multithreading tests from 152 lab 5
[riscv-tests.git] / mt / bb_matmul / bb_matmul.c
diff --git a/mt/bb_matmul/bb_matmul.c b/mt/bb_matmul/bb_matmul.c
new file mode 100755 (executable)
index 0000000..067e3e3
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,273 @@
+//**************************************************************************
+// Multi-threaded Matrix Multiply benchmark
+//--------------------------------------------------------------------------
+// TA     : Christopher Celio
+// Student: 
+//
+//
+// This benchmark multiplies two 2-D arrays together and writes the results to
+// a third vector. The input data (and reference data) should be generated
+// using the matmul_gendata.pl perl script and dumped to a file named
+// dataset.h. 
+
+
+// print out arrays, etc.
+//#define DEBUG
+
+//--------------------------------------------------------------------------
+// Includes 
+
+#include <string.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <stdio.h>
+
+
+//--------------------------------------------------------------------------
+// Input/Reference Data
+
+typedef float data_t;
+#include "dataset.h"
+  
+//--------------------------------------------------------------------------
+// Basic Utilities and Multi-thread Support
+
+__thread unsigned long coreid;
+unsigned long ncores;
+
+#include "util.h"
+   
+#define stringify_1(s) #s
+#define stringify(s) stringify_1(s)
+#define stats(code) do { \
+    unsigned long _c = -rdcycle(), _i = -rdinstret(); \
+    code; \
+    _c += rdcycle(), _i += rdinstret(); \
+    if (coreid == 0) \
+      printf("%s: %ld cycles, %ld.%ld cycles/iter, %ld.%ld CPI\n", \
+             stringify(code), _c, _c/DIM_SIZE/DIM_SIZE/DIM_SIZE, 10*_c/DIM_SIZE/DIM_SIZE/DIM_SIZE%10, _c/_i, 10*_c/_i%10); \
+  } while(0)
+
+//--------------------------------------------------------------------------
+// Helper functions
+    
+void printArray( char name[], int n, data_t arr[] )
+{
+   int i;
+   if (coreid != 0)
+      return;
+  
+   printf( " %10s :", name );
+   for ( i = 0; i < n; i++ )
+      printf( " %3ld ", (long) arr[i] );
+   printf( "\n" );
+}
+      
+void __attribute__((noinline)) verify(size_t n, const data_t* test, const data_t* correct)
+{
+   if (coreid != 0)
+      return;
+
+   size_t i;
+   for (i = 0; i < n; i++)
+   {
+      if (test[i] != correct[i])
+      {
+         printf("FAILED test[%d]= %3ld, correct[%d]= %3ld\n", 
+            i, (long)test[i], i, (long)correct[i]);
+         exit(-1);
+      }
+   }
+   
+   return;
+}
+//--------------------------------------------------------------------------
+// matmul function
+// single-thread, naive version
+void __attribute__((noinline)) matmul_naive(const int lda,  const data_t A[], const data_t B[], data_t C[] )
+{
+   int i, j, k;
+
+   if (coreid > 0)
+      return;
+  
+   for ( i = 0; i < lda; i++ )
+      for ( j = 0; j < lda; j++ )  
+      {
+         for ( k = 0; k < lda; k++ ) 
+         {
+            C[i + j*lda] += A[j*lda + k] * B[k*lda + i];
+         }
+      }
+
+}
+
+
+void __attribute__((noinline)) matmul_msi(const int lda,  const data_t A[], const data_t B[], data_t C[] ) {
+  int i, j, k;
+
+  for (i = 0; i < lda; i += 2) {
+    for (j = coreid * (lda / ncores); j < (coreid + 1) * (lda / ncores); j += 4) {
+    //for (j = 0; j < lda; j += 4) {
+      register data_t c00 = 0, c01 = 0;
+      register data_t c10 = 0, c11 = 0;
+      register data_t c20 = 0, c21 = 0;
+      register data_t c30 = 0, c31 = 0;
+
+      register data_t a0, a1, a2, a3, b0, b1;
+      for (k = 0; k < lda; k++) {
+        a0 = A[j*lda + k + 0*lda];
+        a1 = A[j*lda + k + 1*lda];
+        a2 = A[j*lda + k + 2*lda];
+        a3 = A[j*lda + k + 3*lda];
+
+        b0 = B[k*lda + i + 0];
+        b1 = B[k*lda + i + 1];
+        /*if (coreid == 0) {
+          printf("i = %d; j = %d; k = %d\n", i, j, k);
+          printf("%d += %d * %d; %d += %d * %d\n", (int)c00, (int)a0, (int)b0, (int)c01, (int)a0, (int)b1);
+          printf("%d += %d * %d; %d += %d * %d\n", (int)c10, (int)a1, (int)b0, (int)c11, (int)a1, (int)b1);
+          printf("%d += %d * %d; %d += %d * %d\n", (int)c20, (int)a2, (int)b0, (int)c21, (int)a2, (int)b1);
+          printf("%d += %d * %d; %d += %d * %d\n", (int)c30, (int)a3, (int)b0, (int)c31, (int)a3, (int)b1);
