crypto/bn/asm/armv4-gf2m.pl

   1 #! /usr/bin/env perl
   2 # Copyright 2011-2016 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
   3 #
   4 # Licensed under the OpenSSL license (the "License").  You may not use
   5 # this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
   6 # in the file LICENSE in the source distribution or at
   7 # https://www.openssl.org/source/license.html
   8
   9 #
  10 # ====================================================================
  11 # Written by Andy Polyakov <appro@openssl.org> for the OpenSSL
  12 # project. The module is, however, dual licensed under OpenSSL and
  13 # CRYPTOGAMS licenses depending on where you obtain it. For further
  14 # details see http://www.openssl.org/~appro/cryptogams/.
  15 # ====================================================================
  16 #
  17 # May 2011
  18 #
  19 # The module implements bn_GF2m_mul_2x2 polynomial multiplication
  20 # used in bn_gf2m.c. It's kind of low-hanging mechanical port from
  21 # C for the time being... Except that it has two code paths: pure
  22 # integer code suitable for any ARMv4 and later CPU and NEON code
  23 # suitable for ARMv7. Pure integer 1x1 multiplication subroutine runs
  24 # in ~45 cycles on dual-issue core such as Cortex A8, which is ~50%
  25 # faster than compiler-generated code. For ECDH and ECDSA verify (but
  26 # not for ECDSA sign) it means 25%-45% improvement depending on key
  27 # length, more for longer keys. Even though NEON 1x1 multiplication
  28 # runs in even less cycles, ~30, improvement is measurable only on
  29 # longer keys. One has to optimize code elsewhere to get NEON glow...
  30 #
  31 # April 2014
  32 #
  33 # Double bn_GF2m_mul_2x2 performance by using algorithm from paper
  34 # referred below, which improves ECDH and ECDSA verify benchmarks
  35 # by 18-40%.
  36 #
  37 # Câmara, D.; Gouvêa, C. P. L.; López, J. & Dahab, R.: Fast Software
  38 # Polynomial Multiplication on ARM Processors using the NEON Engine.
  39 #
  40 # http://conradoplg.cryptoland.net/files/2010/12/mocrysen13.pdf
  41
  42 $flavour = shift;
  43 if ($flavour=~/\w[\w\-]*\.\w+$/) { $output=$flavour; undef $flavour; }
  44 else { while (($output=shift) && ($output!~/\w[\w\-]*\.\w+$/)) {} }
  45
  46 if ($flavour && $flavour ne "void") {
  47     $0 =~ m/(.*[\/\\])[^\/\\]+$/; $dir=$1;
  48     ( $xlate="${dir}arm-xlate.pl" and -f $xlate ) or
  49     ( $xlate="${dir}../../perlasm/arm-xlate.pl" and -f $xlate) or
  50     die "can't locate arm-xlate.pl";
  51
  52     open STDOUT,"| \"$^X\" $xlate $flavour $output";
  53 } else {
  54     open STDOUT,">$output";
  55 }
  56
  57 $code=<<___;
  58 #include "arm_arch.h"
  59
  60 .text
  61 #if defined(__thumb2__)
  62 .syntax unified
  63 .thumb
  64 #else
  65 .code   32
  66 #endif
  67 ___
  68 ################
  69 # private interface to mul_1x1_ialu
  70 #
  71 $a="r1";
  72 $b="r0";
  73
  74 ($a0,$a1,$a2,$a12,$a4,$a14)=
  75 ($hi,$lo,$t0,$t1, $i0,$i1 )=map("r$_",(4..9),12);
  76
  77 $mask="r12";
  78
  79 $code.=<<___;
  80 .type   mul_1x1_ialu,%function
  81 .align  5
  82 mul_1x1_ialu:
  83         mov     $a0,#0
