WIP FPC-III support
[linux/fpc-iii.git] / arch / ia64 / lib / copy_user.S
blobf681556c6b86d99525c3674daa071ff4d5c3e6d5
1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 */
2 /*
3  *
4  * Optimized version of the copy_user() routine.
5  * It is used to copy date across the kernel/user boundary.
6  *
7  * The source and destination are always on opposite side of
8  * the boundary. When reading from user space we must catch
9  * faults on loads. When writing to user space we must catch
10  * errors on stores. Note that because of the nature of the copy
11  * we don't need to worry about overlapping regions.
12  *
13  *
14  * Inputs:
15  *      in0     address of source buffer
16  *      in1     address of destination buffer
17  *      in2     number of bytes to copy
18  *
19  * Outputs:
20  *      ret0    0 in case of success. The number of bytes NOT copied in
21  *              case of error.
22  *
23  * Copyright (C) 2000-2001 Hewlett-Packard Co
24  *      Stephane Eranian <eranian@hpl.hp.com>
25  *
26  * Fixme:
27  *      - handle the case where we have more than 16 bytes and the alignment
28  *        are different.
29  *      - more benchmarking
30  *      - fix extraneous stop bit introduced by the EX() macro.
31  */
33 #include <asm/asmmacro.h>
34 #include <asm/export.h>
37 // Tuneable parameters
39 #define COPY_BREAK      16      // we do byte copy below (must be >=16)
40 #define PIPE_DEPTH      21      // pipe depth
42 #define EPI             p[PIPE_DEPTH-1]
45 // arguments
47 #define dst             in0
48 #define src             in1
49 #define len             in2
52 // local registers
54 #define t1              r2      // rshift in bytes
55 #define t2              r3      // lshift in bytes
56 #define rshift          r14     // right shift in bits
57 #define lshift          r15     // left shift in bits
58 #define word1           r16
59 #define word2           r17
60 #define cnt             r18
61 #define len2            r19
62 #define saved_lc        r20
63 #define saved_pr        r21
64 #define tmp             r22
65 #define val             r23
66 #define src1            r24
67 #define dst1            r25
68 #define src2            r26
69 #define dst2            r27
70 #define len1            r28
71 #define enddst          r29
72 #define endsrc          r30
73 #define saved_pfs       r31
75 GLOBAL_ENTRY(__copy_user)
76         .prologue
77         .save ar.pfs, saved_pfs
78         alloc saved_pfs=ar.pfs,3,((2*PIPE_DEPTH+7)&~7),0,((2*PIPE_DEPTH+7)&~7)
80         .rotr val1[PIPE_DEPTH],val2[PIPE_DEPTH]
81         .rotp p[PIPE_DEPTH]
83         adds len2=-1,len        // br.ctop is repeat/until
84         mov ret0=r0
86         ;;                      // RAW of cfm when len=0
87         cmp.eq p8,p0=r0,len     // check for zero length
88         .save ar.lc, saved_lc
89         mov saved_lc=ar.lc      // preserve ar.lc (slow)
90 (p8)    br.ret.spnt.many rp     // empty mempcy()
91         ;;
92         add enddst=dst,len      // first byte after end of source
93         add endsrc=src,len      // first byte after end of destination
94         .save pr, saved_pr
95         mov saved_pr=pr         // preserve predicates
97         .body
99         mov dst1=dst            // copy because of rotation
100         mov ar.ec=PIPE_DEPTH
101         mov pr.rot=1<<16        // p16=true all others are false
103         mov src1=src            // copy because of rotation
104         mov ar.lc=len2          // initialize lc for small count
105         cmp.lt p10,p7=COPY_BREAK,len    // if len > COPY_BREAK then long copy
107         xor tmp=src,dst         // same alignment test prepare
108 (p10)   br.cond.dptk .long_copy_user
109         ;;                      // RAW pr.rot/p16 ?
