移位向量

NEON中的移位指令和ARM指令中的标量移位，把向量中的各个元素左移或者右移若干比特。那些移到临近元素的比特会被丢弃掉，不会影响到邻近元素的移位结果。移位操作的移位数可以直接编码到指令里，或者用 一个指定的移位比特向量，如果使用移位向量，每一个元素的移位比特值将取决于对应的移位向量里存储的值，移位向量里保存的移位值是有符号的，所以可能进行左移，右移或者不移位的操作。

图1. 带移位向量的左移操作，可以左移、右移或者不移位

有符号数据的右移操作的类型可以根据指令来制定，如是否进行符号扩展（算术右移还是逻辑右移），这对应于ARM指令里的移位操作。对于无符号的右移而言，就不用进行符号扩展了。

移位并右侧插入

NEON还支持带插入的移位，即进行两个向量的比特位域的组合。比如VLSI指令左移并插入，会把向量进行左移，然后用 目标向量的右侧数据来填充。如下图所示：

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图2. 向量移位并填充结果向量

移位并累加

NEON支持把向量的各个元素右移然后累加结果到另外一个向量。这对于那些中间结果需要更高精度的情况非常适用，然后才把 结果保存到一个低精度的累加器里。

指令修改符

每个移位指令都能包含一个或者多个修改符，这些修改符不会改变移位操作本身，但是输入和输出结果会去除基准或者饱和到一个有效范围，有5种移位限定符：

• 舍入（round），使用R前缀，用于纠正右移截断导致的基准；
• 变窄（narrow），使用N前缀，表示向量中所有元素的位宽变窄为一半，即源是128-bit的Q寄存器，而结果是64-bit的D寄存器；
• 变长（long），使用L前缀，表示向量中所有元素的位宽变宽为两倍，即源是64-bit的D寄存器，而结果是128-bit的Q寄存器；
• 饱和（saturate），使用Q前缀，把结果元素变成其能表示的最大和最小值范围内，位宽比特数和符号类型来表明该元素的有效范围；
• 无符号的饱和（Unsigned Saturating），使用Q前缀，U后缀，类似于饱和限定符，但结果会饱和到无符号数据范围，不管输入是有符号还是无符号的；

这些限定符的有些组合起来不能描述有用的操作，因而NEON并不包含这些指令。比如类似VQSHR的饱和右移并不需要，因为右移会让数据变小，不会超过有效范围。

有效的移位操作表格

所有NEON支持的移位指令如下表所示，他们按照上面提到的限定符排列。

图3. NEON支持的移位操作，用立即数表示的移位数和用寄存器表示的

色深转换的例子

色深转换是图像处理中经常用到的。通常输入数据是RGB565 16-bit色度格式，需要转换成RGB888格式才更适合于NEON这种并行处理。 然而NEON还是能处理RGB565的数据的，这就需要用到前面提到的移位指令了。

图4. RGB888和RGB565的色度格式

从RGB565到RGB888

首先看如何从RGB565转换成RGB888，假设输入的8个16-bit的像素保存到寄存器Q0，我们想把分量分离成R通道，G通道和B通道，保存到d2到d4寄存器。

vshr.u8      q1, q0, #3     @ 把R通道右移3比特，丢弃G通道比特 

vshrn.i16    d2, q1, #5     @ 右移并变窄，取得R分量数据到d2寄存器 

vshrn.i16    d3, q0, #5     @ 右移并变窄取得G分量数据 

vshl.i8      d3, d3, #2     @ 左移G分量2个比特，丢弃R分量部分，同时把G分量保存到正确的位置； 

vshl.i16 q0, q0, #3     @ 把B分量左移到最重要的8-bit数据 

vmovn.i16    d4, q0         @ 丢地仍然有的R和G分量，保存B分量为8-bit 

这些指令的含义可以参考注释处，基本上完成的操作就是去除临近通道的不用的色度数据，然后继续移位把色度分量的值到最高位。

一个小问题

你可能注意到，这样转换成RGB888格式后，原来的白就不是完全的白色了，这是因为R和B分量是左移3bit，而G分量则只左移两bit，因而如RGB565值(0x1F, 0x3F, 0x1F)变成RGB888 (0xF8, 0xFC, 0xF8)，并不跟以前的表示颜色一致。

从RGB888到RGB565

从RGB888转换成RGB565，假设RGB888的输入是用上面代码表示的形式，单独通道的分量保存在从寄存器d0到d2，结果保存到16-bit的RGB565格式到q2寄存器。

vshll.u8 q2, d0, #8     @ 左移红色分量到16bit结果中的最重要的5bit 

vshll.u8 q3, d1, #8     @ 左移绿色分量数据到16bit最重要的8比特 

vsri.16      q2, q3, #5    @ 移位绿色分量，并插入到红色元素寄存器里。 

vshll.u8 q3, d2, #8     @ 左移红色分量到16bit结果中的最重要的8-bit 

vsri.16      q2, q3, #11   @ 把蓝色分量插入到红色和绿色分量后面 

基本操作是把分量扩展成16-bit，然后右移插入指令把分量放到合适的位置；

总结

NEON提供了功能强大的移位指令，能完成：

• 快速的把数据乘以或者除以2，并带有舍入和饱和操作；
• 移位并拷贝若干比特从一个 向量到另一个向量；
• 中间计算结果在高精度，而把结果累加到低精度。