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# Implement fast CRC-T10DIF computation with SSE and PCLMULQDQ instructions
#
# Copyright (c) 2013, Intel Corporation
#
# Authors:
#     Erdinc Ozturk <erdinc.ozturk@intel.com>
#     Vinodh Gopal <vinodh.gopal@intel.com>
#     James Guilford <james.guilford@intel.com>
#     Tim Chen <tim.c.chen@linux.intel.com>
#
# This software is available to you under a choice of one of two
# licenses.  You may choose to be licensed under the terms of the GNU
# General Public License (GPL) Version 2, available from the file
# COPYING in the main directory of this source tree, or the
# OpenIB.org BSD license below:
#
# Redistribution and use in source and binary forms, with or without
# modification, are permitted provided that the following conditions are
# met:
#
# * Redistributions of source code must retain the above copyright
#   notice, this list of conditions and the following disclaimer.
#
# * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
#   notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
#   documentation and/or other materials provided with the
#   distribution.
#
# * Neither the name of the Intel Corporation nor the names of its
#   contributors may be used to endorse or promote products derived from
#   this software without specific prior written permission.
#
#
# THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY INTEL CORPORATION ""AS IS"" AND ANY
# EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
# IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
# PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL INTEL CORPORATION OR
# CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL,
# EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,
# PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR
# PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
# LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
# NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
# SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
########################################################################
#       Function API:
#       UINT16 crc_t10dif_pcl(
#               UINT16 init_crc, //initial CRC value, 16 bits
#               const unsigned char *buf, //buffer pointer to calculate CRC on
#               UINT64 len //buffer length in bytes (64-bit data)
#       );
#
#       Reference paper titled "Fast CRC Computation for Generic
#    Polynomials Using PCLMULQDQ Instruction"
#       URL: http://www.intel.com/content/dam/www/public/us/en/documents
#  /white-papers/fast-crc-computation-generic-polynomials-pclmulqdq-paper.pdf
#
#
 
#include <linux/linkage.h>
 
.text
 
#define        arg1 %rdi
#define        arg2 %rsi
#define        arg3 %rdx
 
#define        arg1_low32 %edi
 
ENTRY(crc_t10dif_pcl)
.align 16
 
   # adjust the 16-bit initial_crc value, scale it to 32 bits
   shl    $16, arg1_low32
 
   # Allocate Stack Space
   mov     %rsp, %rcx
   sub    $16*2, %rsp
   # align stack to 16 byte boundary
   and     $~(0x10 - 1), %rsp
 
   # check if smaller than 256
   cmp    $256, arg3
 
   # for sizes less than 128, we can't fold 64B at a time...
   jl    _less_than_128
 
 
   # load the initial crc value
   movd    arg1_low32, %xmm10    # initial crc
 
   # crc value does not need to be byte-reflected, but it needs
   # to be moved to the high part of the register.
   # because data will be byte-reflected and will align with
   # initial crc at correct place.
   pslldq    $12, %xmm10
 
   movdqa  SHUF_MASK(%rip), %xmm11
   # receive the initial 64B data, xor the initial crc value
   movdqu    16*0(arg2), %xmm0
   movdqu    16*1(arg2), %xmm1
   movdqu    16*2(arg2), %xmm2
   movdqu    16*3(arg2), %xmm3
   movdqu    16*4(arg2), %xmm4
   movdqu    16*5(arg2), %xmm5
   movdqu    16*6(arg2), %xmm6
   movdqu    16*7(arg2), %xmm7
 
   pshufb    %xmm11, %xmm0
   # XOR the initial_crc value
   pxor    %xmm10, %xmm0
   pshufb    %xmm11, %xmm1
   pshufb    %xmm11, %xmm2
   pshufb    %xmm11, %xmm3
   pshufb    %xmm11, %xmm4
   pshufb    %xmm11, %xmm5
   pshufb    %xmm11, %xmm6
   pshufb    %xmm11, %xmm7
 
   movdqa    rk3(%rip), %xmm10    #xmm10 has rk3 and rk4
                   #imm value of pclmulqdq instruction
                   #will determine which constant to use
 
   #################################################################
   # we subtract 256 instead of 128 to save one instruction from the loop
   sub    $256, arg3
 
   # at this section of the code, there is 64*x+y (0<=y<64) bytes of
   # buffer. The _fold_64_B_loop will fold 64B at a time
   # until we have 64+y Bytes of buffer
 
