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2018.3 SDAccel™ 開発環境チュートリアル

ほかのバージョンを参照

複数の計算ユニットの使用

概要

このチュートリアルでは、FPGA 上のカーネル インスタンスの数を増やすための柔軟なカーネル リンク プロセスを示します。カーネルの各インスタンスは、計算ユニット (CU) とも呼ばれます。このプロセスを使用すると、統合されたホスト/カーネル システムの並列処理が向上します。

背景

SDAccel™ ツールでは、デフォルトではカーネルごとに 1 つのハードウェア インスタンス (計算ユニット) が作成されます。ホスト プログラムは、異なるデータ セットに対して同じカーネルを複数回使用できます。この場合、カーネルに対して複数の計算ユニットを生成して、これらの計算ユニットを同時実行すると、システム全体のパフォーマンスを向上できます。

詳細は、『SDAccel プログラマ ガイド』 (UG1277) を参照してください。

チュートリアル例の説明

このチュートリアルでは、画像フィルター例を使用して複数の計算ユニットの機能を示します。ホスト アプリケーションは、画像を処理して Y、U、および V プレーンを抽出し、カーネルを 3 回実行して画像の各プレーンをフィルター処理します。デフォルトでは、FPGA にはカーネルのハードウェア インスタンスが 1 つしか含まれないので、これら 3 つのカーネルは同じハードウェア リソースを使用して順次実行されます。このチュートリアルでは、ホスト アプリケーションが呼び出す計算ユニットの数を増やし、Y、U、および V プレーンを同時にフィルター処理する方法を示します。

内容

このチュートリアルでは、次を実行します。

  1. 新しいアプリケーション プロジェクトを作成し、ソース ファイルをインポートします。
  2. ハードウェア エミュレーションを実行し、エミュレーション レポートを参照して、カーネルが順に複数回実行されることを確認します。
  3. ホスト コードを変更し、コマンドを順不同に実行できるようにします。
  4. カーネル リンク プロセスを変更し、同じカーネルのインスタンスを複数作成します。
  5. ハードウェア エミュレーションを再実行し、計算ユニットが同時実行されることを確認します。

チュートリアル手順

ワークスペースの設定

  1. 次のコマンドを使用してサンプル デザインのディレクトリに移動します。 
    cd using-multiple-cu/reference-files/
  2. 次のコマンドを使用して SDx™ 環境 GUI を起動します。 
    sdx
  3. ワークスペースを指定し、新しいアプリケーション プロジェクトを作成して、プロジェクトを名前を filter2d に指定します。
  4. プラットフォームとして xilinx_u200_xdma_201830_1 を選択します。
  5. [Templates] ページで [Empty Application] を選択し、[Finish] をクリックします。

プロジェクトが作成され、指定したワークスペースで開きます。

デザインの設定

  1. [Project Explorer] ビューで src/host ディレクトリからホスト ソース ファイルをインポートし、すべてのファイルを選択します。
  2. [Project Explorer] ビューで、src/kernel ディレクトリから Filter2DKernel.xo カーネル オブジェクト ファイルをインポートします。

注記: このチュートリアルで使用するカーネル コードは、既にコンパイル済みのオブジェクト ファイル (.xo) です。実際には、Filter2DKernel.xo ファイルは、C/C++ または RTL のいずれかから生成されたものです。コンパイル済みオブジェクト コードから開始する場合は、どちらでも基本的には同じです。.xo ファイルから開始しても、リンク プロセスをカスタマイズすることは可能です。

  1. メイン プロジェクト ウィンドウで、ハードウェア関数として Filter2DKernel を選択します。
  2. ホスト コード リンカー オプションを指定します。
    ホスト コードでは、画像ファイルの演算に OpenCV™ ライブラリが使用されるので、関連するリンカー オプションを指定する必要があります。
  3. [Project Explorer] ビューで filter2d プロジェクトの最上位フォルダーを右クリックし、[C/C++ Build Settings] をクリックします。
  4. [Settings] ダイアログ ボックスの [Tool Settings] タブで、[SDx GCC Host Linker (x86_64)] を選択します。
  5. [Settings] ダイアログ ボックスの上部で、[Configuration] ドロップダウン リストから [All Configuration] を選択し、リンカー オプションがすべてのフローに適用されるようにします。
  6. [Expert Settings: Command line pattern] フィールドの現在の文字列の最後に、次の文字列を追加します。
  -L${XILINX_SDX}/lnx64/tools/opencv -lopencv_core -lopencv_highgui -Wl,-rpath,${XILINX_SDX}/lnx64/tools/opencv

  1. [Apply and Close] をクリックします。

  2. ランタイム引数を設定します。
    [Run] メニューから [Run Configurations] をクリックし、[Arguments] タブで [Program arguments] フィールドに -x ../binary_container_1.xclbin -i ../../../../img/test.bmp -n 1 と入力します。

