| 1 | /*************************************************************************/ | 
|---|
| 2 | /*                                                                       */ | 
|---|
| 3 | /*  Copyright (c) 1994 Stanford University                               */ | 
|---|
| 4 | /*                                                                       */ | 
|---|
| 5 | /*  All rights reserved.                                                 */ | 
|---|
| 6 | /*                                                                       */ | 
|---|
| 7 | /*  Permission is given to use, copy, and modify this software for any   */ | 
|---|
| 8 | /*  non-commercial purpose as long as this copyright notice is not       */ | 
|---|
| 9 | /*  removed.  All other uses, including redistribution in whole or in    */ | 
|---|
| 10 | /*  part, are forbidden without prior written permission.                */ | 
|---|
| 11 | /*                                                                       */ | 
|---|
| 12 | /*  This software is provided with absolutely no warranty and no         */ | 
|---|
| 13 | /*  support.                                                             */ | 
|---|
| 14 | /*                                                                       */ | 
|---|
| 15 | /*************************************************************************/ | 
|---|
| 16 |  | 
|---|
| 17 | /////////////////////////////////////////////////////////////////////////// | 
|---|
| 18 | // This port of the SPLASH FFT benchmark on the ALMOS-MKH OS has been | 
|---|
| 19 | // done by Alain Greiner (august 2018). | 
|---|
| 20 | // | 
|---|
| 21 | // This application performs the 1D fast Fourier transfom for an array | 
|---|
| 22 | // of N complex points, using the Cooley-Tuckey FFT method. | 
|---|
| 23 | // The N data points are seen as a 2D array (rootN rows * rootN columns). | 
|---|
| 24 | // Each thread handle (rootN / nthreads) rows. The N input data points | 
|---|
| 25 | // be initialised in three different modes: | 
|---|
| 26 | // - CONSTANT : all data points have the same [1,0] value | 
|---|
| 27 | // - COSIN    : data point n has [cos(n/N) , sin(n/N)] values | 
|---|
| 28 | // - RANDOM   : data points have pseudo random values | 
|---|
| 29 | // | 
|---|
| 30 | // This application uses 4 shared data arrays, that are distributed | 
|---|
| 31 | // in all clusters (one sub-buffer per cluster): | 
|---|
| 32 | // - data[N] contains N input data points, with 2 double per point. | 
|---|
| 33 | // - trans[N] contains N intermediate data points, 2 double per point. | 
|---|
| 34 | // - umain[rootN] contains rootN coefs required for a rootN points FFT. | 
|---|
| 35 | // - twid[N] contains N coefs : exp(2*pi*i*j/N) / i and j in [0,rootN-1]. | 
|---|
| 36 | // For data, trans, twid, each sub-buffer contains (N/nclusters) points. | 
|---|
| 37 | // For umain, each sub-buffer contains (rootN/nclusters) points. | 
|---|
| 38 | // | 
|---|
| 39 | // The main parameters for this generic application are the following: | 
|---|
| 40 | //  - M : N = 2**M = number of data points / M must be an even number. | 
|---|
| 41 | //  - T : nthreads = ncores defined by the hardware / must be power of 2. | 
|---|
| 42 | // | 
|---|
| 43 | // There is one thread per core. | 
|---|
| 44 | // The max number of clusters is defined by (X_MAX * Y_MAX). | 
|---|
| 45 | // The max number of cores per cluster is defined by CORES_MAX. | 
|---|
| 46 | // | 
|---|
| 47 | // Several configuration parameters can be defined below: | 
|---|
| 48 | //  - VERBOSE : Print out complex data points arrays. | 
|---|
| 49 | //  - CHECK : Perform both FFT and inverse FFT to check output/input. | 
|---|
| 50 | //  - DEBUG : Display intermediate results | 
|---|
| 51 | // | 
|---|
| 52 | // Regarding final instrumentation: | 
|---|
| 53 | // - the sequencial initialisation time (init_time) is computed | 
|---|
| 54 | //   by the main thread in the main() function. | 
|---|
| 55 | // - The parallel execution time (parallel_time[i]) is computed by each | 
|---|
| 56 | //   thread(i) in the slave() function. | 
|---|
| 57 | // - The synchronisation time related to the barriers (sync_time[i]) | 
|---|
| 58 | //   is computed by each thread(i) in the slave() function. | 
|---|
| 59 | // The results are displayed on the TXT terminal, and registered on disk. | 
|---|
| 60 | /////////////////////////////////////////////////////////////////////////// | 
|---|
| 61 |  | 
|---|
| 62 | #include <math.h> | 
|---|
| 63 | #include <stdio.h> | 
|---|
| 64 | #include <stdlib.h> | 
|---|
| 65 | #include <fcntl.h> | 
|---|
| 66 | #include <unistd.h> | 
|---|
| 67 | #include <pthread.h> | 
|---|
| 68 | #include <almosmkh.h> | 
|---|
| 69 | #include <hal_macros.h> | 
|---|
| 70 |  | 
|---|
| 71 | // constants | 
|---|
| 72 |  | 
|---|
| 73 | #define PI                      3.14159265359 | 
|---|
| 74 | #define PAGE_SIZE               4096 | 
|---|
| 75 | #define X_MAX                   16              // max number of clusters in a row | 
|---|
| 76 | #define Y_MAX                   16              // max number of clusters in a column | 
|---|
| 77 | #define CORES_MAX               4               // max number of cores in a cluster | 
|---|
| 78 | #define CLUSTERS_MAX            X_MAX * Y_MAX | 
|---|
| 79 | #define THREADS_MAX             CLUSTERS_MAX * CORES_MAX | 
|---|
| 80 | #define RANDOM                  0 | 
|---|
| 81 | #define COSIN                   1 | 
|---|
| 82 | #define CONSTANT                2 | 
|---|
| 83 |  | 
|---|
| 84 | // parameters | 
|---|
| 85 |  | 
|---|
| 86 | #define DEFAULT_M               6 | 
|---|
| 87 | #define VERBOSE                 0 | 
|---|
| 88 | #define CHECK                   0 | 
|---|
| 89 | #define DEBUG_MAIN              1 | 
|---|
| 90 | #define DEBUG_FFT1D             1 | 
|---|
| 91 | #define DEBUG_ONCE              0 | 
|---|
| 92 | #define MODE                    COSIN | 
|---|
| 93 |  | 
|---|
| 94 | // macro to swap two variables | 
|---|
| 95 | #define SWAP(a,b) { double tmp; tmp = a; a = b; b = tmp; } | 
|---|
| 96 |  | 
|---|
| 97 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// | 
|---|
| 98 | //             global variables | 
|---|
| 99 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// | 
|---|
| 100 |  | 
|---|
| 101 | unsigned int   x_size;                     // number of clusters per row in the mesh | 
|---|
| 102 | unsigned int   y_size;                     // number of clusters per column in the mesh | 
|---|
| 103 | unsigned int   ncores;                     // number of cores per cluster | 
|---|
| 104 | unsigned int   nthreads;                   // total number of threads (one thread per core) | 
|---|
| 105 | unsigned int   nclusters;                  // total number of clusters | 
|---|
| 106 | unsigned int   M = DEFAULT_M;              // log2(number of points) | 
|---|
| 107 | unsigned int   N;                          // number of points (N = 2^M) | 
|---|
| 108 | unsigned int   rootN;                      // rootN = 2^M/2 | 
