добавление bench_time и рефакторинг генетического алгоритма

This commit is contained in:
2025-10-27 09:39:57 +03:00
parent 5c4c815961
commit 15c0e3755d
294 changed files with 9147 additions and 2935 deletions

258
MyLibs/Inc/bench_time.h Normal file
View File

@@ -0,0 +1,258 @@
/**
******************************************************************************
* @file bench_time.h
* @brief Заголовочный файл для измерения времени между событиями
******************************************************************************
* @addtogroup BENCH_TIME Time measurement
* @ingroup MYLIBS_DEFINES
* @brief Библиотека для измерения времени/тиков между событиями
* @details
Поддерживает:
- Многоканальные измерения (несколько независимых таймеров)
- Платформонезависимый интерфейс
- Измерение в тиках или временных единицах
- Статистику измерений (мин/макс/среднее)
- Настраиваемый размер тиков для каждого канала
Параметры для конфигурации:
- @ref BENCH_TIME_ENABLE - Включить бенч времени
- @ref BENCH_TIME_MAX_CHANNELS - Максимальное количество каналов измерения (по умолчанию 8)
@par Пример использования:
@code
#include "bench_time.h"
// Инициализация
BenchTime_Init();
// Измерение с SysTick
BenchTime_Start(0, HAL_GetTick, 0xFFFFFFFF);
some_function();
uint32_t time = BenchTime_End(0, HAL_GetTick);
// Измерение с TIM2 (16-бит)
BenchTime_Start(1, TIM2->CNT, 0xFFFF);
fast_function();
uint32_t time2 = BenchTime_End(1, TIM2->CNT);
// Измерение с DWT цикловым счетчиком
BenchTime_Start(2, DWT->CYCCNT, 0xFFFFFFFF);
critical_function();
uint32_t cycles = BenchTime_End(2, DWT->CYCCNT);
// Многоканальное измерение
BenchTime_Start(0, HAL_GetTick, 1000); // общее время
BenchTime_Start(1, TIM3->CNT, 500); // часть 1
// ... код 1
uint32_t part1 = BenchTime_End(1, TIM3->CNT);
BenchTime_Start(2, TIM4->CNT, 200); // часть 2
// ... код 2
uint32_t part2 = BenchTime_End(2, TIM4->CNT);
uint32_t total = BenchTime_End(0, HAL_GetTick); // общее время
// Статистика
uint32_t min_time = BenchTime_GetMin(0);
uint32_t max_time = BenchTime_GetMax(0);
uint32_t avg_time = BenchTime_GetAverage(0);
uint32_t count = BenchTime_GetCount(0);
@endcode
* @{
*****************************************************************************/
#ifndef __BENCH_TIME_H_
#define __BENCH_TIME_H_
#include "mylibs_defs.h"
#include <stdint.h>
#ifdef BENCH_TIME_ENABLE
// Конфигурация библиотеки
#ifndef BENCH_TIME_MAX_CHANNELS
#define BENCH_TIME_MAX_CHANNELS 8 ///< Максимальное количество каналов измерения
#endif
/**
* @brief Структура статистики измерений
*/
typedef struct {
uint32_t min_ticks; ///< Минимальное время в тиках
uint32_t max_ticks; ///< Максимальное время в тиках
uint32_t total_ticks; ///< Суммарное время в тиках
uint32_t count; ///< Количество измерений
uint32_t last_ticks; ///< Последнее измеренное время
} BenchTimeStats_t;
/**
* @brief Структура канала измерения
*/
typedef struct {
uint32_t start_tick; ///< Время старта в тиках
uint32_t tick_period; ///< Период тиков для переполнения
uint32_t is_running; ///< Флаг активного измерения
BenchTimeStats_t stats; ///< Статистика измерений
} BenchTimeChannel_t;
/**
* @brief Основная структура менеджера измерений
*/
typedef struct {
BenchTimeChannel_t channels[BENCH_TIME_MAX_CHANNELS]; ///< Каналы измерения
} BenchTime_t;
