Fixed-Point Modeling Menggunakan SystemC

Bernostalgia dengan LSI Design Contest in Okinawa 2007, saya kepikiran untuk mencoba membuat model FFT64-point yang ada dalam spec contest tersebut kedalam fixed-point di C/C++. Hal ini juga termotivasi dengan adanyya kebutuhan untuk memulai migrasi model fixed-point dari Octave/Matlab ke C/C++.

Tipe data fixed-point diperlukan dalam memodelkan hardware (chip) karena dalam harware representasi angka dibuat dalam satuan bit, misalnya angka 5 direpresentasikan dalam bit 101. Oleh karena jumlah bit terbatas, maka representasi angka terpaksa dibatasi juga, kalau hanya ada representasi angka dalam 2 bit, maka nilai 5 tidak ada, karena angka 5 membutuhkan representasi paling sedikit dalam 3 bit. Demikian halnya representasi angka rational dalam hardware, juga dibatasi oleh jumlah bit. Representasi angka rational dalam hardware biasanya dibuat dalam representasi fixed-point. Dengan representasi fixed-point ini, kita bisa memodelkan berbagai algoritma yang membutuhkan operasi rational seperti dalam algoritma FFT.

FFT (Fast Fourier Transform) adalah algoritma yang banyak digunakan dalam DSP (Digital Signal Processing), baik dalam image processing, audio/video, dan communication. Algoritma ini membutuhkan representasi nilai rational karena menggunakan operasi trigonometri seperti sinus dan cosinus. Dalam FFT, tidak hanya dibutuhkan fixed-point, tapi juga bilangan kompleks. Dalam C/C++, ada standard library complex tapi belum ada standard library fixed-point. Ada beberapa solusi dalam representasi fixed-point, beberapa diantaranya adalah library GNU MPFR dan SystemC. SystemC dipilih karena bahasa modeling ini sangat dekat dengan bahasa hardware (Verilog/VHDL) dan bahkan bisa di-mix dalam satu tool untuk mensimulasikannya.

Hasil percobaan menunjukkan bahwa model fixed-point FFT-64 di SystemC valid dan menunjukkan perilaku yang sama dengan model FFT64 dari library Matlab, pada konfigurasi fixed-point<10, 3>, tapi menunjukkan hasil yang berbeda ketika menggunakan konfigurasi fixed-point<10, 5> karena terjadi overflow (clipping). Gambar pertama adalah menggunakan Matlab library, gambar kedua adalah menggunakan fixed-point<10, 3>, gambar terkahir adalah menggunakan fixed-point<10, 5>.

Artikel selengkapnya bisa didownload pada halaman Download dengan judul FFT-64 Fixed-Point Modeling Using SystemC and User Defined Complex Datatypes. Selamat mencoba! ^^ (Ya2n)

Membuat User Define Complex Datatype menggunakan Operator Overloading di C/C++

(Updated 2011/03/11 - menambahkan fungsi abs() dan conj())

Dalam pemodelan DSP (Digital Signal Processing), tak jarang kita membutuhkan operasi bilangan kompleks, misal (2 + 3i) * (0.2 + 3.5i). Operasi seperti ini sangat mudah dilakukan di Matlab, seperti berikut ini:

>> (2 + 3i) * (0.2 + 3.5i)


ans=


  -10.1000 + 7.6000i

Tapi berbeda halnya ketika menggunakan C/C++. Tapi jangan kuatir, sekompleks apapun tipe data dan operasinya, bisa kita buat di C/C++. Tipe data complex sebenarnya sudah ada di standard library , namun dengan alasan interoperability, kita bisa buat sendiri tipe datanya. Misal, jika ingin menggabungkan library fix-point nya SystemC dengan tipe data kompleks.

Operator overloading.

