工程简介

使用ARM汇编语言，计算两个二维数组A和B的卷积，通过软件仿真验证。其中A为6×6矩阵：
[ 0 x 23 0 x 25 0 x 27 0 x 85 0 x 86 0 x 87 0 x 33 0 x 35 0 x 35 0 x 95 0 x 95 0 x 98 0 x 44 0 x 45 0 x 44 0 x A 5 0 x A 6 0 x A 7 0 x D 5 0 x D 6 0 x D 7 0 x 68 0 x 69 0 x 7 A 0 x F D 0 x F F 0 x F E 0 x 42 0 x 43 0 x 43 0 x E A 0 x E B 0 x E C 0 x 55 0 x 56 0 x 56 ] \begin{bmatrix} 0\mathrm{x}23 & 0\mathrm{x}25 & 0\mathrm{x}27 & 0\mathrm{x}85 & 0\mathrm{x}86 & 0\mathrm{x}87\\ 0\mathrm{x}33 & 0\mathrm{x}35 & 0\mathrm{x}35 & 0\mathrm{x}95 & 0\mathrm{x}95 & 0\mathrm{x}98\\ 0\mathrm{x}44 & 0\mathrm{x}45 & 0\mathrm{x}44 & 0\mathrm{x}A5 & 0\mathrm{x}A6 & 0\mathrm{x}A7\\ 0\mathrm{x}D5 & 0\mathrm{x}D6 & 0\mathrm{x}D7 & 0\mathrm{x}68 & 0\mathrm{x}69 & 0\mathrm{x}7A\\ 0\mathrm{x}FD & 0\mathrm{x}FF & 0\mathrm{x}FE & 0\mathrm{x}42 & 0\mathrm{x}43 & 0\mathrm{x}43\\ 0\mathrm{x}EA & 0\mathrm{x}EB & 0\mathrm{x}EC & 0\mathrm{x}55 & 0\mathrm{x}56 & 0\mathrm{x}56\end{bmatrix} ⎣ ⎡0x230x330x440xD50xFD0xEA0x250x350x450xD60xFF0xEB0x270x350x440xD70xFE0xEC0x850x950xA50x680x420x550x860x950xA60x690x430x560x870x980xA70x7A0x430x56⎦ ⎤

卷积核B为3×3矩阵：
[ 1 2 1 0 0 0 − 1 − 2 − 1 ] \begin{bmatrix} 1 & 2 & 1\\ 0 & 0& 0\\ -1 & -2 & -1\end{bmatrix} ⎣ ⎡10−120−210−1⎦ ⎤

卷积步长为1，padding为0，输出的矩阵为4×4大小

编译环境：Keil 5.37，芯片为Samsung S3C2410A，ARM核；编译器为Arm Compiler V5.06，使用Simulator软件仿真。

⚠️ 注意：上述矩阵尺寸可以在代码中自行修改，算法是相同的。

⚠️ 注意：使用Keil 5.37及以上版本安装包不自带Arm Compiler V5，需要手动安装。具体方法：下载旧版安装包，提取里面的V5编译器文件夹至当前Keil安装路径下，并在Keil File Extensions内手动添加。

源代码

C代码

C代码与汇编代码算法对应，编译环境：gcc；汇编结果可用C验证。

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>int main() {uint16_t A[6][6] = {{0x23, 0x25, 0x27, 0x85, 0x86, 0x87},{0x33, 0x35, 0x35, 0x95, 0x95, 0x98},{0x44, 0x45, 0x44, 0xA5, 0XA6, 0XA7},{0xD5, 0XD6, 0XD7, 0X68, 0X69, 0X7A},{0XFD, 0XFF, 0XFE, 0X42, 0X43, 0X43},{0XEA, 0XEB, 0XEC, 0X55, 0X56, 0X56}};int16_t kernel[3][3] = {{1, 2, 1},{0, 0, 0},{-1, -2, -1}};int16_t c[4][4] = {0};int i, j, k, l;int16_t sum;for (i = 0; i < 4; i++) {for (j = 0; j < 4; j++) {sum = 0;for (k = 0; k < 3; k++) {for (l = 0; l < 3; l++) {sum += kernel[k][l] * A[i+k][j+l];}}c[i][j] = sum;}}// for (k = 0; k < 4; k++) {//     for (l = 0; l < 4; l++) {//         printf("%d ", c[k][l]);//     }//     printf("\n");// }return 0;
}

