crypto/bn/asm/ppc-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 2006
  11
  12 # "Teaser" Montgomery multiplication module for PowerPC. It's possible
  13 # to gain a bit more by modulo-scheduling outer loop, then dedicated
  14 # squaring procedure should give further 20% and code can be adapted
  15 # for 32-bit application running on 64-bit CPU. As for the latter.
  16 # It won't be able to achieve "native" 64-bit performance, because in
  17 # 32-bit application context every addc instruction will have to be
  18 # expanded as addc, twice right shift by 32 and finally adde, etc.
  19 # So far RSA *sign* performance improvement over pre-bn_mul_mont asm
  20 # for 64-bit application running on PPC970/G5 is:
  21 #
  22 # 512-bit       +65%
  23 # 1024-bit      +35%
  24 # 2048-bit      +18%
  25 # 4096-bit      +4%
  26
  27 $flavour = shift;
  28
  29 if ($flavour =~ /32/) {
  30         $BITS=  32;
  31         $BNSZ=  $BITS/8;
  32         $SIZE_T=4;
  33         $RZONE= 224;
  34         $FRAME= $SIZE_T*16;
  35
  36         $LD=    "lwz";          # load
  37         $LDU=   "lwzu";         # load and update
  38         $LDX=   "lwzx";         # load indexed
  39         $ST=    "stw";          # store
  40         $STU=   "stwu";         # store and update
  41         $STX=   "stwx";         # store indexed
  42         $STUX=  "stwux";        # store indexed and update
  43         $UMULL= "mullw";        # unsigned multiply low
  44         $UMULH= "mulhwu";       # unsigned multiply high
  45         $UCMP=  "cmplw";        # unsigned compare
  46         $SHRI=  "srwi";         # unsigned shift right by immediate
  47         $PUSH=  $ST;
  48         $POP=   $LD;
  49 } elsif ($flavour =~ /64/) {
  50         $BITS=  64;
  51         $BNSZ=  $BITS/8;
  52         $SIZE_T=8;
  53         $RZONE= 288;
  54         $FRAME= $SIZE_T*16;
  55
  56         # same as above, but 64-bit mnemonics...
  57         $LD=    "ld";           # load
  58         $LDU=   "ldu";          # load and update
  59         $LDX=   "ldx";          # load indexed
  60         $ST=    "std";          # store
  61         $STU=   "stdu";         # store and update
  62         $STX=   "stdx";         # store indexed
  63         $STUX=  "stdux";        # store indexed and update
  64         $UMULL= "mulld";        # unsigned multiply low
  65         $UMULH= "mulhdu";       # unsigned multiply high
  66         $UCMP=  "cmpld";        # unsigned compare
  67         $SHRI=  "srdi";         # unsigned shift right by immediate
  68         $PUSH=  $ST;
  69         $POP=   $LD;
  70 } else { die "nonsense $flavour"; }
  71
  72 $0 =~ m/(.*[\/\\])[^\/\\]+$/; $dir=$1;
  73 ( $xlate="${dir}ppc-xlate.pl" and -f $xlate ) or
  74 ( $xlate="${dir}../../perlasm/ppc-xlate.pl" and -f $xlate) or
  75 die "can't locate ppc-xlate.pl";
  76
  77 open STDOUT,"| $^X $xlate $flavour ".shift || die "can't call $xlate: $!";
  78
  79 $sp="r1";
  80 $toc="r2";
  81 $rp="r3";       $ovf="r3";
  82 $ap="r4";
  83 $bp="r5";
  84 $np="r6";
  85 $n0="r7";
  86 $num="r8";
  87 $rp="r9";       # $rp is reassigned
  88 $aj="r10";
  89 $nj="r11";
  90 $tj="r12";
  91 # non-volatile registers
  92 $i="r14";
  93 $j="r15";
  94 $tp="r16";
  95 $m0="r17";
  96 $m1="r18";
  97 $lo0="r19";
  98 $hi0="r20";
  99 $lo1="r21";
 100 $hi1="r22";
 101 $alo="r23";
 102 $ahi="r24";
 103 $nlo="r25";
 104 #
 105 $nhi="r0";
 106
 107 $code=<<___;
 108 .machine "any"
 109 .text
 110
 111 .globl  .bn_mul_mont_int
 112 .align  4
 113 .bn_mul_mont_int:
 114         cmpwi   $num,4
 115         mr      $rp,r3          ; $rp is reassigned
 116         li      r3,0
 117         bltlr
 118 ___