Operator overloading memungkinkan kita untuk menggunakan operasi yang sama pada jenis tipe data yang berbeda dan menghasilkan hasil yang berbeda. Contoh ekstrimnya begini:

int a = 1;
int b = 2;
int c = a + b; // c = 3

Kode diatas akan menghasilkan nilai c = 3. Akan tetapi kalau kita memiliki tipe data lain yang ada operator overloading untuk operasi penjumlahan (+) nya, maka hasilnya bisa beda sesuai keinginnan kita. Misal:

tipe_buatan_sendiri a = 1;
tipe_buatan_sendiri b = 2;
tipe_buatan_sendiri c = a + b; // c = -1 (haha)

Kalau saya overload operator penjumlahannya menjadi: + adalah a - b, maka kode diatas akan menghasilkan nilai c = -1, karena c = a + b = a - b (karena operasi + saya overload menjadi -) = 1- 2 = -1. Haha, seems mad =)).. OK, itu contoh ekstrimnya, kita masuk ke implementasi real-nya pada tipe data kompleks.

Tipe data kompleks.

Tipe data kompleks memiliki anggota real dan imaginer, kita buat dulu struct-nya.

struct mycomplex_t {
  int real, imag;


  //constructor
  mycomplex_t(int init_real, int init_imag)
  {
    real = init_real;
    imag = init_imag;
  }
};

Sekarang kita punya tipe data mycomplex_t, dan langsung bisa kita gunakan:

mycomplex_t a(1, 2); //real = 1, imag = 2
cout << a.real; //print nilai real dari a, yaitu = 1
cout << a.imag; //print nilai real dari a, yaitu = 2

Kode mycomplex_t a(1, 2) akan memanggil struct mycomplex_t, dang menginisiasi nilai real dan imag yang ada di struct tersebut menggunakan constructor. Lalu kita tambahkan operator penjumlahan menggunakan operator overloading dan copy contsructor:

struct mycomplex_t {

  int real, imag;

  //constructor

  mycomplex_t(int init_real, int init_imag)

  {

    real = init_real;

    imag = init_imag;

  }

  //operasi penjumlahan

  mycomplex_t operator + (const mycomplex_t& rhs) {
    mycomplex_t t(0, 0);

    t.real = this->real + rhs.real;

    t.imag = this->imag + rhs.imag;

    return t;

  }

};

Dengan begini kita bisa lakukan operasi sebagai berikut:

mycomplex_t a(1, 2); //real = 1, imag = 2

mycomplex_t b(3, 4); //real = 3, imag = 4

mycomplex_t c(0, 0); //real = 0, imag = 0

c = a + b;

cout << c.real; //print nilai real dari c, yaitu = 4

cout << c.imag; //print nlai real dari c, yaitu = 6

OK, sampai disini kita sudah mempunyai tipe data kompleks buatan sendiri. Agar tipe data ini bisa dipakai sepenuhnya, kta lengkapi operasi-operasi yang mungkin dalam bilangan komplek:

1. + (penjumlahan)

2. - (pengurangan)

3. * (perkalian)

4. / (pembagian)
5. abs (absolut)
6. conj (konjugasi)
7. = (sama dengan)

Berikut operator overloadingnya:

  //operasi penjumlahan

  mycomplex_t operator + (const mycomplex_t& rhs) {
    mycomplex_t t;

    t.real = this->real + rhs.real;

    t.imag = this->imag + rhs.imag;
    return t;

  }

  //operasi pengurangan
  mycomplex_t operator + (const mycomplex_t& rhs) {

    mycomplex_t t;

    t.real = this->real - rhs.real;

    t.imag = this->imag - rhs.imag;

    return t;

  }

  //operasi perkalian

  mycomplex_t operator * (const mycomplex_t& rhs) {
    mycomplex_t t;

    t.real = (this->real * rhs.real) - (this->imag * rhs.imag);

    t.imag = (this->imag * rhs.real) + (this->real * rhs.imag);

    return t;

  }

  //operasi pembagian

  mycomplex_t operator / (const mycomplex_t& rhs) {
    mycomplex_t t;

    int div = ((rhs.real * rhs.real) + (rhs.imag * rhs.imag));

    t.real = ((this->real * rhs.real) + (this->imag * rhs.imag)) / div;

    t.imag = (this->imag * rhs.real) - (this->real * rhs.imag) / div;

    return t;

