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 while (($output=shift) && ($output!~/^\w[\w\-]*\.\w+$/)) {}
  45 open STDOUT,">$output";
  46
  47 $ctx="r0";
  48 $inp="r1";
  49 $len="r2";
  50 $a="r3";
  51 $b="r4";
  52 $c="r5";
  53 $d="r6";
  54 $e="r7";
  55 $K="r8";
  56 $t0="r9";
  57 $t1="r10";
  58 $t2="r11";
  59 $t3="r12";
  60 $Xi="r14";
  61 @V=($a,$b,$c,$d,$e);
  62
  63 # One can optimize this for aligned access on big-endian architecture,
  64 # but code's endian neutrality makes it too pretty:-)
  65 sub Xload {
  66 my ($a,$b,$c,$d,$e)=@_;
  67 $code.=<<___;
  68         ldrb    $t0,[$inp],#4
  69         ldrb    $t1,[$inp,#-3]
  70         ldrb    $t2,[$inp,#-2]
  71         ldrb    $t3,[$inp,#-1]
  72         add     $e,$K,$e,ror#2                  @ E+=K_00_19
  73         orr     $t0,$t1,$t0,lsl#8
  74         add     $e,$e,$a,ror#27                 @ E+=ROR(A,27)
  75         orr     $t0,$t2,$t0,lsl#8
  76         eor     $t1,$c,$d                       @ F_xx_xx
  77         orr     $t0,$t3,$t0,lsl#8
  78         add     $e,$e,$t0                       @ E+=X[i]
  79         str     $t0,[$Xi,#-4]!
  80 ___
  81 }
  82 sub Xupdate {
  83 my ($a,$b,$c,$d,$e,$flag)=@_;
  84 $code.=<<___;
  85         ldr     $t0,[$Xi,#15*4]
  86         ldr     $t1,[$Xi,#13*4]
  87         ldr     $t2,[$Xi,#7*4]
  88         ldr     $t3,[$Xi,#2*4]
  89         add     $e,$K,$e,ror#2                  @ E+=K_xx_xx
  90         eor     $t0,$t0,$t1
  91         eor     $t2,$t2,$t3
  92         eor     $t0,$t0,$t2
  93         add     $e,$e,$a,ror#27                 @ E+=ROR(A,27)
  94 ___
  95 $code.=<<___ if (!defined($flag));
  96         eor     $t1,$c,$d                       @ F_xx_xx, but not in 40_59
  97 ___
  98 $code.=<<___;
  99         mov     $t0,$t0,ror#31
 100         add     $e,$e,$t0                       @ E+=X[i]
 101         str     $t0,[$Xi,#-4]!
 102 ___
 103 }
 104
 105 sub BODY_00_15 {
 106 my ($a,$b,$c,$d,$e)=@_;
 107         &Xload(@_);
 108 $code.=<<___;
 109         and     $t1,$b,$t1,ror#2
 110         eor     $t1,$t1,$d,ror#2                @ F_00_19(B,C,D)
 111         add     $e,$e,$t1                       @ E+=F_00_19(B,C,D)
 112 ___
 113 }
 114
 115 sub BODY_16_19 {
 116 my ($a,$b,$c,$d,$e)=@_;
 117         &Xupdate(@_);
 118 $code.=<<___;
 119         and     $t1,$b,$t1,ror#2
 120         eor     $t1,$t1,$d,ror#2                @ F_00_19(B,C,D)
 121         add     $e,$e,$t1                       @ E+=F_00_19(B,C,D)
 122 ___
 123 }
 124
 125 sub BODY_20_39 {
 126 my ($a,$b,$c,$d,$e)=@_;
 127         &Xupdate(@_);
 128 $code.=<<___;
 129         eor     $t1,$b,$t1,ror#2                @ F_20_39(B,C,D)
 130         add     $e,$e,$t1                       @ E+=F_20_39(B,C,D)
 131 ___
 132 }
 133
 134 sub BODY_40_59 {
 135 my ($a,$b,$c,$d,$e)=@_;
 136 if (1) {
 137         &Xupdate(@_);
 138 $code.=<<___;
 139         and     $t2,$c,$d
 140         and     $t1,$b,$t1,ror#2
 141         add     $e,$e,$t2,ror#2
 142         add     $e,$e,$t1                       @ E+=F_40_59(B,C,D)
 143 ___
 144 } else {
 145         &Xupdate(@_,1);
 146 $code.=<<___;
 147         and     $t1,$b,$c,ror#2
 148         orr     $t2,$b,$c,ror#2
 149         and     $t2,$t2,$d,ror#2
 150         orr     $t1,$t1,$t2                     @ F_40_59(B,C,D)
 151         add     $e,$e,$t1                       @ E+=F_40_59(B,C,D)
