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 $code.=<<___;
  52 .text
  53
  54 .type   _mul_1x1,\@abi-omnipotent
  55 .align  16
  56 _mul_1x1:
  57 .cfi_startproc
  58         sub     \$128+8,%rsp
  59 .cfi_adjust_cfa_offset  128+8
  60         mov     \$-1,$a1
  61         lea     ($a,$a),$i0
  62         shr     \$3,$a1
  63         lea     (,$a,4),$i1
  64         and     $a,$a1                  # a1=a&0x1fffffffffffffff
  65         lea     (,$a,8),$a8
  66         sar     \$63,$a                 # broadcast 63rd bit
  67         lea     ($a1,$a1),$a2
  68         sar     \$63,$i0                # broadcast 62nd bit
  69         lea     (,$a1,4),$a4
  70         and     $b,$a
  71         sar     \$63,$i1                # boardcast 61st bit
  72         mov     $a,$hi                  # $a is $lo
  73         shl     \$63,$lo
  74         and     $b,$i0
  75         shr     \$1,$hi
  76         mov     $i0,$t1
  77         shl     \$62,$i0
  78         and     $b,$i1
  79         shr     \$2,$t1
  80         xor     $i0,$lo
  81         mov     $i1,$t0
  82         shl     \$61,$i1
  83         xor     $t1,$hi
  84         shr     \$3,$t0
  85         xor     $i1,$lo
  86         xor     $t0,$hi
  87
  88         mov     $a1,$a12
  89         movq    \$0,0(%rsp)             # tab[0]=0
  90         xor     $a2,$a12                # a1^a2
  91         mov     $a1,8(%rsp)             # tab[1]=a1
  92          mov    $a4,$a48
  93         mov     $a2,16(%rsp)            # tab[2]=a2
  94          xor    $a8,$a48                # a4^a8
  95         mov     $a12,24(%rsp)           # tab[3]=a1^a2
  96
  97         xor     $a4,$a1
  98         mov     $a4,32(%rsp)            # tab[4]=a4
  99         xor     $a4,$a2
 100         mov     $a1,40(%rsp)            # tab[5]=a1^a4
 101         xor     $a4,$a12
 102         mov     $a2,48(%rsp)            # tab[6]=a2^a4
 103          xor    $a48,$a1                # a1^a4^a4^a8=a1^a8
 104         mov     $a12,56(%rsp)           # tab[7]=a1^a2^a4
 105          xor    $a48,$a2                # a2^a4^a4^a8=a1^a8
 106
 107         mov     $a8,64(%rsp)            # tab[8]=a8
 108         xor     $a48,$a12               # a1^a2^a4^a4^a8=a1^a2^a8
 109         mov     $a1,72(%rsp)            # tab[9]=a1^a8
 110          xor    $a4,$a1                 # a1^a8^a4
 111         mov     $a2,80(%rsp)            # tab[10]=a2^a8
 112          xor    $a4,$a2                 # a2^a8^a4
 113         mov     $a12,88(%rsp)           # tab[11]=a1^a2^a8
 114
 115         xor     $a4,$a12                # a1^a2^a8^a4
 116         mov     $a48,96(%rsp)           # tab[12]=a4^a8
 117          mov    $mask,$i0
 118         mov     $a1,104(%rsp)           # tab[13]=a1^a4^a8
 119          and    $b,$i0
 120         mov     $a2,112(%rsp)           # tab[14]=a2^a4^a8
 121          shr    \$4,$b
 122         mov     $a12,120(%rsp)          # tab[15]=a1^a2^a4^a8
 123          mov    $mask,$i1
 124          and    $b,$i1
 125          shr    \$4,$b
 126
 127         movq    (%rsp,$i0,8),$R         # half of calculations is done in SSE2
 128         mov     $mask,$i0
 129         and     $b,$i0
 130         shr     \$4,$b
 131 ___