110         //
111         // Now we do the byte by byte loop with software pipeline
112         //
113         // p7 is necessarily false by now
115         EX(.failure_in_pipe1,(p16) ld1 val1[0]=[src1],1)
116         EX(.failure_out,(EPI) st1 [dst1]=val1[PIPE_DEPTH-1],1)
117         br.ctop.dptk.few 1b
118         ;;
119         mov ar.lc=saved_lc
120         mov pr=saved_pr,0xffffffffffff0000
121         mov ar.pfs=saved_pfs            // restore ar.ec
122         br.ret.sptk.many rp             // end of short memcpy
124         //
125         // Not 8-byte aligned
126         //
127 .diff_align_copy_user:
128         // At this point we know we have more than 16 bytes to copy
129         // and also that src and dest do _not_ have the same alignment.
130         and src2=0x7,src1                               // src offset
131         and dst2=0x7,dst1                               // dst offset
132         ;;
133         // The basic idea is that we copy byte-by-byte at the head so
134         // that we can reach 8-byte alignment for both src1 and dst1.
135         // Then copy the body using software pipelined 8-byte copy,
136         // shifting the two back-to-back words right and left, then copy
137         // the tail by copying byte-by-byte.
138         //
139         // Fault handling. If the byte-by-byte at the head fails on the
140         // load, then restart and finish the pipleline by copying zeros
141         // to the dst1. Then copy zeros for the rest of dst1.
142         // If 8-byte software pipeline fails on the load, do the same as
143         // failure_in3 does. If the byte-by-byte at the tail fails, it is
144         // handled simply by failure_in_pipe1.
145         //
146         // The case p14 represents the source has more bytes in the
147         // the first word (by the shifted part), whereas the p15 needs to
148         // copy some bytes from the 2nd word of the source that has the
149         // tail of the 1st of the destination.
150         //
152         //
153         // Optimization. If dst1 is 8-byte aligned (quite common), we don't need
154         // to copy the head to dst1, to start 8-byte copy software pipeline.
155         // We know src1 is not 8-byte aligned in this case.
156         //
157         cmp.eq p14,p15=r0,dst2
158 (p15)   br.cond.spnt 1f
159         ;;
160         sub t1=8,src2
161         mov t2=src2
162         ;;
163         shl rshift=t2,3
164         sub len1=len,t1                                 // set len1
165         ;;
166         sub lshift=64,rshift
167         ;;
168         br.cond.spnt .word_copy_user
169         ;;
171         cmp.leu p14,p15=src2,dst2
172         sub t1=dst2,src2
173         ;;
174         .pred.rel "mutex", p14, p15
175 (p14)   sub word1=8,src2                                // (8 - src offset)
176 (p15)   sub t1=r0,t1                                    // absolute value
177 (p15)   sub word1=8,dst2                                // (8 - dst offset)
178         ;;
179         // For the case p14, we don't need to copy the shifted part to
180         // the 1st word of destination.
181         sub t2=8,t1
182 (p14)   sub word1=word1,t1
183         ;;
184         sub len1=len,word1                              // resulting len
185 (p15)   shl rshift=t1,3                                 // in bits
186 (p14)   shl rshift=t2,3
187         ;;
188 (p14)   sub len1=len1,t1
189         adds cnt=-1,word1
190         ;;
191         sub lshift=64,rshift
192         mov ar.ec=PIPE_DEPTH
193         mov pr.rot=1<<16        // p16=true all others are false
194         mov ar.lc=cnt
195         ;;
197         EX(.failure_in_pipe2,(p16) ld1 val1[0]=[src1],1)
198         EX(.failure_out,(EPI) st1 [dst1]=val1[PIPE_DEPTH-1],1)
199         br.ctop.dptk.few 2b
200         ;;
201         clrrrb
202         ;;
203 .word_copy_user:
204         cmp.gtu p9,p0=16,len1
205 (p9)    br.cond.spnt 4f                 // if (16 > len1) skip 8-byte copy
206         ;;
207         shr.u cnt=len1,3                // number of 64-bit words
208         ;;
209         adds cnt=-1,cnt
210         ;;
211         .pred.rel "mutex", p14, p15
212 (p14)   sub src1=src1,t2
213 (p15)   sub src1=src1,t1
214         //
215         // Now both src1 and dst1 point to an 8-byte aligned address. And
216         // we have more than 8 bytes to copy.
