[jcxz 235]

В 12.12.2023 в 05:00, tonyk_av сказал:

Можно теперь послушать тех, кто изучал математику ЭВМ, численные методы и знает, как обрабатывать ошибки вычислений FPU?

Как уже выше сказали - не нужно закладываться на обработку ошибок. Нужно их не допускать. А обработка - только для тех ошибок, которые не смогли обнаружить (багов в программе). И только с целью - устранить их в дальнейшем, чтобы таких срабатываний не было.

Закладываться на обработку ошибок FPU, это примерно то же самое, что закладываться на срабатывание WDT (из-за ошибок в ПО) как на штатную работу программы.

6 часов назад, tonyk_av сказал:

Странно, что люди выполняют расчёты, но даже не знают, как проверить их достоверность, иначе сразу бы отослали меня к этому РМ.

Видимо "люди выполняющие расчёты" не лепят костыли по вашему методу. Не задумывались?

3 часа назад, tonyk_av сказал:

Такие ситуации невозможно выявить проверками до начала вычислений

Сомнительное утверждение.

3 часа назад, tonyk_av сказал:

Не такая уж и узкая и специфическая. Дело в другом. Если кто-то выполняет вычисления на FPU в задачах управления, то перед выдачей управляющих воздействий он должен проверить достоверность результата хотя бы с точки зрения математики, а то получит NaN и фиганёт его в виде 0xFFFFFFFF на ЦАП.

Для этого проверяются исходные данные на их допустимость. Чтобы не было NaN и пр. Условия возикновения NaN вроде как везде прописаны - в чём проблема проверить эти условия?

[tonyk_av 42]

6 hours ago, jcxz said:

Видимо "люди выполняющие расчёты" не лепят костыли по вашему методу. Не задумывались?

Шедеврально! Я даже в лёгком шоке, ибо не могу сходу ответить на обзывание костылями того, без чего не работает ни одно серьёзное приложение.

Что вы увидите, когда запустите вашу программу под Виндой, в которой есть строчка?

x /= 0;

Не BSoD, а сообщение о недопустимой операции. Не задумывались, откуда оно взялось?

6 hours ago, jcxz said:

Нужно их не допускать. А обработка - только для тех ошибок, которые не смогли обнаружить

Так именно это и делается. Вычислительный алгоритм может быть сложным, да ещё и циклическим, поэтому при одном наборе данных алгоритм может давать нормальное число, а при другом- не число.

6 hours ago, jcxz said:

Условия возникновения NaN вроде как везде прописаны - в чём проблема проверить эти условия?

Посмотрите для начала список исключений, которые могут возбуждать команды FPU. Большинство команд могут возбуждать по несколько исключений в зависимости от значений своих операндов, поэтому общепринятой практикой является отсутствие проверок перед выполнением команд FPU и информирование пользователя в том или ином виде, что при выполнении вычислений произошла ошибка. Вы в своих программах перед каждым сложением или вычитаем проверяете каждый целочисленный операнд да допустимость их значений, гарантирующих, что при сложении/вычитании не произойдёт переполнения? Представляете, во что выливается такая проверка?

 

Ниже пример реализации целочисленного сложения.

Код этого функционального блока:

Spoiler

// В - флаг заёма;
// С - флаг переполнения;
// Z - флаг нулевого результата.

void PLC_base::ADD( void )
{
    if( hasnotPulsFlag ) 
    {
        int16
            a = getValue(),
            b = getValue();
            
        if
        ( 
            ( ( b > 0 ) && ( a > SHRT_MAX - b ) ) ||
            ( ( b < 0 ) && ( a < SHRT_MIN - b ) )
        )
        {
            if( ( a > 0 ) && ( b > 0 ) )
            {
                clearSpecialMarker( 8021 ); // B
                setSpecialMarker( 8022 );   // C
            }
            else
            {
                setSpecialMarker( 8021 );   // B
                clearSpecialMarker( 8022 ); // C
            }
        }
        else
        {
            clearSpecialMarker( 8021 );     // B
            clearSpecialMarker( 8022 );     // C
        }
        
        acc.i16[ 0 ] = a + b;
            
