飞腾平台FFTW-FT安装使用指南

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本文分享至飞腾开发者平台《飞腾平台FFTW-FT安装使用指南》

1 介绍

  FFTW (Faster Fourier Transform in the West)是一个快速计算离散傅里叶变换的标准C语言程序集，本文介绍了如何在飞腾平台上安装使用FFTW-FT。

2 环境要求

2.1 硬件环境

  硬件环境如下表所示。

项目	说明
CPU	FT-2000+/64、飞腾腾云 S2500、FT-2000/4、飞腾腾锐 D2000
网络
存储
内存

2.2 软件环境

  软件环境如下表所示。

项目	版本	下载地址
OS	centos8.2、Kylin V10、 Ubuntu19.10
GCC	9.2.1、7.3.0、8.3.1、 9.3.0
GNU Binutils	2.32、2.33、2.34、 2.35
Glibc	2.28、2.23、2.31、 2.30
FFTW-FT源代码包	3.3.8	fftw_double-3.3.8.tar.gz fftw_single-3.3.8.tar.gz
FFTW-FT库		fftwlib.tar.gz
Benchfft	3.1	http://www.fftw.org/benchfft/benchfft-3.1.tar.gz

3 部署FFTW-FT

  两种安装方式：

3.1 库安装

  步骤一 获取FFTW-FT库压缩包fftwlib.tar.gz

  步骤二 解压缩fftwlib.tar.gz，解压缩目录下包含FFTW单/双精度库的动态库和静态库以及头文件

  步骤三 设置库路径

export LD_LIBRARY_PATH=$FFTW_LIB_PATH/lib:$LD_LIBRARY_PATH

  生成的库在解压文件夹中的 lib 目录中

3.2 源代码安装

3.2.1 双精度库安装

  步骤一 获取FFTW-FT双精度安装包fftw_double-3.3.8.tar.gz。

  步骤二 解压FFTW-FT双精度安装包fftw_double-3.3.8.tar.gz。

  步骤三 进入解压后文件夹，执行以下命令进行配置编译安装。

./configure --enable-shared --disable-fortran --prefix="$FFTW_LIB_PATH"

make –j

make install

  步骤四 设置库路径

export LD_LIBRARY_PATH=\$FFTW_LIB_PATH/lib:\$LD_LIBRARY_PATH

3.2.2 单精度库安装

  步骤一 获取FFTW-FT单精度安装包fftw_single-3.3.8.tar.gz。

  步骤二 解压FFTW-FT单精度安装包fftw_single-3.3.8.tar.gz。

  步骤三 进入解压后文件夹，执行以下命令进行配置编译安装。

./configure --enable-shared --disable-fortran --enable-float
--prefix="$FFTW_LIB_PATH"

make -j

make install

  步骤四 设置库路径

export LD_LIBRARY_PATH=\$FFTW_LIB_PATH/lib:\$LD_LIBRARY_PATH

4 使用FFTW-FT

4.1 示例程序框架

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include "$FFTW_INC_PATH/fftw3.h"  //fftw头文件所在路径

int main(void)

{

    fftwf_complex *in,*out;

    fftwf_plan p;

    int N=4*1024*1024;

    int i;

    for(N=128;N\<=4\*1024\*1024;N\*=2)

    {

        in=(fftwf_complex*)fftwf_malloc(sizeof(fftwf_complex)*N);

        out=(fftwf_complex*)fftwf_malloc(sizeof(fftwf_complex)*N);

        p=fftwf_plan_dft_1d(N,in,out,FFTW_FORWARD,FFTW_PATIENT); //生成策略

        if((in == NULL)\|\|(out==NULL))

        {

            printf("Error:insufficient available memory!\n");

        }

        else

        {

            for(i=0;i<N;i++)

            {

                in[i][0]=i+1;

                in[i][1]=0;

            }

        }

        fftwf_execute(p); //执行变换

        fftwf_destroy_plan(p);

        fftwf_cleanup();

        fftwf_free(in);

        ftwf_free(out);

    }

}

4.2 程序框架说明

  本程序框架首先需要用户初始化输入数据，然后调用库函数接口来生成策略，最后调用策略执行接口执行策略。

4.2.1 内存空间的申请与释放

  使用库函数fftwf_malloc分配空间，使用库函数fftwf_free来释放相应的地址空间。

  使用库函数fftwf_plan声明的变量，使用库函数fftwf_destroy_plan来释放相应的地址空间。

4.2.2 FFTW策略接口

  上面程序框架中，FFTW的策略生成接口函数为fftwf_plan_dft_1d，其参数列表为(int n,fftwf_complex *in, fftwf_complex *out, int sign, unsigned flags)。参数n为待变换的数据规模，in、out分别为输入、输出数据的地址。sign控制是做DFT变换(FFTW_FORWARD)还是IDFT变换(FFTW_BACKWARD)。flags控制使用哪种策略生成方案，一般为FFTW_PATIENT、FFTW_MEASURE、FFTW_ESTIMATE等。

4.3 示例程序编译

4.3.1 使用动态库

export LD_LIBRARY_PATH=$FFTW_LIB_PATH/lib:$LD_LIBRARY_PATH

gcc demo.c -I$FFTW_INC_PATH -L$FFTW_LIB_PATH -lfftw3f -lm

4.3.2 使用静态库

gcc demo.c -I$FFTW_INC_PATH -L$FFTW_LIB_PATH $FFTW_LIB_PATH/libfftw3f.a

-lm

  其中的$FFTW_INC_PATH和$FFTW_LIB_PATH即FFTW头文件和库文件所在位置

5 使用benchfft进行性能验证

  针对单精度或双精度分别进行验证，验证之前确保单精度fftw库和双精度fftw库都已正确生成。

5.1 单精度性能验证

  步骤一 获取性能测试工具安装包benchfft-3.1.tar.gz。

  步骤二 解压性能测试工具安装包benchfft-3.1.tar.gz。

  步骤三 在解压后的benchfft文件夹中执行以下命令：

./configure --build=arm-aarch64-linux CC="gcc -march=armv8-a+simd"
CFLAGS="-O3 -ftree-vectorize -ffast-math -L$FFTW _LIB_PATH" --enable-single

  其中$FFTW _LIB_PATH为单精度fftw库的安装路径，确保该目录下已生成libfftw3f.a

make -k

  进入benchfft/benchees/fftw3/，确保该目录下生成最新的可执行文件doit即可，然后运行：

 make -k benchmark

  目录benchfft/benchees/fftw3/下生成的doit.single.info文件描述本次批量测试的环境配置信息，
doit.single.speed文件描述本次批量测试中不同规模不同类型的fft实际执行性能。

5.2 双精度性能验证

  步骤一 获取性能测试工具安装包benchfft-3.1.tar.gz。

  步骤二 解压性能测试工具安装包benchfft-3.1.tar.gz。

  步骤三 在解压后的benchfft文件夹中执行以下命令：

./configure --build=arm-aarch64-linux CC="gcc -march=armv8-a+simd"
CFLAGS="-O3 -ftree-vectorize -ffast-math -L$FFTW _LIB_PATH"

  其中$FFTW _LIB_PATH为双精度fftw库的安装路径，确保该目录下已生成libfftw3.a

make -k

  进入benchfft/benchees/fftw3/，确保该目录下生成最新的可执行文件doit即可，然后运行：

make -k benchmark

  目录benchfft/benchees/fftw3/下生成doit.double.info文件描述本次批量测试的环境配置信息，doit.double.speed文件描述本次批量测试中不同规模不同类型的fft实际执行性能。

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