arch/x86/crypto/crct10dif-pcl-asm_64.S

   1 ########################################################################
   2 # Implement fast CRC-T10DIF computation with SSE and PCLMULQDQ instructions
   3 #
   4 # Copyright (c) 2013, Intel Corporation
   5 #
   6 # Authors:
   7 #     Erdinc Ozturk <erdinc.ozturk@intel.com>
   8 #     Vinodh Gopal <vinodh.gopal@intel.com>
   9 #     James Guilford <james.guilford@intel.com>
  10 #     Tim Chen <tim.c.chen@linux.intel.com>
  11 #
  12 # This software is available to you under a choice of one of two
  13 # licenses.  You may choose to be licensed under the terms of the GNU
  14 # General Public License (GPL) Version 2, available from the file
  15 # COPYING in the main directory of this source tree, or the
  16 # OpenIB.org BSD license below:
  17 #
  18 # Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  19 # modification, are permitted provided that the following conditions are
  20 # met:
  21 #
  22 # * Redistributions of source code must retain the above copyright
  23 #   notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  24 #
  25 # * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  26 #   notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  27 #   documentation and/or other materials provided with the
  28 #   distribution.
  29 #
  30 # * Neither the name of the Intel Corporation nor the names of its
  31 #   contributors may be used to endorse or promote products derived from
  32 #   this software without specific prior written permission.
  33 #
  34 #
  35 # THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY INTEL CORPORATION ""AS IS"" AND ANY
  36 # EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  37 # IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
  38 # PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL INTEL CORPORATION OR
  39 # CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL,
  40 # EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,
  41 # PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR
  42 # PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
  43 # LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
  44 # NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
  45 # SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  46 #
  47 #       Reference paper titled "Fast CRC Computation for Generic
  48 #       Polynomials Using PCLMULQDQ Instruction"
  49 #       URL: http://www.intel.com/content/dam/www/public/us/en/documents
  50 #  /white-papers/fast-crc-computation-generic-polynomials-pclmulqdq-paper.pdf
  51 #
  52
  53 #include <linux/linkage.h>
  54
  55 .text
  56
  57 #define         init_crc        %edi
  58 #define         buf             %rsi
  59 #define         len             %rdx
  60
  61 #define         FOLD_CONSTS     %xmm10
  62 #define         BSWAP_MASK      %xmm11
  63
  64 # Fold reg1, reg2 into the next 32 data bytes, storing the result back into
  65 # reg1, reg2.
  66 .macro  fold_32_bytes   offset, reg1, reg2
  67         movdqu  \offset(buf), %xmm9
  68         movdqu  \offset+16(buf), %xmm12
  69         pshufb  BSWAP_MASK, %xmm9
  70         pshufb  BSWAP_MASK, %xmm12
  71         movdqa  \reg1, %xmm8
  72         movdqa  \reg2, %xmm13
  73         pclmulqdq       $0x00, FOLD_CONSTS, \reg1
  74         pclmulqdq       $0x11, FOLD_CONSTS, %xmm8
  75         pclmulqdq       $0x00, FOLD_CONSTS, \reg2
  76         pclmulqdq       $0x11, FOLD_CONSTS, %xmm13
  77         pxor    %xmm9 , \reg1
  78         xorps   %xmm8 , \reg1
  79         pxor    %xmm12, \reg2
  80         xorps   %xmm13, \reg2
  81 .endm
  82
  83 # Fold src_reg into dst_reg.
  84 .macro  fold_16_bytes   src_reg, dst_reg
  85         movdqa  \src_reg, %xmm8
  86         pclmulqdq       $0x11, FOLD_CONSTS, \src_reg
  87         pclmulqdq       $0x00, FOLD_CONSTS, %xmm8
  88         pxor    %xmm8, \dst_reg
  89         xorps   \src_reg, \dst_reg
  90 .endm
  91
  92 #
  93 # u16 crc_t10dif_pcl(u16 init_crc, const *u8 buf, size_t len);
  94 #
  95 # Assumes len >= 16.
  96 #
  97 SYM_FUNC_START(crc_t10dif_pcl)
  98
  99         movdqa  .Lbswap_mask(%rip), BSWAP_MASK
 100
 101         # For sizes less than 256 bytes, we can't fold 128 bytes at a time.
