Сгенерируйте код SIMD от блоков Simulink

Можно сгенерировать SIMD (одна инструкция, несколько данных) код от определенных блоков Simulink при помощи Intel AVX и Intel технология SSE. SIMD является вычислительной парадигмой, в которой одна инструкция обрабатывает несколько данных. Много современных процессоров имеют инструкции SIMD, которые, например, выполняют несколько сложений или умножения целиком. Для в вычислительном отношении интенсивных действий на поддерживаемых блоках внутренние параметры SIMD могут значительно улучшать производительность сгенерированного кода на платформах Intel.

Блоки та поддержка генерация кода SIMD

Когда определенные условия соблюдают, можно сгенерировать код SIMD при помощи Intel SE или Intel технология AVX. Эта таблица приводит блоки та поддержка генерация кода SIMD. Таблица также детализирует условия, при которых поддержка доступна.

Блок	Условия
Add	Для Intel AVX и Intel SSE, входной сигнал имеет тип данных `single'double'int32`, или `int64`. Для Intel AVX-512 входной сигнал имеет тип данных `single` или `double`.
Subtract	Для Intel AVX и Intel SSE, входной сигнал имеет тип данных `single'double'int32`, или `int64`. Для Intel AVX-512 входной сигнал имеет тип данных `single` или `double`.
Product	Для Intel AVX и Intel SSE, входной сигнал имеет тип данных `single'double'`, или `int32`. Для Intel AVX-512 входной сигнал имеет тип данных `single` или `double`. Установите параметр Multiplication на `Element-wise(.*)`
Gain	Для Intel AVX или Intel SSE, входной сигнал имеет тип данных `single'double'`, или `int32`. Для Intel AVX-512 входной сигнал имеет тип данных `single` или `double`. Установите параметр Multiplication на `Element-wise(.*)`
Divide	Входной сигнал имеет тип данных `single` или `double`.
Sqrt	Входной сигнал имеет тип данных `single` или `double`.
Ceil	Для Intel SSE и Intel AVX, входной сигнал имеет тип данных `single` или `double`. Intel AVX-512 не поддерживается.
Floor	Для Intel SSE и Intel AVX, входной сигнал имеет тип данных `single` или `double`. Intel AVX-512 не поддерживается.
MinMax	Входной сигнал имеет тип данных `single` или `double`. Значение параметра конфигурации Support: non-finite numbers установлено к `off`.
MATLAB Function	Код MATLAB удовлетворяет условиям, заданным в этой теме: Сгенерируйте Код SIMD для функций MATLAB.
For Each Subsystem	Блок For Each Subsystem содержит блок, перечисленный в этой таблице, которая удовлетворяет заданным условиям. Значение параметров блоков Partition Dimension должно быть выше значения параметра конфигурации Loop unrolling threshold.

Если у вас есть DSP System Toolbox™, можно также сгенерировать код SIMD от определенных блоков DSP System Toolbox. Для получения дополнительной информации смотрите блоки Simulink в DSP System Toolbox который Поддержка Генерация кода SIMD (DSP System Toolbox).

Сгенерируйте код SIMD по сравнению с простым кодом С

Простая модель simdDemo имеет блок Subtract и блок Divide. Блок Subtract имеет входной сигнал, который имеет размерность 240 и тип входных данных single. Блок Divide имеет входной сигнал, который имеет размерность 140 и тип входных данных double.

Простой сгенерированный код C для этой модели:

void simdDemo_step(void)
{
  int32_T i;
  for (i = 0; i < 240; i++) {
    simdDemo_Y.Out1[i] = simdDemo_U.In1[i] - simdDemo_U.In2[i];
  }

  for (i = 0; i < 140; i++) {
    simdDemo_Y.Out2[i] = simdDemo_U.In3[i] / simdDemo_U.In4[i];
  }
}

В плоскости (non-SIMD) код С, каждая итерация цикла приводит к одному результату.

Сгенерировать код SIMD

Откройте приложение Embedded Coder.
Нажмите Settings> Hardware Implementation.
Установите параметр поставщика Устройства на Intel или AMD.
Установите параметр Типа устройства на x86-64(Windows 64) или x86-64(Linux 64).

На панели Interface, для заменяющего параметра библиотек Кода, нажимают Select. В диалоговом окне, которое открывается, выберите библиотеку Intel AVX или Intel SSE. Библиотека, которую вы выбираете, зависит, на котором расширении системы команд ваш процессор поддерживает. Для получения дополнительной информации см. https://www.intel.com/content/www/us/en/support/articles/000005779/processors.html. Эта таблица списки, какие инструкции по внутреннему параметру Intel устанавливают каждую заменяющую библиотеку кода, содержит:

Заменяющая библиотека кода	Система команд внутреннего параметра Intel
Intel SSE	SSE, SSE2, SSE4.1
Intel AVX	SSE, SSE2, SSE4.1, AVX, AVX2
Intel AVX-512	SSE, SSE2, SSE4.1, AVX, AVX2, AVX-512

Сгенерируйте код из модели.

void simdDemo_step(void)
{
  int32_T i;
  for (i = 0; i <= 236; i += 4) {
    _mm_storeu_ps(&simdDemo_Y.Out1[i], _mm_sub_ps(_mm_loadu_ps(&simdDemo_U.In1[i]),
      _mm_loadu_ps(&simdDemo_U.In2[i])));
  }

  for (i = 0; i <= 138; i += 2) {
    _mm_storeu_pd(&simdDemo_Y.Out2[i], _mm_div_pd(_mm_loadu_pd(&simdDemo_U.In3[i]),
      _mm_loadu_pd(&simdDemo_U.In4[i])));
  }
}

Этот код для Intel SSE заменяющая библиотека кода. Инструкции SIMD являются встроенными функциями, которые начинают с идентификатора _mm. Эти функции обрабатывают несколько данных в одной итерации цикла, потому что цикл постепенно увеличивается четыре для одного типов данных и два для двойных типов данных. Для моделей, которые обрабатывают больше данных и в вычислительном отношении более интенсивны, чем этот, присутствие инструкций SIMD может значительно ускорить время выполнения кода.

Для списка Intel встроенные функции для поддерживаемых блоков Simulink см. https://software.intel.com/sites/landingpage/IntrinsicsGuide/.

Ограничения

Сгенерированный код не оптимизирован через SIMD если:

Код в блоке MATLAB Function содержит скалярные типы данных вне тела циклов. Например, если a,b, и c скаляры, сгенерированный код не оптимизирует операцию, такую как c=a+b.
Код в блоке MATLAB Function содержит косвенно индексные массивы или матрицы. Например, если A,B,C, и D векторы, сгенерированный код не векторизован для операции, такой как D(A)=C(A)+B(A).
Блоки в допускающей повторное использование подсистеме не могут быть оптимизированы.
Если код в блоке MATLAB Function содержит параллельные циклы for (parfor), parfor цикл не оптимизирован с кодом SIMD, но циклами в теле parfor цикл может быть оптимизирован с кодом SIMD.

Документация