Giải mã chập

Lời nói đầu

Trong lĩnh vực truyền thông, các quá trình mã hóa và giải mã được sử dụng

nhiều với các chức năng khác nhau nhằm đảm bảo tính bảo mật, độ tin cậy cao khi

truyền tin. Do đó, việc xây dựng các phương pháp mã hóa, giải mã, việc chọn lựa

các tham số cho bộ tạo mã (encoder) và các bộ giải mã (decoder) là rất quan trọng

trong truyền tin an toàn. Cho đến nay, thông thường các phương pháp mã hóa và

giải mã chỉ được phân tích trên cơ sở phương pháp xử lý tín hiệu truyền thống,

biểu diễn theo thời gian, tần số hay không gian. Tuy vậy, dù được phân tích trên

cơ sở nào, thì việc thiết lập các bộ tạo mã hay giải mã đều được thực hiện dựa vào

các mô hình khối ở bước ban đầu. Hay nói cách khác, việc thiết lập các bộ tạo mã

hay giải mã chính là việc xây dựng một mô hình hệ thống với đầu vào là tin tức,

đầu ra là các từ mã và các biến trạng thái có trong hệ thống. Vì vậy, việc nhìn

nhận mã hóa và giải mã trên quan điểm lý thuyết hệ thống là có cơ sở thực hiện.

Đặc biệt, việc nghiên cứumã sửa sai trên quan điểm lý thuyết hệ thống có tầm

quan trọng đối với việc tìm các mã có khả năng sửa sai tốt, cần ít bit dư thừa, hay

tìm ra các mã mạnh kết hợp với khả năng quan sát, điều khiển đồng thời để tối ưu

hóa quá trình mã hóa và giải mã.

Trong khuôn khổ của môn học, mã chập được sử dụng để phân tích và làm

rõ thêm về việc biểu diễn mã trong không gian trạng thái. Ngoài ra, project còn

biểu diễn một bộ tạo mã và giải mã chập sử dụng phần mềm Matlab2010 nhằm có

cái nhìn rõ hơn về quá trình tạo mã và giải mã. Do hạn chế về thời gian tìm hiểu

nên để tài còn nhiều thiếu sót và kính mong cô chỉ bảo để đề tại được bổ sung

trong thời gian tới.

Mục LụcChương 1.Lý thuyết về mã chập.......................................................................................................3

1.1. Bộ tạo mã chập.............................................................................................................3

1.2. Bộ giải mã chập............................................................................................................5

Chương 2: Mô phỏng bộ mã hóa và giải mã mã chập.....................................................................8

2.1. Mô hình của bộ mã hóa................................................................................................8

2.2. Kết quả mô phỏng......................................................................................................10

Kết luận.............................................................................................................................................12

Tài liệu tham khảo...........................................................................................................................13

Chương 1.Lý thuyết về mã chập

1.1. Bộ tạo mã chập

Mã chập là một loại mã sửa sai được sử dụng trong mã hóa kênh với từ mã

được tạo ra nhờ việc cộng các bit thông tin và các bit có trong các thanh ghi dịch.

Để tạo ra mã chập, ta dùng bộ lập mã chập có nguyên tắc hoạt động dựa vào việc

“chập” dòng bit thông tin đầu vào với đáp ứng xung của bộ tạo mã. Do đó, một

dãy thông tin nhị phân u được chia thành kí tự dk=(dk(0),…..,dk

(k-1)). Các kí tự này

được ánh xạ thông qua bộ tạo mã gồm n bit. Hai tham số quan trọng của một từ

mã chập là tốc độ mã R = k/n và độ dài ràng buộc Kc = M+1 với M là số lượng

các thanh ghi dịch có trong bộ mã (độ dài ràng buộc là thời gian trải rộng của các

bit mà mỗi bít đầu vào ảnh hưởng lên). Hình 1 mô tả một bộ giải mã có tốc độ là

½, độ dài ràng buộc Kc = 3.

Hình 1. Sơ đồ khối và sơ đồ chuyển trạng thái của bộ tạo mã chập

Hình 1 cũng chỉ ra sơ đồ chuyển trạng thái tương ứng với các thanh ghi

dịch phía bên trái.Với các mã chập, việc mô tả bộ tạo mã bằng sơ đồ trạng thái sẽ

thuận lợi hơn. Nếu bộ lập mã có M thanh ghi dịch thì sẽ có 2M trạng thái S(m) với m

= 0,…,2M-1. Mỗi trạng thái được biểu diễn bởi một nút và sử chuyển đổi các trạng

thái được biểu diễn bằng các mũi tên. Trên các mũi tên mô tả bit đầu vào dk tương

ứng với các kí tự đầu ra xk được viết là dk/xk(0)x(1)

k.