  84         bic     $a1,$a,#3<<30           @ a1=a&0x3fffffff
  85         str     $a0,[sp,#0]             @ tab[0]=0
  86         add     $a2,$a1,$a1             @ a2=a1<<1
  87         str     $a1,[sp,#4]             @ tab[1]=a1
  88         eor     $a12,$a1,$a2            @ a1^a2
  89         str     $a2,[sp,#8]             @ tab[2]=a2
  90         mov     $a4,$a1,lsl#2           @ a4=a1<<2
  91         str     $a12,[sp,#12]           @ tab[3]=a1^a2
  92         eor     $a14,$a1,$a4            @ a1^a4
  93         str     $a4,[sp,#16]            @ tab[4]=a4
  94         eor     $a0,$a2,$a4             @ a2^a4
  95         str     $a14,[sp,#20]           @ tab[5]=a1^a4
  96         eor     $a12,$a12,$a4           @ a1^a2^a4
  97         str     $a0,[sp,#24]            @ tab[6]=a2^a4
  98         and     $i0,$mask,$b,lsl#2
  99         str     $a12,[sp,#28]           @ tab[7]=a1^a2^a4
 100
 101         and     $i1,$mask,$b,lsr#1
 102         ldr     $lo,[sp,$i0]            @ tab[b       & 0x7]
 103         and     $i0,$mask,$b,lsr#4
 104         ldr     $t1,[sp,$i1]            @ tab[b >>  3 & 0x7]
 105         and     $i1,$mask,$b,lsr#7
 106         ldr     $t0,[sp,$i0]            @ tab[b >>  6 & 0x7]
 107         eor     $lo,$lo,$t1,lsl#3       @ stall
 108         mov     $hi,$t1,lsr#29
 109         ldr     $t1,[sp,$i1]            @ tab[b >>  9 & 0x7]
 110
 111         and     $i0,$mask,$b,lsr#10
 112         eor     $lo,$lo,$t0,lsl#6
 113         eor     $hi,$hi,$t0,lsr#26
 114         ldr     $t0,[sp,$i0]            @ tab[b >> 12 & 0x7]
 115
 116         and     $i1,$mask,$b,lsr#13
 117         eor     $lo,$lo,$t1,lsl#9
 118         eor     $hi,$hi,$t1,lsr#23
 119         ldr     $t1,[sp,$i1]            @ tab[b >> 15 & 0x7]
 120
 121         and     $i0,$mask,$b,lsr#16
 122         eor     $lo,$lo,$t0,lsl#12
 123         eor     $hi,$hi,$t0,lsr#20
 124         ldr     $t0,[sp,$i0]            @ tab[b >> 18 & 0x7]
 125
 126         and     $i1,$mask,$b,lsr#19
 127         eor     $lo,$lo,$t1,lsl#15
 128         eor     $hi,$hi,$t1,lsr#17
 129         ldr     $t1,[sp,$i1]            @ tab[b >> 21 & 0x7]
 130
 131         and     $i0,$mask,$b,lsr#22
 132         eor     $lo,$lo,$t0,lsl#18
 133         eor     $hi,$hi,$t0,lsr#14
 134         ldr     $t0,[sp,$i0]            @ tab[b >> 24 & 0x7]
 135
 136         and     $i1,$mask,$b,lsr#25
 137         eor     $lo,$lo,$t1,lsl#21
 138         eor     $hi,$hi,$t1,lsr#11
 139         ldr     $t1,[sp,$i1]            @ tab[b >> 27 & 0x7]
 140
 141         tst     $a,#1<<30
 142         and     $i0,$mask,$b,lsr#28
 143         eor     $lo,$lo,$t0,lsl#24
 144         eor     $hi,$hi,$t0,lsr#8
 145         ldr     $t0,[sp,$i0]            @ tab[b >> 30      ]
 146
 147 #ifdef  __thumb2__
 148         itt     ne
 149 #endif
 150         eorne   $lo,$lo,$b,lsl#30
 151         eorne   $hi,$hi,$b,lsr#2
 152         tst     $a,#1<<31
 153         eor     $lo,$lo,$t1,lsl#27
 154         eor     $hi,$hi,$t1,lsr#5
 155 #ifdef  __thumb2__
 156         itt     ne
 157 #endif
 158         eorne   $lo,$lo,$b,lsl#31
 159         eorne   $hi,$hi,$b,lsr#1
 160         eor     $lo,$lo,$t0,lsl#30
