Subversion Repositories testOled

Rev

Blame | Last modification | View Log | Download | RSS feed

  1. /*
  2.  * Copyright (C) 2010-2018 Arm Limited or its affiliates. All rights reserved.
  3.  *
  4.  * SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
  5.  *
  6.  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the License); you may
  7.  * not use this file except in compliance with the License.
  8.  * You may obtain a copy of the License at
  9.  *
  10.  * www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
  11.  *
  12.  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  13.  * distributed under the License is distributed on an AS IS BASIS, WITHOUT
  14.  * WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  15.  * See the License for the specific language governing permissions and
  16.  * limitations under the License.
  17.  */
  18.  
  19. /* ----------------------------------------------------------------------
  20.  * Project:      CMSIS NN Library
  21.  * Title:        arm_convolve_HWC_q7_RGB.c
  22.  * Description:  Q7 version of convolution for RGB image
  23.  *
  24.  * $Date:        17. January 2018
  25.  * $Revision:    V.1.0.0
  26.  *
  27.  * Target Processor:  Cortex-M cores
  28.  *
  29.  * -------------------------------------------------------------------- */
  30. #include "arm_math.h"
  31. #include "arm_nnfunctions.h"
  32.  
  33. /**
  34.  *  @ingroup groupNN
  35.  */
  36.  
  37. /**
  38.  * @addtogroup NNConv
  39.  * @{
  40.  */
  41.  
  42.   /**
  43.    * @brief Q7 convolution function for RGB image
  44.    * @param[in]       Im_in       pointer to input tensor
  45.    * @param[in]       dim_im_in   input tensor dimention
  46.    * @param[in]       ch_im_in    number of input tensor channels
  47.    * @param[in]       wt          pointer to kernel weights
  48.    * @param[in]       ch_im_out   number of filters, i.e., output tensor channels
  49.    * @param[in]       dim_kernel  filter kernel size
  50.    * @param[in]       padding     padding sizes
  51.    * @param[in]       stride      convolution stride
  52.    * @param[in]       bias        pointer to bias
  53.    * @param[in]       bias_shift  amount of left-shift for bias
  54.    * @param[in]       out_shift   amount of right-shift for output
  55.    * @param[in,out]   Im_out      pointer to output tensor
  56.    * @param[in]       dim_im_out  output tensor dimension
  57.    * @param[in,out]   bufferA     pointer to buffer space for input
  58.    * @param[in,out]   bufferB     pointer to buffer space for output
  59.    * @return     The function returns either
  60.    * <code>ARM_MATH_SIZE_MISMATCH</code> or <code>ARM_MATH_SUCCESS</code> based on the outcome of size checking.
  61.    *
  62.    * @details
  63.    *
  64.    * <b>Buffer size:</b>
  65.    *
  66.    * bufferA size: 2*ch_im_in*dim_kernel*dim_kernel
  67.    *
  68.    * bufferB size: 0
  69.    *
  70.    * <b>Input dimension constraints:</b>
  71.    *
  72.    * ch_im_in equals 3
  73.    *
  74.    * This kernel is written exclusively for convolution with ch_im_in
  75.    * equals 3. This applies on the first layer of CNNs which has input
  76.    * image with RGB format.
  77.    */
  78.  
  79. arm_status
  80. arm_convolve_HWC_q7_RGB(const q7_t * Im_in,
  81.                         const uint16_t dim_im_in,
  82.                         const uint16_t ch_im_in,
  83.                         const q7_t * wt,
  84.                         const uint16_t ch_im_out,
  85.                         const uint16_t dim_kernel,
  86.                         const uint16_t padding,
  87.                         const uint16_t stride,
  88.                         const q7_t * bias,
  89.                         const uint16_t bias_shift,
  90.                         const uint16_t out_shift,
  91.                         q7_t * Im_out, const uint16_t dim_im_out, q15_t * bufferA, q7_t * bufferB)
  92. {
  93.  
  94. #if defined (ARM_MATH_DSP)
  95.     /* Run the following code for Cortex-M4 and Cortex-M7 */
  96.     int16_t   i_out_y, i_out_x, i_ker_y, i_ker_x;
  97.  
