OpenCL实战电子书

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第一部分 OpenCL编程基础

第1章 OpenCL简介

1.1 OpenCL的来临

1.2 为什么是OpenCL

1.2.1 可移植性

1.2.2 标准化的向量处理

1.2.3 并行编程

1.3 类比：OpenCL处理和纸牌游戏

1.4 OpenCL应用程序的第一印象

1.5 OpenCL标准和扩展

1.6 框架和SDK

1.7 小结

第2章 主机编程：基本的数据结构

2.1 基本数据类型

2.2 获取平台信息

2.2.1 创建平台结构

2.2.2 获取平台信息

2.2.3 示例代码：测试平台的扩展

2.3 访问安装设备

2.3.1 创建设备结构

2.3.2 获取设备信息

2.3.3 示例代码：测试设备扩展

2.4 通过上下文管理设备

2.4.1 创建上下文

2.4.2 获取上下文信息

2.4.3 上下文和引用计数

2.4.4 示例代码：检查上下文的引用计数

2.5 将设备代码保存在程序中

2.5.1 创建程序

2.5.2 编译程序

2.5.3 获取程序信息

2.5.4 示例代码：构建来自多个源文件的程序

2.6 将函数打包为内核

2.6.1 创建内核

2.6.2 获取内核信息

2.6.3 示例代码：获取内核信息

2.7 用命令队列保存内核

2.7.1 创建命令队列

2.7.2 入列内核执行命令

2.8 小结

第3章 主机编程：数据传输和数据划分

3.1 设置内核参数

3.2 缓存对象

3.2.1 分配缓存对象

3.2.2 创建子缓存对象

3.3 图像对象

3.3.1 创建图像对象

3.3.2 获取图像对象的相关信息

3.4 获取缓存对象的相关信息

3.5 内存对象的传输命令

3.5.1 读/写数据传输

3.5.2 映射内存对象

3.5.3 内存对象间的数据复制

3.6 数据划分

3.6.1 循环和工作项

3.6.2 工作项的大小和偏移量

3.6.3 一个简单的一维例子

3.6.4 工作组和计算单元

3.7 小结

第4章 内核编程：数据类型和设备内存

4.1 内核编程简介

4.2 标量数据类型

4.2.1 访问双精度数据类型

4.2.2 字节顺序

4.3 浮点计算

4.3.1 浮点数据类型

4.3.2 双转度数据类型

4.3.3 half数据类型

4.3.4 检查IEEE-754的兼容性

4.4 向量数据类型

4.4.1 首选向量宽度

4.4.2 初始化向量

4.4.3 读取和修改向量分量

4.4.4 字节顺序和内存访问

4.5 OpenCL设备模型

4.5.1 内核模型类比的第一部分：学校中学数学的学生

4.5.2 设备模型类比的第二部分：设备上的工作项

4.5.3 程序中的地址空间

4.5.4 内存对齐

4.6 局部和私有内核参数

4.6.1 局部参数

4.6.2 私有参数

4.7 小结

第5章 内核编程：运算符和函数

5.1 运算符

5.2 工作组和工作项函数

5.2.1 维度和工作项

5.2.2 工作组

5.2.3 示例应用

5.3 数据传输操作

5.3.1 加载和保存同类型的数据

5.3.2 将标量数组加载保存到向量中

5.3.3 将向量保存到标量数组中

5.4 浮点型函数

5.4.1 算术运算函数和取舍函数

5.4.2 比较函数

5.4.3 指数函数和对数函数

5.4.4 三角函数

5.4.5 其他类型的浮点函数

5.5 整数函数

5.5.1 加法函数和减法函数

5.5.2 乘法运算

5.5.3 其他类型的整数函数

5.6 混洗和选择函数

5.6.1 混洗函数

5.6.2 选择函数

5.7 向量测试函数

5.8 几何函数

5.9 小结

第6章 图像处理

6.1 图像对象和采样器

6.1.1 主机上的图像对象：cl_mem

6.1.2 主机上的采样器；cl_sampler

6.1.3 设备上的图像对象：image2d_t和image3d_t

6.1.4 设备上的采样器：sampler_t

6.2 图像处理函数

6.2.1 图像读取函数

6.2.2 写图像函数

6.2.3 图像信息函数

