ArmHelium技術指南

來自 孔夫子網 的圖片

《ArmHelium技術指南》，副標題：Cortex-M系列處理器的矢量運算擴展，出版社： 機械工業出版社，ISBN：9787111738718。

截至2022年，機械工業出版社年出版新書近2700種，年引進和輸出版權總量近800種，產品橫跨科技出版、教育出版、大眾出版三大板塊，覆蓋機械、電工電子、汽車、建築、計算機、經管、心理、生活、科普、藝術設計、文創等十多個專業領域，以及高等教育、職業教育、技能教育等不同教育層次。

目錄

內容簡介

本書首先介紹了Helium的基本概念，包括單指令多數據（SIMD）、矢量處理、浮點和定點數據表示以及飽和運算等。然後，將指令集分解為幾部分進行詳細探討，包括流水線結構、預測和分支處理、數據處理及內存訪問等。此外，還介紹了Cortex-M55等Helium核心技術的編碼機制，包括編譯、調試和優化。zui後，介紹了如何實現DSP和ML工作負載。

目錄

譯者序

序

前言

第1章　緒論　/ 1

1.1　Helium簡介　/ 2

1.2　Armv8.1-M架構　/ 3

1.3　對比其他Arm SIMD/DSP

特性　/ 6

1.3.1　Helium對比Neon　/ 7

1.3.2　Helium對比可伸縮矢量

擴展　/ 8

1.3.3　Helium對比Cortex-M的

DSP特性　/ 9

1.3.4　Helium對比專用DSP　/ 9

1.4　Helium用例　/ 10

1.5　問題　/ 10

第2章　SIMD/矢量處理器概論　/ 11

2.1　SIMD/矢量處理　/ 11

2.2　浮點數和定點數　/ 12

2.2.1　飽和運算　/ 15

2.2.2　定點和浮點DSP　/ 15

2.2.3　Helium浮點格式　/ 16

2.2.4　C數據類型和原語　/ 16

2.3　問題　/ 17

第3章　Helium架構　/ 18

3.1　Helium基礎概念　/ 18

3.1.1　Helium寄存器　/ 20

3.1.2　通道　/ 21

3.1.3　矢令塊和節拍　/ 22

3.1.4　指令示例　/ 23

3.2　Helium矢量處理　/ 24

3.3　低開銷分支擴展　/ 25

3.4　尾部預測　/ 27

3.5　Helium指令集　/ 29

3.5.1　指令集基礎　/ 29

3.5.2　指令修飾符　/ 31

3.5.3　指令形態　/ 32

3.6　問題　/ 33

第4章　數據處理指令　/ 34

4.1　算術運算　/ 34

4.1.1　加法和減法　/ 34

4.1.2　絕對值　/ 38

4.1.3　移位　/ 40

4.1.4　邏輯操作　/ 46

4.1.5　最小值和大值　/ 47

4.1.6　格式轉換和捨入　/ 50

4.1.7　位計數　/ 52

4.1.8　元素反轉　/ 53

4.2　乘法運算　/ 54

4.2.1　乘法指令　/ 54

4.2.2　乘加指令　/ 57

4.2.3　複數運算指令　/ 65

4.2.4　定點複數乘法運算　/ 68

4.3　數據移動　/ 68

4.4　比較和預測　/ 73

4.5　問題　/ 79

第5章　內存訪問指令　/ 80

5.1　矢量加載和存儲　/ 80

5.2　離散-聚合　/ 81

5.3　交織和解交織加載/存儲　/ 87

5.4　問題　/ 90

第6章　Helium分支、標量和其他指令　/ 91

6.1　低開銷分支擴展　/ 91

6.2　Armv8.1-M標量指令　/ 94

6.2.1　條件執行　/ 94

6.2.2　通用寄存器移位　/ 97

6.3　其他指令　/ 100

第7章　Helium編程　/ 102

7.1　編譯器和工具　/ 102

7.1.1　Arm Compiler 6　/ 103

7.1.2　GCC Helium功能　/ 104

7.1.3　Helium CPU內核的調試、

跟蹤、剖析　/ 104

7.2　Helium編程方式　/ 105

7.3　矢量庫　/ 105

7.4　自動矢量化　/ 106

7.4.1　使用矢量化編譯器　/ 107

7.4.2　面向自動矢量化編程　/ 109

7.4.3　自動矢量化示例　/ 111

7.5　Helium原語函數　/ 112

7.5.1　原語編程　/ 113

7.5.2　原語預測　/ 115

7.5.3　原語點積示例　/ 117

7.5.4　原語離散-聚合示例　/ 120

7.5.5　原語尾部處理　/ 121

7.5.6　原語函數工作流　/ 122

7.6　Helium匯編代碼　/ 123

7.6.1　內聯匯編代碼　/ 123

7.6.2　內聯匯編示例　/ 125

7.6.3　原生匯編語言函數　/ 127

7.7　從其他架構移植DSP

代碼　/ 127

7.8　Helium底層代碼　/ 128

7.8.1　使能Helium　/ 128

7.8.2　檢測Helium　/ 129

7.8.3　異常處理　/ 129

7.9　問題　/ 132

第8章　性能和優化　/ 133

8.1　代碼剖析和性能評估　/ 133

8.1.1　Helium性能計數器和

比率　/ 134

8.1.2　嵌入式跟蹤宏單元　/ 140

8.2　性能考量　/ 141

8.3　性能和Cortex-M內存系統　/ 141

8.3.1　緩存　/ 142

8.3.2　緊耦合內存　/ 143

8.4　雙矢令塊微架構的性能考量　/ 144

8.5　性能示例　/ 145

8.6　問題　/ 148

第9章　DSP基礎　/ 149

9.1　矩陣運算　/ 149

9.1.1　矩陣乘法　/ 149

9.1.2　矩陣轉置　/ 151

9.2　傅里葉變換　/ 153

9.2.1　傅里葉變換簡介　/ 153

9.2.2　快速傅里葉變換　/ 153

9.2.3　FFT示例　/ 155

第10章　DSP濾波　/ 157

10.1　卷積　/ 157

10.2　 濾波器　/ 158

10.2.1　FIR濾波器簡介　/ 158

10.2.2　FIR濾波器示例　/ 159

第11章　應用示例　/ 161

11.1　圖像處理　/ 161

11.2　加密　/ 165

11.2.1　大數算術　/ 165

11.2.2　多項式乘法　/ 167

第12章　神經網絡和機器學習　/ 175

12.1　神經網絡簡介　/ 176

12.1.1　卷積神經網絡　/ 177

12.1.2　循環神經網絡　/ 178

12.2　CMSIS-NN　/ 179

12.2.1　CMSIS-NN優化　/ 180

12.2.2　CMSIS-NN Helium優化　/ 181

12.3　微控制器TensorFlow Lite　/ 182

12.3.1　用於微控制器和CMSIS-NN

的TensorFlow Lite　/ 183

12.3.2　模型轉換　/ 183

12.3.3　在Helium Cortex-M CPU

上部署模型　/ 184

12.3.4　關鍵字檢測示例　/ 184

12.4　針對Helium轉換神經網絡　/ 186

12.5　經典機器學習　/ 189

參考答案　/ 191

擴展閱讀　/ 193