今回は２つのソースオペランドのうち大きい方を求めるFMAXと小さい方を求めるFMINです。でもね、この命令それほどシンプルでもありません。メンドクセー奴、NaN(Not a Number)がからんでくるから。２命令FMAXとFMAXNMの差はNaNのとりあつかい次第。NaNにあまり深入りせずにお楽に行きたいです。
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※実機動作確認には以下を使用しております。
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- Raspberry Pi 4 model B、Cortex-A72コア(ARMv8-A)
- Raspberry Pi OS (64bit) bullseye
- gcc (Debian 10.2.1-6) 10.2.1 20210110
ARMv8もいろいろレベルがあり、Arm Cortex-A72はARMv8の中でもベーシックな（命令数の少ない）ARMv8p0です。
※A64の最新のマニュアルは以下でダウンロード可能です。
Arm Architecture Reference Manual for A-profile architecture
２つのFMAX、２つのFMIN
ソースオペランド２個を比較して大きい方をデスティネーションに書き込むFMAXと小さい方を書き込むFMINです。ほぼほぼ同じ命令がニーモニック的には２個づつあります。
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- FMAX
- FMAXNM
- FMIN
- FMINNM
２つのFMAX、２つのFMINの違いはといえば、ソースオペランドの片方にqNaN(静かな？NaN）が現れたときにわかります。FMAXとFMINの場合、比較対象の片方にqNaNがやってきた場合、結果もqNaNです。NaNと何かを比較してもなんだか分からんからNaN（ナン）だろ～ってか。
しかし、FMAXNMとFMINNMは違うようです。IEEE754-2008標準のお作法に則り、片方がqNaNでも、もう片方がフツーの数値ならその数値が返るようです。知らんけど。
これ以外にもNaNをゼロに”flush”する、flush to zeroモードのときにはゼロにも２種類あって。。。などメンドクセーことこの上ないですが、今回は省略。さっと「命令をなでる」だけにします。
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- 例によって単精度と倍精度の両方あるけれど単精度だけ（ArmV8.0には半精度はないよ～ん）
- FMAXとFMAXNM、FMINとFMINNMの差が見えるところだけNaN(qNaN)を使用
今回実験のアセンブリ言語関数
「いつものように手抜きな」関数プロローグもエピローグもない１命令１関数スタイルの被テスト関数です。浮動小数点例外フラグの確認用にFPSR読み出し関数も置いておきましたが使いませんでした。手抜き。
.globl fmaxS, fmaxnmS, fminS, fminnmS, readfpsr
.text
.balign 4
fmaxS:
fmax s0, s1, s2
ret
fmaxnmS:
fmaxnm s0, s1, s2
ret
fminS:
fmin s0, s1, s2
ret
fminnmS:
fminnm s0, s1, s2
ret
readfpsr:
mrs x0, fpsr
ret
C言語記述のmain関数
いつもの通り「通り一遍さわるだけの手抜きな」C言語記述のテスト駆動部が以下に。今回は各命令間の挙動の差が見えるように、全命令に似たオペランド組２パターンづつを与えてます。最初のパターンは素直に大小比較するもの。２番目のパターンはNaNが現れるもの。
C言語の場合、math.h をインクルードすればqNaN相当のNANというマクロがつかえるようです。sNaN（シグナルNaN、五月蠅い方のNaN）はどうしたらよいの？テキトーにビット演算する？まあ、今回はsNaNには踏み込まんのでいいか。
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <math.h>
extern float fmaxS(float, float, float);
extern float fmaxnmS(float, float, float);
extern float fminS(float, float, float);
extern float fminnmS(float, float, float);
extern uint32_t readfpsr();
int main(void)
{
union {
float s;
uint32_t u;
} f32;
f32.s = fmaxS(0.0f, 1.23f, 4.56f);
printf ("fmaxS=%2.3f(0x%08x)\n", f32.s, f32.u);
f32.s = fmaxS(0.0f, 1.23f, NAN);
printf ("fmaxS=%2.3f(0x%08x)\n", f32.s, f32.u);
f32.s = fmaxnmS(0.0f, 1.23f, 4.56f);
printf ("fmaxnmS=%2.3f(0x%08x)\n", f32.s, f32.u);
f32.s = fmaxnmS(0.0f, 1.23f, NAN);
printf ("fmaxnmS=%2.3f(0x%08x)\n", f32.s, f32.u);
f32.s = fminS(0.0f, 1.23f, 4.56f);
printf ("fminS=%2.3f(0x%08x)\n", f32.s, f32.u);
f32.s = fminS(0.0f, NAN, 4.56f);
printf ("fminS=%2.3f(0x%08x)\n", f32.s, f32.u);
f32.s = fminnmS(0.0f, 1.23f, 4.56f);
printf ("fminnmS=%2.3f(0x%08x)\n", f32.s, f32.u);
f32.s = fminnmS(0.0f, NAN, 4.56f);
printf ("fminnmS=%2.3f(0x%08x)\n", f32.s, f32.u);
return 0;
}
ビルドして実行
結果が以下に。
数値同士をくらべたときは分かりやすい結果ですが、NaNがからむとナンだかな～。でもお作法は守らないと。