關(guān)于OpenCL

OpenCL是Open Computing Language的簡(jiǎn)寫，目前已經(jīng)形成了標(biāo)準(zhǔn)，是跨平臺(tái)的，通常由圖形處理器（GPU）提供硬件層面支持。OpenCL的設(shè)計(jì)目的，主要是為了將GPU強(qiáng)大的浮點(diǎn)和并行運(yùn)算能力，以及能與CPU協(xié)作的能力，從軟件層面開(kāi)放給用戶使用。用法跟OpenGL類似。

通常情況下，對(duì)同一組數(shù)據(jù)進(jìn)行并行運(yùn)算，使用OpenCL比執(zhí)行普通CPU端程序，要快很多倍。

站在應(yīng)用軟件的角度，OpenCL簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是一組API函數(shù)名稱，操作系統(tǒng)通常會(huì)提供具體實(shí)現(xiàn)庫(kù)，以及運(yùn)行于GPU之上的程序（OpenCL中稱為kernel），文件后綴通常為.cl，基于OpenCL語(yǔ)法編寫的程序，由CPU加載編譯后，傳輸?shù)絆penCL設(shè)備的內(nèi)存供GPU執(zhí)行。各個(gè)圖形處理器廠商，針對(duì)自己的具體芯片，在GPU驅(qū)動(dòng)程序中適配這些API，用戶就可以基于這些標(biāo)準(zhǔn)的API進(jìn)行相關(guān)的OpenCL應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)。

需要指出的是：跟OpenGL的shader程序類似，OpenCL的kernel程序也是具體GPU芯片相關(guān)的，不能跨GPU型號(hào)使用。同一段代碼，可能換了GPU型號(hào)之后就不能編譯通過(guò)，第一個(gè)GPU使用的二進(jìn)制kernel程序，不應(yīng)該直接加載到第二個(gè)不同型號(hào)GPU上面使用。

OpenCL應(yīng)用運(yùn)行框圖

OpenCL設(shè)備內(nèi)部，通常會(huì)有大量的并行計(jì)算單元（上圖中的CU），每個(gè)計(jì)算單元內(nèi)部又包含有若干個(gè)處理單元（圖中的PE），PE可以同時(shí)并行地執(zhí)行相同OpenCL代碼，從而實(shí)現(xiàn)高性能并行運(yùn)算，具體CU以及PE數(shù)量已經(jīng)運(yùn)算性能，跟具體GPU廠商的具體GPU型號(hào)有關(guān)。

OpenCL代碼被CPU加載到設(shè)備內(nèi)存之后，CPU通過(guò)相應(yīng)的OpenCL API來(lái)啟動(dòng)OpenCL設(shè)備的運(yùn)行，同時(shí)還能查詢執(zhí)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)CPU-GPU之間的同步，設(shè)備關(guān)閉等操作。

RZ/G2L上的OpenCL支持

RZ/G2L微處理器配備Cortex-A55（1.2 GHz）CPU、16 位 DDR3L/DDR4接口、帶Arm Mali-G31的3D圖形加速引擎以及視頻編解碼器（H.264），如下圖紅色框所示。此外，這款微處理器還配備有大量接口，如攝像頭輸入、顯示輸出、USB 2.0和千兆以太網(wǎng)，因此特別適用于入門級(jí)工業(yè)人機(jī)界面（HMI）和具有視頻功能的嵌入式設(shè)備等應(yīng)用。

此GPU支持2D/3D圖形，以及通用GPU運(yùn)算（GPGPU）。具體支持如下標(biāo)準(zhǔn)API：

● OpenCL 2.0 Full Profile

●OpenGL ES 1.1 2.0 3.0 3.1 and 3.2

RZ/G2L上的OpenCL Library及其使用

RZ/G2L的VLP開(kāi)發(fā)環(huán)境里面有提供Linux版OpenCL Library（需要從官網(wǎng)另外下載）以及對(duì)應(yīng)頭文件。

RZ/G2L的OpenCL庫(kù)支持3種運(yùn)行模式：

● CPU Mode：并行運(yùn)算在CPU端完成，應(yīng)用程序仍然需要調(diào)用OpenCL庫(kù)API，OpenCL庫(kù)內(nèi)部會(huì)基于ARMv8 NEON SIMD指令集做針對(duì)性優(yōu)化。

