在 ARM 中将向量寄存器操作为 float32x4_t C 变量

Question

我在 ARM 中使用内联汇编来进行科学应用。 在我的汇编代码中，我必须（参见最后的注释）名义上指示我要使用哪些向量寄存器。例如，在我的代码中，我使用 asm volatile("fadd v12.4S, v12.4S, v7.4S") 在之间执行向量浮点加法向量寄存器 7 和 12，将结果以及其他内联汇编指令存储在向量寄存器 12 中。

在“关键”汇编代码部分之后，我想检索上述结果变量，并将它们作为 C 中的 arm neon 变量进行操作。在我的例子中，向量将具有 4x 32 位变量，因此它们的类型为 float32x4_t。

到目前为止，我可以做类似的事情：

float32_t my_var[4];
asm volatile("st1  {v12.4S}, [%[addr]]\n\t" : : [addr]"r"(my_var) :  "x0",  "x1");
/*from here on I can operate on my_var[0], my_var[1], etc without having to write asm code*/

即，我使用向量存储指令将向量寄存器的内容写入 C 向量变量。这将导致对该变量的后续访问被加载，我想避免这种情况，因为该变量已经存在于寄存器中。

我想要类似的东西

float32x4_t my_var;
asm volatile("some code that make sure my_var 'binds' to vector 12");
/*from here on I could use intrinsic such as vgetq_lane_f32(my_var, 1) to get each value of the vector and not having to write asm code also*/

但是，我找不到执行第二种方法的方法。 这个老问题有类似的担忧，但它是针对较旧的ARM ISA（我的目标是 v8），并从单个（非向量）变量加载（而不是存储到）。

注意：我不能从一开始就使用内部调用（这会让事情变得更容易），因为我正在模拟器中建模新指令，并且我需要编写到该部分的低级汇编。

Answer 1

您可以使用 w 机器约束 将 SIMD 寄存器作为操作数传递给内联汇编语句。这会导致编译器为您选择一个 SIMD 寄存器。

float32x4_t add(float32x4_t a, float32x4_t b)
{
    float32x4_t c;

    asm ("fadd %0.4s, %1.4s, %2.4s" : "=w"(c) : "w"(a), "w"(b));

    return c;
}

请注意，编译器可以在内联汇编语句之间覆盖任意寄存器。这是不可能阻止的。

不过，您可以使用 本地寄存器变量。这并不能保证变量始终驻留在指示的寄存器中，但至少可以保证在每个内联 asm 语句之前或之后，在该语句中该变量被列为输入响应。输出操作数（详细信息请参阅手册）。

float32x4_t add(float32x4_t a_, float32x4_t b_)
{
    register float32x4_t c asm ("v12");
    register float32x4_t a asm ("v12") = a_;
    register float32x4_t b asm ("v4") = b_;

    asm ("fadd %0.4s, %1.4s, %2.4s" : "=w"(c) : "w"(a), "w"(b));

    return c;
}

理论上，也应该可以在汇编时使用算术来构建正确的操作码，但似乎没有办法让 gcc 打印它选择的寄存器号而不进行任何修饰（嘘！）。假设有这样一个模板修饰符 X，这样的代码可能如下所示：

float32x4_t add3(float32x4_t a, float32x4_t b)
{
    float32x4_t c;

    asm (".inst 0x4e20d40 + %X0 + (%X1<<5) + (%X2<<16)" : "=w"(c) : "w"(a), "w"(b));

    return c;
}

如果您需要此功能，则可能值得将对此类内容的支持修补到本地 gcc/clang 构建中。