基于msopgen工具

功能描述

CANN开发套件包中提供了自定义算子工程生成工具msopgen，可基于算子原型定义输出算子开发相关交付件，包括算子代码实现文件、算子适配插件、算子原型定义、算子信息库定义以及工程编译配置文件。

若开发者需要自定义多个AI CPU算子，需要在同一算子工程中进行实现，并将所有自定义算子在同一工程中同时进行编译，将所有AI CPU自定义算子的实现文件编译成一个动态库文件。

工具路径

通过可执行文件“msopgen”生成自定义算子工程，其功能和安装路径如下。

使用前提

• CANN组合包提供进程级环境变量设置脚本，供用户在进程中引用，以自动完成环境变量设置。执行命令参考如下，以下示例均为root或非root用户默认安装路径，请以实际安装路径为准。

  # 以root用户安装toolkit包
  . /usr/local/Ascend/ascend-toolkit/set_env.sh 
  # 以非root用户安装toolkit包
  . ${HOME}/Ascend/ascend-toolkit/set_env.sh 

• 安装依赖：
  如下命令如果使用非root用户安装，需要在安装命令后加上--user。

  pip3 install xlrd==1.2.0

使用方法

1. 确认需要的输入文件。
   自定义算子工程生成工具支持输入三种类型的原型定义文件创建算子工程，分别为：

   • 适配昇腾AI处理器算子IR定义文件（.json）
   • TensorFlow的原型定义文件（.txt）

     TensorFlow的原型定义文件可用于生成TensorFlow、Caffe、PyTorch框架的算子工程。

   • 适配昇腾AI处理器算子IR定义文件（.xlsx）
2. 请用户选择一种文件完成输入文件的准备工作。
   • 适配昇腾AI处理器算子IR定义的json文件的准备工作
     用户可从CANN软件安装后文件存储路径下的“python/site-packages/op_gen/json_template”中获取模板文件IR_json.json，并进行修改，其文件参数配置说明请参见表2。

     表2 json文件配置参数说明

     配置字段		类型	含义	是否必选
     op	-	字符串	算子的Operator Type。	是
     input_desc	-	列表	输入参数描述。	否
     	name	字符串	算子输入参数的名称。
     	param_type	字符串	参数类型： required optional dynamic 未配置默认为required。
     	format	列表	针对类型为tensor的参数，配置为tensor支持的数据排布格式，具体请参考数据排布格式。 包含如下取值： ND,NHWC,NCHW,HWCN,NC1HWC0,FRACTAL_Z等。 format与type的数量需保持一致。
     	type	列表	算子参数的类型。 取值范围：float16（fp16）, float32（fp32）, int8, int16, int32, uint8, uint16, bfloat16（bf16）, bool等。 说明： 不同计算操作支持的数据类型不同，详细请参见API参考。 format与type的数量需保持一致。
     output_desc	-	列表	输出参数描述。	是
     	name	字符串	算子输出参数的名称。
     	param_type	字符串	参数类型： required optional dynamic 未配置默认为required。
     	format	列表	针对类型为tensor的参数，配置为tensor支持的数据排布格式，具体请参考数据排布格式。 包含如下取值： ND,NHWC,NCHW,HWCN,NC1HWC0,FRACTAL_Z等。 format与type的数量需保持一致。
     	type	列表	算子参数的类型。 取值范围：float16（fp16）, float32（fp32）, int8, int16, int32, uint8, uint16, bfloat16（bf16）, bool等。 说明： 不同计算操作支持的数据类型不同，详细请参见API参考。 format与type的数量需保持一致。
     attr	-	列表	属性描述。	否
     	name	字符串	算子属性参数的名称。
     	param_type	字符串	参数类型： required optional 未配置默认为required。
     	type	字符串	算子参数的类型。 包含如下取值： int、bool、float、string、list_int、list_float等。
     	default_value	-	默认值

     

     • json文件可以配置多个算子，json文件为列表，列表中每一个元素为一个算子。
     • 若input_desc或output_desc中的name参数相同，则后一个会覆盖前一参数。
     • input_desc，output_desc中的type需按顺序一一对应匹配，format也需按顺序一一对应匹配。

