mmx开发文档

港控/mmm° 2022-06-11 03:44 351阅读 0赞

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**i  mmx简介**  
       intel的mmx™技术是对intel体系结构(ia)指令集的扩展。该技术使用了单指令多数据技术(simd)技术，以并行方式处理多个数据元素，从而提高了多媒体和通讯软件的运行速度。mmx™指令集增加了57条新的操作码和一个新的64位四字数据类型。  
mmx™技术提高了很多应用程序的执行性能，例如活动图像、视频会议、二维图形和三维图形。几乎每一个具有重复性和顺序性整数计算的应用程序都可以从mmx™技术中受益。对于8位、16位和32位数据元素的处理，改善了程序的性能。一个mmx™指令可一次操作8个字节，且在一个时钟周期内完成两条指令，也就是说，可在一个时钟周期内处理16个数据元素。另外，为增强性能，mmx™技术为其它功能释放了额外的处理器周期。以前需要其它硬件支持的应用程序，现在仅需软件就能运行。更小的处理器占用率给更高程度的并发技术提供了条件，在当今众多的操作系统中这些并发技术得到了利用。在基于intel的分析系统中，某些功能的性能提高了50%到400%。这种数量级的性能扩展可以在新一代处理器中得到体现。在软件内核中，其速度得到更大的提高，其幅度为原有速度的三至五倍。  
mmx的缺点：由于mmx的运算指令必须在数据配对整齐的时候才能使用，所以使用mmx指令要比普通的汇编指令多余许多分组配对的指令，如果运算不是特别的整齐的话，就要浪费大量的时间在数据的配对上，所以说mmx指令也不是万能的，也有其很大的缺陷。同时mmx指令在处理16位数据的时候才能发挥最大的作用，处理8位数据要有一点技巧。而处理32位数据，mmx指令几乎没有什么加速能力。(考虑分组耗时的话)

**ii  mmx基本指令集**  
       具体细节请参阅《intel 体系结构mmx技术程序员参考手册》第五章             
**2.1 拷贝指令**  
       movq：64位数据拷贝，如果内存8位对齐的话，是一个64位写，否则2个32位写。  
       movd：32位数据拷贝，注意：如果从内存向mmx寄存器拷贝，mmx高32位清零！  
**2.2 分组指令**  
       分组指令是mmx特有的，所以对于它我们要特别的关注。分组指令基本上可以分为2类，一类是不带符号紧缩的，一类是带符号紧缩的。现在我们分别予以介绍：  
①punpcklbw / punpcklwd / punpckldq (l表示低位分组，bw8位，wd16位，dq32位)：它是简单的将两个mmx寄存器的低32位交错组合为一个64位数据。所以它是不能将长数据转换为短数据的。  
②packuswb 将16位数据转换为无符号的8位数据。所以可以将两个mmx寄存器不交错的合为一个64位数据。  
③packsswb/packssdw 将32位－》16位，16位－》8位，都是有符号的数据。  
**2.3 运算指令**  
       加法运算指令：paddb（w）（d）：没有越界保护的加法，当越界的时候仅仅丢弃超出范围的高位比特，（b）（w）（d）分别为8，16，32位加法；paddsb（w）：具有越界保护的有符号加法，当上溢的时候为0x7fff，下溢的时候为0x8000；paddusb（w）：具有越界保护的无符号加法，当上溢的时候为0x7fff，下溢的时候为0x0。  
       减法运算指令同上；add改为sub。  
       乘法指令：pmullw  / pmulhw 是4个16位数据的乘法，pmullw中是结果的低16位，pmulhw是结果的高16位。pmaddwd 乘加指令。  
**2.4 逻辑指令，移位指令和emms指令**  
       细节参见《intel 体系结构mmx技术程序员参考手册》。

**iii  mmx经典处理策略**  
**①数据输入输出：**  
在输入数据的时候，经典的处理方法是将一个数组整个“load”到mmx寄存器中。这样简单同时利用了mmx64位读写数据的能力，提高了性能。同样在输出的时候，也是将一个64位mmx寄存器中的数据内容整个“store”到内存中。  
如果实在是不能这样处理的话，就要利用移位指令了。比如说将一个mmx内的4个16位数据分别拷贝到不同的内存变量（或者16位通用寄存器中）x1，x2，x3，x4，那么可以这样处理：  
movd     eax,mm1  
psrlq       mm1,32  
movd     ebx,mm1  
mov       x1,ax  
mov       x2,bx  
shr          eax,16  
shr          ebx,16  
mov        x3,ax  
mov        x4,bx  
可见如果不采用数组形式的话，输入输出将十分的麻烦。  
   
