1、簡介

???????? 微處理器處理數(shù)據(jù)主要分為以下幾種：

Single instruction single data—SISD

Single instruction multiple data(vectormode)—SIMD

Single instruction multiple data(packeddata mode)—SIMD

（1）SISD

???????? 一次指令操作一個數(shù)據(jù)。如下例子4次指令操作才完成8個寄存器相加：

addro, r5

add r1,r6

addr2, r7

addr3, r8

?

（2）SIMD(vector mode)

???????? 一次指令可以處理多個數(shù)據(jù)，但是每個數(shù)據(jù)處理是順序執(zhí)行，如下：

VADD.F32S24, S8, S16

//S24=S8+S16

//S25=S9+S17

//S26=S10+S18

//S27=S11+S19

一個指令，但是數(shù)據(jù)相加是順序執(zhí)行。在ARM上這個也叫Vector Floating Point（VFP）。

（3）SIMD(packed data mode)

???????? 一次指令可以處理多個數(shù)據(jù)，由于使用大寄存器方式可以同時進(jìn)行，如下：

VADD.I16Q10, Q8, Q9

一個指令將兩個64-bit寄存相加，I16表示數(shù)據(jù)類型int16，64-bit= 4 * 16，每個寄存器里4個16-bit lanes獨(dú)立相加，但是同時完成，如圖：

在ARM上這個叫做增強(qiáng)型SIMD技術(shù)或NEON技術(shù)。

2、寄存器信息

???????? 在armv7-A和armv7-R的體系架構(gòu)上基本采用了neon技術(shù)，armv8也支持并與armv7兼容。VFP和NEON共用協(xié)處理器CP10和CP11的指令空間和寄存器，并成為ARM/Thumb指令集的一部分。

???????? NEON寄存器就會是由相同數(shù)據(jù)類型組成的元素向量，一個寄存器（即一個向量）劃分為多個管道，每個管道包含一個數(shù)據(jù)元素。每個neon指令就是這些管道元素并行操作，且互相不影響。Neon劃分為兩種向量：64-bit NEON vectors（doubleword簡稱D寄存器）和128-bit NEON vectors（quadword簡稱Q寄存器）。

64-bit NEON vectors包含：

8個8-bit elements（即8個管道，每個管道可以包含8bit的數(shù)據(jù)元素）

4個16-bit elements

2個32-bit elements

1個64-bit elements

128-bit NEONvectors包含：

16個8-bit elements

8個16-bit elments

4個32-bit elements

2個64-bit elements

???????? 這樣劃分就可以neon用在不同場景：像素處理8-bit，顏色處理16-bit等。

管道lane和元素element關(guān)系

執(zhí)行neon指令：VADD.I16 Q0, Q1, Q2，Q代表128-bit寄存器，I16代表16-bit，這句話就是8個16-bit lanes的128-bit向量寄存器相加，如圖所示：

???????? VFP和NEON是共享寄存器空間，因此寄存器存是重疊的，如圖所示：

Neon 寄存器單元：

16個128-bit Q 寄存器，Q0~Q15

32個64-bit D寄存器，D0~D31

VFPv3-D32:

32個64-bit D寄存器，D0~D31

VFPv2或VFPv3-16：

16個64-bit D寄存器，D0~D15

VFP：

16個32-bit S寄存器

neon單元可以訪問Q0寄存器作為一個128-bit寄存器

neon單元可以訪問Q0寄存器作為兩個64-bit寄存器D0和D1

neon不能范圍32-bit的S寄存器，但VFP可以訪問32-bit

???????? 下表是neon支持的數(shù)據(jù)類型：

?

3、neon使用方法

（1）匯編

???????? 通過匯編直接時鐘neon指令：

.text

.arm

.global double_elements

double_elements:

vadd.i32 q0,q0,q0

bx? lr

.end

arm-hisiv300-linux-as -mfloat-abi=softfp-mfpu=neon-vfpv4 neon_as.S

m-hisiv300-linux-as -mfloat-abi=softfp-mfpu=neon-vfpv4 neon_as.S

該種方式效率最高，但是難度大，移植性差

?

（2）使用arm提供的Intrinsics函數(shù)

???????? 可以認(rèn)為是內(nèi)聯(lián)函數(shù)，但是在編譯時編譯器會將函數(shù)轉(zhuǎn)化為neon指令。調(diào)用該函數(shù)需要包含頭文件arm_neon.h，該頭文件包含了neon各種操作函數(shù)，具體可以該頭文件arm-hisiv300-linux/lib/gcc/arm-hisiv300-linux-uclibcgnueabi/4.8.3/include/arm_neon.h或參考文檔《neon_programmers_guide.pdf》附錄D。

簡單例子：

#include <arm_neon.h>

uint32x4_t double_elements(uint32x4_tinput)

{

???????? return(vaddq_u32(input,input));

}

arm-hisiv300-linux-gcc -mfloat-abi=softfp-mfpu=neon-vfpv4 -c neon_in.c

匯編結(jié)果如下：

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（3）自動化向量（實(shí)際驗(yàn)證未通過）

???????? 該方式需要對指針參數(shù)添加__restrict（用于限定和約束指針，表明指針是訪問一個數(shù)據(jù)對象的唯一且初始的方式）。簡單例子：

void add_ints(int * __restrictpa, int * __restrict pb, unsigned int n, int x)