static BenchTime_t hbt = {0}; ///< Внутренний экземпляр
/**
* @brief Инициализация системы измерения времени
*/
static inline void BenchTime_Init(void) {
for (int i = 0; i < BENCH_TIME_MAX_CHANNELS; i++) {
hbt.channels[i].start_tick = 0;
hbt.channels[i].tick_period = 0xFFFFFFFF;
hbt.channels[i].is_running = 0;
hbt.channels[i].stats.min_ticks = 0xFFFFFFFF;
hbt.channels[i].stats.max_ticks = 0;
hbt.channels[i].stats.total_ticks = 0;
hbt.channels[i].stats.count = 0;
hbt.channels[i].stats.last_ticks = 0;
}
}
/**
* @brief Начало измерения на указанном канале
* @param channel Номер канала (0..BENCH_TIME_MAX_CHANNELS-1)
* @param ticks Источник тиков (например: HAL_GetTick(), TIM2->CNT, DWT->CYCCNT)
* @param tick_period Период тиков для переполнения
* @return 1 - успех, 0 - ошибка
*/
static inline uint32_t BenchTime_Start(uint8_t channel, uint32_t ticks, uint32_t tick_period) {
if (channel >= BENCH_TIME_MAX_CHANNELS) return 0;
if (hbt.channels[channel].is_running) return 0;
hbt.channels[channel].start_tick = ticks;
hbt.channels[channel].tick_period = tick_period;
hbt.channels[channel].is_running = 1;
return 1;
}
/**
* @brief Окончание измерения на указанном канале
* @param channel Номер канала (0..BENCH_TIME_MAX_CHANNELS-1)
* @param ticks Источник тиков (должен быть тот же что в Start)
* @return Измеренное время в тиках, 0 - в случае ошибки
*/
static inline uint32_t BenchTime_End(uint8_t channel, uint32_t ticks) {
if (channel >= BENCH_TIME_MAX_CHANNELS) return 0;
if (!hbt.channels[channel].is_running) return 0;
uint32_t end_tick = ticks;
uint32_t start_tick = hbt.channels[channel].start_tick;
uint32_t tick_period = hbt.channels[channel].tick_period;
uint32_t elapsed_ticks;
if (end_tick >= start_tick) {
elapsed_ticks = end_tick - start_tick;
} else {
elapsed_ticks = (tick_period - start_tick) + end_tick + 1;
}
if (elapsed_ticks > tick_period) {
elapsed_ticks = tick_period;
}
hbt.channels[channel].is_running = 0;
// Обновление статистики
BenchTimeStats_t* stats = &hbt.channels[channel].stats;
stats->last_ticks = elapsed_ticks;
if (elapsed_ticks < stats->min_ticks) {
stats->min_ticks = elapsed_ticks;
}
if (elapsed_ticks > stats->max_ticks) {
stats->max_ticks = elapsed_ticks;
}
stats->total_ticks += elapsed_ticks;
stats->count++;
return elapsed_ticks;
}
/**
* @brief Получение минимального времени измерения
*/
static inline uint32_t BenchTime_GetMin(uint8_t channel) {
if (channel >= BENCH_TIME_MAX_CHANNELS) return 0;
return hbt.channels[channel].stats.min_ticks;
}
/**
* @brief Получение максимального времени измерения
*/
static inline uint32_t BenchTime_GetMax(uint8_t channel) {
if (channel >= BENCH_TIME_MAX_CHANNELS) return 0;
return hbt.channels[channel].stats.max_ticks;
}
/**
* @brief Получение среднего времени измерения
*/
static inline uint32_t BenchTime_GetAverage(uint8_t channel) {
if (channel >= BENCH_TIME_MAX_CHANNELS) return 0;
BenchTimeStats_t* stats = &hbt.channels[channel].stats;
if (stats->count == 0) return 0;
return stats->total_ticks / stats->count;
}
/**
* @brief Получение количества измерений
*/
static inline uint32_t BenchTime_GetCount(uint8_t channel) {
if (channel >= BENCH_TIME_MAX_CHANNELS) return 0;
return hbt.channels[channel].stats.count;
}
/**
* @brief Получение последнего измеренного времени
*/
