????????相信凡是與編程或通信相關(guān)的技術(shù)人員都知道CRC32，這是一種常用的數(shù)據(jù)校驗(yàn)編碼。因?yàn)镃RC32編碼的算法很簡(jiǎn)單，所以用于計(jì)算CRC32值的C/C++代碼寫(xiě)法基本上固定，很難有優(yōu)化的余地。通常大家都通過(guò)手寫(xiě)匯編，調(diào)用特定指令集用于CRC32計(jì)算的專(zhuān)用指令來(lái)達(dá)到計(jì)算加速的目的。龍芯以前使用的MIPS以及龍芯自己的擴(kuò)展指令中都沒(méi)有CRC32計(jì)算指令，現(xiàn)在全新的LoongArch指令集中提供了計(jì)算CRC32的專(zhuān)用指令，使計(jì)算CRC32的速度達(dá)到原來(lái)的4倍以上。

????????使用專(zhuān)用指令達(dá)到提速的目的其實(shí)沒(méi)什么可說(shuō)的，但如果不使用專(zhuān)用指令，而僅僅是把C/C++代碼編譯為L(zhǎng)oongArch的二進(jìn)制，就能比MIPS快20%以上呢？是不是就比較有意思了！

????????下面是一段計(jì)算CRC32值的C程序，大多數(shù)計(jì)算CRC32的代碼都應(yīng)該和它相似。函數(shù)CrcGenerateTable用于初始化計(jì)算多項(xiàng)式表，只需要調(diào)用一次。函數(shù)CrcUpdate用于計(jì)算數(shù)據(jù)的CRC32值，只有短短的幾行。

????????我們先使用GCC編譯器 -O參數(shù)編譯，看看CrcUpdate這個(gè)函數(shù)分別編譯為L(zhǎng)oongArch和MIPS有什么區(qū)別：

????????第一眼看到的，就是實(shí)現(xiàn)相同功能時(shí)，LoongArch二進(jìn)制的指令數(shù)量要比MIPS少很多。然后呢，就是兩者的指令命名規(guī)則和匯編格式有明顯的差異。最重要的就是它們的二進(jìn)制操作碼完全沒(méi)有相似之處，說(shuō)明這是兩種不同的指令集，無(wú)法二進(jìn)制兼容。最近有一些缺乏專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)的媒體以及公司說(shuō)LoongArch只是對(duì)MIPS的擴(kuò)展，把“C/C++源代碼兼容”和“指令集二進(jìn)制兼容”混為一談，還弄不清楚“二進(jìn)制兼容”和“二進(jìn)制翻譯方式兼容”的區(qū)別，不知道他們?cè)趺春靡馑甲苑Q(chēng)技術(shù)博主和科技公司？

? ? ? ? 上面的二進(jìn)制程序都是用-O參數(shù)編譯的，是一種編譯器默認(rèn)的編譯優(yōu)化參數(shù)。我在龍芯3A5000和3A4000上分別使用能使它們較好發(fā)揮性能的編譯參數(shù)，對(duì)這段計(jì)算CRC32的C語(yǔ)言程序進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)性能差距很大。

????????編碼1GB的數(shù)據(jù)，使用MIPS指令集的3A4000（1.8GHz）耗時(shí)6.57秒（單線(xiàn)程），平均每秒約156M字節(jié)。使用LoongArch指令集的3A5000（耗時(shí)）3.87秒（單線(xiàn)程），平均每秒約264MB字節(jié)。3A4000和3A5000的CPU主頻有差距，但CPU核心基本一樣。如果把這個(gè)數(shù)據(jù)折算到相同的CPU頻率，3A5000仍然比3A4000高出22.2%。按數(shù)據(jù)量和時(shí)間算，內(nèi)存也不可能是瓶頸（實(shí)測(cè)單通道和雙通道沒(méi)有差距），它們最大的區(qū)別就只剩下指令集了。從上面的編譯結(jié)果就能看出來(lái)，LoongArch實(shí)現(xiàn)相同功能使用的指令更少，這就是全新LoongArch指令集的優(yōu)勢(shì)之一了。即便使用更優(yōu)化的編譯參數(shù)，結(jié)果也一樣，MIPS指令數(shù)量無(wú)法比LoongArch更少。

