【NEON 】初探

NEON

文章目录

• • NEON
  • • 1 neon窥探
    • • 1.1 neon用途
      • 1.2 neon处理机制
      • 1.3 neon发展历程中的优缺点对比
      • 1.4 为什么使用neon
      • 1.5 Armv7/v8详细差异
      • 1.6 Register寄存器
      • 1.7 指令系统间的关系与1.3相似
    • 2 neon 使用
    • • 2.1 neon 指令格式
      • 2.2 AArch64 NEON 指令语法
      • 2.3 NEON 指令

1 neon窥探

参考资料

1.1 neon用途

NEON 技术是适用于Arm Cortex-A 系列处理器的高级 SIMD（单指令多数据）架构。它可以加速多媒体和信号处理算法，例如视频编码器/解码器、2D/3D 图形、游戏、音频和语音处理、图像处理、电话和声音。

1.2 neon处理机制

NEON 指令执行“Packed SIMD”处理：

1. 寄存器被视为相同数据类型元素的向量
2. 数据类型可以是： ARM 32 位平台上的有符号/无符号 8 位、16 位、32 位、64 位、单精度浮点、单精度浮点和双精度浮点指向 ARM 64 位平台。
3. 指令在所有通道中执行相同的操作

1.3 neon发展历程中的优缺点对比

Armv6:

1. 在 32 位通用 ARM 寄存器上运行
2. 8 位/16 位整数
3. 每条指令 2x16 位/4x8 位操作

Armv7-A:

1. 独立的寄存器组，32x64 位 NEON 寄存器
2. 8/16/32/64 位整数
3. 单精度浮点数
4. 每条指令最多 16x8 位操作

Armv8-A AArch64:

1. 独立的寄存器组，32x128 位 NEON 寄存器
2. 8/16/32/64 位整数
3. 单精度浮点数
4. 双精度浮点，两者都符合IEEE
5. 每条指令最多 16x8 位操作

1.4 为什么使用neon

1. 对整数和浮点运算的支持确保了广泛的应用程序的适应性，从编解码器到高性能计算再到 3D 图形。
2. 与 Arm 处理器的紧密耦合提供单一指令流和统一的内存视图，以更简单的工具流程呈现单一开发平台目标

1.5 Armv7/v8详细差异

Armv8-A 是对 Arm 架构的根本性改变。它支持称为“AArch64”的 64 位执行状态和新的 64 位指令集“A64”。为了提供与 Armv7-A（32 位架构）指令集的兼容性，提供了 Armv8-A“AArch32”的 32 位变体。大多数现有的 Armv7-A 代码都可以在 Armv8-A 的 AArch32 执行状态下运行。

本节比较了 Armv7-A 和 Armv8-A 架构的 NEON 相关特性。另外，NEON编程中经常用到的通用Arm寄存器和Arm指令也会被提及。但是，重点仍然是 NEON 技术。

1.6 Register寄存器

Armv7-A 和 AArch32 具有相同的通用 Arm 寄存器——16 x 32 位通用 Arm 寄存器 (R0-R15)。

Armv7-A 和 AArch32 具有 32 x 64 位 NEON 寄存器 (D0-D31)。这些寄存器也可以视为 16x128 位寄存器 (Q0-Q15)。每个 Q0-Q15 寄存器映射到一对 D 寄存器，如下图所示。

相比之下，AArch64 有 31 个 64 位通用 Arm 寄存器和 1 个具有不同名称的特殊寄存器，具体取决于使用它的上下文。这些寄存器可以被视为 31 x 64 位寄存器 (X0-X30) 或 31 x 32 位寄存器 (W0-W30)。

AArch64 有 32 x 128 位 NEON 寄存器 (V0-V31)。这些寄存器也可以被视为 32 位 Sn 寄存器或 64 位 Dn 寄存器。

1.7 指令系统间的关系与1.3相似

下图说明了 Armv7-A、Armv8-A AArch32 和 Armv8-A AArch64 指令集之间的关系。

Armv8-A AArch32指令集由A32（Arm指令集，32位定长指令集）和T32（Thumb指令集，16位定长指令集；Thumb2指令集，16或32位长指令集）组成指令系统）。它是 Armv7-A 指令集的超集，因此它保留了运行现有软件所需的向后兼容性。对 A32 和 T32 进行了一些添加以保持与 A64 指令集的对齐，包括 NEON 除法和加密扩展指令。还支持 NEON 双精度浮点（符合 IEEE）。

2 neon 使用

2.1 neon 指令格式

Armv7-A/AArch32 指令语法

Armv7-A/AAArch32 NEON 指令（与 VFP 一样）的所有助记符都以字母“V”开头。指令通常能够对不同的数据类型进行操作，这在指令编码中指定。尺寸用指令的后缀表示。元素的数量由指定的寄存器大小和操作的数据类型指示。指令具有以下一般格式：
指令具有以下一般格式：

V{<mod>}<op>{<shape>}{<cond>}{.<dt>}{<dest>}, src1, src2

其中：
== mod 修饰符
Q：指令采用饱和算法，使结果在指定数据类型范围内饱和，如VQABS、VQSHL等。
H：指令将结果减半。它通过右移一位（实际上是除以二并截断）来实现，例如 VHADD、VHSUB。
D：指令将结果加倍，如VQDMULL、VQDMLAL、VQDMLSL和VQ{R}DMULH
R：指令会对结果进行四舍五入，相当于在截断前给结果加0.5，如VRHADD、VRSHR。
op - 操作（例如，ADD、SUB、MUL）。==

<cond> - Condition, used with IT instruction

<.dt> - Data type, such as s8, u8, f32 etc.

<dest> - Destination

<src1> - Source operand 1

<src2> - Source operand 2

注： {} represents and optional parameter.代表可选参数。

Neon 数据处理指令通常有 Normal、Long、Wide 和 Narrow 变体。（注：vector对应32bit）

2.2 AArch64 NEON 指令语法

在 AArch64 执行状态下，NEON 指令的语法发生了变化。它可以描述如下：

{<prefix>}<op>{<suffix>} Vd.<T>, Vn.<T>, Vm.<T>

其中：

<prefix> - prefix, such as using S/U/F/P to represent signed/unsigned/float/bool data type.

<op> – operation, such as ADD, AND etc.

<suffix> - suffix

P: “pairwise” operations, such as ADDP.
V: the new reduction (across-all-lanes) operations, such as FMAXV.
2：new widening/narrowing “second part” instructions, such as ADDHN2, SADDL2.

ADDHN2：将两个 128 位向量相加，产生一个 64 位向量结果，作为 NEON 寄存器的高 64 位部分存储。

SADDL2：将NEON寄存器的两个高64位向量相加，产生128位向量结果。

<T> - 数据类型，8B/16B/4H/8H/2S/4S/2D。
B 代表字节（8 位）。H 代表半字（16 位）。S 代表字（32 位）。D 代表一个双字（64 位）。
将两个 128 位向量相加，产生一个 64 位向量结果，作为 NEON 寄存器的高 64 位部分存储。

例如：

UADDLP    V0.8H, V0.16B

FADD V0.4S, V0.4S, V0.4S

2.3 NEON 指令

标签：32,初探,NEON,指令,64,寄存器,neon
来源： https://blog.csdn.net/Darlingqiang/article/details/118853284