 119 $code.=<<___ if ($BNSZ==4);
 120         cmpwi   $num,32         ; longer key performance is not better
 121         bgelr
 122 ___
 123 $code.=<<___;
 124         slwi    $num,$num,`log($BNSZ)/log(2)`
 125         li      $tj,-4096
 126         addi    $ovf,$num,`$FRAME+$RZONE`
 127         subf    $ovf,$ovf,$sp   ; $sp-$ovf
 128         and     $ovf,$ovf,$tj   ; minimize TLB usage
 129         subf    $ovf,$sp,$ovf   ; $ovf-$sp
 130         srwi    $num,$num,`log($BNSZ)/log(2)`
 131         $STUX   $sp,$sp,$ovf
 132
 133         $PUSH   r14,`4*$SIZE_T`($sp)
 134         $PUSH   r15,`5*$SIZE_T`($sp)
 135         $PUSH   r16,`6*$SIZE_T`($sp)
 136         $PUSH   r17,`7*$SIZE_T`($sp)
 137         $PUSH   r18,`8*$SIZE_T`($sp)
 138         $PUSH   r19,`9*$SIZE_T`($sp)
 139         $PUSH   r20,`10*$SIZE_T`($sp)
 140         $PUSH   r21,`11*$SIZE_T`($sp)
 141         $PUSH   r22,`12*$SIZE_T`($sp)
 142         $PUSH   r23,`13*$SIZE_T`($sp)
 143         $PUSH   r24,`14*$SIZE_T`($sp)
 144         $PUSH   r25,`15*$SIZE_T`($sp)
 145
 146         $LD     $n0,0($n0)      ; pull n0[0] value
 147         addi    $num,$num,-2    ; adjust $num for counter register
 148 \f
 149         $LD     $m0,0($bp)      ; m0=bp[0]
 150         $LD     $aj,0($ap)      ; ap[0]
 151         addi    $tp,$sp,$FRAME
 152         $UMULL  $lo0,$aj,$m0    ; ap[0]*bp[0]
 153         $UMULH  $hi0,$aj,$m0
 154
 155         $LD     $aj,$BNSZ($ap)  ; ap[1]
 156         $LD     $nj,0($np)      ; np[0]
 157
 158         $UMULL  $m1,$lo0,$n0    ; "tp[0]"*n0
 159
 160         $UMULL  $alo,$aj,$m0    ; ap[1]*bp[0]
 161         $UMULH  $ahi,$aj,$m0
 162
 163         $UMULL  $lo1,$nj,$m1    ; np[0]*m1
 164         $UMULH  $hi1,$nj,$m1
 165         $LD     $nj,$BNSZ($np)  ; np[1]
 166         addc    $lo1,$lo1,$lo0
 167         addze   $hi1,$hi1
 168
 169         $UMULL  $nlo,$nj,$m1    ; np[1]*m1
 170         $UMULH  $nhi,$nj,$m1
 171
 172         mtctr   $num
 173         li      $j,`2*$BNSZ`
 174 .align  4
 175 L1st:
 176         $LDX    $aj,$ap,$j      ; ap[j]
 177         addc    $lo0,$alo,$hi0
 178         $LDX    $nj,$np,$j      ; np[j]
 179         addze   $hi0,$ahi
 180         $UMULL  $alo,$aj,$m0    ; ap[j]*bp[0]
 181         addc    $lo1,$nlo,$hi1
 182         $UMULH  $ahi,$aj,$m0
 183         addze   $hi1,$nhi
 184         $UMULL  $nlo,$nj,$m1    ; np[j]*m1
 185         addc    $lo1,$lo1,$lo0  ; np[j]*m1+ap[j]*bp[0]
 186         $UMULH  $nhi,$nj,$m1
 187         addze   $hi1,$hi1
 188         $ST     $lo1,0($tp)     ; tp[j-1]
 189
 190         addi    $j,$j,$BNSZ     ; j++
 191         addi    $tp,$tp,$BNSZ   ; tp++
 192         bdnz-   L1st
 193 ;L1st
 194         addc    $lo0,$alo,$hi0
 195         addze   $hi0,$ahi
 196
 197         addc    $lo1,$nlo,$hi1
 198         addze   $hi1,$nhi
 199         addc    $lo1,$lo1,$lo0  ; np[j]*m1+ap[j]*bp[0]
 200         addze   $hi1,$hi1
 201         $ST     $lo1,0($tp)     ; tp[j-1]
 202
 203         li      $ovf,0
 204         addc    $hi1,$hi1,$hi0
 205         addze   $ovf,$ovf       ; upmost overflow bit
 206         $ST     $hi1,$BNSZ($tp)
 207 \f
 208         li      $i,$BNSZ
 209 .align  4
 210 Louter:
 211         $LDX    $m0,$bp,$i      ; m0=bp[i]
 212         $LD     $aj,0($ap)      ; ap[0]
 213         addi    $tp,$sp,$FRAME
 214         $LD     $tj,$FRAME($sp) ; tp[0]
 215         $UMULL  $lo0,$aj,$m0    ; ap[0]*bp[i]
 216         $UMULH  $hi0,$aj,$m0
 217         $LD     $aj,$BNSZ($ap)  ; ap[1]
 218         $LD     $nj,0($np)      ; np[0]
 219         addc    $lo0,$lo0,$tj   ; ap[0]*bp[i]+tp[0]
 220         $UMULL  $alo,$aj,$m0    ; ap[j]*bp[i]
 221         addze   $hi0,$hi0
 222         $UMULL  $m1,$lo0,$n0    ; tp[0]*n0