|---|
| 109 | unsigned int   rows_per_thread;            // number of data "rows" handled by a single thread | 
|---|
| 110 | unsigned int   points_per_cluster;         // number of data points per cluster | 
|---|
| 111 |  | 
|---|
| 112 | // arrays of pointers on distributed buffers (one sub-buffer per cluster) | 
|---|
| 113 | double *       data[CLUSTERS_MAX];         // original time-domain data | 
|---|
| 114 | double *       trans[CLUSTERS_MAX];        // used as auxiliary space for transpose | 
|---|
| 115 | double *       bloup[CLUSTERS_MAX];        // used as auxiliary space for DFT | 
|---|
| 116 | double *       umain[CLUSTERS_MAX];        // roots of unity used fo rootN points FFT | 
|---|
| 117 | double *       twid[CLUSTERS_MAX];         // twiddle factor : exp(-2iPI*k*n/N) | 
|---|
| 118 |  | 
|---|
| 119 | // instrumentation counters | 
|---|
| 120 | long           parallel_time[THREADS_MAX]; // total computation time (per thread) | 
|---|
| 121 | long           sync_time[THREADS_MAX];     // cumulative waiting time in barriers (per thread) | 
|---|
| 122 | long           init_time;                  // initialisation time (in main) | 
|---|
| 123 |  | 
|---|
| 124 | // synchronisation barrier (all threads) | 
|---|
| 125 | pthread_barrier_t      barrier; | 
|---|
| 126 | pthread_barrierattr_t  barrierattr; | 
|---|
| 127 |  | 
|---|
| 128 | // threads identifiers, attributes, and arguments | 
|---|
| 129 | pthread_t       trdid[THREADS_MAX];        // kernel threads identifiers | 
|---|
| 130 | pthread_attr_t  attr[THREADS_MAX];         // POSIX thread attributes | 
|---|
| 131 | unsigned int    args[THREADS_MAX];         // slave function arguments | 
|---|
| 132 |  | 
|---|
| 133 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// | 
|---|
| 134 | //           functions declaration | 
|---|
| 135 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// | 
|---|
| 136 |  | 
|---|
| 137 | void slave(); | 
|---|
| 138 |  | 
|---|
| 139 | double CheckSum(); | 
|---|
| 140 |  | 
|---|
| 141 | void InitX(double ** x , unsigned int mode); | 
|---|
| 142 |  | 
|---|
| 143 | void InitU(double ** u); | 
|---|
| 144 |  | 
|---|
| 145 | void InitT(double ** u); | 
|---|
| 146 |  | 
|---|
| 147 | unsigned int BitReverse( unsigned int k ); | 
|---|
| 148 |  | 
|---|
| 149 | void FFT1D( int          direction, | 
|---|
| 150 | double    ** x, | 
|---|
| 151 | double    ** tmp, | 
|---|
| 152 | double     * upriv, | 
|---|
| 153 | double    ** twid, | 
|---|
| 154 | unsigned int MyNum, | 
|---|
| 155 | unsigned int MyFirst, | 
|---|
| 156 | unsigned int MyLast ); | 
|---|
| 157 |  | 
|---|
| 158 | void TwiddleOneCol( int          direction, | 
|---|
| 159 | unsigned int j, | 
|---|
| 160 | double    ** u, | 
|---|
| 161 | double    ** x, | 
|---|
| 162 | unsigned int offset_x ); | 
|---|
| 163 |  | 
|---|
| 164 | void Scale( double    ** x, | 
|---|
| 165 | unsigned int offset_x ); | 
|---|
| 166 |  | 
|---|
| 167 | void Transpose( double    ** src, | 
|---|
| 168 | double    ** dest, | 
|---|
| 169 | unsigned int MyFirst, | 
|---|
| 170 | unsigned int MyLast ); | 
|---|
| 171 |  | 
|---|
| 172 | void Copy( double    ** src, | 
|---|
| 173 | double    ** dest, | 
|---|
| 174 | unsigned int MyFirst, | 
|---|
| 175 | unsigned int MyLast ); | 
|---|
| 176 |  | 
|---|
| 177 | void Reverse( double    ** x, | 
|---|
| 178 | unsigned int offset_x ); | 
|---|
| 179 |  | 
|---|
| 180 | void FFT1DOnce( int          direction, | 
|---|
| 181 | double     * u, | 
|---|
| 182 | double    ** x, | 
|---|
| 183 | unsigned int offset_x ); | 
|---|
| 184 |  | 
|---|
| 185 | void PrintArray( double ** x, | 
|---|
| 186 | unsigned int size ); | 
|---|
| 187 |  | 
|---|
| 188 | void SimpleDft( int          direction, | 
|---|
| 189 | unsigned int size, | 
|---|
| 190 | double    ** src, | 
|---|
| 191 | unsigned int src_offset, | 
|---|
| 192 | double    ** dst, | 
|---|
| 193 | unsigned int dst_offset ); | 
|---|
| 194 |  | 
|---|
| 195 | /////////////////////////////////////////////////////////////////// | 
|---|
| 196 | // This main() function execute the sequencial initialisation | 
|---|
| 197 | // launch the parallel execution, and makes the instrumentation. | 
|---|
| 198 | /////////////////////////////////////////////////////////////////// | 
|---|
| 199 | void main() | 
|---|
| 200 | { | 
|---|
| 201 | unsigned int        main_cxy;          // main thread cluster | 
|---|
| 202 | unsigned int        main_x;            // main thread X coordinate | 
|---|
| 203 | unsigned int        main_y;            // main thread y coordinate | 
|---|
| 204 | unsigned int        main_lid;          // main thread local core index | 
|---|
| 205 | unsigned int        main_tid;          // main thread continuous index | 
|---|
| 206 |  | 
|---|
| 207 | unsigned int        x;                 // current index for cluster X coordinate | 
|---|
| 208 | unsigned int        y;                 // current index for cluster Y coordinate | 
|---|
| 209 | unsigned int        lid;               // current index for core in a cluster | 
|---|
| 210 | unsigned int        ci;                // continuous cluster index (from x,y) | 
|---|
| 211 | unsigned int        cxy;               // hardware specific cluster identifier | 
|---|
| 212 | unsigned int        tid;               // continuous thread index | 
|---|
| 213 |  | 
|---|
| 214 | unsigned long long  start_init_cycle; | 
|---|
| 215 | unsigned long long  start_exec_cycle; | 
|---|
| 216 | unsigned long long  end_exec_cycle; | 
|---|
| 217 |  | 
|---|
| 218 | #if CHECK | 
|---|
| 219 | double     ck1;           // for input/output checking | 
|---|
| 220 | double     ck3;           // for input/output checking | 
|---|
| 221 | #endif | 
|---|
| 222 |  | 
|---|
| 223 | // get FFT application start cycle | 
|---|
| 224 | if( get_cycle( &start_init_cycle ) ) | 
|---|
| 225 | { | 
|---|
| 226 | printf("[FFT ERROR] cannot get start cycle\n"); | 
|---|
| 227 | } | 
|---|
| 228 |  | 
|---|
| 229 | // get platform parameters to compute nthreads & nclusters | 
|---|
| 230 | if( get_config( &x_size , &y_size , &ncores ) ) | 
|---|
| 231 | { | 
|---|
| 232 | printf("\n[FFT ERROR] cannot get hardware configuration\n"); | 
|---|
| 233 | exit( 0 ); | 
|---|
| 234 | } | 
|---|
| 235 |  | 
|---|
| 236 | // check ncores | 
|---|
| 237 | if( (ncores != 1) && (ncores != 2) && (ncores != 4) ) | 
|---|
| 238 | { | 
|---|
| 239 | printf("\n[FFT ERROR] number of cores per cluster must be 1/2/4\n"); | 
|---|
| 240 | exit( 0 ); | 
|---|
| 241 | } | 
|---|
| 242 |  | 
|---|
| 243 | // check x_size | 
|---|
| 244 | if( (x_size != 1) && (x_size != 2) && (x_size != 4) && (x_size != 8) && (x_size != 16) ) | 
|---|
| 245 | { | 
|---|
| 246 | printf("\n[FFT ERROR] x_size must be 1/2/4/8/16\n"); | 
|---|
| 247 | exit( 0 ); | 
|---|
| 248 | } | 
|---|
| 249 |  | 
|---|
| 250 | // check y_size | 
|---|
| 251 | if( (y_size != 1) && (y_size != 2) && (y_size != 4) && (y_size != 8) && (y_size != 16) ) | 
|---|
| 252 | { | 
|---|
