FEX-Emu项目中AVX128指令的256位连续掩码加载存储优化

在FEX-Emu这个x86模拟器的开发过程中，开发团队发现了一个可以优化的性能点，特别是在处理AVX128指令集中的256位连续掩码加载和存储操作时。

问题背景

当前实现中，SVE(可伸缩向量扩展)的连续掩码加载操作会将指令拆分为两部分，中间插入一个地址生成的加法操作。具体表现为，在处理类似vmaskmovps ymm0, ymm1, [rax]这样的256位掩码加载指令时，模拟器会生成两条加载指令，并在它们之间插入一个地址加法操作。

现有实现分析

从示例代码可以看到，当前的实现流程如下：

1. 首先加载一个128位的向量(q2)
2. 保存状态寄存器(nzcv)
3. 设置掩码条件(p0.s)
4. 执行第一条128位掩码加载(ld1w)
5. 计算下一个128位的地址(add)
6. 设置第二个掩码条件
7. 执行第二条128位掩码加载
8. 恢复状态寄存器
9. 存储结果

其中第5步的地址加法操作实际上是可以优化的，因为SVE的ld1w和ld1d指令本身就支持一个短立即数偏移量，这个偏移量可以乘以VL(向量长度)来自动计算地址。

优化方案

通过利用SVE指令的立即数偏移特性，可以消除中间的加法指令。具体来说：

• 第一条加载指令保持从基地址x4开始
• 第二条加载指令可以直接使用立即数偏移，如ld1w {z2.s}, p0/z, [x4, #1, mul vl]

这样不仅减少了指令数量(从9条减到8条)，还消除了一个依赖关系，使得两条加载指令可以更高效地并行执行。

影响范围

这个优化适用于：

1. 256位的vmaskmovps(单精度浮点掩码加载)
2. 256位的vmaskmovpd(双精度浮点掩码加载)
3. 对应的存储操作(vmaskmovps和vmaskmovpd的存储版本)

虽然每条指令只节省了一条指令，但由于这些操作在向量化代码中频繁使用，累积起来的性能提升会相当可观。

实现难度

从技术实现角度来看，这个优化相对简单直接，主要工作是修改指令发射逻辑，利用现有的SVE指令特性。不需要引入新的指令或复杂的地址计算逻辑。

性能预期

虽然每条指令序列只减少了一条指令，但考虑到：

1. 减少了流水线的压力
2. 降低了指令缓存的使用
3. 减少了寄存器间的数据依赖
4. 在循环中这些操作会被反复执行

因此整体性能提升可能比简单的指令计数减少更为显著。

总结

通过对SVE指令特性的深入理解和利用，FEX-Emu项目团队发现并实现了一个简单而有效的优化，提升了AVX128指令集中256位连续掩码加载和存储操作的模拟效率。这种优化展示了在指令模拟器中，充分理解目标架构(这里是ARM的SVE)特性对于生成高效代码的重要性。