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NEON优化基础

NEON优化基础

作者: 半笔闪 | 来源:发表于2019-09-28 20:58 被阅读0次

    NEON是ARM处理器的128位SIMD(单指令,多数据)架构扩展,主要是通过用一条指令,执行多个相同的数据计算来进行计算的加速。

    要用NEON进行计算加速编程,首先要明白NEON的几个基本概念:NEON寄存器,NEON数据类型,NEON的指令。下面先贴一段有关neon优化的程序,以下面的例子作分析。

    
    #include <iostream>
    #include <arm_neon.h> //需包含的头文件
    using namespace std;
     
    float sum_array(float *arr, int len)
    {
        if(NULL == arr || len < 1)
        {
            cout<<"input error\n";
            return 0;
        }
     
        int dim4 = len >> 2; // 数组长度除4整数
        int left4 = len & 3; // 数组长度除4余数
        float32x4_t sum_vec = vdupq_n_f32(0.0);//定义用于暂存累加结果的寄存器且初始化为0
        for (; dim4>0; dim4--, arr+=4) //每次同时访问4个数组元素
        {
            float32x4_t data_vec = vld1q_f32(arr); //依次取4个元素存入寄存器vec
            sum_vec = vaddq_f32(sum_vec, data_vec);//ri = ai + bi 计算两组寄存器对应元素之和并存放到相应结果
        }
        float sum = vgetq_lane_f32(sum_vec, 0)+vgetq_lane_f32(sum_vec, 1)+vgetq_lane_f32(sum_vec, 2)+vgetq_lane_f32(sum_vec, 3);//将累加结果寄存器中的所有元素相加得到最终累加值
        for (; left4>0; left4--, arr++)
            sum += (*arr) ;   //对于剩下的少于4的数字,依次计算累加即可
        return sum;
    }
    
    • NEON寄存器
      ARMv7 NEON指令集架构有16个128位的向量寄存器,分别命名为Q0到Q15。这16个寄存器又可以拆分为32个64为的寄存器,分别命名为D0到D31。其中Qn与D2n、D2n+1对应。使用时需注意寄存器覆盖。

    • NEON数据类型
      从上面的那段程序可以看到除了int,float这样的c的标准的数据类型,还出现了float32x4_t的数据类型,这就是NEON架构中的数据类型。float32x4_t可以理解为vector<float32> (4),依此类推,typexN_t即为vector<type>(N)。

    • NEON的指令
      NEON的指令就是指上面这段代码中vld1q_f32、vgetq_lane_f32之类的操作数据的函数。这些指令的命名时又规律的。
      这些指令的命名方式有两种,第一种是对应的操作数据涉及到标量的。第二种是对应的操作数据只涉及向量的。

    1. 操作数据涉及标量
    vdupq_n_f32 \\ v固定,dup操作符,q操作数据与返回数据的长度表示符,n表示操作数据是标量但返回数据是向量量,f32表示数据类型float32
    vgetq_lane_f32\\ lane表示运算涉及向量的一个元素
    

    总结:v+操作符+长度标识符+n或lane+数据类型
    1)v固定
    2)操作符:操作数据,如加减乘除
    3)长度标识符:
    空:目标向量和操作sh长度都为64位;
    q:源向量和目标向量长度一致都为128位目标向量长度比
    l:源数向量长度大,且源向量长度都为 64 位、目标向量长度为 128 位;
    w:多个源向量长度不一致且都不大于目标向量长度(一个源向量长度为 64 位,另一个为 128 位,目标向量长度为 128 位);
    n:目标向量长度比源向量长度小。
    4)n或lane:
    n:源操作数是标量而返回向量;
    lane:运算涉及向量的一个元素。
    5)数据类型:u8 表示 uint8;u16 表示 uint16;u32 表示 uint32;s8 表示 int8;s16 表示 int16;s32 表示 int32;f32 表示 float32。

    1. 操作数据全是向量
      除了没有n或lane,其他与上面一样。如vaddq_f32,v+add+q+_+f32。

    参考:http://blog.csdn.net/may0324/article/details/72847800
    http://blog.csdn.net/charleslei/article/details/52698220

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