| 253 | printf("\n[FFT ERROR] y_size must be 1/2/4/8/16\n"); | 
|---|
| 254 | exit( 0 ); | 
|---|
| 255 | } | 
|---|
| 256 |  | 
|---|
| 257 | nthreads  = x_size * y_size * ncores; | 
|---|
| 258 | nclusters = x_size * y_size; | 
|---|
| 259 |  | 
|---|
| 260 | // compute various constants depending on N and T | 
|---|
| 261 | N                  = 1 << M; | 
|---|
| 262 | rootN              = 1 << (M / 2); | 
|---|
| 263 | rows_per_thread    = rootN / nthreads; | 
|---|
| 264 | points_per_cluster = N / nclusters; | 
|---|
| 265 |  | 
|---|
| 266 | // check N versus T | 
|---|
| 267 | if( rootN < nthreads ) | 
|---|
| 268 | { | 
|---|
| 269 | printf("\n[FFT ERROR] sqrt(N) must be larger than T\n"); | 
|---|
| 270 | exit( 0 ); | 
|---|
| 271 | } | 
|---|
| 272 |  | 
|---|
| 273 | // get main thread coordinates (main_x, main_y, main_lid) | 
|---|
| 274 | get_core( &main_cxy , &main_lid ); | 
|---|
| 275 | main_x   = HAL_X_FROM_CXY( main_cxy ); | 
|---|
| 276 | main_y   = HAL_Y_FROM_CXY( main_cxy ); | 
|---|
| 277 | main_tid = (((main_x * y_size) + main_y) * ncores) + main_lid; | 
|---|
| 278 |  | 
|---|
| 279 | printf("\n[FFT] main starts on core[%x,%d] / %d complex points / %d thread(s)\n", | 
|---|
| 280 | main_cxy, main_lid, N, nthreads ); | 
|---|
| 281 |  | 
|---|
| 282 | // allocate memory for the distributed data[i], trans[i], umain[i], twid[i] buffers | 
|---|
| 283 | // the index (i) is a continuous cluster index | 
|---|
| 284 | unsigned int data_size   = (N / nclusters) * 2 * sizeof(double); | 
|---|
| 285 | unsigned int coefs_size  = (rootN / nclusters) * 2 * sizeof(double); | 
|---|
| 286 | for (x = 0 ; x < x_size ; x++) | 
|---|
| 287 | { | 
|---|
| 288 | for (y = 0 ; y < y_size ; y++) | 
|---|
| 289 | { | 
|---|
| 290 | ci         = x * y_size + y; | 
|---|
| 291 | cxy        = HAL_CXY_FROM_XY( x , y ); | 
|---|
| 292 | data[ci]   = (double *)remote_malloc( data_size  , cxy ); | 
|---|
| 293 | trans[ci]  = (double *)remote_malloc( data_size  , cxy ); | 
|---|
| 294 | bloup[ci]  = (double *)remote_malloc( data_size  , cxy ); | 
|---|
| 295 | umain[ci]  = (double *)remote_malloc( coefs_size , cxy ); | 
|---|
| 296 | twid[ci]   = (double *)remote_malloc( data_size  , cxy ); | 
|---|
| 297 | } | 
|---|
| 298 | } | 
|---|
| 299 |  | 
|---|
| 300 | // arrays initialisation | 
|---|
| 301 | InitX( data , MODE ); | 
|---|
| 302 | InitU( umain ); | 
|---|
| 303 | InitT( twid ); | 
|---|
| 304 |  | 
|---|
| 305 | #if CHECK | 
|---|
| 306 | ck1 = CheckSum(); | 
|---|
| 307 | #endif | 
|---|
| 308 |  | 
|---|
| 309 | #if VERBOSE | 
|---|
| 310 | printf("\nData values / base = %x\n", &data[0][0] ); | 
|---|
| 311 | PrintArray( data , N ); | 
|---|
| 312 |  | 
|---|
| 313 | printf("\nTwiddle values / base = %x\n", &twid[0][0] ); | 
|---|
| 314 | PrintArray( twid , N ); | 
|---|
| 315 |  | 
|---|
| 316 | SimpleDft( 1 , N , data , 0 , bloup , 0 ); | 
|---|
| 317 |  | 
|---|
| 318 | printf("\nExpected results / base = %x\n", &bloup[0][0] ); | 
|---|
| 319 | PrintArray( bloup , N ); | 
|---|
| 320 | #endif | 
|---|
| 321 |  | 
|---|
| 322 | // initialise distributed barrier | 
|---|
| 323 | barrierattr.x_size   = x_size; | 
|---|
| 324 | barrierattr.y_size   = y_size; | 
|---|
| 325 | barrierattr.nthreads = ncores; | 
|---|
| 326 | if( pthread_barrier_init( &barrier, &barrierattr , nthreads) ) | 
|---|
| 327 | { | 
|---|
| 328 | printf("\n[FFT ERROR] cannot initialize barrier\n"); | 
|---|
| 329 | exit( 0 ); | 
|---|
| 330 | } | 
|---|
| 331 |  | 
|---|
| 332 | printf("\n[FFT] main completes barrier init\n"); | 
|---|
| 333 |  | 
|---|
| 334 | // launch other threads to execute the slave() function | 
|---|
| 335 | // on cores other than the core running the main thread | 
|---|
| 336 | for (x = 0 ; x < x_size ; x++) | 
|---|
| 337 | { | 
|---|
| 338 | for (y = 0 ; y < y_size ; y++) | 
|---|
| 339 | { | 
|---|
| 340 | for ( lid = 0 ; lid < ncores ; lid++ ) | 
|---|
| 341 | { | 
|---|
| 342 | // compute thread continuous index | 
|---|
| 343 | tid = (((x * y_size) + y) * ncores) + lid; | 
|---|
| 344 |  | 
|---|
| 345 | // set thread attributes | 
|---|
| 346 | attr[tid].attributes = PT_ATTR_CLUSTER_DEFINED | PT_ATTR_CORE_DEFINED; | 
|---|
| 347 | attr[tid].cxy        = HAL_CXY_FROM_XY( x , y ); | 
|---|
| 348 | attr[tid].lid        = lid; | 
|---|
| 349 |  | 
|---|
| 350 | // set slave function argument | 
|---|
| 351 | args[tid] = tid; | 
|---|
| 352 |  | 
|---|
| 353 | // create thread | 
|---|
| 354 | if( tid != main_tid ) | 
|---|
| 355 | { | 
|---|
| 356 | if ( pthread_create( &trdid[tid],  // pointer on kernel identifier | 
|---|
| 357 | &attr[tid],   // pointer on thread attributes | 
|---|
| 358 | &slave,       // pointer on function | 
|---|
| 359 | &args[tid]) ) // pointer on function arguments | 
|---|
| 360 | { | 
|---|
| 361 | printf("\n[FFT ERROR] creating thread %x\n", trdid[tid] ); | 
|---|
| 362 | exit( 0 ); | 
|---|
| 363 | } | 
|---|
| 364 | #if DEBUG_MAIN | 
|---|
| 365 | printf("\n[FFT] main created thread %x\n", trdid[tid] ); | 
|---|
| 366 | #endif | 
|---|
| 367 | } | 
|---|
| 368 | } | 
|---|
| 369 | } | 
|---|
| 370 | } | 
|---|
| 371 |  | 
|---|
| 372 | // register sequencial initalisation completion cycle | 
|---|
| 373 | get_cycle( &start_exec_cycle ); | 
|---|
| 374 | init_time = (long)(start_exec_cycle - start_init_cycle); | 
|---|
| 375 | printf("\n[FFT] enter parallel execution / cycle %d\n", (long)start_exec_cycle ); | 
|---|
| 376 |  | 
|---|
| 377 | // main execute itself the slave() function | 
|---|
| 378 | slave( &args[main_tid] ); | 
|---|
| 379 |  | 
|---|
| 380 | // wait other threads completion | 
|---|
| 381 | for (x = 0 ; x < x_size ; x++) | 
|---|
| 382 | { | 
|---|
| 383 | for (y = 0 ; y < y_size ; y++) | 
|---|
| 384 | { | 
|---|
| 385 | for ( lid = 0 ; lid < ncores ; lid++ ) | 
|---|
| 386 | { | 
|---|
| 387 | // compute thread continuous index | 
|---|
| 388 | tid = (((x * y_size) + y) * ncores) + lid; | 
|---|
| 389 |  | 
|---|
| 390 | if( tid != main_tid ) | 
|---|
| 391 | { | 
|---|
| 392 | #if DEBUG_MAIN | 
|---|
| 393 | printf("\n[FFT] before join for thread %x\n", trdid[tid] ); | 
|---|
| 394 | #endif | 
|---|
| 395 |  | 
|---|
| 396 | if( pthread_join( trdid[tid] , NULL ) ) | 
|---|
| 397 | { | 
|---|
| 398 | printf("\n[FFT ERROR] joining thread %x\n", trdid[tid] ); | 
|---|
| 399 | exit( 0 ); | 
|---|
| 400 | } | 
|---|
| 401 |  | 
|---|
| 402 | #if DEBUG_MAIN | 
|---|
| 403 | printf("\n[FFT] after join for thread %x\n", trdid[tid] ); | 
|---|
| 404 | #endif | 
|---|
| 405 | } | 
|---|
| 406 | } | 
|---|
| 407 | } | 
|---|
| 408 | } | 
|---|
| 409 |  | 
|---|
| 410 | // register parallel execution completion cycle | 
|---|
| 411 | get_cycle( &end_exec_cycle ); | 
|---|
| 412 | printf("\n[FFT] complete parallel execution / cycle %d\n", (long)end_exec_cycle ); | 
|---|
| 413 |  | 
|---|
| 414 | #if VERBOSE | 
|---|
| 415 | printf("\nData values after FFT:\n"); | 
|---|
| 416 | PrintArray( data , N ); | 
|---|
| 417 | #endif | 
|---|
| 418 |  | 
|---|
| 419 | #if CHECK | 
