fftw 编译安装说明

浅浅的花香味﹌ 2022-06-16 00:42 235阅读 0赞

FFTW 数学库

![20170430225437707][]

官网地址：

[http://www.fftw.org/][http_www.fftw.org]

下载地址：

[http://www.fftw.org/download.html][http_www.fftw.org_download.html]

目前最新版本为

Version 3.3.6 is the latest stable release of FFTW ( 截止2017-04-30）

**1．什么是DFT?**

DFT（Discrete Fourier Transform），即离散傅里叶变换，是傅里叶变换在时域和频域上都呈离散的形式,将信号的时域采样变换为其DTFT的频域采样。

**2．什么是FFT?**

FFT（Fast Fourier Transformation），即为快速傅氏变换，是离散傅氏变换（DFT）的快速算法，它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。

**3．什么是FFTW?**

FFTW ( the Faster Fourier Transform in the West)是一个快速计算离散傅里叶变换的标准C语言程序集，其由MIT的M.Frigo和S. Johnson开发。可计算一维或多维实和复数据以及任意规模的DFT。

**4．FFTW库所需的编译环境**

Intel Compiler /GNU Compiler \+ MPI Compiler （如果编译mpi版的fftw）

**5．****安装** **Intel Compiler****编译器，设置编译环境**（如果使用intel的编译器）

如果使用的是Intel的CPU，建议使用Intel的编译器。

详细安装方法参见博客相关文章。

例如使用TH-1A的Intel 2013编译器编译lammps，可以加载如下环境变量：

source /opt/intel/composer_xe_2013.0.079/bin/iccvars.sh intel64    
    source /opt/intel/composer_xe_2013.0.079/bin/ifortvars.sh intel64

**6．** **安装**  **MPI Compiler** **，设置编译环境**

编译并行版的程序需要并行编译器，例如MPI并行的程序需要MPI编译器，常用的MPI例如Intel MPI 、MPICH、OPENMPI等。

不同的机器可能针对自身硬件进行MPI优化，天河系统的MPI是基于开源MPICH进行的二次开发优化，进而支持性能卓越的天河自主高速互联网络。

详细安装方法参见博客相关文章。

例如使用TH-1A的Intel 2013编译器编译的mpich，可以加载如下环境变量：

export MPI_HOME=/usr/local/mpi-intel2013
    export PATH=$MPI_HOME/bin:$PATH      
    export LD_LIBRARY_PATH=$MPI_HOME/lib:$LD_LIBRARY_PATH

**7．默认编译fftw-3.3.6**

安装fftw仅需要遵循常见的三步骤即可（configure+make+make install），在这里先介绍一下默认安装，再然着重介绍一些configure的配置选项。

以fftw-3.3.6-pl2.tar.gz为例，先从官网下载该压缩包。解压缩，并进入源码目录进行编译即可。

tar zxvf fftw-3.3.6-pl2.tar.gz
    cd fftw-3.3.6-pl2
    ./configure
    make
    make install

这样就可以把fftw库按照默认配置，安装到默认的路径下。

使用的是GNU的编译器，安装到的是/usr/local下面。

**8．优化编译参数介绍**

但是，我们通常会依据./configure -help得到的信息来添加一些参数来达到优化编译的目录。

接下来我们使用命令查看一些常用配置参数：

** **

**Installation directories:**

\--prefix=PREFIX    install architecture-independent files in PREFIX\[/usr/local\]

设定安装目录

**Optional Features:**

\--enable-shared\[=PKGS\]    build shared libraries \[default=no\]

是否编译动态库

\--enable-static\[=PKGS\]    build static libraries \[default=yes\]

是否编译静态库

\--enable-single         compile fftw in single precision

\--enable-float          synonym for --enable-single

是否编译单精度版本

\--enable-sse            enable SSE optimizations

\--enable-sse2           enable SSE/SSE2 optimizations

\--enable-avx            enable AVX optimizations

\--enable-avx2           enable AVX2 optimizations

\--enable-neon           enable ARM NEON optimizations

开启针对特定机器架构的优化，这个取决于机器CPU（下面有介绍）。

\--enable-fma            enable optimizations for machineswith fused multiply-add

开启积和熔加运算(Fused Multiply-Add/FMA)的优化

\--enable-mpi            compile FFTW MPI library

是否编译mpi版的fftw库

\--enable-openmp         use OpenMP directives for parallelism

是否使用OpenMP指令进行并行

\--enable-threads        compile FFTW SMP threads library

是否编译FFTW SMP线程库

**Some influential environment variables:**

CC          C compiler command

CFLAGS      C compiler flags

CPP         C preprocessor

MPICC       MPI C compiler command

F77         Fortran 77 compiler command

FFLAGS      Fortran 77 compiler flags

这部分是指定编译器及编译参数，默认是用GNU的编译器。

为了用intel的编译器，我们需要特别指定一下：CC=icc F77=ifort，相关的参数通常保持默认即可。

备注：

1）如何查看CPU是否支持某个指令集呢？使用如下命令可以列出支持的指令集名称

cat /proc/cpuinfo | grep flags | uniq

2）SIMD

SIMD单指令流多数据流(SingleInstructionMultiple Data,SIMD)是一种采用一个控制器来控制多个处理器，同时对一组数据（又称“数据向量”）中的每一个分别执行相同的操作从而实现空间上的并行性的技术。

MMX是由英特尔开发的一种SIMD多媒体指令集，SSE（Streaming SIMDExtensions）是MMX的扩充指令集，AVX（Advanced VectorExtensions）是Intel的SSE延伸架构，FMA（Fused MultiplyAccumulate）是Intel的AVX扩充指令集。

NEON实际上是ARM的SIMD（Single InstructionMultiple Data）技术的延续，它是一个结合64和128 bit的SIMD（Single InstructionMultiple Data 单指令多重数据）指令集。

**9．优化编译单双精度版本的FFTW**

tar zxvf fftw-3.3.3.tar.gz
    cd fftw-3.3.3
    
    # 单精度
    ./configure --prefix=$HOME/software/fftw/3.3.6-pl2-icc13 \
      CC=icc F77=ifort \
      --enable-shared --enable-static \
      --enable-float \
      --enable-sse --enable-sse2 \
      --enable-avx --enable-avx2 --enable-fma \
      --enable-mpi \
      --enable-threads--enable-openmp
    make
    make install
    
    # clean一下
    make clean
    
    # 双精度
    ./configure --prefix=$HOME/software/fftw/3.3.6-pl2-icc13 \
      CC=icc F77=ifort \
      --enable-shared --enable-static \
      --enable-sse2 --enable-avx --enable-avx2 --enable-fma \
      --enable-mpi \
      --enable-threads--enable-openmp
    make
    make install

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