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2021-06-20 bfc108e6097eff2bec73050e261f3b9e5db447b7
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bfc108 1 /* ----------------------------------------------------------------------    
Q 2 * Copyright (C) 2010-2014 ARM Limited. All rights reserved.    
3 *    
4 * $Date:        19. March 2015
5 * $Revision:     V.1.4.5
6 *    
7 * Project:         CMSIS DSP Library    
8 * Title:        arm_mat_mult_fast_q15.c    
9 *    
10 * Description:     Q15 matrix multiplication (fast variant)    
11 *    
12 * Target Processor: Cortex-M4/Cortex-M3
13 *  
14 * Redistribution and use in source and binary forms, with or without 
15 * modification, are permitted provided that the following conditions
16 * are met:
17 *   - Redistributions of source code must retain the above copyright
18 *     notice, this list of conditions and the following disclaimer.
19 *   - Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
20 *     notice, this list of conditions and the following disclaimer in
21 *     the documentation and/or other materials provided with the 
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37 * ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE
38 * POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.    
39 * -------------------------------------------------------------------- */
40
41 #include "arm_math.h"
42
43 /**    
44  * @ingroup groupMatrix    
45  */
46
47 /**    
48  * @addtogroup MatrixMult    
49  * @{    
50  */
51
52
53 /**    
54  * @brief Q15 matrix multiplication (fast variant) for Cortex-M3 and Cortex-M4    
55  * @param[in]       *pSrcA points to the first input matrix structure    
56  * @param[in]       *pSrcB points to the second input matrix structure    
57  * @param[out]      *pDst points to output matrix structure    
58  * @param[in]        *pState points to the array for storing intermediate results    
59  * @return             The function returns either    
60  * <code>ARM_MATH_SIZE_MISMATCH</code> or <code>ARM_MATH_SUCCESS</code> based on the outcome of size checking.    
61  *    
62  * @details    
63  * <b>Scaling and Overflow Behavior:</b>    
64  *    
65  * \par    
66  * The difference between the function arm_mat_mult_q15() and this fast variant is that    
67  * the fast variant use a 32-bit rather than a 64-bit accumulator.    
68  * The result of each 1.15 x 1.15 multiplication is truncated to        
69  * 2.30 format. These intermediate results are accumulated in a 32-bit register in 2.30        
70  * format. Finally, the accumulator is saturated and converted to a 1.15 result.        
71  *        
72  * \par        
73  * The fast version has the same overflow behavior as the standard version but provides        
74  * less precision since it discards the low 16 bits of each multiplication result.        
75  * In order to avoid overflows completely the input signals must be scaled down.        
76  * Scale down one of the input matrices by log2(numColsA) bits to        
77  * avoid overflows, as a total of numColsA additions are computed internally for each        
78  * output element.        
79  *        
80  * \par    
81  * See <code>arm_mat_mult_q15()</code> for a slower implementation of this function    
82  * which uses 64-bit accumulation to provide higher precision.    