|---|
| 420 | ck3 = CheckSum(); | 
|---|
| 421 | printf("\n*** Results ***\n"); | 
|---|
| 422 | printf("Checksum difference is %f (%f, %f)\n", ck1 - ck3, ck1, ck3); | 
|---|
| 423 | if (fabs(ck1 - ck3) < 0.001)  printf("Results OK\n"); | 
|---|
| 424 | else                          printf("Results KO\n"); | 
|---|
| 425 | #endif | 
|---|
| 426 |  | 
|---|
| 427 | // instrumentation | 
|---|
| 428 | char string[256]; | 
|---|
| 429 |  | 
|---|
| 430 | snprintf( string , 256 , "/home/fft_%d_%d_%d_%d", x_size , y_size , ncores , N ); | 
|---|
| 431 |  | 
|---|
| 432 | // open instrumentation file | 
|---|
| 433 | FILE * f = fopen( string , NULL ); | 
|---|
| 434 | if ( f == NULL ) | 
|---|
| 435 | { | 
|---|
| 436 | printf("\n[FFT ERROR] cannot open instrumentation file %s\n", string ); | 
|---|
| 437 | exit( 0 ); | 
|---|
| 438 | } | 
|---|
| 439 |  | 
|---|
| 440 | snprintf( string , 256 , "\n[FFT] instrumentation : (%dx%dx%d) threads / %d points\n", | 
|---|
| 441 | x_size, y_size, ncores , N ); | 
|---|
| 442 |  | 
|---|
| 443 | // display on terminal, and save to instrumentation file | 
|---|
| 444 | printf( "%s" , string ); | 
|---|
| 445 | fprintf( f , string ); | 
|---|
| 446 |  | 
|---|
| 447 | long min_para = parallel_time[0]; | 
|---|
| 448 | long max_para = parallel_time[0]; | 
|---|
| 449 | long min_sync = sync_time[0]; | 
|---|
| 450 | long max_sync = sync_time[0]; | 
|---|
| 451 |  | 
|---|
| 452 | for (tid = 1 ; tid < nthreads ; tid++) | 
|---|
| 453 | { | 
|---|
| 454 | if (parallel_time[tid] > max_para)  max_para = parallel_time[tid]; | 
|---|
| 455 | if (parallel_time[tid] < min_para)  min_para = parallel_time[tid]; | 
|---|
| 456 | if (sync_time[tid]     > max_sync)  max_sync = sync_time[tid]; | 
|---|
| 457 | if (sync_time[tid]     < min_sync)  min_sync = sync_time[tid]; | 
|---|
| 458 | } | 
|---|
| 459 |  | 
|---|
| 460 | snprintf( string , 256 , "\n      Init       Parallel   Barrier\n" | 
|---|
| 461 | "MIN : %d  |  %d  |  %d   (cycles)\n" | 
|---|
| 462 | "MAX : %d  |  %d  |  %d   (cycles)\n", | 
|---|
| 463 | (int)init_time, (int)min_para, (int)min_sync, | 
|---|
| 464 | (int)init_time, (int)max_para, (int)max_sync ); | 
|---|
| 465 |  | 
|---|
| 466 | // display on terminal, and save to instrumentation file | 
|---|
| 467 | printf("%s" , string ); | 
|---|
| 468 | fprintf( f , string ); | 
|---|
| 469 |  | 
|---|
| 470 | // close instrumentation file and exit | 
|---|
| 471 | fclose( f ); | 
|---|
| 472 |  | 
|---|
| 473 | exit( 0 ); | 
|---|
| 474 |  | 
|---|
| 475 | } // end main() | 
|---|
| 476 |  | 
|---|
| 477 | /////////////////////////////////////////////////////////////// | 
|---|
| 478 | // This function is executed in parallel by all threads. | 
|---|
| 479 | /////////////////////////////////////////////////////////////// | 
|---|
| 480 | void slave( unsigned int * tid ) | 
|---|
| 481 | { | 
|---|
| 482 | unsigned int   i; | 
|---|
| 483 | unsigned int   MyNum;           // continuous thread index | 
|---|
| 484 | unsigned int   MyFirst;         // index first row allocated to thread | 
|---|
| 485 | unsigned int   MyLast;          // index last row allocated to thread | 
|---|
| 486 | double       * upriv; | 
|---|
| 487 | unsigned int   c_id; | 
|---|
| 488 | unsigned int   c_offset; | 
|---|
| 489 |  | 
|---|
| 490 | unsigned long long  parallel_start; | 
|---|
| 491 | unsigned long long  parallel_stop; | 
|---|
| 492 | unsigned long long  barrier_start; | 
|---|
| 493 | unsigned long long  barrier_stop; | 
|---|
| 494 |  | 
|---|
| 495 | MyNum = *tid; | 
|---|
| 496 |  | 
|---|
| 497 | // get | 
|---|
| 498 | // initialise instrumentation | 
|---|
| 499 | get_cycle( ¶llel_start ); | 
|---|
| 500 |  | 
|---|
| 501 | // allocate and initialise local array upriv[] | 
|---|
| 502 | // that is a local copy of the rootN coefs defined in umain[] | 
|---|
| 503 | upriv = (double *)malloc(2 * (rootN - 1) * sizeof(double)); | 
|---|
| 504 | for ( i = 0 ; i < (rootN - 1) ; i++) | 
|---|
| 505 | { | 
|---|
| 506 | c_id     = i / (rootN / nclusters); | 
|---|
| 507 | c_offset = i % (rootN / nclusters); | 
|---|
| 508 | upriv[2*i]   = umain[c_id][2*c_offset]; | 
|---|
| 509 | upriv[2*i+1] = umain[c_id][2*c_offset+1]; | 
|---|
| 510 | } | 
|---|
| 511 |  | 
|---|
| 512 | // compute first and last rows handled by the thread | 
|---|
| 513 | MyFirst = rootN * MyNum / nthreads; | 
|---|
| 514 | MyLast  = rootN * (MyNum + 1) / nthreads; | 
|---|
| 515 |  | 
|---|
| 516 | // perform forward FFT | 
|---|
| 517 | FFT1D( 1 , data , trans , upriv , twid , MyNum , MyFirst , MyLast ); | 
|---|
| 518 |  | 
|---|
| 519 | // BARRIER | 
|---|
| 520 | get_cycle( &barrier_start ); | 
|---|
| 521 | pthread_barrier_wait( &barrier ); | 
|---|
| 522 | get_cycle( &barrier_stop ); | 
|---|
| 523 |  | 
|---|
| 524 | sync_time[MyNum] = (long)(barrier_stop - barrier_start); | 
|---|
| 525 |  | 
|---|
| 526 | #if CHECK | 
|---|
| 527 |  | 
|---|
| 528 | get_cycle( &barrier_start ); | 
|---|
| 529 | pthread_barrier_wait( &barrier ); | 
|---|
| 530 | get_cycle( &barrier_stop ); | 
|---|
| 531 |  | 
|---|
| 532 | sync_time[MyNum] += (long)(barrier_stop - barrier_start); | 
|---|
| 533 |  | 
|---|
| 534 | FFT1D( -1 , data , trans , upriv , twid , MyNum , MyFirst , MyLast ); | 
|---|
| 535 |  | 
|---|
| 536 | #endif | 
|---|
| 537 |  | 
|---|
| 538 | // register computation time | 
|---|
| 539 | get_cycle( ¶llel_stop ); | 
|---|
| 540 | parallel_time[MyNum] = (long)(parallel_stop - parallel_start); | 
|---|
| 541 |  | 
|---|
| 542 | // exit if MyNum != 0 | 
|---|
| 543 | if( MyNum ) exit( 0 ); | 
|---|
| 544 |  | 
|---|
| 545 | }  // end slave() | 
|---|
| 546 |  | 
|---|
| 547 | //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// | 
|---|
| 548 | // This function makes the DFT from the src[nclusters][points_per_cluster] distributed | 
|---|
| 549 | // buffer, to the dst[nclusters][points_per_cluster] distributed buffer. | 
|---|
| 550 | //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// | 
|---|
| 551 | void SimpleDft( int             direction,      // 1 direct / -1 reverse | 
|---|
| 552 | unsigned int    size,           // number of points | 
|---|
| 553 | double       ** src,            // source distributed buffer | 
|---|
| 554 | unsigned int    src_offset,     // offset in source array | 
|---|
| 555 | double       ** dst,            // destination distributed buffer | 
|---|
| 556 | unsigned int    dst_offset )    // offset in destination array | 
|---|
| 557 | { | 
|---|
| 558 | unsigned int  n , k; | 
|---|
| 559 | double        phi;            // 2*PI*n*k/N | 
|---|
| 560 | double        u_r;            // cos( phi ) | 
|---|
| 561 | double        u_c;            // sin( phi ) | 
|---|
| 562 | double        d_r;            // Re(data[n]) | 
|---|
| 563 | double        d_c;            // Im(data[n]) | 
|---|
| 564 | double        accu_r;         // Re(accu) | 
|---|
| 565 | double        accu_c;         // Im(accu) | 
|---|
| 566 | unsigned int  c_id;           // distributed buffer cluster index | 
