推荐星级：
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
多媒体MMX指令在工业控制中的应用
资料介绍
简单介绍了多媒体MMX指令可以高效率进行矢量和矩阵运算的特点,以工业控制中的静态解耦控制为例,对MMX技术的使用作了说明,并实现了核心程序.
部分文件列表
| 文件名 | 大小 |
| 多媒体MMX指令在工业控制中的应用.pdf | 48K |
部分页面预览
（完整内容请下载后查看）第 卷第 期
&& !!
计算机应用
bC5*&&>EC*!!
ECD* >&""&
年 月
&""& !!
9C8B734K 0BB56RO36C2J
文章编号：
（
）
!""! # $"%! &""& !! # "!&’ # "&
多媒体
指令在工业控制中的应用
(()
，
! &
!
!
许 毅 ，冯 山 ，朱大勇
（ 中国科学院 成都计算机应用研究所，四川 成都
!*
；
+!"",!
四川师范大学 数学与软件学院，四川 成都
）
&*
+!""++
摘 要：简单介绍了多媒体
指令可以高效率进行矢量和矩阵运算的特点，以工业控制中的
(()
静态解耦控制为例，对
技术的使用作了说明，并实现了核心程序。
(()
关键词： ；单指令多数据；工业控制；静态解耦
(()
中图分类号：
-.&/,
文献标识码：
0
色，也是在工业控制中最为有用的指令：
技术简介
! (()
.(0<<=< 88>88? 8+,
在工业控制中，特别是多参数控制中，需要大量的矩阵运
算，而 指令集在矩阵运算方面功能十分强大，在工业控
为 个
%
位寄存器之一， 为一个 位的存
8+, +,
88
贮器。
(()+,
(()
制中使用该指令集进行编程，可以大大提高系统的实时性，从
而提高系统的性能。
该指令为紧缩字乘加指令，其操作如图 所示。先将源
!
操作数的 个有符号紧缩字与目标操作数的 个有符号紧缩
, ,
是美国
公司为提高 处理器的多媒体功能与
10
(()
12345
字相乘，得到 个双字。然后将前 位和后 位分别相加，
, @& @&
通信能力而推出的，它在传统的
中增加了 个
%
.423678 9.:
+,
将结果写入目标操作数。
位寄存器和 条新指令，使得通常需要借助专用硬件或通用
’/
数字信号处理器才能完成的复杂实时信号处理工作可能在通
用 平台上用软件方法实现。
10
技术的基本特点
!*! (()
技术定义了新的
位数据类型———紧缩定点整
(()
+,
数，共有四种：紧缩字节、紧缩字、紧缩双字和 字。
,
指令采用
技术可以并行地对这些紧缩的数据
(()
;1(<
值进行操作，即一条指令处理多个数据，从而加速了软件的运
行速度。
图
!
容易看出，这条指令对于向量点积、矩阵乘法、
AA-
和
技术在
中新增加了 个
%
位通用寄存器，这
(()
9.:
+,
等算法都是至关重要而且十分有效的。在工业控制中，
<9-
些寄存器以浮点寄存器为别名，没有增加新的寄存器或状态
大量用到了系统传递矩阵等方法，需要大量的矢量和矩阵运
算，因此，该指令在工业控制系统中的应用有很大实用意义。
来支持
技术，存储或恢复浮点状态的浮点指令同样适用
(()
于
状态，因此保留了与现行操作系统和应用程序的完全
(()
兼容性，使用
指令的程序可以在常规的操作系统中运
(()
指令在工业控制中的应用
& (()
行，这对该指令集在工业控制中的应用很有利。
我们将针对工业控制中的静态解耦控制来说明
令在工业控制中的应用。
指
扩展指令集介绍
(()
!*& (()
扩展指令集共有 条指令，这里介绍一个最具特
’/
(()
收稿日期：
（修改稿）
&""& # "’ # &/
作者简介：许毅（
），男，四川新都人，博士研究生，主要研究方向：人工智能、面向对象技术、软件工程和系统集成； 冯山（
），男，四
），男，四川茂县人，博士研究生，主要研究方向：人
!$/& #
!$+/ #
川涪陵人，副教授，博士研究生，主要研究方向：人工智能、软件工程和系统集成； 朱大勇（
!$/’ #
工智能、软件工程
*
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
G H
当用户需要调用这些零件，只需进入这个
系统，这
8 B;43* (CD4E4F3
—
I
90<
JCK31< LL I
样不仅使用方便，而且使设计人员能把更多的精力投入到技
术方案创新上，大大提高了设计效率。
参考文献
M
G H
I
8
B;43* (CD4A6KJ3
—
N654J2O84 P 8 B;43* 8 A654EO84I
— —
Q6K4R3 P 8 B;43* 8 SCRO36C2I
— —
X Y
!
