crypto/bn/asm/x86_64-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 used
  20 # in bn_gf2m.c. It's kind of low-hanging mechanical port from C for
  21 # the time being... Except that it has two code paths: code suitable
  22 # for any x86_64 CPU and PCLMULQDQ one suitable for Westmere and
  23 # later. Improvement varies from one benchmark and µ-arch to another.
  24 # Vanilla code path is at most 20% faster than compiler-generated code
  25 # [not very impressive], while PCLMULQDQ - whole 85%-160% better on
  26 # 163- and 571-bit ECDH benchmarks on Intel CPUs. Keep in mind that
  27 # these coefficients are not ones for bn_GF2m_mul_2x2 itself, as not
  28 # all CPU time is burnt in it...
  29
  30 $flavour = shift;
  31 $output  = shift;
  32 if ($flavour =~ /\./) { $output = $flavour; undef $flavour; }
  33
  34 $win64=0; $win64=1 if ($flavour =~ /[nm]asm|mingw64/ || $output =~ /\.asm$/);
  35
  36 $0 =~ m/(.*[\/\\])[^\/\\]+$/; $dir=$1;
  37 ( $xlate="${dir}x86_64-xlate.pl" and -f $xlate ) or
  38 ( $xlate="${dir}../../perlasm/x86_64-xlate.pl" and -f $xlate) or
  39 die "can't locate x86_64-xlate.pl";
  40
  41 open OUT,"| \"$^X\" \"$xlate\" $flavour \"$output\"";
  42 *STDOUT=*OUT;
  43
  44 ($lo,$hi)=("%rax","%rdx");      $a=$lo;
  45 ($i0,$i1)=("%rsi","%rdi");
  46 ($t0,$t1)=("%rbx","%rcx");
  47 ($b,$mask)=("%rbp","%r8");
  48 ($a1,$a2,$a4,$a8,$a12,$a48)=map("%r$_",(9..15));
  49 ($R,$Tx)=("%xmm0","%xmm1");
  50
  51 $code.=<<___;
  52 .text
  53
  54 .type   _mul_1x1,\@abi-omnipotent
  55 .align  16
  56 _mul_1x1:
  57         sub     \$128+8,%rsp
  58         mov     \$-1,$a1
  59         lea     ($a,$a),$i0
  60         shr     \$3,$a1
  61         lea     (,$a,4),$i1
  62         and     $a,$a1                  # a1=a&0x1fffffffffffffff
  63         lea     (,$a,8),$a8
  64         sar     \$63,$a                 # broadcast 63rd bit
  65         lea     ($a1,$a1),$a2
  66         sar     \$63,$i0                # broadcast 62nd bit
  67         lea     (,$a1,4),$a4
  68         and     $b,$a
  69         sar     \$63,$i1                # boardcast 61st bit
  70         mov     $a,$hi                  # $a is $lo
  71         shl     \$63,$lo
  72         and     $b,$i0
  73         shr     \$1,$hi
  74         mov     $i0,$t1
  75         shl     \$62,$i0
  76         and     $b,$i1
  77         shr     \$2,$t1
  78         xor     $i0,$lo
  79         mov     $i1,$t0
  80         shl     \$61,$i1
  81         xor     $t1,$hi
  82         shr     \$3,$t0
  83         xor     $i1,$lo
  84         xor     $t0,$hi
  85
  86         mov     $a1,$a12
  87         movq    \$0,0(%rsp)             # tab[0]=0
  88         xor     $a2,$a12                # a1^a2
  89         mov     $a1,8(%rsp)             # tab[1]=a1
  90          mov    $a4,$a48
  91         mov     $a2,16(%rsp)            # tab[2]=a2
  92          xor    $a8,$a48                # a4^a8
  93         mov     $a12,24(%rsp)           # tab[3]=a1^a2
  94
  95         xor     $a4,$a1
  96         mov     $a4,32(%rsp)            # tab[4]=a4
  97         xor     $a4,$a2
  98         mov     $a1,40(%rsp)            # tab[5]=a1^a4
  99         xor     $a4,$a12
 100         mov     $a2,48(%rsp)            # tab[6]=a2^a4
 101          xor    $a48,$a1                # a1^a4^a4^a8=a1^a8
 102         mov     $a12,56(%rsp)           # tab[7]=a1^a2^a4