       例如，第一个输入x的type配置为[“int8”,“int32”]，第二个输入y的type配置为[“fp16”,“fp32”]，输出z的type配置为[“int32”,“int64”]，最终这个算子支持输入(“int8”,“fp16”)生成int32，或者(“int32”,“fp32”)生成int64，即输入和输出的type是垂直对应的，类型不能交叉。

     • input_desc，output_desc中的type与format需一一对应匹配，数量保持一致。type的数据类型为以下取值（"numbertype"、"realnumbertype"、"quantizedtype"、"BasicType"、"IndexNumberType"、"all"）时，需识别实际的type数量是否与format数量保持一致，若数量不一致，创建工程会收到报错提示，同时format按照type的个数进行补齐，继续生成算子工程。若type的取值为基本数据类型（如：“int32”），且与format无法一一对应时，创建工程会收到报错提示，并停止运行。
   • TensorFlow的原型定义文件（.txt）的准备工作

     TensorFlow的原型定义文件（.txt）中内容可从TensorFlow开源社区获取，例如，Add算子的原型定义在TensorFlow开源社区中/tensorflow/core/ops/math_ops.cc文件中，在文件中搜索“Add”找到Add对应的原型定义，内容如下所示：

     REGISTER_OP("Add")
         .Input("x: T")
         .Input("y: T")
         .Output("z: T")
         .Attr(
             "T: {bfloat16, half, float, double, uint8, int8, int16, int32, int64, "
             "complex64, complex128, string}")
         .SetShapeFn(shape_inference::BroadcastBinaryOpShapeFn);

     将以上内容另存为**.txt文件。

     

     每个**.txt文件仅能包含一个算子的原型定义。

     自定义算子工程生成工具只解析算子类型、Input、Output、Attr中内容，其他内容可以不保存在**.txt中。

   • 适配昇腾AI处理器算子IR定义的Excel文件准备工作

     用户可从CANN软件安装后文件存储路径下的“toolkit/tools/msopgen/template”目录下获取模板文件Ascend_IR_Template.xlsx进行修改。请基于“Op”页签进行修改，“Op”页签可以定义多个算子，每个算子都包含如下参数：

     表3 IR原型定义参数说明

     列名称	含义	是否必选
     Op	算子的Operator Type。	是
     Classify	算子相关参数的类别，包含： 输入：Input 动态输入：DYNAMIC_INPUT 输出：Output 动态输出：DYNAMIC_OUTPUT 属性：Attr	是
     Name	算子参数的名称。	是
     Type	算子参数的类型。 包含如下取值： tensor、int、bool、float、ListInt、ListFloat等。	是
     TypeRange	针对类型为tensor的参数，需要配置tensor支持的类型。 包含如下取值： fp16,fp32,double,int8,int16,int32,int64,uint8,uint16,uint32,uint64,bf16,bool等。	否
     Required	是否必须输入，有如下取值： TRUE FALSE	是
     Doc	对应参数的描述。	否
     Attr_Default_value	属性的默认值。	否
     Format	针对类型为tensor的参数，配置为tensor支持的数据排布格式。 包含如下取值： ND,NHWC,NCHW,HWCN,NC1HWC0,FRACTAL_Z等。	否
     Group	算子分类。	否

     配置示例如下所示：

     表4 IR原型定义表示例

     预留行
     Op	Classify	Name	Type	TypeRange	Required	Doc	Attr_Default_value	Format
     Reshape	INPUT	x	tensor	fp16,fp32,double,int8,int16,int32,int64,uint8,uint16,uint32,uint64,bf16,bool	TRUE	-	-	ND
     	INPUT	shape	tensor	int32,int64	FALSE	-	-	-
     	DYNAMIC_OUTPUT	y	tensor	fp16,fp32,double,int8,int16,int32,int64,uint8,uint16,uint32,uint64,bf16,bool	FALSE	-	-	ND
     	ATTR	axis	int	-	FALSE	-	0	-
     	ATTR	num_axes	int	-	FALSE	-	-1	-
     ReshapeD	INPUT	x	tensor	fp16,fp32,double,int8,int16,int32,int64,uint8,uint16,uint32,uint64,bf16,bool	TRUE	-	-	ND
     	OUTPUT	y	tensor	fp16,fp32,double,int8,int16,int32,int64,uint8,uint16,uint32,uint64,bf16,bool	TRUE	-	-	ND
     	ATTR	shape	list_int	-	FALSE	-	{}	-
     	ATTR	axis	int	-	FALSE	-	0	-
     	ATTR	num_axes	int	-	FALSE	-	-1	-

