2.1　NEON指令集綜述

NEON是ARM Cortex A系列處理器支持的數(shù)據(jù)并行技術(shù)，和SSE/AVX類似：一條指令以指令級SIMD的方式同時對多個數(shù)據(jù)進行操作，同時，操作的數(shù)據(jù)個數(shù)由向量寄存器的長度和數(shù)據(jù)類型共同決定。NEON SIMD寄存器的長度為128位，如果操作32位浮點數(shù)，可同時操作4個；如果操作16位整數(shù)（short），可同時操作8個；而如果操作8位整數(shù)，則可同時操作16個。可見，選擇合適的數(shù)據(jù)類型也是優(yōu)化性能的重要方法之一，本章中就有相關(guān)的實例。

ARMv7 NEON指令集架構(gòu)具有16個128位的向量寄存器，命名為q0~q15。這16個寄存器又可以拆分成32個64位寄存器，命名為d0~d31。其中q_n和d_2n，d_2n+1是一樣的，故使用匯編編寫代碼時要注意避免產(chǎn)生寄存器覆蓋。

使用NEON指令讀寫數(shù)據(jù)時，不需要保證數(shù)據(jù)對齊到16字節(jié)。GCC支持的NEON指令集的C語言接口（內(nèi)置函數(shù)，intrinsic）聲明在arm_neon.h頭文件中。NEON指令集支持的映射到向量寄存器的向量數(shù)據(jù)類型命名格式為type size x num。

其中：

①type表示元素的數(shù)據(jù)類型，目前只支持float、int和uint。

②size表示每個元素的數(shù)據(jù)長度位數(shù)，float只支持32位浮點數(shù)，int和unit支持8位、16位、32位和64位整數(shù)。

③num表示元素數(shù)目，即向量寄存器的位數(shù)。由于NEON只支持64位和128位向量寄存器，故size和num的乘積只能是64或128。

如uint16x8_t表示每個元素數(shù)據(jù)類型為uint，大小為16位，每個向量保存8個數(shù)，故使用的向量寄存器長度為128位；如float32x4_t表示每個元素的數(shù)據(jù)類型為32位浮點，向量寄存器可操作4個數(shù)據(jù)，故使用128位向量寄存器。

NEON內(nèi)置函數(shù)命名方式有兩種，分別對應源操作數(shù)是否涉及標量，具體解釋如下。

1）源操作數(shù)涉及標量時，數(shù)據(jù)類型表示為v op dt_n/lane_type。

其中：

①n表示源操作數(shù)是標量而返回向量，lane表示運算涉及向量的一個元素。

②op表示操作，如dup、add、sub、mla等。

③dt是目標向量和源向量長度表示符。

·如果目標向量和源向量長度都為64位，dt為空。

·如果源向量和目標向量長度一致都為128位，dt為q。

·如果目標向量長度比源數(shù)向量長度大，且源向量長度都為64位、目標向量長度為128位，dt為l（英文字母，不是數(shù)字1）。

·如果多個源向量長度不一致且都不大于目標向量長度（一個源向量長度為64位，另一個為128位，目標向量長度為128位），dt為w。

·如果目標向量長度比源向量長度小，即目標向量長度dt為n。

④type表示源數(shù)據(jù)類型縮寫，如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。

2）源操作數(shù)全是向量時，數(shù)據(jù)類型表示為v op dt_type，其中op、dt和type的含義和源操作數(shù)為標量時一致。

下面給出幾個實例以增加讀者理解。

1）內(nèi)置函數(shù)vmla_f32表示使用64位向量寄存器操作32位浮點數(shù)據(jù)，即源操作數(shù)使用的向量寄存器和目標操作數(shù)使用的向量寄存器表示都是float32x2_t。

2）內(nèi)置函數(shù)vmlaq_f32表示使用128位向量寄存器操作32位浮點數(shù)據(jù)，即源操作數(shù)使用的向量寄存器和目標操作數(shù)使用的向量表示都是float32x4_t。

3）內(nèi)置函數(shù)vmlal_u32表示使用的目標寄存器是128位向量，源寄存器是64位向量，操作32位無符號整數(shù)。

4）內(nèi)置函數(shù)vaddw_s32表示使用的目標寄存器是128位向量，源寄存器一個是64位向量，一個是128位向量。

5）內(nèi)置函數(shù)vmovn_u64表示目標寄存器是64位向量，源寄存器是128位向量，即同時操作兩個數(shù)。