ARMv8-A编程指导之ARMv8寄存器（4）

6 NEON和浮点寄存器

        除了通用寄存器，ARMv8也有32个128bit浮点寄存器标号位V0~V31。这32个寄存器用来保持标量浮点指令的浮点操作符以及NEON操作的同时标量和向量操作符。NEON和浮点寄存器也在Chapter 7 AArch64 Floating-point and NEON中覆盖。

6.1 AArch64中的浮点寄存器组织

        在运行在标量数据上的NEON和浮点指令，NEON寄存器的行为与主通用数字寄存器类似。因此，仅最低位可被访问，在读时不使用的高位被忽略，在写时被设置为0。

        标量浮点和NEON名字表明最重要的位数，如下所示，n位寄存器number 0~31。

Operand name for differently sized floats

Precision	Size(bits)	Name
Half	16	Hn
Single	32	Sn
Double	64	Dn

NOTE: 16位浮点已经支持，但仅作为一种格式被转化。它不支持数据处理操作。

        F前缀和浮点大小由浮点ADD指令指明：

FADD Sd,Sn,Sm
FADD Dd,Dn,Dm

半精度浮点指令用于不同大小间的转换：

FCVT Sd,Hn
FCVT Dd,Hn
FCVT Hd,Sn
FCVT Hd,Dn

 6.2 标量寄存器大小

        在AArch64中，整数标量的映射已经从ARMv7-A到下图显示的映射中：

         上图中S0为D0的下半部分，S0为Q0的下半部分。S1为D1的下半部分，S1为Q1的下半部分，依次类推。这减少了编译器在自动矢量高级别代码中的很多问题。

（1）Q寄存器的低64位可以被看作D0~D31，32个64位寄存器用于浮点和NEON。

（2）Q寄存器的低32位可以被看作S0~S31，32个32位寄存器用于浮点和NEON。

（3）S寄存器的低16位可以被看作H0~H31，32个16位寄存器用于浮点和NEON。

（4）H寄存器的低8位可以被看作B0~B31，32个8位寄存器用于浮点和NEON。

NOTE: 这些寄存器组的低位在这种情况被使用。寄存器空间的其他的部分在读时被忽略，当写时被填0。

        这种映射的一个结果是如果运行在AArch64上的程序被从AArch32执行中解析为D或S寄存器。然后程序必须在使用之前从V寄存器中拆分出D或S寄存器。

        对于标量ADD指令：

ADD Vd,Vn，Vm

比如，大小为32位，指令可以为：

ADD Sd,Sn,Sm

Word size	Size	Name
Byte	8	Bn
Halfword	16	Hn
Word	32	Sn
DoubleWord	64	Dn
Quadword	128	Qn

6.3 矢量寄存器大小

        矢量可以为一个或多个element的64bit宽或二个或多个element的128bit宽如下图所示：

        对于ADD矢量指令：

ADD Vd.T,Vn.T,Vm.T

        对于32位矢量，带4lane，指令变成：

Operand name for differently sized floats

Name	Shape
Vn.8B	8lane，每个包含8bit element
Vn.16B	16lane，每个包含8bit element
Vn.4H	4lane，每个包含16bit element
Vn.8H	8lane，每个包含16bit element
Vn.2S	2lane，每个包含32bit element
Vn.4S	4lane，每个包含32bit element
Vn.1D	1lane，每个包含64bit element
Vn.2D	2lane，每个包含64bit element

        当这些寄存器被用于某种指令格式时，名称必须能够值得表明数据形状。更特殊的是，这意味着在它们中的数据element大小和element个数或lane。

6.4 在AArch32执行状态下的NEON

        在AArch32z中，更小的寄存器被组合成更大的寄存器（D0和D1组合形成Q1）。这引入了tricky循环依赖可以减少编译器矢量化循环结构。

        在AArch32中的浮点和更先进的SIMD寄存器被映射到AArch64 FP和SIMD寄存器。这允许一个应用或虚拟机的浮点和NEON寄存器被更高级别的系统软件解析，比如，OS或hypervisor。

        AArch64 V16~V31 FP和NEON寄存器不能从AArch32进行访问。与通用寄存器，在异常级别使用AArch32执行这些寄存器保持着之前使用AArch32的执行。