 102         cmp     $256, len
 103         jl      .Lless_than_256_bytes
 104
 105         # Load the first 128 data bytes.  Byte swapping is necessary to make the
 106         # bit order match the polynomial coefficient order.
 107         movdqu  16*0(buf), %xmm0
 108         movdqu  16*1(buf), %xmm1
 109         movdqu  16*2(buf), %xmm2
 110         movdqu  16*3(buf), %xmm3
 111         movdqu  16*4(buf), %xmm4
 112         movdqu  16*5(buf), %xmm5
 113         movdqu  16*6(buf), %xmm6
 114         movdqu  16*7(buf), %xmm7
 115         add     $128, buf
 116         pshufb  BSWAP_MASK, %xmm0
 117         pshufb  BSWAP_MASK, %xmm1
 118         pshufb  BSWAP_MASK, %xmm2
 119         pshufb  BSWAP_MASK, %xmm3
 120         pshufb  BSWAP_MASK, %xmm4
 121         pshufb  BSWAP_MASK, %xmm5
 122         pshufb  BSWAP_MASK, %xmm6
 123         pshufb  BSWAP_MASK, %xmm7
 124
 125         # XOR the first 16 data *bits* with the initial CRC value.
 126         pxor    %xmm8, %xmm8
 127         pinsrw  $7, init_crc, %xmm8
 128         pxor    %xmm8, %xmm0
 129
 130         movdqa  .Lfold_across_128_bytes_consts(%rip), FOLD_CONSTS
 131
 132         # Subtract 128 for the 128 data bytes just consumed.  Subtract another
 133         # 128 to simplify the termination condition of the following loop.
 134         sub     $256, len
 135
 136         # While >= 128 data bytes remain (not counting xmm0-7), fold the 128
 137         # bytes xmm0-7 into them, storing the result back into xmm0-7.
 138 .Lfold_128_bytes_loop:
 139         fold_32_bytes   0, %xmm0, %xmm1
 140         fold_32_bytes   32, %xmm2, %xmm3
 141         fold_32_bytes   64, %xmm4, %xmm5
 142         fold_32_bytes   96, %xmm6, %xmm7
 143         add     $128, buf
 144         sub     $128, len
 145         jge     .Lfold_128_bytes_loop
 146
 147         # Now fold the 112 bytes in xmm0-xmm6 into the 16 bytes in xmm7.
 148
 149         # Fold across 64 bytes.
 150         movdqa  .Lfold_across_64_bytes_consts(%rip), FOLD_CONSTS
 151         fold_16_bytes   %xmm0, %xmm4
 152         fold_16_bytes   %xmm1, %xmm5
 153         fold_16_bytes   %xmm2, %xmm6
 154         fold_16_bytes   %xmm3, %xmm7
 155         # Fold across 32 bytes.
 156         movdqa  .Lfold_across_32_bytes_consts(%rip), FOLD_CONSTS
 157         fold_16_bytes   %xmm4, %xmm6
 158         fold_16_bytes   %xmm5, %xmm7
 159         # Fold across 16 bytes.
 160         movdqa  .Lfold_across_16_bytes_consts(%rip), FOLD_CONSTS
 161         fold_16_bytes   %xmm6, %xmm7
 162
 163         # Add 128 to get the correct number of data bytes remaining in 0...127
 164         # (not counting xmm7), following the previous extra subtraction by 128.
 165         # Then subtract 16 to simplify the termination condition of the
 166         # following loop.
 167         add     $128-16, len
 168
 169         # While >= 16 data bytes remain (not counting xmm7), fold the 16 bytes
 170         # xmm7 into them, storing the result back into xmm7.
 171         jl      .Lfold_16_bytes_loop_done
 172 .Lfold_16_bytes_loop:
 173         movdqa  %xmm7, %xmm8
 174         pclmulqdq       $0x11, FOLD_CONSTS, %xmm7
 175         pclmulqdq       $0x00, FOLD_CONSTS, %xmm8
 176         pxor    %xmm8, %xmm7
 177         movdqu  (buf), %xmm0
 178         pshufb  BSWAP_MASK, %xmm0
 179         pxor    %xmm0 , %xmm7
 180         add     $16, buf
 181         sub     $16, len
 182         jge     .Lfold_16_bytes_loop
 183
 184 .Lfold_16_bytes_loop_done:
 185         # Add 16 to get the correct number of data bytes remaining in 0...15
 186         # (not counting xmm7), following the previous extra subtraction by 16.