static inline uint32_t BenchTime_GetLast(uint8_t channel) {
if (channel >= BENCH_TIME_MAX_CHANNELS) return 0;
return hbt.channels[channel].stats.last_ticks;
}
/**
* @brief Сброс статистики для канала
*/
static inline void BenchTime_ResetStats(uint8_t channel) {
if (channel >= BENCH_TIME_MAX_CHANNELS) return;
BenchTimeStats_t* stats = &hbt.channels[channel].stats;
stats->min_ticks = 0xFFFFFFFF;
stats->max_ticks = 0;
stats->total_ticks = 0;
stats->count = 0;
stats->last_ticks = 0;
}
#else //BENCH_TIME_ENABLE
#define BenchTime_Init()
#define BenchTime_Start(channel, ticks, tick_period) 0
#define BenchTime_End(channel, ticks) 0
#define BenchTime_GetMin(channel) 0
#define BenchTime_GetMax(channel) 0
#define BenchTime_GetAverage(channel) 0
#define BenchTime_GetCount(channel) 0
#define BenchTime_GetLast(channel) 0
#define BenchTime_ResetStats(channel)
#endif //BENCH_TIME_ENABLE
#endif // __BENCH_TIME_H_
/** BENCH_TIME
* @}
*/

View File

@@ -1,9 +1,9 @@
/**
******************************************************************************
* @file evolve_optimizer.h
* @file gen_optimizer.h
* @brief Заголовочный файл для адаптивного подбора параметров
******************************************************************************
* @addtogroup EVOLVE_OPTIMIZER Evolve optimizer
* @addtogroup GEN_OPTIMIZER Genetic optimizer
* @ingroup MYLIBS_DEFINES
* @brief Библиотека для эволюционного подбора параметров
* @details
@@ -15,24 +15,24 @@
Параметры для конфигурации:
- @ref ENABLE_EVOLVE_OPTIMIZATION - Включить оптимизацию параметров
Если библиотека отключена @ref ENABLE_EVOLVE_OPTIMIZATION, то вставляются
- @ref GEN_OPTIMIZATION_ENABLE - Включить оптимизацию параметров
Если библиотека отключена @ref GEN_OPTIMIZATION_ENABLE, то вставляются
заглушки, никак не влияющие на параметры и остальную программу
- @ref EVOLVE_MAX_PARAMS - Максимальное количество параметров
- @ref EVOLVE_MAX_CANDIDATES - Максимальное количество кандидатов для обучения
- (опционально) @ref EVOLVE_MUTATION_MIN_PCT - Минимальная мутация в процентах от Loss (по умолчанию 10%)
- (опционально) @ref EVOLVE_MUTATION_MAX_PCT - Максимальная мутация в процентах от Loss (по умолчанию 100%)
- @ref GEN_MAX_PARAMS - Максимальное количество параметров
- @ref GEN_MAX_CANDIDATES - Максимальное количество кандидатов для обучения
- (опционально) @ref GEN_MUTATION_MIN_PCT - Минимальная мутация в процентах от Loss (по умолчанию 10%)
- (опционально) @ref GEN_MUTATION_MAX_PCT - Максимальная мутация в процентах от Loss (по умолчанию 100%)
- (опционально) @ref ELOVLE_N_ELITE_CANDIDATE - Количество кандидатов, которые проходят в поколение без изменений
@par Пример использования:
@code
#include "evolve_optimizer.h"
#include "gen_optimizer.h"
#define N_PARAMS 4
#define N_CANDIDATES 100
#define N_BEST 10
#define MUTATION 0.1f
float params[N_PARAMS];
EvolveOptimizer_t optimizer;
GenOptimizer_t optimizer;
// Формирование параметров
uint16_t param_u16 = 800;
@@ -45,11 +45,11 @@ params[2] = PARAM_SCALE(param_u8, 10.0f, 100.0f);
params[3] = PARAM_SCALE(param_i16, 500.0f, 5000.0f);
// Инициалиазция
EvolveOptimizer_Init(&optimizer, N_PARAMS, N_CANDIDATES, N_BEST, MUTATION, params);
GenOptimizer_Init(&optimizer, N_PARAMS, N_CANDIDATES, N_BEST, MUTATION, params);
// Шаг эволюции
float loss = calc_loss(); // расчет эффективности параметров (от 0 до 1)