● GPU Mode：并行運(yùn)行在GPU端完成，驅(qū)動(dòng)程序會(huì)充分利用OpenCL設(shè)備的PE單元，提示并行性和運(yùn)算效率。

● BOTH Mode：上面兩種模式的結(jié)合。

通常情況下，BOTH Mode能提供最佳性能，典型做法是將待處理的并行數(shù)據(jù)，平均分成連續(xù)的兩部分，CPU和GPU各自處理一半的數(shù)據(jù)（BOTH模式）。結(jié)合CPU模式，是因?yàn)镃PU端有高主頻，大Cache，高DDR帶寬等優(yōu)勢(shì)。由于GPU端PE的特殊性，對(duì)待處理的數(shù)據(jù)，要求是，所有輸入數(shù)據(jù)運(yùn)算方法相同，沒(méi)有依賴性，比如：兩組輸入數(shù)組A[1024]和B[1024]分別存放有1024字節(jié)的float類型數(shù)據(jù)，將A和B同序號(hào)的數(shù)據(jù)分別做乘法，結(jié)果保存于浮點(diǎn)數(shù)組C[1024]，即：

C[0] = A[0] * B[0];

C[1] = A[1] * B[1];

… …

因?yàn)樗蠵E只能并行執(zhí)行相同的kernel程序。

OpenCL庫(kù)的使用，主要分為如下步驟：

●獲取平臺(tái)信息

●獲取設(shè)備信息

●創(chuàng)建上下文

●創(chuàng)建命令隊(duì)列

●創(chuàng)建和編譯kernel程序

●創(chuàng)建kernel對(duì)象

●創(chuàng)建內(nèi)存對(duì)象

●設(shè)置kernel參數(shù)

●執(zhí)行kernel程序

●同步操作

●獲取處理結(jié)果

●清理資源

部分OpenCL API介紹

OpenCL API通常以 cl_ 開(kāi)頭，很容易識(shí)別。

獲取平臺(tái)信息

cl_int clGetPlatformIDs(cl_uint num_entries,

cl_platform_id *platforms,

cl_uint *num_platforms);

這個(gè)函數(shù)是OpenCL應(yīng)用程序必須調(diào)用的第一個(gè)API，用來(lái)獲取可使用的Platform ID數(shù)組，當(dāng)平臺(tái)數(shù)未知時(shí)，第一次調(diào)用clGetPlatformIDs函數(shù)獲取平臺(tái)數(shù)量，第二次調(diào)用clGetPlatformIDs函數(shù)獲取平臺(tái)對(duì)象，供后續(xù)API使用。

cl_int clGetPlatformInfo(cl_platform_id platform,

cl_platform_info param_name,

size_t param_value_size,

void *param_value,

size_t *param_value_size_ret);

用于獲取OpenCL的Profile信息、版本、平臺(tái)制造商、支持的擴(kuò)展等。

獲取設(shè)備信息

cl_int clGetDeviceIDs(cl_platform_id_platform,

cl_device_type device_type,

cl_uint num_entries,

cl_device_id *devices,

cl_uint *num_devices);

這個(gè)API用來(lái)獲取平臺(tái)可使用的設(shè)備對(duì)象數(shù)組。可用于獲取CPU/GPU/專用加速器等OpenCL設(shè)備數(shù)量等。

cl_int clGetDeviceInfo(cl_device_id device,

cl_device_info param_name,

size_t param_value_size,

void *param_value,

size_t *param_value_size_ret);

用于獲取選定設(shè)備相關(guān)信息，如并行計(jì)算單元最大數(shù)量、設(shè)備端全局內(nèi)存大小等信息。

由于OpenCL API涉及的內(nèi)容比較多，另一方面，OpenCL相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)很成熟，網(wǎng)上有很多的示例資源可供參考，瑞薩也可以提供MPU上的OpenCL例子給到客戶，剩下的OpenCL應(yīng)用程序步驟相關(guān)API，就不進(jìn)一步介紹了。

審核編輯：劉清