        // Z
        ( acc.i16[ 0 ] == 0 ) ?
            ( setSpecialMarker( 8020 ) ) : ( clearSpecialMarker( 8020 ) );
        
        putValue();
    }
    else
    {
        pc += 6;
    }
}

FPU при работе на аппаратном уровне вычисляет и результат, и флаги, причём делает это очень быстро. Так нафига мне делать туеву хучу проверок, когда FPU просто дёрнет прерывание в случае недопустимых данных? Зачем _программно_ дублировать _аппаратный_ функционал FPU? Не задумывались? Или все люди имбицилы, которые только и занимаются делением на ноль и извлечением корня из отрицательного числа? Меня окружают люди, которые понимают математику, поэтому их программы в процессе вычислений крайне редко делают ошибки, так зачем тратить кучу времени на проверки, существенно замедляющие работу, когда можно в редких случаях обработать прерывание от FPU при ошибке вычислений и установить флаг недостоверности результата вычислений?

[jcxz 235]

27 минут назад, tonyk_av сказал:

Вы в своих программах перед каждым сложением или вычитаем проверяете каждый целочисленный операнд да допустимость их значений, гарантирующих, что при сложении/вычитании не произойдёт переполнения?

Очевидно, что проверять нужно только там, где это необходимо. И да - я проверяю везде где это необходимо. Т.е. - везде где операция может привести к исключению (переполнению, делению на 0 и т.п.). И не вижу никаких проблем сделать это.

Перед каждым это не делать не нужно. Вы в школе когда-нить учились? Если учились, то должны знать, что например если складываете 2 аргумента, про значения которых известно, что они занимают не более N бит каждое, то сумма их займёт не более (N+1) бит. Если перемножаете два значения, то разрядность их произведения не должна превышать суммы разрядности операндов.

Отсюда можно догадаться - когда и где нужно проверять.

 

Вроде очевидные вещи. Не думал, что на этом форуме кто-то может не знать этого.  

 

27 минут назад, tonyk_av сказал:

Представляете, во что выливается такая проверка?

Представляю - в одну команду CMP на каждое сравнение.

27 минут назад, tonyk_av сказал:

так зачем тратить кучу времени на проверки, существенно замедляющие работу, когда можно в редких случаях обработать прерывание от FPU при ошибке вычислений и установить флаг недостоверности результата вычислений?

Зачем городить кучу кода, в котором определять - где именно случилось это прерывание? И где нужно что-то корректировать. В нормальной программе, работающей с математикой, обычно множество математических операций. К тому же часто такие вычисления собраны в модули логические законченные обособленные друг от друга. Часто бывает ещё и с условной компиляцией.

Допустим - есть у меня драйвер или библиотека, функционально законченная, выполняющая какую-то математику. С моим подходом - она легко переносима из проекта в проект, к тому-же - на разные платформы (хоть embedded, хоть win/linux).

А как прикажете переносить ваши костыли в другой проект? Или на другую платформу? А если в том проекте уже реализовали ваш костыльный метод - как будете объединять?

[tonyk_av 42]

9 hours ago, jcxz said:

Зачем городить кучу кода, в котором определять - где именно случилось это прерывание?

А зачем определять где? Как оказалось, достаточно знать, что при вычислениях была ошибка. Выполнение основного потока команд продолжается, пусть и с прерыванием на установку флага ошибки. Так что кода там мизер. Пример в PM0214.

9 hours ago, jcxz said:

С моим подходом - она легко переносима из проекта в проект, к тому-же - на разные платформы (хоть embedded, хоть win/linux).

Здесь STM32, поэтому я просто использую доступный на STM32 функционал. Никого же не смущает, что код работы с UART на STM32 не работает под Виндой.

9 hours ago, jcxz said:

И да - я проверяю везде где это необходимо. Т.е. - везде где операция может привести к исключению (переполнению, делению на 0 и т.п.). И не вижу никаких проблем сделать это.

То есть тупо дублируете функционал FPU. Зачем? Не доверяете FPU? Ведь проще выполнить операцию и посмотреть флаги результата её выполнения, чем городить кучу кода для проверок или вычисление флагов. Пример выше, в функции ADD, где значения флагов B, C, и Z определяются _до_ выполнения операции сложения, хотя если уйти от кросплатформенности, то можно просто копировать в маркеры значения флагов процессора после выполнения сложения, что будет значительно быстрей и потребует значительно меньше кода.