ハードウェア エミュレーションの実行

[Active build configuration] を [Emulation-HW] に設定し、[Run] ボタン () をクリックしてハードウェア エミュレーションを実行します。

ホスト コードの確認

エミュレーションを実行中に、ホスト コードを確認してみます。[Project Explorer] ビューで src フォルダーを展開し、host.cpp ファイルをダブルクリックして開きます。

266 ～ 268 行目にスクロールし、Y、U、および V チャネルを処理するためにフィルター関数が 3 回呼び出されていることを確認します。

この関数は、80 行目から記述されています。下の抜粋部分で、カーネル引数が設定され、カーネルが clEnqueueTask コマンドにより実行されます。

これら 3 つの clEnqueueTask コマンドは、1 つの順序どおりのコマンド キューを使用してキューに追加されます (75 行目)。このコマンド キューを使用するすべてのコマンドは、キューに追加された順序で実行されます。

エミュレーション結果

ハードウェア エミュレーションの実行が終了したら、左下にある [Assistant] ビューをクリックします。[Emulation-HW] → [filter2d-Default] を展開します。ここから、プロファイル サマリ (Profile Summary) および アプリケーション タイムライン (Application Timeline) などの重要なレポートを開くことができます。

  1. [Profile Summary] レポートをダブルクリックして [Reports] ビューに開きます。
  • このレポートには、アプリケーションがどうのように実行されたかに関連するデータが表示されます。
  • 「Top Kernel Execution」セクションを見ると、カーネルが 3 回実行されていることがわかります。
  1. [Emulation-HW] の [Application Timeline] レポートを開きます。
    • アプリケーション タイムライン レポートは、ホストとデバイスのイベント情報を収集し、共通のタイムラインに表示します。これは、システムの全体的な状態とパフォーマンスを視覚的に表示して理解するのに役立ちます。
    • タイムラインの最下部に、ホストからキューに追加された各カーネルに 1 本ずつ、合計 3 本の青いバーがあります。1 つの順序どおりのコマンド キューが使用されているので、ホストはカーネル実行を順にキューに追加します。
    • 青いバーの下に、各カーネル実行に 1 本ずつ、合計 3 本の緑色のバーがあります。これらは、FPGA で順に実行されます。

カーネルを同時にキューに追加するためのホスト コードの変更

ホスト コードの 75 行目を変更して、順不同コマンド キューを宣言します。

変更前:

mQueue   = clCreateCommandQueue(Context, Device, CL_QUEUE_PROFILING_ENABLE, &mErr);

変更後:

mQueue   = clCreateCommandQueue(Context, Device, CL_QUEUE_PROFILING_ENABLE | CL_QUEUE_OUT_OF_ORDER_EXEC_MODE_ENABLE, &mErr);

Ctrl + S キー を押してファイルを保存します。

オプションの手順: 変更したホスト コードでハードウェア エミュレーションを実行できます。ハードウェア エミュレーションを実行する場合、タイムライン トレースを使用して、順不同コマンド キューを使用することによりカーネルがほぼ同時に実行できるようになることを確認します。

ホストはこれらの実行を同時にスケジューリングできますが、FPGA 上にあるカーネル インスタンスに制限があるので、一部の実行要求は遅れます (FPGA ではカーネルは順次実行される)。

次の手順では、FPGA 上のカーネル インスタンスの数を増やして、ホスト カーネルを同時に実行できるようにします。

1 つの順不同キューを使用する代わりに、複数の順序どおりのキューを使用して、ホスト コードから同じ同時コマンド実行を達成できます。詳細は、この SDAccel Github ホスト コード例を参照してください。この例では、1 つの順不同コマンド キューを使用した方法と複数の順序どおりのコマンド キューを使用した方法を示しています。

カーネル インスタンスの数の増加

次の手順に従って、カーネル インスタンスの数を 3 に増加します。

  1. [Filter2D] タブをクリックして [SDx Project Settings] に戻ります。
  2. ウィンドウの下部にある [Hardware Functions] セクションを見つけます。
  3. 計算ユニットの数を 1 から 3 に増やします。

ハードウェア エミュレーションの実行と変更の確認

  1. 先ほどと同様にハードウェア エミュレーションを実行します。
  2. 実行が終了したら、プロファイル サマリ レポートを確認します。
  3. [Application Timeline] レポートで、カーネル実行がオーバーラップしていることを確認します。

カーネル リンク プロセスを変更して、FPGA 上の同じカーネル インスタンスを同時に実行する方法を学びました。

オプションの手順

このチュートリアルでは、ハードウェア エミュレーションを使用してメカニズムを確認しました。[Active Build Configuration] を [System] に変更して [Run] ボタンをクリックしてコンパイルすると、実際の FPGA ボード上で実行することもできます。実行が終了したら、システム実行からのタイムライン トレース レポートで確認できます。

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