+          printf("\n");
+        }*/
+
+        c00 += a0 * b0; c01 += a0 * b1;
+        c10 += a1 * b0; c11 += a1 * b1;
+        c20 += a2 * b0; c21 += a2 * b1;
+        c30 += a3 * b0; c31 += a3 * b1;
+      }
+
+      C[i + j*lda + 0 + 0*lda] = c00; C[i + j*lda + 1 + 0*lda] = c01;
+      C[i + j*lda + 0 + 1*lda] = c10; C[i + j*lda + 1 + 1*lda] = c11;
+      C[i + j*lda + 0 + 2*lda] = c20; C[i + j*lda + 1 + 2*lda] = c21;
+      C[i + j*lda + 0 + 3*lda] = c30; C[i + j*lda + 1 + 3*lda] = c31;
+    }
+  }
+}
+
+void __attribute__((noinline)) matmul_mi(const int lda,  const data_t A[], const data_t B[], data_t C[] ) {
+  int i, j, k;
+
+  int curhalf = coreid;
+  for (i = 0; i < lda; i += 2) {
+    for (j = coreid * (lda / ncores); j < (coreid + 1) * (lda / ncores); j += 4) {
+      register float c00 = 0, c01 = 0;
+      register float c10 = 0, c11 = 0;
+      register float c20 = 0, c21 = 0;
+      register float c30 = 0, c31 = 0;
+
+      register float a0, a1, a2, a3, b0, b1;
+      for (k = curhalf * (lda/2); k < curhalf * (lda/2)  + (lda/2); k++) {
+        a0 = A[j*lda + k + 0*lda];
+        a1 = A[j*lda + k + 1*lda];
+        a2 = A[j*lda + k + 2*lda];
+        a3 = A[j*lda + k + 3*lda];
+
+        b0 = B[k*lda + i + 0];
+        b1 = B[k*lda + i + 1];
+
+        c00 += a0 * b0; c01 += a0 * b1;
+        c10 += a1 * b0; c11 += a1 * b1;
+        c20 += a2 * b0; c21 += a2 * b1;
+        c30 += a3 * b0; c31 += a3 * b1;
+      }
+
+      C[i + j*lda + 0 + 0*lda] += c00; C[i + j*lda + 1 + 0*lda] += c01;
+      C[i + j*lda + 0 + 1*lda] += c10; C[i + j*lda + 1 + 1*lda] += c11;
+      C[i + j*lda + 0 + 2*lda] += c20; C[i + j*lda + 1 + 2*lda] += c21;
+      C[i + j*lda + 0 + 3*lda] += c30; C[i + j*lda + 1 + 3*lda] += c31;
+    }
+  }
+
+  barrier();
+  curhalf++;
+  curhalf %= ncores;
+
+  for (i = 0; i < lda; i += 2) {
+    for (j = coreid * (lda / ncores); j < (coreid + 1) * (lda / ncores); j += 4) {
+      register float c00 = 0, c01 = 0;
+      register float c10 = 0, c11 = 0;
+      register float c20 = 0, c21 = 0;
+      register float c30 = 0, c31 = 0;
+
+      register float a0, a1, a2, a3, b0, b1;
+      for (k = curhalf * (lda/2); k < curhalf * (lda/2)  + (lda/2); k++) {
+        a0 = A[j*lda + k + 0*lda];
+        a1 = A[j*lda + k + 1*lda];
+        a2 = A[j*lda + k + 2*lda];
+        a3 = A[j*lda + k + 3*lda];
+
+        b0 = B[k*lda + i + 0];
+        b1 = B[k*lda + i + 1];
+
+        c00 += a0 * b0; c01 += a0 * b1;
+        c10 += a1 * b0; c11 += a1 * b1;
+        c20 += a2 * b0; c21 += a2 * b1;
+        c30 += a3 * b0; c31 += a3 * b1;
+      }
+
+      C[i + j*lda + 0 + 0*lda] += c00; C[i + j*lda + 1 + 0*lda] += c01;
+      C[i + j*lda + 0 + 1*lda] += c10; C[i + j*lda + 1 + 1*lda] += c11;
+      C[i + j*lda + 0 + 2*lda] += c20; C[i + j*lda + 1 + 2*lda] += c21;
+      C[i + j*lda + 0 + 3*lda] += c30; C[i + j*lda + 1 + 3*lda] += c31;
+    }
+  }
+}
+
+void __attribute__((noinline)) matmul(const int lda,  const data_t A[], const data_t B[], data_t C[] )
+{
+  matmul_msi(lda, A, B, C);
+}
+
+//--------------------------------------------------------------------------
+// Main
+//
+// all threads start executing thread_entry(). Use their "coreid" to
+// differentiate between threads (each thread is running on a separate core).
+  
+void thread_entry(int cid, int nc)
+{
+   coreid = cid;
+   ncores = nc;
+
+   // static allocates data in the binary, which is visible to both threads
+   static data_t results_data[ARRAY_SIZE];
+
+
+//   // Execute the provided, naive matmul
+//   barrier();
+//   stats(matmul_naive(DIM_SIZE, input1_data, input2_data, results_data); barrier());
+// 
+//   
+//   // verify
+//   verify(ARRAY_SIZE, results_data, verify_data);
+//   
+//   // clear results from the first trial
+//   size_t i;
+//   if (coreid == 0) 
+//      for (i=0; i < ARRAY_SIZE; i++)
+//         results_data[i] = 0;
+//   barrier();
+
+   
+   // Execute your faster matmul
+   barrier();
+   stats(matmul(DIM_SIZE, input1_data, input2_data, results_data); barrier());
+#ifdef DEBUG
+   printArray("results:", ARRAY_SIZE, results_data);
+   printArray("verify :", ARRAY_SIZE, verify_data);
+#endif
+   
+   // verify
+   verify(ARRAY_SIZE, results_data, verify_data);
+   barrier();
+
+   exit(0);
+}
+