crypto/sha/asm/sha1-armv4-large.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 # sha1_block procedure for ARMv4.
  11 #
  12 # January 2007.
  13
  14 # Size/performance trade-off
  15 # ====================================================================
  16 # impl          size in bytes   comp cycles[*]  measured performance
  17 # ====================================================================
  18 # thumb         304             3212            4420
  19 # armv4-small   392/+29%        1958/+64%       2250/+96%
  20 # armv4-compact 740/+89%        1552/+26%       1840/+22%
  21 # armv4-large   1420/+92%       1307/+19%       1370/+34%[***]
  22 # full unroll   ~5100/+260%     ~1260/+4%       ~1300/+5%
  23 # ====================================================================
  24 # thumb         = same as 'small' but in Thumb instructions[**] and
  25 #                 with recurring code in two private functions;
  26 # small         = detached Xload/update, loops are folded;
  27 # compact       = detached Xload/update, 5x unroll;
  28 # large         = interleaved Xload/update, 5x unroll;
  29 # full unroll   = interleaved Xload/update, full unroll, estimated[!];
  30 #
  31 # [*]   Manually counted instructions in "grand" loop body. Measured
  32 #       performance is affected by prologue and epilogue overhead,
  33 #       i-cache availability, branch penalties, etc.
  34 # [**]  While each Thumb instruction is twice smaller, they are not as
  35 #       diverse as ARM ones: e.g., there are only two arithmetic
  36 #       instructions with 3 arguments, no [fixed] rotate, addressing
  37 #       modes are limited. As result it takes more instructions to do
  38 #       the same job in Thumb, therefore the code is never twice as
  39 #       small and always slower.
  40 # [***] which is also ~35% better than compiler generated code. Dual-
  41 #       issue Cortex A8 core was measured to process input block in
  42 #       ~990 cycles.
  43
  44 # August 2010.
  45 #
  46 # Rescheduling for dual-issue pipeline resulted in 13% improvement on
  47 # Cortex A8 core and in absolute terms ~870 cycles per input block
  48 # [or 13.6 cycles per byte].
  49
  50
  51 while (($output=shift) && ($output!~/^\w[\w\-]*\.\w+$/)) {}
  52 open STDOUT,">$output";
  53
  54 $ctx="r0";
  55 $inp="r1";
  56 $len="r2";
  57 $a="r3";
  58 $b="r4";
  59 $c="r5";
  60 $d="r6";
  61 $e="r7";
  62 $K="r8";
  63 $t0="r9";
  64 $t1="r10";
  65 $t2="r11";
  66 $t3="r12";
  67 $Xi="r14";
  68 @V=($a,$b,$c,$d,$e);
  69
  70 sub Xupdate {
  71 my ($a,$b,$c,$d,$e,$opt1,$opt2)=@_;
  72 $code.=<<___;
  73         ldr     $t0,[$Xi,#15*4]
  74         ldr     $t1,[$Xi,#13*4]
  75         ldr     $t2,[$Xi,#7*4]
  76         add     $e,$K,$e,ror#2                  @ E+=K_xx_xx
  77         ldr     $t3,[$Xi,#2*4]
  78         eor     $t0,$t0,$t1
  79         eor     $t2,$t2,$t3
  80         eor     $t1,$c,$d                       @ F_xx_xx
  81         mov     $t0,$t0,ror#31
  82         add     $e,$e,$a,ror#27                 @ E+=ROR(A,27)
  83         eor     $t0,$t0,$t2,ror#31
  84         $opt1                                   @ F_xx_xx
  85         $opt2                                   @ F_xx_xx
  86         add     $e,$e,$t0                       @ E+=X[i]
  87         str     $t0,[$Xi,#-4]!
  88 ___
  89 }
  90
  91 sub BODY_00_15 {
  92 my ($a,$b,$c,$d,$e)=@_;
  93 $code.=<<___;
  94         ldrb    $t1,[$inp,#2]
  95         ldrb    $t0,[$inp,#3]
  96         ldrb    $t2,[$inp,#1]
  97         add     $e,$K,$e,ror#2                  @ E+=K_00_19
  98         ldrb    $t3,[$inp],#4
  99         add     $e,$e,$a,ror#27                 @ E+=ROR(A,27)
 100         orr     $t0,$t0,$t1,lsl#8
 101         eor     $t1,$c,$d                       @ F_xx_xx
 102         orr     $t0,$t0,$t2,lsl#16
 103         orr     $t0,$t0,$t3,lsl#24
 104         and     $t1,$b,$t1,ror#2
 105         add     $e,$e,$t0                       @ E+=X[i]
 106         eor     $t1,$t1,$d,ror#2                @ F_00_19(B,C,D)
 107         str     $t0,[$Xi,#-4]!
