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Arm Helium技术指南 Cortex-M系列处理器的矢量运算扩展

作者: [英] 乔恩·马什（jonmarsh）

出版社: 机械工业出版社

出版时间: 2023-12

版次: 1

ISBN: 9787111738718

定价: 79.00

装帧: 其他

开本: 16开

页数: 192页

字数: 259千字

分类: 计算机与互联网

2人买过

本书是学习ArmHeliumMVE技术的理想指南。Helium为微控制器带来了令人兴奋的新功能，使复杂的数字信号处理或机器学习应用程序能够在廉价、低功耗的设备上运行。本书首先从易于理解的层面介绍了Helium的基本概念，包括单指令多数据(SIMD)、矢量处理、浮点和定点数据表示以及饱和运算等。然后，将指令集分解为几个部分进行详细探讨，包括流水线结构、预测和分支处理、数据处理及内存访问等主题。此外，还介绍了Cortex-M55等Helium核心技术的编码机制，包括编译、调试和优化。本书的结尾是重要部分，介绍了如何实现DSP和ML工作负载。

阅读本书的前提是具备Cortex-M处理器和基本DSP理论知识以及C语言和Arm汇编语言基础。
:
乔恩·马什（Jon Marsh），拥有超过25年的从业经验，一直为Arm及其半导体合作伙伴工作。他曾参与多款ArmCPU的开发，从Arm2到现在的高端64位处理器都有涉及。他曾在世界大多数顶级半导体和消费类公司从事有关Arm处理器的咨询工作并提供培训课程，并在亚洲、欧洲及北美等地区的会议和大学发表演讲。
译者序

