摘要：本文介绍了昇腾计算语言AscendCL的基本概念，并以示例代码的形式介绍了如何基于AscendCL开发AI推理应用，最后配以实际的操作演示说明如何编译运行应用。
本文分享自华为云社区《基于昇腾计算语言AscendCL开发AI推理应用》，作者：昇腾CANN。
AscendCL（Ascend Computing Language，昇腾计算语言）是昇腾计算开放编程框架，是对底层昇腾计算服务接口的封装，它提供运行时资源（例如设备、内存等）管理、模型加载与执行、算子加载与执行、图片数据编解码/裁剪/缩放处理等API库，实现在昇腾CANN平台上进行深度学习推理计算、图形图像预处理、单算子加速计算等能力。简单来说，就是统一的API框架，实现对所有资源的调用。
首先，我们得先了解下，使用AscendCL时，经常会提到的“数据类型的操作接口” ，这是什么呢？为啥会存在？
在C/C++中，对用户开放的数据类型通常以Struct结构体方式定义、以声明变量的方式使用，但这种方式一旦结构体要增加成员参数，用户的代码就涉及兼容性问题，不便于维护，因此AscendCL对用户开放的数据类型，均以接口的方式操作该数据类型，例如，调用某个数据类型的Create接口创建该数据类型、调用Get接口获取数据类型内参数值、调用Set接口设置数据类型内的参数值、调用Destroy接口销毁该数据类型，用户无需关注定义数据类型的结构体长什么样，这样即使后续数据类型需扩展，只需增加该数据类型的操作接口即可，也不会引起兼容性问题。
所以，总结下，“数据类型的操作接口”就是创建数据类型、Get/Set数据类型中的参数值、销毁数据类型的一系列接口，存在的最大好处就是减少兼容性问题。
接下来，进入我们今天的主题，怎么用AscendCL的接口开发网络模型推理场景下的应用。看完本文介绍的关键知识点，也可以到 “昇腾文档中心[1]”查阅详细的文档介绍。
使用AscendCL接口开发应用时，必须先初始化AscendCL ，否则可能会导致后续系统内部资源初始化出错，进而导致其它业务异常。在初始化时，还支持以下跟推理相关的配置项（例如，性能相关的采集信息配置），以json格式的配置文件传入AscendCL初始化接口。如果当前的默认配置已满足需求（例如，默认不开启性能相关的采集信息配置），无需修改，可向AscendCL初始化接口中传入NULL，或者可将配置文件配置为空json串（即配置文件中只有{}）。
有初始化就有去初始化，在确定完成了AscendCL的所有调用之后，或者进程退出之前，需调用AscendCL接口实现AscendCL去初始化。
// 此处以伪代码的形式展示接口的调用流程 // 初始化 // 此处的..表示相对路径，相对可执行文件所在的目录，例如，编译出来的可执行文件存放在out目录下，此处的..就表示out目录的上一级目录 const char *aclConfigPath = "../src/acl.json"; aclError ret = aclInit(aclConfigPath); // ...... // 去初始化 ret = aclFinalize();
运行管理资源包括Device、Context、Stream、Event等，此处重点介绍Device、Context、Stream，其基本概念如下图所示 。
您需要按顺序依次申请如下运行管理资源：Device、Context、Stream，确保可以使用这些资源执行运算、管理任务。所有数据处理都结束后，需要按顺序依次释放运行管理资源：Stream、Context、Device。
在申请运行管理资源时，Context、Stream支持隐式创建和显式创建两种申请方式。
// 此处以伪代码的形式展示接口的调用流程，以显式创建Context和Stream为例 // 运行管理资源申请 // 1、指定运算的Device aclError ret = aclrtSetDevice(deviceId); // 2、显式创建一个Context，用于管理Stream对象 ret = aclrtCreateContext(context, deviceId); // 3、显式创建一个Stream，用于维护一些异步操作的执行顺序，确保按照应用程序中的代码调用顺序执行任务 ret = aclrtCreateStream(stream); //...... // 运行管理资源释放 // 1、销毁Stream ret = aclrtDestroyStream(stream); // 2、销毁Context ret = aclrtDestroyContext(context); // 3、释放Device资源 ret = aclrtResetDevice(deviceId); //......