 103          xor    $a48,$a2                # a2^a4^a4^a8=a1^a8
 104
 105         mov     $a8,64(%rsp)            # tab[8]=a8
 106         xor     $a48,$a12               # a1^a2^a4^a4^a8=a1^a2^a8
 107         mov     $a1,72(%rsp)            # tab[9]=a1^a8
 108          xor    $a4,$a1                 # a1^a8^a4
 109         mov     $a2,80(%rsp)            # tab[10]=a2^a8
 110          xor    $a4,$a2                 # a2^a8^a4
 111         mov     $a12,88(%rsp)           # tab[11]=a1^a2^a8
 112
 113         xor     $a4,$a12                # a1^a2^a8^a4
 114         mov     $a48,96(%rsp)           # tab[12]=a4^a8
 115          mov    $mask,$i0
 116         mov     $a1,104(%rsp)           # tab[13]=a1^a4^a8
 117          and    $b,$i0
 118         mov     $a2,112(%rsp)           # tab[14]=a2^a4^a8
 119          shr    \$4,$b
 120         mov     $a12,120(%rsp)          # tab[15]=a1^a2^a4^a8
 121          mov    $mask,$i1
 122          and    $b,$i1
 123          shr    \$4,$b
 124
 125         movq    (%rsp,$i0,8),$R         # half of calculations is done in SSE2
 126         mov     $mask,$i0
 127         and     $b,$i0
 128         shr     \$4,$b
 129 ___
 130     for ($n=1;$n<8;$n++) {
 131         $code.=<<___;
 132         mov     (%rsp,$i1,8),$t1
 133         mov     $mask,$i1
 134         mov     $t1,$t0
 135         shl     \$`8*$n-4`,$t1
 136         and     $b,$i1
 137          movq   (%rsp,$i0,8),$Tx
 138         shr     \$`64-(8*$n-4)`,$t0
 139         xor     $t1,$lo
 140          pslldq \$$n,$Tx
 141          mov    $mask,$i0
 142         shr     \$4,$b
 143         xor     $t0,$hi
 144          and    $b,$i0
 145          shr    \$4,$b
 146          pxor   $Tx,$R
 147 ___
 148     }
 149 $code.=<<___;
 150         mov     (%rsp,$i1,8),$t1
 151         mov     $t1,$t0
 152         shl     \$`8*$n-4`,$t1
 153         movq    $R,$i0
 154         shr     \$`64-(8*$n-4)`,$t0
 155         xor     $t1,$lo
 156         psrldq  \$8,$R
 157         xor     $t0,$hi
 158         movq    $R,$i1
 159         xor     $i0,$lo
 160         xor     $i1,$hi
 161
 162         add     \$128+8,%rsp
 163         ret
 164 .Lend_mul_1x1:
 165 .size   _mul_1x1,.-_mul_1x1
 166 ___
 167
 168 ($rp,$a1,$a0,$b1,$b0) = $win64? ("%rcx","%rdx","%r8", "%r9","%r10") :   # Win64 order
 169                                 ("%rdi","%rsi","%rdx","%rcx","%r8");    # Unix order
 170
 171 $code.=<<___;
 172 .extern OPENSSL_ia32cap_P
 173 .globl  bn_GF2m_mul_2x2
 174 .type   bn_GF2m_mul_2x2,\@abi-omnipotent
 175 .align  16
 176 bn_GF2m_mul_2x2:
 177         mov     OPENSSL_ia32cap_P(%rip),%rax
 178         bt      \$33,%rax
 179         jnc     .Lvanilla_mul_2x2
 180
 181         movq            $a1,%xmm0
 182         movq            $b1,%xmm1
 183         movq            $a0,%xmm2
 184 ___
 185 $code.=<<___ if ($win64);
 186         movq            40(%rsp),%xmm3
 187 ___
 188 $code.=<<___ if (!$win64);
 189         movq            $b0,%xmm3
 190 ___
 191 $code.=<<___;
 192         movdqa          %xmm0,%xmm4
 193         movdqa          %xmm1,%xmm5
 194         pclmulqdq       \$0,%xmm1,%xmm0 # a1·b1
 195         pxor            %xmm2,%xmm4
 196         pxor            %xmm3,%xmm5
 197         pclmulqdq       \$0,%xmm3,%xmm2 # a0·b0
 198         pclmulqdq       \$0,%xmm5,%xmm4 # (a0+a1)·(b0+b1)
 199         xorps           %xmm0,%xmm4
