hc
2024-08-16 62c46c9150c4afde7e5b25436263fddf79d66f0b
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/*
 * rational fractions
 *
 * Copyright (C) 2009 emlix GmbH, Oskar Schirmer <oskar@scara.com>
 * Copyright (C) 2019 Trent Piepho <tpiepho@gmail.com>
 *
 * helper functions when coping with rational numbers
 */
 
#include <linux/rational.h>
#include <linux/compiler.h>
#include <linux/export.h>
#include <linux/minmax.h>
#include <linux/limits.h>
 
/*
 * calculate best rational approximation for a given fraction
 * taking into account restricted register size, e.g. to find
 * appropriate values for a pll with 5 bit denominator and
 * 8 bit numerator register fields, trying to set up with a
 * frequency ratio of 3.1415, one would say:
 *
 * rational_best_approximation(31415, 10000,
 *        (1 << 8) - 1, (1 << 5) - 1, &n, &d);
 *
 * you may look at given_numerator as a fixed point number,
 * with the fractional part size described in given_denominator.
 *
 * for theoretical background, see:
 * https://en.wikipedia.org/wiki/Continued_fraction
 */
 
void rational_best_approximation(
   unsigned long given_numerator, unsigned long given_denominator,
   unsigned long max_numerator, unsigned long max_denominator,
   unsigned long *best_numerator, unsigned long *best_denominator)
{
   /* n/d is the starting rational, which is continually
    * decreased each iteration using the Euclidean algorithm.
    *
    * dp is the value of d from the prior iteration.
    *
    * n2/d2, n1/d1, and n0/d0 are our successively more accurate
    * approximations of the rational.  They are, respectively,
    * the current, previous, and two prior iterations of it.
    *
    * a is current term of the continued fraction.
    */
   unsigned long n, d, n0, d0, n1, d1, n2, d2;
   n = given_numerator;
   d = given_denominator;
   n0 = d1 = 0;
   n1 = d0 = 1;
 
   for (;;) {
       unsigned long dp, a;
 
       if (d == 0)
           break;
       /* Find next term in continued fraction, 'a', via
        * Euclidean algorithm.
        */
       dp = d;
       a = n / d;
       d = n % d;
       n = dp;
 
       /* Calculate the current rational approximation (aka
        * convergent), n2/d2, using the term just found and
        * the two prior approximations.
        */
       n2 = n0 + a * n1;
       d2 = d0 + a * d1;
 
       /* If the current convergent exceeds the maxes, then
        * return either the previous convergent or the
        * largest semi-convergent, the final term of which is
        * found below as 't'.
        */
       if ((n2 > max_numerator) || (d2 > max_denominator)) {
           unsigned long t = ULONG_MAX;
 
           if (d1)
               t = (max_denominator - d0) / d1;
           if (n1)
               t = min(t, (max_numerator - n0) / n1);
 
           /* This tests if the semi-convergent is closer than the previous
            * convergent.  If d1 is zero there is no previous convergent as this
            * is the 1st iteration, so always choose the semi-convergent.
            */
           if (!d1 || 2u * t > a || (2u * t == a && d0 * dp > d1 * d)) {
               n1 = n0 + t * n1;
               d1 = d0 + t * d1;
           }
           break;
       }
       n0 = n1;
       n1 = n2;
       d0 = d1;
       d1 = d2;
   }
   *best_numerator = n1;
   *best_denominator = d1;
}
 
EXPORT_SYMBOL(rational_best_approximation);