ARM平台NEON指令的编译和优化 本文介绍了ARM平台基于ARM v7-A架构的ARM Cortex-A系列处理器(Cortex-A5, Cortex-A7, Cortex-A8, Cortex-A9, Cortex-A15)上的NEON多媒体处理硬件加速器针对C/C++语言、汇编语言和NEON intrinsics如何编译和优化，包含如何向量化、向量化的ARMCC和GCC编译器选项、NEON的汇编和EABI程序调用规范、如何在bare-metal和Linux操作系统上检测NEON硬件、如何指导编译器进行向量化NEON指令的优化等内容。 NEON向量化 基于ARM v7-A架构的ARM Cortex-A系列处理器(Cortex-A5, Cortex-A7, Cortex-A8, Cortex-A9, Cortex-A15)都可以选用NEON多媒体处理器加速程序运行，NEON是一种SIMD（Single Instruction Multiple Data）架构的协处理器，ARM的NEON处理器还可选配置成向量浮点VFPv3（Vector Floating-Point）指令集处理器。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201611/317417.htm 常用的编译器选项配置 自动向量化选项 armcc编译器使用–vectorize选项来使能向量化编译，一般选择更高的优化等级如-O2或者-O3就能使能–vectorize选项。 gcc编译器的向量化选项-ftree-vectorize来使能向量化选项，使用-O3会自动使能-ftree-vectorize选项。 选择处理器类型 armcc编译器使–cpu 7-A或者–cpu Cortex-A8来指定指令集架构和CPU类型。 gcc编译器的处理器选项-mfpu=neon和-mcpu来指定cpu类型。如-mcpu=cortex-a5 选择NEON和VFP类型 gcc选择用-mfpu=vfpv3-fp16来指定为vfp协处理，而-mfpu=neon-vfpv4等就能指定为NEON+VFP结构。 选择浮点处理器和ABI接口类型 -mfloat-abi=soft使用软件浮点库，不是用VFP或者NEON指令；-mfloat-abi=softfp使用软件浮点的调用规则，而可以使用VFP和NEON指令，编译的目标代码和软件浮点库链接使用； -mfloat-abi=hard使用VFP和NEON指令，并且改变ABI调用规则来产生更有效率的代码，如用vfp寄存器来进行浮点数据的参数传递，从而减少NEON寄存器和ARM寄存器的拷贝。 常用的CPU类型编译器选项 CPU类型 CPU类型选项 FP选项 FP + SIMD选项 备注 Cortex-A5 -mcpu=cortex-a5 -mfpu=vfpv3-fp16 -mfpu=vfpv3-d16-fp16 -mfpu=neon-fp16 -d16表明只有前16个浮点寄存器可用 Cortex-A7 -mcpu=cortex-a7 -mfpu=vfpv4 -mfpu=vfpv4-d16 -mfpu=neon-vfpv4 -fp16表明支持16bit半精度浮点操作 Cortex-A8 -mcpu=cortex-a8 -mfpu=vfpv3 -mfpu=neon Cortex-A9 -mcpu=cortex-a9 -mfpu=vfpv3-fp16 -mfpu=vfpv3-d16-fp16 -mfpu=neon-fp16 Cortex-A15 -mcpu=cortex-a15 -mfpu=vfpv4 -mfpu=neon-vfpv4 常用的gcc组合编译器选项 Cortex-A15 with a NEON unit arm-gcc -O3 -mcpu=cortex-a15 -mfpu=neon-vfpv4 -mfloat-abi=hard -ffast-math -omyprog.exe myprog.c Cortex-A9 with a NEON unit arm-gcc -O3 -mcpu=cortex-a9 -mfpu=neon-vfpv3-fp16 -mfloat-abi=hard -ffast-math -omyprog.exe myprog.c Cortex-A7 without a NEON unit arm-gcc -O3 -mcpu=cortex-a7 -mfpu=vfpv4-d16 -mfloat-abi=softfp -ffast-math -omyprog2.exe myprog2.c Cortex-A8 without a NEON unit arm-gcc -O3 -mcpu=cortex-a8 -mfloat-abi=soft -c -o myfile.o myfile.c NEON汇编和EABI程序调用规范 GNU assembler (gas) and ARM Compiler toolchain assembler (armasm)都支持NEON指令的汇编。但必须遵循ARM Embedded Application Binary Interface (EABI)EABI的规范，即NEON寄存器的S0-S15 (D0-D7, Q0-Q3)用于传递参数和返回值，被调用函数内可以直接使用，不用保存；D16-D31 (Q8-Q15)则有调用函数来保存，被调用函数内可以不保存的随意使用；而S16-S31 (D8-D15, Q4-Q7)则必须由被调用函数内部保存。对于调用传参规范则有，对于软件浮点，参数有R0~R3和堆栈stack传递，而硬件浮点，可以通过NEON寄存器来传递参数。 NEON硬件检测和使能 编译时指定NEON单是否存在 ARM编译器(armcc)从4.0之后就支持在某些处理器和FPU的选项中预定义宏__ARM_NEON__， armasm的宏TARGET_FEATURE_NEON. 运行时指定检测NEON单 OS内可以检测NEON单是否存在，如Linux下cat /proc/cpuinfo看是否包含NEON或者VFP，如Tegra2 (双核 Cortex-A9 带 FPU), cat /proc/cpuinfo: … Features : swp half thumb fastmult vfp edsp thumbee vfpv3 vfpv3d16 … 四核 Cortex-A9 带NEON单 Features : swp half thumb fastmult vfp edsp thumbee neon vfpv3 … 另外可以查看/proc/self/auxv，这里会包含二进制格式的hwcap，可以通过AT_HWCAP来搜索到。HWCAP_NEON bit (4096).另外如Ubuntu的发布在路径/lib/neon/vfp下包含lib的NEON优化版本。 Bare-metal模式下使能NEON #include // Bare-minimum start-up code to run NEON code __asm void EnableNEON(void) { MRC p15,0,r0,c1,c0,2 // Read CP Access register ORR r0,r0,#0x00f00000 // Enable full access to NEON/VFP by enabling access to // Coprocessors 10 and 11 MCR p15,0,r0,c1,c0,2 // Write CP Access register ISB MOV r0,#0x40000000 // Switch on the VFP and NEON hardware MSR FPEXC,r0 // Set EN bit in FPEXC } 下面的EnableNEON函数使能NEON协处理器；使用下面的编译选择就能在bare-metal下使能NEON armcc -c –cpu=Cortex-A8 –debug hello.c -o hello.o armlink –entry=EnableNEON hello.o -o hello.axf 系统运行时使能NEON 内核在遇到第一个NEON指令时会产生一个Undefined Instruction的异常，这会让内核自动重启NEON协处理器，内核还可以在上下文切换时关闭NEON来省电。 Linux内核的NEON配置 
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