Как загрузить данные в регистры AVX2 во внутреннем ассемблере FPC без ошибок

Delphi , Синтаксис , Assembler

Работа с AVX2 в Free Pascal: правильная загрузка данных в регистры

В мире высокопроизводительных вычислений использование векторных инструкций, таких как AVX2, становится все более важным. В этой статье мы разберем распространенную проблему, с которой сталкиваются разработчики при работе с AVX2 в Free Pascal, и предложим несколько решений.

Проблема загрузки данных в AVX2 регистры

Как видно из исходного сообщения на форуме, пользователь столкнулся с проблемой: при попытке загрузить данные в регистры YMM с помощью инструкции VMOVAPD, в регистры попадали некорректные значения, что приводило к неверным результатам вычислений.

Исходный код выглядел так:

function AsmTest: double; assembler;
asm
         VMOVAPD YMM0, ymmword ptr [rip + @Data]
         VEXTRACTF128 XMM0, YMM0, 1
         JMP     @Exit
         ALIGN   32
         @Data:
         DB      $40, $08, $FA, $29, $E1, $70, $A4, $F1
         DB      $41, $09, $FB, $2A, $E2, $71, $A5, $F2
         DB      $42, $0A, $FC, $2B, $E3, $72, $A6, $F3
         DB      $43, $0B, $FD, $2C, $E4, $73, $A7, $F4
         @Exit:
end;

Решение 1: Использование выровненной памяти

Одной из основных причин проблемы может быть отсутствие выравнивания данных. Инструкции AVX2 требуют, чтобы данные в памяти были выровнены по 32-байтной границе. Вот пример правильной реализации:

program AVX2Example;
{$asmmode intel}
uses
  SysUtils;

var
  RawPtr: Pointer;
  AlignedPtr: Pointer;
  ResultValue: Double;

const
  ALIGNMENT = 32;

type
  TAVXData = array[0..3] of Double;

procedure AllocateAlignedMemory(var Raw, Aligned: Pointer; Size, Align: PtrUInt);
var
  p: PtrUInt;
begin
  GetMem(Raw, Size + Align);              // Резервируем дополнительное место для выравнивания
  p := (PtrUInt(Raw) + Align - 1) and not (Align - 1); // Выравниваем вверх
  Aligned := Pointer(p);
end;

function AsmTest(p: Pointer): Double; assembler;
asm
  mov     rax, p                      // Адрес массива
  vmovapd ymm0, ymmword ptr [rax]     // Загружаем 4 значения double в ymm0

  // Складываем нижнюю и верхнюю части ymm0
  vextractf128 xmm1, ymm0, 1          // Извлекаем верхние 2 значения double в xmm1
  vaddpd  xmm0, xmm0, xmm1            // xmm0 = (a0+a2, a1+a3)

  // Горизонтально складываем оставшиеся значения
  vhaddpd xmm0, xmm0, xmm0            // xmm0 = (a0+a2+a1+a3, ...)

  // Возвращаем результат
  movsd   xmm1, xmm0                  // Перемещаем результат в xmm1
end;

var
  Data: TAVXData = (pi, 2 * pi, 3 * pi, 4 * pi);

begin
  // Выделяем память
  AllocateAlignedMemory(RawPtr, AlignedPtr, SizeOf(Data), ALIGNMENT);

  // Копируем данные в выровненную память
  Move(Data, AlignedPtr^, SizeOf(Data));

  Writeln('RawPtr     = ', PtrUInt(RawPtr));
  Writeln('AlignedPtr = ', PtrUInt(AlignedPtr));

  // Проверяем, что AlignedPtr кратен 32
  if (PtrUInt(AlignedPtr) mod ALIGNMENT) <> 0 then
    raise Exception.Create('Ошибка выравнивания!');

  // Вызываем ассемблерную функцию
  ResultValue := AsmTest(AlignedPtr);
  Writeln('Результат = ', ResultValue :0:10);

  FreeMem(RawPtr);

  Readln;
end.

Решение 2: Использование констант с правильным выравниванием

Как показал пользователь в своем решении, можно обойтись без динамического выделения памяти, используя константы с правильным выравниванием:

function AsmTest: double; assembler;
asm
         VMOVAPD YMM0, ymmword ptr [rip + @Data]
         VPERMILPD XMM1, XMM0, 1
         MOVAPS  XMM0, XMM1
         JMP     @Exit
         ALIGN   32
         @Data:
         DB      $00, $00, $00, $00, $00, $00, $F0, $3F  // 1.0
         DB      $00, $00, $00, $00, $00, $00, $00, $40  // 2.0
         DB      $00, $00, $00, $00, $00, $00, $08, $40  // 3.0
         DB      $00, $00, $00, $00, $00, $00, $10, $40  // 4.0
         @Exit:
end;

Решение 3: Использование константных массивов

Как предложил пользователь marcov, можно использовать константные массивы с автоматическим выравниванием:

const
  AVXData: array[0..3] of Double = (1.0, 2.0, 3.0, 4.0);

function AsmTest: double; assembler;
asm
  vmovapd ymm0, [rip + AVXData]  // Загрузка данных из константного массива
  vextractf128 xmm0, ymm0, 1     // Извлечение верхней части
end;

Советы по работе с AVX2 в Free Pascal

1. Выравнивание данных: Всегда убеждайтесь, что данные выровнены по 32-байтной границе для AVX2 инструкций.

2. Использование констант: По возможности используйте константные массивы, так как компилятор FPC автоматически выравнивает их должным образом.

3. Проверка выравнивания: Добавляйте проверки выравнивания в отладочных целях.

4. Отладка: Используйте специализированные инструменты отладки, такие как встроенный отладчик Lazarus с поддержкой AVX регистров.

5. Документация: Всегда сверяйтесь с документацией по инструкциям AVX2, чтобы убедиться в правильности их использования.

Заключение

Работа с AVX2 в Free Pascal требует внимания к деталям, особенно к выравниванию данных. Как показано в статье, существует несколько подходов к решению проблемы загрузки данных в AVX2 регистры. Выбор конкретного метода зависит от ваших требований и контекста использования.

Правильное использование векторных инструкций может значительно повысить производительность ваших вычислений, поэтому стоит потратить время на освоение этих техник.

Создано по материалам из источника по ссылке.

Статья описывает методы правильной загрузки данных в AVX2 регистры при работе с Free Pascal, включая выравнивание памяти и использование константных массивов.

Комментарии и вопросы

Получайте свежие новости и обновления по Object Pascal, Delphi и Lazarus прямо в свой смартфон. Подпишитесь на наш Telegram-канал delphi_kansoftware и будьте в курсе последних тенденций в разработке под Linux, Windows, Android и iOS

:: Главная :: Assembler ::