VHDL sfixed解码代码不能正常工作答案

【问题标题】：VDHL sfixed decoding code does not work properlyVHDL sfixed解码代码不能正常工作
【发布时间】：2017-08-09 16:44:03
【问题描述】：

我正在使用 David bishop 的定点库 在 vhdl 中进行一些数学运算。我需要将最终值解码为整数。我遵循的方法如下，我确实得到了小数部分的精细值，但十进制值不正确。我还找不到问题。在小数部分第 1 两位数是错误的。 xx8374.839923 xx 数字总是错误的。

当我执行此操作时，我得到 274334.738295 for 174334.738295

在建筑内部，在进程内部我确实声明了这些变量，

variable  cp : sfixed(20 downto -19);
variable mod10 : sfixed(4 downto 0);
variable div10 : sfixed(4 downto 0);

variable L0 : sfixed(4 downto 0);
variable L1 : sfixed(4 downto -4);
variable L2 : sfixed(4 downto -8);
variable L3 : sfixed(4 downto -12);
variable L4 : sfixed(4 downto -16);
variable L5 : sfixed(4 downto -20);
variable L6 : sfixed(4 downto -24); 

variable    temp_L  : sfixed(19 downto 0);
variable    temp_L1 : sfixed(20 downto -4);
variable    temp_L2 : sfixed(21 downto -8);
variable    temp_L3 : sfixed(22 downto -12);
variable    temp_L4 : sfixed(23 downto -16);
variable    temp_L5 : sfixed(24 downto -20);
variable    temp_L6 : sfixed(25 downto -24);

开始后，我需要在 sfixed 中解码 174334.738295，因为有时我会得到负数。这个数字被另一个计算代替，这里没有提供，如果这个数字是174334.738295（sfixed）那么我需要解码这个数字，

cp      :=  to_sfixed(174334.738295,20,-19);
temp_L  := cp(19 downto 0); -- remove sign bit

mod10   :=to_sfixed(10,4,0) ;                 
div10   :=to_sfixed(10,4,0) ;

L0      := temp_L mod mod10;
temp_L1 := temp_L/div10;
L1      := temp_L1 mod mod10;
temp_L2 := temp_L1/div10;
L2      := temp_L2 mod mod10;
temp_L3 := temp_L2/div10;
L3      := temp_L3 mod mod10;  
temp_L4 := temp_L3/div10;
L4      := temp_L4 mod mod10;               
temp_L5 := temp_L4/div10;
L5      := temp_L5 mod mod10;
temp_L6 := temp_L5/div10;
L6      := temp_L6 mod mod10;

L6 为第 1 位，L5 为第 2 位。

【问题讨论】：

我不知道负索引是可能的。不过，我不会使用它们。
@Oron Port 请参考 David Bishop 的定点库手册！
定点和浮点库是开源的，存储在 GitHub：github.com/fphdl/fphdl。您可以在那里打开一个问题并寻求更详细的帮助。您还应该将当前副本与最新版本进行比较。顺便说一下，这是将与 VHDL-2017 一起发布的版本。
@Paebbels 所以你没有看到代码有任何问题？
您的代码有问题。这不是MCVE，您没有展示“xx8374.839923”是如何产生的，并且需要进行一些编码来测试它（实体、体系结构和进程或进程和子程序）。使用 to_integer[sfixed return integer] 需要进行舍入（并且您没有说明 fixed_pkg 来自哪里，也不是舍入模式）。 mod10 和 div10 也没有声明为变量，您的代码需要修改才能分析。不使用四舍五入和 sfixed to_integer 为整数部分给出 174334。提供一个复制您的结果的 MCVE。