Biểu đồ mắt cáo (trellis diagram) trong hình 2 mô tả sự chuyển đổi các

trạng thái theo thời gian. Với mỗi đầu vào dk, biểu đồ mắt cáo sẽ có tất cả các khả

năng dịch chuyển trạng thái có thể xảy ra.

Hình 2. Biểu đồ mắt cáo thể hiện quá trình chuyển trạng thái theo thời gian

Giả sử trạng thái ban đầu của bộ tạo mã là trạng thái S(0). Biểu đồ mắt cáo

có thể được chia thành 3 pha: Với một bản tin có chiều dài là L, sau pha khởi tạo

của M bit được mã hóa dk, sẽ có L – M segment giống hệ nhau. Sau khi bản tin có

chiều dài L được mã hóa hết, thì bộ tạo mã sẽ chuyển về trạng thái ban đầu bằng

cách thêm vào M kí tự. Do đó, chiều dài của từ mã được tăng lên LT = L + M. Kĩ

thuật thêm M kí tự này sẽ làm cải thiện khả năng bị lỗi tại điểm cuối của bản tin

được mã hóa.

Để hiểu rõ hơn về biểu đồ mắt cáo, ta xem xét hình 3. Hình 3 biểu diễn quá

trình tạo từ mã sử dụng biểu đồ mắt cáo với bản tin có độ dài 12 bit với nội dung

d= (0,1,0,1,1,0,0,1,1,1,0,0) và được 24 bit từ mã đầu ra xk

Hình 3. Ví dụ về sử dụng biểu đồ mắt cáo với đầu vào cho trước

1.2. Bộ giải mã chập

Có nhiều phương pháp giải mã chập. Tuy nhiên, trong project này, chúng ta

sẽ đề cập đến thuật toán giải mã chập Viterbi. Lý thuyết chung của thuật toán này

là nhằm tìm ra đường ngắn nhất có trong biểu đồ mắt cáo , đường dẫn đến một

trạng thái S(k) phải là đường ngắn nhất có thể. Thuật toán này có thể được chia

thành hai bước: 1) tính toán giá nhánh (branch metric), giá đường (path metric) và

các bit quyết định. 2) traceback. Trong pha 1, sự sai khác giữa kí tự nhận yk và tất

cả các kí tự khác mà có khả năng nhận được được tính toán. Trong trường hợp

hard decision mà các kí tự chỉ là bit 0 hoặc 1, thì khoảng cách Hamming đươc sử

dụng để tính brach metric. Khoảng cách Hamming sẽ tính số bit sai khác trong kí

tự nhận được với số bit trong các kí tự có khả năng nhận được. Trong ví dụ ở phần

1, khoảng cách Hamming có thể là 0, 1, 2. Kết quả sẽ được lưu trong path

metric.Với mỗi bước k, khoảng cách Hamming cho mỗi trạng thái Sk được tính

toán và được cộng vào path metric của các trạng thái trước đó (k-1). Trong pha

thứ 2, thuật toán Viterbi sẽ dò ngược lại để xác định ra chuỗi kí tự gần nhất. Trạng

thái ban đầu trong pha dò ngược là trạng thái có path metric thấp nhất.

Để hiểu rõ hơn về thuật toán Viterbi. Chúng ta tiếp tục xét ví dụ trong phần

1 với từ mã cuối cùng nhận được yk bị sai khác so với từ mã sau bộ lập mã xk do

quá trình truyền dữ liệu. (Hình 4)

Hình 4. Ví dụ về thuật toán Virterbi

Sau quá trình truyền, yk bị sai khác so với xk tại những bit được tô màu đỏ

như trên hình 4. Bước đầu để giải mã kí tự thu là tạo ra bảng tra LUT mô tả sơ đồ

chuyển trạng thái. Bảng tra này được dùng để tính toán khoảng cách Hamming.

Hình 5. Ma trận chuyển trạng thái

Như trong hình 4, S(0) sẽ chuyển đến 1 trong hai trạng thái là S(0) hoặc S(2)

sau khi nhận kí tự truyền đầu tiên. Do kí tự nhận được y1 = 00, nên kí tự này sẽ

được so sánh với hai kí tự tại hai trạng thái chuyển có thể có là S(0) và S(2). Nếu

S(0)-> S(0) thì khoảng cách Hamming là 0 và nếu chuyển tới S(2) thì khoảng cách

Hamming là 2. Giá trị này sẽ được lưu lại tại các nút tương ứng bên trong mắt

cáo.Giá trị này sẽ được tiếp tục tính toán tại các mắt khác nhau sau mỗi lẫn

chuyển trạng thái và được cộng dồn cả giá trị của trạng thái trước. Tại mỗi trạng

thái, sẽ có những giá trị path metric của các trạng thái trước đó được cộng dồn ,

những giá trị này được so sánh với nhau và giá trị nhỏ hơn sẽ được trọn là path

metric tại thời điểm đó. Nối tất cả các mắt cáo có path metric nhỏ nhất tại từng

thời điểm, ta sẽ có sơ đồ chuyển trạng thái tối ưu nhất. (đường màu đỏ trên Hình

6).

