Merge tag 'trace-printf-v6.13' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/trace...
[drm/drm-misc.git] / arch / arm64 / crypto / crct10dif-ce-core.S
blob87dd6d46224d8c2e7bb282296e4816cb9752a8df
1 //
2 // Accelerated CRC-T10DIF using arm64 NEON and Crypto Extensions instructions
3 //
4 // Copyright (C) 2016 Linaro Ltd
5 // Copyright (C) 2019-2024 Google LLC
6 //
7 // Authors: Ard Biesheuvel <ardb@google.com>
8 //          Eric Biggers <ebiggers@google.com>
9 //
10 // This program is free software; you can redistribute it and/or modify
11 // it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
12 // published by the Free Software Foundation.
15 // Derived from the x86 version:
17 // Implement fast CRC-T10DIF computation with SSE and PCLMULQDQ instructions
19 // Copyright (c) 2013, Intel Corporation
21 // Authors:
22 //     Erdinc Ozturk <erdinc.ozturk@intel.com>
23 //     Vinodh Gopal <vinodh.gopal@intel.com>
24 //     James Guilford <james.guilford@intel.com>
25 //     Tim Chen <tim.c.chen@linux.intel.com>
27 // This software is available to you under a choice of one of two
28 // licenses.  You may choose to be licensed under the terms of the GNU
29 // General Public License (GPL) Version 2, available from the file
30 // COPYING in the main directory of this source tree, or the
31 // OpenIB.org BSD license below:
33 // Redistribution and use in source and binary forms, with or without
34 // modification, are permitted provided that the following conditions are
35 // met:
37 // * Redistributions of source code must retain the above copyright
38 //   notice, this list of conditions and the following disclaimer.
40 // * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
41 //   notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
42 //   documentation and/or other materials provided with the
43 //   distribution.
45 // * Neither the name of the Intel Corporation nor the names of its
46 //   contributors may be used to endorse or promote products derived from
47 //   this software without specific prior written permission.
50 // THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY INTEL CORPORATION ""AS IS"" AND ANY
51 // EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
52 // IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
53 // PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL INTEL CORPORATION OR
54 // CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL,
55 // EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,
56 // PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR
57 // PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
58 // LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
59 // NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
60 // SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
62 //       Reference paper titled "Fast CRC Computation for Generic
63 //      Polynomials Using PCLMULQDQ Instruction"
64 //       URL: http://www.intel.com/content/dam/www/public/us/en/documents
65 //  /white-papers/fast-crc-computation-generic-polynomials-pclmulqdq-paper.pdf
68 #include <linux/linkage.h>
69 #include <asm/assembler.h>
71         .text
72         .arch           armv8-a+crypto
74         init_crc        .req    w0
75         buf             .req    x1
76         len             .req    x2
77         fold_consts_ptr .req    x5
79         fold_consts     .req    v10
81         t3              .req    v17
82         t4              .req    v18
83         t5              .req    v19
84         t6              .req    v20
85         t7              .req    v21
86         t8              .req    v22
88         perm            .req    v27
90         .macro          pmull16x64_p64, a16, b64, c64
91         pmull2          \c64\().1q, \a16\().2d, \b64\().2d
92         pmull           \b64\().1q, \a16\().1d, \b64\().1d
93         .endm
95         /*
96          * Pairwise long polynomial multiplication of two 16-bit values
97          *
98          *   { w0, w1 }, { y0, y1 }
99          *
100          * by two 64-bit values
101          *
102          *   { x0, x1, x2, x3, x4, x5, x6, x7 }, { z0, z1, z2, z3, z4, z5, z6, z7 }
103          *
104          * where each vector element is a byte, ordered from least to most
105          * significant.
106          *
107          * This can be implemented using 8x8 long polynomial multiplication, by
108          * reorganizing the input so that each pairwise 8x8 multiplication
109          * produces one of the terms from the decomposition below, and
110          * combining the results of each rank and shifting them into place.
