Внутренние функции компилятора GCC для обработки данных в векторной форме

Таблица 1. Параметры командной строки GCC для генерации SIMD-кода

Процессор	Параметры
X86/MMX/SSE1/SSE2	-mfpmath=sse -mmmx -msse -msse2
ARM Neon	-mfpu=neon -mfloat-abi=softfp
Freescale Altivec	-maltivec -mabi=altivec

Необходимые заголовочные файлы:

• arm_neon.h - ARM Neon (типы данных и прототипы внутренних функций)
• altivec.h - Freescale Altivec (типы данных и прототипы внутренних функций)
• mmintrin.h - X86 MMX
• xmmintrin.h - X86 SSE1
• emmintrin.h - X86 SSE2

Архитектура X86 совместима с технологиями MMX, SSE1 и SSE2, поддерживающими следующие типы данных:

• MMX: __m64 64 бита для хранения целочисленных значений, разделенные на восемь 8-битных целочисленных значений, четыре 16-битных значения или два 32-битных значения.
• SSE1: __m128 128 бит для хранения четырех чисел с плавающей точкой одинарной точности.
• SSE2: __m128i 128 бит для хранения упакованных целых чисел любого размера, __m128d 128 бит для хранения двух чисел с плавающей точкой двойной точности.

По той причине, что отладчик не располагает информацией о том, как вы используете эти типы, вывод значений переменных векторов на архитектуре X86 в отладчиках gdb/ddd представлен в упакованной форме вместо списка элементов. Для получения значений каждого из элементов, необходимо сообщить отладчику информацию о том, как декодировать упакованную форму при помощи команды "print (type[]) x". Например, если вы используете переменную:

__m64 avariable; /* хранит 4 значения типа short */

Вы можете сообщить ddd о том, что нужно вывести значения элементов типа short при помощи команды:

print (short[]) avariable

Если вы работаете с вектором, состоящим из элементов типа char и хотите, чтобы при отладке gdb выводил элементы вектора в виде чисел, а не в виде символов, вы можете сделать это при помощи параметра "/". Например:

print/d acharvector

Процессоры PowerPC, поддерживающие технологию Altivec (также известную как VMX и Velocity), используют типы данных с добавленным ключевым словом "vector". Все типы данных имеют размер 16 байт. Ниже приведены некоторые типы векторов Altivec:

• vector unsigned char: вектор из 16 беззнаковых однобайтных значений
• vector signed char: вектор из 16 знаковых однобайтных значений
• vector bool char: вектор из 16 беззнаковых однобайтных значений, трактующихся как логические (0 false, 255 true)
• vector unsigned short: вектор из 8 беззнаковых двухбайтных значений
• vector unsigned short: вектор из 8 беззнаковых двухбайтных значений
• vector bool short: вектор из 8 беззнаковых двухбайтных значений, трактующихся как логические (0 false, 65535 true)
• vector unsigned int: вектор из 4 беззнаковых четырехбайтных значений
• vector signed int: вектор из 4 знаковых четырехбайтных значений
• vector bool int: вектор из 4 беззнаковых четырехбайтных значений, трактующихся как логические (0 false, 2^32-1 true)
• vector float: вектор из 4 значений с плавающей точкой

В процессорах ARM, поддерживающих расширения Neon, поддерживается обработка типов данных, названия которых соответствуют шаблону: [тип_элемента]x[количество_элементов]_t. Эти типы данных включают в себя приведенные в списке:

• uint64x1_t - одно 64-битное беззнаковое целочисленное значение
• uint32x2_t - два 32-битных беззнаковых целочисленных значения
• uint16x4_t - четыре 16-битных беззнаковых целочисленных значения
• uint8x8_t - восемь 8-битных беззнаковых целочисленных значений
• int32x2_t - два 32-битных знаковых целочисленных значения
• int16x4_t - четыре 16-битных знаковых целочисленных значения
• int8x8_t - восемь 8-битных знаковых целочисленных значений
• int64x1_t - одно 64-битное знаковое целочисленное значение
• float32x2_t - два 32-битных значения с плавающей точкой
• uint32x4_t - четыре 32-битных беззнаковых целочисленных значения
• uint16x8_t - восемь 16-битных беззнаковых целчисленных значений
• uint8x16_t - шестнадцать 8-битных беззнаковых целочисленных значений
• int32x4_t - четыре 32-битных знаковых целочисленных значения
• int16x8_t - восемь 16-битных знаковых целочисленных значений
• int8x16_t - шестнадцать 8-битных знаковых целочисленных значений
• uint64x2_t - два 64-битных беззнаковых целочисленных значения
• int64x2_t - два 64-битных знаковых целочисленныхзначения
• float32x4_t - четыре 32-битных значения с плавающей точкой
• uint32x4_t - четыре 32-битных беззнаковых целочисленных значения
• uint16x8_t - восемь 16-битных беззнаковых целочисленных значений

Выравнивание данных является еще одним аспектом, за которым нужно следить при перемещении данных. Используйте атрибут GCC "aligned" для выравнивания исходных и целевых участков с данными в 16-битных границах для улучшения производительности. Например:

float anarray[4] __attribute__((aligned(16))) = { 1.2, 3.5, 1.7, 2.8 };

Внутренние функции X86 используют шаблон _mm_[операция]_[суффикс].