  98.     /*
  99.      *  Here we use bufferA as q15_t internally as computation are done with q15_t level
  100.      *  im2col are done to output in q15_t format from q7_t input
  101.      */
  102.     q15_t    *pBuffer = bufferA;
  103.     q7_t     *pOut = Im_out;
  104.  
  105.     // check if number of input channels is 3
  106.     if (ch_im_in != 3)
  107.     {
  108.         return ARM_MATH_SIZE_MISMATCH;
  109.     }
  110.     // This part implements the im2col function
  111.     for (i_out_y = 0; i_out_y < dim_im_out; i_out_y++)
  112.     {
  113.         for (i_out_x = 0; i_out_x < dim_im_out; i_out_x++)
  114.         {
  115.             for (i_ker_y = i_out_y * stride - padding; i_ker_y < i_out_y * stride - padding + dim_kernel; i_ker_y++)
  116.             {
  117.                 for (i_ker_x = i_out_x * stride - padding; i_ker_x < i_out_x * stride - padding + dim_kernel; i_ker_x++)
  118.                 {
  119.                     if (i_ker_y < 0 || i_ker_y >= dim_im_in || i_ker_x < 0 || i_ker_x >= dim_im_in)
  120.                     {
  121.                         /* Equivalent to arm_fill_q15(0, pBuffer, ch_im_in) with assumption: ch_im_in = 3 */
  122.                         *__SIMD32(pBuffer) = 0x0;
  123.                         *(pBuffer + 2) = 0;
  124.                         pBuffer += 3;
  125.                     } else
  126.                     {
  127.                         /*
  128.                          * Equivalent to:
  129.                          *  arm_q7_to_q15_no_shift( (q7_t*)Im_in+(i_ker_y*dim_im_in+i_ker_x)*3, pBuffer, 3);
  130.                          */
  131.  
  132.                         const q7_t *pPixel = Im_in + (i_ker_y * dim_im_in + i_ker_x) * 3;
  133.                         q31_t     buf = *__SIMD32(pPixel);
  134.  
  135.                         union arm_nnword top;
  136.                         union arm_nnword bottom;
  137.  
  138.                         top.word = __SXTB16(buf);
  139.                         bottom.word = __SXTB16(__ROR(buf, 8));
  140.  
  141. #ifndef ARM_MATH_BIG_ENDIAN
  142.                         /*
  143.                          *  little-endian, | omit | 3rd  | 2nd  | 1st  |
  144.                          *                MSB                         LSB
  145.                          *   top | 3rd | 1st |; bottom | omit | 2nd |
  146.                          *
  147.                          *  version 1, need to swap 2nd and 3rd weight
  148.                          * *__SIMD32(pBuffer) = top.word;
  149.                          * *(pBuffer+2) = bottom.half_words[0];
  150.                          *
  151.                          *  version 2, no weight shuffling required
  152.                          */
  153.                         *pBuffer++ = top.half_words[0];
  154.                         *__SIMD32(pBuffer) = __PKHBT(bottom.word, top.word, 0);
  155. #else
  156.                         /*
  157.                          *  big-endian,    | 1st  | 2nd  | 3rd  | omit |
  158.                          *                MSB                         LSB
  159.                          *  top | 2nd | omit |; bottom | 1st | 3rd |
  160.                          *
  161.                          *  version 1, need to swap 2nd and 3rd weight
  162.                          * *__SIMD32(pBuffer) = bottom.word;
  163.                          * *(pBuffer+2) = top.half_words[1];
  164.                          *
  165.                          *  version 2, no weight shuffling required
  166.                          */
  167.                         *pBuffer++ = bottom.half_words[0];
  168.                         *__SIMD32(pBuffer) = __PKHTB(top.word, bottom.word, 0);
  169. #endif
  170.                         pBuffer += 2;
  171.                     }
  172.                 }
  173.             }
  174.  