X Y
.OKO843K6R -4RV2C5CZ[ 9CKBCKO36C2* .KC? -WWS\1- :J4K]J ^76Q4 _ *
G G H
T1E;-0E9U K4J753 P ;V455UF4R734 E:SS> E:SS> - N654J2O84 >
—
&""!*
G H H
E:SS> - Q6K4R3 > ;= ;TW= I
—
—
X
Y
X Y
( *
技术内幕
北京 清华大学出版
&
\K7Z562J‘6 <* a* b6J7O5 9 LL
c
G H
8 B万;43方* 95数CJ4据
I
—
M
社
>!$$$*
计算机应用
年
!&&!
#!)
?7@ A1B<%#
?7@ A2B<%!
?7@ ACB<%8
静态解耦控制的概念
在多变量控制系统中，控制变量与被控变量、被控变量之
!"#
间相互关联、相互耦合和相互影响的多变量控制系统，是比较
典型的一种。对于这种多变量系统，目前一般采用补偿装置
来消除相互之间的关联，使其中任一控制变量的动作只影响
其相应的被控变量，这就是解耦控制。目前应用较多的是对
角矩阵综合法。
计算
3
$
!
&
E
?7@D ??#<& A1B
F
将系数阵前 个元素置入
-
3
??G
E
F
乘加运算
拷贝数据
%?1CCHC ??G<& A2B
?7@D ??&<??#
%58GD ??&<’!
3
3
数据右移 位 将图 中
’!
移到低
位
3
<
!
I++6:J6
’!
裂解炉的静态解耦控制
!"!
%1CCC ??#<??&
本文将使用一个裂解炉温度控制系统来具体说明：该裂
解炉有四个出口紧靠着的进料管，改变进料管阀门的开度可
以控制出口的温度。出口温度要求保持恒定。由于进料管排
列紧凑，相互之间的干扰较大，一组进料管的温度变化会引起
相邻进料管温度的明显变化。一般的单回路控制不能使四个
出口温度一致，因此决定采用静态解耦控制。
紧缩双字代环绕加 得到结果保存在
低
??# ’!
位
3
<
E F
?7@C & ACB <??#
保存结果
3
计算
3
3
3
$ <
#
$
!
!
!
=
>
略
计算
$
!
’
E
?7@D ??#<!- A1B
F
将系数阵最后 个元素置入
-
3
??#
E
F
乘加运算
拷贝数据
%?1CCHC ??#<& A2B
?7@D ??&<??#
%58GD ??&<’!
3
经过大量实验，并经一定的近似，发现温度变化
与阀
$
!
3
门的开度变化
存在如下关系：
%
!
数据右移 位 将图 中
’!
移到低
低
位
位
3
<
!
I++6:J6
’!
!
$
!
!
&
#
!
’
&
#
!
’
’
#
&
&
#
’
#
&
&
#
’
#
&
&
#
’
%1CCC ??#<??&
!
!
$
!
（ ）
#
紧缩双字代环绕加 得到结果保存在
&##()
3
<
??# ’!
"
!
!
$
!
E F
?7@C #! ACB <??#
保存结果
3
!
!
$
!
A??5
将浮点标志位
=
>
=
置空 全
>
# <
以便可以进行浮点运算
由（ ）式可以得到工业上常用的三比一规律：如果一个调
#
3
K$ 91J
该程序运行后结果保存在 指向的内存中，只需再用常
%8
节阀开度变化引起该管出口温度变化
度将发生
，则相邻管出口温
’*+
规方法分别乘以 即可求得各 。
%
!
的变化，而间隔管的变化可以忽略。
#*+
"
根据（ ）式的系数矩阵作关联矩阵，解耦控制的方程就
#
讨论
’
是：
实现矢量点乘的峰值速率是每时钟周期执行 次
!
../
$
!
!
!
&
#
!
’
&
#
!
’
!#
,
’
#
%
%
乘加操作，而浮点指令的峰值速率是每 个时钟周期执行
’
#
$
!
!
!
,
!-
(
%
’
%
（ ）
!
"
"
次乘加操作，因此，最大加速可达到 倍。本文所用的例子较
)
$
!
’
(
!-
,
%
!
!
%
为简单，当数据量扩大时，性能提高是明显的。
#
’
,
%
!#
%
$
!
!
!
该程序不对输入数据进行对齐操作，因此输入矢量都应
是现场设定的常数。计算机只需存放（ ）式的系数矩
!
"
事先对齐，以防降低性能。
指令对同时处理的数据数目
../
阵和 ，即可根据出口温度的变化对阀门的开度进行调节。
"
有要求，对 位的字来说，可以同时处理 个，如果输入数据
#) -
使用
指令实现裂解炉的静态解耦控制
!"’
../
不是 的倍数时，可以用 填充。同时由于
中的乘加指
-
&
../
（ ）式所示的
!
的矩阵与
的矩阵乘法可以看成
- 0 -
- 0 #
-
令只能输入带符号字，因此输入范围有限，必然限制了使用范
个矢量点积。并且由（ ）式可以发现，该运算为有符号整数运
!
