SHA1 assembler show off: minor performance updates and new modules for
[openssl.git] / crypto / sha / asm / sha1-armv4-large.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 # sha1_block procedure for ARMv4.
11 #
12 # January 2007.
13
14 # Size/performance trade-off
15 # ====================================================================
16 # impl          size in bytes   comp cycles[*]  measured performance
17 # ====================================================================
18 # thumb         304             3212            4420
19 # armv4-small   392/+29%        1958/+64%       2250/+96%
20 # armv4-compact 740/+89%        1552/+26%       1840/+22%
21 # armv4-large   1420/+92%       1307/+19%       1370/+34%[***]
22 # full unroll   ~5100/+260%     ~1260/+4%       ~1300/+5%
23 # ====================================================================
24 # thumb         = same as 'small' but in Thumb instructions[**] and
25 #                 with recurring code in two private functions;
26 # small         = detached Xload/update, loops are folded;
27 # compact       = detached Xload/update, 5x unroll;
28 # large         = interleaved Xload/update, 5x unroll;
29 # full unroll   = interleaved Xload/update, full unroll, estimated[!];
30 #
31 # [*]   Manually counted instructions in "grand" loop body. Measured
32 #       performance is affected by prologue and epilogue overhead,
33 #       i-cache availability, branch penalties, etc.
34 # [**]  While each Thumb instruction is twice smaller, they are not as
35 #       diverse as ARM ones: e.g., there are only two arithmetic
36 #       instructions with 3 arguments, no [fixed] rotate, addressing
37 #       modes are limited. As result it takes more instructions to do
38 #       the same job in Thumb, therefore the code is never twice as
39 #       small and always slower.
40 # [***] which is also ~35% better than compiler generated code.
41
42 $output=shift;
43 open STDOUT,">$output";
44
45 $ctx="r0";
46 $inp="r1";
47 $len="r2";
48 $a="r3";
49 $b="r4";
50 $c="r5";
51 $d="r6";
52 $e="r7";
53 $K="r8";
54 $t0="r9";
55 $t1="r10";
56 $t2="r11";
57 $t3="r12";
58 $Xi="r14";
59 @V=($a,$b,$c,$d,$e);
60
61 # One can optimize this for aligned access on big-endian architecture,
62 # but code's endian neutrality makes it too pretty:-)
63 sub Xload {
64 my ($a,$b,$c,$d,$e)=@_;
65 $code.=<<___;
66         ldrb    $t0,[$inp],#4
67         ldrb    $t1,[$inp,#-3]
68         ldrb    $t2,[$inp,#-2]
69         ldrb    $t3,[$inp,#-1]
70         add     $e,$K,$e,ror#2                  @ E+=K_00_19
71         orr     $t0,$t1,$t0,lsl#8
72         add     $e,$e,$a,ror#27                 @ E+=ROR(A,27)
73         orr     $t0,$t2,$t0,lsl#8
74         eor     $t1,$c,$d                       @ F_xx_xx
75         orr     $t0,$t3,$t0,lsl#8
76         add     $e,$e,$t0                       @ E+=X[i]
77         str     $t0,[$Xi,#-4]!
78 ___
79 }
80 sub Xupdate {
81 my ($a,$b,$c,$d,$e,$flag)=@_;
82 $code.=<<___;
83         ldr     $t0,[$Xi,#15*4]
84         ldr     $t1,[$Xi,#13*4]
85         ldr     $t2,[$Xi,#7*4]
86         ldr     $t3,[$Xi,#2*4]
87         add     $e,$K,$e,ror#2                  @ E+=K_xx_xx
88         eor     $t0,$t0,$t1
89         eor     $t2,$t2,$t3
90         eor     $t0,$t0,$t2
91         add     $e,$e,$a,ror#27                 @ E+=ROR(A,27)
92 ___
93 $code.=<<___ if (!defined($flag));
94         eor     $t1,$c,$d                       @ F_xx_xx, but not in 40_59
95 ___
96 $code.=<<___;
97         mov     $t0,$t0,ror#31
98         add     $e,$e,$t0                       @ E+=X[i]
99         str     $t0,[$Xi,#-4]!