217         //
218         mov ar.lc=cnt
219         mov ar.ec=PIPE_DEPTH
220         mov pr.rot=1<<16        // p16=true all others are false
221         ;;
223         //
224         // The pipleline consists of 3 stages:
225         // 1 (p16):     Load a word from src1
226         // 2 (EPI_1):   Shift right pair, saving to tmp
227         // 3 (EPI):     Store tmp to dst1
228         //
229         // To make it simple, use at least 2 (p16) loops to set up val1[n]
230         // because we need 2 back-to-back val1[] to get tmp.
231         // Note that this implies EPI_2 must be p18 or greater.
232         //
234 #define EPI_1           p[PIPE_DEPTH-2]
235 #define SWITCH(pred, shift)     cmp.eq pred,p0=shift,rshift
236 #define CASE(pred, shift)       \
237         (pred)  br.cond.spnt .copy_user_bit##shift
238 #define BODY(rshift)                                            \
239 .copy_user_bit##rshift:                                         \
240 1:                                                              \
241         EX(.failure_out,(EPI) st8 [dst1]=tmp,8);                \
242 (EPI_1) shrp tmp=val1[PIPE_DEPTH-2],val1[PIPE_DEPTH-1],rshift;  \
243         EX(3f,(p16) ld8 val1[1]=[src1],8);                      \
244 (p16)   mov val1[0]=r0;                                         \
245         br.ctop.dptk 1b;                                        \
246         ;;                                                      \
247         br.cond.sptk.many .diff_align_do_tail;                  \
248 2:                                                              \
249 (EPI)   st8 [dst1]=tmp,8;                                       \
250 (EPI_1) shrp tmp=val1[PIPE_DEPTH-2],val1[PIPE_DEPTH-1],rshift;  \
251 3:                                                              \
252 (p16)   mov val1[1]=r0;                                         \
253 (p16)   mov val1[0]=r0;                                         \
254         br.ctop.dptk 2b;                                        \
255         ;;                                                      \
256         br.cond.sptk.many .failure_in2
258         //
259         // Since the instruction 'shrp' requires a fixed 128-bit value
260         // specifying the bits to shift, we need to provide 7 cases
261         // below.
262         //
263         SWITCH(p6, 8)
264         SWITCH(p7, 16)
265         SWITCH(p8, 24)
266         SWITCH(p9, 32)
267         SWITCH(p10, 40)
268         SWITCH(p11, 48)
269         SWITCH(p12, 56)
270         ;;
271         CASE(p6, 8)
272         CASE(p7, 16)
273         CASE(p8, 24)
274         CASE(p9, 32)
275         CASE(p10, 40)
276         CASE(p11, 48)
277         CASE(p12, 56)
278         ;;
279         BODY(8)
280         BODY(16)
281         BODY(24)
282         BODY(32)
283         BODY(40)
284         BODY(48)
285         BODY(56)
286         ;;
287 .diff_align_do_tail:
288         .pred.rel "mutex", p14, p15
289 (p14)   sub src1=src1,t1
290 (p14)   adds dst1=-8,dst1
291 (p15)   sub dst1=dst1,t1
292         ;;
294         // Tail correction.
295         //
296         // The problem with this piplelined loop is that the last word is not
297         // loaded and thus parf of the last word written is not correct.
298         // To fix that, we simply copy the tail byte by byte.
300         sub len1=endsrc,src1,1
301         clrrrb
302         ;;
303         mov ar.ec=PIPE_DEPTH
304         mov pr.rot=1<<16        // p16=true all others are false
305         mov ar.lc=len1
306         ;;
308         EX(.failure_in_pipe1,(p16) ld1 val1[0]=[src1],1)
309         EX(.failure_out,(EPI) st1 [dst1]=val1[PIPE_DEPTH-1],1)
310         br.ctop.dptk.few 5b
311         ;;
312         mov ar.lc=saved_lc
313         mov pr=saved_pr,0xffffffffffff0000
314         mov ar.pfs=saved_pfs
315         br.ret.sptk.many rp
317         //
318         // Beginning of long mempcy (i.e. > 16 bytes)
319         //
320 .long_copy_user:
321         tbit.nz p6,p7=src1,0    // odd alignment
322         and tmp=7,tmp
323         ;;
324         cmp.eq p10,p8=r0,tmp
325         mov len1=len            // copy because of rotation
326 (p8)    br.cond.dpnt .diff_align_copy_user
327         ;;
328         // At this point we know we have more than 16 bytes to copy
329         // and also that both src and dest have the same alignment
330         // which may not be the one we want. So for now we must move
331         // forward slowly until we reach 16byte alignment: no need to
332         // worry about reaching the end of buffer.