EvolveOptimizer_Step(&optimizer, params, loss);
GenOptimizer_Step(&optimizer, params, loss);
// Взятие следующих для эволюции параметров
param_u16 = PARAM_UNSCALE(params[0], 0.0f, 1000.0f);
@@ -59,14 +59,14 @@ param_i16 = PARAM_UNSCALE(params[3], 500.0f, 5000.0f);
@endcode
* @{
*****************************************************************************/
#ifndef __EVOLVE_OPTIMIZER_H_
#define __EVOLVE_OPTIMIZER_H_
#ifndef __GEN_OPTIMIZER_H_
#define __GEN_OPTIMIZER_H_
#include "mylibs_defs.h"
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#ifdef ENABLE_EVOLVE_OPTIMIZATION
#ifdef GEN_OPTIMIZATION_ENABLE
/**
* @brief Линейное масштабирование x из диапазона [min_val, max_val] в диапазон [0, 1)
*/
@@ -85,11 +85,11 @@ param_i16 = PARAM_UNSCALE(params[3], 500.0f, 5000.0f);
#ifndef EVOLVE_MUTATION_MIN_PCT
#define EVOLVE_MUTATION_MIN_PCT 10 ///< Минимальная мутация (в процентах от Loss)
#ifndef GEN_MUTATION_MIN_PCT
#define GEN_MUTATION_MIN_PCT 10 ///< Минимальная мутация (в процентах от Loss)
#endif
#ifndef EVOLVE_MUTATION_MAX_PCT
#define EVOLVE_MUTATION_MAX_PCT 100 ///< Максимальная мутация (в процентах от Loss)
#ifndef GEN_MUTATION_MAX_PCT
#define GEN_MUTATION_MAX_PCT 100 ///< Максимальная мутация (в процентах от Loss)
#endif
#ifndef ELOVLE_N_ELITE_CANDIDATE
#define ELOVLE_N_ELITE_CANDIDATE 2 ///< Количество кандидатов, которые проходят в поколение без изменений (по умолчанию 2)
@@ -113,19 +113,19 @@ typedef struct {
//INTERNAL
float gen_mut; ///< Амплитуда мутации у текущей популяции
float loss[EVOLVE_MAX_CANDIDATES]; ///< Loss для каждого кандидата
float candidates[EVOLVE_MAX_CANDIDATES][EVOLVE_MAX_PARAMS]; ///< Параметры кандидатов
uint16_t sorted_idx[EVOLVE_MAX_CANDIDATES]; ///< Индексы отсортированных кандидатов
} EvolveOptimizer_t;
float loss[GEN_MAX_CANDIDATES]; ///< Loss для каждого кандидата
float candidates[GEN_MAX_CANDIDATES][GEN_MAX_PARAMS]; ///< Параметры кандидатов
uint16_t sorted_idx[GEN_MAX_CANDIDATES]; ///< Индексы отсортированных кандидатов
} GenOptimizer_t;
/**
* @cond EVOLVE_INTERNAL
* @cond GEN_INTERNAL
*/
// Вспомогательный указатель для сортировки
static EvolveOptimizer_t *g_sort_opt; // глобальный указатель на текущий оптимизатор
static GenOptimizer_t *g_sort_opt; // глобальный указатель на текущий оптимизатор
// функция условия сортировки
static int cmp_idx(const void *a, const void *b) {
@@ -152,7 +152,7 @@ static int cmp_idx(const void *a, const void *b) {
* @return 0 — если окей,
* -1 — если ошибка
*/
__STATIC_INLINE int EvolveOptimizer_Init(EvolveOptimizer_t* opt,
static int GenOptimizer_Init(GenOptimizer_t* opt,
uint16_t n_params,
uint16_t n_cand,
uint16_t n_best,
@@ -162,15 +162,15 @@ __STATIC_INLINE int EvolveOptimizer_Init(EvolveOptimizer_t* opt,
if((opt == NULL) || (start_params == NULL))
return -1;
if(n_params > EVOLVE_MAX_PARAMS)
if(n_params > GEN_MAX_PARAMS)
return -1;
opt->n_params = n_params;
if(n_cand > EVOLVE_MAX_CANDIDATES)
if(n_cand > GEN_MAX_CANDIDATES)
return -1;
opt->n_cand = n_cand;
if(n_best > EVOLVE_MAX_CANDIDATES/2)
if(n_best > GEN_MAX_CANDIDATES/2)
return -1;
opt->n_best = n_best;
@@ -222,7 +222,7 @@ __STATIC_INLINE int EvolveOptimizer_Init(EvolveOptimizer_t* opt,
* @note Функция использует глобальную внутреннюю переменную для сортировки.
