Intel altera opencl 入門

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今天給大俠帶來Intel altera opencl 入門，話不多說，上貨。

概述

Intel altera 的 OpenCL 主要面向信號處理類應(yīng)用的客戶，是用C語言開發(fā)FPGA的利器，開放計算語言(OpenCL)聯(lián)盟著名的公司有 FPGA巨頭Intel altera、兩大顯卡GPU巨頭AMD和英偉達(dá)、CPU巨頭Intel、軟件和服務(wù)器巨頭IBM以及全世界最大的公司Apple（蘋果）等等。不過AMD和英偉達(dá)是用GPU實現(xiàn)的OpenCL并行運算，Intel altera是用FPGA實現(xiàn)并行運算。

1. 系統(tǒng)要求

? Microsoft 64-bit Windows 7專業(yè)版或者更高。

? 對于Windows操作系統(tǒng), 要安裝微軟公司的Visual Studio 2010或者2012專業(yè)版（推薦）?；蛘撸?/p>

? Red Hat Enterprise 64-bit Linux (RHEL) 5或者6。
? 對于Linux操作系統(tǒng), 安裝操作系統(tǒng)過程中要把C編譯器包括GCC勾選上。

2.安裝Altera的軟件和搭建OpenCL環(huán)境（以Windows為例，Linux也類似）：

?安裝Quartus II 13.1 ?Update4（或者14.0）?安裝Altera OpenCL 13.1 Update4（AOCLSetup-13.1.4.182.exe）（或者14.0）

設(shè)置環(huán)境變量（基于默認(rèn)的安裝路徑）：

變量和值如下：ALTERAOCLSDKROOT和C:altera13.1hld（或者C:altera14.0hld）
PATH和C:altera13.1hldwindows64bin（或者C:altera14.0hldbin;C:altera14.0hldhostwindows64bin）
LM_LICENSE_FILE和c:alteralicense.dat

參考下圖：

然后在命令行里面運行where aoc，測試一下軟件是否安裝正確以及環(huán)境變量是否設(shè)置正確，如果正確，如下圖；如果不正確，修改錯誤再來。

或者（14.0）

3.開發(fā)板環(huán)境的安裝和測試（以臺灣友晶的DE5-Net開發(fā)板為例，不過沒有開發(fā)板也可以，開發(fā)板不是必需的）：

1). 準(zhǔn)備工作：下載DE5-Net開發(fā)板的全套軟件安裝包，http://www.terasic.com/downloads ... 5NET_openCL_BSP.zip ?136MB，把里面的terasic文件夾解壓縮到C:altera13.1hldboard下。

設(shè)置DE5-Net開發(fā)板的環(huán)境變量：

變量和值如下：AOCL_BOARD_PACKAGE_ROOT和C:altera13.1hldboardterasicde5net參考下圖：

然后在命令行里面運行aocl install來安裝開發(fā)板驅(qū)動。

關(guān)閉你的PC，安裝和連接開發(fā)板硬件后，重新開機(jī)，在命令行里面運行aoc --list-boards，如果硬件安裝連接成功，會顯示開發(fā)板名字de5net_a7，如果開發(fā)板不存在，顯示none found。

2). 測試開發(fā)板：

在命令行里面運行 cd C:altera13.1hldboardterasictestsblank，運行aocl program blank.aocx，如果開發(fā)板已經(jīng)安裝連接好，aocx里面的sof文件會通過PCI-E接口下載，并且會返回成功的信息，如果開發(fā)板不存在或者沒有安裝連接好，會自動解壓縮出reprogram_temp.sof，用戶可以通過USB下載電纜去下載。

備注：沒有開發(fā)板的客戶可以在設(shè)置環(huán)境變量后跳過后面的步驟，繼續(xù)。

4.編譯和測試OpenCL工程：

1). 編譯OpenCL工程：在命令行里面運行cd C:altera13.1hldboardterasictestsboardtest進(jìn)入工程文件夾，運行aoc boardtest.cl --sw-dimm-partition開始編譯，編譯時間大約1個小時，最終產(chǎn)生的boardtest.aocx里面包含了sof文件，可以給開發(fā)板編程進(jìn)去。

2). 測試OpenCL工程（通過開發(fā)板）：

在命令行里面運行 cd C:altera13.1hldboardterasictestsblank，運行aocl program boardtest.aocx，如果開發(fā)板已經(jīng)安裝連接好，aocx里面的sof文件會通過PCI-E接口下載，并且會返回成功的信息，如果開發(fā)板不存在或者沒有安裝連接好，會自動解壓縮出reprogram_temp.sof，用戶可以通過USB下載電纜去下載。