111          *
112          * Rank
113          *  0            w0*x0 ^              |        y0*z0 ^
114          *  1       (w0*x1 ^ w1*x0) <<  8 ^   |   (y0*z1 ^ y1*z0) <<  8 ^
115          *  2       (w0*x2 ^ w1*x1) << 16 ^   |   (y0*z2 ^ y1*z1) << 16 ^
116          *  3       (w0*x3 ^ w1*x2) << 24 ^   |   (y0*z3 ^ y1*z2) << 24 ^
117          *  4       (w0*x4 ^ w1*x3) << 32 ^   |   (y0*z4 ^ y1*z3) << 32 ^
118          *  5       (w0*x5 ^ w1*x4) << 40 ^   |   (y0*z5 ^ y1*z4) << 40 ^
119          *  6       (w0*x6 ^ w1*x5) << 48 ^   |   (y0*z6 ^ y1*z5) << 48 ^
120          *  7       (w0*x7 ^ w1*x6) << 56 ^   |   (y0*z7 ^ y1*z6) << 56 ^
121          *  8            w1*x7      << 64     |        y1*z7      << 64
122          *
123          * The inputs can be reorganized into
124          *
125          *   { w0, w0, w0, w0, y0, y0, y0, y0 }, { w1, w1, w1, w1, y1, y1, y1, y1 }
126          *   { x0, x2, x4, x6, z0, z2, z4, z6 }, { x1, x3, x5, x7, z1, z3, z5, z7 }
127          *
128          * and after performing 8x8->16 bit long polynomial multiplication of
129          * each of the halves of the first vector with those of the second one,
130          * we obtain the following four vectors of 16-bit elements:
131          *
132          *   a := { w0*x0, w0*x2, w0*x4, w0*x6 }, { y0*z0, y0*z2, y0*z4, y0*z6 }
133          *   b := { w0*x1, w0*x3, w0*x5, w0*x7 }, { y0*z1, y0*z3, y0*z5, y0*z7 }
134          *   c := { w1*x0, w1*x2, w1*x4, w1*x6 }, { y1*z0, y1*z2, y1*z4, y1*z6 }
135          *   d := { w1*x1, w1*x3, w1*x5, w1*x7 }, { y1*z1, y1*z3, y1*z5, y1*z7 }
136          *
137          * Results b and c can be XORed together, as the vector elements have
138          * matching ranks. Then, the final XOR (*) can be pulled forward, and
139          * applied between the halves of each of the remaining three vectors,
140          * which are then shifted into place, and combined to produce two
141          * 80-bit results.
142          *
143          * (*) NOTE: the 16x64 bit polynomial multiply below is not equivalent
144          * to the 64x64 bit one above, but XOR'ing the outputs together will
145          * produce the expected result, and this is sufficient in the context of
146          * this algorithm.
147          */
148         .macro          pmull16x64_p8, a16, b64, c64
149         ext             t7.16b, \b64\().16b, \b64\().16b, #1
150         tbl             t5.16b, {\a16\().16b}, perm.16b
151         uzp1            t7.16b, \b64\().16b, t7.16b
152         bl              __pmull_p8_16x64
153         ext             \b64\().16b, t4.16b, t4.16b, #15
154         eor             \c64\().16b, t8.16b, t5.16b
155         .endm
157 SYM_FUNC_START_LOCAL(__pmull_p8_16x64)
158         ext             t6.16b, t5.16b, t5.16b, #8
160         pmull           t3.8h, t7.8b, t5.8b
161         pmull           t4.8h, t7.8b, t6.8b
162         pmull2          t5.8h, t7.16b, t5.16b
163         pmull2          t6.8h, t7.16b, t6.16b
165         ext             t8.16b, t3.16b, t3.16b, #8
166         eor             t4.16b, t4.16b, t6.16b
167         ext             t7.16b, t5.16b, t5.16b, #8
168         ext             t6.16b, t4.16b, t4.16b, #8
169         eor             t8.8b, t8.8b, t3.8b
170         eor             t5.8b, t5.8b, t7.8b
171         eor             t4.8b, t4.8b, t6.8b
172         ext             t5.16b, t5.16b, t5.16b, #14
173         ret
174 SYM_FUNC_END(__pmull_p8_16x64)
177         // Fold reg1, reg2 into the next 32 data bytes, storing the result back
178         // into reg1, reg2.
