NEON优化：性能优化常见问题QA

NEON优化系列文章：

1. NEON优化1：软件性能优化、降功耗怎么搞？link
2. NEON优化2：ARM优化高频指令总结， link
3. NEON优化3：矩阵转置的指令优化案例，link
4. NEON优化4：floor/ceil函数的优化案例，link
5. NEON优化5：log10函数的优化案例，link
6. NEON优化6：关于交叉存取与反向交叉存取，link
7. NEON优化7：性能优化经验总结，link
8. NEON优化8：性能优化常见问题QA，link

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本文将日常遇到的NEON优化问题总结记录于此。

CPU主频Mhz和开销MCPS的关系是啥？

• 主频Mhz并不直接代表运算速度MCPS
• 主频：1.8GHz=1800MHz，也即理论最大1800MCPS，主频是开销计算的理论天花板

功耗与开销的关系？

• 通常开销指的时间复杂度开销，多少M开销的变化，对应多少mA功耗的变化，由于涉及到硬件优化及具体器件性能，无法理论计算出来。

软仿的MIPS数和硬仿的MIPS数差异以及MCPS？

• CPU情况不一样，软仿最多CPI为1，也即一般MCPS会比MIPS大。但手机的芯片比较牛，能做到CPI<1.

armv7/armv8a，arm64-v7/arm64-v8a的区别？Cortex-A9/A8/A53/A55的区别？

• 首先，armv7/v8是Architecture架构，cortex是具体的processor处理器，架构几年甚至十年一更新，处理器年年都翻新。

• 其次，对armv7-A/armv8-A/armv8-M分类划定

  • 总体

    • v7/v8表示第几代
    • -A/-M/-R表示Application/Microcontroller/Real-time，适配手机电脑、嵌入式设备等不同平台
    • v8-a，2011年发布，armv8-a后的a跟cortex-a是对应一致的

  • armv8-a架构

    • 有32也有64位，32位processor：cortex-a32；64位processor：cortex-a34/cortex-a53；

  • armv7-a架构

    • 只有32位，对应processor：cortex-a5/a7/…/a17

• 更多细节见：wiki

什么是MCPS？

• MCPS，每秒百万次周期，衡量时间开销的指标
• MIPS，每秒百万条指令数，一般一条指令对应一个或多个计算周期，故通常MIPS比MCPS数据小

向量线和N元素结构是什么意思？

• 向量线数，相当于1个NEON寄存器里有多少个对应基础数据类型值(int16/uint32/float32等)。
• n元素结构，相当于n个NEON寄存器。

NEON指令中有的加q，有的不加q，有何区别？

• 操作符后的q，如vmulq, 表示128位满位宽寄存器运算
• v后的q，如vqrdmulh，q表示饱和运算，溢位后，为自动限制在数据类型的最大范围内。
  • rdmul表示向量与标量进行加倍乘运算的具体操作意义。
  • hq表示高位饱和，lq表示低位饱和。

NEON中的正常指令、宽指令、窄指令、饱和指令、长指令分别指什么？

• 正常指令：生成大小相同且类型通常与操作数向量相同到结果向量
• 长指令：对双字向量操作数执行运算，生产四字向量到结果。所生成的元素一般是操作数元素宽度到两倍，并属于同一类型。L标记，如VMOVL。
• 宽指令：一个双字向量操作数和一个四字向量操作数执行运算，生成四字向量结果。W标记，如VADDW。
• 窄指令：四字向量操作数执行运算，并生成双字向量结果，所生成的元素一般是操作数元素宽度的一半。N标记，如VMOVN。
• 饱和指令：当超过数据类型指定到范围则自动限制在该范围内。Q标记，如VQSHRUN

NEON变量的命名规则是什么?

• 没有统一的规则，如果想要规范些，可采用以下命名方式。

• 变量类型 变量名：vTNnVar

  • 解释

    • v，表示向量运算
    • T，表示变量的类型，分别用s表示有符号整型，u表示无符号整型，f表示浮点
    • N，表示变量元素所占位宽，如s32,u16,f32中的数字即N，表示元素占位
    • n，表示向量线元素结构，如x4，x4x2
    • Var，表示变量自定义的名字

  • 举例

    • 定义：int16x4x2_t vs16x4x2Tmp;

    • 解释：元素为int16，存4x2的二维向量（注意2是行，4是列，从后往前套壳），即val[0]/val[1]分别存4个向量线，变量名为tmp

    • 详细：

      • vs16x4x2Tmp变量名的v表示vector，s16表示16位有符号数，x4表示4个向量线，x2表示2个元素，Tmp为实际变量名。

      • 两个元素分别是vs16x4x2Tmp.val[0]和vs16x4x2Tmp.val[1]，其类型就是int16x4，4个向量线分别存着四个数据，且是从连续内存交叉读取写入到vs16x4x2Tmp中的。

      • 比如：

        short tmp[8] = {
                    0 1 2 3 4 5 6 7};
        vs16x4x2Tmp = vld2q_s16(tmp); 
        // 得到的结果是
        vs16x4x2Tmp.val[0]: 0 2 4 6
        vs16x4x2Tmp.val[1]: 1 3 5 7
        

    • 定义：float32x2_t vf32x2Tmp;

    • 解释：元素为float32，存两个元素的一维向量，变量名为tmp

NEON变量中的.val[0]/.val[1]表示什么？

• 代表数据类型对应的向量线结构，分别索引寄存器所对应的数值。

查看反汇编代码时，如何判断代码是否存在互锁？

• 在rvds中，查看反汇编代码，选中一段原始C代码，会自动对应相应的反汇编代码，如果CPI旁边那列存在黑点，则表示代码间存在互锁。