Matlab使用CUDA--利用cudamex

一、编写可供Matlab编译的CUDA代码

1、 待编译的程序需要包含的头文件

在项目中添加新建项 mexFunction.h，头文件内容如下

#ifndef _mexFunction_H
#define _mexFunction_H
 
#include "MatlabPath\extern\include\mex.h"
#include "MatlabPath\toolbox\parallel\gpu\extern\include\gpu\mxGPUArray.h"
 
#endif

MatlabPath是本机Matlab的安装目录，mex和mxGPUArray的文件路径可能与上述不符，在Matlab安装目录中搜索mex.h和mxGPUArray.h，将搜索结果所在的路径复制过来即可。
这里如果单独写了.h头文件也可以跟其他的放在一起，具体看程序。

2、待编译程序的程序入口函数mexFunction

与c语言不同，使用Matlab编译代码时的程序入口函数为mexFunction函数，函数定义规范为：

void mexFunction(int nlhs, mxArray* plhs[], int nrhs, const mxArray* prhs[])
{
    /**** 程序内容 ****/		
}

调用语句包括后面的参数都是固定的，
nlhs：输出参数数目 (Left-hand side)
plhs：指向输出参数的指针
nrhs：输入参数数目
prhs：指向输入参数的指针

例如，[a,b]=test(c,d,e)
利用mex函数调用test时，传给test的这三个参数分别是 prhs[0]=c ，prhs[1]=d ，prhs[2]=e
当函数返回时，将会把你放在plhs[0]，plhs[1]里的地址赋给a和b，达到返回数据的目的。

3、参数传递方法

（1）获取矩阵大小

//输入矩阵的行数
row = mxGetM(prhs[0]);
 
//输入矩阵的列数
column = mxGetN(prhs[0]);

（2）给matlab分配动态内存空间–mxCalloc

void *mxCalloc(size_t n,size_t size)

参数定义：
n:分配空间的大小。
size：每个元素所占的字节。
返回值：
成功的话会返回一个指向一块动态分配的内存空间：
空间不足的时候mxCalloc将执行不成功。

//程序实例
(char*)mxCalloc(A, sizeof(char))

（3）数据类型
1、mxArray：
在VC中，所有和Matlab的数据交互都是通过mxArray来实现的。
创建任何数组前都需要加上mxArray。例如：

 mxArray* A[]；

2、mwSize：
图像的维度数及每一维度的大小的数据类型

//三维
const mwSize dims[] = { x, y, z };
//二维
const mwSize dim[] = { x, y };

3、uint8_t
存放图像信息的矩阵的数据类型
（4）获得字符串阵列的内容–mxGetString
将字符串mxArray的数据复制到c风格的字符串中

//定义
int mxGetString(const mxArray*array_ptr,char*buf,int buflen);
//调用方式
a=mxGetString(pm, str, strlen)

pm:指向mxChar数组的指针;
str:开始的位置。mxGetString将字符数据写入str，然后在C语言中用NULL字符结束字符串(以C字符串的方式)。str既可以指向动态内存，也可以指向静态内存;
strlen:str指向的目标缓冲区的字节大小。通常，在C语言中，设置strlen为1加上mxArray中pm所指向的元素数。要获得元素的数量，请使用mxGetM或mxGetN。例如：

int arg0len = mxGetM(prhs[0]) * mxGetN(prhs[0]) + 1;

与之联用的函数还有：

//mxIsChar：判断阵列是否为字符串类型的阵列。
  bool mxIsChar(const mxArray *array_ptr);
//mxGetString：获得字符串阵列的内容。
  int mxGetString(const mxArray*array_ptr,char*buf,int buflen);
//mxCreateString：创建一个1*N维的字符串阵列。
  mxArray *mxCreateString(const char *str);

（5）mxGetData函数
mxGetData函数可以用来获取mxArray型指针内容。

data = (double*)mxGetData(mat);