标签： vhdl fpga fixed-point intel-fpga

【解决方案1】：

使用 div10、mod10 的修复程序修改您的原始代码（使用下划线保留声明）并生成 MCVE：

library ieee;
use ieee.fixed_pkg.all;

entity iopertyki is
end entity;

architecture fum of iopertyki is
begin
    process
        variable  cp:       sfixed(20 downto -19);
        variable mod_10:    sfixed(4 downto 0);
        variable div_10:    sfixed(4 downto 0);
        variable mul_10:    sfixed(4 downto 0); 

        variable L0:        sfixed(4 downto 0);
        variable L1:        sfixed(4 downto -4);
        variable L2:        sfixed(4 downto -8);
        variable L3:        sfixed(4 downto -12);
        variable L4:        sfixed(4 downto -16);
        variable L5:        sfixed(4 downto -20);
        variable L6:        sfixed(4 downto -24); 

        variable temp_L:    sfixed(19 downto 0);
        variable temp_L1:   sfixed(20 downto -4);
        variable temp_L2:   sfixed(21 downto -8);
        variable temp_L3:   sfixed(22 downto -12);
        variable temp_L4:   sfixed(23 downto -16);
        variable temp_L5:   sfixed(24 downto -20);
        variable temp_L6:   sfixed(25 downto -24);
    begin
        cp    :=  to_sfixed(174334.738295,20,-19);
        report "cp = " & to_string(cp);
        temp_L      := cp(19 downto 0); -- remove sign bit
        report "temp_L = " & to_string(temp_L);
        report "integer'image temp_L = " & integer'image(to_integer(temp_L));
        mod_10 := to_sfixed(10,4,0);                 
        div_10 := to_sfixed(10,4,0);
        mul_10 := to_sfixed(10,4,0);

        L0          := temp_L mod mod_10;
        temp_L1     := temp_L/div_10;
        L1          := temp_L1 mod mod_10;
        temp_L2     := temp_L1/div_10;
        L2          := temp_L2 mod mod_10;
        temp_L3     := temp_L2/div_10;
        L3          := temp_L3 mod mod_10; 
        temp_L4     := temp_L3/div_10;
        L4          := temp_L4 mod mod_10;              
        temp_L5     := temp_L4/div_10;
        L5          := temp_L5 mod mod_10;
        temp_L6     := temp_L5/div_10;
        L6          := temp_L6 mod mod_10; 
        -- xx8374.839923 ? 
        report " result   = " & integer'image(to_integer(L6)) &
                              integer'image(to_integer(L5)) &
                              integer'image(to_integer(L4)) &
                              integer'image(to_integer(L3)) &
                              integer'image(to_integer(L2)) &
                              integer'image(to_integer(L1)) &
                              integer'image(to_integer(L0));

        report " no round = " & integer'image(to_integer(L6(4 downto 0))) &
                              integer'image(to_integer(L5(4 downto 0))) &
                              integer'image(to_integer(L4(4 downto 0))) &
                              integer'image(to_integer(L3(4 downto 0))) &
                              integer'image(to_integer(L2(4 downto 0))) &
                              integer'image(to_integer(L1(4 downto 0))) &
                              integer'image(to_integer(L0(4 downto 0)));
        wait;
    end process;
end architecture;

这会产生整数部分结果（您没有在问题中展示您是如何做到这一点的，而是使用新结果：

...为 174334.738295 获取 274334.738295

您可以证明 to_integer 舍入导致 L5 为 2 而不是 1：

ghdl -a --std=08 iopertyki.vhdl
ghdl -e --std=08 iopertyki
ghdl -r iopertyki

iopertyki.vhdl:91:9:@0ms:(report note): cp = 000101010100011111110.1011110100000000111
iopertyki.vhdl:93:9:@0ms:(report note): temp_L = 00101010100011111110.0
iopertyki.vhdl:94:9:@0ms:(report note): integer'image temp_L = 174334
iopertyki.vhdl:113:9:@0ms:(report note):  result   = 0274334
iopertyki.vhdl:121:9:@0ms:(report note):  no round = 0174334

所以所有这些都告诉你只使用 L6 - L1 的整数部分，所以没有四舍五入。（在您评论过的 David Bishop 的用户指南中，有关于如何裁剪 sfixed 或 ufixed 值的提示）。

