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 $output = shift;
  28
  29 if ($output =~ /32\-mont\.s/) {
  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=   $LD;
  49 } elsif ($output =~ /64\-mont\.s/) {
  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 $output"; }
  71
  72 ( defined shift || open STDOUT,"| $^X ../perlasm/ppc-xlate.pl $output" ) ||
  73         die "can't call ../perlasm/ppc-xlate.pl: $!";
  74
  75 $sp="r1";
  76 $toc="r2";
  77 $rp="r3";       $ovf="r3";
  78 $ap="r4";
  79 $bp="r5";
  80 $np="r6";
  81 $n0="r7";
  82 $num="r8";
  83 $rp="r9";       # $rp is reassigned
  84 $aj="r10";
  85 $nj="r11";
  86 $tj="r12";
  87 # non-volatile registers
  88 $i="r14";
  89 $j="r15";
  90 $tp="r16";
  91 $m0="r17";
  92 $m1="r18";
  93 $lo0="r19";
  94 $hi0="r20";
  95 $lo1="r21";
  96 $hi1="r22";
  97 $alo="r23";
  98 $ahi="r24";
  99 $nlo="r25";
 100 #
 101 $nhi="r0";
 102
 103 $code=<<___;
 104 .machine "any"
 105 .text
 106
 107 .globl  .bn_mul_mont
 108 .align  4
 109 .bn_mul_mont:
 110         cmpwi   $num,4
 111         mr      $rp,r3          ; $rp is reassigned
 112         li      r3,0
 113         bltlr
 114
 115         slwi    $num,$num,`log($BNSZ)/log(2)`
 116         li      $tj,-4096
 117         addi    $ovf,$num,`$FRAME+$RZONE`
 118         subf    $ovf,$ovf,$sp   ; $sp-$ovf
 119         and     $ovf,$ovf,$tj   ; minimize TLB usage
 120         subf    $ovf,$sp,$ovf   ; $ovf-$sp
 121         srwi    $num,$num,`log($BNSZ)/log(2)`
 122         $STUX   $sp,$sp,$ovf
 123
 124         $PUSH   r14,`4*$SIZE_T`($sp)
 125         $PUSH   r15,`5*$SIZE_T`($sp)
 126         $PUSH   r16,`6*$SIZE_T`($sp)
 127         $PUSH   r17,`7*$SIZE_T`($sp)
 128         $PUSH   r18,`8*$SIZE_T`($sp)
 129         $PUSH   r19,`9*$SIZE_T`($sp)
 130         $PUSH   r20,`10*$SIZE_T`($sp)
 131         $PUSH   r21,`11*$SIZE_T`($sp)
 132         $PUSH   r22,`12*$SIZE_T`($sp)
 133         $PUSH   r23,`13*$SIZE_T`($sp)
 134         $PUSH   r24,`14*$SIZE_T`($sp)
 135         $PUSH   r25,`15*$SIZE_T`($sp)
 136
 137         $LD     $n0,0($n0)      ; pull n0[0] value
 138         addi    $num,$num,-2    ; adjust $num for counter register
 139 \f
 140         $LD     $m0,0($bp)      ; m0=bp[0]
 141         $LD     $aj,0($ap)      ; ap[0]
 142         addi    $tp,$sp,$FRAME
 143         $UMULL  $lo0,$aj,$m0    ; ap[0]*bp[0]
 144         $UMULH  $hi0,$aj,$m0
 145
 146         $LD     $aj,$BNSZ($ap)  ; ap[1]
 147         $LD     $nj,0($np)      ; np[0]
 148
 149         $UMULL  $m1,$lo0,$n0    ; "tp[0]"*n0
 150
 151         $UMULL  $alo,$aj,$m0    ; ap[1]*bp[0]
 152         $UMULH  $ahi,$aj,$m0
 153
 154         $UMULL  $lo1,$nj,$m1    ; np[0]*m1
 155         $UMULH  $hi1,$nj,$m1
 156         $LD     $nj,$BNSZ($np)  ; np[1]
 157         addc    $lo1,$lo1,$lo0
 158         addze   $hi1,$hi1
 159