179         .macro          fold_32_bytes, p, reg1, reg2
180         ldp             q11, q12, [buf], #0x20
182         pmull16x64_\p   fold_consts, \reg1, v8
184 CPU_LE( rev64           v11.16b, v11.16b                )
185 CPU_LE( rev64           v12.16b, v12.16b                )
187         pmull16x64_\p   fold_consts, \reg2, v9
189 CPU_LE( ext             v11.16b, v11.16b, v11.16b, #8   )
190 CPU_LE( ext             v12.16b, v12.16b, v12.16b, #8   )
192         eor             \reg1\().16b, \reg1\().16b, v8.16b
193         eor             \reg2\().16b, \reg2\().16b, v9.16b
194         eor             \reg1\().16b, \reg1\().16b, v11.16b
195         eor             \reg2\().16b, \reg2\().16b, v12.16b
196         .endm
198         // Fold src_reg into dst_reg, optionally loading the next fold constants
199         .macro          fold_16_bytes, p, src_reg, dst_reg, load_next_consts
200         pmull16x64_\p   fold_consts, \src_reg, v8
201         .ifnb           \load_next_consts
202         ld1             {fold_consts.2d}, [fold_consts_ptr], #16
203         .endif
204         eor             \dst_reg\().16b, \dst_reg\().16b, v8.16b
205         eor             \dst_reg\().16b, \dst_reg\().16b, \src_reg\().16b
206         .endm
208         .macro          crc_t10dif_pmull, p
210         // For sizes less than 256 bytes, we can't fold 128 bytes at a time.
211         cmp             len, #256
212         b.lt            .Lless_than_256_bytes_\@
214         adr_l           fold_consts_ptr, .Lfold_across_128_bytes_consts
216         // Load the first 128 data bytes.  Byte swapping is necessary to make
217         // the bit order match the polynomial coefficient order.
218         ldp             q0, q1, [buf]
219         ldp             q2, q3, [buf, #0x20]
220         ldp             q4, q5, [buf, #0x40]
221         ldp             q6, q7, [buf, #0x60]
222         add             buf, buf, #0x80
223 CPU_LE( rev64           v0.16b, v0.16b                  )
224 CPU_LE( rev64           v1.16b, v1.16b                  )
225 CPU_LE( rev64           v2.16b, v2.16b                  )
226 CPU_LE( rev64           v3.16b, v3.16b                  )
227 CPU_LE( rev64           v4.16b, v4.16b                  )
228 CPU_LE( rev64           v5.16b, v5.16b                  )
229 CPU_LE( rev64           v6.16b, v6.16b                  )
230 CPU_LE( rev64           v7.16b, v7.16b                  )
231 CPU_LE( ext             v0.16b, v0.16b, v0.16b, #8      )
232 CPU_LE( ext             v1.16b, v1.16b, v1.16b, #8      )
233 CPU_LE( ext             v2.16b, v2.16b, v2.16b, #8      )
234 CPU_LE( ext             v3.16b, v3.16b, v3.16b, #8      )
235 CPU_LE( ext             v4.16b, v4.16b, v4.16b, #8      )
236 CPU_LE( ext             v5.16b, v5.16b, v5.16b, #8      )
237 CPU_LE( ext             v6.16b, v6.16b, v6.16b, #8      )
238 CPU_LE( ext             v7.16b, v7.16b, v7.16b, #8      )
240         // XOR the first 16 data *bits* with the initial CRC value.