????????上面提到使用LoongArch中的CRC專(zhuān)用指令可以超過(guò)“4倍性能”，這也需要展示一番，不然本文就是不完整的。我編寫(xiě)了一個(gè)與CrcUpdate這個(gè)函數(shù)功能相同的LoongArch匯編函數(shù)，用它來(lái)與C/C++代碼的編譯結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。先看測(cè)試結(jié)果，然后我再解析匯編代碼。

????????當(dāng)把實(shí)測(cè)的CRC32編碼速度都折算到1GHz之后，使用LoongArch指令集的3A5000仍有超過(guò)350MB/s的編碼速度（單線(xiàn)程），是使用MIPS指令集的3A4000的CRC32編碼速度的4倍以上。實(shí)際上對(duì)匯編代碼仍然可以繼續(xù)優(yōu)化，在我進(jìn)行了一些優(yōu)化后，3A5000的CRC32編碼速度超過(guò)了1000MB/s。

????????使用LoongArch中的CRC指令就不需要事先計(jì)算多項(xiàng)式表了，CPU中內(nèi)置了IEEE.802.3多項(xiàng)式（多項(xiàng)式值為0xEDB88320），和Castagnoli多項(xiàng)式（多項(xiàng)式值為0x82F63B78）的表。當(dāng)使用“crc”為指令前綴時(shí)，使用就的是IEEE.802.3多項(xiàng)式。當(dāng)使用“crcc”為指令前綴時(shí)，使用的就是Castagnoli多項(xiàng)式。

　　其實(shí)匯編代碼也不復(fù)雜，畢竟只是一個(gè)很小的函數(shù)，幾乎每一行我都加了詳細(xì)注釋?zhuān)驗(yàn)檫@也是我自己學(xué)習(xí)的過(guò)程。因?yàn)橘N代碼容易格式錯(cuò)亂，只好貼成圖片。

????????從上面可以看到，L3標(biāo)簽下面只有4條指令，這個(gè)最主要的循環(huán)中有2條指令是用于處理循環(huán)條件的。那么繼續(xù)優(yōu)化的方法就呼之欲出，只要在一次循環(huán)中多計(jì)算幾次，就可以減少循環(huán)次數(shù)?！發(fā)dptr.d $r12,$r5,0”這條載入數(shù)據(jù)的指令中，最后一個(gè)參數(shù)是立即數(shù)，作為取數(shù)據(jù)的偏移量，于是如果把循環(huán)代碼改成下面的樣子，每次循環(huán)就可以計(jì)算16個(gè)字節(jié)：

????????以此類(lèi)推，也可以計(jì)算24、32、48……個(gè)字節(jié)。這樣修改之后，代碼中還有其它地方也需要做修改，比如函數(shù)入口處的8字節(jié)對(duì)齊計(jì)算就修改成對(duì)應(yīng)的數(shù)。下面的單字節(jié)循環(huán)也需要修改，不過(guò)也有偷懶的方法，比如想每次循環(huán)計(jì)算64字節(jié)，就單獨(dú)寫(xiě)一個(gè)只計(jì)算數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為64倍數(shù)的函數(shù)。當(dāng)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度大于等于64時(shí)，就可以先調(diào)用它一次，把剩下的數(shù)據(jù)再調(diào)用之前的函數(shù)來(lái)計(jì)算，就像下面這樣：

????????LoongArch指令集中的CRC指令并不只是可以計(jì)算單字節(jié)和8字節(jié)，它其實(shí)有計(jì)算1、2、4、8字節(jié)的4種格式，后綴分別為“w.b.w”、“w.h.w”、“w.w.w”、“w.d.w”。

????????龍芯LoongArch指令集中除了CRC指令之外，還有許多有趣的指令。比如字節(jié)序翻轉(zhuǎn)指令，在處理網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)、圖像像素格式轉(zhuǎn)換等的時(shí)候就能用得上。比如取得一個(gè)數(shù)中有多少個(gè)bit為1，在處理mask數(shù)據(jù)時(shí)就非常有用。LoongArch中的原子訪(fǎng)存指令特別豐富，在做多線(xiàn)程互斥、數(shù)據(jù)“無(wú)鎖”訪(fǎng)問(wèn)等功能時(shí)就可以比較靈活。

????????龍芯LoongArch指令集中各種有趣的指令和有趣的用法，大家一起去發(fā)掘吧?！洱埿炯軜?gòu)參考手冊(cè)》您值得擁有！