  }

  //operasi absolut
  mycomplex_t& abs()
  {
    int t;
    t = (this->real * this->real) + (this->imag * this->imag);

    float x1, x2;

    int i;

    while( (i*i) <= t )

          i+=0.1;

    x1=i;

    for(int j=0;j<10;j++)

    {

      x2=m;

      x2/=x1;

      x2+=x1;

      x2/=2;

      x1=x2;

    }

    return x2;    

  }

  //operasi konjugasi

  mycomplex_t& conj() {

    this->real = rhs.real;

    this->imag = - (rhs.imag);

    return *this;

  }

  //operasi sama dengan

  mycomplex_t& operator = (const mycomplex_t& rhs) {

    this->real = rhs.real;

    this->imag = rhs.imag;

    return *this;

  }

Sekarang, mari kita coba operasi-operasi tersebut:

mycomplex_t a(1, 2);

mycomplex_t b(3, 4);

mycomplex_t c(0, 0);

c = a + b;

c = a - b;

c = a * b;

c = a / b;

c = a.abs();
c = a.conj();

Bagaimana hasilnya? OK, bukan? Tapi tunggu dulu, sampai disini masih ada keanehan, kita harus inisiasi nilai tiap kali mau membuat variabel baru, padahal sebenarnya kita belum mengisi nilai variabel tersebut. Seperti dalam contoh: mycomplex_t c(0, 0). Hal ini karena constructor dalam struct-nya memakai parameter:

  //constructor

  mycomplex_t(int init_real, int init_imag)

  {

    real = init_real;

    imag = init_imag;

  }

Agar kita bisa membuat variabel dengan mycomplex_t c; saja, solusinya buat satu constructor lagi yang tanpa parameter tapi initial value-nya 0.

  //constructor

  mycomplex_t()

    : real(0), imag(0)

  {  }

Enjoy! (Ya2n)

Memanggil Code C di Python

Ketika seorang simulation coder sudah mulai meninggalkan tool matlab, maka penggunaan platform C/C++ menjadi alternatif yang cukup menjanjikan dengan tawaran kecepatan dan juga masalah opensource. Tapi masih ada kendala jika semua code dari matlab harus semua diterjemahkan ke dalam C/ C++ yaitu masalah library matlab yang sudah begitu sangat memanjakan engineer simulasi. Maka dari itu untuk melakukan proses migrasi ini akan lebih baik jika kita memanfaatkan kelebihan python sebagai jembatan antara C/C++/IT++ dengan matlab/octave.

Karena saya baru belajar mengenai hal ini (hari ini belajar bersama dengan yayan), maka saya akan mencoba sedikit share pengalaman bagaimana memanggil code C dari python. Mungkin bagi yang sudah terbiasa menggunakan python hal ini menjadi barang yang kecil, tapi meski begitu saya yakin masih banyak beberapa temen yang mungkin bisa mengambil manfaatnya.

1. Membuat code C sederhana.
misal code C-nya seperti ini :

#include
void hello(){
printf("hello, calling C from python is really easy (nek we ngerti rek..he he) \n");
}

kemudian code diatas bisa disimpan ke dalam file-name misalkan aja 'contoh.c'

2. Creating a shared library with the gnu compiler [gcc]
Shared libraries adalah libraries yang dipanggil oleh programs ketika mulai pertama kali. Shared library ini memungkinkan suatu object bisa di-share pada platform yang berbeda (misal python dan C). Untuk membuat 'object files' yang akan menjadi 'shared library' bisa menggunakan gcc -fPIC atau -fpic flag.

Berikut adalah contohnya (ketik di terminal linux):

>>> gcc -shared -fPIC contoh.c -o contoh.o

3. Loading dynamic link libraries
Untuk memanggil shared library yang sudah dibuat diatas kita bisa menggunaka 'ctypes'.
Ctypes akan meng-export 'cdll' untuk nge-load 'dynamic link libraries'.

sebagai contoh di script di python-nya bisa ditulis sebagai berikut :

>>> from ctypes import *
>>> libc = CDLL("./contoh.o")
>>> libc.hello() # hello disini pastikan sama dengan nama fungsi yang ada di code C/C++

kemudian save script python dalam top.py

4. Kemudian panggil python-nya dengan cara berikut (pastikan anda sudah menginstall python):

>>> python top.py

enjoy...

