Linux-libre 4.14.132-gnu
[librecmc/linux-libre.git] / arch / ia64 / lib / do_csum.S
1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 */
2 /*
3  *
4  * Optmized version of the standard do_csum() function
5  *
6  * Return: a 64bit quantity containing the 16bit Internet checksum
7  *
8  * Inputs:
9  *      in0: address of buffer to checksum (char *)
10  *      in1: length of the buffer (int)
11  *
12  * Copyright (C) 1999, 2001-2002 Hewlett-Packard Co
13  *      Stephane Eranian <eranian@hpl.hp.com>
14  *
15  * 02/04/22     Ken Chen <kenneth.w.chen@intel.com>
16  *              Data locality study on the checksum buffer.
17  *              More optimization cleanup - remove excessive stop bits.
18  * 02/04/08     David Mosberger <davidm@hpl.hp.com>
19  *              More cleanup and tuning.
20  * 01/04/18     Jun Nakajima <jun.nakajima@intel.com>
21  *              Clean up and optimize and the software pipeline, loading two
22  *              back-to-back 8-byte words per loop. Clean up the initialization
23  *              for the loop. Support the cases where load latency = 1 or 2.
24  *              Set CONFIG_IA64_LOAD_LATENCY to 1 or 2 (default).
25  */
26
27 #include <asm/asmmacro.h>
28
29 //
30 // Theory of operations:
31 //      The goal is to go as quickly as possible to the point where
32 //      we can checksum 16 bytes/loop. Before reaching that point we must
33 //      take care of incorrect alignment of first byte.
34 //
35 //      The code hereafter also takes care of the "tail" part of the buffer
36 //      before entering the core loop, if any. The checksum is a sum so it
37 //      allows us to commute operations. So we do the "head" and "tail"
38 //      first to finish at full speed in the body. Once we get the head and
39 //      tail values, we feed them into the pipeline, very handy initialization.
40 //
41 //      Of course we deal with the special case where the whole buffer fits
42 //      into one 8 byte word. In this case we have only one entry in the pipeline.
43 //
44 //      We use a (LOAD_LATENCY+2)-stage pipeline in the loop to account for
45 //      possible load latency and also to accommodate for head and tail.
46 //
47 //      The end of the function deals with folding the checksum from 64bits
48 //      down to 16bits taking care of the carry.
49 //
50 //      This version avoids synchronization in the core loop by also using a
51 //      pipeline for the accumulation of the checksum in resultx[] (x=1,2).
52 //
53 //       wordx[] (x=1,2)
54 //      |---|
55 //      |   | 0                 : new value loaded in pipeline
56 //      |---|
57 //      |   | -                 : in transit data
58 //      |---|
59 //      |   | LOAD_LATENCY      : current value to add to checksum
60 //      |---|
61 //      |   | LOAD_LATENCY+1    : previous value added to checksum
62 //      |---|                   (previous iteration)
63 //
64 //      resultx[] (x=1,2)
65 //      |---|
66 //      |   | 0                 : initial value
67 //      |---|
68 //      |   | LOAD_LATENCY-1    : new checksum
69 //      |---|
70 //      |   | LOAD_LATENCY      : previous value of checksum
71 //      |---|
72 //      |   | LOAD_LATENCY+1    : final checksum when out of the loop
73 //      |---|
74 //
75 //
76 //      See RFC1071 "Computing the Internet Checksum" for various techniques for
77 //      calculating the Internet checksum.
78 //
79 // NOT YET DONE:
80 //      - Maybe another algorithm which would take care of the folding at the
81 //        end in a different manner
82 //      - Work with people more knowledgeable than me on the network stack
83 //        to figure out if we could not split the function depending on the
84 //        type of packet or alignment we get. Like the ip_fast_csum() routine
85 //        where we know we have at least 20bytes worth of data to checksum.
86 //      - Do a better job of handling small packets.
87 //      - Note on prefetching: it was found that under various load, i.e. ftp read/write,
88 //        nfs read/write, the L1 cache hit rate is at 60% and L2 cache hit rate is at 99.8%
89 //        on the data that buffer points to (partly because the checksum is often preceded by
90 //        a copy_from_user()).  This finding indiate that lfetch will not be beneficial since
91 //        the data is already in the cache.
92 //
93
94 #define saved_pfs       r11
95 #define hmask           r16
96 #define tmask           r17
97 #define first1          r18
98 #define firstval        r19
99 #define firstoff        r20
100 #define last            r21
101 #define lastval         r22
102 #define lastoff         r23
103 #define saved_lc        r24
104 #define saved_pr        r25
105 #define tmp1            r26
106 #define tmp2            r27
107 #define tmp3            r28
108 #define carry1          r29
109 #define carry2          r30
110 #define first2          r31
111
112 #define buf             in0
113 #define len             in1
114
115 #define LOAD_LATENCY    2       // XXX fix me
116
117 #if (LOAD_LATENCY != 1) && (LOAD_LATENCY != 2)
118 # error "Only 1 or 2 is supported/tested for LOAD_LATENCY."
