NEON快速入门

1.简介

没有长篇大论，只用于NEON快速入门！
SIMD：

• 单指令处理多个数据的并行技术
• 例如在C语言中对一个int[8]的数组里每一个数都执行加1操作，SIMD技术可以通过一条add指令并行处理；而通常我们自己写for循环需要执行8次add才能完成，耗时更多

NEON：

• 一种基于SIMD并适用于ARM的技术，从ARM-V7开始被采用，目前可以在ARM Cortex-A和Cortex-R系列处理器中使用
• 寄存器，用于存放需要操作的数据；16个128bit的寄存器（128bit代表最大长度，对于int类型数据，能存放4个，对于char类型数据能存放16个，也就是说我能直接把int[4]或者char[16]直接放到128bit的寄存器中）、32个64bit寄存器
• 支持的数据类型，上官网查询
• 常用操作：加减乘除，数据之间的读写等

2.简单实例

实例内容：两个长度为5000的int型数组相加，把每个结果存入另一个长度为5000的数组当中，对比纯C语言实现和NEON实现的性能。
纯C实现函数：平平无奇，谁都能写

void add_int_c(int* dst, int* src1, int* src2, int count)
{
  int i;
  for (i = 0; i < count; i++)
    dst[i] = src1[i] + src2[i];
}

NEON实现函数：
int32x4_t in1, in2, out：用于存放4个int型数据的变量，int32x4_t是一个数据类型声明（和int效果一致），类似的还有int16x8_t（用于存放8个short类型数据）、int8x16_t（用于存放16个char类型数据），更详细的去官网查询
in1 = vld1q_s32(src1)：将指针src1的4个数据加载到in1当中，vld1q_s32用于加载int型的数据，并且只会是4个数据，其余类型的加载函数自行查询，但都是相对应的
src1 += 4：数据加载完成后，指针向后移动4位，用于后续数据加载
out = vaddq_s32(in1, in2)：执行in1和in2两个向量相加操作，并存入out中
vst1q_s32(dst, out)：将out里的数据存入dst指针指向的内存中
完毕！

void add_int_neon(int* dst, int* src1, int* src2, int count)
{
    int i;
    for (i = 0; i < count; i += 4)
    {
        int32x4_t in1, in2, out;
        in1 = vld1q_s32(src1);
        src1 += 4;
        in2 = vld1q_s32(src2);
        src2 += 4;
        out = vaddq_s32(in1, in2);
        vst1q_s32(dst, out);
        dst += 4;
    }
}

整体代码

#include
#include
#include
#include

void add_int_c(int* dst, int* src1, int* src2, int count)
{
  int i;
  for (i = 0; i < count; i++)
    dst[i] = src1[i] + src2[i];
}

void add_int_neon(int* dst, int* src1, int* src2, int count)
{
    int i;
    for (i = 0; i < count; i += 4)
    {
        int32x4_t in1, in2, out;
        in1 = vld1q_s32(src1);
        src1 += 4;
        in2 = vld1q_s32(src2);
        src2 += 4;
        out = vaddq_s32(in1, in2);
        vst1q_s32(dst, out);
        dst += 4;
    }
}

int main()
{
    /* 数据内存分配，初始化 */
    int size = 5000;
    int *dst = (int*)malloc(size * sizeof(int));
    int *src1 = (int*)malloc(size * sizeof(int));
    int *src2 = (int*)malloc(size * sizeof(int));

    for(int i = 0; i < size; i++)
    {
        src1[i] = i;
        src2[i] = i;
    }

    /* 时间初始化 */
    struct timespec time1_img = {0, 0};
    struct timespec time2_img = {0, 0};
    clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &time1_img);

    for(int i = 0; i < size; i++)
    {
        add_int_c(dst, src1, src2, size);
    }
    clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &time2_img);
    printf("C time:%d ms\n", (time2_img.tv_sec - time1_img.tv_sec)*1000 + (time2_img.tv_nsec - time1_img.tv_nsec)/1000000);

    printf("dst[0]:%d\n", dst[0]);
    memset(dst, 0, size);

    clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &time1_img);
    for(int i = 0; i < size; i++)
    {
        add_int_neon(dst, src1, src2, size);
    }
    clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &time2_img);
    printf("Neon time:%d ms\n", (time2_img.tv_sec - time1_img.tv_sec)*1000 + (time2_img.tv_nsec - time1_img.tv_nsec)/1000000);
    printf("dst[0]:%d\n", dst[0]);

    free(dst);
    free(src1);
    free(src2);

    return 0;
}

Makefile

CC	= @echo " GCC	$@"; $(CROSS)gcc

CROSS = arm-xmv2-linux-
CFLAGS += -mcpu=cortex-a9 -mfloat-abi=softfp  -mfpu=neon -mno-unaligned-access -fno-aggressive-loop-optimizations -flax-vector-conversions -fsigned-char -fopenmp
CFLAGS += -std=gnu99 -Wall -O2

TESTSOURCE = $(wildcard ./main.c)
TESTTARGET = main.out

TARGET = $(TESTTARGET) 

all:$(TARGET)

$(TESTTARGET):
	$(CC) $(CFLAGS) -save-temps -o $(TESTTARGET) $(TESTSOURCE) -lstdc++ -lm

clean:
	rm -f $(TESTTARGET) 

效果对比

3.总结

• demo中可以明显看到程序执行耗时减少一半，效果非常明显
• neon只适用于重复运算，我们只需要找到那些具有重复运算的地方，然后使用neon进行加速
• 第一次看到这些函数非常陌生，多去官网查几次就熟悉了