|---|
| 567 | unsigned int  c_offset;       // offset in distributed buffer | 
|---|
| 568 |  | 
|---|
| 569 | for ( k = 0 ; k < size ; k++ )       // loop on the output data points | 
|---|
| 570 | { | 
|---|
| 571 | // initialise accu | 
|---|
| 572 | accu_r = 0; | 
|---|
| 573 | accu_c = 0; | 
|---|
| 574 |  | 
|---|
| 575 | for ( n = 0 ; n < size ; n++ )   // loop on the input data points | 
|---|
| 576 | { | 
|---|
| 577 | // compute coef | 
|---|
| 578 | phi = (double)(2*PI*n*k) / size; | 
|---|
| 579 | u_r =  cos( phi ); | 
|---|
| 580 | u_c = -sin( phi ) * direction; | 
|---|
| 581 |  | 
|---|
| 582 | // get input data point | 
|---|
| 583 | c_id     = (src_offset + n) / (points_per_cluster); | 
|---|
| 584 | c_offset = (src_offset + n) % (points_per_cluster); | 
|---|
| 585 | d_r      = src[c_id][2*c_offset]; | 
|---|
| 586 | d_c      = src[c_id][2*c_offset+1]; | 
|---|
| 587 |  | 
|---|
| 588 | // increment accu | 
|---|
| 589 | accu_r += ((u_r*d_r) - (u_c*d_c)); | 
|---|
| 590 | accu_c += ((u_r*d_c) + (u_c*d_r)); | 
|---|
| 591 | } | 
|---|
| 592 |  | 
|---|
| 593 | // scale for inverse DFT | 
|---|
| 594 | if ( direction == -1 ) | 
|---|
| 595 | { | 
|---|
| 596 | accu_r /= size; | 
|---|
| 597 | accu_c /= size; | 
|---|
| 598 | } | 
|---|
| 599 |  | 
|---|
| 600 | // set output data point | 
|---|
| 601 | c_id     = (dst_offset + k) / (points_per_cluster); | 
|---|
| 602 | c_offset = (dst_offset + k) % (points_per_cluster); | 
|---|
| 603 | dst[c_id][2*c_offset]   = accu_r; | 
|---|
| 604 | dst[c_id][2*c_offset+1] = accu_c; | 
|---|
| 605 | } | 
|---|
| 606 |  | 
|---|
| 607 | }  // end SimpleDft() | 
|---|
| 608 |  | 
|---|
| 609 | ///////////////// | 
|---|
| 610 | double CheckSum() | 
|---|
| 611 | { | 
|---|
| 612 | unsigned int         i , j; | 
|---|
| 613 | double       cks; | 
|---|
| 614 | unsigned int         c_id; | 
|---|
| 615 | unsigned int         c_offset; | 
|---|
| 616 |  | 
|---|
| 617 | cks = 0.0; | 
|---|
| 618 | for (j = 0; j < rootN ; j++) | 
|---|
| 619 | { | 
|---|
| 620 | for (i = 0; i < rootN ; i++) | 
|---|
| 621 | { | 
|---|
| 622 | c_id      = (rootN * j + i) / (points_per_cluster); | 
|---|
| 623 | c_offset  = (rootN * j + i) % (points_per_cluster); | 
|---|
| 624 |  | 
|---|
| 625 | cks += data[c_id][2*c_offset] + data[c_id][2*c_offset+1]; | 
|---|
| 626 | } | 
|---|
| 627 | } | 
|---|
| 628 | return(cks); | 
|---|
| 629 | } | 
|---|
| 630 |  | 
|---|
| 631 |  | 
|---|
| 632 | //////////////////////////// | 
|---|
| 633 | void InitX(double      ** x, | 
|---|
| 634 | unsigned int   mode ) | 
|---|
| 635 | { | 
|---|
| 636 | unsigned int    i , j; | 
|---|
| 637 | unsigned int    c_id; | 
|---|
| 638 | unsigned int    c_offset; | 
|---|
| 639 | unsigned int    index; | 
|---|
| 640 |  | 
|---|
| 641 | for ( j = 0 ; j < rootN ; j++ )      // loop on row index | 
|---|
| 642 | { | 
|---|
| 643 | for ( i = 0 ; i < rootN ; i++ )  // loop on point in a row | 
|---|
| 644 | { | 
|---|
| 645 | index     = j * rootN + i; | 
|---|
| 646 | c_id      = index / (points_per_cluster); | 
|---|
| 647 | c_offset  = index % (points_per_cluster); | 
|---|
| 648 |  | 
|---|
| 649 | // complex input signal is random | 
|---|
| 650 | if ( mode == RANDOM ) | 
|---|
| 651 | { | 
|---|
| 652 | x[c_id][2*c_offset]   = ( (double)rand() ) / 65536; | 
|---|
| 653 | x[c_id][2*c_offset+1] = ( (double)rand() ) / 65536; | 
|---|
| 654 | } | 
|---|
| 655 |  | 
|---|
| 656 |  | 
|---|
| 657 | // complex input signal is cos(n/N) / sin(n/N) | 
|---|
| 658 | if ( mode == COSIN ) | 
|---|
| 659 | { | 
|---|
| 660 | double phi = (double)( 2 * PI * index) / N; | 
|---|
| 661 | x[c_id][2*c_offset]   = cos( phi ); | 
|---|
| 662 | x[c_id][2*c_offset+1] = sin( phi ); | 
|---|
| 663 | } | 
|---|
| 664 |  | 
|---|
| 665 | // complex input signal is constant | 
|---|
| 666 | if ( mode == CONSTANT ) | 
|---|
| 667 | { | 
|---|
| 668 | x[c_id][2*c_offset]   = 1.0; | 
|---|
| 669 | x[c_id][2*c_offset+1] = 0.0; | 
|---|
| 670 | } | 
|---|
| 671 | } | 
|---|
| 672 | } | 
|---|
| 673 | } | 
|---|
| 674 |  | 
|---|
| 675 | ///////////////////////// | 
|---|
| 676 | void InitU( double ** u ) | 
|---|
| 677 | { | 
|---|
| 678 | unsigned int    q; | 
|---|
| 679 | unsigned int    j; | 
|---|
| 680 | unsigned int    base; | 
|---|
| 681 | unsigned int    n1; | 
|---|
| 682 | unsigned int    c_id; | 
|---|
| 683 | unsigned int    c_offset; | 
|---|
| 684 | double  phi; | 
|---|
| 685 | unsigned int    stop = 0; | 
|---|
| 686 |  | 
|---|
| 687 | for (q = 0 ; ((unsigned int)(1 << q) < N) && (stop == 0) ; q++) | 
|---|
| 688 | { | 
|---|
| 689 | n1 = 1 << q; | 
|---|
| 690 | base = n1 - 1; | 
|---|
| 691 | for (j = 0; (j < n1) && (stop == 0) ; j++) | 
|---|
| 692 | { | 
|---|
| 693 | if (base + j > rootN - 1) return; | 
|---|
| 694 |  | 
|---|
| 695 | c_id      = (base + j) / (rootN / nclusters); | 
|---|
| 696 | c_offset  = (base + j) % (rootN / nclusters); | 
|---|
| 697 | phi = (double)(2.0 * PI * j) / (2 * n1); | 
|---|
| 698 | u[c_id][2*c_offset]   = cos( phi ); | 
|---|
| 699 | u[c_id][2*c_offset+1] = -sin( phi ); | 
|---|
| 700 | } | 
|---|
| 701 | } | 
|---|
| 702 | } | 
|---|
| 703 |  | 
|---|
| 704 | ////////////////////////// | 
|---|
| 705 | void InitT( double ** u ) | 
|---|
| 706 | { | 
|---|
| 707 | unsigned int    i, j; | 
|---|
| 708 | unsigned int    index; | 
|---|
| 709 | unsigned int    c_id; | 
|---|
| 710 | unsigned int    c_offset; | 
|---|
| 711 | double  phi; | 
|---|
| 712 |  | 
|---|
| 713 | for ( j = 0 ; j < rootN ; j++ )      // loop on row index | 
|---|
| 714 | { | 
|---|
| 715 | for ( i = 0 ; i < rootN ; i++ )  // loop on points in a row | 
|---|
| 716 | { | 
|---|
| 717 | index     = j * rootN + i; | 
|---|
| 718 | c_id      = index / (points_per_cluster); | 
|---|
| 719 | c_offset  = index % (points_per_cluster); | 
|---|
| 720 |  | 
|---|
| 721 | phi = (double)(2.0 * PI * i * j) / N; | 
|---|
| 722 | u[c_id][2*c_offset]   = cos( phi ); | 
|---|
| 723 | u[c_id][2*c_offset+1] = -sin( phi ); | 
|---|
| 724 | } | 
|---|
| 725 | } | 
|---|
| 726 | } | 
|---|
| 727 |  | 
|---|
| 728 | //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// | 
|---|
| 729 | // This function returns an index value that is the bit reverse of the input value. | 
|---|
| 730 | //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// | 
|---|
| 731 | unsigned int BitReverse( unsigned int k ) | 
|---|
| 732 | { | 
|---|
| 733 | unsigned int i; | 
|---|
| 734 | unsigned int j; | 
|---|
| 735 | unsigned int tmp; | 
|---|
| 736 |  | 
|---|
| 737 | j = 0; | 
|---|
| 738 | tmp = k; | 
|---|
| 739 | for (i = 0; i < M/2 ; i++) | 
|---|
| 740 | { | 
|---|
| 741 | j = 2 * j + (tmp & 0x1); | 
|---|
| 742 | tmp = tmp >> 1; | 
|---|
| 743 | } | 
|---|
| 744 | return j; | 
|---|
| 745 | } | 
|---|
| 746 |  | 
|---|
| 747 | //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// | 
|---|
| 748 | // This function perform the in place (direct or inverse) FFT on the N data points | 
|---|
| 749 | // contained in the distributed buffers x[nclusters][points_per_cluster]. | 