6.2.4 一个简单的例子

6.3 图像放缩和插值

6.3.1 最邻近插值

6.3.2 双线性插值

6.3.3 用OpenCL编程放大图像

6.4 小结

第7章 事件、性能分析及同步化

7.1 主机提醒事件

7.1.1 将事件和命令关联

7.1.2 将事件和回调函数作关联

7.1.3 主机提醒的例子

7.2 命令同步事件

7.2.1 等待列表和命令事件

7.2.2 等待列表和用户事件

7.2.3 额外的命令同步函数

7.2.4 获取和事件关联的数据

7.3 性能分析事件

7.3.1 配置性能分析命令

7.3.2 对数据传输进行性能分析

7.3.3 对数据划分进行分析

7.4 工作项同步化

7.4.1 障碍和栅栏

7.4.2 原子操作

7.4.3 原子命令和互斥

7.4.4 异步数据传输

7.5 小结

第8章 用C++开发

8.1 初步了解

8.1.1 向量和字符串

8.1.2 异常

8.2 创建内核

8.2.1 平台、设备以及上下文

8.2.2 程序和内核

8.3 内核参数和内存对象

8.3.1 内存对象

8.3.2 通用数据参数

8.3.3 局部内存参数

8.4 命令队列

8.4.1 创建CommandQueue对象

8.4.2 入列内核执行命令

8.4.3 读写命令

8.4.4 内存映射和复制命令

8.5 事件处理

8.5.1 主机提醒

8.5.2 命令同步化

8.5.3 性能分析事件

8.5.4 另外的事件函数

8.6 小结

第9章 用Java和Python来开发

9.1 Aparapi

9.1.1 Aparapi安装

9.1.2 Kernel类

9.1.3 工作项和工作组

9.2 JavaCL

9.2.1 JavaCL安装

9.2.2 JavaCL开发概述

9.2.3 用JavaCL来创建内核

9.2.4 设定内核参数以及入列命令

9.3 PyOpenCL

9.3.1 PyOpenCL安装和许可

9.3.2 PyOpenCL开发概述

9.3.3 用PyOpenCL创建内核

9.3.4 设置参数和执行内核

9.4 小结

第10章 通用编程原则

10.1 全局大小和局部大小

10.1.1 找出工作组大小的上限值

10.1.2 测试内核和设备

10.2 数值归并

10.2.1 OpenCL的归并算法

10.2.2 使用向量提升归并运算的速度

10.3 工作组间的同步化

10.4 设计高性能内核的10条技巧

10.5 小结

第二部分 用OpenCL来编程实现实际的算法

第11章 归并与排序

11.1 MapReduce

11.1.1 MapReduce简介

11.1.2 MapReduce和OpenCL

11.1.3 MapReduce例子：字符串查找

11.2 双调排序

11.2.1 理解双调排序算法

11.2.2 用OpenCL来实现双调排序

11.3 基数排序

11.3.1 理解基数排序

11.3.2 用向量实现基数排序

11.4 小结

第12章 矩阵和QR分解

12.1 矩阵转置

12.1.1 矩阵简介

12.1.2 矩阵转置的理论和实现

12.2 矩阵乘法

12.2.1 矩阵乘法理论

12.2.2 用OpenCL编程实现矩阵乘法

12.3 Householder变换

12.3.1 向量投影

12.3.2 向量反射

12.3.3 外积和Householder矩阵

12.3.4 用OpenCL编程实现向量反射

12.4 QR分解

12.4.1 计算Householder向量和R矩阵

12.4.2 计算Householder矩阵和矩阵Q

12.4.3 用OpenCL编程实现QR分解

12.5 小结

第13章 稀疏矩阵

13.1 差分方程和稀疏矩阵

13.2 稀疏矩阵的存储以及Harwell-Boeing数据集

13.2.1 Harwell-Boeing数据集简介

13.2.2 访问Matrix Market文件中的数据

13.3 最速下降法

13.3.1 正定矩阵

13.3.2 最速下降法理论

13.3.3 用OpenCL编程实现SD算法

13.4 共轭梯度法

13.4.1 正交化和共轭

13.4.2 正交化和GRAM-SCHMIDT法