referensi
1. http://www.adp-gmbh.ch/cpp/gcc/create_lib.html
2. http://dalkescientific.com/writings/NBN/ctypes.html
3. http://docs.python.org/library/ctypes.html
4. http://tldp.org/HOWTO/Program-Library-HOWTO/shared-libraries.html
5. http://mail.python.org/pipermail/baypiggies/2009-December/005918.html

(Black+White = Grey) The Grey-Box Verification Flow

Ada tiga metode verifikasi: black-box, white-box, dan grey-box. Black-box adalah metode verifikasi dengan memberikan stimulus input kemudian melihat output dan membandingkannya dengan expected output dari golden reference model. White-box adalah metode verifikasi dengan memperhatikan detail dalam internal desain, seperti hierarki, data flow, state machine, counter, dan lainnya. Cara verifikasinya adalah memberikan stimulus input berupa random data, lalu memeriksa perilaku internal desain apakah sudah sesuai dengan perilaku yang diinginkan dalam desain, tanpa memperhatikan nilai output sama sekali. Kedua metode tersebut memiliki kelebihan dan kelemahan. Grey-box, berusaha menggabungkan kedua metode diatas, mengambil kelebihan keduanya, mengurangi kekurangan keduanya. Teknik verifikasi modern menerapkan combine-method ini.

Kunci suksesnya adalah ketersediaan tools yang mendukung HVL (high-level verification language) semacam SystemC dan SystemVerilog. Untungnya, hampir semua tools standard industri sudah menduking keduanya. Kesimpulan dari percobaan yang saya lakukan, grey-box verification memberikan solusi komprehensif dalam verifikasi dengan mampunya "attacking from both-sides", dan menemukan bug secepat mungkin dengan coverage seluas mugkin. Selain komprehensif, grey-box verification memungkinkan proses verifikasi lebih otomatis. Selain itu, grey-box verification memaksa golden reference model dibuat dalam C/C++ atau SystemC, dan bukan Matlab/Octave lagi, sehingga flow desain lainnnya terakomodiasi, seperti misalnya: early prototyping menggunakan DSP processor, GPU, dan early architectural exploration dengan menggunakan SystemC TLM.

Paper selengkapnya bisa didownload di halaman Download dengan judul: Grey Box Verification Flow, A Practical Guide. Selamat mencoba! (Ya2n)

Quartus Programmer Command Linux

1). login as root:

[mul@localhost]$ su

2). turn off selinux temporarily:

[root@localhost mul]# /usr/sbin/setenforce 0
[root@localhost mul]# chmod 777 -R /opt/altera9.1/

3) logout as root or using the other console :

[mul@localhost]$ quartus_pgm --cable="USB-Blaster [USB 3-1.3]" --mode=JTAG -o p\;name.sof

Semicolon under shells such as bash is a command separator. You should escape the semicolon with \

Install Redmine (Open Source Web-based Project Management)

Dari sekian banyak open source web-based project management software, mungkin Redmine adalah yang paling keren. Pertama, ada fasilitas gantt chart, bisa konek ke SVN, support bug/issue tracking, dan punya plugin code review. Wow, komplit. Saya jadi tertarik mencobanya. Sebelumnya saya sudah pernah mencoba projectpier (yang paling simple) dan trac (lebih komplit dari projectpier), tapi keduanya memiliki kekurangan yang menbuat saya melirik ke Redmine. Development Redmine berbasis ruby, jadi akan banyak install ruby dan kawan-kawannya dulu.

Berikut langkah-langkah instalasi Redmine (case: Centos-5.4)

Step1: Install ruby

Saya pilih versi ruby versi 1.8.7.

$ cd /usr/local/src

$ wget http://ftp.ruby-lang.org/pub/ruby/1.8/ruby-1.8.7-p72.tar.gz

$ tar -zxvf ruby-1.8.7-p72.tar.gz

$ cd ruby-1.8.7-p72

$ ./configure

$ make 

$ make install

$ ln /usr/local/bin/ruby /usr/bin/ruby

Ok, ruby sudah selesai diinstall, bisa dicek dengan "ruby -v". Sekarang kita install beberapa external library ruby yang dibutuhkan.