333         //
334         EX(.failure_in1,(p6) ld1 val1[0]=[src1],1)      // 1-byte aligned
335 (p6)    adds len1=-1,len1;;
336         tbit.nz p7,p0=src1,1
337         ;;
338         EX(.failure_in1,(p7) ld2 val1[1]=[src1],2)      // 2-byte aligned
339 (p7)    adds len1=-2,len1;;
340         tbit.nz p8,p0=src1,2
341         ;;
342         //
343         // Stop bit not required after ld4 because if we fail on ld4
344         // we have never executed the ld1, therefore st1 is not executed.
345         //
346         EX(.failure_in1,(p8) ld4 val2[0]=[src1],4)      // 4-byte aligned
347         ;;
348         EX(.failure_out,(p6) st1 [dst1]=val1[0],1)
349         tbit.nz p9,p0=src1,3
350         ;;
351         //
352         // Stop bit not required after ld8 because if we fail on ld8
353         // we have never executed the ld2, therefore st2 is not executed.
354         //
355         EX(.failure_in1,(p9) ld8 val2[1]=[src1],8)      // 8-byte aligned
356         EX(.failure_out,(p7) st2 [dst1]=val1[1],2)
357 (p8)    adds len1=-4,len1
358         ;;
359         EX(.failure_out, (p8) st4 [dst1]=val2[0],4)
360 (p9)    adds len1=-8,len1;;
361         shr.u cnt=len1,4                // number of 128-bit (2x64bit) words
362         ;;
363         EX(.failure_out, (p9) st8 [dst1]=val2[1],8)
364         tbit.nz p6,p0=len1,3
365         cmp.eq p7,p0=r0,cnt
366         adds tmp=-1,cnt                 // br.ctop is repeat/until
367 (p7)    br.cond.dpnt .dotail            // we have less than 16 bytes left
368         ;;
369         adds src2=8,src1
370         adds dst2=8,dst1
371         mov ar.lc=tmp
372         ;;
373         //
374         // 16bytes/iteration
375         //
377         EX(.failure_in3,(p16) ld8 val1[0]=[src1],16)
378 (p16)   ld8 val2[0]=[src2],16
380         EX(.failure_out, (EPI)  st8 [dst1]=val1[PIPE_DEPTH-1],16)
381 (EPI)   st8 [dst2]=val2[PIPE_DEPTH-1],16
382         br.ctop.dptk 2b
383         ;;                      // RAW on src1 when fall through from loop
384         //
385         // Tail correction based on len only
386         //
387         // No matter where we come from (loop or test) the src1 pointer
388         // is 16 byte aligned AND we have less than 16 bytes to copy.
389         //
390 .dotail:
391         EX(.failure_in1,(p6) ld8 val1[0]=[src1],8)      // at least 8 bytes
392         tbit.nz p7,p0=len1,2
393         ;;
394         EX(.failure_in1,(p7) ld4 val1[1]=[src1],4)      // at least 4 bytes
395         tbit.nz p8,p0=len1,1
396         ;;
397         EX(.failure_in1,(p8) ld2 val2[0]=[src1],2)      // at least 2 bytes
398         tbit.nz p9,p0=len1,0
399         ;;
400         EX(.failure_out, (p6) st8 [dst1]=val1[0],8)
401         ;;
402         EX(.failure_in1,(p9) ld1 val2[1]=[src1])        // only 1 byte left
403         mov ar.lc=saved_lc
404         ;;
405         EX(.failure_out,(p7) st4 [dst1]=val1[1],4)
406         mov pr=saved_pr,0xffffffffffff0000
407         ;;
408         EX(.failure_out, (p8)   st2 [dst1]=val2[0],2)
409         mov ar.pfs=saved_pfs
410         ;;
411         EX(.failure_out, (p9)   st1 [dst1]=val2[1])
412         br.ret.sptk.many rp
415         //
416         // Here we handle the case where the byte by byte copy fails
417         // on the load.