     

     • 请直接基于模板文件的第一个页签“Op”进行修改，实现算子的原型定义输入文件。
     • 请不要删除“Op”页签的前三行以及列。
3. 创建算子工程。

   进入msopgen工具所在目录执行如下命令，参数说明请参见表5。

   ./msopgen gen -i {operator define file} -f {framework type} -c {Compute Resource} -out {Output Path}

   表5 参数说明

   参数名称	参数描述	是否必选
   gen	用于生成算子开发交付件。	是
   -i， --input	算子定义文件路径，可配置为绝对路径或者相对路径。工具执行用户需要有此路径的可读权限。 算子定义文件支持如下三种类型： 适配昇腾AI处理器算子IR定义文件（.json） TensorFlow的原型定义文件（.txt） 适配昇腾AI处理器算子IR定义文件（.xlsx）	是
   -f， --framework	框架类型。 TensorFlow框架，参数值：tf或者tensorflow Caffe框架，参数值：caffe PyTorch框架，参数值：pytorch ONNX框架，参数值：onnx 说明： 所有参数值大小写不敏感。	否
   -c， --compute_unit	算子使用的计算资源。 针对TBE算子，配置格式为：ai_core-{Soc Version}，ai_core与{Soc Version}之间用中划线“-”连接。 {Soc Version}的取值请根据实际昇腾AI处理器版本进行选择。 说明： 如果无法确定具体的<soc_version>，则在安装昇腾AI处理器的服务器执行npu-smi info命令进行查询，在查询到的“Name”前增加Ascend信息，例如“Name”对应取值为xxxyy，实际配置的<soc_version>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。 针对AI CPU算子，请配置为：aicpu。	是
   -out， --output	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。	否
   -m， --mode	生成交付件模式。 0：创建新的算子工程，若指定的路径下已存在算子工程，则会报错退出。 1：在已有的算子工程中追加算子。 默认值：0。	否
   -op， --operator	此参数针对-i为算子IR定义文件的场景。 配置算子的类型，如：Conv2DTik。 若不配置此参数，当IR定义文件中存在多个算子时，工具会提示用户选择算子。	否
   -lan， --language	算子编码语言。 py：基于DSL和TIK算子编程框架，使用Python编程语言进行开发。 cpp：基于Ascend C编程框架，使用C/C++编程语言进行开发。 默认值：py。	否

   示例：

   使用IR_json.json模板作为输入创建原始框架为TensorFlow的算子工程。

   1. 进入msopgen工具所在目录创建算子工程。
      TBE算子执行如下命令：

      ./msopgen gen -i json_path/IR_json.json -f tf -c ai_core-{Soc Version} -out ./output_data

      AI CPU算子执行如下命令：

      ./msopgen gen -i json_path/IR_json.json -f tf -c aicpu -out ./output_data

      • -i参数请修改为IR_json.json文件的实际路径。例如："${INSTALL_DIR}/python/site-packages/op_gen/json_template/IR_json.json"。
      • TBE算子工程的-c参数中{Soc Version}为昇腾AI处理器的型号。
   2. 选择算子（可选）：
      • 若输入IR_json.json文件只有一个算子原型定义或使用-op参数指定算子类型请跳过此步骤。
      • 若输入IR_json.json文件中包含多个原型定义，且没有使用-op参数指定算子类型工具会提示输入选择的算子序号，选择算子。

        工具会提示输入选择的算子序号，输入：1。

        There is more than one operator in the .json file:  
        1 Op_1
        2 Op_2
        Input the number of the op: 1

