原文地址:http://blog.csdn.net/wensishuai/article/details/8439418
Intel公司的單指令多數據流式擴展(SSE,Streaming SIMD Extensions)技術能夠有效增強CPU浮點運算的能力。Visual Studio .NET 2003提供了對SSE指令集的編程支持,從而允許用戶在C++代碼中不用編寫彙編代碼就可直接使用SSE指令的功能。MSDN中有關SSE技術的主題[1]有可能會使不熟悉使用SSE彙編指令編程的初學者感到困惑,但是在閱讀MSDN有關文檔的同時,參考一下Intel軟件說明書(Intel Software manuals)[2]會使你更清楚地理解使用SSE指令編程的要點。
SIMD(single-instruction, multiple-data)是一種使用單道指令處理多道數據流的CPU執行模式,即在一個CPU指令執行週期內用一道指令完成處理多個數據的操作。考慮一下下面這個任務:計算一個很長的浮點型數組中每一個元素的平方根。實現這個任務的算法可以這樣寫:
for each f in array //對數組中的每一個元素
f = sqrt(f) //計算它的平方根
爲了瞭解實現的細節,我們把上面的代碼這樣寫:
for each f in array
{
把f從內存加載到浮點寄存器
計算平方根
再把計算結果從寄存器中取出放入內存
}
具有Intel SSE指令集支持的處理器有8個128位的寄存器,每一個寄存器可以存放4個(32位)單精度的浮點數。SSE同時提供了一個指令集,其中的指令可以允許把浮點數加載到這些128位的寄存器之中,這些數就可以在這些寄存器中進行算術邏輯運算,然後把結果放回內存。採用SSE技術後,算法可以寫成下面的樣子:
for each 4 members in array //對數組中的每4個元素
{
把數組中的這4個數加載到一個128位的SSE寄存器中
在一個CPU指令執行週期中完成計算這4個數的平方根的操作
把所得的4個結果取出寫入內存
}
下面是一個演示的例子
使用純C++
- void CSSETestDlg::ComputeArrayCPlusPlus(
- float* pArray1, // [in] first source array
- float* pArray2, // [in] second source array
- float* pResult, // [out] result array
- int nSize) // [in] size of all arrays
- {
- int i;
- float* pSource1 = pArray1;
- float* pSource2 = pArray2;
- float* pDest = pResult;
- for ( i = 0; i < nSize; i++ )
- {
- *pDest = (float)sqrt((*pSource1) * (*pSource1) + (*pSource2)
- * (*pSource2)) + 0.5f;
- pSource1++;
- pSource2++;
- pDest++;
- }
- }
使用SSE內嵌原語
- void CSSETestDlg::ComputeArrayCPlusPlusSSE(
- float* pArray1, // [in] first source array
- float* pArray2, // [in] second source array
- float* pResult, // [out] result array
- int nSize) // [in] size of all arrays
- {
- int nLoop = nSize/ 4;
- __m128 m1, m2, m3, m4;
- __m128* pSrc1 = (__m128*) pArray1;
- __m128* pSrc2 = (__m128*) pArray2;
- __m128* pDest = (__m128*) pResult;
- __m128 m0_5 = _mm_set_ps1(0.5f); // m0_5[0, 1, 2, 3] = 0.5
- for ( int i = 0; i < nLoop; i++ )
- {
- m1 = _mm_mul_ps(*pSrc1, *pSrc1); // m1 = *pSrc1 * *pSrc1
- m2 = _mm_mul_ps(*pSrc2, *pSrc2); // m2 = *pSrc2 * *pSrc2
- m3 = _mm_add_ps(m1, m2); // m3 = m1 + m2
- m4 = _mm_sqrt_ps(m3); // m4 = sqrt(m3)
- *pDest = _mm_add_ps(m4, m0_5); // *pDest = m4 + 0.5
- pSrc1++;
- pSrc2++;
- pDest++;
- }
- }
使用SSE彙編
- void CSSETestDlg::ComputeArrayAssemblySSE(
- float* pArray1, // [輸入] 源數組1
- float* pArray2, // [輸入] 源數組2
- float* pResult, // [輸出] 用來存放結果的數組
- int nSize) // [輸入] 數組的大小
- {
- int nLoop = nSize/4;
- float f = 0.5f;
- _asm
- {
- movss xmm2, f // xmm2[0] = 0.5
- shufps xmm2, xmm2, 0 // xmm2[1, 2, 3] = xmm2[0]
- mov esi, pArray1 // 輸入的源數組1的地址送往esi
- mov edx, pArray2 // 輸入的源數組2的地址送往edx
- mov edi, pResult // 輸出結果數組的地址保存在edi
- mov ecx, nLoop //循環次數送往ecx
- start_loop:
- movaps xmm0, [esi] // xmm0 = [esi]
- mulps xmm0, xmm0 // xmm0 = xmm0 * xmm0
- movaps xmm1, [edx] // xmm1 = [edx]
- mulps xmm1, xmm1 // xmm1 = xmm1 * xmm1
- addps xmm0, xmm1 // xmm0 = xmm0 + xmm1
- sqrtps xmm0, xmm0 // xmm0 = sqrt(xmm0)
- addps xmm0, xmm2 // xmm0 = xmm1 + xmm2
- movaps [edi], xmm0 // [edi] = xmm0
- add esi, 16 // esi += 16
- add edx, 16 // edx += 16
- add edi, 16 // edi += 16
- dec ecx // ecx--
- jnz start_loop //如果不爲0則轉向start_loop
- }
- }
在信號處理中的實際應用(sse2):
獲得信號能量
- /*
- * Compute Energy of a complex signal vector, removing the DC component!
- * input : points to vector
- * length : length of vector in complex samples
- */
- #define shift 4
- #define shift_DC 0
- int signal_energy(int *input, unsigned int length)
- {
- int i;
- int temp, temp2;
- register __m64 mm0, mm1, mm2, mm3;
- __m64 *in;
- in = (__m64 *)input;
- mm0 = _m_pxor(mm0,mm0);
- mm3 = _m_pxor(mm3,mm3);
- for (i = 0; i < length >> 1; i++) {
- mm1 = in[i];
- mm2 = mm1;
- mm1 = _m_pmaddwd(mm1, mm1);
- mm1 = _m_psradi(mm1, shift);
- mm0 = _m_paddd(mm0, mm1);
- mm2 = _m_psrawi(mm2, shift_DC);
- mm3 = _m_paddw(mm3, mm2);
- }
- mm1 = mm0;
- mm0 = _m_psrlqi(mm0, 32);
- mm0 = _m_paddd(mm0, mm1);
- temp = _m_to_int(mm0);
- temp /= length;
- temp <<= shift;
- /*now remove the DC component*/
- mm2 = _m_psrlqi(mm3, 32);
- mm2 = _m_paddw(mm2, mm3);
- mm2 = _m_pmaddwd(mm2, mm2);
- temp2 = _m_to_int(mm2);
- temp2 /= (length * length);
- temp2 <<= (2 * shift_DC);
- temp -= temp2;
- _mm_empty();
- _m_empty();
- return((temp > 0) ? temp : 1);
- }