Hình 6. Kết quả thực hiện pha 1 của thuật toán Virterbi

Sau khi kết thúc pha 1, pha 2 sẽ thực hiện việc traceback dựa theo sơ đồ

chuyển trạng thái đã có của pha 1. Để khởi tạo traceback, trạng thái có path metric

nhỏ nhất sẽ được đưa vào một thanh ghi dịch 2 bit, trong ví dụ này là 00. Giá trị

này chính là con trỏ để chọn các bit lựa chọn. Quá trình traceback được mô tả

trong hình 7.

Hình 7. Quá trình Traceback

Tổ hợp các bit được đẩy ra khỏi thanh ghi dịch 2 bit tạo thành bản tin ban

đầu (các bit màu vàng). Từ đó ta kết thúc quá trình giải mã mã chập.

Chương 2:

Mô phỏng bộ mã hóa và giải mã mã chập

Trong chương này, một bộ tạo mã chập và giải mã được xây dựng và mô

phỏng sử dụng công cụ Simulink của Matlab 2010.Đầu tiên, mô hình của bộ mã

hóa được đưa ra.Sau đó; chúng ta thiết lập sơ đồ khối sử dụng các khối trong

Simulink để thực hiện việc mã hóa và giải mã mã chập.Cuối cùng, kết quả mô

phỏng sẽ được đưa ra để kiểm chứng.

2.1. Mô hình của bộ mã hóa

Bộ mã hóa mã chập được mô tả trong hình 8 như sau:

Hình 8. Mô hình bộ mã hóa mã chậpMô hình trên biểu diễn bộ tạo mã có tốc độ code rate = 1/2 (1 đầu vào, 2

đầu ra), có độ dài ràng buộc là Kc = 7 (6 thanh ghi dịch + 1 đầu vào). Về mặt toán

học, bộ mã chập trên được hình thành bởi ma trận đa thức có dạng:

Z4+Z3+Z2+Z+1Z6+Z5+Z 4+Z3+Z+1

Từsơđồ mô hình bộ mã hóa mã chập trên, chúng ta sử dụng công cụ

Simulink của Matlab nhằm xây dựng một bộ mã hóa và giải mã mã chập với mô

hình như trong hình 8 như sau:

Hình 9.Mô hình mã hóa và giải mã mã chập

Trong mô hình trên, quá trình mã hóa và giải mã mã chập được mô tả

thông qua 4 khối.Đầu tiên, tín hiệu bản tin bất kì được tạo ra một cách ngẫu nhiên

thôn qua bộ tạo mã nhị phân Bernoulli. Sau đó, chuỗi bit nhị phân này được đưa

lần lượt vào bộ mã hóa mã chập rồi đưa quá kênh truyền nhị phân với một xác

suất lỗi kênh truyền nhất định và cuối cùng được giải mã qua bộ giải mã sử dụng

thuật toán Virterbi. Bộ mã hóa mã chập được xây dựng bằng việc khai báo các

thông số cho biểu đồ chuyển trạng thái (Trellis structure) được có trong bộ mã hóa

mã chập. Cách khai báo như sau:

Trellis = poly2trellis ([chiều dài ràng buộc], [ hệ số trong đa thức sinh dưới dạng

bát phân])

Hàm Poly2trellis có nhiệm vụ chuyển đổi dạng đa thức sang sơ đồ chuyển

trạng thái của bộ mã hóa. Cấu trúc Trellis bao gồm các trường sau (hình 10).

Field in trellis Structure Dimensions Meaning

numInputSymbols Scalar Number of input symbols to the encoder: 2k

numOutputSymbols Scalar Number of output symbols from the encoder: 2

numStates Scalar Number of states in the encoder

nextStates numStates-by-2k matrix Next states for all combinations of current state and current input

outputs numStates-by-2k matrix Outputs (in octal) for all combinations of current state and current input

Hình 10. Các trường trong cấu trúc Trellis

Trong các trường trên thì chiều dài ràng buộc của mã chập sẽ quy định số

đầu vào mã chập. Nếu số chiều dài ràng buộc là 2 thì số đầu vào mã chập sẽ là 2

và số kí tự đầu vào sẽ là 4…Ngoài ra các hệ số trong đa thức sinh dưới dạng nhị

phân sẽ được biểu diễn dưới dạng bát phân trong cấu trúc Trellis. Vi dụ, với bộ

lập mã trong hình 8 có hai đa thức sinh với các hệ số lập thành dạng nhị phân là

(1 1 1 1 0 0 1) ứng với đầu ra của bit thứ nhất và (1 0 1 1 0 1 1), trong khai báo

Trellis, dạng nhị phân này sẽ được đổi sang dạng bát phân là hai số 171 và 133.