如果模型对输入图片的宽高要求与用户提供的源图不一致，AscendCL提供了媒体数据处理的接口，可实现抠图、缩放、格式转换、视频或图片的编解码等，将源图裁剪成符合模型的要求。后续期刊中会展开说明这个功能，本期着重介绍模型推理的部分，以输入图片满足模型的要求为例。
模型推理场景下，必须要有适配昇腾AI处理器的离线模型（*.om文件），我们可以使用ATC（Ascend Tensor Compiler）来构建模型。如果模型推理涉及动态Batch、动态分辨率等特性，需在构建模型增加相关配置。关于如何使用ATC来构建模型，请参见“昇腾文档中心[1]”。
有了模型，就可以开始加载了，当前AscendCL支持以下几种方式加载模型：
由用户自行管理内存时，需关注工作内存、权值内存。工作内存用于存放模型执行过程中的临时数据，权值内存用于存放权值数据。这个时候，是不是有疑问了，我怎么知道工作内存、权值内存需要多大？不用担心，AscendCL不仅提供了加载模型的接口，同时也提供了“根据模型文件获取模型执行时所需的工作内存和权值内存大小”的接口，方便用户使用 。
// 此处以伪代码的形式展示接口的调用流程，以“由用户管理内存”为例 // 1.根据om模型文件获取模型执行时所需的权值内存大小、工作内存大小。 aclError ret = aclmdlQuerySize(omModelPath, &modelWorkSize, &modelWeightSize); // 2.根据工作内存大小，申请Device上模型执行的工作内存。 ret = aclrtMalloc(&modelWorkPtr, modelWorkSize, ACL_MEM_MALLOC_HUGE_FIRST); // 3.根据权值内存的大小，申请Device上模型执行的权值内存。 ret = aclrtMalloc(&modelWeightPtr, modelWeightSize, ACL_MEM_MALLOC_HUGE_FIRST); // 4.以从om模型文件加载模型、由用户管理工作内存和权值内存为例 // 模型加载成功，返回标识模型的ID。 ret = aclmdlLoadFromFileWithMem(modelPath, &modelId, modelWorkPtr, modelWorkSize, modelWeightPtr, modelWeightSize);
在调用AscendCL接口进行模型推理时，模型推理有输入、输出数据，输入、输出数据需要按照AscendCL规定的数据类型存放。相关数据类型如下：
模型加载成功后，用户可根据模型的ID，调用该数据类型下的操作接口获取该模型的描述信息，进而从模型的描述信息中获取模型输入/输出的个数、内存大小、维度信息、Format、数据类型等信息。
调用aclDataBuffer类型下的操作接口获取内存地址、内存大小等，便于向内存中存放输入数据、获取输出数据。
模型可能存在多个输入、多个输出，调用aclmdlDataset类型的操作接口添加多个aclDataBuffer类型的数据。
// 此处以伪代码的形式展示如何准备模型的输入、输出数据结构 // 1.根据加载成功的模型的ID，获取该模型的描述信息 aclmdlDesc *modelDesc = aclmdlCreateDesc(); aclError ret = aclmdlGetDesc(modelDesc, modelId); // 2.准备模型推理的输入数据结构 // (1)申请输入内存 // 当前示例代码中的模型只有一个输入，所以index为0，如果模型有多个输入，则需要先调用aclmdlGetNumInputs接口获取模型输入的数量 void *modelInputBuffer = nullptr; size_t modelInputSize = aclmdlGetInputSizeByIndex(modelDesc, 0); ret = aclrtMalloc(&modelInputBuffer, modelInputSize, ACL_MEM_MALLOC_NORMAL_ONLY); // (2)准备模型的输入数据结构 // 创建aclmdlDataset类型的数据，描述模型推理的输入 aclmdlDataset *input = aclmdlCreateDataset(); aclDataBuffer *inputData = aclCreateDataBuffer(modelInputBuffer, modelInputSize); ret = aclmdlAddDatasetBuffer(input, inputData); // 3.