汇编源代码

使用简单直接的汇编代码计算卷积，算法对应上述C语言代码。r4、r5、r6、r7 作为for 循环索引，r8、r9、r10 各保存二维矩阵数据基地址、卷积核数据基地址、输出数据基地址。其余寄存器用到r11、r12 及堆栈（栈顶指针 r13 需要初始化赋值）。

⚠️ 注意：DCD 是按字（32位）对齐的

DATA_SIZE    EQU 6
KERNEL_SIZE EQU 3
OUTPUT_SIZE EQU 4AREA DEMO, CODE, READONLYENTRYSTARTMOV r4, #0                  ; row of data, iMOV r13, #2000              ; initialize the stack sizeLDR r8, =DATA               ; r8, address of dataLDR r9, =KERNEL               ; r9, address of kernelLDR r10, =OUTPUT            ; r10, address of outputFOR_ROWMOV r5, #0                   ; column of data, jFOR_COLUMNMOV r6, #0                 ; row of kernel, kGET_KERNEL_ROWMOV r7, #0                  ; column of kernel, lGET_SUM; Get the dataADD r11, r4, r6               ; r11 = i + kMOV r12, #DATA_SIZEMUL r11, r12, r11         ; r11 = (i + k) * 6ADD r11, r11, r5           ; r11 = (i + k) * 6 + jADD r11, r11, r7          ; r11 = (i + k) * 6 + j + lMOV r12, #4MUL r11, r12, r11         ; *4LDR r11, [r8, r11]          ; data in r11PUSH {r11}                 ; push data to stack; Get the kernelMOV r12, #KERNEL_SIZEMUL r12, r6, r12           ; r12 = k*3ADD r12, r12, r7            ; r12 = k*3 + lMOV r11, #4MUL r12, r11, r12LDR r12, [r9, r12]         ; get the kernelPOP {r11}MUL r12, r11, r12          ; r12 = kernel * dataPUSH {r12}                    ; push the result to stack; Calculate the resultMOV r11, #4MUL r12, r4, r11         ; r12 = i * 4ADD r12, r12, r5          ; r12 = (i * 4) + jMUL r12, r11, r12          ; get the offsetLDR r11, [r10, r12]POP {r12}ADD r12, r11, r12           ; sum += resultPUSH {r12}MOV r11, #4MUL r12, r4, r11          ; r12 = i * 4ADD r12, r12, r5          ; r12 = (i * 4) + jMUL r12, r11, r12          ; get the offset again; Store the resultPOP {r11}STR r11, [r10, r12]ADD r7, r7, #1CMP r7, #KERNEL_SIZEBMI GET_SUMADD r6, r6, #1CMP r6, #KERNEL_SIZEBMI GET_KERNEL_ROWADD r5, r5, #1CMP r5, #OUTPUT_SIZEBMI FOR_COLUMNADD r4, r4, #1CMP r4, #OUTPUT_SIZEBMI FOR_ROWDATA  DCD 0x23, 0x25, 0x27, 0x85, 0x86, 0x87DCD 0x33, 0x35, 0x35, 0x95, 0x95, 0x98DCD 0x44, 0x45, 0x44, 0xA5, 0xA6, 0xA7DCD 0xD5, 0xD6, 0xD7, 0x68, 0x69, 0x7ADCD 0xFD, 0xFF, 0xFE, 0x42, 0x43, 0x43DCD 0xEA, 0xEB, 0xEC, 0x55, 0x56, 0x56KERNEL  DCD 1, 2, 1DCD 0, 0, 0DCD -1, -2, -1OUTPUT  DCD 0, 0, 0, 0DCD 0, 0, 0, 0DCD 0, 0, 0, 0DCD 0, 0, 0, 0END

调试结果

使用软件仿真可能需要给对应地址读写、执行的权限，“Initialization File”内手动添加map.ini，形如：

map 0x0000, 0xFFFFF exec read write

查看输出数据，在Memory1下设置观察0x184地址数据，可用前述C语言代码计算结果进行比对。

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