SVE Load 和 Store 指令使用介绍

ARMv9架构中的SVE（Scalable Vector Extension）指令集为向量计算提供了强大支持，特别是针对不同数据类型和访问模式的加载（Load）和存储（Store）操作。下面是对您提到的一些SVE指令的简要介绍和使用示例。

LD1 加载指令

• LD1{B|D|H|W} {Zt.<T>}, Pg/Zn, [Xn, Xm{, LSL #imm}]：
  • 加载一个或多个元素到向量寄存器Zt中。
  • {B|D|H|W}指定加载的元素大小（字节、双字、半字、字）。
  • Pg/Zn为谓词寄存器，控制加载操作。
  • [Xn, Xm{, LSL #imm}]指定内存地址。
• LD1R{B|D|H|W} {Zt.<T>}, Pg/Zn, [Xn]：
  • 从内存加载一个元素并重复到向量Zt的所有元素中。
  • R代表重复（Repeat）。
• LD1RO{B|D|H|W} {Zt.<T>}, Pg/Zn, [Xn, Xm]：
  • 从内存加载一个旋转（Rotate）元素到向量Zt中。
  • RO代表旋转（Rotate）。
• LDFF1{B|H|W|D} {Zt.<T>}, Pg/Zn, [Xn, Xm]：
  • 第一次找到的（First-Fault）加载。如果遇到不能访问的内存，则停止加载剩余元素。
  • FF代表第一次遇到故障就停止。

ST1 存储指令

• ST1{B|D|H|W} {Zt.<T>}, Pg, [Xn, Xm{, LSL #imm}]：
  • 将向量寄存器Zt中的一个或多个元素存储到内存。
  • 用法类似于加载指令，但用于存储。

PFR 预取指令

• PRF{B|D|H|W}：
  • 预取指令用于将内存数据预取到高速缓存，以提高访问速度。
  • 指定预取的数据大小和类型。

参考示例

假设我们需要将一个双字（64位）的数据加载到向量寄存器Z0中，然后将这个向量的数据存储回内存。

LD1 加载示例

// 假设X0包含了数据的内存地址
// 使用Pg作为谓词寄存器，控制加载过程
ptrue p0.d

// 从[X0]地址加载一个双字数据到Z0的所有元素中
ld1rd {z0.d}, p0, [x0]

这里，ld1rd指令从X0指向的内存地址加载一个双字数据，并将其重复填充到向量寄存器Z0的所有元素中，受谓词寄存器P0的控制。

ST1 存储示例

// 假设X1包含了要存储数据的目标内存地址
// 将Z0寄存器中的数据存储到[X1]地址
st1d {z0.d}, p0, [x1]

这里，st1d指令将向量寄存器Z0中的数据存储到X1指向的内存地址中，操作受谓词寄存器P0的控制。

代码实例

测试代码如下：

• 首先将谓词寄存器p0中所有字节元素的控制位都设为1，意味着所有后续操作都会影响到z0的所有字节元素；
• 执行 ST1B {z0.d}, p0, [x1] 按8位（即1字节）的单元将 z0 寄存器中的数据（根据谓词寄存器 p0 的掩码）存储到 x1 指向的开始地址0xb0000000处；
• 最后将地址0xb0000000地址处的值返回。

func sve_add_test
    stp	    x29, x30, [sp, #-0x10]!

    ptrue p0.b
    ldr w0, =0x11111111
    dup z0.b, w0
    cpy z0.b, p0/z, #0x55

    ldr x1, =0xb0000000
    st1b {z0.d}, p0, [x1]
    mov x0, xzr
    ldr x0, [x1]

    ldp     x29,x30, [sp], #0x10
    ret
endfunc sve_add_byte_test

需要注意的是 指令 ST1{B|D|H|W} 写的次数是和 {z0.n} 的配置有关，比如当测试代码修改为 st1w {z0.d}, p0, [x1] 之后，表示每次写一个word，一共写2次，因为z0 向量寄存器的大小为128bits，在写入操作时每个元素的大小是按照64bits计算的。

msh >dump 0xb0000000 4
0xb0000000: 0x55555555 0x55555555 0x00000000 0x00000000

修改为 st1b {z0.d}, p0, [x1] 之后，在写入操作时每个元素的大小是按照64bits计算的，每次写1入byte：

msh >dump 0xb0000000 4
0xb0000000: 0x00005555 0x00000000 0x00000000 0x00000000

修改为 st1b {z0.b}, p0, [x1] 之后，在写入操作时每个元素的大小是按照8bits计算的，每次写1入byte：

msh >dump 0xb0000000 4
0xb0000000: 0x55555555 0x55555555 0x55555555 0x55555555

修改为 st1b {z0.h}, p0, [x1] 之后，在写入操作时每个元素的大小是按照16bits(half-word）计算的，每次写1入byte, 一共写入8次：

msh >dump 0xb0000000 4
0xb0000000: 0x55555555 0x55555555 0x00000000 0x00000000