83  */
84
85 arm_status arm_mat_mult_fast_q15(
86   const arm_matrix_instance_q15 * pSrcA,
87   const arm_matrix_instance_q15 * pSrcB,
88   arm_matrix_instance_q15 * pDst,
89   q15_t * pState)
90 {
91   q31_t sum;                                     /* accumulator */
92   q15_t *pSrcBT = pState;                        /* input data matrix pointer for transpose */
93   q15_t *pInA = pSrcA->pData;                    /* input data matrix pointer A of Q15 type */
94   q15_t *pInB = pSrcB->pData;                    /* input data matrix pointer B of Q15 type */
95   q15_t *px;                                     /* Temporary output data matrix pointer */
96   uint16_t numRowsA = pSrcA->numRows;            /* number of rows of input matrix A    */
97   uint16_t numColsB = pSrcB->numCols;            /* number of columns of input matrix B */
98   uint16_t numColsA = pSrcA->numCols;            /* number of columns of input matrix A */
99   uint16_t numRowsB = pSrcB->numRows;            /* number of rows of input matrix A    */
100   uint16_t col, i = 0u, row = numRowsB, colCnt;  /* loop counters */
101   arm_status status;                             /* status of matrix multiplication */
102
103 #ifndef UNALIGNED_SUPPORT_DISABLE
104
105   q31_t in;                                      /* Temporary variable to hold the input value */
106   q31_t inA1, inA2, inB1, inB2;
107
108 #else
109
110   q15_t in;                                      /* Temporary variable to hold the input value */
111   q15_t inA1, inA2, inB1, inB2;
112
113 #endif    /*    #ifndef UNALIGNED_SUPPORT_DISABLE    */
114
115 #ifdef ARM_MATH_MATRIX_CHECK
116   /* Check for matrix mismatch condition */
117   if((pSrcA->numCols != pSrcB->numRows) ||
118      (pSrcA->numRows != pDst->numRows) || (pSrcB->numCols != pDst->numCols))
119   {
120     /* Set status as ARM_MATH_SIZE_MISMATCH */
121     status = ARM_MATH_SIZE_MISMATCH;
122   }
123   else
124 #endif
125   {
126     /* Matrix transpose */
127     do
128     {
129       /* Apply loop unrolling and exchange the columns with row elements */
130       col = numColsB >> 2;
131
132       /* The pointer px is set to starting address of the column being processed */
133       px = pSrcBT + i;
134
135       /* First part of the processing with loop unrolling.  Compute 4 outputs at a time.        
136        ** a second loop below computes the remaining 1 to 3 samples. */
137       while(col > 0u)
138       {
139 #ifndef UNALIGNED_SUPPORT_DISABLE
140         /* Read two elements from the row */
141         in = *__SIMD32(pInB)++;
142
143         /* Unpack and store one element in the destination */
144 #ifndef ARM_MATH_BIG_ENDIAN
145
146         *px = (q15_t) in;
147
148 #else
149
150         *px = (q15_t) ((in & (q31_t) 0xffff0000) >> 16);
151
152 #endif /*    #ifndef ARM_MATH_BIG_ENDIAN    */
153
154         /* Update the pointer px to point to the next row of the transposed matrix */
155         px += numRowsB;
156
157         /* Unpack and store the second element in the destination */
158 #ifndef ARM_MATH_BIG_ENDIAN
159
160         *px = (q15_t) ((in & (q31_t) 0xffff0000) >> 16);
161
162 #else
163
164         *px = (q15_t) in;
165
166 #endif /*    #ifndef ARM_MATH_BIG_ENDIAN    */
167
168         /* Update the pointer px to point to the next row of the transposed matrix */
169         px += numRowsB;
170
171         /* Read two elements from the row */
172         in = *__SIMD32(pInB)++;
173
174         /* Unpack and store one element in the destination */
175 #ifndef ARM_MATH_BIG_ENDIAN
176
177         *px = (q15_t) in;
178
179 #else
180
181         *px = (q15_t) ((in & (q31_t) 0xffff0000) >> 16);
182
183 #endif /*    #ifndef ARM_MATH_BIG_ENDIAN    */
184
185         /* Update the pointer px to point to the next row of the transposed matrix */
186         px += numRowsB;
187
188         /* Unpack and store the second element in the destination */
189
190 #ifndef ARM_MATH_BIG_ENDIAN
191
192         *px = (q15_t) ((in & (q31_t) 0xffff0000) >> 16);
193
194 #else
195
196         *px = (q15_t) in;
197
198 #endif /*    #ifndef ARM_MATH_BIG_ENDIAN    */
199
200 #else
201
202         /* Read one element from the row */
203         in = *pInB++;
204
205         /* Store one element in the destination */
206         *px = in;
207  
208         /* Update the pointer px to point to the next row of the transposed matrix */
209         px += numRowsB;
210
211         /* Read one element from the row */
212         in = *pInB++;
213
214         /* Store one element in the destination */
215         *px = in;
216  
217         /* Update the pointer px to point to the next row of the transposed matrix */
218         px += numRowsB;
219
220         /* Read one element from the row */
221         in = *pInB++;
222
223         /* Store one element in the destination */
224         *px = in;
225  
226         /* Update the pointer px to point to the next row of the transposed matrix */
227         px += numRowsB;
228
229         /* Read one element from the row */
230         in = *pInB++;
231
232         /* Store one element in the destination */
233         *px = in;
234
235 #endif    /*    #ifndef UNALIGNED_SUPPORT_DISABLE    */
236         
237         /* Update the pointer px to point to the next row of the transposed matrix */
238         px += numRowsB;
239
240         /* Decrement the column loop counter */
241         col--;
242       }
243
244       /* If the columns of pSrcB is not a multiple of 4, compute any remaining output samples here.        
