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深入到NEON汇编层里面的float基本知识

深入到NEON汇编层里面的float基本知识

作者: 十曰立 | 来源:发表于2018-09-25 20:54 被阅读297次

    1. 问题

    在IOS系统下有这么两个语句:

    Arch64:

    "fmla v16.4s, v14.4s, v0.4s \n"
    v0  unsigned char __attribute__((ext_vector_type(16)))  
    (0x00, 0x00, 0x80, 0x3f, 
     0x00, 0x00, 0x80, 0x3f, 
     0x00, 0x00, 0x80, 0x3f, 
     0x00, 0x00, 0x80, 0x3f)    
     
    v14 unsigned char __attribute__((ext_vector_type(16)))  
    (0x00, 0x30, 0x97, 0x42, 
     0x00, 0x00, 0x86, 0x40, 
     0x00, 0xc0, 0x16, 0x42, 
     0x00, 0xc0, 0x59, 0x42)    
     
    v16 unsigned char __attribute__((ext_vector_type(16)))  
    (0x00, 0x30, 0x97, 0x42, 
     0x00, 0x00, 0x86, 0x40, 
     0x00, 0xc0, 0x16, 0x42, 
     0x00, 0xc0, 0x59, 0x42)    
    

    v0跟v14乘加到v16上,但是v16的值却跟v14一样,为何?

    Arch32:

    "vmla.u32 q10, q2, q13 \n"
    
    q13 unsigned char __attribute__((ext_vector_type(16)))  
    (0x00, 0x00, 0x80, 0x3f, 
     0x00, 0x00, 0x80, 0x3f, 
     0x00, 0x00, 0x80, 0x3f, 
     0x00, 0x00, 0x80, 0x3f)    
     
    q2  unsigned char __attribute__((ext_vector_type(16)))  
    (0x00, 0x30, 0x97, 0x42, 
     0x00, 0x00, 0x86, 0x40, 
     0x00, 0xc0, 0x16, 0x42, 
     0x00, 0xc0, 0x59, 0x42)    
     
    q10 unsigned char __attribute__((ext_vector_type(16)))  
    (0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
     0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
     0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
     0x00, 0x00, 0x00, 0x00)
    

    q13跟q2乘加到q10,结果却是全0,为何?

    2. 分析

    float特点

    float计算

    float2HEX python转换接口

    import struct
    print struct.unpack('!f', '42f0e666'.decode('hex'))[0]
    print hex(struct.unpack('<I', struct.pack('<f', 120.45))[0])
    
    >>> 120.449996948
    >>> 0x42f0e666
    

    3. 结论

    Arch64:

    v10中的v10.s[0]:0x00, 0x00, 0x80, 0x3f,转换成 HEX 就是 0x3f800000,对应的bin值是:

    0011 1111 1000 0000 0000 0000 0000 0000(32bit)

    float计算就是这么算的(参考wiki):


    转换例子:

    [0]011 1111 1000 0000 0000 0000 0000 0000
    符号 sign = (-1)^0 = +1
    
    0[011 1111 1]000 0000 0000 0000 0000 0000
    指数 exponent = (-127) + 127 = 0
    
    0011 1111 1[000 0000 0000 0000 0000 0000]
    尾数 fraction = 1 + (0*2^-1 + 0*2^-2 + 0*2^-3 + ....)= 1.0
    
    float value = (+1) * 1.0 * 2^0 = 1.0
    

    因此v10中的全是1.0,乘以v14后累加到v16中当然就是v14的浮点值咯!(ps. v16初始化为0了的)

    注意:NEON寄存器中数据的顺序低位在前,高位在后,在每个数据单元中高位在前低位在后,如上例所述。

    Arch32:

    q10之所以全为0,是因为:
    #0x3f800000 * #0x42973000 = #0x1084 8068 [0000 0000]我们是以单精度也就是32bit来进行运算的,因此这里的结果值显然是溢出了(需要64bit方能存储完全),对溢出的处理默认是截取低32bit就好,这里的低32bit就刚好是0,因此就出现了两个int值相乘结果为0的“假像”,背后的本质就是值溢出,硬件截断数值。

        "mov w5, #0x0000 \n"
        "movk w5, #0x3f80, LSL #16 \n"
        //  "mov w5, #0x3f800000 \n"
        "mov v0.s[0], w5 \n"
        "mov v0.s[1], w5 \n"
        "mov v0.s[2], w5 \n"
        "mov v0.s[3], w5 \n"
        
        
        
        "mov w6, #0x3000 \n"
        "movk w6, #0x4297, LSL #16 \n"
        // "mov w6, #0x42973000 \n"
        "mov v1.s[0], w6 \n"
        "mov v1.s[1], w6 \n"
        "mov v1.s[2], w6 \n"
        "mov v1.s[3], w6 \n"
        
        "eor v2.8b, v2.8b, v2.8b \n"
        "mla v2.4s, v0.4s, v1.4s \n"
    

    ps. 上述在Arch64下的mla等价于Arch32下的VMLA.u32

    附录·mov指令

    mov的一些基本概念:

    "mov w5, #0x3f800000 \n"
    "mov v0.s[0], w5 \n"
    "mov v0.s[1], w5 \n"
    "mov v0.s[2], w5 \n"
    "mov v0.s[3], w5 \n"
    
    v0 (0x00, 0x00, 0x80, 0x3f, 
        0x00, 0x00, 0x80, 0x3f, 
        0x00, 0x00, 0x80, 0x3f, 
        0x00, 0x00, 0x80, 0x3f) 
        
    这是对的,也就是说立即数搬运只能是16bit宽度,你可以是上16bit也可以是下16bit,但是不能跨越;
    
    
    "mov w5, #0x3f80 \n"
    "mov v0.s[0], w5 \n"
    "mov v0.s[1], w5 \n"
    "mov v0.s[2], w5 \n"
    "mov v0.s[3], w5 \n"
    
    等价于0x00003f80,编译器在前面自动补零;
    
    v0 (0x80, 0x3f, 0x00, 0x00, 
        0x80, 0x3f, 0x00, 0x00, 
        0x80, 0x3f, 0x00, 0x00, 
        0x80, 0x3f, 0x00, 0x00) 
    

    在数据手册里面mov指令明确指示立即数只能是16bit大小的:

    可以看到Operation区域说了搬运的只能是16bit的立即数,因此下面的这个#0x42973000超出范围了(0x42970000则在范围之内,这里会被编译器解释为“高半字:0x4297),搬运直接编译就会报错的:

     "mov w6, #0x42973000 \n"
    

    现在的需求是我们要把32bit跟64bit的立即数搬运到寄存器里面去,但是指令不支持,这个怎么整?

    看下这个是A64下的通用指令集,有MOVN、MOVK、MOVZ是可以加移位操作的(ps.单纯的mov指令是不可移位的哈,注意);

    这三个指令有什么区别呢?

    • movn就是移位之后,整个w寄存器都反转了
    "movn w6, #0x1, LSL #16 \n"
        
    w6: 0xfffeffff
    
    • movz就是移位之后置零,移出来的空位就置零了;
    "movn w6, #0x1, LSL #16 \n"
    
    w6: 0x00010000
    
    • movk就是移出来的空位保持原样;

    这也就是说我们先把低16bit立即数移动到w寄存器,然后用movk的方式移动高16bit就好啦!

    "mov  w6, #0x3000          \n" //先搬运下半16bit;
    "movk w6, #0x4297, LSL #16 \n" //搬运上半16bit,同时不影响下半16bit;
    
    w6: 0x42973000
    
    MOVK

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