特集 OpenCLで直接I/O 第8章 Altera SDK for OpenCLのI/Oチャネル機能で デバイス直接アクセスに挑戦 画像データをダイレクト入力！ OpenCL によるカメラ制御＆画像処理 三好 健文 Takefumi Miyoshi FPGA ならではの OpenCL の活用方法として I/O チャネルの使用事例を紹介します．I/O チャネルを使えば OpenCL カーネルから外部デバイスを直接制御することができます．ここでは DE0-Nano-SoC を使用して，L チカ を例題に開発フローを説明し，カメラを使ったアプリケーション事例を紹介します．OpenCL による開発の手軽 さと FPGA ならではのハードウェア制御を味わってみましょう． メイン・メモリ ホスト・ プロセッサ アクセラレータ （GPUなど） OpenCL カーネル 一般には，一度 メイン・メモリ を介してデータ をやりとりする 必要がある I/Oデバイス （ネットワーク・ アダプタなど） 外部へ （a）一般のアクセラレータ上のOpenCLカーネルで 外部デバイスにアクセスする際のデータの流れ メイン・メモリ FPGAに同居させた制御回路を 介してOpenCLカーネルは直接 外部とデータをやりとりできる FPGA ホスト・ プロセッサ OpenCLカーネル から生成した回路 OpenCL カーネル 外部デバイス 制御回路 外部へ （b）Altera社のI/Oチャネル拡張を使う際のデータの流れ 図 1 一般の OpenCL 環境と I/O チャネルが使える FPGA 上の OpenCL 環境での外部とのやりとりの違い．I/O チャネルを使うと外部に直 接アクセスできる 1．FPGA ならではの OpenCL 拡張 〜 I/O チャネル〜 ● OpenCL はメイン・メモリを介してデータ転送を 行う GPGPU など一般に，CPU 以外のアクセラレータな どのデバイスとデータをやりとりする場合には，ホス ト・コンピュータはメイン・メモリを介してデータを 操作する必要があり，どうしてもデータ転送に時間が かかってしまいます［図 1（a）］． それならアクセラレータ部分に直接データを流し込 めるようにしようというのが，今回紹介する I/O チャ ネルという仕組みです． I/O チャネルを使うことで，OpenCL カーネルから 外部デバイスにアクセスするポートを増設することが でき，低レイテンシでアクセスできます［図 1（b）］． これは，あらかじめハードウェア構成が固まっている GPU にはできない，プログラマブルなハードウェア である FPGA ならではの芸当と言えます． 96 Altera 社の Web サイトには，HFT（高頻度取引）の た め に ネ ッ ト ワ ー ク・ ア ク セ ス 用 の UDP コ ア を OpenCL で制御するサンプルが用意されています． ● 外部と直接データ入出力を行える I/O チャネル Altera SDK for OpenCL で は，OpenCL を 使 っ て FPGA のハードウェア設計ができます．OpenCL は GPU やアクセラレータ向けのプログラムを書くため の共通言語として規格化されたものですが，共通の規 格以外にベンダごとの拡張機能があります．I/O チャ ネルは，Altera 社による拡張機能の一つで，外部デー タとのデータ入出力を直接 OpenCL で使えるようにす る機能です． I/O チャネルを自在に利用できるようになれば，あ らかじめ用意された OpenCL 環境を拡張して，自分な らではの計算プラットフォームを簡単に構築できます （図 2） ．本稿では，I/O チャネルの利用事例として FPGA に接続したカメラ（写真 1）を OpenCL で記述し たハードウェアで制御，撮像する事例を紹介します． 第 8 章 画像データをダイレクト入力！ OpenCL によるカメラ制御＆画像処理
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