 161         eor     $hi,$hi,$t0,lsr#2
 162
 163         mov     pc,lr
 164 .size   mul_1x1_ialu,.-mul_1x1_ialu
 165 ___
 166 ################
 167 # void  bn_GF2m_mul_2x2(BN_ULONG *r,
 168 #       BN_ULONG a1,BN_ULONG a0,
 169 #       BN_ULONG b1,BN_ULONG b0);       # r[3..0]=a1a0·b1b0
 170 {
 171 $code.=<<___;
 172 .global bn_GF2m_mul_2x2
 173 .type   bn_GF2m_mul_2x2,%function
 174 .align  5
 175 bn_GF2m_mul_2x2:
 176 #if __ARM_MAX_ARCH__>=7
 177         stmdb   sp!,{r10,lr}
 178         ldr     r12,.LOPENSSL_armcap
 179         adr     r10,.LOPENSSL_armcap
 180         ldr     r12,[r12,r10]
 181 #ifdef  __APPLE__
 182         ldr     r12,[r12]
 183 #endif
 184         tst     r12,#ARMV7_NEON
 185         itt     ne
 186         ldrne   r10,[sp],#8
 187         bne     .LNEON
 188         stmdb   sp!,{r4-r9}
 189 #else
 190         stmdb   sp!,{r4-r10,lr}
 191 #endif
 192 ___
 193 $ret="r10";     # reassigned 1st argument
 194 $code.=<<___;
 195         mov     $ret,r0                 @ reassign 1st argument
 196         mov     $b,r3                   @ $b=b1
 197         sub     r7,sp,#36
 198         mov     r8,sp
 199         and     r7,r7,#-32
 200         ldr     r3,[sp,#32]             @ load b0
 201         mov     $mask,#7<<2
 202         mov     sp,r7                   @ allocate tab[8]
 203         str     r8,[r7,#32]
 204
 205         bl      mul_1x1_ialu            @ a1·b1
 206         str     $lo,[$ret,#8]
 207         str     $hi,[$ret,#12]
 208
 209         eor     $b,$b,r3                @ flip b0 and b1
 210          eor    $a,$a,r2                @ flip a0 and a1
 211         eor     r3,r3,$b
 212          eor    r2,r2,$a
 213         eor     $b,$b,r3
 214          eor    $a,$a,r2
 215         bl      mul_1x1_ialu            @ a0·b0
 216         str     $lo,[$ret]
 217         str     $hi,[$ret,#4]
 218
 219         eor     $a,$a,r2
 220         eor     $b,$b,r3
 221         bl      mul_1x1_ialu            @ (a1+a0)·(b1+b0)
 222 ___
 223 @r=map("r$_",(6..9));
 224 $code.=<<___;
 225         ldmia   $ret,{@r[0]-@r[3]}
 226         eor     $lo,$lo,$hi
 227         ldr     sp,[sp,#32]             @ destroy tab[8]
 228         eor     $hi,$hi,@r[1]
 229         eor     $lo,$lo,@r[0]
 230         eor     $hi,$hi,@r[2]
 231         eor     $lo,$lo,@r[3]
 232         eor     $hi,$hi,@r[3]
 233         str     $hi,[$ret,#8]
 234         eor     $lo,$lo,$hi
 235         str     $lo,[$ret,#4]
 236
 237 #if __ARM_ARCH__>=5
 238         ldmia   sp!,{r4-r10,pc}
 239 #else
 240         ldmia   sp!,{r4-r10,lr}
 241         tst     lr,#1
 242         moveq   pc,lr                   @ be binary compatible with V4, yet
 243         bx      lr                      @ interoperable with Thumb ISA:-)
 244 #endif
 245 ___
 246 }
 247 {
 248 my ($r,$t0,$t1,$t2,$t3)=map("q$_",(0..3,8..12));
 249 my ($a,$b,$k48,$k32,$k16)=map("d$_",(26..31));
 250
 251 $code.=<<___;
 252 #if __ARM_MAX_ARCH__>=7
 253 .arch   armv7-a
 254 .fpu    neon
 255
 256 .align  5
 257 .LNEON:
 258         ldr             r12, [sp]               @ 5th argument
 259         vmov            $a, r2, r1
 260         vmov            $b, r12, r3
