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昇腾小AI

简易自定义算子工程

本章节介绍的简易自定义算子工程，是上文中介绍的自定义算子工程的简化版，对算子的编译、打包、部署过程进行简化，便于开发者将该工程集成到自己的算子工程。

  • 使用该工程，支持在如下平台进行自定义算子开发：
    • Atlas A2训练系列产品
    • Atlas 推理系列产品
  • 使用本工程开发的算子，只支持通过单算子API执行（aclnn）方式进行调用。
  • 本工程暂不支持算子的交叉编译功能。

基于简易自定义算子工程的算子开发流程图如下：

创建算子工程

和创建算子工程类似，简易自定义算子工程通过msOpGen生成，基于算子原型定义输出算子工程，包括算子host侧代码实现文件、算子kernel侧实现文件以及工程编译配置文件等。主要差异点在于：创建简易算子工程需要通过-f参数配置framework框架为aclnn。

使用msOpGen工具创建算子工程之前，需要参考环境准备章节安装驱动固件和CANN软件包，完成开发环境和运行环境的准备。

使用msOpGen工具创建简易算子开发工程的步骤如下：

  1. 编写算子的原型定义json文件，用于生成算子开发工程。
    例如，AddCustom算子的json文件命名为add_custom.json，文件内容如下： 
    [
    {
        "op": "AddCustom",
        "input_desc": [
            {
                "name": "x",
                "param_type": "required",
                "format": [
                    "ND",
                    "ND",
                    "ND"
                ],
                "type": [
                    "fp16",
                    "float",
                    "int32"
                ]
            },
            {
                "name": "y",
                "param_type": "required",
                "format": [
                    "ND",
                    "ND",
                    "ND"
                ],
                "type": [
                    "fp16",
                    "float",
                    "int32"
                ]
            }
        ],
        "output_desc": [
            {
                "name": "z",
                "param_type": "required",
                "format": [
                    "ND",
                    "ND",
                    "ND"
                ],
                "type": [
                    "fp16",
                    "float",
                    "int32"
                ]
            }
        ]
    }
]
  2. 使用msOpGen工具生成算子的开发工程。以生成AddCustom的算子工程为例，下文仅针对关键参数进行解释，详细参数说明请参见msOpGen工具。
    ${INSTALL_DIR}/python/site-packages/bin/msopgen gen -i $HOME/sample/add_custom.json -c ai_core-<soc_version> -lan cpp -out $HOME/sample/AddCustom -f aclnn
    • ${INSTALL_DIR}为CANN软件安装后文件存储路径，请根据实际环境进行替换。
    • -i：指定算子原型定义文件add_custom.json所在路径，请根据实际情况修改。
    • -c：ai_core-<soc_version>代表算子在AI Core上执行，<soc_version>为昇腾AI处理器的型号。

      AI处理器的型号<soc_version>请通过如下方式获取：

      • 在安装昇腾AI处理器的服务器执行npu-smi info命令进行查询，获取Chip Name信息。实际配置值为AscendChip Name，例如Chip Name取值为xxxyy，实际配置值为Ascendxxxyy。

      基于同系列的AI处理器型号创建的算子工程，其基础功能（基于该工程进行算子开发、编译和部署）通用。

    • -lan：参数cpp代表算子基于Ascend C编程框架，使用C/C++编程语言开发。
    • -out：生成文件所在路径，可配置为绝对路径或者相对路径，并且工具执行用户对路径具有可读写权限。若不配置，则默认生成在执行命令的当前路径。
    • -f：表示框架类型，aclnn表示生成简易工程。
  3. 命令执行完后，会在-out指定目录或者默认路径下生成算子工程目录，工程中包含算子实现的模板文件，编译脚本等，以AddCustom算子为例，目录结构如下所示：
    AddCustom
├── build.sh                        // 编译入口脚本
├── cmake 
│   ├── config.cmake              // 编译配置项
│   ├── func.cmake
│   ├── intf.cmake
│   └── util                       // 算子工程编译所需脚本及公共编译文件存放目录
├── CMakeLists.txt                  // 算子工程的CMakeLists.txt
├── op_host                         // host侧实现文件
│   ├── add_custom_tiling.h     // 算子tiling定义文件
│   ├── add_custom.cpp          // 算子原型注册、tiling实现等内容文件
│   ├── CMakeLists.txt
├── op_kernel                       // kernel侧实现文件
│   ├── CMakeLists.txt   
│   ├── add_custom.cpp          // 算子代码实现文件

    上述目录结构中的粗体文件为后续算子开发过程中需要修改的文件，其他文件无需修改。

算子实现

参考Kernel侧算子实现、Host侧tiling实现、算子原型定义完成算子实现。

算子编译

算子kernel侧和host侧实现开发完成后，需要对算子进行编译，生成算子静态库；自动生成aclnn调用实现代码和头文件，链接算子静态库生成aclnn动态库，以支持后续的单算子API执行方式（aclnn）的算子调用。编译过程如下：

  • 根据host侧算子实现文件自动生成aclnn接口aclnn_*.h和aclnn实现文件aclnn_.cpp。
  • 编译Tiling实现和算子原型定义生成Tiling动态库liboptiling.so（libcust_opmaster_rt2.0）。
  • 编译kernel侧算子实现文件，并加载Tiling动态库，生成kernel静态库libkernels.a。
  • 编译aclnn实现文件，并链接kernel静态库libkernels.a生成单算子API调用的动态库libcust_opapi.so。

