OpenCL是一套跨平臺(tái)計(jì)算框架，對(duì)OpenCL開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，你可能并不知道OpenCL應(yīng)用最終會(huì)在CPU平臺(tái)、GPU平臺(tái)還是FPGA平臺(tái)上運(yùn)行的，只知道目標(biāo)符合OpenCL規(guī)范。解決的方法就是主機(jī)程序根據(jù)上下文中設(shè)備特性，在運(yùn)行時(shí)從代碼中構(gòu)建程序?qū)ο蟆榱嗽谛阅芎推脚_(tái)無(wú)關(guān)之間均衡，OpenCL提供了兩種方式從代碼中構(gòu)建對(duì)象，一種是從程序源代碼中構(gòu)建，另外一種是從源代碼中已經(jīng)編譯好的代碼上構(gòu)建。

命令隊(duì)列:

OpenCL沒(méi)有定義主機(jī)代碼如何工作的具體細(xì)節(jié)，知識(shí)定義了它通過(guò)命令隊(duì)列與OpenCL設(shè)備如何交互。命令隊(duì)列有主機(jī)或運(yùn)行在設(shè)備中的內(nèi)核（該功能需要支持OpenCL2.0的設(shè)備）提交給命令隊(duì)列。命令會(huì)在命令隊(duì)列中等待，直至別調(diào)度到OpenCL設(shè)備上執(zhí)行。放入命令隊(duì)列中的命令分為下列三種類型：

• 內(nèi)核入隊(duì)命令：將一個(gè)內(nèi)核隊(duì)列關(guān)聯(lián)到同一個(gè)OpenCL設(shè)備的命令隊(duì)列中。
• 存儲(chǔ)器入隊(duì)命令：將在主機(jī)和設(shè)備內(nèi)存對(duì)象間傳輸數(shù)據(jù)，或者將內(nèi)存對(duì)象映射到主機(jī)地址空間，或從主機(jī)地址空間取消映射提交給命令隊(duì)列。
• 同步命令：對(duì)命令隊(duì)列中需要執(zhí)行的命令施加執(zhí)行順序約束，如只有某個(gè)命令執(zhí)行完成其他命令才能開(kāi)始執(zhí)行。

命令可以異步方式執(zhí)行，在這種方式下主機(jī)或運(yùn)行在設(shè)備中內(nèi)核向命令隊(duì)列提交命令，然后繼續(xù)工作，而不必等待命令完成。如果有必要等待一個(gè)命令完成，可以利用命令執(zhí)行相關(guān)的同步機(jī)制進(jìn)行同步。

一個(gè)命令隊(duì)列中命令執(zhí)行時(shí)可以有以下兩種模式：

• 按序（in-order）執(zhí)行：命令按其排入命令隊(duì)列中的先后順序執(zhí)行，并按順序完成。
• 亂序（out-of-order）執(zhí)行：命令以任意順序執(zhí)行，通過(guò)顯示的同步點(diǎn)或顯示事件依賴項(xiàng)來(lái)約束順序。

OpenCL平臺(tái)都支持按序模式，但亂序模式是可選的。

與內(nèi)核相關(guān)的計(jì)算，在運(yùn)行時(shí)只作為內(nèi)核實(shí)例執(zhí)行。常規(guī)方法上，可以通過(guò)主機(jī)程序多次啟動(dòng)內(nèi)核實(shí)例來(lái)執(zhí)行，但這樣會(huì)顯著地增加開(kāi)銷或加重應(yīng)用程序控制流。一個(gè)方便有效的方法就是從內(nèi)核內(nèi)部嵌套內(nèi)核命令隊(duì)列。對(duì)支持OpenCL2.0的設(shè)備，可以在設(shè)備上入隊(duì)內(nèi)核，不需要主機(jī)程序參與，這稱為設(shè)備端隊(duì)列，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備端隊(duì)列，實(shí)現(xiàn)了嵌套并行。

內(nèi)核在OpenCL設(shè)備上執(zhí)行:

主機(jī)發(fā)出一個(gè)命令，提交一個(gè)內(nèi)核到OpenCL設(shè)備上執(zhí)行，OpenCL運(yùn)行時(shí)將會(huì)創(chuàng)建一個(gè)整數(shù)索引空間。索引空間是OpenCL支持的一個(gè)N維值的網(wǎng)格，稱為NDRange，其中N為1，2,或3。三個(gè)長(zhǎng)度為N的數(shù)據(jù)確定了NDRange的一下特征。