241         movi            v8.16b, #0
242         mov             v8.h[7], init_crc
243         eor             v0.16b, v0.16b, v8.16b
245         // Load the constants for folding across 128 bytes.
246         ld1             {fold_consts.2d}, [fold_consts_ptr]
248         // Subtract 128 for the 128 data bytes just consumed.  Subtract another
249         // 128 to simplify the termination condition of the following loop.
250         sub             len, len, #256
252         // While >= 128 data bytes remain (not counting v0-v7), fold the 128
253         // bytes v0-v7 into them, storing the result back into v0-v7.
254 .Lfold_128_bytes_loop_\@:
255         fold_32_bytes   \p, v0, v1
256         fold_32_bytes   \p, v2, v3
257         fold_32_bytes   \p, v4, v5
258         fold_32_bytes   \p, v6, v7
260         subs            len, len, #128
261         b.ge            .Lfold_128_bytes_loop_\@
263         // Now fold the 112 bytes in v0-v6 into the 16 bytes in v7.
265         // Fold across 64 bytes.
266         add             fold_consts_ptr, fold_consts_ptr, #16
267         ld1             {fold_consts.2d}, [fold_consts_ptr], #16
268         fold_16_bytes   \p, v0, v4
269         fold_16_bytes   \p, v1, v5
270         fold_16_bytes   \p, v2, v6
271         fold_16_bytes   \p, v3, v7, 1
272         // Fold across 32 bytes.
273         fold_16_bytes   \p, v4, v6
274         fold_16_bytes   \p, v5, v7, 1
275         // Fold across 16 bytes.
276         fold_16_bytes   \p, v6, v7
278         // Add 128 to get the correct number of data bytes remaining in 0...127
279         // (not counting v7), following the previous extra subtraction by 128.
280         // Then subtract 16 to simplify the termination condition of the
281         // following loop.
282         adds            len, len, #(128-16)
284         // While >= 16 data bytes remain (not counting v7), fold the 16 bytes v7
285         // into them, storing the result back into v7.
286         b.lt            .Lfold_16_bytes_loop_done_\@
287 .Lfold_16_bytes_loop_\@:
288         pmull16x64_\p   fold_consts, v7, v8
289         eor             v7.16b, v7.16b, v8.16b
290         ldr             q0, [buf], #16
291 CPU_LE( rev64           v0.16b, v0.16b                  )
292 CPU_LE( ext             v0.16b, v0.16b, v0.16b, #8      )
293         eor             v7.16b, v7.16b, v0.16b
294         subs            len, len, #16
295         b.ge            .Lfold_16_bytes_loop_\@
297 .Lfold_16_bytes_loop_done_\@:
298         // Add 16 to get the correct number of data bytes remaining in 0...15
299         // (not counting v7), following the previous extra subtraction by 16.
300         adds            len, len, #16
301         b.eq            .Lreduce_final_16_bytes_\@
303 .Lhandle_partial_segment_\@:
304         // Reduce the last '16 + len' bytes where 1 <= len <= 15 and the first
305         // 16 bytes are in v7 and the rest are the remaining data in 'buf'.  To
306         // do this without needing a fold constant for each possible 'len',
307         // redivide the bytes into a first chunk of 'len' bytes and a second
308         // chunk of 16 bytes, then fold the first chunk into the second.
310         // v0 = last 16 original data bytes
311         add             buf, buf, len
312         ldr             q0, [buf, #-16]
313 CPU_LE( rev64           v0.16b, v0.16b                  )
314 CPU_LE( ext             v0.16b, v0.16b, v0.16b, #8      )
316         // v1 = high order part of second chunk: v7 left-shifted by 'len' bytes.
317         adr_l           x4, .Lbyteshift_table + 16
318         sub             x4, x4, len
319         ld1             {v2.16b}, [x4]
320         tbl             v1.16b, {v7.16b}, v2.16b
322         // v3 = first chunk: v7 right-shifted by '16-len' bytes.