 160         $UMULL  $nlo,$nj,$m1    ; np[1]*m1
 161         $UMULH  $nhi,$nj,$m1
 162
 163         mtctr   $num
 164         li      $j,`2*$BNSZ`
 165 .align  4
 166 L1st:
 167         $LDX    $aj,$ap,$j      ; ap[j]
 168         addc    $lo0,$alo,$hi0
 169         $LDX    $nj,$np,$j      ; np[j]
 170         addze   $hi0,$ahi
 171         $UMULL  $alo,$aj,$m0    ; ap[j]*bp[0]
 172         addc    $lo1,$nlo,$hi1
 173         $UMULH  $ahi,$aj,$m0
 174         addze   $hi1,$nhi
 175         $UMULL  $nlo,$nj,$m1    ; np[j]*m1
 176         addc    $lo1,$lo1,$lo0  ; np[j]*m1+ap[j]*bp[0]
 177         $UMULH  $nhi,$nj,$m1
 178         addze   $hi1,$hi1
 179         $ST     $lo1,0($tp)     ; tp[j-1]
 180
 181         addi    $j,$j,$BNSZ     ; j++
 182         addi    $tp,$tp,$BNSZ   ; tp++
 183         bdnz-   L1st
 184 ;L1st
 185         addc    $lo0,$alo,$hi0
 186         addze   $hi0,$ahi
 187
 188         addc    $lo1,$nlo,$hi1
 189         addze   $hi1,$nhi
 190         addc    $lo1,$lo1,$lo0  ; np[j]*m1+ap[j]*bp[0]
 191         addze   $hi1,$hi1
 192         $ST     $lo1,0($tp)     ; tp[j-1]
 193
 194         li      $ovf,0
 195         addc    $hi1,$hi1,$hi0
 196         addze   $ovf,$ovf       ; upmost overflow bit
 197         $ST     $hi1,$BNSZ($tp)
 198 \f
 199         li      $i,$BNSZ
 200 .align  4
 201 Louter:
 202         $LDX    $m0,$bp,$i      ; m0=bp[i]
 203         $LD     $aj,0($ap)      ; ap[0]
 204         addi    $tp,$sp,$FRAME
 205         $LD     $tj,$FRAME($sp) ; tp[0]
 206         $UMULL  $lo0,$aj,$m0    ; ap[0]*bp[i]
 207         $UMULH  $hi0,$aj,$m0
 208         $LD     $aj,$BNSZ($ap)  ; ap[1]
 209         $LD     $nj,0($np)      ; np[0]
 210         addc    $lo0,$lo0,$tj   ; ap[0]*bp[i]+tp[0]
 211         $UMULL  $alo,$aj,$m0    ; ap[j]*bp[i]
 212         addze   $hi0,$hi0
 213         $UMULL  $m1,$lo0,$n0    ; tp[0]*n0
 214         $UMULH  $ahi,$aj,$m0
 215         $UMULL  $lo1,$nj,$m1    ; np[0]*m1
 216         $UMULH  $hi1,$nj,$m1
 217         $LD     $nj,$BNSZ($np)  ; np[1]
 218         addc    $lo1,$lo1,$lo0
 219         $UMULL  $nlo,$nj,$m1    ; np[1]*m1
 220         addze   $hi1,$hi1
 221         $UMULH  $nhi,$nj,$m1
 222 \f
 223         mtctr   $num
 224         li      $j,`2*$BNSZ`
 225 .align  4
 226 Linner:
 227         $LDX    $aj,$ap,$j      ; ap[j]
 228         addc    $lo0,$alo,$hi0
 229         $LD     $tj,$BNSZ($tp)  ; tp[j]
 230         addze   $hi0,$ahi
 231         $LDX    $nj,$np,$j      ; np[j]
 232         addc    $lo1,$nlo,$hi1
 233         $UMULL  $alo,$aj,$m0    ; ap[j]*bp[i]
 234         addze   $hi1,$nhi
 235         $UMULH  $ahi,$aj,$m0
 236         addc    $lo0,$lo0,$tj   ; ap[j]*bp[i]+tp[j]
 237         $UMULL  $nlo,$nj,$m1    ; np[j]*m1
 238         addze   $hi0,$hi0
 239         $UMULH  $nhi,$nj,$m1
 240         addc    $lo1,$lo1,$lo0  ; np[j]*m1+ap[j]*bp[i]+tp[j]