• 每個(gè)維度索引空間（或全局大小）的范圍
• 一個(gè)偏移指數(shù)F表明每個(gè)維度的初始索引值（默認(rèn)為0）
• 一個(gè)工作組（局部大小）每個(gè)維度大小。

OpenCL存儲(chǔ)器模型:

OpenCL異構(gòu)平臺(tái)由主機(jī)端和設(shè)計(jì)端構(gòu)成，存儲(chǔ)器區(qū)域包括主機(jī)和設(shè)備的內(nèi)存。

• 主機(jī)內(nèi)存（host memory）:主機(jī)直接可用的內(nèi)存，OPenCL并未定義主機(jī)內(nèi)存的具體的行為。通過(guò)OpenCL API或者共享虛擬存儲(chǔ)接口，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器對(duì)象在主機(jī)和設(shè)備之間的傳輸。
• 全局存儲(chǔ)器（global memory）:這個(gè)存儲(chǔ)器區(qū)域允許上下文任何設(shè)備中所有工作組的所有工作項(xiàng)的讀寫(xiě)，工作項(xiàng)可以讀寫(xiě)存儲(chǔ)器對(duì)象中的任意元素。全局存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)能力可能會(huì)被緩存，取決于設(shè)備的能力。
• 常量存儲(chǔ)器（constant memory）：全局存儲(chǔ)器中的一塊區(qū)域，在內(nèi)核實(shí)例執(zhí)行期間其保存的數(shù)據(jù)保持不變。主機(jī)負(fù)責(zé)該存儲(chǔ)器對(duì)象的分配和初始化。
• 局部存儲(chǔ)器（lcoal memory）：這個(gè)存儲(chǔ)器區(qū)域?qū)ぷ鹘M是局部可見(jiàn)的，用來(lái)分配該工作組中所有工作項(xiàng)共享的變量。
• 私有存儲(chǔ)器（private memory）：這個(gè)存儲(chǔ)器區(qū)域是一個(gè)工作項(xiàng)的私有區(qū)域。

存儲(chǔ)器對(duì)象

全局存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)內(nèi)容通過(guò)存儲(chǔ)器對(duì)象來(lái)表示，一個(gè)存儲(chǔ)器對(duì)象就是對(duì)全局存儲(chǔ)器區(qū)域的一個(gè)引用，主要有三種不同的類型：

• 緩沖（buffer）：內(nèi)核可用一個(gè)連續(xù)的存儲(chǔ)器區(qū)域，編程人員可以將內(nèi)建數(shù)據(jù)類型、矢量數(shù)據(jù)類型或用戶自定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（符合OpenCL編程規(guī)范）映射到這個(gè)緩沖區(qū)，，內(nèi)核通過(guò)指針來(lái)訪問(wèn)緩存區(qū)。
• 圖像（image）：圖像對(duì)象用戶存儲(chǔ)基于標(biāo)準(zhǔn)格式的圖像，圖像對(duì)象是一個(gè)不透明的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使用OpenCL API函數(shù)來(lái)管理。通常不允許OpenCL內(nèi)核對(duì)單個(gè)圖像同時(shí)進(jìn)行讀和寫(xiě)。在OpenCL2.0之后，提供了同步和柵欄操作來(lái)放寬這個(gè)限制。
• 管道（pipe）：管道存儲(chǔ)器是數(shù)據(jù)項(xiàng)有序的隊(duì)列，管道有兩個(gè)端點(diǎn)：一個(gè)是寫(xiě)端點(diǎn)，用于插入數(shù)據(jù)項(xiàng)，另外一個(gè)讀端點(diǎn)，數(shù)據(jù)項(xiàng)從讀端點(diǎn)被移除。同一個(gè)時(shí)刻，僅有一個(gè)內(nèi)核實(shí)例可向一個(gè)管道寫(xiě)入數(shù)據(jù)，同時(shí)僅有一個(gè)內(nèi)核實(shí)例從一個(gè)管道讀出數(shù)據(jù)。

主機(jī)和設(shè)備間有三種交互方式：讀、寫(xiě)、映射和解映射以及拷貝。

OpenCL編程基礎(chǔ):

