crypto/rc4/asm/rc4-ia64.S

   1 // ====================================================================
   2 // Written by Andy Polyakov <appro@fy.chalmers.se> for the OpenSSL
   3 // project.
   4 //
   5 // Rights for redistribution and usage in source and binary forms are
   6 // granted according to the OpenSSL license. Warranty of any kind is
   7 // disclaimed.
   8 // ====================================================================
   9
  10 .ident  "rc4-ia64.S, Version 1.0"
  11 .ident  "IA-64 ISA artwork by Andy Polyakov <appro@fy.chalmers.se>"
  12
  13 // What's wrong with compiler generated code? Because of the nature of
  14 // C language, compiler doesn't [dare to] reorder load and stores. But
  15 // being memory-bound, RC4 should benefit from reorder [on in-order-
  16 // execution core such as IA-64]. But what can we reorder? At the very
  17 // least we can safely reorder references to key schedule in respect
  18 // to input and output streams. Secondly, less obvious, it's possible
  19 // to pull up some references to elements of the key schedule itself.
  20 // Fact is that such prior loads are not safe only for "degenerated"
  21 // key schedule, when all elements equal to the same value, which is
  22 // never the case [key schedule setup routine makes sure it's not].
  23 // Furthermore. In order to compress loop body to the minimum, I chose
  24 // to deploy deposit instruction, which substitutes for the whole
  25 // key->data+((x&255)<<log2(sizeof(key->data[0]))). This unfortunately
  26 // requires key->data to be aligned at sizeof(key->data) boundary.
  27 // This is why you'll find "RC4_INT pad[512-256-2];" addenum to RC4_KEY
  28 // and "d=(RC4_INT *)(((size_t)(d+255))&~(sizeof(key->data)-1));" in
  29 // rc4_skey.c [and rc4_enc.c, where it's retained for debugging
  30 // purposes]. Throughput is ~210MBps on 900MHz CPU, which is is >3x
  31 // faster than gcc generated code and +30% - if compared to HP-UX C.
  32 // Unrolling loop below should give >30% on top of that...
  33
  34 .text
  35 .explicit
  36
  37 #if defined(_HPUX_SOURCE) && !defined(_LP64)
  38 # define ADDP   addp4
  39 #else
  40 # define ADDP   add
  41 #endif
  42
  43 #define SZ      4       // this is set to sizeof(RC4_INT)
  44 // SZ==4 seems to be optimal. At least SZ==8 is not any faster, not for
  45 // assembler implementation, while SZ==1 code is ~30% slower.
  46 #if SZ==1       // RC4_INT is unsigned char
  47 # define        LDKEY   ld1
  48 # define        STKEY   st1
  49 # define        OFF     0
  50 #elif SZ==4     // RC4_INT is unsigned int
  51 # define        LDKEY   ld4
  52 # define        STKEY   st4
  53 # define        OFF     2
  54 #elif SZ==8     // RC4_INT is unsigned long
  55 # define        LDKEY   ld8
  56 # define        STKEY   st8
  57 # define        OFF     3
  58 #endif
  59
  60 out=r8;         // [expanded] output pointer
  61 inp=r9;         // [expanded] output pointer
  62 prsave=r10;
  63 key=r28;        // [expanded] pointer to RC4_KEY
  64 ksch=r29;       // (key->data+255)[&~(sizeof(key->data)-1)]
  65 xx=r30;
  66 yy=r31;
  67
  68 // void RC4(RC4_KEY *key,size_t len,const void *inp,void *out);
  69 .global RC4#
  70 .proc   RC4#
  71 .align  32
  72 .skip   16
  73 RC4:
  74         .prologue
  75         .fframe 0
  76         .save   ar.pfs,r2
  77         .save   ar.lc,r3
  78         .save   pr,prsave
  79 { .mii; alloc   r2=ar.pfs,4,12,0,16
  80         mov     prsave=pr
  81         ADDP    key=0,in0               };;
  82 { .mib; cmp.eq  p6,p0=0,in1                     // len==0?