Với bộ mã hóa như trên, cấu trúc trellis sẽ có 27 trạng thái trong bộ mã hóa.

Để hiểu rõ hơn về quá trình mã hóa và giải mã mã chập, kết quả mô phỏng

của bộ mã hóa này sẽ được đưa ra trong phần sau.

2.2. Kết quả mô phỏng

Với mô hình được cho trong hình 9, chúng ta thiết lập các thông số cho

từng khối như sau:

Khối tạo chuỗi bit nhị phân:

- Proballity of a zero: 0.5

- Initial seed: dùng hàm randseed

- Sample time: 0.5

Khối tạo mã chập: thiết lập Trellis poly2trellis ( 7, [171 133])

Khối kênh truyền đối xứng: xét xác suất lỗi: 0.02

Khối giải mã sử dụng thuật toán Virterbi: thiết lấp tương tự khối mã chập

Chọn thời gian mô phỏng từ 0 đến 100 s.

Sau khi đã thiết lập các khối, ta tiến hành mô phỏng và thu đươc kết quả

như trên hình 11

Hình 11. Kết quả mô phỏng

Từ kết quả mô phỏng, ta thấy rằng quá trình mã hóa và giải mã một chuỗi

bit thông tin bất kì đã thành công. Với xác suất lỗi kênh truyền là 2% thì bit thông

tin sau khi giải mã bằng thuật toán Virterbi giữ nguyên được nội dung tin truyền.

Hai chuỗi bit đầu ra

bộ mã chập

Bit thông tin

đầu vào

Chuỗi bit thông tin

sau giải mã

Tín hiệu sau khi đi

qua kênh truyền

Kết luận

Như vậy, quá trình mô phỏng việc mã hóa và giải mã mã chập đã được

thực hiện.Việc thiết lập mã và giải mã đều dựa vào biểu đồ mắt cáo và thuật toán

giải mã Virterbi.Sự tiện lợi của công cụ Simulink trong phần mềm Matlab cho

phép chúng ta có thể xây dựng được bất kì bộ tạo mã chập chỉ bằng cách thay đổi

các tham số trong sơ đồ khối của bộ tạo mã.

Tuy nhiên, project còn nhiều thiếu sót. Đó là chưa nêu ra được vai trò làm

giảm thiểu lỗi kênh truyền của mã chập bằng cách thiết lập mối quan hệ đồ thị

giữa tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR và tỉ lệ lỗi bit BER. Ngoài ra, việc xây dựng bộ

tạo mã chập theo quan điểm lý thuyết hệ thống chưa được thực hiện. Đây là những

hướng cần khắc phục trong thời gian tới của project.

Tài liệu tham khảo

[1] Eric V. York (1997), Algebraic Description and Construction of Error Correcting

Codes: A Linear Systems point of view, Dissertation for the degree of Philosophy

Doctor of the University of Notre Dame, Notre Dame Indiana, USA.

[2] Brian M. Allen, (1999). Linear systems analysis and decoding of convolutional

codes.

[3] www.mathwork.com

PHỤ LỤC CODE/* This code was developed as part of graduate coursework at Embry-

Riddle Aeronautical University

* under the guidance of Dr. Pat Anderson and Dr. Hever Moncayo.

*

* Author: Robert F. Hartley

* Assistant Developers: Francois Hugon, Brian DeRosa, and Christopher

Carvalho

* Support: [email protected]

*

* Oct. 25, 2012

* Version 1.0

*

*/

/*

* File: Arduino_IMU_sfcn.c

*

*

*

* --- THIS FILE GENERATED BY S-FUNCTION BUILDER: 3.0 ---

*

* This file is an S-function produced by the S-Function

* Builder which only recognizes certain fields. Changes made

* outside these fields will be lost the next time the block is

* used to load, edit, and resave this file. This file will be overwritten

* by the S-function Builder block. If you want to edit this file by hand,

* you must change it only in the area defined as:

*

* %%%-SFUNWIZ_defines_Changes_BEGIN

* #define NAME 'replacement text'

* %%% SFUNWIZ_defines_Changes_END

*

* DO NOT change NAME--Change the 'replacement text' only.

*

* For better compatibility with the Simulink Coder, the

* "wrapper" S-function technique is used. This is discussed

* in the Simulink Coder's Manual in the Chapter titled,

* "Wrapper S-functions".