Ещё раз: это нормальный способ. На разных платформах разные механизмы обработки.

Изменено 14 декабря, 2023 пользователем tonyk_av

[amaora 24]

Я тоже не понимаю, что делать в обработчике исключения FPU. Сохранять дамп стека для диагностики и уходить в рестарт?

Чем не устраивает проверка результата на NaN?

[tonyk_av 42]

17 minutes ago, amaora said:

Я тоже не понимаю, что делать в обработчике исключения FPU

Пример в PM0214. Плюс установить для пользователя флаг ошибки вычислений

18 minutes ago, amaora said:

Чем не устраивает проверка результата на NaN?

NaN только пример. У FPU есть ещё исключения.

Ещё раз: смысл обработки исключений FPU в том, чтобы не тратить время на проверки перед выполнением операций, дублируя функционал FPU, а реагировать на ошибки, выявляемые FPU в процессе его работы. Ведь ошибки должны возникать редко, так какой смысл тратить на проверки значений операндов команд времени больше, чем выполняется сама команда?

[jcxz 235]

1 час назад, tonyk_av сказал:

Ещё раз: смысл обработки исключений FPU в том, чтобы не тратить время на проверки перед выполнением операций, дублируя функционал FPU, а реагировать на ошибки, выявляемые FPU в процессе его работы. Ведь ошибки должны возникать редко, так какой смысл тратить на проверки значений операндов команд времени больше, чем выполняется сама команда?

Обычно в серьёзной программе математики бывает много. Она бывает часто размазана по множеству файлов, функций. Эти функции могут вызываться из разных задач ОС и ISR.

В каких-то из этих функций - ошибку можно проигнорить (сбросить), в других - её быть не должно (ошибка - следствие программного бага, который нужно исправить), в третьих - нужно сделать что-то ещё (скорректирорвать операнды например).

Что значит "тратить на проверки значений операндов команд времени больше, чем выполняется сама команда" если предлагаемый вами способ приведёт как раз к увеличению трат? При таком событии, чтобы найти где именно возникла ошибка, и как на неё реагировать, придётся вводить какие-то флажки состояний. По которым ISR FPU сможет понять - где произошла ошибка? К тому же - эти флажки нужно оперативно переключать при переключении задачи ОС и при активации прерывания (в котором тоже могут быть вычисления).

У вас весь вычислительный код будет утыкан переключениями флажков. А также - переключатели контекста задач ОС должны содержать средства для сохранения/восстановления этих флажков в контексте прерванной задачи ОС.

Это породит кучу лишнего кода. При том, что и сам анализ в ISR FPU будет тоже развесистым.

 

[tonyk_av 42]

16 minutes ago, jcxz said:

При таком событии, чтобы найти где именно возникла ошибка,

Искать не нужно, адрес в стэке.

17 minutes ago, jcxz said:

В каких-то из этих функций - ошибку можно проигнорить (сбросить)

Ошибка FPU сбрасывается всегда. Для пользователя выставляется флаг ошибки, с которым он волен делать что хочет.

20 minutes ago, jcxz said:

При таком событии, чтобы найти где именно возникла ошибка, и как на неё реагировать, придётся вводить какие-то флажки состояний

Ессно! В используемой модели данных ПЛК уже есть флаги ошибок вычисления. Мне просто нужно их устанавливать.

21 minutes ago, jcxz said:

По которым ISR FPU сможет понять - где произошла ошибка?

Читаем PM0214. И какая ошибка, и где она возникло- всё известно при входе в обработчик.

23 minutes ago, jcxz said:

эти флажки нужно оперативно переключать при переключении задачи ОС

У каждой задачи свой набор исключений, так что это не проблема.

24 minutes ago, jcxz said:

при активации прерывания (в котором тоже могут быть вычисления)

Ну так сделайте приоритет прерывания FPU выше, чем у прерываний, использующих FPU. В чём проблема?

25 minutes ago, jcxz said:

У вас весь вычислительный код будет утыкан переключениями флажков

Какими переключателями? Нет там никаких переключателей флажков, в этом-то и смысл использования прерывания FPU.

