16、深入了解NEON协处理器及其应用

深入了解NEON协处理器及其应用

1. 引言

在计算领域，并行计算是提高处理速度和效率的关键技术。NEON协处理器为我们打开了并行计算的大门，它能够同时执行多个操作，极大地提升了计算性能。接下来，我们将深入探讨NEON协处理器的工作原理、寄存器使用、指令集以及实际应用示例。

2. NEON协处理器概述

NEON协处理器与浮点运算单元（FPU）有许多功能上的重叠，但它具备同时执行多个操作的能力。例如，一条指令可以同时执行四个32位浮点运算。这种并行处理方式被称为单指令多数据（SIMD），即一条指令可以并行处理多个数据项。

需要注意的是，NEON协处理器从树莓派2开始引入，树莓派1和树莓派Zero并不支持。因此，相关程序只能在树莓派2及更高版本上运行。

3. NEON寄存器

NEON协处理器可以操作64位寄存器和一组16个128位寄存器。这些寄存器存在重叠情况，使用时需要格外小心。同时，NEON协处理器不能引用FPU常用的32位S寄存器，而任何带有NEON协处理器的ARM处理器都会拥有全部32个D寄存器。

虽然拥有128位寄存器，但NEON处理器并不执行128位算术运算，甚至无法执行64位浮点运算。不过，它可以在一个128位寄存器中存储四个32位单精度浮点数，并同时对这四个数进行乘法运算。

NEON协处理器可处理整数和浮点数，整数支持8位、16位和32位，浮点数支持16位和32位，以实现最大程度的并行操作。其中，使用8位整数时可实现最高的并行度，一次能进行16个操作。

不同寄存器类型可容纳的元素数量如下表所示：
| 寄存器类型 | 8位元素 | 1