen Frequenzzähler.

Steht doch im File. Von Peter Fleury ;)

Autor: Falk Brunner (falk)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@ Robin Tönniges (rotoe)

>Find ich super. ABer dein Gleitkomma dings ist auch super. Benutze ich
>jetzt für nen Frequenzzähler.

Clevere Leute nehmen Festkommaarithmetik.

MfG
Falk

Autor: Florian K. (makrocontroller)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Und wie willst du z.B. einen wissenschaftlichen Taschenrechner mit 
Festkommaarithmetik programmieren ? Um z.B. Größenordnungen von 10 hoch 
-100 bis 10 hoch 100 verarbeiten zu können, müsste man schon 
Festkommaarithmetik mit 100 Stellen vor und 100 Stellen nach dem Komma 
benutzen ==> nicht gerade effizient (in Bezug auf die Ausführungszeit). 
Der Vorteil von Festkommaarithmetik ist lediglich, dass man deutlich 
weniger Programmcode benötigt. Und in manchen Fällen ist 
Festkommaarithmetik schneller als Gleitkommaarithmetik, nicht jedoch bei 
meinem Taschenrechner-Beispiel.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
In so einem Fall macht das Sinn, aber bei einem Frequenzzähler, bei dem 
schon die 5. Stelle hinter dem Komma mehr von der Luftfeuchtigkeit, 
Betriebsspanung usw. als von der Frequenz abhängt, ist eine 32kByte 
große Fließkomma wohl ein wenig fehl am Platz...

Autor: Florian K. (makrocontroller)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die 32 KB Fließkomma-Bib ist meiner Meinung nur dann fehl am Platz, wenn 
man sich wegen ihrer Größe in anderer Hinsicht einschränken muss, um die 
Anwendung noch in den Speicher zu bringen, oder wenn die Geschwindigkeit 
zu gering ist. Bei einem ATMega32 kann das schon mal vorkommen. Bei 
einem ATMega644 gibt es schon mehr Spielraum, und der ist auch nicht 
besonders teuer. Wenn man einen "ganzen" ATMega nur für einen 
Frequenzzähler verwendet, ist es auch egal, ob 5 % oder 99 % des Flashs 
voll sind.

Viele der heutigen µC sind mindestens so leistungsfähig wie der gute 
alte C64 (wenn man mal von der geringen SRAM-Größe absieht). Und im C64 
gab es nicht umsonst 5 Byte große Fließkommazahlen. Der Arithmetik-Code 
passte jedoch zusammen mit einem BASIC-Interpreter in 8 KByte ROM 
hinein. Zugegeben, meine Gleitkomma-Bib ist kaum optimiert, und man 
könnte die Codegröße und die Ausführungsgeschwindigkeit verbessern, wenn 
man nicht beliebige Mantisselängen unterstützen würde.

Autor: Gast (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Benedikt

>aber bei einem Frequenzzähler, bei dem
>schon die 5. Stelle hinter dem Komma mehr von der Luftfeuchtigkeit,
>Betriebsspanung usw. als von der Frequenz abhängt,

Das ist eine Unterstellung; es gibt hier sehrwohl Leute, die präzise 
Meßeinrichtungen entwickeln und bedienen können.


Da macht sich einer mal die Mühe, die Rechengenauigkeit für float zu 
erhöhen und wird gleich wieder von Bastlern angemacht, Festkomma zu 
verwenden. Und das soll dann auch noch klever sein.
Sicherlich haben diese Experten fertige Routinen in der Schublade, wie 
man mit Festkomma GPS-Koordinaten verrechnet. Viel Spatz!

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Bob Pease hat mal nachgewiesen, dass Taschenrechner nicht mehr als 13 
Dezimalstellen haben können, da dann das natürliche Rauschen die 
Auflösung begrenzt:
http://electronicdesign.com/Articles/Index.cfm?Art...
What's All This Calculator Stuff, Anyhow? April 2, 1992

man beachte allerdings das Datum und den letzten Satz

Autor: Stefan Wimmer (wswbln)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
LOL - herrlich!

Autor: Gast (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>>Da ich bei der Suche nach einer kostenlosen Gleitkommabibliothek mit
>>echten 64 Bit double Zahlen erfolglos war (für 8 Bit AVR Prozessoren),

Gibts hier

Beitrag "64 Bit float Emulator in C, IEEE754 compatibel"

Autor: Florian K. (makrocontroller)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich habe in der Funktion real::optimal_decimal_representation() meiner 
Gleitkomma-Bibliothek einen "unsauberen" Code gefunden und korrigiert. 
Er führte zwar nicht direkt zu einem Fehler, hing aber in unschöner 
Weise von einem speziellen Verhalten der Funktion real::to_decimalExp() 
ab.

Die IEEE754-Gleitkomma-Bib. von Detlef_a ist ja kompakter und wohl für 
einen µC besser geeignet. Ich habe sie um sqrt, exp, log, sin, cos, tan, 
arcsin, arccos, arctan sowie um Dezimal-float64-Konvertierung und 
umgekehrt erweitert (siehe den obigen Link). Dies führt allerdings auch 
zu größerem Speicherverbrauch.

Autor: Jona (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hi.

Habe mir auch mal die Codes runtergeladen, weil die Festkommaarithetik 
bei mir nicht funzt. Also deinen Versuchsaufbau finde ich am 
schärfsten!!! Nun weiß ich was "On the Fly" aufgebaut heißt ;-).

Trotzdem vielen Dank für den Code!

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.