fiaccel による固定小数点実行の高速化

fiaccel を使用すると、固定小数点 MATLAB^® コードを MEX 関数に変換できます。生成される MEX 関数には、MATLAB で固定小数点アルゴリズムをコンパイル済み C/C++ コードのスピードに自動的に高速化するための最適化機能が含まれています。関数 fiaccel によって、アルゴリズムの実行速度が大幅に向上されます。

fiaccel の実行

以下に基本のコマンドを示します。

fiaccel M_fcn

既定では、fiaccel は次のアクションを実行します。

この既定の動作は、fiaccel で 1 つ以上のコンパイラ オプションを指定して変更できます (複数のオプションはコマンド ライン上で空白で区切ります)。

生成ファイルと場所

fiaccel では次の場所にファイルが生成されます。

fiaccel/mex/M_fcn_name/html

生成ファイルの名前と場所を変更するには、fiaccel を実行する際にオプション -o と -d を使用します。

この例では、関数 fiaccel を使用し、簡単なアルゴリズムの異なる部分をコンパイルします。この 2 つのケースの実行時間を比較すれば、関数 fiaccel の利点と最適な使用方法を理解できます。

type fi_matrix_column_sum.m

function B = fi_matrix_column_sum(A)
% Sum the columns of matrix A.

% Copyright 2008-2023 The MathWorks, Inc.
%#codegen
    [m,n] = size(A);
    w = get(A,'WordLength') + ceil(log2(m));
    f = get(A,'FractionLength');
    B = fi(zeros(1,n),true,w,f,fimath(A));
    for j = 1:n
        for i = 1:m
            B(j) = B(j) + A(i,j);
        end
    end

fipref('NumericTypeDisplay','short');
A = fi(randn(1000,10));
tic
B = fi_matrix_column_sum(A);
t_matrix_column_sum_m = toc

t_matrix_column_sum_m = 3.8430

fiaccel fi_matrix_column_sum -args {A}
tic
B = fi_matrix_column_sum_mex(A);
t_matrix_column_sum_mex = toc

t_matrix_column_sum_mex = 0.1714

tic
[m,n] = size(A);
w = get(A,'WordLength') + ceil(log2(m));
f = get(A,'FractionLength');
B = fi(zeros(1,n),true,w,f);
for j = 1:n
    for i = 1:m
        B(j) = fi_scalar_sum(B(j),A(i,j));
        % B(j) = B(j) + A(i,j);
    end
end
t_scalar_sum_m = toc

t_scalar_sum_m = 11.0941

fiaccel fi_scalar_sum -args {B(1),A(1,1)}
tic
[m,n] = size(A);
w = get(A,'WordLength') + ceil(log2(m));
f = get(A,'FractionLength');
B = fi(zeros(1,n),true,w,f);
for j = 1:n
    for i = 1:m
        B(j) = fi_scalar_sum_mex(B(j),A(i,j));
        % B(j) = B(j) + A(i,j);
    end
end
t_scalar_sum_mex = toc

t_scalar_sum_mex = 5.4848

t_scalar_sum_mex/t_matrix_column_sum_mex

ans = 32.0024

t_scalar_sum_mex/t_matrix_column_sum_m

ans = 1.4272

t_matrix_column_sum_m/t_matrix_column_sum_mex

ans = 22.4230

t_scalar_sum_m/t_scalar_sum_mex

ans = 2.0227

% MATLAB
fipref('NumericTypeDisplay','short');
A = fi(randn(1000,10));
tic
B = fi_matrix_column_sum(A)
t_matrix_column_sum_m = toc

% fiaccel
fiaccel fi_matrix_column_sum -args {A}
tic
B = fi_matrix_column_sum_mex(A);
t_matrix_column_sum_mex = toc

% MATLAB
tic
[m,n] = size(A);
w = get(A,'WordLength') + ceil(log2(m));
f = get(A,'FractionLength');
B = fi(zeros(1,n),true,w,f);
for j = 1:n
    for i = 1:m
        B(j) = fi_scalar_sum(B(j),A(i,j));
        % B(j) = B(j) + A(i,j);
    end
end
t_scalar_sum_m = toc

% fiaccel
fiaccel fi_scalar_sum -args {B(1),A(1,1)}
tic
[m,n] = size(A);
w = get(A,'WordLength') + ceil(log2(m));
f = get(A,'FractionLength');
B = fi(zeros(1,n),true,w,f);
for j = 1:n
    for i = 1:m
        B(j) = fi_scalar_sum_mex(B(j),A(i,j));
        % B(j) = B(j) + A(i,j);
    end
end
t_scalar_sum_mex = toc

fiaccel を使用したデータ型オーバーライド

データ型オーバーライドを有効にするには、reset(fipref) コマンドを実行した後、MATLAB プロンプトで次のコマンドを入力します。

fipref('DataTypeOverride','TrueDoubles')

このコマンドは Fixed-Point Designer™ ソフトウェアにすべての fi オブジェクトを fi double 型で作成するよう指示します。fiaccel コマンドを使用してコードをコンパイルすると、その結果作成される MEX 関数は浮動小数点データを使用します。

MEX 関数に対する既定の fimath 値の指定

fiaccel で生成された MEX 関数では、MATLAB の既定のグローバル fimath が使用されます。MATLAB 出荷時の既定のグローバル fimath には以下のプロパティがあります。

RoundingMethod: Nearest
OverflowAction: Saturate
ProductMode: FullPrecision
SumMode: FullPrecision

MATLAB の既定の fimath 値に依存する MEX 関数を実行しているときは、MATLAB セッション中にこの値を変更しないでください。変更すると、コンパイル時と実行時の fimath の値が一致していないという警告が MATLAB によって生成されます。たとえば、次の MATLAB 関数を作成します。

function y = test %#codegen 
y = fi(0); 

MEX 関数 test_mex を生成し、MATLAB の既定の fimath の出荷時の設定を使用します。

resetglobalfimath;
fiaccel test 

test_mex を実行します。

test_mex   

ans =        
  0            
       DataTypeMode: Fixed-point: binary point scaling            
       Signedness: Signed            
       WordLength: 16        
       FractionLength: 15

MATLAB の既定の fimath 値を変更して、コンパイル時に使用される設定と一致しないようにします。

F = fimath('RoundingMethod','Floor');
globalfimath(F); 

メモリから MEX 関数をクリアして、再度実行します。

clear test_mex 
test_mex

testglobalfimath_mex 
Warning: This function was generated with a 
different default fimath than the current default.
ans =        
   0            
      DataTypeMode: Fixed-point: binary point scaling
      Signedness: Signed             
      WordLength: 16         
      FractionLength: 15