Formation NEON-v8 programming: This course explains how to use ARMv8 NEON SIMD instructions to boost multimedia algorithms

RC2NEON-v8 programming
This course explains how to use ARMv8 NEON SIMD instructions to boost multimedia algorithms
Objectives
  • This course has been designed for programmers wanting to run multimedia algorithms on NEON Single Instruction Multiple Data execute units on ARMv8 processors.
  • Evolution of the NEON architecture between ARMv7 and ARMv8 is detailed.
  • Each instruction family is detailed, first at assembly level, and then at C level using macros developed present in arm_neon.h file.
  • Several tricky usage of processing instructions are provided.
  • Vector and vector element load / store instructions are studied and guidelines for organizing data in memory are provided to minimize the number of memory accesses.
  • The underlying cache operation as well as preload mechanisms (instruction and hardware prefetch) are detailed to explain how a processing can be pipelined .
  • The course shows how DSP typical algorithms such as FIR and FFT can be vectorized and then optimized to be executed on NEON unit.

  • Cryptographic operations are also detailed, with explanation of the supported algorithms.
Labs are compiled with GCC and run on a Linux Cortex-A53 board or a simulator
A more detailed course description is available on request at training@ac6-training.com
  • Knowledge of ARMv7 instruction sets.
  • Cours théorique
    • Support de cours imprimé et au format PDF (en anglais).
    • Le formateur répond aux questions des stagiaires en direct pendant la formation et fournit une assistance technique et pédagogique.
  • Activités pratiques
    • Les activités pratiques représentent de 40% à 50% de la durée du cours.
    • Elles permettent de valider ou compléter les connaissances acquises pendant le cours théorique.
    • Exemples de code, exercices et solutions
    • Un PC (Linux ou Windows) par binôme de stagiaires (si plus de 6 stagiaires) pour les activités pratiques avec, si approprié, une carte cible embarquée.
    • Le formateur accède aux PC des stagiaires pour l'assistance technique et pédagogique.
  • Une machine virtuelle préconfigurée téléchargeable pour refaire les activités pratiques après le cours
  • Au début de chaque demi-journée une période est réservée à une interaction avec les stagiaires pour s'assurer que le cours répond à leurs attentes et l'adapter si nécessaire
  • Tout ingénieur ou technicien en systèmes embarqués possédant les prérequis ci-dessus.
  • Les prérequis indiqués ci-dessus sont évalués avant la formation par l'encadrement technique du stagiaire dans son entreprise, ou par le stagiaire lui-même dans le cas exceptionnel d'un stagiaire individuel.
  • Les progrès des stagiaires sont évalués de deux façons différentes, suivant le cours:
    • Pour les cours se prêtant à des exercices pratiques, les résultats des exercices sont vérifiés par le formateur, qui aide si nécessaire les stagiaires à les réaliser en apportant des précisions supplémentaires.
    • Des quizz sont proposés en fin des sections ne comportant pas d'exercices pratiques pour vérifier que les stagiaires ont assimilé les points présentés
  • En fin de formation, chaque stagiaire reçoit une attestation et un certificat attestant qu'il a suivi le cours avec succès.
    • En cas de problème dû à un manque de prérequis de la part du stagiaire, constaté lors de la formation, une formation différente ou complémentaire lui est proposée, en général pour conforter ses prérequis, en accord avec son responsable en entreprise le cas échéant.

Plan du cours

  • Clarifying the resources shared by NEON and the scalar floating point engine
  • Explaining the AArch32 and AArch64 differences
  • NEON Register banks
    • S, D and Q registers (AArch32)
    • B, H, S, D and V registers (AArch64)
  • Data types
  • Vector vs scalar
  • Related system registers
  • Alignment issues
  • Enabling NEON
  • Differences between NEONv7 and NEONv8
  • Instructions producing wider / narrower results
  • Instructions modifiers
  • Selecting the shape
  • Selecting the operand / result type
  • Syntax flexibility
  • Declaring initialized vectors in C language
  • Using unions with vectors and arrays of vectors to simplify the debug
  • Casting vectors
  • Move
  • Swap
  • Table lookup
  • Vector transpose
  • Vector zip / unzip
  • Data transfer between NEON and integer unit
    • Practical lab: clarifying narrow and long instructions, building a vector from bytes selected from a pair of vectors
Exercise :  Example: managing audio samples
Exercise :  Using load with de-interleaving instructions to store all right lane samples into a vector and left lane samples into another vector
Exercise :  Clarifying narrow and long instructions, building a vector from bytes selected from a pair of vectors
  • Arithmetic instructions
    • Add, modulo vs saturated arithmetic
    • Halving / Doubling the result
    • Rounding
    • Subtract
    • Multiply
    • Multiply accumulate / Multiply subtract
    • Absolute value
    • Min / Max
Exercise :  Implementing a complex multiply accumulate with NEON
  • Conversion instructions
    • Converting Floating Point numbers into Fixed point numbers
    • Converting Fixed point numbers into Floating point numbers
Exercise :  Converting fixed-point elements into single precision floating point values and adding the resulting elements
  • Advanced arithmetic instructions
    • Reciprocal estimate, reciprocal square root estimate, Newton-raphson algorithm
    • Pairwise instructions
  • Element comparison
  • Logic instructions
    • Logical AND, Bit Clear, OR, XOR
    • Operations with immediate values
  • Bitfield instructions
    • Count Leading zeros, ones, signs
    • Bitwise insert instructions
    • Conditional bitwise insert instructions, avoiding branches
    • Shifts with possible rounding and saturation
    • Bitfield reverse
Exercise :  Transposing a matrix, shifting a large bitmap using vector instructions
  • The Cryptography extension
  • Algorithms supported
    • AES
    • SHA1
    • SHA256
  • Automatic vectorization
  • Tuning loops for optimal results
    • Avoid loop feedbacks
    • Avoid loop-dependent conditionals
    • Avoid early termination
    • Padding loops
Exercise :  Experimenting with loop auto-vecorization
  • Pointers and arrays
    • indirect addressing
    • pointer aliasing and restrict
Exercise :  Using restrict to eliminate dependencies
  • Function calls and inlining
    • promises
Exercise :  Making promises to help the compiler optimize
  • Avoiding data dependencies
  • FIR filter
    • Converting the scalar algorithm into a vector algorithm
    • Finding the NEON instructions to encode the vector algorithm
    • Optimizing the code
    • Using the performance monitor to tune the algorithm
  • FFT (DFT)
    • Converting the scalar algorithm into a vector algorithm, understanding how circle properties can be used to process 4 angles concurrently
    • Finding the NEON instructions to encode the vector algorithm
    • Optimizing the code
    • Using the performance monitor to tune the algorithm
Durée
2 jours
Renseignements

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Dernière mise à jour du plan de cours : 10 mai 2017

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