 241         addi    $j,$j,$BNSZ     ; j++
 242         addze   $hi1,$hi1
 243         $ST     $lo1,0($tp)     ; tp[j-1]
 244         addi    $tp,$tp,$BNSZ   ; tp++
 245         bdnz-   Linner
 246 ;Linner
 247         $LD     $tj,$BNSZ($tp)  ; tp[j]
 248         addc    $lo0,$alo,$hi0
 249         addze   $hi0,$ahi
 250         addc    $lo0,$lo0,$tj   ; ap[j]*bp[i]+tp[j]
 251         addze   $hi0,$hi0
 252
 253         addc    $lo1,$nlo,$hi1
 254         addze   $hi1,$nhi
 255         addc    $lo1,$lo1,$lo0  ; np[j]*m1+ap[j]*bp[i]+tp[j]
 256         addze   $hi1,$hi1
 257         $ST     $lo1,0($tp)     ; tp[j-1]
 258
 259         addic   $ovf,$ovf,-1    ; move upmost overflow to XER[CA]
 260         li      $ovf,0
 261         adde    $hi1,$hi1,$hi0
 262         addze   $ovf,$ovf
 263         $ST     $hi1,$BNSZ($tp)
 264 ;
 265         slwi    $tj,$num,`log($BNSZ)/log(2)`
 266         $UCMP   $i,$tj
 267         addi    $i,$i,$BNSZ
 268         ble-    Louter
 269 \f
 270         $SHRI.  $nj,$nj,$BITS-2 ; check boundary condition
 271         addi    $num,$num,2     ; restore $num
 272         subfc   $j,$j,$j        ; j=0 and "clear" XER[CA]
 273         addi    $tp,$sp,$FRAME
 274         addi    $ap,$sp,$FRAME
 275         mtctr   $num
 276         beq     Lcopy           ; boundary condition is met
 277
 278 .align  4
 279 Lsub:   $LDX    $tj,$tp,$j
 280         $LDX    $nj,$np,$j
 281         subfe   $aj,$nj,$tj     ; tp[j]-np[j]
 282         $STX    $aj,$rp,$j
 283         addi    $j,$j,$BNSZ
 284         bdnz-   Lsub
 285
 286         li      $j,0
 287         mtctr   $num
 288         subfe   $ovf,$j,$ovf    ; handle upmost overflow bit
 289         and     $ap,$tp,$ovf
 290         andc    $np,$rp,$ovf
 291         or      $ap,$ap,$np     ; ap=borrow?tp:rp
 292
 293 .align  4
 294 Lcopy:                          ; copy or in-place refresh
 295         $LDX    $tj,$ap,$j
 296         $STX    $tj,$rp,$j
 297         $STX    $j,$tp,$j       ; zap at once
 298         addi    $j,$j,$BNSZ
 299         bdnz-   Lcopy
 300
 301         $POP    r14,`4*$SIZE_T`($sp)
 302         $POP    r15,`5*$SIZE_T`($sp)
 303         $POP    r16,`6*$SIZE_T`($sp)
 304         $POP    r17,`7*$SIZE_T`($sp)
 305         $POP    r18,`8*$SIZE_T`($sp)
 306         $POP    r19,`9*$SIZE_T`($sp)
 307         $POP    r20,`10*$SIZE_T`($sp)
 308         $POP    r21,`11*$SIZE_T`($sp)
 309         $POP    r22,`12*$SIZE_T`($sp)
 310         $POP    r23,`13*$SIZE_T`($sp)
 311         $POP    r24,`14*$SIZE_T`($sp)
 312         $POP    r25,`15*$SIZE_T`($sp)
 313         $POP    $sp,0($sp)
 314         li      r3,1
 315         blr
 316         .long   0
 317 .asciz  "Montgomery Multiplication for PPC, CRYPTOGAMS by <appro\@fy.chalmers.se>"
 318 ___
 319
 320 $code =~ s/\`([^\`]*)\`/eval $1/gem;
 321 print $code;
 322 close STDOUT;