323         movi            v3.16b, #0x80
324         eor             v2.16b, v2.16b, v3.16b
325         tbl             v3.16b, {v7.16b}, v2.16b
327         // Convert to 8-bit masks: 'len' 0x00 bytes, then '16-len' 0xff bytes.
328         sshr            v2.16b, v2.16b, #7
330         // v2 = second chunk: 'len' bytes from v0 (low-order bytes),
331         // then '16-len' bytes from v1 (high-order bytes).
332         bsl             v2.16b, v1.16b, v0.16b
334         // Fold the first chunk into the second chunk, storing the result in v7.
335         pmull16x64_\p   fold_consts, v3, v0
336         eor             v7.16b, v3.16b, v0.16b
337         eor             v7.16b, v7.16b, v2.16b
338         b               .Lreduce_final_16_bytes_\@
340 .Lless_than_256_bytes_\@:
341         // Checksumming a buffer of length 16...255 bytes
343         adr_l           fold_consts_ptr, .Lfold_across_16_bytes_consts
345         // Load the first 16 data bytes.
346         ldr             q7, [buf], #0x10
347 CPU_LE( rev64           v7.16b, v7.16b                  )
348 CPU_LE( ext             v7.16b, v7.16b, v7.16b, #8      )
350         // XOR the first 16 data *bits* with the initial CRC value.
351         movi            v0.16b, #0
352         mov             v0.h[7], init_crc
353         eor             v7.16b, v7.16b, v0.16b
355         // Load the fold-across-16-bytes constants.
356         ld1             {fold_consts.2d}, [fold_consts_ptr], #16
358         cmp             len, #16
359         b.eq            .Lreduce_final_16_bytes_\@      // len == 16
360         subs            len, len, #32
361         b.ge            .Lfold_16_bytes_loop_\@         // 32 <= len <= 255
362         add             len, len, #16
363         b               .Lhandle_partial_segment_\@     // 17 <= len <= 31
365 .Lreduce_final_16_bytes_\@:
366         .endm
369 // u16 crc_t10dif_pmull_p8(u16 init_crc, const u8 *buf, size_t len);
371 // Assumes len >= 16.
373 SYM_FUNC_START(crc_t10dif_pmull_p8)
374         frame_push      1
376         // Compose { 0,0,0,0, 8,8,8,8, 1,1,1,1, 9,9,9,9 }
377         movi            perm.4h, #8, lsl #8
378         orr             perm.2s, #1, lsl #16
379         orr             perm.2s, #1, lsl #24
380         zip1            perm.16b, perm.16b, perm.16b
381         zip1            perm.16b, perm.16b, perm.16b
383         crc_t10dif_pmull p8
385 CPU_LE( rev64           v7.16b, v7.16b                  )
386 CPU_LE( ext             v7.16b, v7.16b, v7.16b, #8      )
387         str             q7, [x3]
389         frame_pop
390         ret
391 SYM_FUNC_END(crc_t10dif_pmull_p8)
393         .align          5
395 // u16 crc_t10dif_pmull_p64(u16 init_crc, const u8 *buf, size_t len);
397 // Assumes len >= 16.
399 SYM_FUNC_START(crc_t10dif_pmull_p64)
400         crc_t10dif_pmull        p64
402         // Reduce the 128-bit value M(x), stored in v7, to the final 16-bit CRC.
404         movi            v2.16b, #0              // init zero register
406         // Load 'x^48 * (x^48 mod G(x))' and 'x^48 * (x^80 mod G(x))'.
407         ld1             {fold_consts.2d}, [fold_consts_ptr], #16
409         // Fold the high 64 bits into the low 64 bits, while also multiplying by
410         // x^64.  This produces a 128-bit value congruent to x^64 * M(x) and
411         // whose low 48 bits are 0.