|---|
| 750 | // It handles the (N) points 1D array as a (rootN*rootN) points 2D array. | 
|---|
| 751 | // 1) it transpose (rootN/nthreads ) rows from x to tmp. | 
|---|
| 752 | // 2) it make (rootN/nthreads) FFT on the tmp rows and apply the twiddle factor. | 
|---|
| 753 | // 3) it transpose (rootN/nthreads) columns from tmp to x. | 
|---|
| 754 | // 4) it make (rootN/nthreads) FFT on the x rows. | 
|---|
| 755 | // It calls the FFT1DOnce() 2*(rootN/nthreads) times to perform the in place FFT | 
|---|
| 756 | // on the rootN points contained in a row. | 
|---|
| 757 | //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// | 
|---|
| 758 | void FFT1D( int              direction,       // direct 1 / inverse -1 | 
|---|
| 759 | double       **  x,               // input & output distributed data points array | 
|---|
| 760 | double       **  tmp,             // auxiliary distributed data points array | 
|---|
| 761 | double        *  upriv,           // local array containing coefs for rootN FFT | 
|---|
| 762 | double       **  twid,            // distributed arrays containing N twiddle factors | 
|---|
| 763 | unsigned int     MyNum,           // thread continuous index | 
|---|
| 764 | unsigned int     MyFirst, | 
|---|
| 765 | unsigned int     MyLast ) | 
|---|
| 766 | { | 
|---|
| 767 | unsigned int j; | 
|---|
| 768 | unsigned long long barrier_start; | 
|---|
| 769 | unsigned long long barrier_stop; | 
|---|
| 770 |  | 
|---|
| 771 | // transpose (rootN/nthreads) rows from x to tmp | 
|---|
| 772 | Transpose( x , tmp , MyFirst , MyLast ); | 
|---|
| 773 |  | 
|---|
| 774 | #if DEBUG_FFT1D | 
|---|
| 775 | printf("\n[FFT] %s : thread %x after first transpose\n", __FUNCTION__, MyNum); | 
|---|
| 776 | if( VERBOSE ) PrintArray( tmp , N ); | 
|---|
| 777 | #endif | 
|---|
| 778 |  | 
|---|
| 779 | // BARRIER | 
|---|
| 780 | get_cycle( &barrier_start ); | 
|---|
| 781 | pthread_barrier_wait( &barrier ); | 
|---|
| 782 | get_cycle( &barrier_stop ); | 
|---|
| 783 |  | 
|---|
| 784 | sync_time[MyNum] = (long)(barrier_stop - barrier_start); | 
|---|
| 785 |  | 
|---|
| 786 | // do FFTs on rows of tmp (i.e. columns of x) and apply twiddle factor | 
|---|
| 787 | for (j = MyFirst; j < MyLast; j++) | 
|---|
| 788 | { | 
|---|
| 789 | printf("@@@  before FFT1Once / j = %d\n", j ); | 
|---|
| 790 | FFT1DOnce( direction , upriv , tmp , j * rootN ); | 
|---|
| 791 | printf("@@@  after  FFT1Once / j = %d\n", j ); | 
|---|
| 792 | TwiddleOneCol( direction , j , twid , tmp , j * rootN ); | 
|---|
| 793 | printf("@@@  after  Twiddle  / j = %d\n", j ); | 
|---|
| 794 | } | 
|---|
| 795 |  | 
|---|
| 796 | #if DEBUG_FFT1D | 
|---|
| 797 | printf("\n[FFT] %s : thread %x after first twiddle\n", __FUNCTION__, MyNum); | 
|---|
| 798 | if( VERBOSE ) PrintArray( tmp , N ); | 
|---|
| 799 | #endif | 
|---|
| 800 |  | 
|---|
| 801 | // BARRIER | 
|---|
| 802 | get_cycle( &barrier_start ); | 
|---|
| 803 | pthread_barrier_wait( &barrier ); | 
|---|
| 804 | get_cycle( &barrier_stop ); | 
|---|
| 805 |  | 
|---|
| 806 | sync_time[MyNum] += (long)(barrier_stop - barrier_start); | 
|---|
| 807 |  | 
|---|
| 808 | // transpose tmp to x | 
|---|
| 809 | Transpose( tmp , x , MyFirst , MyLast ); | 
|---|
| 810 |  | 
|---|
| 811 | #if DEBUG_FFT1D | 
|---|
| 812 | printf("\n[FFT] %s : thread %x after second transpose\n", __FUNCTION__, MyNum); | 
|---|
| 813 | if( VERBOSE ) PrintArray( x , N ); | 
|---|
| 814 | #endif | 
|---|
| 815 |  | 
|---|
| 816 | // BARRIER | 
|---|
| 817 | get_cycle( &barrier_start ); | 
|---|
| 818 | pthread_barrier_wait( &barrier ); | 
|---|
| 819 | get_cycle( &barrier_stop ); | 
|---|
| 820 |  | 
|---|
| 821 | sync_time[MyNum] += (long)(barrier_stop - barrier_start); | 
|---|
| 822 |  | 
|---|
| 823 | // do FFTs on rows of x and apply the scaling factor | 
|---|
| 824 | for (j = MyFirst; j < MyLast; j++) | 
|---|
| 825 | { | 
|---|
| 826 | FFT1DOnce( direction , upriv , x , j * rootN ); | 
|---|
| 827 | if (direction == -1) Scale( x , j * rootN ); | 
|---|
| 828 | } | 
|---|
| 829 |  | 
|---|
| 830 | #if DEBUG_FFT1D | 
|---|
| 831 | printf("\n[FFT] %s : thread %x after FFT on rows\n", __FUNCTION__, MyNum); | 
|---|
| 832 | if( VERBOSE ) PrintArray( x , N ); | 
|---|
| 833 | #endif | 
|---|
| 834 |  | 
|---|
| 835 | // BARRIER | 
|---|
| 836 | get_cycle( &barrier_start ); | 
|---|
| 837 | pthread_barrier_wait( &barrier ); | 
|---|
| 838 | get_cycle( &barrier_stop ); | 
|---|
| 839 |  | 
|---|
| 840 | sync_time[MyNum] += (long)(barrier_stop - barrier_start); | 
|---|
| 841 |  | 
|---|
| 842 | // transpose x to tmp | 
|---|
| 843 | Transpose( x , tmp , MyFirst , MyLast ); | 
|---|
| 844 |  | 
|---|
| 845 | #if DEBUG_FFT1D | 
|---|
| 846 | printf("\n[FFT] %s : thread %x after third transpose\n", __FUNCTION__, MyNum); | 
|---|
| 847 | if( VERBOSE ) PrintArray( x , N ); | 
|---|
| 848 | #endif | 
|---|
| 849 |  | 
|---|
| 850 | // BARRIER | 
|---|
| 851 | get_cycle( &barrier_start ); | 
|---|
| 852 | pthread_barrier_wait( &barrier ); | 
|---|
| 853 | get_cycle( &barrier_stop ); | 
|---|
| 854 |  | 
|---|
| 855 | sync_time[MyNum] += (long)(barrier_stop - barrier_start); | 
|---|
| 856 |  | 
|---|
| 857 | // copy tmp to x | 
|---|
| 858 | Copy( tmp , x , MyFirst , MyLast ); | 
|---|
| 859 |  | 
|---|
| 860 | #if DEBUG_FFT1D | 
|---|
| 861 | printf("\n[FFT] %s : thread %x after final copy\n", __FUNCTION__, MyNum); | 
|---|
| 862 | if( VERBOSE ) PrintArray( x , N ); | 
|---|
| 863 | #endif | 
|---|
| 864 |  | 
|---|
| 865 |  | 
|---|
| 866 | }  // end FFT1D() | 
|---|
| 867 |  | 
|---|
| 868 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// | 
|---|
| 869 | // This function multiply all points contained in a row (rootN points) of the | 
|---|
| 870 | // x[] array by the corresponding twiddle factor, contained in the u[] array. | 
|---|
| 871 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// | 
|---|
| 872 | void TwiddleOneCol( int             direction, | 
|---|
| 873 | unsigned int    j,              // y coordinate in 2D view of coef array | 
|---|
| 874 | double       ** u,              // coef array base address | 
|---|
| 875 | double       ** x,              // data array base address | 
|---|
| 876 | unsigned int    offset_x )      // first point in N points data array | 
|---|
| 877 | { | 
|---|
| 878 | unsigned int i; | 
|---|
| 879 | double       omega_r; | 
|---|
| 880 | double       omega_c; | 
|---|
| 881 | double       x_r; | 
|---|
| 882 | double       x_c; | 
|---|
| 883 | unsigned int c_id; | 
|---|
| 884 | unsigned int c_offset; | 
|---|
| 885 |  | 
|---|
| 886 | for (i = 0; i < rootN ; i++)  // loop on the rootN points | 
|---|
| 887 | { | 
|---|
| 888 | // get coef | 
|---|
| 889 | c_id      = (j * rootN + i) / (points_per_cluster); | 
|---|
| 890 | c_offset  = (j * rootN + i) % (points_per_cluster); | 
|---|
| 891 | omega_r = u[c_id][2*c_offset]; | 
|---|
| 892 | omega_c = direction * u[c_id][2*c_offset+1]; | 
|---|
| 893 |  | 
|---|
| 894 | // access data | 
|---|