 187         add     $16, len
 188         je      .Lreduce_final_16_bytes
 189
 190 .Lhandle_partial_segment:
 191         # Reduce the last '16 + len' bytes where 1 <= len <= 15 and the first 16
 192         # bytes are in xmm7 and the rest are the remaining data in 'buf'.  To do
 193         # this without needing a fold constant for each possible 'len', redivide
 194         # the bytes into a first chunk of 'len' bytes and a second chunk of 16
 195         # bytes, then fold the first chunk into the second.
 196
 197         movdqa  %xmm7, %xmm2
 198
 199         # xmm1 = last 16 original data bytes
 200         movdqu  -16(buf, len), %xmm1
 201         pshufb  BSWAP_MASK, %xmm1
 202
 203         # xmm2 = high order part of second chunk: xmm7 left-shifted by 'len' bytes.
 204         lea     .Lbyteshift_table+16(%rip), %rax
 205         sub     len, %rax
 206         movdqu  (%rax), %xmm0
 207         pshufb  %xmm0, %xmm2
 208
 209         # xmm7 = first chunk: xmm7 right-shifted by '16-len' bytes.
 210         pxor    .Lmask1(%rip), %xmm0
 211         pshufb  %xmm0, %xmm7
 212
 213         # xmm1 = second chunk: 'len' bytes from xmm1 (low-order bytes),
 214         # then '16-len' bytes from xmm2 (high-order bytes).
 215         pblendvb        %xmm2, %xmm1    #xmm0 is implicit
 216
 217         # Fold the first chunk into the second chunk, storing the result in xmm7.
 218         movdqa  %xmm7, %xmm8
 219         pclmulqdq       $0x11, FOLD_CONSTS, %xmm7
 220         pclmulqdq       $0x00, FOLD_CONSTS, %xmm8
 221         pxor    %xmm8, %xmm7
 222         pxor    %xmm1, %xmm7
 223
 224 .Lreduce_final_16_bytes:
 225         # Reduce the 128-bit value M(x), stored in xmm7, to the final 16-bit CRC
 226
 227         # Load 'x^48 * (x^48 mod G(x))' and 'x^48 * (x^80 mod G(x))'.
 228         movdqa  .Lfinal_fold_consts(%rip), FOLD_CONSTS
 229
 230         # Fold the high 64 bits into the low 64 bits, while also multiplying by
 231         # x^64.  This produces a 128-bit value congruent to x^64 * M(x) and
 232         # whose low 48 bits are 0.
 233         movdqa  %xmm7, %xmm0
 234         pclmulqdq       $0x11, FOLD_CONSTS, %xmm7 # high bits * x^48 * (x^80 mod G(x))
 235         pslldq  $8, %xmm0
 236         pxor    %xmm0, %xmm7                      # + low bits * x^64
 237
 238         # Fold the high 32 bits into the low 96 bits.  This produces a 96-bit
 239         # value congruent to x^64 * M(x) and whose low 48 bits are 0.
 240         movdqa  %xmm7, %xmm0
 241         pand    .Lmask2(%rip), %xmm0              # zero high 32 bits
 242         psrldq  $12, %xmm7                        # extract high 32 bits
 243         pclmulqdq       $0x00, FOLD_CONSTS, %xmm7 # high 32 bits * x^48 * (x^48 mod G(x))
 244         pxor    %xmm0, %xmm7                      # + low bits
 245
 246         # Load G(x) and floor(x^48 / G(x)).
 247         movdqa  .Lbarrett_reduction_consts(%rip), FOLD_CONSTS
 248
 249         # Use Barrett reduction to compute the final CRC value.
 250         movdqa  %xmm7, %xmm0
 251         pclmulqdq       $0x11, FOLD_CONSTS, %xmm7 # high 32 bits * floor(x^48 / G(x))
 252         psrlq   $32, %xmm7                        # /= x^32
 253         pclmulqdq       $0x00, FOLD_CONSTS, %xmm7 # *= G(x)
 254         psrlq   $48, %xmm0
 255         pxor    %xmm7, %xmm0                 # + low 16 nonzero bits
 256         # Final CRC value (x^16 * M(x)) mod G(x) is in low 16 bits of xmm0.
