从 UINT16 到 UINT8 提取和组合位的更快方法

Question

我正在为我所需的特殊提取和合并操作寻找一种更快的方法，如下所述：

+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+
| BIT 7 | BIT 6 | BIT 5 | BIT 4 | BIT 3 | BIT 2 | BIT 1 | BIT 0 |
+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+
|   D1  |  D0   |  C1   |  C0   |  B1   |  B0   |  A1   |   A0  |
+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+

A = A0 OR A1
B = B0 OR B1
C = C0 OR C1
D = D0 OR D1

+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+
| BIT 7 | BIT 6 | BIT 5 | BIT 4 | BIT 3 | BIT 2 | BIT 1 | BIT 0 |
+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+
|       |       |       |       |   D   |   C   |   B   |   A   |
+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+

为了简单起见，上面只是一个8位的例子，16位的值也是如此。它应该尽快在 dsPIC33F 微控制器上实现。

C 中的简单方法是：

PairFlags |= (ChannelFlags & 0x0003) ? 0x0001 : 0;
PairFlags |= (ChannelFlags & 0x000C) ? 0x0002 : 0;
PairFlags |= (ChannelFlags & 0x0030) ? 0x0004 : 0;
PairFlags |= (ChannelFlags & 0x00C0) ? 0x0008 : 0;
PairFlags |= (ChannelFlags & 0x0300) ? 0x0010 : 0;
PairFlags |= (ChannelFlags & 0x0C00) ? 0x0020 : 0;
PairFlags |= (ChannelFlags & 0x3000) ? 0x0040 : 0;
PairFlags |= (ChannelFlags & 0xC000) ? 0x0080 : 0;

这将产生大约。 40 条指令（使用 O3）在我的例子中对应于 1µs。

指令周期的数量应该尽可能减少。在 C 或内联汇编中有更快的方法吗？

Answer 1

不确定是否更有效但不是使用三元 if，为什么不只使用按位运算？并用位移运算符

抵消它

PairFlags = ((ChannelFlags & (0b1 << 0)) | (ChannelFlags & (0b10 << 0))) << 0;
PairFlags = ((ChannelFlags & (0b1 << 2)) | (ChannelFlags & (0b10 << 2))) << 1;
PairFlags = ((ChannelFlags & (0b1 << 4)) | (ChannelFlags & (0b10 << 4))) << 2;
//...

Answer 2

假设我做对了一切（未测试），这似乎生成了良好的 branch-free 代码，至少在 x86 (-O3) 的 gcc 和 clang 上：

uint8_t convert (uint8_t ChannelFlags)
{
  return ( ((ChannelFlags & A1A0)!=0) << A_POS ) |
         ( ((ChannelFlags & B1B0)!=0) << B_POS ) |
         ( ((ChannelFlags & C1C0)!=0) << C_POS ) |
         ( ((ChannelFlags & D1D0)!=0) << D_POS ) ;  
}

这屏蔽了每个单独的位集，然后检查零以在临时 int 中以 1 或 0 结束。在最终按位 OR:ed 在一起之前，这个值在结果中的位置发生了变化。完整代码：

#include <stdint.h>

#define A1A0  (3u << 0)
#define B1B0  (3u << 2)
#define C1C0  (3u << 4)
#define D1D0  (3u << 6)

#define A_POS 0
#define B_POS 1
#define C_POS 2
#define D_POS 3

uint8_t convert (uint8_t ChannelFlags)
{
  return ( ((ChannelFlags & A1A0)!=0) << A_POS ) |
         ( ((ChannelFlags & B1B0)!=0) << B_POS ) |
         ( ((ChannelFlags & C1C0)!=0) << C_POS ) |
         ( ((ChannelFlags & D1D0)!=0) << D_POS ) ;  
}

clang 反汇编 x86 给出了 18 个指令分支：

convert:                                # @convert
        test    dil, 3
        setne   al
        test    dil, 12
        setne   cl
        add     cl, cl
        or      cl, al
        test    dil, 48
        setne   al
        shl     al, 2
        or      al, cl
        mov     ecx, edi
        shr     cl, 7
        shr     dil, 6
        and     dil, 1
        or      dil, cl
        shl     dil, 3
        or      al, dil
        ret

Answer 3

这是一个想法。在这里观察一件事：

A = A0 OR A1
B = B0 OR B1
C = C0 OR C1
D = D0 OR D1

您有 4 个 or 操作。您可以在 1 条指令中执行所有这些操作：

PairFlags = (PairFlags | (PairFlags >> 1))

现在你的位是这样对齐的：

[D1][D1 or D0][D0 or C1][C1 or C0][C0 or B1][B1 or B0][B0 or A1][A1 or A0]

因此您只需提取位 0、2、4、6 即可得到结果。

Bit 0.已经OK了

位 1 应设置为位 2。

位 2 应设置为位 4。

第 3 位应设置为第 6 位。

最终代码类似于：

PairFlags = (PairFlags | (PairFlags >> 1))
PairFlags = (PairFlags&1) | ((PairFlags&4)>>1) | ((PairFlags&16)>>2) | ((PairFlags&64)>>3)

Answer 4

以下应该可以将 16 位值减少到 8 位（输出的每一位由一对输入位的 OR 运算形成）：

// Set even bits to bits in pair ORed together, and odd bits to 0...
PairFlags = (ChannelFlags | (ChannelFlags >> 1)) & 0x5555; // '0h0g0f0e0d0c0b0a'
// Compress the '00' or '01' bit pairs down to single '0' or '1' bits...
PairFlags = (PairFlags ^ (PairFlags >> 1)) & 0x3333; // '00hg00fe00dc00ba'
PairFlags = (PairFlags ^ (PairFlags >> 2)) & 0x0F0F; // '0000hgfe0000dcba'
PairFlags = (PairFlags ^ (PairFlags >> 4)) & 0x00FF; // '00000000hgfedcba'

注：上面的^可以换成|，效果一样。

从 UINT16 到 UINT8 提取和组合位的更快方法

Faster way for extracting and combining bits from UINT16 to UINT8

c

algorithm

assembly

optimization

dspic