 200         xorps           %xmm2,%xmm4     # (a0+a1)·(b0+b1)-a0·b0-a1·b1
 201         movdqa          %xmm4,%xmm5
 202         pslldq          \$8,%xmm4
 203         psrldq          \$8,%xmm5
 204         pxor            %xmm4,%xmm2
 205         pxor            %xmm5,%xmm0
 206         movdqu          %xmm2,0($rp)
 207         movdqu          %xmm0,16($rp)
 208         ret
 209
 210 .align  16
 211 .Lvanilla_mul_2x2:
 212         lea     -8*17(%rsp),%rsp
 213 ___
 214 $code.=<<___ if ($win64);
 215         mov     `8*17+40`(%rsp),$b0
 216         mov     %rdi,8*15(%rsp)
 217         mov     %rsi,8*16(%rsp)
 218 ___
 219 $code.=<<___;
 220         mov     %r14,8*10(%rsp)
 221         mov     %r13,8*11(%rsp)
 222         mov     %r12,8*12(%rsp)
 223         mov     %rbp,8*13(%rsp)
 224         mov     %rbx,8*14(%rsp)
 225 .Lbody_mul_2x2:
 226         mov     $rp,32(%rsp)            # save the arguments
 227         mov     $a1,40(%rsp)
 228         mov     $a0,48(%rsp)
 229         mov     $b1,56(%rsp)
 230         mov     $b0,64(%rsp)
 231
 232         mov     \$0xf,$mask
 233         mov     $a1,$a
 234         mov     $b1,$b
 235         call    _mul_1x1                # a1·b1
 236         mov     $lo,16(%rsp)
 237         mov     $hi,24(%rsp)
 238
 239         mov     48(%rsp),$a
 240         mov     64(%rsp),$b
 241         call    _mul_1x1                # a0·b0
 242         mov     $lo,0(%rsp)
 243         mov     $hi,8(%rsp)
 244
 245         mov     40(%rsp),$a
 246         mov     56(%rsp),$b
 247         xor     48(%rsp),$a
 248         xor     64(%rsp),$b
 249         call    _mul_1x1                # (a0+a1)·(b0+b1)
 250 ___
 251         @r=("%rbx","%rcx","%rdi","%rsi");
 252 $code.=<<___;
 253         mov     0(%rsp),@r[0]
 254         mov     8(%rsp),@r[1]
 255         mov     16(%rsp),@r[2]
 256         mov     24(%rsp),@r[3]
 257         mov     32(%rsp),%rbp
 258
 259         xor     $hi,$lo
 260         xor     @r[1],$hi
 261         xor     @r[0],$lo
 262         mov     @r[0],0(%rbp)
 263         xor     @r[2],$hi
 264         mov     @r[3],24(%rbp)
 265         xor     @r[3],$lo
 266         xor     @r[3],$hi
 267         xor     $hi,$lo
 268         mov     $hi,16(%rbp)
 269         mov     $lo,8(%rbp)
 270
 271         mov     8*10(%rsp),%r14
 272         mov     8*11(%rsp),%r13
 273         mov     8*12(%rsp),%r12
 274         mov     8*13(%rsp),%rbp
 275         mov     8*14(%rsp),%rbx
 276 ___
 277 $code.=<<___ if ($win64);
 278         mov     8*15(%rsp),%rdi
 279         mov     8*16(%rsp),%rsi
 280 ___
 281 $code.=<<___;
 282         lea     8*17(%rsp),%rsp
 283         ret
 284 .Lend_mul_2x2:
 285 .size   bn_GF2m_mul_2x2,.-bn_GF2m_mul_2x2
 286 .asciz  "GF(2^m) Multiplication for x86_64, CRYPTOGAMS by <appro\@openssl.org>"
 287 .align  16
 288 ___
 289
 290 # EXCEPTION_DISPOSITION handler (EXCEPTION_RECORD *rec,ULONG64 frame,
 291 #               CONTEXT *context,DISPATCHER_CONTEXT *disp)
 292 if ($win64) {
 293 $rec="%rcx";
 294 $frame="%rdx";
 295 $context="%r8";
 296 $disp="%r9";
 297
 298 $code.=<<___;
 299 .extern __imp_RtlVirtualUnwind
 300
 301 .type   se_handler,\@abi-omnipotent
 302 .align  16
 303 se_handler:
 304         push    %rsi
 305         push    %rdi
 306         push    %rbx
 307         push    %rbp
 308         push    %r12