上述编译过程示意图如下：

图1 编译过程示意图

上文描述的过程都封装在编译脚本中，开发者进行编译时参考如下的步骤进行操作：

  1. 完成工程编译相关配置。
    • 修改cmake目录下config.cmake中的配置项，config.cmake文件内容如下：
      set(CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG "")
set(CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE "")

if (NOT DEFINED CMAKE_BUILD_TYPE)
    set(CMAKE_BUILD_TYPE Release CACHE STRING "")
endif()
if (CMAKE_INSTALL_PREFIX_INITIALIZED_TO_DEFAULT) 
    set(CMAKE_INSTALL_PREFIX "${CMAKE_SOURCE_DIR}/build_out" CACHE PATH "" FORCE)
endif()
if (NOT DEFINED ASCEND_CANN_PACKAGE_PATH)
    set(ASCEND_CANN_PACKAGE_PATH /usr/local/Ascend/ascend-toolkit/latest CACHE PATH "") //请替换为CANN软件包安装后的实际路径
endif()
if (NOT DEFINED ASCEND_PYTHON_EXECUTABLE)
    set(ASCEND_PYTHON_EXECUTABLE python3 CACHE STRING "")
endif()
if (NOT DEFINED ASCEND_COMPUTE_UNIT)
    set(ASCEND_COMPUTE_UNIT ascendxxx CACHE STRING "")
endif()
if (NOT DEFINED ENABLE_TEST)
    set(ENABLE_TEST FALSE CACHE BOOL "")
endif()
if (NOT DEFINED ENABLE_CROSS_COMPILE)
    set(ENABLE_CROSS_COMPILE  FALSE CACHE BOOL "")
endif()
if (NOT DEFINED CMAKE_CROSS_PLATFORM_COMPILER)
    set(CMAKE_CROSS_PLATFORM_COMPILER "/your/cross/compiler/path" CACHE PATH "")
endif()
set(ASCEND_TENSOR_COMPILER_PATH ${ASCEND_CANN_PACKAGE_PATH}/compiler)
set(ASCEND_CCEC_COMPILER_PATH ${ASCEND_TENSOR_COMPILER_PATH}/ccec_compiler/bin)
set(ASCEND_AUTOGEN_PATH ${CMAKE_BINARY_DIR}/autogen)
file(MAKE_DIRECTORY ${ASCEND_AUTOGEN_PATH})
set(CUSTOM_COMPILE_OPTIONS "custom_compile_options.ini")
execute_process(COMMAND rm -rf ${ASCEND_AUTOGEN_PATH}/${CUSTOM_COMPILE_OPTIONS}
                COMMAND touch ${ASCEND_AUTOGEN_PATH}/${CUSTOM_COMPILE_OPTIONS})
      表1 需要开发者配置的常用参数列表

      参数名称

      参数描述

      默认值

      ASCEND_CANN_PACKAGE_PATH

      CANN软件包安装路径，请根据实际情况进行修改。

      “/usr/local/Ascend/ascend-toolkit/latest”

      CMAKE_BUILD_TYPE

      编译模式选项，可配置为：

      • “Release”，Release版本，不包含调试信息，编译最终发布的版本。
      • “Debug”，“Debug”版本，包含调试信息，便于开发者开发和调试。

      “Release”

      CMAKE_INSTALL_PREFIX

      编译产物存放的目录，不指定则为默认值。

      ${CMAKE_SOURCE_DIR}/build_out：

      算子工程目录下的build_out目录
    • 配置编译相关环境变量（可选）
      表2 环境变量说明

      环境变量

      配置说明

      CMAKE_CXX_COMPILER_LAUNCHER

      用于配置C++语言编译器（如g++）、毕昇编译器的启动器程序为ccache，配置后即可开启cache缓存编译，加速重复编译并提高构建效率。用法如下，在对应的CMakeLists.txt进行设置：

      set(CMAKE_CXX_COMPILER_LAUNCHER <launcher_program>)

      其中<launcher_program>是ccache的安装路径，比如ccache的安装路径为/usr/bin/ccache，示例如下：

      set(CMAKE_CXX_COMPILER_LAUNCHER /usr/bin/ccache)
  2. （可选）如果需要编译多个算子，在op_kernel目录下的CMakeLists.txt中增加要编译的算子。
     
# set custom compile options
if ("${CMAKE_BUILD_TYPE}x" STREQUAL "Debugx")
    add_ops_compile_options(ALL OPTIONS -g -O0)
endif()
#多算子编译通过add_kernel_compile命令增加算子源码文件即可
add_kernel_compile(AddCustom ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/add_custom.cpp)
add_kernel_compile(SubCustom ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/sub_custom.cpp)
if(ENABLE_TEST AND EXISTS ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/testcases)
    add_subdirectory(testcases)
endif()
  3. （可选）在算子工程中，如果开发者想对算子kernel侧代码增加一些自定义的编译选项，可以参考支持自定义编译选项进行编译选项的定制。
  4. 在算子工程目录下执行如下命令，进行算子工程编译。
    ./build.sh

    编译成功后，会在CMAKE_INSTALL_PREFIX/op_api目录存放生成的aclnn头文件和lib库，每一个算子都会对应一个单独的头文件。具体目录结构如下：

    ├── op_api
│   ├── include
│       ├── aclnn_optype1.h
│       └── aclnn_optype2.h
│       └── aclnn_optypexxx.h
│   ├── lib
│       ├── libcust_opapi.so

    对于lib目录下生成的库文件可通过msobjdump工具进一步解析得到kernel信息，具体操作参见msobjdump工具。

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