100 ___
101 }
102
103 sub BODY_00_15 {
104 my ($a,$b,$c,$d,$e)=@_;
105         &Xload(@_);
106 $code.=<<___;
107         and     $t1,$b,$t1,ror#2
108         eor     $t1,$t1,$d,ror#2                @ F_00_19(B,C,D)
109         add     $e,$e,$t1                       @ E+=F_00_19(B,C,D)
110 ___
111 }
112
113 sub BODY_16_19 {
114 my ($a,$b,$c,$d,$e)=@_;
115         &Xupdate(@_);
116 $code.=<<___;
117         and     $t1,$b,$t1,ror#2
118         eor     $t1,$t1,$d,ror#2                @ F_00_19(B,C,D)
119         add     $e,$e,$t1                       @ E+=F_00_19(B,C,D)
120 ___
121 }
122
123 sub BODY_20_39 {
124 my ($a,$b,$c,$d,$e)=@_;
125         &Xupdate(@_);
126 $code.=<<___;
127         eor     $t1,$b,$t1,ror#2                @ F_20_39(B,C,D)
128         add     $e,$e,$t1                       @ E+=F_20_39(B,C,D)
129 ___
130 }
131
132 sub BODY_40_59 {
133 my ($a,$b,$c,$d,$e)=@_;
134 if (1) {
135         &Xupdate(@_);
136 $code.=<<___;
137         and     $t2,$c,$d
138         and     $t1,$b,$t1,ror#2
139         add     $e,$e,$t2,ror#2
140         add     $e,$e,$t1                       @ E+=F_40_59(B,C,D)
141 ___
142 } else {
143         &Xupdate(@_,1);
144 $code.=<<___;
145         and     $t1,$b,$c,ror#2
146         orr     $t2,$b,$c,ror#2
147         and     $t2,$t2,$d,ror#2
148         orr     $t1,$t1,$t2                     @ F_40_59(B,C,D)
149         add     $e,$e,$t1                       @ E+=F_40_59(B,C,D)
150 ___
151 }
152 }
153
154 $code=<<___;
155 .text
156
157 .global sha1_block_data_order
158 .type   sha1_block_data_order,%function
159
160 .align  2
161 sha1_block_data_order:
162         stmdb   sp!,{r4-r12,lr}
163         add     $len,$inp,$len,lsl#6    @ $len to point at the end of $inp
164         ldmia   $ctx,{$a,$b,$c,$d,$e}
165 .Lloop:
166         ldr     $K,.LK_00_19
167         mov     $Xi,sp
168         sub     sp,sp,#15*4
169         mov     $c,$c,ror#30
170         mov     $d,$d,ror#30
171         mov     $e,$e,ror#30            @ [6]
172 .L_00_15:
173 ___
174 for($i=0;$i<5;$i++) {
175         &BODY_00_15(@V);        unshift(@V,pop(@V));
176 }
177 $code.=<<___;
178         teq     $Xi,sp
179         bne     .L_00_15                @ [((11+4)*5+2)*3]
180 ___
181         &BODY_00_15(@V);        unshift(@V,pop(@V));
182         &BODY_16_19(@V);        unshift(@V,pop(@V));
183         &BODY_16_19(@V);        unshift(@V,pop(@V));
184         &BODY_16_19(@V);        unshift(@V,pop(@V));
185         &BODY_16_19(@V);        unshift(@V,pop(@V));
186 $code.=<<___;
187
188         ldr     $K,.LK_20_39            @ [+15+16*4]
189         sub     sp,sp,#25*4
190         cmn     sp,#0                   @ [+3], clear carry to denote 20_39
191 .L_20_39_or_60_79:
192 ___
193 for($i=0;$i<5;$i++) {
194         &BODY_20_39(@V);        unshift(@V,pop(@V));
195 }
196 $code.=<<___;
197         teq     $Xi,sp                  @ preserve carry
198         bne     .L_20_39_or_60_79       @ [+((12+3)*5+2)*4]
199         bcs     .L_done                 @ [+((12+3)*5+2)*4], spare 300 bytes
200
201         ldr     $K,.LK_40_59
202         sub     sp,sp,#20*4             @ [+2]
203 .L_40_59:
204 ___
205 for($i=0;$i<5;$i++) {
206         &BODY_40_59(@V);        unshift(@V,pop(@V));
207 }
208 $code.=<<___;
209         teq     $Xi,sp
210         bne     .L_40_59                @ [+((12+5)*5+2)*4]
211
212         ldr     $K,.LK_60_79
213         sub     sp,sp,#20*4
214         cmp     sp,#0                   @ set carry to denote 60_79
215         b       .L_20_39_or_60_79       @ [+4], spare 300 bytes
216 .L_done:
217         add     sp,sp,#80*4             @ "deallocate" stack frame
218         ldmia   $ctx,{$K,$t0,$t1,$t2,$t3}
219         add     $a,$K,$a
220         add     $b,$t0,$b
221         add     $c,$t1,$c,ror#2
222         add     $d,$t2,$d,ror#2
223         add     $e,$t3,$e,ror#2
224         stmia   $ctx,{$a,$b,$c,$d,$e}
225         teq     $inp,$len
226         bne     .Lloop                  @ [+18], total 1307
227
228         ldmia   sp!,{r4-r12,lr}
229         tst     lr,#1
230         moveq   pc,lr                   @ be binary compatible with V4, yet
231         bx      lr                      @ interoperable with Thumb ISA:-)
232 .align  2
233 .LK_00_19:      .word   0x5a827999
234 .LK_20_39:      .word   0x6ed9eba1
235 .LK_40_59:      .word   0x8f1bbcdc
236 .LK_60_79:      .word   0xca62c1d6
237 .size   sha1_block_data_order,.-sha1_block_data_order
238 .asciz  "SHA1 block transform for ARMv4, CRYPTOGAMS by <appro\@openssl.org>"
239 ___
240
241 $code =~ s/\bbx\s+lr\b/.word\t0xe12fff1e/gm;    # make it possible to compile with -march=armv4
242 print $code;
243 close STDOUT; # enforce flush