MATLAB調(diào)用C程序、調(diào)試和LDPC譯碼過程詳解

MATLAB是一個(gè)很好用的工具。利用MATLAB腳本進(jìn)行科學(xué)計(jì)算也特別方便快捷。但是代碼存在較多循環(huán)時(shí)，MATLAB運(yùn)行速度極慢。如果不想放棄MATLAB中大量方便使用的庫(kù)，又希望代碼能迅速快捷的運(yùn)行，可以考慮將循環(huán)較多的功能采用C編寫，MATLAB調(diào)用。本文將概述這一過程。雖然本文以LDPC譯碼算法為例，但不懂該算法不影響本文閱讀。

1. 起因

最開始用MATLAB寫的LDPC譯碼算法中，其中一個(gè)版本是這里，里面有三重循環(huán)，運(yùn)行速度極慢。后來考慮了MATLAB的向量化操作，通過算法的合理劃分以及內(nèi)置函數(shù)調(diào)用，成功將三重循環(huán)修改為1層，具體這一版本的代碼可見這里。通過這一手段，函數(shù)的運(yùn)行速度提高了幾倍乃至幾十倍。雖然這一方法下運(yùn)行速度依舊比不過MATLAB工具箱中的comm.LDPCDecoder，遠(yuǎn)比不上利用GPU的comm.gpu.LDPCDecoder，但勝在可明確算法并具有一定擴(kuò)展性。

起初也注意到可以通過MATLAB調(diào)用C程序來加速程序運(yùn)行，但向量化后的代碼湊活能用，加上有時(shí)也可調(diào)用更為強(qiáng)大的內(nèi)置函數(shù)，這一想法一直沒有付諸實(shí)踐。這幾天想好好整理一下代碼，遂萌發(fā)了寫一個(gè)C版本譯碼算法的想法。代碼現(xiàn)在的狀態(tài)是“能用”，這里把相關(guān)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)分析在此。

2. MATLAB調(diào)用C程序

這一部分的內(nèi)容在劉曉輝的matlab調(diào)用C程序中已經(jīng)有較為詳細(xì)的介紹了，想要正確調(diào)用C程序，關(guān)鍵概括為2點(diǎn)。

機(jī)器上裝有MATLAB編譯器，可通過在MATLAB命令行窗口輸入mex -setup進(jìn)行具體設(shè)置。

有一個(gè)正確的接口子程序mexFunction完成MATLAB和C程序之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和程序調(diào)用

這里給出我寫得mexFunction（注意這個(gè)代碼寫得不好，沒有任何判斷，沒有健壯性……）

void mexFunction（int nlhs， mxArray *plhs［］， int nrhs， const mxArray *prhs［］） {

double* llr = （double*）mxGetPr（prhs［0］）;

int* rownum = mxGetPr（prhs［1］）;

int* colnum = mxGetPr（prhs［2］）;

int* trans = mxGetPr（prhs［3］）;

double* state = mxGetPr（prhs［4］）;

plhs［0］ = mxCreateDoubleMatrix（1， state［1］， mxREAL）;

double* r =mxGetPr（plhs［0］）;

ldpcDec（ r ，llr， rownum，colnum， trans，state）;

}

mexFunction的規(guī)范在劉曉輝的matlab調(diào)用C程序一文中已有提及，即

nlhs：輸出參數(shù)數(shù)目

plhs：指向輸出參數(shù)的指針

nrhs：輸入?yún)?shù)數(shù)目

prhs：指向輸入?yún)?shù)的指針

例如，在matlab命令行中使用

［a，b］=test（c，d，e）

調(diào)用mex函數(shù)test時(shí)，傳給test的這四個(gè)參數(shù)分別是

2，plhs，3，prhs

其中：

prhs［0］=c

prhs［1］=d

prhs［2］=e

由此可以解釋上述mexFunction，而命令plhs［0］ = mxCreateDoubleMatrix（1， state［1］， mxREAL） 則定義了一大小為1 × state［1］的矩陣，做為函數(shù)的返回值。最后調(diào)用的ldpcDec是一個(gè)C程序，運(yùn)行C程序后plhs［0］指向的內(nèi)存空間存儲(chǔ)的就是滿足要求的計(jì)算結(jié)果。ldpcDec代碼如下

#include

#include

void ldpcDec（double*r，double* llr， int* rownum， int* colnum， int* trans， double* state）{

//列有序，trans為映射關(guān)系

//rownum［i］-rownum［i-1］，第i+1行的行重

//colnum［i］-colnum［i-1］，第i+1列的列重

//state［0］：maxiter state［1］：llr & colnum 長(zhǎng)度 state［2］ rownum 長(zhǎng)度，

//state［3］：H中非零元素個(gè)數(shù) state［4］： alpha

double* temp;

double* decodedtemp;

temp = （double*）malloc（sizeof（double）*state［3］）;

decodedtemp = （double*）malloc（sizeof（double）*state［3］）;

//init

int ii = 0;

for （int i = 0; i