 309         push    %r13
 310         push    %r14
 311         push    %r15
 312         pushfq
 313         sub     \$64,%rsp
 314
 315         mov     152($context),%rax      # pull context->Rsp
 316         mov     248($context),%rbx      # pull context->Rip
 317
 318         lea     .Lbody_mul_2x2(%rip),%r10
 319         cmp     %r10,%rbx               # context->Rip<"prologue" label
 320         jb      .Lin_prologue
 321
 322         mov     8*10(%rax),%r14         # mimic epilogue
 323         mov     8*11(%rax),%r13
 324         mov     8*12(%rax),%r12
 325         mov     8*13(%rax),%rbp
 326         mov     8*14(%rax),%rbx
 327         mov     8*15(%rax),%rdi
 328         mov     8*16(%rax),%rsi
 329
 330         mov     %rbx,144($context)      # restore context->Rbx
 331         mov     %rbp,160($context)      # restore context->Rbp
 332         mov     %rsi,168($context)      # restore context->Rsi
 333         mov     %rdi,176($context)      # restore context->Rdi
 334         mov     %r12,216($context)      # restore context->R12
 335         mov     %r13,224($context)      # restore context->R13
 336         mov     %r14,232($context)      # restore context->R14
 337
 338 .Lin_prologue:
 339         lea     8*17(%rax),%rax
 340         mov     %rax,152($context)      # restore context->Rsp
 341
 342         mov     40($disp),%rdi          # disp->ContextRecord
 343         mov     $context,%rsi           # context
 344         mov     \$154,%ecx              # sizeof(CONTEXT)
 345         .long   0xa548f3fc              # cld; rep movsq
 346
 347         mov     $disp,%rsi
 348         xor     %rcx,%rcx               # arg1, UNW_FLAG_NHANDLER
 349         mov     8(%rsi),%rdx            # arg2, disp->ImageBase
 350         mov     0(%rsi),%r8             # arg3, disp->ControlPc
 351         mov     16(%rsi),%r9            # arg4, disp->FunctionEntry
 352         mov     40(%rsi),%r10           # disp->ContextRecord
 353         lea     56(%rsi),%r11           # &disp->HandlerData
 354         lea     24(%rsi),%r12           # &disp->EstablisherFrame
 355         mov     %r10,32(%rsp)           # arg5
 356         mov     %r11,40(%rsp)           # arg6
 357         mov     %r12,48(%rsp)           # arg7
 358         mov     %rcx,56(%rsp)           # arg8, (NULL)
 359         call    *__imp_RtlVirtualUnwind(%rip)
 360
 361         mov     \$1,%eax                # ExceptionContinueSearch
 362         add     \$64,%rsp
 363         popfq
 364         pop     %r15
 365         pop     %r14
 366         pop     %r13
 367         pop     %r12
 368         pop     %rbp
 369         pop     %rbx
 370         pop     %rdi
 371         pop     %rsi
 372         ret
 373 .size   se_handler,.-se_handler
 374
 375 .section        .pdata
 376 .align  4
 377         .rva    _mul_1x1
 378         .rva    .Lend_mul_1x1
 379         .rva    .LSEH_info_1x1
 380
 381         .rva    .Lvanilla_mul_2x2
 382         .rva    .Lend_mul_2x2
 383         .rva    .LSEH_info_2x2
 384 .section        .xdata
 385 .align  8
 386 .LSEH_info_1x1:
 387         .byte   0x01,0x07,0x02,0x00
 388         .byte   0x07,0x01,0x11,0x00     # sub rsp,128+8
 389 .LSEH_info_2x2:
 390         .byte   9,0,0,0
 391         .rva    se_handler
 392 ___
 393 }
 394
 395 $code =~ s/\`([^\`]*)\`/eval($1)/gem;
 396 print $code;
 397 close STDOUT;