 261         vmov.i64        $k48, #0x0000ffffffffffff
 262         vmov.i64        $k32, #0x00000000ffffffff
 263         vmov.i64        $k16, #0x000000000000ffff
 264
 265         vext.8          $t0#lo, $a, $a, #1      @ A1
 266         vmull.p8        $t0, $t0#lo, $b         @ F = A1*B
 267         vext.8          $r#lo, $b, $b, #1       @ B1
 268         vmull.p8        $r, $a, $r#lo           @ E = A*B1
 269         vext.8          $t1#lo, $a, $a, #2      @ A2
 270         vmull.p8        $t1, $t1#lo, $b         @ H = A2*B
 271         vext.8          $t3#lo, $b, $b, #2      @ B2
 272         vmull.p8        $t3, $a, $t3#lo         @ G = A*B2
 273         vext.8          $t2#lo, $a, $a, #3      @ A3
 274         veor            $t0, $t0, $r            @ L = E + F
 275         vmull.p8        $t2, $t2#lo, $b         @ J = A3*B
 276         vext.8          $r#lo, $b, $b, #3       @ B3
 277         veor            $t1, $t1, $t3           @ M = G + H
 278         vmull.p8        $r, $a, $r#lo           @ I = A*B3
 279         veor            $t0#lo, $t0#lo, $t0#hi  @ t0 = (L) (P0 + P1) << 8
 280         vand            $t0#hi, $t0#hi, $k48
 281         vext.8          $t3#lo, $b, $b, #4      @ B4
 282         veor            $t1#lo, $t1#lo, $t1#hi  @ t1 = (M) (P2 + P3) << 16
 283         vand            $t1#hi, $t1#hi, $k32
 284         vmull.p8        $t3, $a, $t3#lo         @ K = A*B4
 285         veor            $t2, $t2, $r            @ N = I + J
 286         veor            $t0#lo, $t0#lo, $t0#hi
 287         veor            $t1#lo, $t1#lo, $t1#hi
 288         veor            $t2#lo, $t2#lo, $t2#hi  @ t2 = (N) (P4 + P5) << 24
 289         vand            $t2#hi, $t2#hi, $k16
 290         vext.8          $t0, $t0, $t0, #15
 291         veor            $t3#lo, $t3#lo, $t3#hi  @ t3 = (K) (P6 + P7) << 32
 292         vmov.i64        $t3#hi, #0
 293         vext.8          $t1, $t1, $t1, #14
 294         veor            $t2#lo, $t2#lo, $t2#hi
 295         vmull.p8        $r, $a, $b              @ D = A*B
 296         vext.8          $t3, $t3, $t3, #12
 297         vext.8          $t2, $t2, $t2, #13
 298         veor            $t0, $t0, $t1
 299         veor            $t2, $t2, $t3
 300         veor            $r, $r, $t0
 301         veor            $r, $r, $t2
 302
 303         vst1.32         {$r}, [r0]
 304         ret             @ bx lr
 305 #endif
 306 ___
 307 }
 308 $code.=<<___;
 309 .size   bn_GF2m_mul_2x2,.-bn_GF2m_mul_2x2
 310 #if __ARM_MAX_ARCH__>=7
 311 .align  5
 312 .LOPENSSL_armcap:
 313 .word   OPENSSL_armcap_P-.
 314 #endif
 315 .asciz  "GF(2^m) Multiplication for ARMv4/NEON, CRYPTOGAMS by <appro\@openssl.org>"
 316 .align  5
 317
 318 #if __ARM_MAX_ARCH__>=7
 319 .comm   OPENSSL_armcap_P,4,4
 320 #endif
 321 ___
 322
 323 foreach (split("\n",$code)) {
 324         s/\`([^\`]*)\`/eval $1/geo;
 325
 326         s/\bq([0-9]+)#(lo|hi)/sprintf "d%d",2*$1+($2 eq "hi")/geo       or
 327         s/\bret\b/bx    lr/go           or
 328         s/\bbx\s+lr\b/.word\t0xe12fff1e/go;    # make it possible to compile with -march=armv4
 329
 330         print $_,"\n";
 331 }
 332 close STDOUT;   # enforce flush