* Надо убедится что только один экземпляр функции запущен в момент времени
*/
__STATIC_INLINE int EvolveOptimizer_Step(EvolveOptimizer_t* opt,
static int GenOptimizer_Step(GenOptimizer_t* opt,
float* params,
float loss)
{
@@ -230,15 +230,15 @@ __STATIC_INLINE int EvolveOptimizer_Step(EvolveOptimizer_t* opt,
return -1;
uint16_t n_params = opt->n_params;
if(n_params > EVOLVE_MAX_PARAMS)
if(n_params > GEN_MAX_PARAMS)
return -1;
uint16_t n_cand = opt->n_cand;
if(n_cand > EVOLVE_MAX_CANDIDATES)
if(n_cand > GEN_MAX_CANDIDATES)
return -1;
uint16_t n_best = opt->n_best;
if(n_best > EVOLVE_MAX_CANDIDATES/2)
if(n_best > GEN_MAX_CANDIDATES/2)
return -1;
float mut = opt->mutation_amp;
@@ -280,8 +280,8 @@ __STATIC_INLINE int EvolveOptimizer_Step(EvolveOptimizer_t* opt,
if(opt->stability < 0.0f) opt->stability = 0.0f;
if(opt->stability > 1.0f) opt->stability = 1.0f;
float mut_pct = EVOLVE_MUTATION_MIN_PCT +
(EVOLVE_MUTATION_MAX_PCT - EVOLVE_MUTATION_MIN_PCT) * loss_ratio;
float mut_pct = GEN_MUTATION_MIN_PCT +
(GEN_MUTATION_MAX_PCT - GEN_MUTATION_MIN_PCT) * loss_ratio;
float adaptive_mut = mut * (mut_pct / 100.0f);
if (adaptive_mut < 0.0001f) adaptive_mut = 0.0001f;
opt->gen_mut = adaptive_mut;
@@ -315,7 +315,7 @@ __STATIC_INLINE int EvolveOptimizer_Step(EvolveOptimizer_t* opt,
return 0;
}
#else // ENABLE_EVOLVE_OPTIMIZATION
#else // GEN_OPTIMIZATION_ENABLE
//заглушки
typedef struct {
uint16_t n_params;
@@ -324,15 +324,15 @@ typedef struct {
float mutation_amp;
float loss[0];
float candidates[0][0];
} EvolveOptimizer_t;
#define EvolveOptimizer_Init(opt, n_params, n_cand, n_best, mutation_amp, start_params)
#define EvolveOptimizer_Step(opt, params, LossFunc)
} GenOptimizer_t;
#define GenOptimizer_Init(opt, n_params, n_cand, n_best, mutation_amp, start_params)
#define GenOptimizer_Step(opt, params, LossFunc)
#define PARAM_SCALE(x, min_val, max_val) (x)
#define PARAM_UNSCALE(val, min_val, max_val) (val)
#endif // ENABLE_EVOLVE_OPTIMIZATION
#endif // GEN_OPTIMIZATION_ENABLE
#endif // __EVOLVE_OPTIMIZER_H_
#endif // __GEN_OPTIMIZER_H_
/** EVOLVE_OPTIMIZER
/** GEN_OPTIMIZER
* @}
*/

View File

@@ -55,21 +55,38 @@
/**
* @addtogroup EVOLVE_CONFIG Evolve configs
* @addtogroup GEN_CONFIG Genetic configs
* @ingroup MYLIBS_CONFIG
* @brief Конфигурация однослойного персептрона и алгоритма обучения
* @brief Конфигурация генетического алгоритма обучения
* @{
*/
#define ENABLE_EVOLVE_OPTIMIZATION ///< Включить оптимизацию параметров