 
   # fold 64B at a time. This section of the code folds 4 xmm
   # registers in parallel
_fold_64_B_loop:
 
   # update the buffer pointer
   add    $128, arg2        #    buf += 64#
 
   movdqu    16*0(arg2), %xmm9
   movdqu    16*1(arg2), %xmm12
   pshufb    %xmm11, %xmm9
   pshufb    %xmm11, %xmm12
   movdqa    %xmm0, %xmm8
   movdqa    %xmm1, %xmm13
   pclmulqdq    $0x0 , %xmm10, %xmm0
   pclmulqdq    $0x11, %xmm10, %xmm8
   pclmulqdq    $0x0 , %xmm10, %xmm1
   pclmulqdq    $0x11, %xmm10, %xmm13
   pxor    %xmm9 , %xmm0
   xorps    %xmm8 , %xmm0
   pxor    %xmm12, %xmm1
   xorps    %xmm13, %xmm1
 
   movdqu    16*2(arg2), %xmm9
   movdqu    16*3(arg2), %xmm12
   pshufb    %xmm11, %xmm9
   pshufb    %xmm11, %xmm12
   movdqa    %xmm2, %xmm8
   movdqa    %xmm3, %xmm13
   pclmulqdq    $0x0, %xmm10, %xmm2
   pclmulqdq    $0x11, %xmm10, %xmm8
   pclmulqdq    $0x0, %xmm10, %xmm3
   pclmulqdq    $0x11, %xmm10, %xmm13
   pxor    %xmm9 , %xmm2
   xorps    %xmm8 , %xmm2
   pxor    %xmm12, %xmm3
   xorps    %xmm13, %xmm3
 
   movdqu    16*4(arg2), %xmm9
   movdqu    16*5(arg2), %xmm12
   pshufb    %xmm11, %xmm9
   pshufb    %xmm11, %xmm12
   movdqa    %xmm4, %xmm8
   movdqa    %xmm5, %xmm13
   pclmulqdq    $0x0,  %xmm10, %xmm4
   pclmulqdq    $0x11, %xmm10, %xmm8
   pclmulqdq    $0x0,  %xmm10, %xmm5
   pclmulqdq    $0x11, %xmm10, %xmm13
   pxor    %xmm9 ,  %xmm4
   xorps    %xmm8 ,  %xmm4
   pxor    %xmm12,  %xmm5
   xorps    %xmm13,  %xmm5
 
   movdqu    16*6(arg2), %xmm9
   movdqu    16*7(arg2), %xmm12
   pshufb    %xmm11, %xmm9
   pshufb    %xmm11, %xmm12
   movdqa    %xmm6 , %xmm8
   movdqa    %xmm7 , %xmm13
   pclmulqdq    $0x0 , %xmm10, %xmm6
   pclmulqdq    $0x11, %xmm10, %xmm8
   pclmulqdq    $0x0 , %xmm10, %xmm7
   pclmulqdq    $0x11, %xmm10, %xmm13
   pxor    %xmm9 , %xmm6
   xorps    %xmm8 , %xmm6
   pxor    %xmm12, %xmm7
   xorps    %xmm13, %xmm7
 
   sub    $128, arg3
 
   # check if there is another 64B in the buffer to be able to fold
   jge    _fold_64_B_loop
   ##################################################################
 
 
   add    $128, arg2
   # at this point, the buffer pointer is pointing at the last y Bytes
   # of the buffer the 64B of folded data is in 4 of the xmm
   # registers: xmm0, xmm1, xmm2, xmm3
 
 
   # fold the 8 xmm registers to 1 xmm register with different constants
 
   movdqa    rk9(%rip), %xmm10
   movdqa    %xmm0, %xmm8
   pclmulqdq    $0x11, %xmm10, %xmm0
   pclmulqdq    $0x0 , %xmm10, %xmm8
   pxor    %xmm8, %xmm7
   xorps    %xmm0, %xmm7
 
   movdqa    rk11(%rip), %xmm10
   movdqa    %xmm1, %xmm8
   pclmulqdq     $0x11, %xmm10, %xmm1
   pclmulqdq     $0x0 , %xmm10, %xmm8
   pxor    %xmm8, %xmm7
   xorps    %xmm1, %xmm7
 
   movdqa    rk13(%rip), %xmm10
   movdqa    %xmm2, %xmm8
   pclmulqdq     $0x11, %xmm10, %xmm2
   pclmulqdq     $0x0 , %xmm10, %xmm8
   pxor    %xmm8, %xmm7
   pxor    %xmm2, %xmm7
 
   movdqa    rk15(%rip), %xmm10
   movdqa    %xmm3, %xmm8
   pclmulqdq    $0x11, %xmm10, %xmm3
   pclmulqdq    $0x0 , %xmm10, %xmm8
   pxor    %xmm8, %xmm7
   xorps    %xmm3, %xmm7
 