 152 ___
 153 }
 154 }
 155
 156 $code=<<___;
 157 .text
 158
 159 .global sha1_block_data_order
 160 .type   sha1_block_data_order,%function
 161
 162 .align  2
 163 sha1_block_data_order:
 164         stmdb   sp!,{r4-r12,lr}
 165         add     $len,$inp,$len,lsl#6    @ $len to point at the end of $inp
 166         ldmia   $ctx,{$a,$b,$c,$d,$e}
 167 .Lloop:
 168         ldr     $K,.LK_00_19
 169         mov     $Xi,sp
 170         sub     sp,sp,#15*4
 171         mov     $c,$c,ror#30
 172         mov     $d,$d,ror#30
 173         mov     $e,$e,ror#30            @ [6]
 174 .L_00_15:
 175 ___
 176 for($i=0;$i<5;$i++) {
 177         &BODY_00_15(@V);        unshift(@V,pop(@V));
 178 }
 179 $code.=<<___;
 180         teq     $Xi,sp
 181         bne     .L_00_15                @ [((11+4)*5+2)*3]
 182 ___
 183         &BODY_00_15(@V);        unshift(@V,pop(@V));
 184         &BODY_16_19(@V);        unshift(@V,pop(@V));
 185         &BODY_16_19(@V);        unshift(@V,pop(@V));
 186         &BODY_16_19(@V);        unshift(@V,pop(@V));
 187         &BODY_16_19(@V);        unshift(@V,pop(@V));
 188 $code.=<<___;
 189
 190         ldr     $K,.LK_20_39            @ [+15+16*4]
 191         sub     sp,sp,#25*4
 192         cmn     sp,#0                   @ [+3], clear carry to denote 20_39
 193 .L_20_39_or_60_79:
 194 ___
 195 for($i=0;$i<5;$i++) {
 196         &BODY_20_39(@V);        unshift(@V,pop(@V));
 197 }
 198 $code.=<<___;
 199         teq     $Xi,sp                  @ preserve carry
 200         bne     .L_20_39_or_60_79       @ [+((12+3)*5+2)*4]
 201         bcs     .L_done                 @ [+((12+3)*5+2)*4], spare 300 bytes
 202
 203         ldr     $K,.LK_40_59
 204         sub     sp,sp,#20*4             @ [+2]
 205 .L_40_59:
 206 ___
 207 for($i=0;$i<5;$i++) {
 208         &BODY_40_59(@V);        unshift(@V,pop(@V));
 209 }
 210 $code.=<<___;
 211         teq     $Xi,sp
 212         bne     .L_40_59                @ [+((12+5)*5+2)*4]
 213
 214         ldr     $K,.LK_60_79
 215         sub     sp,sp,#20*4
 216         cmp     sp,#0                   @ set carry to denote 60_79
 217         b       .L_20_39_or_60_79       @ [+4], spare 300 bytes
 218 .L_done:
 219         add     sp,sp,#80*4             @ "deallocate" stack frame
 220         ldmia   $ctx,{$K,$t0,$t1,$t2,$t3}
 221         add     $a,$K,$a
 222         add     $b,$t0,$b
 223         add     $c,$t1,$c,ror#2
 224         add     $d,$t2,$d,ror#2
 225         add     $e,$t3,$e,ror#2
 226         stmia   $ctx,{$a,$b,$c,$d,$e}
 227         teq     $inp,$len
 228         bne     .Lloop                  @ [+18], total 1307
 229
 230         ldmia   sp!,{r4-r12,lr}
 231         tst     lr,#1
 232         moveq   pc,lr                   @ be binary compatible with V4, yet
 233         bx      lr                      @ interoperable with Thumb ISA:-)
 234 .align  2
 235 .LK_00_19:      .word   0x5a827999
 236 .LK_20_39:      .word   0x6ed9eba1
 237 .LK_40_59:      .word   0x8f1bbcdc
 238 .LK_60_79:      .word   0xca62c1d6
 239 .size   sha1_block_data_order,.-sha1_block_data_order
 240 .asciz  "SHA1 block transform for ARMv4, CRYPTOGAMS by <appro\@openssl.org>"
 241 .align  2
 242 ___
 243
 244 $code =~ s/\bbx\s+lr\b/.word\t0xe12fff1e/gm;    # make it possible to compile with -march=armv4
 245 print $code;
 246 close STDOUT; # enforce flush