ARM NEON加速介绍及使用示例

ARM NEON 是 ARM 架构中的SIMD (Single Instruction, Multiple Data) 扩展，它提供了一组专用的指令和寄存器，用于高效地处理并行数据。在 Linux 内核中，ARM NEON 驱动提供了对 NEON 寄存器和指令的支持，以便在内核中利用 NEON 进行高性能的数据处理。

ARM NEON 驱动的功能主要包括以下几个方面：

1. 寄存器访问

NEON 驱动允许内核代码直接访问 NEON 寄存器，以便进行数据加载、存储和操作。通过访问 NEON 寄存器，内核可以利用 NEON 指令执行高效的并行数据处理。

2. SIMD 数据类型支持

NEON 驱动提供了对 NEON 数据类型（例如 int8x8_t、int16x4_t、float32x2_t 等）的支持。这些数据类型允许内核以向量化方式处理多个数据元素，提高数据处理效率。

3. 固定点运算支持

NEON 驱动支持固定点运算，包括整数饱和运算、饱和加减运算、乘法运算、转置运算等。这些操作可以在内核中直接调用 NEON 指令来实现高效的固定点数据处理。

4. 编译器优化支持

NEON 驱动通过内核编译器选项和内核源代码中的向量化宏等方式，提供了对 NEON 指令的编译器优化支持。通过这些优化，内核可以自动将适合的代码段向量化，以便充分利用 NEON 的并行优势。

在 Linux 内核中使用 ARM NEON 驱动可以通过相应的头文件和 API 进行调用和操作。例如，可以使用 头文件来引用 NEON 寄存器和数据类型，并使用 NEON 相关的函数和宏来执行特定的 NEON 操作。

在ARM平台上，将ARM NEON与Linux内核中的加解密框架对接的步骤如下：

1. 内核配置

确保内核配置中启用了ARM NEON的支持，以便内核代码可以直接使用NEON寄存器和指令。

2. 注册加解密算法

在内核中注册要使用的加解密算法，以便内核和用户空间的应用程序能够调用。

3. 实现加解密算法操作函数

编写加解密算法的操作函数，使用ARM NEON指令进行并行数据处理。

以下是一个简单示例，演示了如何在ARM平台上将ARM NEON与Linux内核加解密框架对接：

```c
#include
#include
#include

static int mycipher_crypt(struct ablkcipher_request *req, unsigned long flags)
{
    // 获取输入数据和输出数据的指针
    struct scatterlist *src_sg, *dst_sg;
    src_sg = req_sg(req, 0);
    dst_sg = req_sg(req, 1);
    
    // 获取输入数据长度
    unsigned int nbytes = req->nbytes;

    // 获取密码算法上下文
    struct crypto_skcipher *skcipher = crypto_ablkcipher_crt(req->base.tfm);

    // 获取加密密钥
    const u8 *key = crypto_skcipher_alg(crypto_ablkcipher_skcipher(skcipher))->cra_cipher.cra_driver_name;

    // 判断是否支持ARM NEON指令集
    if (crypto_simd_usable()) {
        // 使用ARM NEON指令集进行并行数据处理
        crypto_simd_crypt(req, my_neon_function, nbytes, key);
    } else {
        // 使用通用的数据处理方法
        crypto_ablkcipher_request_set_tfm(req, tfm);
        ablkcipher_request_set_callback(req, flags);
        ablkcipher_request_set_crypt(req, src_sg, dst_sg, nbytes, iv);
        my_generic_function(req);
    }
    
    return 0;
}

static struct skcipher_alg mycipher = {
    .base.cra_name = "mycipher",
    .base.cra_driver_name = "mycipher",
    .base.cra_priority = 300,
    .base.cra_blocksize = 16,
    .base.cra_module = THIS_MODULE,
    .min_keysize = 16,
    .max_keysize = 16,
    .setkey = mycipher_setkey,
    .crypt = mycipher_crypt,
    .exit = mycipher_exit,
};

static int __init mycipher_init(void)
{
    return crypto_register_skcipher(&mycipher);
}

static void __exit mycipher_exit(void)
{
    crypto_unregister_skcipher(&mycipher);
}

module_init(mycipher_init);
module_exit(mycipher_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
```

上述示例代码中，我们通过`crypto_simd_usable()`判断ARM NEON是否可用。如果可用，我们将请求传递给一个自定义的NEON函数进行并行数据处理。否则，我们使用通用的数据处理方法进行加解密。