 132     for ($n=1;$n<8;$n++) {
 133         $code.=<<___;
 134         mov     (%rsp,$i1,8),$t1
 135         mov     $mask,$i1
 136         mov     $t1,$t0
 137         shl     \$`8*$n-4`,$t1
 138         and     $b,$i1
 139          movq   (%rsp,$i0,8),$Tx
 140         shr     \$`64-(8*$n-4)`,$t0
 141         xor     $t1,$lo
 142          pslldq \$$n,$Tx
 143          mov    $mask,$i0
 144         shr     \$4,$b
 145         xor     $t0,$hi
 146          and    $b,$i0
 147          shr    \$4,$b
 148          pxor   $Tx,$R
 149 ___
 150     }
 151 $code.=<<___;
 152         mov     (%rsp,$i1,8),$t1
 153         mov     $t1,$t0
 154         shl     \$`8*$n-4`,$t1
 155         movq    $R,$i0
 156         shr     \$`64-(8*$n-4)`,$t0
 157         xor     $t1,$lo
 158         psrldq  \$8,$R
 159         xor     $t0,$hi
 160         movq    $R,$i1
 161         xor     $i0,$lo
 162         xor     $i1,$hi
 163
 164         add     \$128+8,%rsp
 165 .cfi_adjust_cfa_offset  -128-8
 166         ret
 167 .Lend_mul_1x1:
 168 .cfi_endproc
 169 .size   _mul_1x1,.-_mul_1x1
 170 ___
 171
 172 ($rp,$a1,$a0,$b1,$b0) = $win64? ("%rcx","%rdx","%r8", "%r9","%r10") :   # Win64 order
 173                                 ("%rdi","%rsi","%rdx","%rcx","%r8");    # Unix order
 174
 175 $code.=<<___;
 176 .extern OPENSSL_ia32cap_P
 177 .globl  bn_GF2m_mul_2x2
 178 .type   bn_GF2m_mul_2x2,\@abi-omnipotent
 179 .align  16
 180 bn_GF2m_mul_2x2:
 181 .cfi_startproc
 182         mov     %rsp,%rax
 183         mov     OPENSSL_ia32cap_P(%rip),%r10
 184         bt      \$33,%r10
 185         jnc     .Lvanilla_mul_2x2
 186
 187         movq            $a1,%xmm0
 188         movq            $b1,%xmm1
 189         movq            $a0,%xmm2
 190 ___
 191 $code.=<<___ if ($win64);
 192         movq            40(%rsp),%xmm3
 193 ___
 194 $code.=<<___ if (!$win64);
 195         movq            $b0,%xmm3
 196 ___
 197 $code.=<<___;
 198         movdqa          %xmm0,%xmm4
 199         movdqa          %xmm1,%xmm5
 200         pclmulqdq       \$0,%xmm1,%xmm0 # a1·b1
 201         pxor            %xmm2,%xmm4
 202         pxor            %xmm3,%xmm5
 203         pclmulqdq       \$0,%xmm3,%xmm2 # a0·b0
 204         pclmulqdq       \$0,%xmm5,%xmm4 # (a0+a1)·(b0+b1)
 205         xorps           %xmm0,%xmm4
 206         xorps           %xmm2,%xmm4     # (a0+a1)·(b0+b1)-a0·b0-a1·b1
 207         movdqa          %xmm4,%xmm5
 208         pslldq          \$8,%xmm4
 209         psrldq          \$8,%xmm5
 210         pxor            %xmm4,%xmm2
 211         pxor            %xmm5,%xmm0
 212         movdqu          %xmm2,0($rp)
 213         movdqu          %xmm0,16($rp)
 214         ret
 215
 216 .align  16
 217 .Lvanilla_mul_2x2:
 218         lea     -8*17(%rsp),%rsp
 219 .cfi_adjust_cfa_offset  8*17
 220 ___
 221 $code.=<<___ if ($win64);
 222         mov     `8*17+40`(%rsp),$b0
 223         mov     %rdi,8*15(%rsp)
 224         mov     %rsi,8*16(%rsp)
 225 ___
 226 $code.=<<___;
 227         mov     %r14,8*10(%rsp)
 228 .cfi_rel_offset %r14,8*10
 229         mov     %r13,8*11(%rsp)
 230 .cfi_rel_offset %r13,8*11
 231         mov     %r12,8*12(%rsp)
 232 .cfi_rel_offset %r12,8*12
 233         mov     %rbp,8*13(%rsp)
