NEON的Registers, vectors, lanes and elements

NEON的Registers, vectors, lanes and elements

NEON指令和浮点指令使用相同的寄存器文件，称之为“NEON和浮点寄存器文件”。

它跟ARM core 寄存器文件完全区分开。NEON和浮点寄存器文件是一组可以作为32-bit、64-bit或128-bit的寄存器来访问。对于一个指令，哪个寄存器是可用的依赖于它是一个NEON指令还是一个VFP指令。本文把NEON和浮点寄存器作为NEON寄存器。一些VFP和NEON指令在通用寄存器和NEON寄存器之间移动数据，或使用ARM通用寄存器来寻址内存。

NEON寄存器的内存是相同数据类型的元素向量。一个向量被分割成通道(lanes)，每个通道包含一个数值，称之为“元素”。

通常，每个NEON指令会并行执行n个操作，这里的n是输入向量分割成的通道的个数。每个操作包含在通道内。不会考虑到一个通道到另一个通道间的进位或溢出。

一个NEON向量的通道的个数依赖于向量的大小和向量中的数值元素：

1. 64-bitNEON向量可以包含：

1. 8x8-bit
2. 4x16-bit
3. 2x32-bit
4. 1x64-bit

1. 128-bitNEON向量可以包含：

1. 16x8-bit
2. 8x16-bit
3. 4x32-bit
4. 2x64-bit

元素排序

图1-1 显示了向量中的元素的排序，从最低位开始。这意味着，元素0使用了寄存器的最低有效位。

图 1-1  元素与通道

图 1-2显示了 VADD.I16 Q0, Q1, Q2 指令是如何并行执行Q1和Q2内的8x16-bit整数add操作，把结果保存到Q0中。

图 1-2  8 way 16-bit integer add operation

​​​​​​​Register overlap

图 1-3 显示NEON和浮点寄存器文件，寄存器怎样重叠的。

NEON单元把寄存器文件看作：

1. 16个 128-bit Q，或 4字，寄存器，Q0-Q15。
2. 32个64-bit D，或双字，寄存器，D0-D31。(16个 64-bit D 寄存器VFPv3-D16)。

D寄存器的映射为：

1. D<2n>映射为Q的低半部分；
2. D<2n+1>映射为Q的高半部分；

1. Q和D寄存的结合
2. NEON单元寄存器不能直接访问一个32-bit VFP S寄存器。见NEON和浮点寄存器文件的VFP 角度。

1.  S<2n>映射到 D的低半部分；
2. S<2n+1>映射到D的高半部分。

图 1-3   NEON and floating-point register file

所有这些寄存器在任何时候都能访问。软件并不需要精确地在它们之间切换，因为使用的指令会决定合适的view。

在图 1-4 中，S\D和Q寄存器是相同寄存器Q0的不同view。：

1. NEON单元可以把Q0作为一个128-bit寄存器访问。
2. NEON单元可以把Q0作为2个连续的64-bit寄存器D0和D1来访问。
3. NEON单元不能单独把Q0作为32-bit S 寄存器访问。如果存在VFP单元，可以把它当作S0、S1、S2和S3来访问。

图 1-4   Register overlap

​​​​​​​Scalar data

标量数据是指一个单一数值，而不是一个包含多个值的向量。一些NEON指令使用一个标量操作符。一个寄存器内的标量可以通过到向量的index来访问。用于访问向量的单个元素的数组标识是 Dm[x]或 Qm[x]，其中， x是向量 Dm或 Qm的索引。

指令  VMOV.8 D0[3], R3  移动寄存器R3中的最低有效字节到寄存器D0的第四个字节中。

图 1-5  Moving a scalar to a lane

NEON标量可以是8-bit、16-bit、32-bit或64-bit值。与乘法指令不同，访问标量的指令可以访问寄存器文件中的任何元素。

乘法指令只能允许16-bit或32-bit标量，并且只能访问寄存器文件中的前32个标量：

1. 16-bit标量限制在寄存器 D0[x]-D7[x]，x的范围是0到3。
2. 32-bit标量限制在寄存器 D0[x]-D15[x]，x的范围是0到1.