ラズパイ２に搭載しているARMv7のNEONとは？ 最適化する方法は意外と簡単

RaspberryPi （1）は、いわゆるARM11というCPUでした。　RaspberryPi 2ではCortex-A7というCPUに変わっています。　

　

少しややこしいのが、CPUの名称と、アーキテクチャナンバー。　詳しくはこちらをご覧いただくとして、ここでは概略と、新命令NEONを有効にする方法だけを取上げたいと思います。

ARMには、CPUの名称とは別にアーキテクチャナンバーがあり、命令はアーキテクチャナンバーによって変わってきます。　つまりARM7とARMv7は全く別物です。　

ARM7はあのポケットステーションにも使われていたように、かなり昔からある低消費電力なCPUです。　

対してARMv7（アーキテクチャ）は、最近のCortex-Aシリーズに採用されている命令セットです。　なにやら沢山命令があります。　いわゆるコプロセッサ、ｘ86でいえば、80287のようなものがVFP（浮動小数点演算器）にあたります。　NEONはSIMD命令なのでMMXとかSSEにあたるモノだと思います。　

ラズパイ２に追加になった命令（VFPv3とNEON）を有効につかってみようというのが今回の趣旨です。　　オーディオの演算には掛算がとても多く使われるので、コプロセッサを使うと処理が劇的に速くなるんじゃないかと思ったからです。　　

つい数年前（2007年くらい？）まではCコンパイラは自動でコプロセッサの命令を吐いてはくれず、手でアセンブラをかかないといけませんでした。　ところが、ｇｃｃのあるバージョンからVFPやNEONの命令を自動で作ってくれるようになっています。　

では、どうやってVFP/NEONを使うようにするのか？　調べてみました。　

コンパイルオプションに下記を付け足せばOKらしい。　　

　-mfpu=neon -mfloat-abi=softfp -march=armv7-a

なんだ、簡単じゃん。　と試してみたものの、コンパイルに約２時間、最後、ライブラリなどリンカーがまとめる時に

　/usr/bin/ld: error: xxxx  uses VFP register arguments, xxxx.o does not

というエラーが沢山出てしまい、コンパイルが完了しません。　　

コンパイルに２時間もかかるので、あれこれ試したくても１日にできる作業はほんの数回で、気がつけば３日もトライしてました。　

さてさて、何が原因だったのかといいますと、「-mfloat-abi=softfp」です。

soft　　浮動小数点演算をソフトウェアで肩代わりする（互換性重視）

softfp　浮動小数点演算をハードウェアで行なうがsoftと互換性を持たせる

hard　　浮動小数点演算をハードウェアで行なう

勝手に、標準はsoftだろうと決め付けていたのがいけなかったようで、RaspberryPiは「hard」なんだそうです。

リンカーエラーだったので、リンカー設定を調査して、あれこれ試すことで無駄に時間を潰してしまいました。　

気を取り直して、　

　-mfpu=neon -mfloat-abi=hard -march=armv7-a

と、コンパイラにオプション指定することで、コンパイルは無事に通りました。　

結果は、下記のようにDSD2PCMでDSD再生中のCPU負荷が約95％から91-90%へと、若干ですが余裕ができました。　この差が大きいのか小さいのか。。。　微妙なところですね。　

　

このコンパイル済みMPDの導入方法は、

SSHでログイン

　root
　volumio

cd /usr/bin
wget nw-electric.way-nifty.com/blog/files/mpd_0.19.7neon

cp -f mpd mpd.bak
cp -f mpd_0.19.7neon mpd
chmod +x mpd

reboot

です。　昨夜から一晩DSDを再生し続けても止まらず再生できていますが、動作を保証するものではありません。　　

MPDでは、劇的な効果は得られなかったのですが、他のソフトでは効果が出るものもあると思うので試してみてはいかがでしょうか。　

ちなみに、上記の mpd_0.19.7neon　と書いてある部分を

mpd_0.19.7hf　

とすると、従来のB、B+でも実行できるハードウェアフローティングのバイナリになります。　（２種類のバイナリを置いておきました）　

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