Obliczanie odległości Hamminga na kilka ciągów za pomocą SSE

Question

Mam n (8 bitów) ciągi znaków wszystkich z nich tej samej długości (np. m) i innego ciągu s o tej samej długości. Muszę obliczyć odległości Hamminga od s do każdego z pozostałych ciągów. W czystym C, coś jak:

unsigned char strings[n][m]; 
unsigned char s[m]; 
int distances[n]; 

for(i=0; i<n; i++) { 
    int distances[i] = 0; 
    for(j=0; j<m; j++) { 
    if(strings[i][j] != s[j]) 
     distances[i]++; 
    } 
} 

Chciałbym użyć instrukcji SIMD z gcc, aby bardziej efektywnie wykonać takie obliczenia. Przeczytałem, że PcmpIstrI w SSE 4.2 może być przydatny, a mój komputer docelowy obsługuje ten zestaw instrukcji, więc wolałbym rozwiązanie z wykorzystaniem SSE 4.2.

EDIT:

napisałem następujących funkcji, aby obliczyć odległość Hamminga między dwa ciągi:

static inline int popcnt128(__m128i n) { 
    const __m128i n_hi = _mm_unpackhi_epi64(n, n); 
    return _mm_popcnt_u64(_mm_cvtsi128_si64(n)) + _mm_popcnt_u64(_mm_cvtsi128_si64(n_hi)); 
} 

int HammingDist(const unsigned char *p1, unsigned const char *p2, const int len) { 
#define MODE (_SIDD_UBYTE_OPS | _SIDD_CMP_EQUAL_EACH | _SIDD_BIT_MASK | _SIDD_NEGATIVE_POLARITY) 
    __m128i smm1 = _mm_loadu_si128 ((__m128i*) p1); 
    __m128i smm2 = _mm_loadu_si128 ((__m128i*) p2); 
    __m128i ResultMask; 

    int iters = len/16; 
    int diffs = 0; 
    int i; 

    for(i=0; i<iters; i++) { 
    ResultMask = _mm_cmpestrm (smm1,16,smm2,16,MODE); 

    diffs += popcnt128(ResultMask); 
    p1 = p1+16; 
    p2 = p2+16; 
    smm1 = _mm_loadu_si128 ((__m128i*)p1); 
    smm2 =_mm_loadu_si128 ((__m128i*)p2); 
    } 

    int mod = len % 16; 
    if(mod>0) { 
    ResultMask = _mm_cmpestrm (smm1,mod,smm2,mod,MODE); 
    diffs += popcnt128(ResultMask); 
    } 

    return diffs; 
} 

Więc mogę rozwiązać mój problem za pomocą:

for(i=0; i<n; i++) { 
    int distances[i] = HammingDist(s, strings[i], m); 
} 

Czy to co mogę zrobić, czy mogę skorzystać z tego, że jeden z porównywanych łańcuchów jest zawsze taki sam? Ponadto, czy powinienem wykonać pewne wyrównanie na moich tablicach, aby poprawić wydajność?

kolejna próba

Po rekomendacji Harolda, napisałem poniższy kod:

void _SSE_hammingDistances(const ByteP str, const ByteP strings, int *ds, const int n, const int m) { 
    int iters = m/16; 

    __m128i *smm1, *smm2, diffs; 

    for(int j=0; j<n; j++) { 
     smm1 = (__m128i*) str; 
     smm2 = (__m128i*) &strings[j*(m+1)]; // m+1, as strings are '\0' terminated 

     diffs = _mm_setzero_si128(); 

     for (int i = 0; i < iters; i++) { 
      diffs = _mm_add_epi8(diffs, _mm_cmpeq_epi8(*smm1, *smm2)); 
      smm1 += 1; 
      smm2 += 1; 
     } 

     int s = m; 
     signed char *ptr = (signed char *) &diffs; 
     for(int p=0; p<16; p++) { 
      s += *ptr; 
      ptr++; 
     } 

     *ds = s; 
     ds++; 
    } 
} 

ale nie jestem w stanie zrobić ostateczny dodatek bajtów w __m128i za pomocą psadbw. Czy ktoś może mi w tym pomóc?

Answer 1

Oto ulepszoną wersję swojej najnowszej rutyny, która wykorzystuje PSADBW_mm_sad_epu8(), aby wyeliminować kod skalarnego:

void hammingDistances_SSE(const uint8_t * str, const uint8_t * strings, int * const ds, const int n, const int m) 
{ 
    const int iters = m/16; 

    const __m128i smm1 = _mm_loadu_si128((__m128i*)str); 

    assert((m & 15) == 0);  // m must be a multiple of 16 

    for (int j = 0; j < n; j++) 
    { 
     __m128i smm2 = _mm_loadu_si128((__m128i*)&strings[j*(m+1)]); // m+1, as strings are '\0' terminated 

     __m128i diffs = _mm_setzero_si128(); 

     for (int i = 0; i < iters; i++) 
     { 
      diffs = _mm_sub_epi8(diffs, _mm_cmpeq_epi8(smm1, smm2)); 
     } 

     diffs = _mm_sad_epu8(diffs, _mm_setzero_si128()); 
     ds[j] = m - (_mm_extract_epi16(diffs, 0) + _mm_extract_epi16(diffs, 4)); 
    } 
}