Pertama, zlib.

$ sudo yum install zlib zlib-devel

$ cd ext/zlib

$ ruby extconf.rb --with-zlib-include=/usr/include --with-zlib-lib=/usr/lib

$ cd ../../

$ make

$ make install

Kalau ada error di instalasi, saran saya "Googling", karena mungkin ada dependency yang belum ada di PC Anda.

Kedua, openssl

$ sudo yum install openssl openssl-devel

$ cd ext/openssl

$ ruby extconf.rb --with-openssl-include=/usr/include --with-openssl-lib=/usr/lib

$ make

$ make install

Nah, external library yang dibutuhkan selesai diinstall, sekarang ke tahap berikutnya, ruby sudah complete. Cek dengan perintah berikut:

$ ruby -ropenssl -rzlib -e "puts :success"

Jika library zlib tidak ada (contoh kasus di Debian), bisa coba pakai zlib1g, berikut yang saya lakukan, pertama install libray openssl, readline, dan zlib1g, baru install ruby dengan include path library tersebut:

$ apt-get -y install build-essential libssl-dev libreadline5-dev zlib1g-dev

$ cd ruby-1.8.7-p72

$ ./configure --prefix-/usr/local --with-openssl-dir=/usr --with-readline-dir=/usr --with-zlib-dir=/usr

$ make 

$ make install

Cek ulang hasil instalasi ruby (ruby -ropenssl -rzlib -e "puts :success")

Step2: Install rubygems

Saya pilih rubygems versi 1.3.6

$ cd /usr/local/src

$ wget http://rubyforge.org/frs/download.php/69365/rubygems-1.3.6.tgz

$ tar -zxvf rubygems-1.3.6.tgz

$ cd rubygems-1.3.6

$ ruby setup.rb

Instalasi rubygems selesai, bisa dicek dengan "gem -v". Untuk bisa mengupdate rubygems (optional), jalankan:

$ gem install rubygems-update

$ gem upadate --system

Sekarang kita akan install beberpa "gems" yang dibutuhakan.  Versi gem yang diinstall tergantung kebutuhan, yang saya install adalah versi-versi berikut:

$ gem install rails -v=2.1.2

$ gem install rack -v=1.0.1

$ gem install -v=0.4.2 i18n
$ gem install rmagick -v 1.15.13 

$ gem install mysql

Untuk instalasi gem-rmagick, ada beberapa library yang harus diinstall, yaitu "imagemagick". Pertanyaan selengkapnya mengenai instalasi rmagick bisa dilihat di http://rmagick.rubyforge.org/install-faq.html.

$ yum install install libmagick-dev

Untuk instalasi gem-mysql, library mysql-devel harus diinstall dulu.

$ sudo yum install mysql mysql-devel

Kalau mysql-devel tidak ada, bisa coba pakai libmysql++-dev (untuk kasus Debian)

$ apt-get install libmysql++-dev

Cek "gems" yang sudah terinstall, berikut "gems" yang ada di local repository saya:

$ gem list --local

*** LOCAL GEMS ***

abstract (1.0.0)

actionmailer (3.0.3, 2.1.2)

actionpack (3.0.3, 2.1.2)

activemodel (3.0.3)

activerecord (3.0.3, 2.1.2)

activeresource (3.0.3, 2.1.2)

activesupport (3.0.3, 2.1.2)

arel (2.0.6)

builder (2.1.2)

bundler (1.0.7)

erubis (2.6.6)

i18n (0.5.0, 0.4.2)

mail (2.2.14)

mime-types (1.16)

mysql (2.8.1)

polyglot (0.3.1)

rack (1.2.1, 1.0.1)

rack-mount (0.6.13)

rack-test (0.5.7)

rails (3.0.3, 2.1.2)

railties (3.0.3)

rake (0.8.7)

thor (0.14.6)

treetop (1.4.9)

tzinfo (0.3.23)

Step3: Setup MySQL database

Sebelumnya, kalau belum punya aplikasi LAMP (Linux,Apache,MySQL,PHP) install dulu LAMP-nya (silakan Googling :D). Setelah LAMP sudah terinstall, setup user dan database untuk redmine, silakan refer ke sini untuk setup user dan database-nya.