418         // Several factors make the zeroing of the rest of the buffer kind of
419         // tricky:
420         //      - the pipeline: loads/stores are not in sync (pipeline)
421         //
422         //        In the same loop iteration, the dst1 pointer does not directly
423         //        reflect where the faulty load was.
424         //
425         //      - pipeline effect
426         //        When you get a fault on load, you may have valid data from
427         //        previous loads not yet store in transit. Such data must be
428         //        store normally before moving onto zeroing the rest.
429         //
430         //      - single/multi dispersal independence.
431         //
432         // solution:
433         //      - we don't disrupt the pipeline, i.e. data in transit in
434         //        the software pipeline will be eventually move to memory.
435         //        We simply replace the load with a simple mov and keep the
436         //        pipeline going. We can't really do this inline because
437         //        p16 is always reset to 1 when lc > 0.
438         //
439 .failure_in_pipe1:
440         sub ret0=endsrc,src1    // number of bytes to zero, i.e. not copied
442 (p16)   mov val1[0]=r0
443 (EPI)   st1 [dst1]=val1[PIPE_DEPTH-1],1
444         br.ctop.dptk 1b
445         ;;
446         mov pr=saved_pr,0xffffffffffff0000
447         mov ar.lc=saved_lc
448         mov ar.pfs=saved_pfs
449         br.ret.sptk.many rp
451         //
452         // This is the case where the byte by byte copy fails on the load
453         // when we copy the head. We need to finish the pipeline and copy
454         // zeros for the rest of the destination. Since this happens
455         // at the top we still need to fill the body and tail.
456 .failure_in_pipe2:
457         sub ret0=endsrc,src1    // number of bytes to zero, i.e. not copied
459 (p16)   mov val1[0]=r0
460 (EPI)   st1 [dst1]=val1[PIPE_DEPTH-1],1
461         br.ctop.dptk 2b
462         ;;
463         sub len=enddst,dst1,1           // precompute len
464         br.cond.dptk.many .failure_in1bis
465         ;;
467         //
468         // Here we handle the head & tail part when we check for alignment.
469         // The following code handles only the load failures. The
470         // main diffculty comes from the fact that loads/stores are
471         // scheduled. So when you fail on a load, the stores corresponding
472         // to previous successful loads must be executed.
473         //
474         // However some simplifications are possible given the way
475         // things work.
476         //
477         // 1) HEAD
478         // Theory of operation:
479         //
480         //  Page A   | Page B
481         //  ---------|-----
482         //          1|8 x
483         //        1 2|8 x
484         //          4|8 x
485         //        1 4|8 x
486         //        2 4|8 x
487         //      1 2 4|8 x
488         //           |1
489         //           |2 x
490         //           |4 x
491         //
492         // page_size >= 4k (2^12).  (x means 4, 2, 1)
493         // Here we suppose Page A exists and Page B does not.
494         //
495         // As we move towards eight byte alignment we may encounter faults.
496         // The numbers on each page show the size of the load (current alignment).
497         //
498         // Key point:
499         //      - if you fail on 1, 2, 4 then you have never executed any smaller
500         //        size loads, e.g. failing ld4 means no ld1 nor ld2 executed
501         //        before.
502         //
503         // This allows us to simplify the cleanup code, because basically you
504         // only have to worry about "pending" stores in the case of a failing
505         // ld8(). Given the way the code is written today, this means only
506         // worry about st2, st4. There we can use the information encapsulated
507         // into the predicates.
508         //
509         // Other key point:
510         //      - if you fail on the ld8 in the head, it means you went straight
511         //        to it, i.e. 8byte alignment within an unexisting page.