*

* -------------------------------------------------------------------------

* | See matlabroot/simulink/src/sfuntmpl_doc.c for a more detailed

template |

* -------------------------------------------------------------------------

* Created: Thu Aug 9 02:31:58 2012

*

*

*/

#define S_FUNCTION_LEVEL 2

#define S_FUNCTION_NAME Arduino_IMU_sfcn

/

*<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<

<<<<<<<<<<<<<*/

/* %%%-SFUNWIZ_defines_Changes_BEGIN --- EDIT HERE TO _END

*/

#define NUM_INPUTS 7

/* Input Port 0 */

#define IN_PORT_0_NAME p_degs

#define INPUT_0_WIDTH 1

#define INPUT_DIMS_0_COL 1

#define INPUT_0_DTYPE real_T

#define INPUT_0_COMPLEX COMPLEX_NO

#define IN_0_FRAME_BASED FRAME_NO

#define IN_0_BUS_BASED 0

#define IN_0_BUS_NAME

#define IN_0_DIMS 1-D

#define INPUT_0_FEEDTHROUGH 1

#define IN_0_ISSIGNED 1

#define IN_0_WORDLENGTH 8

#define IN_0_FIXPOINTSCALING 1

#define IN_0_FRACTIONLENGTH 3

#define IN_0_BIAS 0

#define IN_0_SLOPE 0.125

/* Input Port 1 */

#define IN_PORT_1_NAME q_degs














#define IN_1_BIAS 0


/* Input Port 2 */

#define IN_PORT_2_NAME r_degs














#define IN_2_BIAS 0


/* Input Port 3 */

#define IN_PORT_3_NAME nx_g














#define IN_3_BIAS 0


/* Input Port 4 */

#define IN_PORT_4_NAME ny_g














#define IN_4_BIAS 0


/* Input Port 5 */

#define IN_PORT_5_NAME nz_g














#define IN_5_BIAS 0


/* Input Port 6 */

#define IN_PORT_6_NAME temp_degC














#define IN_6_BIAS 0


#define NUM_OUTPUTS 7

/* Output Port 0 */

#define OUT_PORT_0_NAME p_degs

#define OUTPUT_0_WIDTH 1

#define OUTPUT_DIMS_0_COL 1

#define OUTPUT_0_DTYPE real_T

#define OUTPUT_0_COMPLEX COMPLEX_NO

#define OUT_0_FRAME_BASED FRAME_NO

#define OUT_0_BUS_BASED 0

#define OUT_0_BUS_NAME

#define OUT_0_DIMS 1-D

#define OUT_0_ISSIGNED 1

#define OUT_0_WORDLENGTH 8

#define OUT_0_FIXPOINTSCALING 1

#define OUT_0_FRACTIONLENGTH 3

#define OUT_0_BIAS 0

#define OUT_0_SLOPE 0.125

/* Output Port 1 */

#define OUT_PORT_1_NAME q_degs















/* Output Port 2 */

#define OUT_PORT_2_NAME r_degs















/* Output Port 3 */

#define OUT_PORT_3_NAME nx_g















/* Output Port 4 */

#define OUT_PORT_4_NAME ny_g















/* Output Port 5 */

#define OUT_PORT_5_NAME nz_g















/* Output Port 6 */

#define OUT_PORT_6_NAME temp_degC















#define NPARAMS 4

/* Parameter 1 */

#define PARAMETER_0_NAME lpf_filt_freq_hz

#define PARAMETER_0_DTYPE uint32_T

#define PARAMETER_0_COMPLEX COMPLEX_NO

/* Parameter 2 */

#define PARAMETER_1_NAME gyro_scale



/* Parameter 3 */

#define PARAMETER_2_NAME accel_scale



/* Parameter 4 */

#define PARAMETER_3_NAME SampleTime

#define PARAMETER_3_DTYPE real_T


#define SAMPLE_TIME_0 SampleTime

#define NUM_DISC_STATES 0

#define DISC_STATES_IC [0]

#define NUM_CONT_STATES 0

#define CONT_STATES_IC [0]

#define SFUNWIZ_GENERATE_TLC 0

#define SOURCEFILES "__SFB__"

#define PANELINDEX 6

#define USE_SIMSTRUCT 0

#define SHOW_COMPILE_STEPS 0

#define CREATE_DEBUG_MEXFILE 0

#define SAVE_CODE_ONLY 1

#define SFUNWIZ_REVISION 3.0

/* %%%-SFUNWIZ_defines_Changes_END --- EDIT HERE TO _BEGIN

*/

/

*<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<

<<<<<<<<<<<<<*/

#include "simstruc.h"

#define PARAM_DEF0(S) ssGetSFcnParam(S, 0)




#define IS_PARAM_DOUBLE(pVal) (mxIsNumeric(pVal) && !

mxIsLogical(pVal) &&\

!mxIsEmpty(pVal) && !mxIsSparse(pVal) && !mxIsComplex(pVal) &&

mxIsDouble(pVal))

/*====================*

* S-function methods *

*====================*/

#define MDL_CHECK_PARAMETERS

#if defined(MDL_CHECK_PARAMETERS) &&

defined(MATLAB_MEX_FILE)

/* Function: mdlCheckParameters

=============================================

* Abstract:

* Validate our parameters to verify they are okay.