 223         $UMULH  $ahi,$aj,$m0
 224         $UMULL  $lo1,$nj,$m1    ; np[0]*m1
 225         $UMULH  $hi1,$nj,$m1
 226         $LD     $nj,$BNSZ($np)  ; np[1]
 227         addc    $lo1,$lo1,$lo0
 228         $UMULL  $nlo,$nj,$m1    ; np[1]*m1
 229         addze   $hi1,$hi1
 230         $UMULH  $nhi,$nj,$m1
 231 \f
 232         mtctr   $num
 233         li      $j,`2*$BNSZ`
 234 .align  4
 235 Linner:
 236         $LDX    $aj,$ap,$j      ; ap[j]
 237         addc    $lo0,$alo,$hi0
 238         $LD     $tj,$BNSZ($tp)  ; tp[j]
 239         addze   $hi0,$ahi
 240         $LDX    $nj,$np,$j      ; np[j]
 241         addc    $lo1,$nlo,$hi1
 242         $UMULL  $alo,$aj,$m0    ; ap[j]*bp[i]
 243         addze   $hi1,$nhi
 244         $UMULH  $ahi,$aj,$m0
 245         addc    $lo0,$lo0,$tj   ; ap[j]*bp[i]+tp[j]
 246         $UMULL  $nlo,$nj,$m1    ; np[j]*m1
 247         addze   $hi0,$hi0
 248         $UMULH  $nhi,$nj,$m1
 249         addc    $lo1,$lo1,$lo0  ; np[j]*m1+ap[j]*bp[i]+tp[j]
 250         addi    $j,$j,$BNSZ     ; j++
 251         addze   $hi1,$hi1
 252         $ST     $lo1,0($tp)     ; tp[j-1]
 253         addi    $tp,$tp,$BNSZ   ; tp++
 254         bdnz-   Linner
 255 ;Linner
 256         $LD     $tj,$BNSZ($tp)  ; tp[j]
 257         addc    $lo0,$alo,$hi0
 258         addze   $hi0,$ahi
 259         addc    $lo0,$lo0,$tj   ; ap[j]*bp[i]+tp[j]
 260         addze   $hi0,$hi0
 261
 262         addc    $lo1,$nlo,$hi1
 263         addze   $hi1,$nhi
 264         addc    $lo1,$lo1,$lo0  ; np[j]*m1+ap[j]*bp[i]+tp[j]
 265         addze   $hi1,$hi1
 266         $ST     $lo1,0($tp)     ; tp[j-1]
 267
 268         addic   $ovf,$ovf,-1    ; move upmost overflow to XER[CA]
 269         li      $ovf,0
 270         adde    $hi1,$hi1,$hi0
 271         addze   $ovf,$ovf
 272         $ST     $hi1,$BNSZ($tp)
 273 ;
 274         slwi    $tj,$num,`log($BNSZ)/log(2)`
 275         $UCMP   $i,$tj
 276         addi    $i,$i,$BNSZ
 277         ble-    Louter
 278 \f
 279         addi    $num,$num,2     ; restore $num
 280         subfc   $j,$j,$j        ; j=0 and "clear" XER[CA]
 281         addi    $tp,$sp,$FRAME
 282         mtctr   $num
 283
 284 .align  4
 285 Lsub:   $LDX    $tj,$tp,$j
 286         $LDX    $nj,$np,$j
 287         subfe   $aj,$nj,$tj     ; tp[j]-np[j]
 288         $STX    $aj,$rp,$j
 289         addi    $j,$j,$BNSZ
 290         bdnz-   Lsub
 291
 292         li      $j,0
 293         mtctr   $num
 294         subfe   $ovf,$j,$ovf    ; handle upmost overflow bit
 295         and     $ap,$tp,$ovf
 296         andc    $np,$rp,$ovf
 297         or      $ap,$ap,$np     ; ap=borrow?tp:rp
 298
 299 .align  4
 300 Lcopy:                          ; copy or in-place refresh
 301         $LDX    $tj,$ap,$j
 302         $STX    $tj,$rp,$j
 303         $STX    $j,$tp,$j       ; zap at once
 304         addi    $j,$j,$BNSZ
 305         bdnz-   Lcopy
 306
 307         $POP    r14,`4*$SIZE_T`($sp)
 308         $POP    r15,`5*$SIZE_T`($sp)
 309         $POP    r16,`6*$SIZE_T`($sp)
 310         $POP    r17,`7*$SIZE_T`($sp)
 311         $POP    r18,`8*$SIZE_T`($sp)
 312         $POP    r19,`9*$SIZE_T`($sp)
 313         $POP    r20,`10*$SIZE_T`($sp)
 314         $POP    r21,`11*$SIZE_T`($sp)
 315         $POP    r22,`12*$SIZE_T`($sp)
 316         $POP    r23,`13*$SIZE_T`($sp)
 317         $POP    r24,`14*$SIZE_T`($sp)
 318         $POP    r25,`15*$SIZE_T`($sp)
 319         $POP    $sp,0($sp)
 320         li      r3,1
 321         blr
 322         .long   0
 323 .asciz  "Montgomery Multiplication for PPC, CRYPTOGAMS by <appro\@fy.chalmers.se>"
 324 ___
 325
 326 $code =~ s/\`([^\`]*)\`/eval $1/gem;
 327 print $code;
 328 close STDOUT;