512         // Again this comes from the fact that if you crossed just for the ld8 then
513         // you are 8byte aligned but also 16byte align, therefore you would
514         // either go for the 16byte copy loop OR the ld8 in the tail part.
515         // The combination ld1, ld2, ld4, ld8 where you fail on ld8 is impossible
516         // because it would mean you had 15bytes to copy in which case you
517         // would have defaulted to the byte by byte copy.
518         //
519         //
520         // 2) TAIL
521         // Here we now we have less than 16 bytes AND we are either 8 or 16 byte
522         // aligned.
523         //
524         // Key point:
525         // This means that we either:
526         //              - are right on a page boundary
527         //      OR
528         //              - are at more than 16 bytes from a page boundary with
529         //                at most 15 bytes to copy: no chance of crossing.
530         //
531         // This allows us to assume that if we fail on a load we haven't possibly
532         // executed any of the previous (tail) ones, so we don't need to do
533         // any stores. For instance, if we fail on ld2, this means we had
534         // 2 or 3 bytes left to copy and we did not execute the ld8 nor ld4.
535         //
536         // This means that we are in a situation similar the a fault in the
537         // head part. That's nice!
538         //
539 .failure_in1:
540         sub ret0=endsrc,src1    // number of bytes to zero, i.e. not copied
541         sub len=endsrc,src1,1
542         //
543         // we know that ret0 can never be zero at this point
544         // because we failed why trying to do a load, i.e. there is still
545         // some work to do.
546         // The failure_in1bis and length problem is taken care of at the
547         // calling side.
548         //
549         ;;
550 .failure_in1bis:                // from (.failure_in3)
551         mov ar.lc=len           // Continue with a stupid byte store.
552         ;;
554         st1 [dst1]=r0,1
555         br.cloop.dptk 5b
556         ;;
557         mov pr=saved_pr,0xffffffffffff0000
558         mov ar.lc=saved_lc
559         mov ar.pfs=saved_pfs
560         br.ret.sptk.many rp
562         //
563         // Here we simply restart the loop but instead
564         // of doing loads we fill the pipeline with zeroes
565         // We can't simply store r0 because we may have valid
566         // data in transit in the pipeline.
567         // ar.lc and ar.ec are setup correctly at this point
568         //
569         // we MUST use src1/endsrc here and not dst1/enddst because
570         // of the pipeline effect.
571         //
572 .failure_in3:
573         sub ret0=endsrc,src1    // number of bytes to zero, i.e. not copied
574         ;;
576 (p16)   mov val1[0]=r0
577 (p16)   mov val2[0]=r0
578 (EPI)   st8 [dst1]=val1[PIPE_DEPTH-1],16
579 (EPI)   st8 [dst2]=val2[PIPE_DEPTH-1],16
580         br.ctop.dptk 2b
581         ;;
582         cmp.ne p6,p0=dst1,enddst        // Do we need to finish the tail ?
583         sub len=enddst,dst1,1           // precompute len
584 (p6)    br.cond.dptk .failure_in1bis
585         ;;
586         mov pr=saved_pr,0xffffffffffff0000
587         mov ar.lc=saved_lc
588         mov ar.pfs=saved_pfs
589         br.ret.sptk.many rp
591 .failure_in2:
592         sub ret0=endsrc,src1
593         cmp.ne p6,p0=dst1,enddst        // Do we need to finish the tail ?
594         sub len=enddst,dst1,1           // precompute len
595 (p6)    br.cond.dptk .failure_in1bis
596         ;;
597         mov pr=saved_pr,0xffffffffffff0000
598         mov ar.lc=saved_lc
599         mov ar.pfs=saved_pfs
600         br.ret.sptk.many rp
602         //
603         // handling of failures on stores: that's the easy part
604         //
605 .failure_out:
606         sub ret0=enddst,dst1
607         mov pr=saved_pr,0xffffffffffff0000
608         mov ar.lc=saved_lc
610         mov ar.pfs=saved_pfs
611         br.ret.sptk.many rp
612 END(__copy_user)
613 EXPORT_SYMBOL(__copy_user)