Это же ПЛК, там нет кучи флагов, а есть условное исполнение: загрузил инверсию флага ошибки в LRO и всё. В зависимости от этого флага все команды, зависящие от него или будут, или не будут исполнятся.

 

 

36 minutes ago, jcxz said:

переключатели контекста задач ОС должны содержать средства для сохранения/восстановления этих флажков в контексте прерванной задачи ОС.

Используется FreeRTOS, для которой написана обёртка на С++. При создании задачи ОС в параметрах задачи сохраняется указатель на экземпляра класса задачи, в котором будет флаг ошибки FPU. Думаю, в FreeRTOS API найдётся функция извлечения дескриптора выполняемой задачи.

[jcxz 235]

19 минут назад, tonyk_av сказал:

Искать не нужно, адрес в стэке.

И дальше что? Как этот адрес будете сопоставлять конкретному участку си-кода? Разбивать этот код на кучу мелких функций?

Кроме того: Вот есть какая-то вычислительная функция. Которая может генерить исключение. Вызывается она из кода в котором нужно игнорировать ошибки FPU и из кода в котором их игнорироввать нельзя. В ней происходит прерывание FPU. Как по одному только адресу этой функции определите - нужно сбрасывать или не нужно?

А если та функция вызывает из себя другую функцию?

А если оптимизатор обнаружил общий участок кода в функции, в которой надо игнорить флажок и в функции в которой нельзя игнорить (и вынес их в отдельную функцию, которую он сам создал)? И ошибка случилась именно в этом участке кода: как будете определять - нужно сбрасывать или нет?

19 минут назад, tonyk_av сказал:

Ошибка FPU сбрасывается всегда. Для пользователя выставляется флаг ошибки, с которым он волен делать что хочет.

А ничего, что сбросить её можете и там, где не нужно? Где её быть не должно, а возникла она из-за программного бага?

19 минут назад, tonyk_av сказал:

Какими переключателями? Нет там никаких переключателей флажков, в этом-то и смысл использования прерывания FPU.

Если задача может как выполнять код, в котором надо сбрасывать ошибки так и код в котором их не надо сбрасывать, то надо флажком обозначить место, где нужен сброс.

А значит нужно сохранять/восстанавливать этот флажок при переключении задач в контексте прерванной задачи.

40 минут назад, tonyk_av сказал:

Это же ПЛК, там нет кучи флагов

Кроме кода ПЛК в программе что-ли нет другого кода, использующего FPU?

[tonyk_av 42]

On 12/14/2023 at 5:32 PM, jcxz said:

И дальше что? Как этот адрес будете сопоставлять конкретному участку си-кода? Разбивать этот код на кучу мелких функций?

В этом нет необходимости. Задача ПЛК исполняет байт-код, дескриптор задачи ОС известен, номер шага программы ПЛК, вызвавшего сбой, тоже известен, так что ошибка определяется с точностью до команды ПЛК, что, собственно, и требуется.

 

On 12/14/2023 at 5:32 PM, jcxz said:

А ничего, что сбросить её можете и там, где не нужно?

Код ошибки запоминается в поле задачи.

Spoiler

class Task : protected TaskBase 
{
	...

    public:

        enum FPU_error                  // Флаги ошибок FPU
        {
            NO_ERROR            = 0x00, // нет ошибок;

            INVALID_OPERATION   = 0x01, // неправильный код команды FPU;
            DIVIZION_BY_ZERO    = 0x02, // деление на ноль;
            OVERFLOW            = 0x04, // переполнение вверх;
            UNDERFLOW           = 0x08, // переполнение вниз;
            INEXACT             = 0x10, // потеря точности;
            INPUT_DENORMAL      = 0X80  //  денормализапция числа.
        }
        fpu_error;
	...
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

void
Task::handleFPUerror( Task::FPU_error _error )
{
    if
    ( _error & \
        (
            Task::FPU_error::INVALID_OPERATION  |
            Task::FPU_error::DIVIZION_BY_ZERO   |
            Task::FPU_error::OVERFLOW           |
            Task::FPU_error::UNDERFLOW          |
            Task::FPU_error::INEXACT            |
            Task::FPU_error::INPUT_DENORMAL
        )
    )
    {
        __disable_irq();
        {
            fpu_error = _error;
        }
        __enable_irq();
    }
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

void
FPU_device::IRQ_Handler( void )
{
    volatile uint32
        fpscr_val;

