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clCreateBuffer 新设备驱动实现 - 快速参考

📊 实现复杂度对比

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┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  PoCL 核心层 (你不需要写)                                      │
│  ✅ 350 行代码已实现                                           │
│  - 参数验证 (flags, size, context 等)                         │
│  - cl_mem 对象分配和管理                                      │
│  - 标志位逻辑 (USE_HOST_PTR, COPY_HOST_PTR...)               │
│  - 引用计数和版本追踪                                         │
│  - 错误处理框架                                               │
└──────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  设备驱动层 (你只需要写这部分)                                 │
│  ⚠️ ~100 行核心代码                                            │
│  - alloc_mem_obj()    50-80 行 (必须)                        │
│  - free()             10-20 行 (必须)                        │
│  - read/write         各 20-30 行 (可选,独立显存需要)          │
└──────────────────────────────────────────────────────────────┘

🎯 三种典型实现模式

模式 1: 统一地址空间 (最简单)

适用: CPU、ARM SoC、集成 GPU

代码量: ~30 行

C
cl_int pocl_yourdevice_alloc_mem_obj(...) {
    // 1. 让 PoCL 分配主机内存
    if ((mem->flags & CL_MEM_ALLOC_HOST_PTR) && !mem->mem_host_ptr)
        return CL_MEM_OBJECT_ALLOCATION_FAILURE;

    pocl_alloc_or_retain_mem_host_ptr(mem);

    // 2. 设备地址 = 主机地址 (统一地址空间的关键!)
    p->mem_ptr = mem->mem_host_ptr;
    p->device_addr = mem->mem_host_ptr;
    p->version = mem->mem_host_ptr_version;

    return CL_SUCCESS;
}

特点: - ✅ 最简单 (只需 ~30 行) - ✅ 零拷贝 - ✅ 不需要实现 read/write - ✅ 参考: lib/CL/devices/common_driver.c:400


模式 2: 独立显存 (中等复杂度)

适用: NVIDIA GPU、AMD GPU、独立显存加速器

代码量: ~100 行 (alloc_mem_obj) + ~50 行 (read/write)

C
cl_int pocl_yourdevice_alloc_mem_obj(...) {
    // 1. 在设备上分配显存
    void *device_ptr = yourdevice_malloc(device_handle, mem->size);
    if (!device_ptr)
        return CL_OUT_OF_RESOURCES;

    p->mem_ptr = device_ptr;
    p->device_addr = device_ptr;
    p->version = 0;

    // 2. 如果需要立即拷贝数据
    if ((mem->flags & CL_MEM_COPY_HOST_PTR) && host_ptr) {
        yourdevice_memcpy_h2d(device_ptr, host_ptr, size);
        p->version = 1;
    }

    // 3. 如果需要主机缓冲区
    if (mem->flags & CL_MEM_ALLOC_HOST_PTR) {
        pocl_alloc_or_retain_mem_host_ptr(mem);
    }

    return CL_SUCCESS;
}

void pocl_yourdevice_read(...) {
    yourdevice_memcpy_d2h(host_ptr, device_ptr + offset, size);
}

void pocl_yourdevice_write(...) {
    yourdevice_memcpy_h2d(device_ptr + offset, host_ptr, size);
}

特点: - 🔶 中等复杂度 - 🔹 需要实现数据传输函数 - 🔹 需要版本追踪 - 🔹 参考: lib/CL/devices/cuda/ (CUDA 驱动)


模式 3: 远程设备 (最复杂)

适用: 网络节点、PCIe 设备、FPGA

代码量: ~150 行

C
cl_int pocl_yourdevice_alloc_mem_obj(...) {
    // 1. 发送远程分配请求
    remote_request_t req = { .type = ALLOC, .size = mem->size };
    remote_response_t resp;
    send_request(device_socket, &req, &resp);

    if (resp.status != SUCCESS)
        return CL_OUT_OF_RESOURCES;

    // 2. 保存远程地址 (可能只是一个句柄)
    p->mem_ptr = (void*)resp.remote_address;
    p->device_addr = p->mem_ptr;
    p->version = 0;

    // 3. 初始数据传输
    if ((mem->flags & CL_MEM_COPY_HOST_PTR) && host_ptr) {
        send_data_transfer(device_socket, resp.remote_address, 
                          host_ptr, mem->size);
        p->version = 1;
    }

    return CL_SUCCESS;
}

特点: - 🔴 最复杂 - 🌐 需要网络/总线通信 - 🔹 需要错误恢复机制 - 🔹 参考: lib/CL/devices/remote/remote.c


✅ 实现 Checklist

必须实现

  • alloc_mem_obj() - 分配设备内存
  • 调用设备 API 分配内存
  • 设置 p->mem_ptrp->device_addr
  • 正确处理 CL_MEM_COPY_HOST_PTR
  • 正确处理 CL_MEM_USE_HOST_PTR
  • [ ] 正确处理 CL_MEM_ALLOC_HOST_PTR

  • [ ] free() - 释放设备内存

  • 调用设备 API 释放内存
  • 清空 p->mem_ptrp->device_addr

如果不是统一地址空间,还需要:

  • read() - 设备→主机数据传输
  • write() - 主机→设备数据传输
  • copy() - 设备内部拷贝 (可选)
  • memfill() - 设备内存填充 (可选)

性能优化 (可选)

  • map_mem() - 映射设备内存
  • unmap_mem() - 解除映射
  • Pinned memory 支持
  • 异步数据传输

🚀 5 步快速开始

步骤 1: 复制模板

Bash
cd /home/ken/workspace/pocl/lib/CL/devices
cp -r basic yourdevice
cd yourdevice
mv basic.c yourdevice.c
mv basic.h yourdevice.h