 257
 258         pextrw  $0, %xmm0, %eax
 259         RET
 260
 261 .align 16
 262 .Lless_than_256_bytes:
 263         # Checksumming a buffer of length 16...255 bytes
 264
 265         # Load the first 16 data bytes.
 266         movdqu  (buf), %xmm7
 267         pshufb  BSWAP_MASK, %xmm7
 268         add     $16, buf
 269
 270         # XOR the first 16 data *bits* with the initial CRC value.
 271         pxor    %xmm0, %xmm0
 272         pinsrw  $7, init_crc, %xmm0
 273         pxor    %xmm0, %xmm7
 274
 275         movdqa  .Lfold_across_16_bytes_consts(%rip), FOLD_CONSTS
 276         cmp     $16, len
 277         je      .Lreduce_final_16_bytes         # len == 16
 278         sub     $32, len
 279         jge     .Lfold_16_bytes_loop            # 32 <= len <= 255
 280         add     $16, len
 281         jmp     .Lhandle_partial_segment        # 17 <= len <= 31
 282 SYM_FUNC_END(crc_t10dif_pcl)
 283
 284 .section        .rodata, "a", @progbits
 285 .align 16
 286
 287 # Fold constants precomputed from the polynomial 0x18bb7
 288 # G(x) = x^16 + x^15 + x^11 + x^9 + x^8 + x^7 + x^5 + x^4 + x^2 + x^1 + x^0
 289 .Lfold_across_128_bytes_consts:
 290         .quad           0x0000000000006123      # x^(8*128)     mod G(x)
 291         .quad           0x0000000000002295      # x^(8*128+64)  mod G(x)
 292 .Lfold_across_64_bytes_consts:
 293         .quad           0x0000000000001069      # x^(4*128)     mod G(x)
 294         .quad           0x000000000000dd31      # x^(4*128+64)  mod G(x)
 295 .Lfold_across_32_bytes_consts:
 296         .quad           0x000000000000857d      # x^(2*128)     mod G(x)
 297         .quad           0x0000000000007acc      # x^(2*128+64)  mod G(x)
 298 .Lfold_across_16_bytes_consts:
 299         .quad           0x000000000000a010      # x^(1*128)     mod G(x)
 300         .quad           0x0000000000001faa      # x^(1*128+64)  mod G(x)
 301 .Lfinal_fold_consts:
 302         .quad           0x1368000000000000      # x^48 * (x^48 mod G(x))
 303         .quad           0x2d56000000000000      # x^48 * (x^80 mod G(x))
 304 .Lbarrett_reduction_consts:
 305         .quad           0x0000000000018bb7      # G(x)
 306         .quad           0x00000001f65a57f8      # floor(x^48 / G(x))
 307
 308 .section        .rodata.cst16.mask1, "aM", @progbits, 16
 309 .align 16
 310 .Lmask1:
 311         .octa   0x80808080808080808080808080808080
 312
 313 .section        .rodata.cst16.mask2, "aM", @progbits, 16
 314 .align 16
 315 .Lmask2:
 316         .octa   0x00000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF
 317
 318 .section        .rodata.cst16.bswap_mask, "aM", @progbits, 16
 319 .align 16
 320 .Lbswap_mask:
 321         .octa   0x000102030405060708090A0B0C0D0E0F
 322
 323 .section        .rodata.cst32.byteshift_table, "aM", @progbits, 32
 324 .align 16
 325 # For 1 <= len <= 15, the 16-byte vector beginning at &byteshift_table[16 - len]
 326 # is the index vector to shift left by 'len' bytes, and is also {0x80, ...,
 327 # 0x80} XOR the index vector to shift right by '16 - len' bytes.
 328 .Lbyteshift_table:
 329         .byte            0x0, 0x81, 0x82, 0x83, 0x84, 0x85, 0x86, 0x87
 330         .byte           0x88, 0x89, 0x8a, 0x8b, 0x8c, 0x8d, 0x8e, 0x8f
 331         .byte            0x0,  0x1,  0x2,  0x3,  0x4,  0x5,  0x6,  0x7
 332         .byte            0x8,  0x9,  0xa,  0xb,  0xc,  0xd,  0xe , 0x0