 234 .cfi_rel_offset %rbp,8*13
 235         mov     %rbx,8*14(%rsp)
 236 .cfi_rel_offset %rbx,8*14
 237 .Lbody_mul_2x2:
 238         mov     $rp,32(%rsp)            # save the arguments
 239         mov     $a1,40(%rsp)
 240         mov     $a0,48(%rsp)
 241         mov     $b1,56(%rsp)
 242         mov     $b0,64(%rsp)
 243
 244         mov     \$0xf,$mask
 245         mov     $a1,$a
 246         mov     $b1,$b
 247         call    _mul_1x1                # a1·b1
 248         mov     $lo,16(%rsp)
 249         mov     $hi,24(%rsp)
 250
 251         mov     48(%rsp),$a
 252         mov     64(%rsp),$b
 253         call    _mul_1x1                # a0·b0
 254         mov     $lo,0(%rsp)
 255         mov     $hi,8(%rsp)
 256
 257         mov     40(%rsp),$a
 258         mov     56(%rsp),$b
 259         xor     48(%rsp),$a
 260         xor     64(%rsp),$b
 261         call    _mul_1x1                # (a0+a1)·(b0+b1)
 262 ___
 263         @r=("%rbx","%rcx","%rdi","%rsi");
 264 $code.=<<___;
 265         mov     0(%rsp),@r[0]
 266         mov     8(%rsp),@r[1]
 267         mov     16(%rsp),@r[2]
 268         mov     24(%rsp),@r[3]
 269         mov     32(%rsp),%rbp
 270
 271         xor     $hi,$lo
 272         xor     @r[1],$hi
 273         xor     @r[0],$lo
 274         mov     @r[0],0(%rbp)
 275         xor     @r[2],$hi
 276         mov     @r[3],24(%rbp)
 277         xor     @r[3],$lo
 278         xor     @r[3],$hi
 279         xor     $hi,$lo
 280         mov     $hi,16(%rbp)
 281         mov     $lo,8(%rbp)
 282
 283         mov     8*10(%rsp),%r14
 284 .cfi_restore    %r14
 285         mov     8*11(%rsp),%r13
 286 .cfi_restore    %r13
 287         mov     8*12(%rsp),%r12
 288 .cfi_restore    %r12
 289         mov     8*13(%rsp),%rbp
 290 .cfi_restore    %rbp
 291         mov     8*14(%rsp),%rbx
 292 .cfi_restore    %rbx
 293 ___
 294 $code.=<<___ if ($win64);
 295         mov     8*15(%rsp),%rdi
 296         mov     8*16(%rsp),%rsi
 297 ___
 298 $code.=<<___;
 299         lea     8*17(%rsp),%rsp
 300 .cfi_adjust_cfa_offset  -8*17
 301 .Lepilogue_mul_2x2:
 302         ret
 303 .Lend_mul_2x2:
 304 .cfi_endproc
 305 .size   bn_GF2m_mul_2x2,.-bn_GF2m_mul_2x2
 306 .asciz  "GF(2^m) Multiplication for x86_64, CRYPTOGAMS by <appro\@openssl.org>"
 307 .align  16
 308 ___
 309
 310 # EXCEPTION_DISPOSITION handler (EXCEPTION_RECORD *rec,ULONG64 frame,
 311 #               CONTEXT *context,DISPATCHER_CONTEXT *disp)
 312 if ($win64) {
 313 $rec="%rcx";
 314 $frame="%rdx";
 315 $context="%r8";
 316 $disp="%r9";
 317
 318 $code.=<<___;
 319 .extern __imp_RtlVirtualUnwind
 320
 321 .type   se_handler,\@abi-omnipotent
 322 .align  16
 323 se_handler:
 324         push    %rsi
 325         push    %rdi
 326         push    %rbx
 327         push    %rbp
 328         push    %r12
 329         push    %r13
 330         push    %r14
 331         push    %r15
 332         pushfq
 333         sub     \$64,%rsp
 334
 335         mov     120($context),%rax      # pull context->Rax
 336         mov     248($context),%rbx      # pull context->Rip
 337
 338         lea     .Lbody_mul_2x2(%rip),%r10
 339         cmp     %r10,%rbx               # context->Rip<"prologue" label