步骤 2: 修改文件名引用

Bash
# 全局替换 "basic" 为 "yourdevice"
sed -i 's/basic/yourdevice/g' *.c *.h CMakeLists.txt
sed -i 's/BASIC/YOURDEVICE/g' *.c *.h

步骤 3: 实现核心函数

编辑 yourdevice.c,找到:

C
void pocl_yourdevice_init_device_ops(struct pocl_device_ops *ops)
{
    // ... 这里设置函数指针
    ops->alloc_mem_obj = pocl_yourdevice_alloc_mem_obj;  // ← 实现这个
    ops->free = pocl_yourdevice_free;                     // ← 实现这个
}

步骤 4: 添加到构建系统

编辑 /home/ken/workspace/pocl/CMakeLists.txt:

CMake
# 找到类似这样的行:
option(ENABLE_YOURDEVICE "Enable YourDevice driver" ON)

# 添加子目录
if(ENABLE_YOURDEVICE)
  add_subdirectory(lib/CL/devices/yourdevice)
endif()

步骤 5: 编译测试

Bash
cd /home/ken/workspace/pocl/build
cmake .. -DENABLE_YOURDEVICE=ON
make -j$(nproc)

# 测试
export POCL_DEVICES="yourdevice"
./tests/runtime/test_clCreateBuffer

🐛 常见错误和解决方案

错误 1: 忘记设置 device_addr

C
// ❌ 错误: 只设置了 mem_ptr
p->mem_ptr = device_ptr;

// ✅ 正确: 两个都要设置
p->mem_ptr = device_ptr;
p->device_addr = device_ptr;  // 通常与 mem_ptr 相同

错误 2: 版本号不一致

C
// ❌ 错误: 拷贝了数据但没更新版本
yourdevice_memcpy_h2d(device_ptr, host_ptr, size);
// p->version 仍是 0!

// ✅ 正确: 更新版本号
yourdevice_memcpy_h2d(device_ptr, host_ptr, size);
p->version = 1;  // ← 标记数据已同步

错误 3: 引用计数不正确

C
// ❌ 错误: 直接分配内存
mem->mem_host_ptr = malloc(size);

// ✅ 正确: 使用 PoCL 提供的函数 (自动管理引用计数)
pocl_alloc_or_retain_mem_host_ptr(mem);

错误 4: 忘记处理 ALLOC_HOST_PTR

C
// ❌ 错误: 没有处理这个标志
if (mem->flags & CL_MEM_ALLOC_HOST_PTR) {
    // 什么都不做 → 可能导致 mem_host_ptr 为 NULL
}

// ✅ 正确: 确保主机内存已分配
if (mem->flags & CL_MEM_ALLOC_HOST_PTR) {
    pocl_alloc_or_retain_mem_host_ptr(mem);
}

📚 关键数据结构

pocl_mem_identifier (你需要设置)

C
typedef struct pocl_mem_identifier {
    void *mem_ptr;           // ← 你必须设置: 设备内存指针
    void *device_addr;       // ← 你必须设置: 设备地址 (通常 == mem_ptr)
    unsigned version;        // ← 你必须管理: 数据版本号
    int is_pinned;           // ← 可选: 标记固定内存
    // ... 其他字段 (PoCL 管理)
} pocl_mem_identifier;

访问方式:

C
pocl_mem_identifier *p = &mem->device_ptrs[device->global_mem_id];

cl_mem (PoCL 已经初始化)

C
struct _cl_mem {
    size_t size;                  // ✅ 已设置: 缓冲区大小
    cl_mem_flags flags;           // ✅ 已设置: 内存标志
    void *mem_host_ptr;           // ✅ 可能已设置 (USE_HOST_PTR, COPY_HOST_PTR)
    unsigned mem_host_ptr_version; // ✅ 已管理: 主机端版本
    unsigned mem_host_ptr_refcount; // ✅ 已管理: 引用计数
    pocl_mem_identifier *device_ptrs; // ← 你的设备对应的元素
    // ...
};

🎓 总结

你需要写的代码

设备类型 核心代码 总代码 难度
统一地址空间 (CPU) ~30 行 ~50 行
独立显存 (GPU) ~100 行 ~200 行 ⭐⭐⭐
远程设备 ~150 行 ~300 行 ⭐⭐⭐⭐

PoCL 已经帮你写的代码

  • 350+ 行 参数验证和逻辑处理
  • 引用计数 自动管理
  • 版本追踪 框架
  • 错误处理 统一接口

核心原则

  1. 只实现设备特定部分 - 其他都继承自 basic/common_driver
  2. 正确设置 mem_ptr 和 device_addr - 这是最关键的
  3. 管理好版本号 - 用于数据同步判断
  4. 使用 PoCL 提供的辅助函数 - 如 pocl_alloc_or_retain_mem_host_ptr()

📖 参考资源

文件 说明 适用场景
lib/CL/devices/common_driver.c 通用驱动实现 所有设备的参考
lib/CL/devices/basic/basic.c 基础 CPU 驱动 统一地址空间设备
lib/CL/devices/pthread/pthread.c 多线程 CPU 驱动 CPU 设备完整实现
lib/CL/devices/cuda/cuda.c CUDA 驱动 独立显存 GPU
lib/CL/devices/remote/remote.c 远程设备驱动 网络/PCIe 设备
yourdevice_template.c (本文件) 模板代码 快速开始

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