NEON优化基础

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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