   movdqa    rk17(%rip), %xmm10
   movdqa    %xmm4, %xmm8
   pclmulqdq    $0x11, %xmm10, %xmm4
   pclmulqdq    $0x0 , %xmm10, %xmm8
   pxor    %xmm8, %xmm7
   pxor    %xmm4, %xmm7
 
   movdqa    rk19(%rip), %xmm10
   movdqa    %xmm5, %xmm8
   pclmulqdq    $0x11, %xmm10, %xmm5
   pclmulqdq    $0x0 , %xmm10, %xmm8
   pxor    %xmm8, %xmm7
   xorps    %xmm5, %xmm7
 
   movdqa    rk1(%rip), %xmm10    #xmm10 has rk1 and rk2
                   #imm value of pclmulqdq instruction
                   #will determine which constant to use
   movdqa    %xmm6, %xmm8
   pclmulqdq    $0x11, %xmm10, %xmm6
   pclmulqdq    $0x0 , %xmm10, %xmm8
   pxor    %xmm8, %xmm7
   pxor    %xmm6, %xmm7
 
 
   # instead of 64, we add 48 to the loop counter to save 1 instruction
   # from the loop instead of a cmp instruction, we use the negative
   # flag with the jl instruction
   add    $128-16, arg3
   jl    _final_reduction_for_128
 
   # now we have 16+y bytes left to reduce. 16 Bytes is in register xmm7
   # and the rest is in memory. We can fold 16 bytes at a time if y>=16
   # continue folding 16B at a time
 
_16B_reduction_loop:
   movdqa    %xmm7, %xmm8
   pclmulqdq    $0x11, %xmm10, %xmm7
   pclmulqdq    $0x0 , %xmm10, %xmm8
   pxor    %xmm8, %xmm7
   movdqu    (arg2), %xmm0
   pshufb    %xmm11, %xmm0
   pxor    %xmm0 , %xmm7
   add    $16, arg2
   sub    $16, arg3
   # instead of a cmp instruction, we utilize the flags with the
   # jge instruction equivalent of: cmp arg3, 16-16
   # check if there is any more 16B in the buffer to be able to fold
   jge    _16B_reduction_loop
 
   #now we have 16+z bytes left to reduce, where 0<= z < 16.
   #first, we reduce the data in the xmm7 register
 
 
_final_reduction_for_128:
   # check if any more data to fold. If not, compute the CRC of
   # the final 128 bits
   add    $16, arg3
   je    _128_done
 
   # here we are getting data that is less than 16 bytes.
   # since we know that there was data before the pointer, we can
   # offset the input pointer before the actual point, to receive
   # exactly 16 bytes. after that the registers need to be adjusted.
_get_last_two_xmms:
   movdqa    %xmm7, %xmm2
 
   movdqu    -16(arg2, arg3), %xmm1
   pshufb    %xmm11, %xmm1
 
   # get rid of the extra data that was loaded before
   # load the shift constant
   lea    pshufb_shf_table+16(%rip), %rax
   sub    arg3, %rax
   movdqu    (%rax), %xmm0
 
   # shift xmm2 to the left by arg3 bytes
   pshufb    %xmm0, %xmm2
 
   # shift xmm7 to the right by 16-arg3 bytes
   pxor    mask1(%rip), %xmm0
   pshufb    %xmm0, %xmm7
   pblendvb    %xmm2, %xmm1    #xmm0 is implicit
 
   # fold 16 Bytes
   movdqa    %xmm1, %xmm2
   movdqa    %xmm7, %xmm8
   pclmulqdq    $0x11, %xmm10, %xmm7
   pclmulqdq    $0x0 , %xmm10, %xmm8
   pxor    %xmm8, %xmm7
   pxor    %xmm2, %xmm7
 
_128_done:
   # compute crc of a 128-bit value
   movdqa    rk5(%rip), %xmm10    # rk5 and rk6 in xmm10
   movdqa    %xmm7, %xmm0
 
   #64b fold
   pclmulqdq    $0x1, %xmm10, %xmm7
   pslldq    $8   ,  %xmm0
   pxor    %xmm0,  %xmm7
 
   #32b fold
   movdqa    %xmm7, %xmm0
 
   pand    mask2(%rip), %xmm0
 
   psrldq    $12, %xmm7
   pclmulqdq    $0x10, %xmm10, %xmm7
   pxor    %xmm0, %xmm7
 