*/

static void mdlCheckParameters(SimStruct *S)

{

int paramIndex = 0;

bool validParam = false;

/* All parameters must match the S-function Builder Dialog */

/* {

const mxArray *pVal0 = ssGetSFcnParam(S,0);

if (!IS_PARAM_DOUBLE(pVal0)) {

validParam = true;

paramIndex = 0;

goto EXIT_POINT;

}

}

{



validParam = true;

paramIndex = 1;

goto EXIT_POINT;

}

}

{



validParam = true;

paramIndex = 2;

goto EXIT_POINT;

}

}

*/

{


if (!mxIsDouble(pVal3)) {

ssSetErrorStatus(S,"Sample time parameter SampleTime must be

of type double");

return;

}

}

{



validParam = true;

paramIndex = 3;

goto EXIT_POINT;

}

}

EXIT_POINT:

if (validParam) {

char parameterErrorMsg[1024];

sprintf(parameterErrorMsg, "The data type and or complexity of

parameter %d does not match the "

"information specified in the S-function Builder dialog. "

"For non-double parameters you will need to cast them using

int8, int16, "

"int32, uint8, uint16, uint32 or boolean.", paramIndex + 1);

ssSetErrorStatus(S,parameterErrorMsg);

}

return;

}

#endif /* MDL_CHECK_PARAMETERS */

/* Function: mdlInitializeSizes

===============================================

* Abstract:

* Setup sizes of the various vectors.

*/

static void mdlInitializeSizes(SimStruct *S)

{

DECL_AND_INIT_DIMSINFO(outputDimsInfo);

ssSetNumSFcnParams(S, NPARAMS); /* Number of expected

parameters */

#if defined(MATLAB_MEX_FILE)

if (ssGetNumSFcnParams(S) == ssGetSFcnParamsCount(S)) {

mdlCheckParameters(S);

if (ssGetErrorStatus(S) != NULL) {

return;

}

} else {

return; /* Parameter mismatch will be reported by Simulink */

}

#endif

ssSetNumContStates(S, NUM_CONT_STATES);

ssSetNumDiscStates(S, NUM_DISC_STATES);

if (!ssSetNumInputPorts(S, NUM_INPUTS)) return;

/* Input Port 0 */

ssSetInputPortWidth(S, 0, INPUT_0_WIDTH);

ssSetInputPortDataType(S, 0, SS_DOUBLE);

ssSetInputPortComplexSignal(S, 0, INPUT_0_COMPLEX);

ssSetInputPortDirectFeedThrough(S, 0, INPUT_0_FEEDTHROUGH);

ssSetInputPortRequiredContiguous(S, 0, 1); /*direct input signal

access*/

/* Input Port 1 */






access*/

/* Input Port 2 */






access*/

/* Input Port 3 */






access*/

/* Input Port 4 */






access*/

/* Input Port 5 */






access*/

/* Input Port 6 */






access*/

if (!ssSetNumOutputPorts(S, NUM_OUTPUTS)) return;

/* Output Port 0 */

ssSetOutputPortWidth(S, 0, OUTPUT_0_WIDTH);

ssSetOutputPortDataType(S, 0, SS_DOUBLE);

ssSetOutputPortComplexSignal(S, 0, OUTPUT_0_COMPLEX);

/* Output Port 1 */




/* Output Port 2 */




/* Output Port 3 */




/* Output Port 4 */




/* Output Port 5 */




/* Output Port 6 */




ssSetNumSampleTimes(S, 1);

ssSetNumRWork(S, 0);

ssSetNumIWork(S, 0);

ssSetNumPWork(S, 0);

ssSetNumModes(S, 0);

ssSetNumNonsampledZCs(S, 0);

/* Take care when specifying exception free code - see sfuntmpl_doc.c

*/

ssSetOptions(S, (SS_OPTION_EXCEPTION_FREE_CODE |

SS_OPTION_WORKS_WITH_CODE_REUSE));

}

/* Function: mdlInitializeSampleTimes

=========================================

* Abstract:

* Specifiy the sample time.

*/

static void mdlInitializeSampleTimes(SimStruct *S)

{

ssSetSampleTime(S, 0, *mxGetPr(ssGetSFcnParam(S, 3)));

ssSetOffsetTime(S, 0, 0.0);

}

#define MDL_SET_OUTPUT_PORT_DATA_TYPE

static void mdlSetOutputPortDataType(SimStruct *S, int port, DTypeId

dType)

{

ssSetOutputPortDataType(S, 0, dType);

}

#define MDL_SET_INPUT_PORT_DATA_TYPE

static void mdlSetInputPortDataType(SimStruct *S, int port, DTypeId

dType)

{

ssSetInputPortDataType(S, 0, dType);

}

#define MDL_SET_DEFAULT_PORT_DATA_TYPES

static void mdlSetDefaultPortDataTypes(SimStruct *S)

{



}

/* Function: mdlOutputs

=====================================================

==

*

*/

static void mdlOutputs(SimStruct *S, int_T tid)

