1、简介

微处理器处理数据主要分为以下几种：

Single instruction single data—SISD

Single instruction multiple data(vectormode)—SIMD

Single instruction multiple data(packeddata mode)—SIMD

（1）SISD

一次指令操作一个数据。如下例子4次指令操作才完成8个寄存器相加：

addro, r5

add r1,r6

addr2, r7

addr3, r8

（2）SIMD(vector mode)

一次指令可以处理多个数据，但是每个数据处理是顺序执行，如下：

VADD.F32S24, S8, S16

//S24=S8+S16

//S25=S9+S17

//S26=S10+S18

//S27=S11+S19

一个指令，但是数据相加是顺序执行。在ARM上这个也叫Vector Floating Point（VFP）。

（3）SIMD(packed data mode)

一次指令可以处理多个数据，由于使用大寄存器方式可以同时进行，如下：

VADD.I16Q10, Q8, Q9

一个指令将两个64-bit寄存相加，I16表示数据类型int16，64-bit= 4 * 16，每个寄存器里4个16-bit lanes独立相加，但是同时完成，如图：

在ARM上这个叫做增强型SIMD技术或NEON技术。

2、寄存器信息

在armv7-A和armv7-R的体系架构上基本采用了neon技术，armv8也支持并与armv7兼容。VFP和NEON共用协处理器CP10和CP11的指令空间和寄存器，并成为ARM/Thumb指令集的一部分。

NEON寄存器就会是由相同数据类型组成的元素向量，一个寄存器（即一个向量）划分为多个管道，每个管道包含一个数据元素。每个neon指令就是这些管道元素并行操作，且互相不影响。Neon划分为两种向量：64-bit NEON vectors（doubleword简称D寄存器）和128-bit NEON vectors（quadword简称Q寄存器）。

64-bit NEON vectors包含：

8个8-bit elements（即8个管道，每个管道可以包含8bit的数据元素）

4个16-bit elements

2个32-bit elements

1个64-bit elements

128-bit NEONvectors包含：

16个8-bit elements

8个16-bit elments

4个32-bit elements

2个64-bit elements

这样划分就可以neon用在不同场景：像素处理8-bit，颜色处理16-bit等。

管道lane和元素element关系

执行neon指令：VADD.I16 Q0, Q1, Q2，Q代表128-bit寄存器，I16代表16-bit，这句话就是8个16-bit lanes的128-bit向量寄存器相加，如图所示：

VFP和NEON是共享寄存器空间，因此寄存器存是重叠的，如图所示：

Neon 寄存器单元：

16个128-bit Q 寄存器，Q0~Q15

32个64-bit D寄存器，D0~D31

VFPv3-D32:

32个64-bit D寄存器，D0~D31

VFPv2或VFPv3-16：

16个64-bit D寄存器，D0~D15

VFP：

16个32-bit S寄存器

neon单元可以访问Q0寄存器作为一个128-bit寄存器

neon单元可以访问Q0寄存器作为两个64-bit寄存器D0和D1

neon不能范围32-bit的S寄存器，但VFP可以访问32-bit

下表是neon支持的数据类型：

3、neon使用方法

（1）汇编

通过汇编直接时钟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

该种方式效率最高，但是难度大，移植性差

（2）使用arm提供的Intrinsics函数

可以认为是内联函数，但是在编译时编译器会将函数转化为neon指令。调用该函数需要包含头文件arm_neon.h，该头文件包含了neon各种操作函数，具体可以该头文件arm-hisiv300-linux/lib/gcc/arm-hisiv300-linux-uclibcgnueabi/4.8.3/include/arm_neon.h或参考文档《neon_programmers_guide.pdf》附录D。

简单例子：

#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

汇编结果如下：

（3）自动化向量（实际验证未通过）

该方式需要对指针参数添加__restrict（用于限定和约束指针，表明指针是访问一个数据对象的唯一且初始的方式）。简单例子：

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

汇编如下:

该方法浮点运算会自动转化为neon指令，而整型则不会。从第二小节可以知道neon支持整型操作，而实际图像，颜色等都是整形数的，该方法对于这些操作就无法发挥neon指令优势。

（4）使用第三方优化库

以下列举了已经用neon优化过的库，编译时加入neon参数，然后调用相应接口进行操作。

A．Ne10

官网：http://projectne10.github.com/Ne10/

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

C接口函数提供了汇编和常用处理方法

B．OpenMAX DL

地址：http://www.khronos.org/openmax/ 网站无法打开

OpenMAX由Khronosgroup(也是open Gl制定者)制定的开放多媒体加速层，是一个不需要授权、跨平台的软件抽象层，以C语言实现的软件接口，提供了一下系列处理音频、视频、静态图片的API。

OpenMAX自上而下分为三个层次：OpenMAX AL，OpenMAXIL和OpenMAX DL。

OpenMAX AL:Application Layer，应用和多媒体中间层的标准接口，使得应用在多媒体接口上具有了可移植性

OpenMAX IL: Integration Layer，作为在嵌入式和移动设备中使用的audio,video,images codecs的底层接口。使得AP和多媒体框架可以以统一的方式访问多媒体codec和支持组件。Codec可以是硬件和软件的任意组合，对用户透明。

OpenMAX DL: Development Layer，最底层使用neon进行了优化

C．ffmpeg

官网：http://ffmpeg.org/

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

FFmpeg是一套可以用来记录、转换数字音频、视频，并能将其转化为流的开源计算机程序。采用LGPL或GPL许可证。它提供了录制、转换以及流化音视频的完整解决方案。它包含了非常先进的音频/视频编解码库libavcodec，为了保证高可移植性和编解码质量，libavcodec里很多code都是从头开发的。

功能包括视频采集功能、视频格式转换、视频抓图、给视频加水印等。

D．Eigen3

官网：http://eigen.tuxfamily.org/

Github：https://github.com/artsy/eigen

Eigen是一个高层次的C ++库，有效支持线性代数，矩阵和矢量运算，数值分析及其相关的算法

E．Pixman

官网：http://pixman.org/

2D图形库

F．x264

官网：http://www.videolan.org/developers/x264.html

G．Math-neon

官网：http://code.google.com/p/math-neon/

（5）hi3536 目前使用neon的方法

目前，我们只是编译时添加了参数，未做其他处理：

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

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

汇编如下：

也是对浮点进行了neon操作，而整型是保持不变的。

因此使用的是第三种自动化向量的方法。

4、neon应用例子

在《neon_programmers_guide.pdf》文档中举了好多个neon使用的例子：

A．交换RGB颜色通道

B．处理非对齐数组

C．矩阵计算

D．向量积

E．转换色彩深度

F．中值滤波

G．FIR滤波

5、官方参考文档

Neon资料比价少，在arm官网上可以查到如下几个资料，第一个是详细说明。

《neon_programmers_guide.pdf》

《introducing_neon.pdf》

《neon_support_in_compilation_tools.pdf》

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