119 #endif
120
121 #define PIPE_DEPTH                      (LOAD_LATENCY+2)
122 #define ELD     p[LOAD_LATENCY]         // end of load
123 #define ELD_1   p[LOAD_LATENCY+1]       // and next stage
124
125 // unsigned long do_csum(unsigned char *buf,long len)
126
127 GLOBAL_ENTRY(do_csum)
128         .prologue
129         .save ar.pfs, saved_pfs
130         alloc saved_pfs=ar.pfs,2,16,0,16
131         .rotr word1[4], word2[4],result1[LOAD_LATENCY+2],result2[LOAD_LATENCY+2]
132         .rotp p[PIPE_DEPTH], pC1[2], pC2[2]
133         mov ret0=r0             // in case we have zero length
134         cmp.lt p0,p6=r0,len     // check for zero length or negative (32bit len)
135         ;;
136         add tmp1=buf,len        // last byte's address
137         .save pr, saved_pr
138         mov saved_pr=pr         // preserve predicates (rotation)
139 (p6)    br.ret.spnt.many rp     // return if zero or negative length
140
141         mov hmask=-1            // initialize head mask
142         tbit.nz p15,p0=buf,0    // is buf an odd address?
143         and first1=-8,buf       // 8-byte align down address of first1 element
144
145         and firstoff=7,buf      // how many bytes off for first1 element
146         mov tmask=-1            // initialize tail mask
147
148         ;;
149         adds tmp2=-1,tmp1       // last-1
150         and lastoff=7,tmp1      // how many bytes off for last element
151         ;;
152         sub tmp1=8,lastoff      // complement to lastoff
153         and last=-8,tmp2        // address of word containing last byte
154         ;;
155         sub tmp3=last,first1    // tmp3=distance from first1 to last
156         .save ar.lc, saved_lc
157         mov saved_lc=ar.lc      // save lc
158         cmp.eq p8,p9=last,first1        // everything fits in one word ?
159
160         ld8 firstval=[first1],8 // load, ahead of time, "first1" word
161         and tmp1=7, tmp1        // make sure that if tmp1==8 -> tmp1=0
162         shl tmp2=firstoff,3     // number of bits
163         ;;
164 (p9)    ld8 lastval=[last]      // load, ahead of time, "last" word, if needed
165         shl tmp1=tmp1,3         // number of bits
166 (p9)    adds tmp3=-8,tmp3       // effectively loaded
167         ;;
168 (p8)    mov lastval=r0          // we don't need lastval if first1==last
169         shl hmask=hmask,tmp2    // build head mask, mask off [0,first1off[
170         shr.u tmask=tmask,tmp1  // build tail mask, mask off ]8,lastoff]
171         ;;
172         .body
173 #define count tmp3
174
175 (p8)    and hmask=hmask,tmask   // apply tail mask to head mask if 1 word only
176 (p9)    and word2[0]=lastval,tmask      // mask last it as appropriate
177         shr.u count=count,3     // how many 8-byte?
178         ;;
179         // If count is odd, finish this 8-byte word so that we can
180         // load two back-to-back 8-byte words per loop thereafter.
181         and word1[0]=firstval,hmask     // and mask it as appropriate
182         tbit.nz p10,p11=count,0         // if (count is odd)
183         ;;
184 (p8)    mov result1[0]=word1[0]
185 (p9)    add result1[0]=word1[0],word2[0]
186         ;;
187         cmp.ltu p6,p0=result1[0],word1[0]       // check the carry
188         cmp.eq.or.andcm p8,p0=0,count           // exit if zero 8-byte
189         ;;
190 (p6)    adds result1[0]=1,result1[0]
191 (p8)    br.cond.dptk .do_csum_exit      // if (within an 8-byte word)
192 (p11)   br.cond.dptk .do_csum16         // if (count is even)
193
194         // Here count is odd.
195         ld8 word1[1]=[first1],8         // load an 8-byte word
196         cmp.eq p9,p10=1,count           // if (count == 1)
197         adds count=-1,count             // loaded an 8-byte word
198         ;;
199         add result1[0]=result1[0],word1[1]
200         ;;
201         cmp.ltu p6,p0=result1[0],word1[1]
202         ;;
203 (p6)    adds result1[0]=1,result1[0]
204 (p9)    br.cond.sptk .do_csum_exit      // if (count == 1) exit
205         // Fall through to calculate the checksum, feeding result1[0] as
206         // the initial value in result1[0].
207         //
208         // Calculate the checksum loading two 8-byte words per loop.
209         //
210 .do_csum16:
211         add first2=8,first1
212         shr.u count=count,1     // we do 16 bytes per loop
213         ;;
214         adds count=-1,count
215         mov carry1=r0
216         mov carry2=r0
217         brp.loop.imp 1f,2f
218         ;;
219         mov ar.ec=PIPE_DEPTH
220         mov ar.lc=count // set lc
221         mov pr.rot=1<<16
222         // result1[0] must be initialized in advance.