    суффикс   s число с плавающей точкой одинарной точности
              d число с плавающей точкой двойной точности
              i128 знаковое 128-битное целое число
              i64 знаковое 64-битное целое число
              u64 беззнаковое 64-битное целое число
              i32 знаковое 32-битное целое число
              u32 беззнаковое 32-битное целое число
              i16 знаковое 16-битное целое число
              u16 беззнаковое 16-битное целое число
              i8 знаковое 8-битное целое число
              u8 беззнаковое 8-битное целое число
              pi# 64-битный вектор из упакованных #-битных целых чисел
              pu# 64- битный вектор из упакованных #-битных беззнаковых целых чисел
              epi# 128- битный вектор из упакованных #-битных беззнаковых целых чисел
              epu# 128- битный вектор из упакованных #-битных беззнаковых целых чисел
              ps 128- битный вектор из упакованных чисел с плавющей точкой одинарной точности
              ss 128-битный вектор из одного числа с плавающей точкой одинарной точности
              pd 128-битный вектор из чисел с плавающей точкой двойной точности
              sd 128-битный вектор из одного числа с плавающей точкой (128-битного) двойной точности 
              si64 64-битный вектор из одного 64-битного целого числа
              si128 128-битный вектор

Таблица 2. Часть внутренних функций компилятора для обработки векторов в примерах.

Операция	Altivec	Neon	MMX/SSE/SSE2
Загрузка данных из памяти в вектор	vec_ld	vld1q_f32	_mm_set_epi16
	vec_splat	vld1q_s16	_mm_set1_epi16
	vec_splat_s16	vsetq_lane_f32	_mm_set1_pi16
	vec_splat_s32	vld1_u8	_mm_set_pi16
	vec_splat_s8	vdupq_lane_s16	_mm_load_ps
	vec_splat_u16	vdupq_n_s16	_mm_set1_ps
	vec_splat_u32	vmovq_n_f32	_mm_loadh_pi
	vec_splat_u8	vset_lane_u8	_mm_loadl_pi
Перемещение данных из вектора в память	vec_st	vst1_u8
		vst1q_s16	_mm_store_ps
		vst1q_f32
		vst1_s16
Сложение векторов	vec_madd	vaddq_s16	_mm_add_epi16
	vec_mladd	vaddq_f32	_mm_add_pi16
	vec_adds	vmlaq_n_f32	_mm_add_ps
Вычитание векторов	vec_sub	vsubq_s16
Умножение векторов	vec_madd	vmulq_n_s16	_mm_mullo_epi16
	vec_mladd	vmulq_s16	_mm_mullo_pi16
		vmulq_f32	_mm_mul_ps
		vmlaq_n_f32
Арифметический сдвиг	vec_sra	vshrq_n_s16	_mm_srai_epi16
	vec_srl		_mm_srai_pi16
	vec_sr
Байтовые перестановки	vec_perm	vtbl1_u8	_mm_shuffle_pi16
	vec_sel	vtbx1_u8	_mm_shuffle_ps
	vec_mergeh	vget_high_s16
	vec_mergel	vget_low_s16
		vdupq_lane_s16
		vdupq_n_s16
		vmovq_n_f32
		vbsl_u8
Конвертация типов данных	vec_cts	vmovl_u8	_mm_packs_pu16
	vec_unpackh	vreinterpretq_s16_u16
	vec_unpackl	vcvtq_u32_f32
	vec_cts	vqmovn_s32	_mm_cvtps_pi16
	vec_ctu	vqmovun_s16	_mm_packus_epi16
		vqmovn_u16
		vcvtq_f32_s32
		vmovl_s16
		vmovq_n_f32
Комбинирование векторов	vec_pack	vcombine_u16
	vec_packsu	vcombine_u8
		vcombine_s16
Максимальное значение			_mm_max_ps
Минимальное значение			_mm_min_ps
Логические операции над векторами и			_mm_andnot_ps
			_mm_and_ps
			_mm_or_ps
Округление значений	vec_trunc
Разное			_mm_empty