  175.             if (pBuffer == bufferA + 2 * 3 * dim_kernel * dim_kernel)
  176.             {
  177.                 pOut =
  178.                     arm_nn_mat_mult_kernel_q7_q15(wt, bufferA,
  179.                                                   ch_im_out,
  180.                                                   3 * dim_kernel * dim_kernel, bias_shift, out_shift, bias, pOut);
  181.  
  182.                 /* counter reset */
  183.                 pBuffer = bufferA;
  184.             }
  185.         }
  186.     }
  187.  
  188.     /* left-over because odd number of output pixels */
  189.     if (pBuffer != bufferA)
  190.     {
  191.         const q7_t *pA = wt;
  192.         int       i;
  193.  
  194.         for (i = 0; i < ch_im_out; i++)
  195.         {
  196.             q31_t     sum = ((q31_t)bias[i] << bias_shift) + NN_ROUND(out_shift);
  197.             q15_t    *pB = bufferA;
  198.             /* basically each time it process 4 entries */
  199.             uint16_t  colCnt = 3 * dim_kernel * dim_kernel >> 2;
  200.  
  201.             while (colCnt)
  202.             {
  203.  
  204.                 q31_t     inA1, inA2;
  205.                 q31_t     inB1, inB2;
  206.  
  207.                 pA = (q7_t *) read_and_pad((void *)pA, &inA1, &inA2);
  208.  
  209.                 inB1 = *__SIMD32(pB)++;
  210.                 sum = __SMLAD(inA1, inB1, sum);
  211.                 inB2 = *__SIMD32(pB)++;
  212.                 sum = __SMLAD(inA2, inB2, sum);
  213.  
  214.                 colCnt--;
  215.             }
  216.             colCnt = 3 * dim_kernel * dim_kernel & 0x3;
  217.             while (colCnt)
  218.             {
  219.                 q7_t      inA1 = *pA++;
  220.                 q15_t     inB1 = *pB++;
  221.                 sum += inA1 * inB1;
  222.                 colCnt--;
  223.             }
  224.             *pOut++ = (q7_t) __SSAT((sum >> out_shift), 8);
  225.         }
  226.     }
  227. #else
  228.     /* Run the following code as reference implementation for Cortex-M0 and Cortex-M3 */
  229.  
  230.     uint16_t  i, j, k, l, m, n;
  231.     int       conv_out;
  232.     signed char in_row, in_col;
  233.  
  234.     // check if number of input channels is 3
  235.     if (ch_im_in != 3)
  236.     {
  237.         return ARM_MATH_SIZE_MISMATCH;
  238.     }
  239.  
  240.     for (i = 0; i < ch_im_out; i++)
  241.     {
  242.         for (j = 0; j < dim_im_out; j++)
  243.         {
  244.             for (k = 0; k < dim_im_out; k++)
  245.             {
  246.                 conv_out = (bias[i] << bias_shift) + NN_ROUND(out_shift);
  247.                 for (m = 0; m < dim_kernel; m++)
  248.                 {
  249.                     for (n = 0; n < dim_kernel; n++)
  250.                     {
  251.                         /* if-for implementation */
  252.                         in_row = stride * j + m - padding;
  253.                         in_col = stride * k + n - padding;
  254.                         if (in_row >= 0 && in_col >= 0 && in_row < dim_im_in && in_col < dim_im_in)
  255.                         {
  256.                             for (l = 0; l < ch_im_in; l++)
  257.                             {
  258.                                 conv_out +=
  259.                                     Im_in[(in_row * dim_im_in + in_col) * ch_im_in +
  260.                                           l] * wt[i * ch_im_in * dim_kernel * dim_kernel + (m * dim_kernel +
  261.                                                                                             n) * ch_im_in + l];
  262.                             }
  263.                         }
  264.                     }
  265.                 }
  266.                 Im_out[i + (j * dim_im_out + k) * ch_im_out] = (q7_t) __SSAT((conv_out >> out_shift), 8);
  267.             }
  268.         }
  269.     }
  270.  
  271. #endif                          /* ARM_MATH_DSP */
  272.  
  273.     /* Return to application */
  274.     return (ARM_MATH_SUCCESS);
  275. }
  276.  
  277. /**
  278.  * @} end of NNConv group
  279.  */
  280.