s390x assembler pack update from HEAD.
[openssl.git] / crypto / bn / asm / s390x-mont.pl
1 #!/usr/bin/env perl
2
3 # ====================================================================
4 # Written by Andy Polyakov <appro@fy.chalmers.se> for the OpenSSL
5 # project. The module is, however, dual licensed under OpenSSL and
6 # CRYPTOGAMS licenses depending on where you obtain it. For further
7 # details see http://www.openssl.org/~appro/cryptogams/.
8 # ====================================================================
9
10 # April 2007.
11 #
12 # Performance improvement over vanilla C code varies from 85% to 45%
13 # depending on key length and benchmark. Unfortunately in this context
14 # these are not very impressive results [for code that utilizes "wide"
15 # 64x64=128-bit multiplication, which is not commonly available to C
16 # programmers], at least hand-coded bn_asm.c replacement is known to
17 # provide 30-40% better results for longest keys. Well, on a second
18 # thought it's not very surprising, because z-CPUs are single-issue
19 # and _strictly_ in-order execution, while bn_mul_mont is more or less
20 # dependent on CPU ability to pipe-line instructions and have several
21 # of them "in-flight" at the same time. I mean while other methods,
22 # for example Karatsuba, aim to minimize amount of multiplications at
23 # the cost of other operations increase, bn_mul_mont aim to neatly
24 # "overlap" multiplications and the other operations [and on most
25 # platforms even minimize the amount of the other operations, in
26 # particular references to memory]. But it's possible to improve this
27 # module performance by implementing dedicated squaring code-path and
28 # possibly by unrolling loops...
29
30 # January 2009.
31 #
32 # Reschedule to minimize/avoid Address Generation Interlock hazard,
33 # make inner loops counter-based.
34
35 # November 2010.
36 #
37 # Adapt for -m31 build. If kernel supports what's called "highgprs"
38 # feature on Linux [see /proc/cpuinfo], it's possible to use 64-bit
39 # instructions and achieve "64-bit" performance even in 31-bit legacy
40 # application context. The feature is not specific to any particular
41 # processor, as long as it's "z-CPU". Latter implies that the code
42 # remains z/Architecture specific. Compatibility with 32-bit BN_ULONG
43 # is achieved by swapping words after 64-bit loads, follow _dswap-s.
44 # On z990 it was measured to perform 2.6-2.2 times better than
45 # compiler-generated code, less for longer keys...
46
47 $flavour = shift;
48
49 if ($flavour =~ /3[12]/) {
50         $SIZE_T=4;
51         $g="";
52 } else {
53         $SIZE_T=8;
54         $g="g";
55 }
56
57 while (($output=shift) && ($output!~/^\w[\w\-]*\.\w+$/)) {}
58 open STDOUT,">$output";
59
60 $stdframe=16*$SIZE_T+4*8;
61
62 $mn0="%r0";
63 $num="%r1";
64
65 # int bn_mul_mont(
66 $rp="%r2";              # BN_ULONG *rp,
67 $ap="%r3";              # const BN_ULONG *ap,
68 $bp="%r4";              # const BN_ULONG *bp,
69 $np="%r5";              # const BN_ULONG *np,
70 $n0="%r6";              # const BN_ULONG *n0,
71 #$num="160(%r15)"       # int num);
72
73 $bi="%r2";      # zaps rp
74 $j="%r7";
75
76 $ahi="%r8";
77 $alo="%r9";
78 $nhi="%r10";
79 $nlo="%r11";
80 $AHI="%r12";
81 $NHI="%r13";
82 $count="%r14";
83 $sp="%r15";
84
85 $code.=<<___;
86 .text
87 .globl  bn_mul_mont
88 .type   bn_mul_mont,\@function
89 bn_mul_mont:
90         lgf     $num,`$stdframe+$SIZE_T-4`($sp) # pull $num
91         sla     $num,`log($SIZE_T)/log(2)`      # $num to enumerate bytes
92         la      $bp,0($num,$bp)
93
94         st${g}  %r2,2*$SIZE_T($sp)
95
96         cghi    $num,16         #
97         lghi    %r2,0           #
98         blr     %r14            # if($num<16) return 0;
99 ___
100 $code.=<<___ if ($flavour =~ /3[12]/);
101         tmll    $num,4
102         bnzr    %r14            # if ($num&1) return 0;
103 ___
104 $code.=<<___ if ($flavour !~ /3[12]/);
105         cghi    $num,96         #
106         bhr     %r14            # if($num>96) return 0;
107 ___
108 $code.=<<___;
109         stm${g} %r3,%r15,3*$SIZE_T($sp)
110
111         lghi    $rp,-$stdframe-8        # leave room for carry bit
112         lcgr    $j,$num         # -$num
113         lgr     %r0,$sp
114         la      $rp,0($rp,$sp)
115         la      $sp,0($j,$rp)   # alloca
116         st${g}  %r0,0($sp)      # back chain
117
118         sra     $num,3          # restore $num
119         la      $bp,0($j,$bp)   # restore $bp
120         ahi     $num,-1         # adjust $num for inner loop
121         lg      $n0,0($n0)      # pull n0
122         _dswap  $n0
123
124         lg      $bi,0($bp)
125         _dswap  $bi
126         lg      $alo,0($ap)
127         _dswap  $alo
128         mlgr    $ahi,$bi        # ap[0]*bp[0]