13.4.3 共轭梯度法

13.5 小结

第14章 信号处理和快速傅里叶变换

14.1 频率分析简介

14.2 离散傅里叶变换

14.2.1 DFT背后的理论

14.2.2 OpenCL和DFT

14.3 快速傅里叶变换

14.3.1 DFT的三条性质

14.3.2 构建快速傅里叶变换

14.3.3 用OpenCL来实现FFT

14.4 小结

第三部分 用OpenCL来加速OpenGL

第15章 将OpenCL和OpenGL结合

15.1 在OpenGL和OpenCL之间共享数据

15.1.1 创建OpenCL上下文

15.1.2 在OpenGL和OpenCL之间共享数据

15.1.3 同步化对共享数据的访问

15.2 获取信息

15.2.1 获取OpenGL对象和纹理信息

15.2.2 获取OpenGL上下文的相关信息

15.3 基本的互操作例子

15.3.1 初始化OpenGL操作

15.3.2 初始化OpenCL操作

15.3.3 创建数据对象

15.3.4 执行内核

15.3.5 渲染图形

15.4 互操作和动画

15.4.1 确定顶点数据

15.4.2 动画和显示

15.4.3 执行内核

15.5 小结

第16章 纹理和渲染缓存

16.1 图像滤波

16.1.1 高斯模糊

16.1.2 图像锐化

16.1.3 图像浮雕化

16.2 用OpenCL来对纹理滤波

16.2.1 init_gl函数

16.2.2 init_cl函数

16.2.3 configure_shared_data函数

16.2.4 execute_kernel函数

16.2.5 display函数

16.3 小结

附录A 安装和使用软件开发包

A.1 了解OpenCL SDK

A.1.1 检查设备的兼容性

A.1.2 OpenCL头文件和库文件

A.2 Windows上的OpenCL

A.2.1 在Windows上安装AMD显卡驱动

A.2.2 用AMD显卡来编译Windows应用程序

A.2.3 在Windows上安装Nvidia的显卡驱动

A.2.4 用Nvidia显卡来编译Windows应用程序

A.3 Linux上的OpenCL

A.3.1 在Linux上安装AMD的显卡驱动

A.3.2 在Linux上安装Nvidia显卡驱动

A.3.3 在Linux上编译OpenCL应用程序

A.4 在Mac OS上安装OpenCL

A.5 小结

附录B 用OpenGL作实时渲染

B.1 安装OpenGL

B.1.1 在Windows上安装OpenGL

B.1.2 在Linux上安装OpenGL

B.1.3 在Mac OS上安装OpenGL

B.2 在主机上开发OpenGL应用程序

B.2.1 将数据放到顶点缓存对象（VBO）之中

B.2.2 配置顶点属性

B.2.3 编译和部署着色器

B.2.4 启动渲染过程

B.3 开发着色器程序

B.3.1 着色器编程简介

B.3.2 顶点着色器

B.3.3 片段着色器

B.4 用GLUT来创建OpenGL窗口

B.4.1 配置和创建窗口

B.4.2 事件处理

B.4.3 显示窗口

B.5 将OpenGL和GLUT结合

B.5.1 GLUT/OpenGL初始化

B.5.2 设置视窗（viewport）

B.5.3 渲染模型

B.6 添加纹理

B.6.1 在主机应用程序中创建纹理

B.6.2 顶点着色器中的纹理映射

B.6.3 在片段着色器中使用纹理

B.7 小结

附录C 面向Windows和OpenCL的最简GNU

C.1 在Windows下安装MinGW

C.1.1 获取并运行图形安装工具

C.1.2 在MinGW下安装新工具

C.2 编译MinGW可执行程序

C.2.1 用MinGW编译Hello World!

C.2.2 GNU编译器

C.3 Makefiles

C.3.1 GNU makefile的结构

C.3.2 目标和伪目标

C.3.3 简单的makefile例子

C.4 编译OpenCL应用程序

C.5 小结

附录D Appendix D移动设备上的OpenCL

D.1 数值处理

D.2 图像处理

D.3 小结