223         mov result2[0]=r0
224         ;;
225         .align 32
226 1:
227 (ELD_1) cmp.ltu pC1[0],p0=result1[LOAD_LATENCY],word1[LOAD_LATENCY+1]
228 (pC1[1])adds carry1=1,carry1
229 (ELD_1) cmp.ltu pC2[0],p0=result2[LOAD_LATENCY],word2[LOAD_LATENCY+1]
230 (pC2[1])adds carry2=1,carry2
231 (ELD)   add result1[LOAD_LATENCY-1]=result1[LOAD_LATENCY],word1[LOAD_LATENCY]
232 (ELD)   add result2[LOAD_LATENCY-1]=result2[LOAD_LATENCY],word2[LOAD_LATENCY]
233 2:
234 (p[0])  ld8 word1[0]=[first1],16
235 (p[0])  ld8 word2[0]=[first2],16
236         br.ctop.sptk 1b
237         ;;
238         // Since len is a 32-bit value, carry cannot be larger than a 64-bit value.
239 (pC1[1])adds carry1=1,carry1    // since we miss the last one
240 (pC2[1])adds carry2=1,carry2
241         ;;
242         add result1[LOAD_LATENCY+1]=result1[LOAD_LATENCY+1],carry1
243         add result2[LOAD_LATENCY+1]=result2[LOAD_LATENCY+1],carry2
244         ;;
245         cmp.ltu p6,p0=result1[LOAD_LATENCY+1],carry1
246         cmp.ltu p7,p0=result2[LOAD_LATENCY+1],carry2
247         ;;
248 (p6)    adds result1[LOAD_LATENCY+1]=1,result1[LOAD_LATENCY+1]
249 (p7)    adds result2[LOAD_LATENCY+1]=1,result2[LOAD_LATENCY+1]
250         ;;
251         add result1[0]=result1[LOAD_LATENCY+1],result2[LOAD_LATENCY+1]
252         ;;
253         cmp.ltu p6,p0=result1[0],result2[LOAD_LATENCY+1]
254         ;;
255 (p6)    adds result1[0]=1,result1[0]
256         ;;
257 .do_csum_exit:
258         //
259         // now fold 64 into 16 bits taking care of carry
260         // that's not very good because it has lots of sequentiality
261         //
262         mov tmp3=0xffff
263         zxt4 tmp1=result1[0]
264         shr.u tmp2=result1[0],32
265         ;;
266         add result1[0]=tmp1,tmp2
267         ;;
268         and tmp1=result1[0],tmp3
269         shr.u tmp2=result1[0],16
270         ;;
271         add result1[0]=tmp1,tmp2
272         ;;
273         and tmp1=result1[0],tmp3
274         shr.u tmp2=result1[0],16
275         ;;
276         add result1[0]=tmp1,tmp2
277         ;;
278         and tmp1=result1[0],tmp3
279         shr.u tmp2=result1[0],16
280         ;;
281         add ret0=tmp1,tmp2
282         mov pr=saved_pr,0xffffffffffff0000
283         ;;
284         // if buf was odd then swap bytes
285         mov ar.pfs=saved_pfs            // restore ar.ec
286 (p15)   mux1 ret0=ret0,@rev             // reverse word
287         ;;
288         mov ar.lc=saved_lc
289 (p15)   shr.u ret0=ret0,64-16   // + shift back to position = swap bytes
290         br.ret.sptk.many rp
291
292 //      I (Jun Nakajima) wrote an equivalent code (see below), but it was
293 //      not much better than the original. So keep the original there so that
294 //      someone else can challenge.
295 //
296 //      shr.u word1[0]=result1[0],32
297 //      zxt4 result1[0]=result1[0]
298 //      ;;
299 //      add result1[0]=result1[0],word1[0]
300 //      ;;
301 //      zxt2 result2[0]=result1[0]
302 //      extr.u word1[0]=result1[0],16,16
303 //      shr.u carry1=result1[0],32
304 //      ;;
305 //      add result2[0]=result2[0],word1[0]
306 //      ;;
307 //      add result2[0]=result2[0],carry1
308 //      ;;
309 //      extr.u ret0=result2[0],16,16
310 //      ;;
311 //      add ret0=ret0,result2[0]
312 //      ;;
313 //      zxt2 ret0=ret0
314 //      mov ar.pfs=saved_pfs             // restore ar.ec
315 //      mov pr=saved_pr,0xffffffffffff0000
316 //      ;;
317 //      // if buf was odd then swap bytes
318 //      mov ar.lc=saved_lc
319 //(p15) mux1 ret0=ret0,@rev             // reverse word
320 //      ;;
321 //(p15) shr.u ret0=ret0,64-16   // + shift back to position = swap bytes
322 //      br.ret.sptk.many rp
323
324 END(do_csum)