序

前言

第1章绪论/1

1.1 Helium简介/2

1.2 Armv8.1-M架构/3

1.3 对比其他Arm SIMD/DSP特性/6

1.3.1 Helium对比Neon/7

1.3.2 Helium对比可伸缩矢量扩展/8

1.3.3 Helium对比Cortex-M的DSP特性/9

1.3.4 Helium对比专用DSP/9

1.4 Helium用例/10

1.5 问题/10

第2章 SIMD/矢量处理器概论/11

2.1 SIMD/矢量处理/11

2.2 浮点数和定点数/12

2.2.1 饱和运算/15

2.2.2 定点和浮点DSP/15

2.2.3 Helium浮点格式/16

2.2.4 C数据类型和原语/16

2.3 问题/17

第3章 Helium架构/18

3.1 Helium基础概念/18

3.1.1 Helium寄存器/20

3.1.2 通道/21

3.1.3 矢令块和节拍/22

3.1.4 指令示例/23

3.2 Helium矢量处理/24

3.3 低开销分支扩展/25

3.4 尾部预测/27

3.5 Helium指令集/29

3.5.1 指令集基础/29

3.5.2 指令修饰符/31

3.5.3 指令形态/32

3.6 问题/33

第4章数据处理指令/34

4.1 算术运算/34

4.1.1 加法和减法/34

4.1.2 绝对值/38

4.1.3 移位/40

4.1.4 逻辑操作/46

4.1.5 最小值和优选值/47

4.1.6 格式转换和舍入/50

4.1.7 位计数/52

4.1.8 元素反转/53

4.2 乘法运算/54

4.2.1 乘法指令/54

4.2.2 乘加指令/57

4.2.3 复数运算指令/65

4.2.4 定点复数乘法运算/68

4.3 数据移动/68

4.4 比较和预测/73

4.5 问题/79

第5章内存访问指令/80

5.1 矢量加载和存储/80

5.2 离散-聚合/81

5.3 交织和解交织加载/存储/87

5.4 问题/90

第6章 Helium分支、标量和其他指令/91

6.1 低开销分支扩展/91

6.2 Armv8.1-M标量指令/94

6.2.1 条件执行/94

6.2.2 通用寄存器移位/97

6.3 其他指令/100

6.4 问题/101

第7章 Helium编程/102

7.1 编译器和工具/102

7.1.1 Arm Compiler 6/103

7.1.2 GCC Helium功能/104

7.1.3 Helium CPU内核的调试、跟踪、剖析/104

7.2 Helium编程方式/105

7.3 矢量库/105

7.4 自动矢量化/106

7.4.1 使用矢量化编译器/107

7.4.2 面向自动矢量化编程/109

7.4.3 自动矢量化示例/111

7.5 Helium原语函数/112

7.5.1 原语编程/113

7.5.2 原语预测/115

7.5.3 原语点积示例/117

7.5.4 原语离散-聚合示例/120

7.5.5 原语尾部处理/121

7.5.6 原语函数工作流/122

7.6 Helium汇编代码/123

7.6.1 内联汇编代码/123

7.6.2 内联汇编示例/125

7.6.3 原生汇编语言函数/127

7.7 从其他架构移植DSP代码/127

7.8 Helium底层代码/128

7.8.1 使能Helium/128

7.8.2 检测Helium/129

7.8.3 异常处理/129

7.9 问题/132

第8章性能和优化/133

8.1 代码剖析和性能评估/133

8.1.1 Helium性能计数器和比率/134

8.1.2 嵌入式跟踪宏单元/140

8.2 性能考量/141

8.3 性能和Cortex-M内存系统/141

8.3.1 缓存/142

8.3.2 紧耦合内存/143

8.4 双矢令块微架构的性能考量/144

8.5 性能示例/145

8.6 问题/148

第9章 DSP基础/149

9.1 矩阵运算/149

9.1.1 矩阵乘法/149

9.1.2 矩阵转置/151

9.2 傅里叶变换/153

9.2.1 傅里叶变换简介/153

9.2.2 快速傅里叶变换/153

9.2.3 FFT示例/155

第10章 DSP滤波/157

10.1 卷积/157

10.2 滤波器/158

10.2.1 FIR滤波器简介/158

10.2.2 FIR滤波器示例/159

第11章应用示例/161

11.1 图像处理/161

11.2 加密/165

11.2.1 大数算术/165

11.2.2 多项式乘法/167

第12章神经网络和机器学习/175

12.1 神经网络简介/176

12.1.1 卷积神经网络/177

12.1.2 循环神经网络/178

12.2 CMSIS-NN/179

12.2.1 CMSIS-NN优化/180

12.2.2 CMSIS-NN Helium优化/181

12.3 微控制器TensorFlow Lite/182

12.3.1 用于微控制器和CMSIS-NN的TensorFlow Lite/183

12.3.2 模型转换/183

12.3.3 在Helium Cortex-M CPU上部署模型/184

12.3.4 关键字检测示例/184

12.4 针对Helium转换神经网络/186

12.5 经典机器学习/189

参考答案/191

扩展阅读/193
内容简介:
本书是学习ArmHeliumMVE技术的理想指南。Helium为微控制器带来了令人兴奋的新功能，使复杂的数字信号处理或机器学习应用程序能够在廉价、低功耗的设备上运行。本书首先从易于理解的层面介绍了Helium的基本概念，包括单指令多数据(SIMD)、矢量处理、浮点和定点数据表示以及饱和运算等。然后，将指令集分解为几个部分进行详细探讨，包括流水线结构、预测和分支处理、数据处理及内存访问等主题。此外，还介绍了Cortex-M55等Helium核心技术的编码机制，包括编译、调试和优化。本书的结尾是重要部分，介绍了如何实现DSP和ML工作负载。

阅读本书的前提是具备Cortex-M处理器和基本DSP理论知识以及C语言和Arm汇编语言基础。
作者简介:
:
乔恩·马什（Jon Marsh），拥有超过25年的从业经验，一直为Arm及其半导体合作伙伴工作。他曾参与多款ArmCPU的开发，从Arm2到现在的高端64位处理器都有涉及。他曾在世界大多数顶级半导体和消费类公司从事有关Arm处理器的咨询工作并提供培训课程，并在亚洲、欧洲及北美等地区的会议和大学发表演讲。
目录:
译者序