| 895 | c_id      = (offset_x + i) / (points_per_cluster); | 
|---|
| 896 | c_offset  = (offset_x + i) % (points_per_cluster); | 
|---|
| 897 | x_r = x[c_id][2*c_offset]; | 
|---|
| 898 | x_c = x[c_id][2*c_offset+1]; | 
|---|
| 899 |  | 
|---|
| 900 | x[c_id][2*c_offset]   = omega_r*x_r - omega_c * x_c; | 
|---|
| 901 | x[c_id][2*c_offset+1] = omega_r*x_c + omega_c * x_r; | 
|---|
| 902 | } | 
|---|
| 903 | }  // end TwiddleOneCol() | 
|---|
| 904 |  | 
|---|
| 905 | //////////////////////////// | 
|---|
| 906 | void Scale( double      ** x,           // data array base address | 
|---|
| 907 | unsigned int   offset_x )   // first point of the row to be scaled | 
|---|
| 908 | { | 
|---|
| 909 | unsigned int i; | 
|---|
| 910 | unsigned int c_id; | 
|---|
| 911 | unsigned int c_offset; | 
|---|
| 912 |  | 
|---|
| 913 | for (i = 0; i < rootN ; i++) | 
|---|
| 914 | { | 
|---|
| 915 | c_id      = (offset_x + i) / (points_per_cluster); | 
|---|
| 916 | c_offset  = (offset_x + i) % (points_per_cluster); | 
|---|
| 917 | x[c_id][2*c_offset]     /= N; | 
|---|
| 918 | x[c_id][2*c_offset + 1] /= N; | 
|---|
| 919 | } | 
|---|
| 920 | } | 
|---|
| 921 |  | 
|---|
| 922 | /////////////////////////////////// | 
|---|
| 923 | void Transpose( double      ** src,      // source buffer (array of pointers) | 
|---|
| 924 | double      ** dest,     // destination buffer (array of pointers) | 
|---|
| 925 | unsigned int   MyFirst,  // first row allocated to the thread | 
|---|
| 926 | unsigned int   MyLast )  // last row allocated to the thread | 
|---|
| 927 | { | 
|---|
| 928 | unsigned int row;               // row index | 
|---|
| 929 | unsigned int point;             // data point index in a row | 
|---|
| 930 |  | 
|---|
| 931 | unsigned int index_src;         // absolute index in the source N points array | 
|---|
| 932 | unsigned int c_id_src;          // cluster for the source buffer | 
|---|
| 933 | unsigned int c_offset_src;      // offset in the source buffer | 
|---|
| 934 |  | 
|---|
| 935 | unsigned int index_dst;         // absolute index in the dest N points array | 
|---|
| 936 | unsigned int c_id_dst;          // cluster for the dest buffer | 
|---|
| 937 | unsigned int c_offset_dst;      // offset in the dest buffer | 
|---|
| 938 |  | 
|---|
| 939 |  | 
|---|
| 940 | // scan all data points allocated to the thread | 
|---|
| 941 | // (between MyFirst row and MyLast row) from the source buffer | 
|---|
| 942 | // and write these points to the destination buffer | 
|---|
| 943 | for ( row = MyFirst ; row < MyLast ; row++ )       // loop on the rows | 
|---|
| 944 | { | 
|---|
| 945 | for ( point = 0 ; point < rootN ; point++ )    // loop on points in row | 
|---|
| 946 | { | 
|---|
| 947 | index_src    = row * rootN + point; | 
|---|
| 948 | c_id_src     = index_src / (points_per_cluster); | 
|---|
| 949 | c_offset_src = index_src % (points_per_cluster); | 
|---|
| 950 |  | 
|---|
| 951 | index_dst    = point * rootN + row; | 
|---|
| 952 | c_id_dst     = index_dst / (points_per_cluster); | 
|---|
| 953 | c_offset_dst = index_dst % (points_per_cluster); | 
|---|
| 954 |  | 
|---|
| 955 | dest[c_id_dst][2*c_offset_dst]   = src[c_id_src][2*c_offset_src]; | 
|---|
| 956 | dest[c_id_dst][2*c_offset_dst+1] = src[c_id_src][2*c_offset_src+1]; | 
|---|
| 957 | } | 
|---|
| 958 | } | 
|---|
| 959 | }  // end Transpose() | 
|---|
| 960 |  | 
|---|
| 961 | ////////////////////////////// | 
|---|
| 962 | void Copy( double      ** src,      // source buffer (array of pointers) | 
|---|
| 963 | double      ** dest,     // destination buffer (array of pointers) | 
|---|
| 964 | unsigned int   MyFirst,  // first row allocated to the thread | 
|---|
| 965 | unsigned int   MyLast )  // last row allocated to the thread | 
|---|
| 966 | { | 
|---|
| 967 | unsigned int row;                  // row index | 
|---|
| 968 | unsigned int point;                // data point index in a row | 
|---|
| 969 |  | 
|---|
| 970 | unsigned int index;                // absolute index in the N points array | 
|---|
| 971 | unsigned int c_id;                 // cluster index | 
|---|
| 972 | unsigned int c_offset;             // offset in local buffer | 
|---|
| 973 |  | 
|---|
| 974 | // scan all data points allocated to the thread | 
|---|
| 975 | for ( row = MyFirst ; row < MyLast ; row++ )       // loop on the rows | 
|---|
| 976 | { | 
|---|
| 977 | for ( point = 0 ; point < rootN ; point++ )    // loop on points in row | 
|---|
| 978 | { | 
|---|
| 979 | index    = row * rootN + point; | 
|---|
| 980 | c_id     = index / (points_per_cluster); | 
|---|
| 981 | c_offset = index % (points_per_cluster); | 
|---|
| 982 |  | 
|---|
| 983 | dest[c_id][2*c_offset]   = src[c_id][2*c_offset]; | 
|---|
| 984 | dest[c_id][2*c_offset+1] = src[c_id][2*c_offset+1]; | 
|---|
| 985 | } | 
|---|
| 986 | } | 
|---|
| 987 | }  // end Copy() | 
|---|
| 988 |  | 
|---|
| 989 | /////////////////////////////// | 
|---|
| 990 | void Reverse( double      ** x, | 
|---|
| 991 | unsigned int   offset_x ) | 
|---|
| 992 | { | 
|---|
| 993 | unsigned int j, k; | 
|---|
| 994 | unsigned int c_id_j; | 
|---|
| 995 | unsigned int c_offset_j; | 
|---|
| 996 | unsigned int c_id_k; | 
|---|
| 997 | unsigned int c_offset_k; | 
|---|
| 998 |  | 
|---|
| 999 | for (k = 0 ; k < rootN ; k++) | 
|---|
| 1000 | { | 
|---|
| 1001 | j = BitReverse( k ); | 
|---|
| 1002 | if (j > k) | 
|---|
| 1003 | { | 
|---|
| 1004 | c_id_j      = (offset_x + j) / (points_per_cluster); | 
|---|
| 1005 | c_offset_j  = (offset_x + j) % (points_per_cluster); | 
|---|
| 1006 | c_id_k      = (offset_x + k) / (points_per_cluster); | 
|---|
| 1007 | c_offset_k  = (offset_x + k) % (points_per_cluster); | 
|---|
| 1008 |  | 
|---|
| 1009 | SWAP(x[c_id_j][2*c_offset_j]  , x[c_id_k][2*c_offset_k]); | 
|---|
| 1010 | SWAP(x[c_id_j][2*c_offset_j+1], x[c_id_k][2*c_offset_k+1]); | 
|---|
| 1011 | } | 
|---|
| 1012 | } | 
|---|
| 1013 | } | 
|---|
| 1014 |  | 
|---|
| 1015 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////// | 
|---|
| 1016 | // This function makes the in-place FFT on all points contained in a row | 
|---|
| 1017 | // (i.e. rootN points) of the x[nclusters][points_per_cluster] array. | 
|---|
| 1018 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////// | 
|---|
| 1019 | void FFT1DOnce( int            direction,  // 1 direct / -1 inverse | 
|---|
| 1020 | double       * u,          // private coefs array | 
|---|
| 1021 | double      ** x,          // array of pointers on distributed buffers | 
|---|
| 1022 | unsigned int   offset_x )  // absolute offset in the x array | 
|---|
| 1023 | { | 
|---|
| 1024 | unsigned int     j; | 
|---|
| 1025 | unsigned int     k; | 
|---|
| 1026 | unsigned int     q; | 
|---|
| 1027 | unsigned int     L; | 
|---|
| 1028 | unsigned int     r; | 
|---|
| 1029 | unsigned int     Lstar; | 
|---|
| 1030 | double * u1; | 
|---|
| 1031 |  | 
|---|
| 1032 | unsigned int     offset_x1;     // index first butterfly input | 
|---|
| 1033 | unsigned int     offset_x2;     // index second butterfly output | 
