使用Neon指令扩展

ARM Neon是ARM架构的SIMD（Single Instruction Multiple Data）扩展实现，提供一条指令处理多个数据的并行处理能力，广泛用于多媒体编解码、2D/3D图形处理等领域，提高执行性能。

Neon扩展从ARMv7开始被采用，目前在Cortex-A7、Cortex-A12、Cortex-A15处理器中被设置为默认选项，但在其余的ARMv7 Cortex-A系列中是可选项。具体技术细节请参考《Introducing NEON Development Article》。

ARMv8a架构CPU默认集成Neon扩展，在AArch64与AArch32两种状态下都支持，详细请参考ARM官方文档《Learn the architecture - Introducing Neon》。

OpenHarmony架构支持情况

在OpenHarmony系统中，arm64-v8a ABI下默认已经开启了对Neon扩展的支持；在armeabi-v7a ABI下，为了能够尽可能的支持ARMv7a架构设备，默认不开启Neon扩展。

在OpenHarmony SDK的LLVM工具链中，为armeabi-v7a ABI提供了对多种配置的预编译运行时库的支持，供开发者根据不同的配置进行选择。具体目录结构如下，native-root表示NDK所在的native包解压根目录。

{native-root}/llvm/lib/clang/current/lib/arm-linux-ohos/
|-- a7_hard_neon-vfpv4
|       |-- clang_rt.crtbegin.o
|       |-- clang_rt.crtend.o
|       |-- ...
|
|-- a7_soft
|       |-- clang_rt.crtbegin.o
|       |-- clang_rt.crtend.o
|       |-- ...
|
|-- a7_softfp_neon-vfpv4
|-- clang_rt.crtbegin.o
|-- clang_rt.crtend.o
|-- ...

其中hard、soft、softfp是float-abi，未指定默认采用softfp；neon-vfpv4就是-mfpu指定的参数类型，LLVM工具链根据相应编译参数选择依赖不同架构配置的二进制库。

如何使用

使用Neon扩展的主要通过如下几种方式：

  • 使用LLVM的Auto-Vectorization特性，由编译器来生成对应指令，默认开启，可以通过-fno-vectorize关闭，具体参考《Auto-Vectorization in LLVM》。

  • 使用Neon intrinsics库，方便开发者直接操作低阶Neon指令。

  • 手工写Neon汇编指令。

详细可以参考《Arm Neon架构》。

举例说明

下面举例说明在一个armeabi-v7a OpenHarmony C++工程中如何使用Neon intrinsics。

  1. 使用Neon intrinsics需要在源码包含arm_neon.h头文件，由于该特性与CPU架构强相关，在包含该头文件时，推荐用cpu features等宏括起来。

    #include "cpu_features_macros.h"
void call_neon_intrinsics(short *output, const short* input, const short* kernel, int width, int kernelSize)
{
   int nn, offset = -kernelSize/2;
   for (nn = 0; nn < width; nn++)
   {
        int mm, sum = 0;
        int32x4_t sum_vec = vdupq_n_s32(0); // Neon指令函数
        for(mm = 0; mm < kernelSize/4; mm++)
        {
            int16x4_t  kernel_vec = vld1_s16(kernel + mm*4);
            int16x4_t  input_vec = vld1_s16(input + (nn+offset+mm*4));
            sum_vec = vmlal_s16(sum_vec, kernel_vec, input_vec);
        }
        ...
   }
   ...
}

  2. 在函数实现处，根据CPU特性调用对应的实现函数。

    void Compute(void) {
#if defined (CPU_FEATURES_ARCH_ARM)
  static const ArmFeatures features = GetArmInfo().features;
  // 根据features的字段进行支持cpu features的特性判断
  if (features.neon) {
    // Run optimized code.
  } else {
    // call normal function writed in c
  }
#endif
}

  3. 在CMakeLists.txt文件中添加对应选项。

    if (${OHOS_ARCH} STREQUAL "armeabi-v7a")
    set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -mfpu=neon -mfloat-abi=softfp")
endif ()

上述步骤完成后，开发者即可在工程中使用Neon intrinsics指令。