129         lgr     $AHI,$ahi
130
131         lgr     $mn0,$alo       # "tp[0]"*n0
132         msgr    $mn0,$n0
133
134         lg      $nlo,0($np)     #
135         _dswap  $nlo
136         mlgr    $nhi,$mn0       # np[0]*m1
137         algr    $nlo,$alo       # +="tp[0]"
138         lghi    $NHI,0
139         alcgr   $NHI,$nhi
140
141         la      $j,8(%r0)       # j=1
142         lr      $count,$num
143
144 .align  16
145 .L1st:
146         lg      $alo,0($j,$ap)
147         _dswap  $alo
148         mlgr    $ahi,$bi        # ap[j]*bp[0]
149         algr    $alo,$AHI
150         lghi    $AHI,0
151         alcgr   $AHI,$ahi
152
153         lg      $nlo,0($j,$np)
154         _dswap  $nlo
155         mlgr    $nhi,$mn0       # np[j]*m1
156         algr    $nlo,$NHI
157         lghi    $NHI,0
158         alcgr   $nhi,$NHI       # +="tp[j]"
159         algr    $nlo,$alo
160         alcgr   $NHI,$nhi
161
162         stg     $nlo,$stdframe-8($j,$sp)        # tp[j-1]=
163         la      $j,8($j)        # j++
164         brct    $count,.L1st
165
166         algr    $NHI,$AHI
167         lghi    $AHI,0
168         alcgr   $AHI,$AHI       # upmost overflow bit
169         stg     $NHI,$stdframe-8($j,$sp)
170         stg     $AHI,$stdframe($j,$sp)
171         la      $bp,8($bp)      # bp++
172
173 .Louter:
174         lg      $bi,0($bp)      # bp[i]
175         _dswap  $bi
176         lg      $alo,0($ap)
177         _dswap  $alo
178         mlgr    $ahi,$bi        # ap[0]*bp[i]
179         alg     $alo,$stdframe($sp)     # +=tp[0]
180         lghi    $AHI,0
181         alcgr   $AHI,$ahi
182
183         lgr     $mn0,$alo
184         msgr    $mn0,$n0        # tp[0]*n0
185
186         lg      $nlo,0($np)     # np[0]
187         _dswap  $nlo
188         mlgr    $nhi,$mn0       # np[0]*m1
189         algr    $nlo,$alo       # +="tp[0]"
190         lghi    $NHI,0
191         alcgr   $NHI,$nhi
192
193         la      $j,8(%r0)       # j=1
194         lr      $count,$num
195
196 .align  16
197 .Linner:
198         lg      $alo,0($j,$ap)
199         _dswap  $alo
200         mlgr    $ahi,$bi        # ap[j]*bp[i]
201         algr    $alo,$AHI
202         lghi    $AHI,0
203         alcgr   $ahi,$AHI
204         alg     $alo,$stdframe($j,$sp)# +=tp[j]
205         alcgr   $AHI,$ahi
206
207         lg      $nlo,0($j,$np)
208         _dswap  $nlo
209         mlgr    $nhi,$mn0       # np[j]*m1
210         algr    $nlo,$NHI
211         lghi    $NHI,0
212         alcgr   $nhi,$NHI
213         algr    $nlo,$alo       # +="tp[j]"
214         alcgr   $NHI,$nhi
215
216         stg     $nlo,$stdframe-8($j,$sp)        # tp[j-1]=
217         la      $j,8($j)        # j++
218         brct    $count,.Linner
219
220         algr    $NHI,$AHI
221         lghi    $AHI,0
222         alcgr   $AHI,$AHI
223         alg     $NHI,$stdframe($j,$sp)# accumulate previous upmost overflow bit
224         lghi    $ahi,0
225         alcgr   $AHI,$ahi       # new upmost overflow bit
226         stg     $NHI,$stdframe-8($j,$sp)
227         stg     $AHI,$stdframe($j,$sp)
228
229         la      $bp,8($bp)      # bp++
230         cl${g}  $bp,`$stdframe+8+4*$SIZE_T`($j,$sp)     # compare to &bp[num]
231         jne     .Louter
232
233         l${g}   $rp,`$stdframe+8+2*$SIZE_T`($j,$sp)     # reincarnate rp
234         la      $ap,$stdframe($sp)
235         ahi     $num,1          # restore $num, incidentally clears "borrow"
236
237         la      $j,0(%r0)
238         lr      $count,$num
239 .Lsub:  lg      $alo,0($j,$ap)
240         lg      $nlo,0($j,$np)
241         _dswap  $nlo
242         slbgr   $alo,$nlo
243         stg     $alo,0($j,$rp)
244         la      $j,8($j)
245         brct    $count,.Lsub
246         lghi    $ahi,0
247         slbgr   $AHI,$ahi       # handle upmost carry
248
249         ngr     $ap,$AHI
250         lghi    $np,-1
251         xgr     $np,$AHI
252         ngr     $np,$rp
253         ogr     $ap,$np         # ap=borrow?tp:rp
254
255         la      $j,0(%r0)
256         lgr     $count,$num
257 .Lcopy: lg      $alo,0($j,$ap)          # copy or in-place refresh
258         _dswap  $alo
259         stg     $j,$stdframe($j,$sp)    # zap tp
260         stg     $alo,0($j,$rp)
261         la      $j,8($j)
262         brct    $count,.Lcopy
263
264         la      %r1,`$stdframe+8+6*$SIZE_T`($j,$sp)
265         lm${g}  %r6,%r15,0(%r1)
266         lghi    %r2,1           # signal "processed"
267         br      %r14
268 .size   bn_mul_mont,.-bn_mul_mont
269 .string "Montgomery Multiplication for s390x, CRYPTOGAMS by <appro\@openssl.org>"
270 ___
271
272 foreach (split("\n",$code)) {
273         s/\`([^\`]*)\`/eval $1/ge;
274         s/_dswap\s+(%r[0-9]+)/sprintf("rllg\t%s,%s,32",$1,$1) if($SIZE_T==4)/e;
275         print $_,"\n";
276 }
277 close STDOUT;