围。最新的
指令提供了
和
LA;9:M? NNN LA;9:M? -
处理器的
指令和
算，可以使用
指令实现矢量点积。此处以矢量（ ， ，
1# 1!
OOP
OOP!
../
， ）和（ ， ， ， ）的矢量点积说明，第一步如图 所示，
1’ 1- 2# 2! 2’ 2- #
位的寄存器，可以同时处理 个单精度浮点
-
#!,
第二步如图 所示。由图 可以看出，最后结果中该
位
!
!
)-
数，而
的
OOP! #!,
位寄存器还可以处理整数，即其整数处理
寄存器的低 位即为点积的结果。
’!
../
能力是
指令集的两倍，可大大提高运行速度。
参考文献
../
E
F
#
N;9AG +78%7819:7;" N;9AG I8Q6:9AQ9M8A ../$. $AQ6;7G7JR T5
E F
.1;M1G U < .18Q6 #(()"
E
F
!
N;9AG +78%7819:7;" N;9AG I8Q6:9AQ9M8A ../$. $AQ6;7G7JR L87J81??A8T5
E F
.1;M1G U < .18Q6 #(()"
E F
’
.:Q8757V9 +78%7819:7;" .:Q8757V9 W:5M1G + XX L87QA5578 L1QY ZAGA15A
E
F
U <!&&&"
E
E
E
F
F
F
-
^
)
[:G2A89 P" [" $6A SAQ7M%G:;J 7V .MG9:@18:12GA OR59A? 2R O919A KAAC21QY
图
E F = >
\ < ONI. \" 7; +7;987G< #()(<] # "
!
E F
. "
李训经 孙莱祥 陈有根 等 计算机应用中的控制理论
上
<
<
<
"
该解耦控制的源程序核心部分如下：
海 复旦大学出版社
4
< #(,]"
= >
!
指向
指向
式中系数矩阵
3 %#4 56789 :;9
<
!
E
F
. "
吴乐南
平台新技术
———开发编程指南
../
南京 东
" L+
4
= >
!
式中温度变化矩阵
3 %!4 56789 :;9
<
!
万方指数向据运算结果
南大学出版社
<#((]"
3 %8 4 :;9
<
!
更多>>
最新上传
- 打赏
- 30日榜单
-
21ic小能手 打赏10.00元 3天前
资料：四层无人机飞控打板文件
-
21ic小能手 打赏5.00元 3天前
资料：AD通用3D封装库
-
21ic小能手 打赏5.00元 3天前
资料：DeepSeek使用教程
-
21ic小能手 打赏5.00元 3天前
-
21ic小能手 打赏10.00元 3天前
-
21ic小能手 打赏10.00元 3天前
-
21ic小能手 打赏20.00元 3天前
-
21ic小能手 打赏10.00元 3天前
-
21ic小能手 打赏15.00元 3天前
-
sd-hyc 打赏1.00元 3天前
资料：神州易刻2024最新版
-
柏涵 打赏1.00元 3天前
-
21ic下载 打赏310.00元 3天前
用户：jh0355
-
21ic下载 打赏310.00元 3天前
用户：w178191520
-
21ic下载 打赏210.00元 3天前
用户：gsy幸运
-
21ic下载 打赏210.00元 3天前
用户：zhengdai
-
21ic下载 打赏210.00元 3天前
用户：jh03551
-
21ic下载 打赏110.00元 3天前
用户：liqiang9090
-
21ic下载 打赏60.00元 3天前
用户：sun2152
-
21ic下载 打赏60.00元 3天前
用户：xuzhen1
-
21ic下载 打赏80.00元 3天前
用户：xzxbybd
-
21ic下载 打赏25.00元 3天前
用户：WK520077778
-
21ic下载 打赏20.00元 3天前
用户：w1966891335
-
21ic下载 打赏20.00元 3天前
用户：铁蛋锅
-
21ic下载 打赏20.00元 3天前
用户：玉落彼岸
-
21ic下载 打赏15.00元 3天前
用户：kk1957135547
-
21ic下载 打赏10.00元 3天前
用户：zpf22332
-
21ic下载 打赏5.00元 3天前
用户：pangpidan
-
21ic下载 打赏5.00元 3天前
用户：hpxny
-
21ic下载 打赏5.00元 3天前
用户：pandq2009
-
21ic下载 打赏5.00元 3天前
用户：tomp
-
21ic下载 打赏310.00元 3天前
用户：小猫做电路
-
21ic子站宣传员 打赏15.00元 3天前
-
106982800 打赏1.00元 3天前
-
llyy232008 打赏3.00元 3天前
-
21ic小能手 打赏15.00元 3天前
-
21ic小能手 打赏10.00元 3天前
-
21ic小能手 打赏5.00元 3天前
-
21ic小能手 打赏5.00元 3天前
资料：温控制冷箱单片机程序
-
21ic小能手 打赏15.00元 3天前
-
21ic小能手 打赏20.00元 3天前
全部评论(0)