        当命令行提示：Generation completed，则完成Op_1算子工程的创建。Op_1为文件中"op"的值。

   3. 查看算子工程目录：
      • TBE算子工程目录生成在 -out 所指定的目录下：./output_data，目录结构如下所示：

        ├── build.sh     //编译配置入口脚本
        ├── cmake 
        │   ├── config.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
        ├── framework      //算子插件实现文件目录，框架为“PyTorch”的算子无需关注
        │   ├── CMakeLists.txt
        │   ├── tf_plugin    //原始框架类型为TensorFlow时生成的算子适配插件代码所在目录
        │       └── tensorflow_conv2_d_plugin.cc       //算子适配插件实现文件
        │       └── CMakeLists.txt
        │   └── onnx_plugin   //原始框架类型为ONNX时生成的算子适配插件代码所在目录
        │       ├── CMakeLists.txt
        │       └── conv2_d_plugin.cc   //算子适配插件实现文件
        ├── op_proto     //算子原型定义文件及CMakeLists文件所在目录   
        │   ├── conv2_d.h
        │   ├── conv2_d.cc
        │   ├── CMakeLists.txt
        ├── tbe 
        │   ├── CMakeLists.txt   
        │   ├── impl    //算子代码实现文件目录
        │       └── conv2_d.py      //算子代码实现文件
        │   ├── op_info_cfg   //算子信息库文件目录
        │       └── ai_core
        │                 ├── {Soc Version}         //昇腾AI处理器类型
        │                     ├── conv2_d.ini         //算子信息库定义文件、
        ├── op_tiling  //算子tiling实现文件目录，不涉及tiling实现的算子无需关注
        │   ├── CMakeLists.txt   
        ├── scripts     //自定义算子工程打包相关脚本所在目录

      • AI CPU算子工程目录生成在 -out 所指定的目录下：./output_data，目录结构如下所示：

        ├── build.sh     //编译配置入口脚本
        ├── cmake 
        │   ├── config.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
        ├── cpukernel
        │   ├── CMakeLists.txt
        │   ├── impl        //算子代码实现文件目录
        │   │   ├── conv2_d_kernels.cc
        │   │   └── conv2_d_kernels.h
        │   ├── op_info_cfg
        │   │   └── aicpu_kernel
        │   │       └── conv2_d.ini      //算子信息库定义文件
        │   └── toolchain.cmake
        ├── framework      //算子插件实现文件目录，框架为“PYTORCH”的算子无需关注
        │   ├── CMakeLists.txt
        │   ├── tf_plugin    //原始框架类型为TensorFlow时生成的算子适配插件代码所在目录
        │       └── tensorflow_conv2_d_plugin.cc       //算子适配插件实现文件
        │       └── CMakeLists.txt
        │   └── onnx_plugin   //原始框架类型为ONNX时生成的算子适配插件代码所在目录
        │       ├── CMakeLists.txt
        │       └── conv2_d_plugin.cc   //算子适配插件实现文件
        ├── op_proto     //算子原型定义文件及CMakeLists文件所在目录   
        │   ├── conv2_d.h
        │   ├── conv2_d.cc
        │   ├── CMakeLists.txt
        ├── op_tiling  //算子tiling实现文件目录，不涉及tiling实现的算子无需关注
        │   ├── CMakeLists.txt
        ├── scripts     //自定义算子工程打包相关脚本所在目录

4. 可选：在算子工程中追加算子。

   若需要在已存在的算子工程目录下追加其他自定义算子，命令行需配置“-m 1”参数。

   进入msopgen工具所在目录执行如下命令。

   TBE算子命令示例：

   ./msopgen gen -i json_path/**.json -f tf -c ai_core-{Soc Version}  -out ./output_data -m 1

   AI CPU算子命令示例：

   ./msopgen gen -i json_path/**.json -f tf -c aicpu -out ./output_data -m 1

   • -i 参数请修改为IR_json.json文件的实际路径。例如："${INSTALL_DIR}/python/site-packages/op_gen/json_template/IR_json.json"。
   • TBE算子工程的-c参数中{Soc Version}为昇腾AI处理器的型号。

   在算子工程目录下追加**.json中的算子。MindSpore AICPU算子工程不能够添加非MindSpore框架的算子，也不能添加MindSpore TBE的算子。

补充说明

msopgen工具其他参数说明可参考表6。