您可能会注意到，剪切带固定值的值会受到符号偏差的影响，并且您需要更改所有恢复的十进制数字的符号或使用带符号的幅度（您的数字计算可能是 ufixed）与符号转发给负数的结果。几十年的数学可能很麻烦。

使用ghdl时的细化和模拟注意事项

ghdl 有三种代码生成架构，使用 GCC 后端、LLVM 后端和 mcode 即时代码生成器。

来自Invoking GHDL 上最新的GHDL Documentation 部分的运行命令：

run -r

运行/模拟设计。选项和参数与 for 相同细化命令。

GGC/LLVM：简单地说，可执行文件的文件名被确定并被执行。选项被忽略。也可以直接执行该程序。可执行文件必须在当前目录中。

mcode：详细设计并启动仿真。因此，您必须使用分析期间使用的相同选项。

在诸如为 Win32 分发的 mcode 版本中，-e 详细命令是多余的，运行命令 (-r) 必须包含与分析命令 (-a) 相同的选项。

对于 ghdl 的 GCC/LLVM 后端代码生成器版本，详细 (-e) 命令必须与分析命令 (-a) 具有相同的选项。对于--std=08，使用了不同的工作库，如果没有单独指定库目录，则任何没有 std 选项或具有不同 STD 值的目标文件都将被覆盖。

mcode 版本没有目标文件。分析的对象仅存在于 ghdl 程序的内存中，随后使用 run (-r) 命令将其详细说明为仿真设计模型。

不指定版本或发布ghdl 用户只能依赖 ghdl 文档。

您还可以注意到ghdl-0.34 已在最后一天发布，并且提供了 Win32 二进制映像 (mcode) 和 64 位二进制映像 (llvm)（它们的名称包括“mingw”）。

【讨论】：

你能告诉我你用的是什么模拟器吗？
如何将定点包包含到ghdl？我收到错误，在库“work”中找不到主要单元“fixed_pkg”
library ieee; use ieee.fixed_pkg.all; 带有命令行选项以使用 IEEE Std 1076-2008，例如ghdl -a --std=08。如示例所示。正如最近的问题所示，ghdl 标记选项（例如 --std=08）位于命令 (-a) 之后。

【解决方案2】：

您的除法应该是整数除法；它们不是（定点除法）。而且我什至无法想象模数运算符在应用于非整数（定点）参数时应该返回什么。无论如何，这个定点表示很简单，所以，如果你只想要一个正定点数的整数部分的数字，你可以先将它转换为自然，然后计算数字：

library ieee;
use ieee.numeric_std.all;
use ieee.std_logic_1164.all;
...
variable n: natural;
subtype digit is natural range 0 to 9;
type digit_vector is array(natural range <>) of digits;
variable digits: digit_vector(5 downto 0);
...
n := to_integer(u_unsigned(cp(20 downto 0)));
for i in 0 to 5 loop
  digits(i) := n mod 10;
  n := n / 10;
end loop;

或者，如果您只是想打印cp 的十进制表示：

use std.textio.all;
...
variable l: line;
...
write(l, to_integer(u_unsigned(cp(20 downto 0)));
writeline(output, n);

或者，更简单的是，使用库本身的write 过程：

variable tmp: sfixed(20 downto 0);
...
tmp := cp(20 downto 0);
write(l, tmp);
writeline(output, l);

【讨论】：

我需要为 sfixed 变量执行此操作。
我明白这一点，在我的代码中cp 仍然是sfixed。
@Renaud Pacalet to_unsigned 不能与 sifxed 一起使用吗？错误（10381）：索引名称返回的值的类型与目标表达式的类型“UNRESOLVED_ufixed”不匹配
我没有使用to_unsigned，我使用的是u_unsigned（隐式转换函数）。您显示的错误是由于to_unsigned 还是u_unsigned？
刚刚注意到，u_unsigned 是什么？这是来自大卫毕晓普的定点库吗？错误（10482）：对象“u_unsigned”已使用但未声明