ARM NEON 指令-编程知识

ARM NEON 指令

NEON指令

按照操作数类型可以分为正常指令、宽指令、窄指令、饱和指令、长指令。

正常指令：生成大小相同且类型通常与操作数向量相同到结果向量。
长指令：对双字向量操作数执行运算，生产四字向量到结果。所生成的元素一般是操作数元素宽度到两倍，并属于同一类型。L标记，如VMOVL。
宽指令：一个双字向量操作数和一个四字向量操作数执行运算，生成四字向量结果。W标记，如VADDW。
窄指令：四字向量操作数执行运算，并生成双字向量结果，所生成的元素一般是操作数元素宽度的一半。N标记，如VMOVN。
饱和指令：当超过数据类型指定到范围则自动限制在该范围内。Q标记，如VQSHRUN

指令的格式理解

NEON指令中有的加q，有的不加q，有何区别？

操作符后的q，如vmulq, 表示128位满位宽寄存器运算
v后的q，如vqrdmulh，q表示饱和运算，溢位后，为自动限制在数据类型的最大范围内。
rdmul表示向量与标量进行加倍乘运算的具体操作意义。
hq表示高位饱和，lq表示低位饱和。

int16x8_t vqaddq_s16 (int16x8_t, int16x8_t)和int16x4_t vqadd_s16 (int16x4_t, int16x4_t)中vqaddq_s16和vqadd_s16各个字段的解释如下：

第一个字母’v’指明是vector向量指令，也就是NEON指令；
第二个字母’q’指明是饱和指令，即后续的加法结果会自动饱和；
第三个字段’add’指明是加法指令；
第四个字段’q’指明操作寄存器宽度，为’q’时操作QWORD, 为128位；未指明时操作寄存器为DWORD，为64位；
第五个字段’s16’指明操作的基本单元为有符号16位整数，其最大表示范围为-32768 ~ 32767；
形参和返回值类型约定与C语言一致。

其它助记符包括:

l 长指令，数据扩展
w 宽指令，数据对齐
n 窄指令, 数据压缩

NEON变量的命名规则

没有统一的规则，如果想要规范些，可采用以下命名方式。变量类型变量名：vTNnVar

解释

v，表示向量运算
T，表示变量的类型，分别用s表示有符号整型，u表示无符号整型，f表示浮点
N，表示变量元素所占位宽，如s32,u16,f32中的数字即N，表示元素占位
n，表示向量线元素结构，如x4，x4x2
Var，表示变量自定义的名字

vld1 格式

Result_t vld1_type(Scalar_t* N);
Result_t vld1q_type(Scalar_t* N);

这个指令的作用是从内存加载到向量中

例子：

vld1q_u16

是一个 ARM NEON 指令，用于加载一组连续的 16 位无符号整数（uint16_t）值到一个 128 位的 NEON 寄存器。从内存中读取连续的 8 个 16 位无符号整数值，并将它们存储到一个 NEON 寄存器中。ptr 是一个指向这些值的内存地址的指针

uint16_t *src = image_src;
uint16x8_t vsrc;
vsrc = vld1q_u16(src);

vdup_n 格式

vdup_n_type(Scalar_t N)：将标量值 N 复制到一个 64 位的 NEON 向量寄存器中，并将其扩展为给定类型的元素。
vdupq_n_type(Scalar_t N)：将标量值 N 复制到一个 128 位的 NEON 向量寄存器中，并将其扩展为给定类型的元素

这个指令的作用是创建一个具有相同值的向量，其中每个元素都等于给定的标量值。例如，如果使用 VDUPQ_N 指令将标量值 5 复制到一个 128 位的 NEON 向量寄存器中，那么该向量的每个元素都将被设置为 5。使用 VDUPQ_N 指令可以方便地初始化向量寄存器，生成常量向量或将标量值扩展为向量形式。这对于需要对向量中的每个元素执行相同操作的情况非常有用，并且可以提高数据处理的效率

例如：

uint16x8_t q0 = vdupq_n_u16(UINT16_MAX);//初始化创建

vst1格式

void vst1_type(Scalar_t* N, Vector_t M);
void vst1q_type(Scalar_t* N, Vector_t M);
存储向量到内存

例子


uint8x8_t v; // define v as a vector with 8 lanes of 8-bit data
unsigned char A[8]; // allocate memory for eight 8-bit data
v = vcreate_u8(0x0102030405060708); // create a vector that contains the values
// 1,2,3,4,5,6,7,8
vst1_u8(A, v); // store the vector to memory, in this case, to array A

arm_neon.h 支持的操作
add 加法
mul 乘法
sub 减法
mla 乘加
mls 乘减
ceq 比较，类似与 ==
cge 比较，类似与 >=
cle 比较，类似与 <=
cgt 比较，类似与 >
clt 比较，类似与 <
tst 做与运算后，判断是否等于0 ,ri = (ai & bi != 0) ? 1…1:0…0;
abd 两个向量相减后的绝对值，vabd -> ri = |ai - bi|;
max 求最大值，ri = ai >= bi ? ai : bi;
min 求最小值，ri = ai >= bi ? bi : ai;
shl 左移位， ri = ai << b;
shr 右移位， ri = ai >> b;
abs 求绝对值，ri = |ai|;
neg 取反，ri = -ai;
mvn 按位取反，ri = ~ai;
and 与运算，ri = ai & bi;
orr 或运算，ri = ai | bi;
eor 异或运算，ri = ai ^ bi;
cls 计算连续相同的位数
get 取值，从向量中取出一个值，所谓的向量可以认为是一个数组，给数组中的某个元素赋值
set 赋值，给向量中赋值
dup 构造一个向量，并赋上初始值，ri = a;
combine 合并操作，把两个向量合并
mov 改变数据类型，数据范围，比如把u8 变成u16，或者u16变成u8
zip 压缩操作
uzp 解压操作
ld1 加载数据，给定的buffer 指针中拷贝数据，注意是ld后面的是数字1，而不是字母l
st1 拷贝数据，将neon数据类型拷贝到指定buffer中