 340         jb      .Lin_prologue
 341
 342         mov     152($context),%rax      # pull context->Rsp
 343
 344         lea     .Lepilogue_mul_2x2(%rip),%r10
 345         cmp     %r10,%rbx               # context->Rip>="epilogue" label
 346         jae     .Lin_prologue
 347
 348         mov     8*10(%rax),%r14         # mimic epilogue
 349         mov     8*11(%rax),%r13
 350         mov     8*12(%rax),%r12
 351         mov     8*13(%rax),%rbp
 352         mov     8*14(%rax),%rbx
 353         mov     8*15(%rax),%rdi
 354         mov     8*16(%rax),%rsi
 355
 356         mov     %rbx,144($context)      # restore context->Rbx
 357         mov     %rbp,160($context)      # restore context->Rbp
 358         mov     %rsi,168($context)      # restore context->Rsi
 359         mov     %rdi,176($context)      # restore context->Rdi
 360         mov     %r12,216($context)      # restore context->R12
 361         mov     %r13,224($context)      # restore context->R13
 362         mov     %r14,232($context)      # restore context->R14
 363
 364         lea     8*17(%rax),%rax
 365
 366 .Lin_prologue:
 367         mov     %rax,152($context)      # restore context->Rsp
 368
 369         mov     40($disp),%rdi          # disp->ContextRecord
 370         mov     $context,%rsi           # context
 371         mov     \$154,%ecx              # sizeof(CONTEXT)
 372         .long   0xa548f3fc              # cld; rep movsq
 373
 374         mov     $disp,%rsi
 375         xor     %rcx,%rcx               # arg1, UNW_FLAG_NHANDLER
 376         mov     8(%rsi),%rdx            # arg2, disp->ImageBase
 377         mov     0(%rsi),%r8             # arg3, disp->ControlPc
 378         mov     16(%rsi),%r9            # arg4, disp->FunctionEntry
 379         mov     40(%rsi),%r10           # disp->ContextRecord
 380         lea     56(%rsi),%r11           # &disp->HandlerData
 381         lea     24(%rsi),%r12           # &disp->EstablisherFrame
 382         mov     %r10,32(%rsp)           # arg5
 383         mov     %r11,40(%rsp)           # arg6
 384         mov     %r12,48(%rsp)           # arg7
 385         mov     %rcx,56(%rsp)           # arg8, (NULL)
 386         call    *__imp_RtlVirtualUnwind(%rip)
 387
 388         mov     \$1,%eax                # ExceptionContinueSearch
 389         add     \$64,%rsp
 390         popfq
 391         pop     %r15
 392         pop     %r14
 393         pop     %r13
 394         pop     %r12
 395         pop     %rbp
 396         pop     %rbx
 397         pop     %rdi
 398         pop     %rsi
 399         ret
 400 .size   se_handler,.-se_handler
 401
 402 .section        .pdata
 403 .align  4
 404         .rva    _mul_1x1
 405         .rva    .Lend_mul_1x1
 406         .rva    .LSEH_info_1x1
 407
 408         .rva    .Lvanilla_mul_2x2
 409         .rva    .Lend_mul_2x2
 410         .rva    .LSEH_info_2x2
 411 .section        .xdata
 412 .align  8
 413 .LSEH_info_1x1:
 414         .byte   0x01,0x07,0x02,0x00
 415         .byte   0x07,0x01,0x11,0x00     # sub rsp,128+8
 416 .LSEH_info_2x2:
 417         .byte   9,0,0,0
 418         .rva    se_handler
 419 ___
 420 }
 421
 422 $code =~ s/\`([^\`]*)\`/eval($1)/gem;
 423 print $code;
 424 close STDOUT;