{

real_T *p_degs = (real_T *)ssGetOutputPortRealSignal(S,0);

real_T *q_degs = (real_T *)ssGetOutputPortRealSignal(S,1);

real_T *r_degs = (real_T *)ssGetOutputPortRealSignal(S,2);

real_T *nx_g = (real_T *)ssGetOutputPortRealSignal(S,3);

real_T *ny_g = (real_T *)ssGetOutputPortRealSignal(S,4);

real_T *nz_g = (real_T *)ssGetOutputPortRealSignal(S,5);

real_T *temp_degC = (real_T *)ssGetOutputPortRealSignal(S,6);

const int_T p_width0 =

mxGetNumberOfElements(PARAM_DEF0(S));







const uint32_T *lpf_filt_freq_hz = (const uint32_T

*)mxGetData(PARAM_DEF0(S));

const uint32_T *gyro_scale = (const uint32_T


const uint32_T *accel_scale = (const uint32_T


const real_T *SampleTime = (const real_T


const real_T *p_degs_in = (real_T *)ssGetInputPortRealSignal(S,0);

const real_T *q_degs_in = (real_T *)ssGetInputPortRealSignal(S,1);

const real_T *r_degs_in = (real_T *)ssGetInputPortRealSignal(S,2);

const real_T *nx_g_in = (real_T *)ssGetInputPortRealSignal(S,3);

const real_T *ny_g_in = (real_T *)ssGetInputPortRealSignal(S,4);

const real_T *nz_g_in = (real_T *)ssGetInputPortRealSignal(S,5);

const real_T *temp_degC_in = (real_T

*)ssGetInputPortRealSignal(S,6);

p_degs[0] = p_degs_in[0];

q_degs[0] = q_degs_in[0];

r_degs[0] = r_degs_in[0];

nx_g[0] = nx_g_in[0];

ny_g[0] = ny_g_in[0];

nz_g[0] = nz_g_in[0];

temp_degC[0] = temp_degC_in[0];

}

#define MDL_SET_WORK_WIDTHS

#if defined(MDL_SET_WORK_WIDTHS) &&

defined(MATLAB_MEX_FILE)

/* Function: mdlSetWorkWidths

=============================================

* Abstract:

* The optional method, mdlSetWorkWidths is called after input port

* width, output port width, and sample times of the S-function have

* been determined to set any state and work vector sizes which are

* a function of the input, output, and/or sample times.

*

* Run-time parameters are registered in this method using methods

* ssSetNumRunTimeParams, ssSetRunTimeParamInfo, and related

methods.

*/

static void mdlSetWorkWidths(SimStruct *S)

{

/* Set number of run-time parameters */

if (!ssSetNumRunTimeParams(S, 4))

return;

/*

* Register the run-time parameters

*/

ssRegDlgParamAsRunTimeParam(S, 0, 0, "lpf_filt_freq_hz",

ssGetDataTypeId(S, "uint32"));

ssRegDlgParamAsRunTimeParam(S, 1, 1, "gyro_scale",


ssRegDlgParamAsRunTimeParam(S, 2, 2, "accel_scale",


ssRegDlgParamAsRunTimeParam(S, 3, 3, "SampleTime",

ssGetDataTypeId(S, "double"));

}

#endif

/* Function: mdlTerminate

=====================================================

* Abstract:

* In this function, you should perform any actions that are necessary

* at the termination of a simulation. For example, if memory was

* allocated in mdlStart, this is the place to free it.

*/

static void mdlTerminate(SimStruct *S)

{

}

#ifdef MATLAB_MEX_FILE /* Is this file being compiled as a MEX-

file? */

#include "simulink.c" /* MEX-file interface mechanism */

#else

#include "cg_sfun.h" /* Code generation registration function */

#endif

/*FreeRTOS.org V5.0.4 - Copyright (C) 2003-2008 Richard Barry.

This file is part of the FreeRTOS.org distribution.

FreeRTOS.org is free software; you can redistribute it and/or modifyit under the terms of the GNU General Public License as published

bythe Free Software Foundation; either version 2 of the License, or(at your option) any later version.

FreeRTOS.org is distributed in the hope that it will be useful,but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied

warranty ofMERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR

PURPOSE. See theGNU General Public License for more details.

You should have received a copy of the GNU General Public License

along with FreeRTOS.org; if not, write to the Free SoftwareFoundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA 02111-

1307 USA

A special exception to the GPL can be applied should you wish to distribute

a combined work that includes FreeRTOS.org, without being obliged to provide

the source code for any proprietary components. See the licensing section

of http://www.FreeRTOS.org for full details of how and when the exception

can be applied.