准备模型推理的输出数据结构 // (1)创建aclmdlDataset类型的数据output，描述模型推理的输出 aclmdlDataset *output = aclmdlCreateDataset(); // (2)获取模型的输出个数. size_t outputSize = aclmdlGetNumOutputs(modelDesc); // (3)循环为每个输出申请内存，并将每个输出添加到aclmdlDataset类型的数据中 for (size_t i = 0; i < outputSize; ++i) { size_t buffer_size = aclmdlGetOutputSizeByIndex(modelDesc, i); void *outputBuffer = nullptr; ret = aclrtMalloc(&outputBuffer, buffer_size, ACL_MEM_MALLOC_NORMAL_ONLY); aclDataBuffer *outputData = aclCreateDataBuffer(outputBuffer, buffer_size); ret = aclmdlAddDatasetBuffer(output, outputData); }
准备好模型执行所需的输入和输出数据类型、且存放好模型执行的输入数据后，可以执行模型推理了，如果模型的输入涉及动态Batch、动态分辨率等特性，则在模型执行前，还需要调用AscendCL接口告诉模型本次执行时需要用的Batch数、分辨率等。
当前AscendCL支持同步模型执行、异步模型执行两种方式，这里说的同步、异步是站在调用者和执行者的角度。
// 此处以伪代码的形式展示同步模型执行的过程 // 1. 由用户自行编码，将模型所需的输入数据读入内存 // 如果模型推理之前先进行媒体数据处理，则此处可以将媒体数据处理后的输出内容作为模型推理的输入内存， // ...... // 2. 执行模型推理 // modelId表示模型ID，在模型加载成功后，会返回标识模型的ID // input、output分别表示模型推理的输入、输出数据，在准备模型推理的输入、输出数据结构时已定义 aclError ret = aclmdlExecute(modelId, input, output) // 3. 处理模型推理的输出数据 for (size_t i = 0; i < aclmdlGetDatasetNumBuffers(output); ++i) { //获取每个输出的内存地址和内存大小 aclDataBuffer* dataBuffer = aclmdlGetDatasetBuffer(output, i); void* data = aclGetDataBufferAddr(dataBuffer); size_t len = aclGetDataBufferSizeV2(dataBuffer); //获取到输出数据后，由用户自行编码，处理输出数据 //...... } // 4.销毁模型输入、输出数据结构 // 释放输入资源，包括数据结构和内存 (void)aclDestroyDataBuffer(dataBuffer); (void)aclmdlDestroyDataset(mdlDataset); // 5.释放内存资源，防止内存泄露 // ......
推理结束后，如果需要获取并进一步处理推理结果数据，则由用户自行编码实现。最后，别忘了，我们还要销毁aclmdlDataset、aclDataBuffer等数据类型，释放相关内存，防止内存泄露。
在模型推理结束后，还需要通过aclmdlUnload接口卸载模型，并销毁aclmdlDesc类型的模型描述信息、释放模型运行的工作内存和权值内存。
// 此处以伪代码的形式展示模型卸载的过程 // 1. 卸载模型 aclError ret = aclmdlUnload(modelId); // 2. 释放模型描述信息 (void)aclmdlDestroyDesc(modelDesc); // 3. 释放模型运行的工作内存和权值内存 (void)aclrtFree(modelWorkPtr); (void)aclrtFree(modelWeightPtr);
以上就是基于AscendCL开发基础推理应用的相关知识点，您也可以在“昇腾社区在线课程[2]”板块学习视频课程，学习过程中的任何疑问，都可以在“昇腾论坛[3]”互动交流！
是不是意犹未尽，想自己操作一把呢，来吧！您可以从昇腾CANN样例仓获取该样例以及详细的使用说明。
[1]昇腾文档中心：https://www.hiascend.com/zh/document
[2]昇腾社区在线课程：https://www.hiascend.com/zh/edu/courses
[3]昇腾论坛：https://www.hiascend.com/forum