**②数据分组以及求绝对值的方法等：**  
    细节请参阅《intel 体系结构mmx™ 技术开发者手册》第五章

**iv  自定义组合指令  
①八位无符号数的移位：**  
       在mmx指令集中是没有8位数据的移位指令的，但是有的时候我们确实需要，所以可以用以下两个指令来实现：  
       psrlq       mm0,1  
       pand              mm0,0x7f7f7f7f7f7f7f7f  
**②如何防止计算过程中越界：**  
       比如在计算的时候，我们有（x1＋x2＋1）>>1，这个时候x1＋x2就会越界（8位数据），那么我们就不得不使用替代了办法，比如（x1>>1＋x2>>1）这个处理是不精确的，在不需要很精确的场合，是可以使用的，但是如果结果差错1都不可容忍的话，就要进行一点处理：  
       pand              mm0,0x01010101010101             //保留数据的最后一位数  
       pand              mm1,0x01010101010101             //保留数据的最后一位数  
       por         mm0,mm1                                   
       paddusb  mmx,mm0                                  //修正数据  
（x1>>2＋x2>>2）：这个处理是通用的  
       pand              mm0,0x03030303030303             //保留数据的最后两位数  
       pand              mm1, 0x03030303030303            //保留数据的最后两位数  
       paddusb  mm0,mm1  
       psrlq       mm0,2  
       pand              mm0,0x3f3f3f3f3f3f3f3f  
       paddusb  mmx,mm0  
**③符号扩展指令：**  
       mm0：\*,\*,a,b  =>  现在要符号扩展为 mm0：(a符号)a, (a符号)b  
       movq      mm1,mm0       
pcgtm    mm1,0                         //比较mm0，生成mm1：(a符号) (b符号)()()  
punpcklwd     mm0,mm1  
**④分组指令**  
       除了基本的分组指令以外，我们还可以利用移位指令和pand por指令来实现分组的功能，移位主要是要产生0，这样por mm0，mm1就可以将mm0和mm1合并了。  
比如：mm0(\*,\*,a,b) mm1(0,0,c,d)   则  
       psllq        mm0,32  
       por         mm0,mm1  => (a,b,c,d) 当然这个例子我们可以用普通的分组指令实现，但是在某些复杂的处理中，这样的处理是必须的。  
总之，要灵活运用mmx的现有指令来实现自己需要的功能。

**v  mmx编程心得**  
       使用mmx技术进行编程，目的就是要提高运算速度，所以，对于如何尽可能的提高代码的效率，我们是要特别关注的。这里，我介绍一些需要注意的事项。  
**① 尽可能的提高内存访问的容量，我们可以看看下面的代码：**  
  for (j=0; j<h; j++)  
  \{  
    d\[0\] = s\[0\];  
    d\[1\] = s\[1\];  
    d\[2\] = s\[2\];  
    d\[3\] = s\[3\];  
    d\[4\] = s\[4\];  
    d\[5\] = s\[5\];  
    d\[6\] = s\[6\];  
    d\[7\] = s\[7\];  
    d\[8\] = s\[8\];  
    d\[9\] = s\[9\];  
    d\[10\] = s\[10\];  
    d\[11\] = s\[11\];  
    d\[12\] = s\[12\];  
    d\[13\] = s\[13\];  
    d\[14\] = s\[14\];  
    d\[15\] = s\[15\];  
    s+= lx2;  
    d+= lx;  
  \}  
   
\_\_asm\{  
              pushf  
             mov edx,dword ptr h  
              xor  ecx,ecx  
              mov esi,dword ptr s  
              mov edi,dword ptr d  
              mov eax,lx2  
              mov ebx,lx  
again:  
              movq      mm0,byte ptr \[esi\]  
              movq      mm1,byte ptr \[esi+8\]  
              movq      byte ptr \[edi\],mm0  
              movq      byte ptr \[edi+8\],mm1  
              add         esi,eax  
              add         edi,ebx  
              add         ecx,1  
              cmp        ecx,edx  
              jl             again  
              emms  
              popf  
       \}  
   
仅仅将几个8位的写，改为64位的写，测试得到速度提升了25%，同样的道理，我们要尽可能的将几个movq写在一起，这样可以提高5%左右的速度。原c代码的效率也是很高的，它不用数组的来寻址，而是将s+= lx2; 从而将二维数组的寻址改为一维数组的寻址。尽可能的减少寻址的复杂度，这也是一种高效的办法。 还有一点就是如果将原来的简单赋值改为memcpy（）的话，可以提高大约10％的速度。这也是提高了数据流通容量的关系。  
   
**② 一些要注意的地方：**  
1.       尽可能的使用static变量, 访问这样的变量是很快的=访问立即数的速度  
2.       由于只有一个mmx移位寄存器, (移位分组指令) 是不能配对的  
3.       不要在eax使用完, 使用ax, 不要使用完一个mm1,就立即使用它  
4.       可以这样立即使用mm1, movq  mm2,mm1  movq mm1,mm3 (z顺序是可以的)  
5.       (4个以上)movq尽可能的在一起, 前提是在一起的mov不要使用一样的mmx寄存器  
6.       mov eax, \[esi\] (\[esi+2\*eax\]) 访问寻址的内存是特别的慢的  
7.       同上 stow 也是很慢的 （mov cx，n;   loop是很慢的，如果可能，要展开循环）  
8.       尽可能的在寄存器中完成操作,不要去访问内存  
9.       用变量名访问变量,尤其是static的,是很快.  
10.   访问寻址的内存的速度下降 》 数据不对齐8位的速度下降 》 指令不配对的速度下降  
11.   所以在传统的代码优化的方法中，构造数组，然后将运算变为查表的方法，有的时候在mmx技术内反而会降低速度。（这个时候，如果真的用查表有提升速度的话，建议采用段地址＋偏移量的办法）

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