*************************************************************************** *************************************************************************** * * * SAVE TIME AND MONEY! We can port FreeRTOS.org to your own hardware, * * and even write all or part of your application on your behalf. * * See http://www.OpenRTOS.com for details of the services we provide to *

* expedite your project. * * * *************************************************************************** ***************************************************************************

Please ensure to read the configuration and relevant port sections of the

online documentation.

http://www.FreeRTOS.org - Documentation, latest information, license and

contact details.

http://www.SafeRTOS.com - A version that is certified for use in safety

critical systems.

http://www.OpenRTOS.com - Commercial support, development, porting,

licensing and training services.*/

/* FreeRTOS.org includes. */#include "FreeRTOS.h"#include "task.h"#include "semphr.h"

/* Compiler includes. */#include <stdlib.h>#include <stdio.h>

/* The task that sends messages to the stdio gatekeeper. Two instances of this task are created. */static void prvPrintTask( void *pvParameters );

/* The gatekeeper task itself. */static void prvStdioGatekeeperTask( void *pvParameters );

/* Define the strings that the tasks and interrupt will print out via the gatekeeper. */static char *pcStringsToPrint[] ={

"Task 1 ****************************************************\r\n",

"Task 2 ----------------------------------------------------\r\n","Message printed from the tick hook interrupt ##############\r\n"

};

/*-----------------------------------------------------------*/

/* Declare a variable of type xQueueHandle. This is used to send messages fromthe print tasks to the gatekeeper task. */xQueueHandle xPrintQueue;

int main( void ){ /* Before a queue is used it must be explicitly created. The queue is created

to hold a maximum of 5 character pointers. */ xPrintQueue = xQueueCreate( 5, sizeof( char * ) );

/* The tasks are going to use a pseudo random delay, seed the random number

generator. */srand( 567 );

/* Check the queue was created successfully. */if( xPrintQueue != NULL ){

/* Create two instances of the tasks that send messages to the gatekeeper.

The index to the string they attempt to write is passed in as the task

parameter (4th parameter to xTaskCreate()). The tasks are created at

different priorities so some pre-emption will occur. */xTaskCreate( prvPrintTask, "Print1", 1000, ( void * ) 0, 1,

NULL );

xTaskCreate( prvPrintTask, "Print2", 1000, ( void * ) 1, 2, NULL );

/* Create the gatekeeper task. This is the only task that is permitted

to access standard out. */xTaskCreate( prvStdioGatekeeperTask, "Gatekeeper", 1000,

NULL, 0, NULL );

/* Start the scheduler so the created tasks start executing. */vTaskStartScheduler();

}

/* If all is well we will never reach here as the scheduler will now be running the tasks. If we do reach here then it is likely that there was insufficient heap memory available for a resource to be created. */

for( ;; );return 0;

}/*-----------------------------------------------------------*/

static void prvStdioGatekeeperTask( void *pvParameters ){char *pcMessageToPrint;

/* This is the only task that is allowed to write to the terminal output.

Any other task wanting to write to the output does not access the terminal

directly, but instead sends the output to this task. As only one task writes to standard out there are no mutual exclusion or serialization

issuesto consider within this task itself. */for( ;; ){

/* Wait for a message to arrive. */xQueueReceive( xPrintQueue, &pcMessageToPrint,

portMAX_DELAY );

/* There is no need to check the return value as the task will block

indefinitely and only run again when a message has arrived. When the

next line is executed there will be a message to be output. */printf( "%s", pcMessageToPrint );fflush( stdout );

/* Now simply go back to wait for the next message. */}

}/*-----------------------------------------------------------*/

void vApplicationTickHook( void ){static int iCount = 0;portBASE_TYPE xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;

/* Print out a message every 200 ticks. The message is not written out

directly, but sent to the gatekeeper task. */iCount++;if( iCount >= 200 ){

/* In this case the last parameter (xHigherPriorityTaskWoken) is not

actually used but must still be supplied. */xQueueSendToFrontFromISR( xPrintQueue,

&( pcStringsToPrint[ 2 ] ), &xHigherPriorityTaskWoken );

/* Reset the count ready to print out the string again in 200 ticks

time. */iCount = 0;

}}/*-----------------------------------------------------------*/

static void prvPrintTask( void *pvParameters ){int iIndexToString;

/* Two instances of this task are created so the index to the string the task

will send to the gatekeeper task is passed in the task parameter. Cast this

to the required type. */

iIndexToString = ( int ) pvParameters;

for( ;; ){

/* Print out the string, not directly but by passing the string to the

gatekeeper task on the queue. The queue is created before the scheduler is

started so will already exist by the time this task executes. A block time

is not specified as there should always be space in the queue. */

xQueueSendToBack( xPrintQueue, &( pcStringsToPrint[ iIndexToString ] ), 0 );

/* Wait a pseudo random time. Note that rand() is not necessarily

re-entrant, but in this case it does not really matter as the code does

not care what value is returned. In a more secure application a version

of rand() that is known to be re-entrant should be used - or calls to

rand() should be protected using a critical section. */vTaskDelay( ( rand() & 0x1FF ) );

}}

Giải mã chập

Documents

Transcript of Giải mã chập