Untuk kali ini setup database berikut (sebagai contoh, Anda bisa setup dengan nama yang lain):

username: redmine

database: redmine_db

password: redmine_passwd

Step4: Install Redmine

Yang saya pakai adalah Redmine-1.0.5, untuk versi terbaru bisa checkout (SVN) dari http://redmine.rubyforge.org/svn/.

$ cd /opt

$ wget http://rubyforge.org/frs/download.php/73692/redmine-1.0.5.tar.gz

$ tar -zxvf redmine-1.0.5.tar.gz

Setup konfigurasi database Redmine MySQL.

$ cd redmine-1.0.5

$ cp config/database.yml.example 

config/database.yml

Edit bagian "production" menjadi seperti ini:

production:

  adapter: mysql

  database: redmine_db

  host: localhost

  username: redmine

  password: redmine_password

  encoding: utf8

  socket: /var/lib/mysql/mysql.sock

Jangan lupa tambahkan baris "mysql.sock"-nya. Untuk lebih pastinya, periksa /etc/my.cnf, dan perhatikan baris-baris berikut dan sesuaikan baris socket pada config/database.yml dengan socket pada /etc/my.cnf

[mysqld]

datadir=/usr/local/mysql/data

socket=/var/lib/mysql/mysql.sock

Setup konfigurasi Redmine Email. 

$ cp config/email.yml.example 

config/email.yml

Edit bagian "production" menjadi seperti ini:

production:

delivery_method: :smtp

smtp_settings:

tls: true

address: smtp.gmail.com

port: 587

domain: smtp.gmail.com

authentication: :plane

user_name: gmail_username

password: gmail_password

Load environement Redmine yang tadi sudah disetup.

$ rake config/initializers/session_store.rb

$ rake db:migrate RAILS_ENV="production"

Kalau ada error, bisa comment kesini atau "Googling" lagi, mungkin ada instalasi yang terlewat.

Jalankan web-server-nya, kita pakai WEBRick.

$ ruby script/server -e production

Kalau berhasil, buka website Redmine-nya (http://localhost:3000), dan halaman Welcome akan terlihat. Bisa masuk ke admin default dengan user: admin, password: admin

Berikut halaman welcome Redmine yang berhasil saya install. Voila!! Selamat mencoba =)

Membuat USER dan DATABASE di MySQL Untuk Keperluan Aplikasi LAMP

Sering ketika kita ingin menginstall suatu aplikasi berbasis LAMP (Linux-Apache-MySQL-PHP), kita harus membuat user MySQL dan databasenya.

Cara paling mudah adalah membuat username MySQL dengan opsi GRANT PRIVILEGES, agar tidak ada masalah ketika akan mengakses ke database yang kita buat.

Berikut caranya:

Membuat user baru di MySQL:

1. Masuk ke MySQL sebagai root

$ mysql -u root -p

2. Setelah masuk console MySQL, buat user baru dengan command berikut.

mysql> CREATE USER 'ice'@'localhost' IDENTIFIED BY 'ice-password';
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

Perintah diatas akan membuat user baru dengan nama: "ice" dengan password "ice-password"

3. Set privileges-nya menjadi GRANT.

mysql> GRANT ALL PRIVILEGES ON *.* TO 'ice'@'localhost' WITH GRANT OPTION;
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

Selesai! Username siap dipakai, selanjutnya buat database baru di user 'ice'. Keluar dulu dari MySQL dengan perintah exit.

4. Masuk ke user 'ice'

$ mysql -u ice -p

5. Buat database baru.

$ CREATE DATABASE ice_db;
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

Perintah diatas akan membuat database ice_db pada username 'ice'.

6. Pastikan langkah sudah tepat, periksa daftar database yang sudah dibuat.

mysql> show databases;
+--------------------+
| Database           |
+--------------------+
| information_schema |
| ice_db             |
+--------------------+
2 rows in set (0.01 sec)

Selamat mencoba =)