提示：沒有開發(fā)板的客戶可以跳過上面的步驟，直接編譯下面不需要開發(fā)板的例子，有開發(fā)板的客戶可以直接到第五步：

下面完全脫離真實的開發(fā)板來運行Cytech_C5SOC.zip：

設(shè)置“虛擬”板的環(huán)境變量（替換原來的環(huán)境變量）：

變量和值如下：AOCL_BOARD_PACKAGE_ROOT和 C:altera13.1hldboardCytech_C5SOC

參考下圖：

解壓縮Cytech_C5SOC.zip里面的內(nèi)容到C:altera13.1hldboard（也可以是其它文件夾），把例子exm_opencl_hello_world_windows64.zip里面的hello_world.cl也復(fù)制到這個文件夾下，在命令行里面運行cd C:altera13.1hldboard，運行aoc hello_world.cl開始編譯。----因為Cyclone V SOC的5CSXFC6容量比Stratix V的5SGSMD5小幾倍，所以編譯時間只有20分鐘左右，最終產(chǎn)生的hello_world.aocx里面包含了sof文件，同時也產(chǎn)生了轉(zhuǎn)換后的.V源碼和整個編譯后的Quartus II完整工程，包括大量的底層配套的各種IP源碼。

再演示3個不同的例子，分別是vector_add、matrix_mult和FFT，也是完全脫離真實的開發(fā)板來運行：

不改變上面“虛擬”板的環(huán)境變量，目的是繼續(xù)使用Cyclone V SOC的5CSXFC6，可以產(chǎn)生為這個系列優(yōu)化的源碼。分別解壓縮3個zip例子到C:altera13.1hldboard（也可以是其它目錄），然后分別在在命令行里面：

1.運行cd C:altera13.1hldboardvector_adddevice，然后運行aoc vectorAdd.cl開始編譯。
2.運行cd C:altera13.1hldboardmatrix_multdevice，然后運行aoc matrix_mult.cl開始編譯。
3.運行cd C:altera13.1hldboardfft1ddevice，然后運行aoc fft1d.cl開始編譯。

3個例子之間沒有任何聯(lián)系，可以單獨運行，如果你的PC內(nèi)存足夠大，可以一起運行。

在產(chǎn)生的不同Quartus II工程中，可以找到matrix_mult.v、vectorAdd.v和fft1d.v這些轉(zhuǎn)換出的源碼。特別注意的是，這些最終的源碼是acl_kernel_interface接口，這種接口比較簡單，和FIFO差不多，只不過多了幾個啟動結(jié)束控制線,如start，valid等等。

備注：大家可以把這些源碼復(fù)制到自己的工程中和自己寫的其它邏輯模塊連接起來即可。如果想產(chǎn)生基于Stratix V器件優(yōu)化的源碼，可以在環(huán)境變量的路徑中把臺灣友晶的DE5-Net開發(fā)板作為虛擬板（也就是恢復(fù)第三步的環(huán)境變量），然后編譯cl文件即可。

5.編譯Host程序：

啟動Visual Studio 2012，點擊“文件打開項目”，選擇C:altera13.1hldboardterasictestsboardtesthostboardtest.sln（或者直接在硬盤上雙擊這個sln文件，VS 2012會自動完成上述步驟），然后點擊“生成生成解決方案”，最后在……h(huán)ostx64Release下產(chǎn)生了boardtest.exe，不過這個exe不能運行，因為缺少幾個dll文件，把C:altera13.1hldwindows64bin下的所有的6個dll文件復(fù)制過來，和這個exe放在同一個文件夾下就可以運行了。備注：沒有開發(fā)板的客戶可以跳過上面這個步驟。

6.查看結(jié)果：把第四步產(chǎn)生的aocx文件下載到開發(fā)板，成功后會返回信息，然后運行第五步產(chǎn)生的exe即可在PC屏幕上看到開發(fā)板返回的最終結(jié)果。

備注：沒有開發(fā)板的客戶可以跳過上面這個步驟。

沒有開發(fā)板的客戶只需要走1、2、4步即可。

參考資料、例子和其它：

1.參考資料：http://www.altera.com.cn/product ... l/opencl-index.html

網(wǎng)頁最下面3個入門文檔：
面向OpenCL的Altera SDK開始設(shè)計：aocl_getting_started.pdf
面向OpenCL的Altera SDK編程指南：aocl_programming_guide.pdf
面向OpenCL的Altera SDK優(yōu)化指南：aocl_optimization_guide.pdf

其中13.1版本對應(yīng)的aocl_getting_started.pdf第8頁是錯的，PATH應(yīng)該是C:altera13.1hldwindows64bin，14.0里面改正了。2.Altera目前有13個OpenCL的例子在http://www.altera.com.cn/support/examples/opencl/opencl.html ?里面，上面第4步用到的exm_opencl_hello_world_windows64.zip例子就來自于這個網(wǎng)頁。3.Cl文件是OpenCL的源碼文件，aocx是cl文件編譯后的編程文件，里面包括sof文件。PC機(jī)那邊的Host軟件不是必需的，做host軟件僅僅是為了和開發(fā)板通信來獲取開發(fā)板運行openCL的信息。沒有開發(fā)板的用戶只要寫一個cl文件然后自己建立一個Quartus II工程就可以編譯了，最后產(chǎn)生了轉(zhuǎn)換后的.V源碼和整個編譯后的Quartus II完整工程，包括大量的底層配套的各種IP源碼。

4.因為事先設(shè)置了環(huán)境變量的緣故，所以cl文件放到任何路徑下都可以編譯，編譯后會在cl文件所在的文件夾里面產(chǎn)生完整的Quartus II整個工程，里面就有轉(zhuǎn)換后的.v文件。