RC4 tune-up for AMD64. Performance improvement of 2.22x is measured for
[openssl.git] / crypto / rc4 / asm / rc4-amd64.pl
diff --git a/crypto/rc4/asm/rc4-amd64.pl b/crypto/rc4/asm/rc4-amd64.pl
new file mode 100755 (executable)
index 0000000..767a401
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,189 @@
+#!/usr/bin/env perl
+#
+# ====================================================================
+# Written by Andy Polyakov <appro@fy.chalmers.se> for the OpenSSL
+# project. Rights for redistribution and usage in source and binary
+# forms are granted according to the OpenSSL license.
+# ====================================================================
+#
+# 2.22x RC4 tune-up:-) It should be noted though that my hand [as in
+# "hand-coded assembler"] doesn't stand for the whole improvement
+# coefficient. It turned out that eliminating RC4_CHAR from config
+# line results in ~40% improvement (yes, even for C implementation).
+# Presumably it has everything to do with AMD cache architecture and
+# RAW or whatever penalties. Once again! The module *requires* config
+# line *without* RC4_CHAR! As for coding "secret," I bet on partial
+# register arithmetics. For example instead 'inc %r8; and $255,%r8'
+# I simply 'inc %r8b'. Even though optimization manual discourages
+# to operate on partial registers, it turned out to be the best bet.
+# At least for AMD... How IA32E would perform remains to be seen...
+
+$output=shift;
+
+$win64=1 if ($output =~ /win64.[s|asm]/);
+
+open STDOUT,">$output" || die "can't open $output: $!";
+
+if (defined($win64)) {
+    $dat="%rcx";       # arg1
+    $len="%rdx";       # arg2
+    $inp="%rsi";       # r8, arg3 moves here
+    $out="%rdi";       # r9, arg4 moves here
+} else {
+    $dat="%rdi";       # arg1
+    $len="%rsi";       # arg2
+    $inp="%rdx";       # arg3
+    $out="%rcx";       # arg4
+}
+
+$XX="%r10";
+$TX="%r8";
+$YY="%r11";
+$TY="%r9";
+
+sub PTR() {
+    my $ret=shift;
+    if (defined($win64)) {
+       $ret =~ s/\[([\S]+)\+([\S]+)\]/[$2+$1]/g; # [%rN+%rM*4]->[%rM*4+%rN]
+    } else {
+       $ret =~ s/[\+\*]/,/g;           # [%rN+%rM*4]->[%rN,%rM,4]
+       $ret =~ s/\[([^\]]+)\]/($1)/g;  # [%rN]->(%rN)
+    }
+    $ret;
+}
+
+$code=<<___ if (!defined($win64));
+.text
+
+.globl RC4
+.type  RC4,\@function
+.align 16
+RC4:   or      $len,$len
+       jne     .Lentry
+       .byte   0xF3,0xC3       # repz ret, 2-byte ret
+.Lentry:
+___
+$code=<<___ if (defined($win64));
+TEXT   SEGMENT
+PUBLIC RC4
+ALIGN  16
+RC4    PROC NEAR
+       or      $len,$len
+       jne     .Lentry
+       DB      F3h,C3h         ; repz ret, 2-byte ret
+.Lentry:
+       push    %edi
+       push    %esi
+       sub     \$40,%esp
+       mov     %r8,$inp
+       mov     %r9,$out
+___
+$code.=<<___;
+       add     \$8,$dat
+       movl    `&PTR("DWORD-8[$dat]")`,$XX#d
+       movl    `&PTR("DWORD-4[$dat]")`,$YY#d
+       test    \$-8,$len
+       jz      .Lloop1