{

???????? unsigned int i;

???????? for(i = 0; i < (n & ~3); i++)

?????????????????? pa[i] = pb[i] + x;

}

void add_floats(float *__restrict pa, float * __restrict pb, unsigned int n, float x)

{

??? unsigned int i;

??? for(i = 0; i < (n & ~3); i++)

??????? pa[i] = pb[i] + x;

}

arm-hisiv300-linux-gcc -mfloat-abi=softfp -mfpu=neon-vfpv4-ftree-vectorize?-ftree-vectorizer-verbose=1 -c neon_av.c

匯編如下:

???????? 該方法浮點(diǎn)運(yùn)算會自動轉(zhuǎn)化為neon指令，而整型則不會。從第二小節(jié)可以知道neon支持整型操作，而實(shí)際圖像，顏色等都是整形數(shù)的，該方法對于這些操作就無法發(fā)揮neon指令優(yōu)勢。

?

（4）使用第三方優(yōu)化庫

???????? 以下列舉了已經(jīng)用neon優(yōu)化過的庫，編譯時加入neon參數(shù)，然后調(diào)用相應(yīng)接口進(jìn)行操作。

A．Ne10

官網(wǎng)：http://projectne10.github.com/Ne10/

git地址：https://github.com/projectNe10/Ne10

C接口函數(shù)提供了匯編和常用處理方法

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B．OpenMAX DL

???????? 地址：http://www.khronos.org/openmax/ 網(wǎng)站無法打開

OpenMAX由Khronosgroup(也是open Gl制定者)制定的開放多媒體加速層，是一個不需要授權(quán)、跨平臺的軟件抽象層，以C語言實(shí)現(xiàn)的軟件接口，提供了一下系列處理音頻、視頻、靜態(tài)圖片的API。

OpenMAX自上而下分為三個層次：OpenMAX AL，OpenMAXIL和OpenMAX DL。

OpenMAX AL:Application Layer，應(yīng)用和多媒體中間層的標(biāo)準(zhǔn)接口，使得應(yīng)用在多媒體接口上具有了可移植性

OpenMAX IL: Integration Layer，作為在嵌入式和移動設(shè)備中使用的audio,video,images codecs的底層接口。使得AP和多媒體框架可以以統(tǒng)一的方式訪問多媒體codec和支持組件。Codec可以是硬件和軟件的任意組合，對用戶透明。

OpenMAX DL: Development Layer，最底層使用neon進(jìn)行了優(yōu)化

?

C．ffmpeg

官網(wǎng)：http://ffmpeg.org/

git地址：https://github.com/FFmpeg/FFmpeg

???????? FFmpeg是一套可以用來記錄、轉(zhuǎn)換數(shù)字音頻、視頻，并能將其轉(zhuǎn)化為流的開源計(jì)算機(jī)程序。采用LGPL或GPL許可證。它提供了錄制、轉(zhuǎn)換以及流化音視頻的完整解決方案。它包含了非常先進(jìn)的音頻/視頻編解碼庫libavcodec，為了保證高可移植性和編解碼質(zhì)量，libavcodec里很多code都是從頭開發(fā)的。

?????? 功能包括視頻采集功能、視頻格式轉(zhuǎn)換、視頻抓圖、給視頻加水印等。

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D．Eigen3

?????? 官網(wǎng)：http://eigen.tuxfamily.org/

?????? Github：https://github.com/artsy/eigen

?????? Eigen是一個高層次的C ++庫，有效支持線性代數(shù)，矩陣和矢量運(yùn)算，數(shù)值分析及其相關(guān)的算法

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E．Pixman

?????? 官網(wǎng)：http://pixman.org/

?????? 2D圖形庫

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F．x264

?????? 官網(wǎng)：http://www.videolan.org/developers/x264.html

?

G．Math-neon

?????? 官網(wǎng)：http://code.google.com/p/math-neon/

??????

?

（5）hi3536 目前使用neon的方法

?????? 目前，我們只是編譯時添加了參數(shù)，未做其他處理：

CFLAGS +=-mfloat-abi=softfp -mfpu=neon-vfpv4 -mno-unaligned-access-fno-aggressive-loop-optimizations。簡單例子;

float sum1(floata, float b)

{

?????? return (a+b);

}

int sum2(int a,int b)

{

?????? return (a+b);

}

arm-hisiv300-linux-gcc -mfloat-abi=softfp -mfpu=neon-vfpv4-c neon.c

匯編如下：

也是對浮點(diǎn)進(jìn)行了neon操作，而整型是保持不變的。

?????? 因此使用的是第三種自動化向量的方法。

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4、neon應(yīng)用例子

?????? 在《neon_programmers_guide.pdf》文檔中舉了好多個neon使用的例子：

A．交換RGB顏色通道

B．處理非對齊數(shù)組

C．矩陣計(jì)算

D．向量積

E．轉(zhuǎn)換色彩深度

F．中值濾波

G．FIR濾波

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5、官方參考文檔

?????? Neon資料比價少，在arm官網(wǎng)上可以查到如下幾個資料，第一個是詳細(xì)說明。

《neon_programmers_guide.pdf》

《introducing_neon.pdf》

《neon_support_in_compilation_tools.pdf》

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的NEON技术粗浅认识的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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