245        ** No loop unrolling is used. */
246       col = numColsB % 0x4u;
247
248       while(col > 0u)
249       {
250         /* Read and store the input element in the destination */
251         *px = *pInB++;
252
253         /* Update the pointer px to point to the next row of the transposed matrix */
254         px += numRowsB;
255
256         /* Decrement the column loop counter */
257         col--;
258       }
259
260       i++;
261
262       /* Decrement the row loop counter */
263       row--;
264
265     } while(row > 0u);
266
267     /* Reset the variables for the usage in the following multiplication process */
268     row = numRowsA;
269     i = 0u;
270     px = pDst->pData;
271
272     /* The following loop performs the dot-product of each row in pSrcA with each column in pSrcB */
273     /* row loop */
274     do
275     {
276       /* For every row wise process, the column loop counter is to be initiated */
277       col = numColsB;
278
279       /* For every row wise process, the pIn2 pointer is set        
280        ** to the starting address of the transposed pSrcB data */
281       pInB = pSrcBT;
282
283       /* column loop */
284       do
285       {
286         /* Set the variable sum, that acts as accumulator, to zero */
287         sum = 0;
288
289         /* Apply loop unrolling and compute 2 MACs simultaneously. */
290         colCnt = numColsA >> 2;
291
292         /* Initiate the pointer pIn1 to point to the starting address of the column being processed */
293         pInA = pSrcA->pData + i;
294
295         /* matrix multiplication */
296         while(colCnt > 0u)
297         {
298           /* c(m,n) = a(1,1)*b(1,1) + a(1,2) * b(2,1) + .... + a(m,p)*b(p,n) */
299 #ifndef UNALIGNED_SUPPORT_DISABLE
300
301           inA1 = *__SIMD32(pInA)++;
302           inB1 = *__SIMD32(pInB)++;
303           inA2 = *__SIMD32(pInA)++;
304           inB2 = *__SIMD32(pInB)++;
305
306           sum = __SMLAD(inA1, inB1, sum);
307           sum = __SMLAD(inA2, inB2, sum);
308
309 #else
310
311           inA1 = *pInA++;
312           inB1 = *pInB++;
313           inA2 = *pInA++;
314           sum += inA1 * inB1;
315           inB2 = *pInB++;
316
317           inA1 = *pInA++;
318           inB1 = *pInB++;
319           sum += inA2 * inB2;
320           inA2 = *pInA++;
321           inB2 = *pInB++;
322
323           sum += inA1 * inB1;
324           sum += inA2 * inB2;
325
326 #endif    /*    #ifndef UNALIGNED_SUPPORT_DISABLE    */
327
328           /* Decrement the loop counter */
329           colCnt--;
330         }
331
332         /* process odd column samples */
333         colCnt = numColsA % 0x4u;
334
335         while(colCnt > 0u)
336         {
337           /* c(m,n) = a(1,1)*b(1,1) + a(1,2) * b(2,1) + .... + a(m,p)*b(p,n) */
338           sum += (q31_t) (*pInA++) * (*pInB++);
339
340           colCnt--;
341         }
342
343         /* Saturate and store the result in the destination buffer */
344         *px = (q15_t) (sum >> 15);
345         px++;
346
347         /* Decrement the column loop counter */
348         col--;
349
350       } while(col > 0u);
351
352       i = i + numColsA;
353
354       /* Decrement the row loop counter */
355       row--;
356
357     } while(row > 0u);
358
359     /* set status as ARM_MATH_SUCCESS */
360     status = ARM_MATH_SUCCESS;
361   }
362
363   /* Return to application */
364   return (status);
365 }
366
367 /**        
368  * @} end of MatrixMult group        
369  */