    // Читаем регистр флагов состояния VFP.
    asm volatile( "VMRS %0, FPSCR" : "=r" ( fpscr_val ) );

    // Получаем указатель на класс выполняющейся сейчас задачи.
    Task*
        curr_task = Task::getCurrentTask();

    if( curr_task != 0 )
    {
        curr_task -> handleFPUerror( ( Task::FPU_error )( fpscr_val & 0x9F ) );
    }

    // Сбрасываем все флаги ошибок.
    fpscr_val &= ( uint32 )~0x9F;
    asm volatile("VMSR FPSCR, %0" : : "r" ( fpscr_val ) );

    // Очищаем запрос прерывания.
    IRQ::clearIRQ( FPU_IRQn );
}

 

 

On 12/14/2023 at 5:32 PM, jcxz said:

Кроме кода ПЛК в программе что-ли нет другого кода, использующего FPU?

Пока нет. Я понимаю о чём речь.

Приоритет прерывания от VFP выше, чем у планировщика FreeRTOS, поэтому пока не отработает прерывание VFP, задачи не переключатся. В других прерываниях VFP не используется, но если потребуется, то нужно будет сохранять его контекст при входе в обработчик, но пока при входе в другие обработчики я не делаю даже ленивого сохранения.

Изменено 19 декабря, 2023 пользователем tonyk_av

[jcxz 235]

13 минут назад, tonyk_av сказал:

В других прерываниях VFP не используется, но если потребуется, то нужно будет сохранять его контекст при входе в обработчик, но пока при входе в другие обработчики я не делаю даже ленивого сохранения.

Ну если так, то наверное будет работать.

Но нужно быть аккуратнее с использованием чужого кода (если будете его использовать). Кто его знает - что там в глубинах чужого кода делается? Вдруг там по какой-то ветке операции FPU выполняются... а вы контекст не сохранили... Так можно получить трудноуловимый баг.

Я тоже так раньше делал (отключал ленивое сохранение контекста для экономии стека прерываний), так как использовал FPU только в одной задаче. Но нужно быть уверенным, что знаешь все места, где в твоём коде используется FPU.

[tonyk_av 42]

18 minutes ago, jcxz said:

Но нужно быть аккуратнее с использованием чужого кода

Согласен. Я посмотрел пару использованных библиотек, но там плавающей точки нет.

[amaora 24]

В некоторых случаях видел как компилятор реализовывал примитивный цикл копирования 32-битных слов через 64-битные регистры fpu. Долго ловил жука, не ожидал, что инструкции fpu окажутся в том месте где работы с fp не было ни в каком виде.

[tonyk_av 42]

7 hours ago, amaora said:

В некоторых случаях видел как компилятор реализовывал примитивный цикл копирования 32-битных слов через 64-битные регистры fpu. Долго ловил жука, не ожидал, что инструкции fpu окажутся в том месте где работы с fp не было ни в каком виде.

О как. Возьму на заметку, буду обращать внимание на дизассемблер.

По-моему, такие фишки должны управляться опциями компилятора, разве нет?

[jcxz 235]

7 часов назад, amaora сказал:

В некоторых случаях видел как компилятор реализовывал примитивный цикл копирования 32-битных слов через 64-битные регистры fpu. Долго ловил жука, не ожидал, что инструкции fpu окажутся в том месте где работы с fp не было ни в каком виде.

Согласен. Тоже сталкивался с таким. Даже где-то здесь на форуме писал об этом (можно поискать). Именно после этого я и перестал выключать сохранение контекста FPU.

12 минут назад, tonyk_av сказал:

По-моему, такие фишки должны управляться опциями компилятора, разве нет?

IAR это делает автоматом. Иногда. И отключить это можно только полным запретом использования FPU (насколько помню - к такому выводу пришли в результате обсуждения тут).

10 часов назад, tonyk_av сказал:

Согласен. Я посмотрел пару использованных библиотек, но там плавающей точки нет.

А стандартную библиотеку Вы какую используете? С плавающей точкой или без?  

Использование плавучки может быть малозаметным. И обнаруживаться только в листинге.