+.align 16
+.Lloop8:
+       movq    `&PTR("QWORD[$inp]")`,%rax
+
+       inc     $XX#b
+       movl    `&PTR("DWORD[$dat+$XX*4]")`,$TX#d
+       add     $TX#b,$YY#b
+       movl    `&PTR("DWORD[$dat+$YY*4]")`,$TY#d
+       movl    $TX#d,`&PTR("DWORD[$dat+$YY*4]")`
+       movl    $TY#d,`&PTR("DWORD[$dat+$XX*4]")`
+       add     $TY#b,$TX#b
+       inc     $XX#b
+       movl    `&PTR("DWORD[$dat+$TX*4]")`,$TY#d
+       xor     $TY,%rax
+___
+for ($i=1;$i<=6;$i++) {
+$code.=<<___;
+       movl    `&PTR("DWORD[$dat+$XX*4]")`,$TX#d
+       add     $TX#b,$YY#b
+       movl    `&PTR("DWORD[$dat+$YY*4]")`,$TY#d
+       movl    $TX#d,`&PTR("DWORD[$dat+$YY*4]")`
+       movl    $TY#d,`&PTR("DWORD[$dat+$XX*4]")`
+       add     $TY#b,$TX#b
+       movl    `&PTR("DWORD[$dat+$TX*4]")`,$TY#d
+       shl     \$`8*$i`,$TY
+       inc     $XX#b
+       xor     $TY,%rax
+___
+}
+$code.=<<___;
+       movl    `&PTR("DWORD[$dat+$XX*4]")`,$TX#d
+       add     $TX#b,$YY#b
+       movl    `&PTR("DWORD[$dat+$YY*4]")`,$TY#d
+       movl    $TX#d,`&PTR("DWORD[$dat+$YY*4]")`
+       movl    $TY#d,`&PTR("DWORD[$dat+$XX*4]")`
+       sub     \$8,$len
+       add     $TY#b,$TX#b
+       add     \$8,$out
+       movl    `&PTR("DWORD[$dat+$TX*4]")`,$TY#d
+       shl     \$56,$TY
+       add     \$8,$inp
+       xor     $TY,%rax
+
+       mov     %rax,`&PTR("QWORD-8[$out]")`
+
+       test    \$-8,$len
+       jnz     .Lloop8
+       cmp     \$0,$len
+       jne     .Lloop1
+.Lexit:
+       movl    $XX#d,`&PTR("DWORD-8[$dat]")`
+       movl    $YY#d,`&PTR("DWORD-4[$dat]")`
+___
+$code.=<<___ if (defined($win64));
+       add     \$40,%esp
+       pop     %esi
+       pop     %edi
+       DB      F3h,C3h         ; retz ret, 2-byte ret
+___
+$code.=<<___ if (!defined($win64));
+       .byte   0xF3,0xC3       # repz ret, 2-byte ret
+___
+$code.=<<___;
+.align 16
+.Lloop1:
+       movzb   `&PTR("BYTE[$inp]")`,%rax
+       inc     $XX#b
+       nop
+       movl    `&PTR("DWORD[$dat+$XX*4]")`,$TX#d
+       add     $TX#b,$YY#b
+       movl    `&PTR("DWORD[$dat+$YY*4]")`,$TY#d
+       movl    $TX#d,`&PTR("DWORD[$dat+$YY*4]")`
+       movl    $TY#d,`&PTR("DWORD[$dat+$XX*4]")`
+       add     $TY#b,$TX#b
+       movl    `&PTR("DWORD[$dat+$TX*4]")`,$TY#d
+       xor     $TY,%rax
+       inc     $inp
+       movb    %al,`&PTR("BYTE[$out]")`
+       inc     $out
+       dec     $len
+       jnz     .Lloop1
+       jmp     .Lexit
+___
+if (defined($win64)) {
+    $code.="RC4        ENDP\n";
+} else {
+    $code.=".size      RC4,.-RC4\n"
+}
+
+$code =~ s/#([bwd])/$1/gm;
+$code =~ s/\`([^\`]*)\`/eval $1/gem;
+
+if (defined($win64)) {
+    $code =~ s/\.align/ALIGN/gm;
+    $code =~ s/[\$%]//gm;
+    $code =~ s/\.L/\$L/gm;
+    $code =~ s/([\w]+)([\s]+)([\S]+),([\S]+)/$1$2$4,$3/gm;
+    $code =~ s/([QD]*WORD|BYTE)/$1 PTR /gm;
+    $code =~ s/(mov[z]*)[bwlq]/$1/gm;
+} else {
+    $code =~ s/[QD]*WORD|BYTE//gm;
+}
+print $code;