#define EVOLVE_MAX_PARAMS 20 ///< Максимальное количество параметров
#define EVOLVE_MAX_CANDIDATES 100 ///< Максимальное количество кандидатов для обучения
#define GEN_OPTIMIZATION_ENABLE ///< Включить оптимизацию параметров
#define GEN_MAX_PARAMS 20 ///< Максимальное количество параметров
#define GEN_MAX_CANDIDATES 100 ///< Максимальное количество кандидатов для обучения
/** EVOLVE_CONFIG
/** GEN_CONFIG
* @}
*/
/**
* @addtogroup GEN_CONFIG Genetic configs
* @ingroup MYLIBS_CONFIG
* @brief Конфигурация генетического алгоритма обучения
* @{
*/
#define BENCH_TIME_ENABLE ///< Включить бенч времени
#define BENCH_TIME_MAX_CHANNELS 16 ///< Максимальное количество каналов измерения
/** GEN_CONFIG
* @}
*/
/**
* @addtogroup LIBS_CONFIG Libraries configs
* @ingroup MYLIBS_CONFIG
@@ -79,7 +96,7 @@
#define local_time() uwTick ///< Локальное время
#define INCLUDE_EVOLVE_OPTIMIZER ///< Подключить библиотеку для оптимизации параметров
#define INCLUDE_GEN_OPTIMIZER ///< Подключить библиотеку для оптимизации параметров
#define INCLUDE_BIT_ACCESS_LIB ///< Подключить библиотеку с typedef с битовыми полями
#define INCLUDE_TRACKERS_LIB ///< Подключить библиотеку с трекерами
#define INCLUDE_TRACE_LIB ///< Подключить библиотеку с трейсами

View File

@@ -79,8 +79,8 @@
#define HF_HandleFault(...)
#endif
#ifdef INCLUDE_EVOLVE_OPTIMIZER
#include "evolve_optimizer.h"
#ifdef INCLUDE_GEN_OPTIMIZER
#include "gen_optimizer.h"
#else
typedef struct {
uint16_t n_params;
@@ -89,13 +89,29 @@ typedef struct {
uint16_t iq_mutation;
int32_t loss[0];
int32_t candidates[0][0];
} EvolveOptimizer_t;
#define EvolveOptimizer_Init(opt, n_params, n_cand, n_best, iq_mutation, start_params)
#define EvolveOptimizer_Step(opt, params, LossFunc)
} GenOptimizer_t;
#define GenOptimizer_Init(opt, n_params, n_cand, n_best, iq_mutation, start_params)
#define GenOptimizer_Step(opt, params, LossFunc)
#define PARAM_SCALE_Q16(x, min_val, max_val) (x)
#define PARAM_UNSCALE_Q16(q16_val, min_val, max_val) (q16_val)
#endif
#ifdef INCLUDE_BENCH_TEST
#include "bench_time.h"
#else //BENCH_TIME_ENABLE
#define BenchTime_Init()
#define BenchTime_Start(channel, ticks, tick_period) 0
#define BenchTime_End(channel, ticks) 0
#define BenchTime_GetMin(channel) 0
#define BenchTime_GetMax(channel) 0
#define BenchTime_GetAverage(channel) 0
#define BenchTime_GetCount(channel) 0
#define BenchTime_GetLast(channel) 0
#define BenchTime_ResetStats(channel)
#endif //BENCH_TIME_ENABLE
#ifdef INCLUDE_GENERAL_PERIPH_LIBS
#include "__general_flash.h"