  83         mov     r3=ar.lc
  84 (p6)    br.ret.spnt.many        b0      };;     // emergency exit
  85
  86         .body
  87         .rotr   dat[4],key_x[4],tx[2],rnd[2],key_y[2],ty[1];
  88
  89 { .mib; LDKEY   xx=[key],SZ                     // load key->x
  90         add     in1=-1,in1                      // adjust len for loop counter
  91         nop.b   0                       }
  92 { .mib; ADDP    inp=0,in2
  93         ADDP    out=0,in3
  94         brp.loop.imp    .Ltop,.Lexit-16 };;
  95 { .mmi; LDKEY   yy=[key]                        // load key->y
  96         add     ksch=(255+1)*SZ,key             // as ksch will be used with
  97                                                 // deposit instruction only,
  98                                                 // I don't have to &~255...
  99         mov     ar.lc=in1               }
 100 { .mmi; nop.m   0
 101         add     xx=1,xx
 102         mov     pr.rot=1<<16            };;
 103 { .mii; nop.m   0
 104         dep     key_x[1]=xx,ksch,OFF,8
 105         mov     ar.ec=3                 };;     // note that epilogue counter
 106                                                 // is off by 1. I compensate
 107                                                 // for this at exit...
 108 .Ltop:
 109 // The loop is scheduled for 3*(n+2) spin-rate on Itanium 2, which
 110 // theoretically gives asymptotic performance of clock frequency
 111 // divided by 3 bytes per seconds, or 500MBps on 1.5GHz CPU. Measured
 112 // performance however is distinctly lower than 1/4:-( The culplrit
 113 // seems to be *(out++)=dat, which inadvertently splits the bundle,
 114 // even though there is M-unit available... Unrolling is due...
 115 // Unrolled loop should collect output with variable shift instruction
 116 // in order to avoid starvation for integer shifter... Only output
 117 // pointer has to be aligned... It should be possible to get pretty
 118 // close to theoretical peak...
 119 { .mmi; (p16)   LDKEY   tx[0]=[key_x[1]]                // tx=key[xx]
 120         (p17)   LDKEY   ty[0]=[key_y[1]]                // ty=key[yy]
 121         (p18)   dep     rnd[1]=rnd[1],ksch,OFF,8}       // &key[(tx+ty)&255]
 122 { .mmi; (p19)   st1     [out]=dat[3],1                  // *(out++)=dat
 123         (p16)   add     xx=1,xx                         // x++
 124         (p0)    nop.i   0                       };;
 125 { .mmi; (p18)   LDKEY   rnd[1]=[rnd[1]]                 // rnd=key[(tx+ty)&255]
 126         (p16)   ld1     dat[0]=[inp],1                  // dat=*(inp++)
 127         (p16)   dep     key_x[0]=xx,ksch,OFF,8  }       // &key[xx&255]
 128 { .mmi; (p0)    nop.m   0
 129         (p16)   add     yy=yy,tx[0]                     // y+=tx
 130         (p0)    nop.i   0                       };;
 131 { .mmi; (p17)   STKEY   [key_y[1]]=tx[1]                // key[yy]=tx
 132         (p17)   STKEY   [key_x[2]]=ty[0]                // key[xx]=ty
 133         (p16)   dep     key_y[0]=yy,ksch,OFF,8  }       // &key[yy&255]
 134 { .mmb; (p17)   add     rnd[0]=tx[1],ty[0]              // tx+=ty
 135         (p18)   xor     dat[2]=dat[2],rnd[1]            // dat^=rnd
 136         br.ctop.sptk    .Ltop                   };;
 137 .Lexit:
 138 { .mib; STKEY   [key]=yy,-SZ                    // save key->y
 139         mov     pr=prsave,0x1ffff
 140         nop.b   0                       }
 141 { .mib; st1     [out]=dat[3],1                  // compensate for truncated
 142                                                 // epilogue counter
 143         add     xx=-1,xx
 144         nop.b   0                       };;
 145 { .mib; STKEY   [key]=xx                        // save key->x
 146         mov     ar.lc=r3
 147         br.ret.sptk.many        b0      };;
 148 .endp   RC4#