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     $t0,$t0,$t2
  90         eor     $t0,$t0,$t3
  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         &Xupdate(@_,1);
 135 $code.=<<___;
 136         and     $t1,$b,$c,ror#2
 137         orr     $t2,$b,$c,ror#2
 138         and     $t2,$t2,$d,ror#2
 139         orr     $t1,$t1,$t2                     @ F_40_59(B,C,D)
 140         add     $e,$e,$t1                       @ E+=F_40_59(B,C,D)
 141 ___
 142 }
 143
 144 $code=<<___;
 145 .text
 146
 147 .global sha1_block_data_order
 148 .type   sha1_block_data_order,%function
 149
 150 .align  2
 151 sha1_block_data_order:
 152         stmdb   sp!,{r4-r12,lr}
 153         add     $len,$inp,$len,lsl#6    @ $len to point at the end of $inp
 154         ldmia   $ctx,{$a,$b,$c,$d,$e}
 155 .Lloop:
 156         ldr     $K,.LK_00_19
 157         mov     $Xi,sp
 158         sub     sp,sp,#15*4
 159         mov     $c,$c,ror#30
 160         mov     $d,$d,ror#30
 161         mov     $e,$e,ror#30            @ [6]
 162 .L_00_15:
 163 ___
 164 for($i=0;$i<5;$i++) {
 165         &BODY_00_15(@V);        unshift(@V,pop(@V));
 166 }
 167 $code.=<<___;
 168         teq     $Xi,sp
 169         bne     .L_00_15                @ [((11+4)*5+2)*3]
 170 ___
 171         &BODY_00_15(@V);        unshift(@V,pop(@V));
 172         &BODY_16_19(@V);        unshift(@V,pop(@V));
 173         &BODY_16_19(@V);        unshift(@V,pop(@V));
 174         &BODY_16_19(@V);        unshift(@V,pop(@V));
 175         &BODY_16_19(@V);        unshift(@V,pop(@V));
 176 $code.=<<___;
 177
 178         ldr     $K,.LK_20_39            @ [+15+16*4]
 179         sub     sp,sp,#25*4
 180         cmn     sp,#0                   @ [+3], clear carry to denote 20_39
 181 .L_20_39_or_60_79:
 182 ___
 183 for($i=0;$i<5;$i++) {
 184         &BODY_20_39(@V);        unshift(@V,pop(@V));
 185 }
 186 $code.=<<___;
 187         teq     $Xi,sp                  @ preserve carry
 188         bne     .L_20_39_or_60_79       @ [+((12+3)*5+2)*4]
 189         bcs     .L_done                 @ [+((12+3)*5+2)*4], spare 300 bytes
 190
 191         ldr     $K,.LK_40_59
 192         sub     sp,sp,#20*4             @ [+2]
 193 .L_40_59:
 194 ___
 195 for($i=0;$i<5;$i++) {
 196         &BODY_40_59(@V);        unshift(@V,pop(@V));
 197 }
 198 $code.=<<___;
 199         teq     $Xi,sp
 200         bne     .L_40_59                @ [+((12+5)*5+2)*4]
 201
 202         ldr     $K,.LK_60_79
 203         sub     sp,sp,#20*4
 204         cmp     sp,#0                   @ set carry to denote 60_79
 205         b       .L_20_39_or_60_79       @ [+4], spare 300 bytes
 206 .L_done:
 207         add     sp,sp,#80*4             @ "deallocate" stack frame
 208         ldmia   $ctx,{$K,$t0,$t1,$t2,$Xi}
 209         add     $a,$K,$a
 210         add     $b,$t0,$b
 211         add     $c,$t1,$c,ror#2
 212         add     $d,$t2,$d,ror#2
 213         add     $e,$Xi,$e,ror#2
 214         stmia   $ctx,{$a,$b,$c,$d,$e}
 215         teq     $inp,$len
 216         bne     .Lloop                  @ [+18], total 1307
 217
 218         ldmia   sp!,{r4-r12,lr}
 219         tst     lr,#1
 220         moveq   pc,lr                   @ be binary compatible with V4, yet
 221         bx      lr                      @ interoperable with Thumb ISA:-)
 222 .align  2
 223 .LK_00_19:      .word   0x5a827999
 224 .LK_20_39:      .word   0x6ed9eba1
 225 .LK_40_59:      .word   0x8f1bbcdc
 226 .LK_60_79:      .word   0xca62c1d6
 227 .size   sha1_block_data_order,.-sha1_block_data_order
 228 .asciz  "SHA1 block transform for ARMv4, CRYPTOGAMS by <appro\@openssl.org>"
 229 ___
 230
 231 $code =~ s/\bbx\s+lr\b/.word\t0xe12fff1e/gm;    # make it possible to compile with -march=armv4
 232 print $code;
 233 close STDOUT; # enforce flush