 108         add     $e,$e,$t1                       @ E+=F_00_19(B,C,D)
 109 ___
 110 }
 111
 112 sub BODY_16_19 {
 113 my ($a,$b,$c,$d,$e)=@_;
 114         &Xupdate(@_,"and $t1,$b,$t1,ror#2");
 115 $code.=<<___;
 116         eor     $t1,$t1,$d,ror#2                @ F_00_19(B,C,D)
 117         add     $e,$e,$t1                       @ E+=F_00_19(B,C,D)
 118 ___
 119 }
 120
 121 sub BODY_20_39 {
 122 my ($a,$b,$c,$d,$e)=@_;
 123         &Xupdate(@_,"eor $t1,$b,$t1,ror#2");
 124 $code.=<<___;
 125         add     $e,$e,$t1                       @ E+=F_20_39(B,C,D)
 126 ___
 127 }
 128
 129 sub BODY_40_59 {
 130 my ($a,$b,$c,$d,$e)=@_;
 131         &Xupdate(@_,"and $t1,$b,$t1,ror#2","and $t2,$c,$d");
 132 $code.=<<___;
 133         add     $e,$e,$t1                       @ E+=F_40_59(B,C,D)
 134         add     $e,$e,$t2,ror#2
 135 ___
 136 }
 137
 138 $code=<<___;
 139 .text
 140
 141 .global sha1_block_data_order
 142 .type   sha1_block_data_order,%function
 143
 144 .align  2
 145 sha1_block_data_order:
 146         stmdb   sp!,{r4-r12,lr}
 147         add     $len,$inp,$len,lsl#6    @ $len to point at the end of $inp
 148         ldmia   $ctx,{$a,$b,$c,$d,$e}
 149 .Lloop:
 150         ldr     $K,.LK_00_19
 151         mov     $Xi,sp
 152         sub     sp,sp,#15*4
 153         mov     $c,$c,ror#30
 154         mov     $d,$d,ror#30
 155         mov     $e,$e,ror#30            @ [6]
 156 .L_00_15:
 157 ___
 158 for($i=0;$i<5;$i++) {
 159         &BODY_00_15(@V);        unshift(@V,pop(@V));
 160 }
 161 $code.=<<___;
 162         teq     $Xi,sp
 163         bne     .L_00_15                @ [((11+4)*5+2)*3]
 164 ___
 165         &BODY_00_15(@V);        unshift(@V,pop(@V));
 166         &BODY_16_19(@V);        unshift(@V,pop(@V));
 167         &BODY_16_19(@V);        unshift(@V,pop(@V));
 168         &BODY_16_19(@V);        unshift(@V,pop(@V));
 169         &BODY_16_19(@V);        unshift(@V,pop(@V));
 170 $code.=<<___;
 171
 172         ldr     $K,.LK_20_39            @ [+15+16*4]
 173         sub     sp,sp,#25*4
 174         cmn     sp,#0                   @ [+3], clear carry to denote 20_39
 175 .L_20_39_or_60_79:
 176 ___
 177 for($i=0;$i<5;$i++) {
 178         &BODY_20_39(@V);        unshift(@V,pop(@V));
 179 }
 180 $code.=<<___;
 181         teq     $Xi,sp                  @ preserve carry
 182         bne     .L_20_39_or_60_79       @ [+((12+3)*5+2)*4]
 183         bcs     .L_done                 @ [+((12+3)*5+2)*4], spare 300 bytes
 184
 185         ldr     $K,.LK_40_59
 186         sub     sp,sp,#20*4             @ [+2]
 187 .L_40_59:
 188 ___
 189 for($i=0;$i<5;$i++) {
 190         &BODY_40_59(@V);        unshift(@V,pop(@V));
 191 }
 192 $code.=<<___;
 193         teq     $Xi,sp
 194         bne     .L_40_59                @ [+((12+5)*5+2)*4]
 195
 196         ldr     $K,.LK_60_79
 197         sub     sp,sp,#20*4
 198         cmp     sp,#0                   @ set carry to denote 60_79
 199         b       .L_20_39_or_60_79       @ [+4], spare 300 bytes
 200 .L_done:
 201         add     sp,sp,#80*4             @ "deallocate" stack frame
 202         ldmia   $ctx,{$K,$t0,$t1,$t2,$t3}
 203         add     $a,$K,$a
 204         add     $b,$t0,$b
 205         add     $c,$t1,$c,ror#2
 206         add     $d,$t2,$d,ror#2
 207         add     $e,$t3,$e,ror#2
 208         stmia   $ctx,{$a,$b,$c,$d,$e}
 209         teq     $inp,$len
 210         bne     .Lloop                  @ [+18], total 1307
 211
 212         ldmia   sp!,{r4-r12,lr}
 213         tst     lr,#1
 214         moveq   pc,lr                   @ be binary compatible with V4, yet
 215         bx      lr                      @ interoperable with Thumb ISA:-)
 216 .align  2
 217 .LK_00_19:      .word   0x5a827999
 218 .LK_20_39:      .word   0x6ed9eba1
 219 .LK_40_59:      .word   0x8f1bbcdc
 220 .LK_60_79:      .word   0xca62c1d6
 221 .size   sha1_block_data_order,.-sha1_block_data_order
 222 .asciz  "SHA1 block transform for ARMv4, CRYPTOGAMS by <appro\@openssl.org>"
 223 .align  2
 224 ___
 225
 226 $code =~ s/\bbx\s+lr\b/.word\t0xe12fff1e/gm;    # make it possible to compile with -march=armv4
 227 print $code;
 228 close STDOUT; # enforce flush