École du langage assembleur FFmpeg

Présentation

• Bienvenue au cours de langage assembleur de FFmpeg. Ce cours fournit les bases de la manière dont le langage assembleur est écrit dans FFmpeg.

Connaissances requises

• Une connaissance du langage C est nécessaire, en particulier des pointeurs.
• Des connaissances en mathématiques de niveau lycée sont nécessaires (scalaires et vecteurs, addition, multiplication, etc.).

Qu’est-ce que le langage assembleur ?

• Le langage assembleur est un langage de programmation qui permet d’écrire du code correspondant directement aux instructions traitées par le CPU.
• La majeure partie du code assembleur de FFmpeg utilise le SIMD (Single Instruction Multiple Data), aussi appelé programmation vectorielle.
• Le SIMD est bien adapté au traitement de grandes quantités de données stockées séquentiellement en mémoire, comme les images, la vidéo et l’audio.

Pourquoi écrire en langage assembleur ?

• Pour accélérer le traitement multimédia. Une implémentation en assembleur peut apporter un gain de performance de plus de 10x.
• Dans FFmpeg, on écrit directement le code assembleur sans utiliser d’intrinsics. Les intrinsics sont en général 10 à 15 % plus lents que de l’assembleur écrit à la main.

Types de langage assembleur

• Ce cours se concentre sur le langage assembleur x86 64 bits. Il est aussi connu sous le nom d’amd64 et fonctionne également sur les CPU Intel.
• Il existe deux syntaxes pour l’assembleur x86 : AT&T et Intel, et nous utiliserons la syntaxe Intel.

Ressources complémentaires

• La programmation assembleur dans FFmpeg est centrée sur le traitement d’image haute performance et adopte une approche particulière.
• Les schémas du livre "The Art of 64-bit assembly" peuvent être utiles.

Registres

• Les registres sont les zones où le CPU traite les données. Le CPU ne manipule pas directement la mémoire : il charge les données dans les registres, les traite, puis les réécrit en mémoire.

Registres à usage général

• Les registres à usage général (GPR) peuvent contenir des données ou des adresses mémoire. Dans le code assembleur de FFmpeg, les GPR servent principalement d’appui.

Registres vectoriels

• Les registres vectoriels (SIMD) contiennent plusieurs éléments de données. Il existe différents types de registres vectoriels.
• La plupart des calculs de compression et de décompression vidéo reposent sur des entiers.

Inclusion de x86inc.asm

• x86inc.asm est une couche d’abstraction légère utilisée dans FFmpeg, x264 et dav1d pour faciliter le travail des programmeurs assembleur.

Code assembleur scalaire simple

• Le fonctionnement du code assembleur scalaire est expliqué à l’aide d’un exemple.

Comprendre une fonction vectorielle de base

• Un premier exemple de fonction SIMD explique la signification de chaque ligne.
• Des instructions comme movu et paddb sont utilisées pour effectuer des opérations vectorielles.
• La fonction modifie les données de ses arguments et ne renvoie aucune valeur.

[GN⁺]

Commentaire Hacker News

• Il existe aussi d'autres ressources sur le même sujet, comme les cas de FFmpeg et de dav1d

  • FFmpeg est souvent utilisé, donc cela constitue un cas d'usage clair
  • dav1d est utilisé dans les principaux navigateurs et dans le système d'exploitation Android, et un facteur majeur de son succès est le SIMD écrit à la main
  • Une partie du code de dav1d est exécutée des milliers de milliards de fois par jour, elle doit donc s'exécuter le plus vite possible
  • L'écart de performances entre le SIMD écrit à la main et le SIMD généré par le compilateur peut atteindre 50 %
  • Des ressources comme l'école d'assembleur FFmpeg sont importantes pour maintenir ces techniques

• Je pense qu'utiliser des fonctions intrinsèques a plus de valeur qu'écrire de l'assembleur, mais la lecture de ce document a été très utile

  • J'ai utilisé Compiler Explorer pour comprendre les optimisations que le compilateur effectue afin d'optimiser les performances

• Je trouve ce guide excellent

  • J'aurais aimé avoir ce guide quand je m'intéressais au bas niveau

• Je me demande s'il y a du « plaisir » à apprendre ou à pratiquer l'assembleur

  • Je me demande si c'est amusant comme Lisp ou RISC-V, ou si on l'apprend plutôt comme COBOL pour travailler avec certains systèmes précis
  • Je n'ai aucune raison d'utiliser l'assembleur dans mon travail quotidien, mais je me demande si cela vaut le coup d'y consacrer du temps pour le plaisir

• Le suffixe "q" indique la taille d'un pointeur, qui vaut 8 sur un système 64 bits

  • La phrase semble confuse
  • "i.e" devrait être "i.e.,", et "(" devrait être une parenthèse ouvrante
  • "sizeof" ne renvoie pas un pointeur

• Des compliments sur la référence à K&R

  • C'était le premier livre que j'ai acheté pour apprendre le C et la programmation
  • J'ai d'abord appris le C++, mais c'était trop abstrait et difficile à comprendre

• L'inconvénient de l'utilisation de l'assembleur est que le code dépend de l'architecture

  • Il faut écrire un code différent pour x86, arm et x86_64
  • Il n'existe pas de bonne manière d'écrire du code portable pour le SIMD
  • Rust stabilise une API SIMD portable, et Zig fournit une prise en charge du SIMD, mais FFmpeg pourrait toujours juger la vitesse insuffisante

• L'opposition à l'assembleur inline est déroutante

  • L'assembleur inline semble devoir être plus efficace qu'un appel de fonction en assembleur

• Cette ressource est parfaite

  • Je connaissais l'assembleur x86 de l'époque du 386, mais les processeurs plus avancés étaient trop complexes
  • J'aimerais en apprendre davantage sur le SIMD des CPU récents

• Je me demande s'il est toujours vrai que l'assembleur est 10 fois plus rapide que le C

  • Je me demande si les compilateurs ont tellement stagné qu'ils ne peuvent toujours pas approcher l'assembleur écrit à la main