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ARM CPU的 intrinsics指令集 - svand_u8_z

news 2025/11/9 20:40:53

在 ARM SVE（Scalable Vector Extension） intrinsics 指令集中，svand_u8_z 是带掩码的向量按位与（AND）操作指令，用于对两个无符号 8 位整数（uint8_t）向量执行按位与运算，并通过掩码（predicate）控制结果的有效性。其名称中的 “z” 表示 “zeroing”（清零模式），即掩码为0的位置结果会被清零。

基本语法

svuint8_t svand_u8_z(svbool_t pg,               // 掩码：控制哪些元素参与运算并保留结果svuint8_t op1,             // 第一个操作数向量（无符号8位整数）svuint8_t op2              // 第二个操作数向量（无符号8位整数）
);

参数说明

pg（predicate mask）
类型为 svbool_t 的掩码向量，决定运算的有效范围：
- 掩码位为1的位置：执行 op1[i] & op2[i]（按位与），并保留结果；
- 掩码位为0的位置：结果直接清零（0），不参与运算。
op1 和 op2
类型为 svuint8_t 的向量，存储待执行按位与运算的无符号 8 位整数元素。两个向量的长度需与当前硬件的 SVE 向量宽度一致（由硬件决定）。

核心功能

svand_u8_z 的核心是对两个向量的对应元素执行按位与运算，并根据掩码筛选有效结果，掩码无效位置直接输出0。按位与运算的逻辑为：当两个操作数的对应 bit 都为1时，结果 bit 为1，否则为0（例如 0b1010 & 0b1100 = 0b1000）。

示例：
若 op1 = [0x0F, 0xF0, 0xAA, 0x55]，op2 = [0xF0, 0x0F, 0x55, 0xAA]，
掩码 pg = [1, 1, 0, 1]（仅第 0、1、3 位有效），
则运算结果为 [0x00, 0x00, 0x00, 0x00]（逐元素计算 op1 & op2 后，掩码为0的位置清零）。

使用场景与示例

按位与操作常用于数据掩码提取、位域筛选、清零特定 bit等场景。例如，从字节数据中提取低 4 位（忽略高 4 位）：

#include <arm_sve.h>
#include <stdint.h>// 提取字节数组中每个元素的低4位（高4位清零）
void extract_low_nibble(uint8_t* dst, const uint8_t* src, size_t len) {// 掩码值：0x0F（二进制00001111），用于提取低4位svuint8_t mask = svdup_u8(0x0F); // 将0x0F广播到整个向量
    size_t i = 0;svcount_t vl = svcntb(); // 获取8位元素的向量长度（如16）svbool_t pg = svwhilelt_b8(i, len); // 生成初始掩码（标记有效元素）while (svptest_any(svptrue_b8(), pg)) {// 加载源数据向量svuint8_t src_vec = svld1_u8(pg, src + i);// 按位与运算：src_vec & mask，提取低4位，掩码外元素清零svuint8_t dst_vec = svand_u8_z(pg, src_vec, mask);// 存储结果到目标数组svst1_u8(pg, dst + i, dst_vec);// 更新循环变量和掩码i += vl;pg = svwhilelt_b8(i, len);}
}// 调用示例：
// uint8_t src[] = {0xAB, 0xCD, 0xEF, 0x12}; // 二进制：10101011, 11001101, 11101111, 00010010
// uint8_t dst[4];
// extract_low_nibble(dst, src, 4); // 结果：[0x0B, 0x0D, 0x0F, 0x02]（低4位保留）

关键注意事项

清零模式（z的含义）
指令名称中的 “z” 表示当掩码位为0时，结果会被强制清零（zeroed）。这与不带 “z” 的指令（如svand_u8）不同：后者在掩码为0时会保留第一个操作数（op1）的原始值，而svand_u8_z 会直接输出0。
向量长度适配
SVE 向量长度由硬件决定（如 128 位、256 位等），svand_u8_z 会自动适配当前长度，对向量中的所有元素并行执行按位与操作，无需手动处理不同硬件的差异。
性能优势
相比标量循环逐个执行按位与，svand_u8_z 利用 SIMD 并行性，一次操作处理多个字节（如 16 个字节），大幅提升数据处理效率，尤其适合图像像素处理、数据加密、位运算密集型场景。