（6）mxGetPr和mxGetPi函数

//使用方式
#include "matrix.h"
double *mxGetPr(const mxArray *pm);

mxGetPr可以从将pm指向的数据从matlab传递到c中

//获取阵列的实数部分的数据指针
 double *mxGetPr(const mxArray *array_ptr);
//获取阵列的虚数部分的数据指针。
double *mxGetPi(const mxArray *array_ptr);

（7）mxCreateNumericArray函数
生成N维的矩阵，官方定义：

mxArray *mxCreateNumericArray(mwSize ndim, const mwSize *dims,
    mxClassID classid, mxComplexity ComplexFlag);
//使用示例
plhs[0] = mxCreateNumericArray(3, dims, mxSINGLE_CLASS, mxREAL);

参数定义：
ndim：创建的矩阵维度
dims：包含尺寸的数组
classid：类标识符，指定数据为哪种类型。Classid决定数值数据在内存中的表示方式。例如，mxCreateNumericMatrix将mxINT16_CLASS值存储为16位有符号整数。
ComplexFlag：复杂数组指示符，指定为mxComplexity值。矩阵中的元素类型依 mxComplexity 的值而定。
1>如果 mxComplexity 的值是 mxREAL 则矩阵中的元素类型全是实数，matlab会分配足够的空间来存放这些实数，并将这些实数初始化为0；
2>如果 mxComplexity 的值是 mxCOMPLEX ，则matlab分配足够的空间来存放这个复数空间（实部地址为 pr ,虚部地址为 pi ），实部和虚部都初始化为0。
classid与数据类型对应表：

二、使用Matlab编译CUDA工程并调用

1、mexcuda编译指令

想要在Matlab中调用.cu文件的程序，需要先把.cu文件编译成mex cuda工程，编译需要在matlab中完成，具体的编译指令为：
官方文档
（1）如果工程中有多个源文件option1，option2，……，optionN，则需要输出使用到的所有源文件的路径，此处建议输入文件的完整路径（绝对路径），而非相对路径，例如：

mexcuda E:\Work\cudaSource1.cu...
E:\Work\cudaSource2.cu...
E:\Work\cSource1.cpp...
E:\Work\cSource2.cpp

（2）如果文件中使用了动态并行，则需要在对应的文件前面加上-dynamic，例如：

mexcuda -dynamic E:\Work\cudaDynamicSource1.cu ...
E:\Work\cudaNoDynamicSource2.cu ...
-dynamic E:\Work\cudaDynamicSource3.cu ...
E:\Work\cSource1.cpp ...

(3) 如果文件中使用了CUDA库函数（cufft、cublas等），则需要加入库函数路径，格式是
‘库函数完整文件路径’ -l+库函数名称，例如：

mexcuda  'C:\Program Files\NVIDIA GPU Computing Toolkit\CUDA\v11.3\lib\x64\cufft.lib' -lcufft ...
-dynamic E:\Work\cudaDynamicSource1.cu ...
E:\Work\cudaNoDynamicSource2.cu ...
-dynamic E:\Work\cudaDynamicSource3.cu ...
E:\Work\cSource1.cpp ...

（4）保存写好的编译文件并执行，出现MEX已成功完成证明编译成功，此时文件夹中应该出现.mexw64执行文件，该文件名称与mexcuda指令后的第一个文件名保持一致，例如，（3）中生成的文件名称为cudaDynamicSource1.mewx64。

一般没有特殊需求，普通的编译文件只需要一行：

mexcuda -v 文件名***.cu

注意：
1、mexw64/mexa64文件是matlab下使用的一种特殊的函数封装形式。这种函数一般是用C/C++语言编写的，在使用的时候也像一个普通m文件一样按照文件名调用，只是不可能看到源码。
2、按照matlab的调用顺序规则，mex比m有更高的优先级，即只会调用***.mexa64而不调用***.m。
3、mexa64是linux64位下编译和使用的版本，不能在windows下用。windows64位下编译的是mexw64。

2、

参考文章：

https://blog.csdn.net/hsc0709/article/details/124182076
https://zhidao.baidu.com/question/1430803365903554779.html