序

前言

第1章绪论/1

1.1 Helium简介/2

1.2 Armv8.1-M架构/3

1.3 对比其他Arm SIMD/DSP特性/6

1.3.1 Helium对比Neon/7

1.3.2 Helium对比可伸缩矢量扩展/8

1.3.3 Helium对比Cortex-M的DSP特性/9

1.3.4 Helium对比专用DSP/9

1.4 Helium用例/10

1.5 问题/10

第2章 SIMD/矢量处理器概论/11

2.1 SIMD/矢量处理/11

2.2 浮点数和定点数/12

2.2.1 饱和运算/15

2.2.2 定点和浮点DSP/15

2.2.3 Helium浮点格式/16

2.2.4 C数据类型和原语/16

2.3 问题/17

第3章 Helium架构/18

3.1 Helium基础概念/18

3.1.1 Helium寄存器/20

3.1.2 通道/21

3.1.3 矢令块和节拍/22

3.1.4 指令示例/23

3.2 Helium矢量处理/24

3.3 低开销分支扩展/25

3.4 尾部预测/27

3.5 Helium指令集/29

3.5.1 指令集基础/29

3.5.2 指令修饰符/31

3.5.3 指令形态/32

3.6 问题/33

第4章数据处理指令/34

4.1 算术运算/34

4.1.1 加法和减法/34

4.1.2 绝对值/38

4.1.3 移位/40

4.1.4 逻辑操作/46

4.1.5 最小值和优选值/47

4.1.6 格式转换和舍入/50

4.1.7 位计数/52

4.1.8 元素反转/53

4.2 乘法运算/54

4.2.1 乘法指令/54

4.2.2 乘加指令/57

4.2.3 复数运算指令/65

4.2.4 定点复数乘法运算/68

4.3 数据移动/68

4.4 比较和预测/73

4.5 问题/79

第5章内存访问指令/80

5.1 矢量加载和存储/80

5.2 离散-聚合/81

5.3 交织和解交织加载/存储/87

5.4 问题/90

第6章 Helium分支、标量和其他指令/91

6.1 低开销分支扩展/91

6.2 Armv8.1-M标量指令/94

6.2.1 条件执行/94

6.2.2 通用寄存器移位/97

6.3 其他指令/100

6.4 问题/101

第7章 Helium编程/102

7.1 编译器和工具/102

7.1.1 Arm Compiler 6/103

7.1.2 GCC Helium功能/104

7.1.3 Helium CPU内核的调试、跟踪、剖析/104

7.2 Helium编程方式/105

7.3 矢量库/105

7.4 自动矢量化/106

7.4.1 使用矢量化编译器/107

7.4.2 面向自动矢量化编程/109

7.4.3 自动矢量化示例/111

7.5 Helium原语函数/112

7.5.1 原语编程/113

7.5.2 原语预测/115

7.5.3 原语点积示例/117

7.5.4 原语离散-聚合示例/120

7.5.5 原语尾部处理/121

7.5.6 原语函数工作流/122

7.6 Helium汇编代码/123

7.6.1 内联汇编代码/123

7.6.2 内联汇编示例/125

7.6.3 原生汇编语言函数/127

7.7 从其他架构移植DSP代码/127

7.8 Helium底层代码/128

7.8.1 使能Helium/128

7.8.2 检测Helium/129

7.8.3 异常处理/129

7.9 问题/132

第8章性能和优化/133

8.1 代码剖析和性能评估/133

8.1.1 Helium性能计数器和比率/134

8.1.2 嵌入式跟踪宏单元/140

8.2 性能考量/141

8.3 性能和Cortex-M内存系统/141

8.3.1 缓存/142

8.3.2 紧耦合内存/143

8.4 双矢令块微架构的性能考量/144

8.5 性能示例/145

8.6 问题/148

第9章 DSP基础/149

9.1 矩阵运算/149

9.1.1 矩阵乘法/149

9.1.2 矩阵转置/151

9.2 傅里叶变换/153

9.2.1 傅里叶变换简介/153

9.2.2 快速傅里叶变换/153

9.2.3 FFT示例/155

第10章 DSP滤波/157

10.1 卷积/157

10.2 滤波器/158

10.2.1 FIR滤波器简介/158

10.2.2 FIR滤波器示例/159

第11章应用示例/161

11.1 图像处理/161

11.2 加密/165

11.2.1 大数算术/165

11.2.2 多项式乘法/167

第12章神经网络和机器学习/175

12.1 神经网络简介/176

12.1.1 卷积神经网络/177

12.1.2 循环神经网络/178

12.2 CMSIS-NN/179

12.2.1 CMSIS-NN优化/180

12.2.2 CMSIS-NN Helium优化/181

12.3 微控制器TensorFlow Lite/182

12.3.1 用于微控制器和CMSIS-NN的TensorFlow Lite/183

12.3.2 模型转换/183

12.3.3 在Helium Cortex-M CPU上部署模型/184

12.3.4 关键字检测示例/184

12.4 针对Helium转换神经网络/186

12.5 经典机器学习/189

参考答案/191

扩展阅读/193

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