OpenCL編程中重要的概念：

• Host：CPU以及系統(tǒng)的內(nèi)存統(tǒng)稱為Host，我們?cè)贖ost上定義控制OpenCl的環(huán)境與執(zhí)行邏輯。
• Device：將GPU以及GPU本身的顯示內(nèi)存稱為Device，在Host上定義的計(jì)算邏輯最終要GPU進(jìn)行計(jì)算。
• Kernel：OpenCl程序分為Host(CPU)和Device(GPU）兩個(gè)部分，主程序由CPU執(zhí)行，當(dāng)需要并行計(jì)算數(shù)據(jù)時(shí)，OpenCL就會(huì)將程序編譯成GPU能執(zhí)行的程序，發(fā)送給GPU，這個(gè)程序就是Kernel。Kernel是Device程序執(zhí)行的入口點(diǎn)。
• SIMT:單指令多線程（SINGLE INSTRUCTION MULTI THREAD）的簡(jiǎn)寫(xiě),相同的代碼在不同線程中并行執(zhí)行，每個(gè)線程使用不同的數(shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行同一段代碼。
• Work-item:工作項(xiàng)，與CUDA中的Thread是一樣的，是最小執(zhí)行單元。一個(gè)GPU并行程序會(huì)被許多個(gè)threads來(lái)執(zhí)行。
• Work-group：工作組，與CUDA中Block是一樣的。Work-group的存在是為了允許work-item之間的通信與協(xié)作。數(shù)個(gè)Work-item會(huì)被群組成一個(gè)Work-group，同一個(gè)Work-group中的Work-item可以同步并通過(guò)shared memory通信。（work-group是以N維網(wǎng)格形式組織的，N=1，2或3）
• ND-Range：ND-Range是Work-group下一個(gè)組織級(jí)別，定義了work-group的組織形式，與CUDA中的grid是一樣的。（ND-Rang以N維網(wǎng)格形式組織的，N=1，2或3）
• Global memory：通俗意義上的設(shè)備內(nèi)存。
• Constant memory：位于設(shè)備內(nèi)存，常量?jī)?nèi)存用于保存在核函數(shù)執(zhí)行期間不會(huì)發(fā)生變化的數(shù)據(jù)。變量的訪問(wèn)限制為只讀。常量?jī)?nèi)存采取了不同于標(biāo)準(zhǔn)全局內(nèi)存的處理方式。在某些情況下，用常量?jī)?nèi)存替換全局內(nèi)存能有效地減少內(nèi)存帶寬，從而提升性能。
• Local memory：局部?jī)?nèi)存，隸屬于一個(gè)工作組的內(nèi)存區(qū)域。它可以用來(lái)分配一些變量， 這些變量由此工作組中的所有工作項(xiàng)共享。在OpenCL設(shè)備上，可能會(huì)將 其實(shí)現(xiàn)成一塊專有的內(nèi)存區(qū)域，也可能將其映射到全局內(nèi)存中。
• Private memory：私有內(nèi)存，隸屬于一個(gè)工作項(xiàng)的內(nèi)存區(qū)域。 一個(gè)工作項(xiàng)的私有內(nèi)存中所定義的變量對(duì)另外一個(gè)工作項(xiàng)來(lái)說(shuō)是不可見(jiàn)的

注意點(diǎn)：

• 核函數(shù)是以Work-group為單位執(zhí)行
• Host程序中包括：Plantform（平臺(tái)）、Context（上下文，即OpenCl環(huán)境，包括OpenCL kernel、設(shè)備、內(nèi)存管理、命令隊(duì)列等）、Command-Queue（指令隊(duì)列，多個(gè)指令隊(duì)列允許應(yīng)用程序在不需要同步的情況下執(zhí)行多條無(wú)關(guān)聯(lián)的指令）
• Work-item、Work-group和ND-range都使用一維、二維和三維的索引進(jìn)行標(biāo)識(shí)

OpenCL編程入門(mén)：

OpenCL編程的步驟。 首先給出實(shí)現(xiàn)流程，然后給出實(shí)現(xiàn)圖像旋轉(zhuǎn)的C循環(huán)實(shí)現(xiàn)和OpenCL C kernel實(shí)現(xiàn)。

OpenCL C kernel代碼：

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的OpenCL编程的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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