412         ext             v0.16b, v2.16b, v7.16b, #8
413         pmull2          v7.1q, v7.2d, fold_consts.2d    // high bits * x^48 * (x^80 mod G(x))
414         eor             v0.16b, v0.16b, v7.16b          // + low bits * x^64
416         // Fold the high 32 bits into the low 96 bits.  This produces a 96-bit
417         // value congruent to x^64 * M(x) and whose low 48 bits are 0.
418         ext             v1.16b, v0.16b, v2.16b, #12     // extract high 32 bits
419         mov             v0.s[3], v2.s[0]                // zero high 32 bits
420         pmull           v1.1q, v1.1d, fold_consts.1d    // high 32 bits * x^48 * (x^48 mod G(x))
421         eor             v0.16b, v0.16b, v1.16b          // + low bits
423         // Load G(x) and floor(x^48 / G(x)).
424         ld1             {fold_consts.2d}, [fold_consts_ptr]
426         // Use Barrett reduction to compute the final CRC value.
427         pmull2          v1.1q, v0.2d, fold_consts.2d    // high 32 bits * floor(x^48 / G(x))
428         ushr            v1.2d, v1.2d, #32               // /= x^32
429         pmull           v1.1q, v1.1d, fold_consts.1d    // *= G(x)
430         ushr            v0.2d, v0.2d, #48
431         eor             v0.16b, v0.16b, v1.16b          // + low 16 nonzero bits
432         // Final CRC value (x^16 * M(x)) mod G(x) is in low 16 bits of v0.
434         umov            w0, v0.h[0]
435         ret
436 SYM_FUNC_END(crc_t10dif_pmull_p64)
438         .section        ".rodata", "a"
439         .align          4
441 // Fold constants precomputed from the polynomial 0x18bb7
442 // G(x) = x^16 + x^15 + x^11 + x^9 + x^8 + x^7 + x^5 + x^4 + x^2 + x^1 + x^0
443 .Lfold_across_128_bytes_consts:
444         .quad           0x0000000000006123      // x^(8*128)    mod G(x)
445         .quad           0x0000000000002295      // x^(8*128+64) mod G(x)
446 // .Lfold_across_64_bytes_consts:
447         .quad           0x0000000000001069      // x^(4*128)    mod G(x)
448         .quad           0x000000000000dd31      // x^(4*128+64) mod G(x)
449 // .Lfold_across_32_bytes_consts:
450         .quad           0x000000000000857d      // x^(2*128)    mod G(x)
451         .quad           0x0000000000007acc      // x^(2*128+64) mod G(x)
452 .Lfold_across_16_bytes_consts:
453         .quad           0x000000000000a010      // x^(1*128)    mod G(x)
454         .quad           0x0000000000001faa      // x^(1*128+64) mod G(x)
455 // .Lfinal_fold_consts:
456         .quad           0x1368000000000000      // x^48 * (x^48 mod G(x))
457         .quad           0x2d56000000000000      // x^48 * (x^80 mod G(x))
458 // .Lbarrett_reduction_consts:
459         .quad           0x0000000000018bb7      // G(x)
460         .quad           0x00000001f65a57f8      // floor(x^48 / G(x))
462 // For 1 <= len <= 15, the 16-byte vector beginning at &byteshift_table[16 -
463 // len] is the index vector to shift left by 'len' bytes, and is also {0x80,
464 // ..., 0x80} XOR the index vector to shift right by '16 - len' bytes.
465 .Lbyteshift_table:
466         .byte            0x0, 0x81, 0x82, 0x83, 0x84, 0x85, 0x86, 0x87
467         .byte           0x88, 0x89, 0x8a, 0x8b, 0x8c, 0x8d, 0x8e, 0x8f
468         .byte            0x0,  0x1,  0x2,  0x3,  0x4,  0x5,  0x6,  0x7
469         .byte            0x8,  0x9,  0xa,  0xb,  0xc,  0xd,  0xe , 0x0