|---|
| 1034 |  | 
|---|
| 1035 | double           omega_r;       // real part butterfy coef | 
|---|
| 1036 | double           omega_c;       // complex part butterfly coef | 
|---|
| 1037 |  | 
|---|
| 1038 | double           tau_r; | 
|---|
| 1039 | double           tau_c; | 
|---|
| 1040 |  | 
|---|
| 1041 | double           d1_r;          // real part first butterfly input | 
|---|
| 1042 | double           d1_c;          // imag part first butterfly input | 
|---|
| 1043 | double           d2_r;          // real part second butterfly input | 
|---|
| 1044 | double           d2_c;          // imag part second butterfly input | 
|---|
| 1045 |  | 
|---|
| 1046 | unsigned int     c_id_1;        // cluster index for first butterfly input | 
|---|
| 1047 | unsigned int     c_offset_1;    // offset for first butterfly input | 
|---|
| 1048 | unsigned int     c_id_2;        // cluster index for second butterfly input | 
|---|
| 1049 | unsigned int     c_offset_2;    // offset for second butterfly input | 
|---|
| 1050 |  | 
|---|
| 1051 | #if DEBUG_ONCE | 
|---|
| 1052 | unsigned int p; | 
|---|
| 1053 | printf("\n@@@ FFT ROW data in / %d points / offset = %d\n", | 
|---|
| 1054 | rootN , offset_x ); | 
|---|
| 1055 | for ( p = 0 ; p < rootN ; p++ ) | 
|---|
| 1056 | { | 
|---|
| 1057 | unsigned int index    = offset_x + p; | 
|---|
| 1058 | unsigned int c_id     = index / (points_per_cluster); | 
|---|
| 1059 | unsigned int c_offset = index % (points_per_cluster); | 
|---|
| 1060 | printf("%f , %f | ", x[c_id][2*c_offset] , x[c_id][2*c_offset+1] ); | 
|---|
| 1061 | } | 
|---|
| 1062 | printf("\n"); | 
|---|
| 1063 | #endif | 
|---|
| 1064 |  | 
|---|
| 1065 | // This makes the rootN input points reordering | 
|---|
| 1066 | Reverse( x , offset_x ); | 
|---|
| 1067 |  | 
|---|
| 1068 | #if DEBUG_ONCE | 
|---|
| 1069 | printf("\n@@@ FFT ROW data after reverse\n"); | 
|---|
| 1070 | for ( p = 0 ; p < rootN ; p++ ) | 
|---|
| 1071 | { | 
|---|
| 1072 | unsigned int index    = offset_x + p; | 
|---|
| 1073 | unsigned int c_id     = index / (points_per_cluster); | 
|---|
| 1074 | unsigned int c_offset = index % (points_per_cluster); | 
|---|
| 1075 | printf("%f , %f | ", x[c_id][2*c_offset] , x[c_id][2*c_offset+1] ); | 
|---|
| 1076 | } | 
|---|
| 1077 | printf("\n"); | 
|---|
| 1078 | #endif | 
|---|
| 1079 |  | 
|---|
| 1080 | // This implements the multi-stages, in place Butterfly network | 
|---|
| 1081 | for (q = 1; q <= M/2 ; q++)     // loop on stages | 
|---|
| 1082 | { | 
|---|
| 1083 | L = 1 << q;       // number of points per subset for current stage | 
|---|
| 1084 | r = rootN / L;    // number of subsets | 
|---|
| 1085 | Lstar = L / 2; | 
|---|
| 1086 | u1 = &u[2 * (Lstar - 1)]; | 
|---|
| 1087 | for (k = 0; k < r; k++)     // loop on the subsets | 
|---|
| 1088 | { | 
|---|
| 1089 | offset_x1  = offset_x + (k * L);            // index first point | 
|---|
| 1090 | offset_x2  = offset_x + (k * L + Lstar);    // index second point | 
|---|
| 1091 |  | 
|---|
| 1092 | #if DEBUG_ONCE | 
|---|
| 1093 | printf("\n ### q = %d / k = %d / x1 = %d / x2 = %d\n", | 
|---|
| 1094 | q , k , offset_x1 , offset_x2 ); | 
|---|
| 1095 | #endif | 
|---|
| 1096 | // makes all in-place butterfly(s) for subset | 
|---|
| 1097 | for (j = 0; j < Lstar; j++) | 
|---|
| 1098 | { | 
|---|
| 1099 | // get coef | 
|---|
| 1100 | omega_r = u1[2*j]; | 
|---|
| 1101 | omega_c = direction * u1[2*j+1]; | 
|---|
| 1102 |  | 
|---|
| 1103 | // get d[x1] address and value | 
|---|
| 1104 | c_id_1      = (offset_x1 + j) / (points_per_cluster); | 
|---|
| 1105 | c_offset_1  = (offset_x1 + j) % (points_per_cluster); | 
|---|
| 1106 | d1_r        = x[c_id_1][2*c_offset_1]; | 
|---|
| 1107 | d1_c        = x[c_id_1][2*c_offset_1+1]; | 
|---|
| 1108 |  | 
|---|
| 1109 | // get d[x2] address and value | 
|---|
| 1110 | c_id_2      = (offset_x2 + j) / (points_per_cluster); | 
|---|
| 1111 | c_offset_2  = (offset_x2 + j) % (points_per_cluster); | 
|---|
| 1112 | d2_r        = x[c_id_2][2*c_offset_2]; | 
|---|
| 1113 | d2_c        = x[c_id_2][2*c_offset_2+1]; | 
|---|
| 1114 |  | 
|---|
| 1115 | #if DEBUG_ONCE | 
|---|
| 1116 | printf("\n ### d1_in = (%f , %f) / d2_in = (%f , %f) / coef = (%f , %f)\n", | 
|---|
| 1117 | d1_r , d1_c , d2_r , d2_c , omega_r , omega_c); | 
|---|
| 1118 | #endif | 
|---|
| 1119 | // tau = omega * d[x2] | 
|---|
| 1120 | tau_r = omega_r * d2_r - omega_c * d2_c; | 
|---|
| 1121 | tau_c = omega_r * d2_c + omega_c * d2_r; | 
|---|
| 1122 |  | 
|---|
| 1123 | // set new value for d[x1] = d[x1] + omega * d[x2] | 
|---|
| 1124 | x[c_id_1][2*c_offset_1]   = d1_r + tau_r; | 
|---|
| 1125 | x[c_id_1][2*c_offset_1+1] = d1_c + tau_c; | 
|---|
| 1126 |  | 
|---|
| 1127 | // set new value for d[x2] = d[x1] - omega * d[x2] | 
|---|
| 1128 | x[c_id_2][2*c_offset_2]   = d1_r - tau_r; | 
|---|
| 1129 | x[c_id_2][2*c_offset_2+1] = d1_c - tau_c; | 
|---|
| 1130 |  | 
|---|
| 1131 | #if DEBUG_ONCE | 
|---|
| 1132 | printf("\n ### d1_out = (%f , %f) / d2_out = (%f , %f)\n", | 
|---|
| 1133 | d1_r + tau_r , d1_c + tau_c , d2_r - tau_r , d2_c - tau_c ); | 
|---|
| 1134 | #endif | 
|---|
| 1135 | } | 
|---|
| 1136 | } | 
|---|
| 1137 | } | 
|---|
| 1138 |  | 
|---|
| 1139 | #if DEBUG_ONCE | 
|---|
| 1140 | printf("\n@@@ FFT ROW data out\n"); | 
|---|
| 1141 | for ( p = 0 ; p < rootN ; p++ ) | 
|---|
| 1142 | { | 
|---|
| 1143 | unsigned int index    = offset_x + p; | 
|---|
| 1144 | unsigned int c_id     = index / (points_per_cluster); | 
|---|
| 1145 | unsigned int c_offset = index % (points_per_cluster); | 
|---|
| 1146 | printf("%f , %f | ", x[c_id][2*c_offset] , x[c_id][2*c_offset+1] ); | 
|---|
| 1147 | } | 
|---|
| 1148 | printf("\n"); | 
|---|
| 1149 | #endif | 
|---|
| 1150 |  | 
|---|
| 1151 | }  // end FFT1DOnce() | 
|---|
| 1152 |  | 
|---|
| 1153 | /////////////////////////////////////// | 
|---|
| 1154 | void PrintArray( double       ** array, | 
|---|
| 1155 | unsigned int    size ) | 
|---|
| 1156 | { | 
|---|
| 1157 | unsigned int  i; | 
|---|
| 1158 | unsigned int  c_id; | 
|---|
| 1159 | unsigned int  c_offset; | 
|---|
| 1160 |  | 
|---|
| 1161 | // float display | 
|---|
| 1162 | for (i = 0; i < size ; i++) | 
|---|
| 1163 | { | 
|---|
| 1164 | c_id      = i / (points_per_cluster); | 
|---|
| 1165 | c_offset  = i % (points_per_cluster); | 
|---|
| 1166 |  | 
|---|
| 1167 | printf(" %f  %f |", array[c_id][2*c_offset], array[c_id][2*c_offset+1]); | 
|---|
| 1168 |  | 
|---|
| 1169 | if ( (i+1) % 4 == 0)  printf("\n"); | 
|---|
| 1170 | } | 
|---|
| 1171 | printf("\n"); | 
|---|
| 1172 | } | 
|---|
| 1173 |  | 
|---|
| 1174 |  | 
|---|
| 1175 | // Local Variables: | 
|---|
| 1176 | // tab-width: 4 | 
|---|
| 1177 | // c-basic-offset: 4 | 
|---|
| 1178 | // c-file-offsets:((innamespace . 0)(inline-open . 0)) | 
|---|
| 1179 | // indent-tabs-mode: nil | 
|---|
| 1180 | // End: | 
|---|
| 1181 |  | 
|---|
| 1182 | // vim: filetype=cpp:expandtab:shiftwidth=4:tabstop=4:softtabstop=4 | 
|---|
| 1183 |  | 
|---|