   #barrett reduction
_barrett:
   movdqa    rk7(%rip), %xmm10    # rk7 and rk8 in xmm10
   movdqa    %xmm7, %xmm0
   pclmulqdq    $0x01, %xmm10, %xmm7
   pslldq    $4, %xmm7
   pclmulqdq    $0x11, %xmm10, %xmm7
 
   pslldq    $4, %xmm7
   pxor    %xmm0, %xmm7
   pextrd    $1, %xmm7, %eax
 
_cleanup:
   # scale the result back to 16 bits
   shr    $16, %eax
   mov     %rcx, %rsp
   ret
 
########################################################################
 
.align 16
_less_than_128:
 
   # check if there is enough buffer to be able to fold 16B at a time
   cmp    $32, arg3
   jl    _less_than_32
   movdqa  SHUF_MASK(%rip), %xmm11
 
   # now if there is, load the constants
   movdqa    rk1(%rip), %xmm10    # rk1 and rk2 in xmm10
 
   movd    arg1_low32, %xmm0    # get the initial crc value
   pslldq    $12, %xmm0    # align it to its correct place
   movdqu    (arg2), %xmm7    # load the plaintext
   pshufb    %xmm11, %xmm7    # byte-reflect the plaintext
   pxor    %xmm0, %xmm7
 
 
   # update the buffer pointer
   add    $16, arg2
 
   # update the counter. subtract 32 instead of 16 to save one
   # instruction from the loop
   sub    $32, arg3
 
   jmp    _16B_reduction_loop
 
 
.align 16
_less_than_32:
   # mov initial crc to the return value. this is necessary for
   # zero-length buffers.
   mov    arg1_low32, %eax
   test    arg3, arg3
   je    _cleanup
 
   movdqa  SHUF_MASK(%rip), %xmm11
 
   movd    arg1_low32, %xmm0    # get the initial crc value
   pslldq    $12, %xmm0    # align it to its correct place
 
   cmp    $16, arg3
   je    _exact_16_left
   jl    _less_than_16_left
 
   movdqu    (arg2), %xmm7    # load the plaintext
   pshufb    %xmm11, %xmm7    # byte-reflect the plaintext
   pxor    %xmm0 , %xmm7    # xor the initial crc value
   add    $16, arg2
   sub    $16, arg3
   movdqa    rk1(%rip), %xmm10    # rk1 and rk2 in xmm10
   jmp    _get_last_two_xmms
 
 
.align 16
_less_than_16_left:
   # use stack space to load data less than 16 bytes, zero-out
   # the 16B in memory first.
 
   pxor    %xmm1, %xmm1
   mov    %rsp, %r11
   movdqa    %xmm1, (%r11)
 
   cmp    $4, arg3
   jl    _only_less_than_4
 
   # backup the counter value
   mov    arg3, %r9
   cmp    $8, arg3
   jl    _less_than_8_left
 
   # load 8 Bytes
   mov    (arg2), %rax
   mov    %rax, (%r11)
   add    $8, %r11
   sub    $8, arg3
   add    $8, arg2
_less_than_8_left:
 
   cmp    $4, arg3
   jl    _less_than_4_left
 
   # load 4 Bytes
   mov    (arg2), %eax
   mov    %eax, (%r11)
   add    $4, %r11
   sub    $4, arg3
   add    $4, arg2
_less_than_4_left:
 
   cmp    $2, arg3
   jl    _less_than_2_left
 
   # load 2 Bytes
   mov    (arg2), %ax
   mov    %ax, (%r11)
   add    $2, %r11
   sub    $2, arg3
   add    $2, arg2
_less_than_2_left:
   cmp     $1, arg3
        jl      _zero_left
 
   # load 1 Byte
   mov    (arg2), %al
   mov    %al, (%r11)
_zero_left:
   movdqa    (%rsp), %xmm7
   pshufb    %xmm11, %xmm7
   pxor    %xmm0 , %xmm7    # xor the initial crc value
 
   # shl r9, 4
   lea    pshufb_shf_table+16(%rip), %rax
   sub    %r9, %rax
   movdqu    (%rax), %xmm0
   pxor    mask1(%rip), %xmm0
 
   pshufb    %xmm0, %xmm7
   jmp    _128_done
 
.align 16
_exact_16_left:
   movdqu    (arg2), %xmm7
   pshufb    %xmm11, %xmm7
   pxor    %xmm0 , %xmm7   # xor the initial crc value
 
   jmp    _128_done
 
_only_less_than_4:
   cmp    $3, arg3
   jl    _only_less_than_3
 
   # load 3 Bytes
   mov    (arg2), %al
   mov    %al, (%r11)
 
   mov    1(arg2), %al
   mov    %al, 1(%r11)
 
   mov    2(arg2), %al
   mov    %al, 2(%r11)
 
   movdqa     (%rsp), %xmm7
   pshufb     %xmm11, %xmm7
   pxor     %xmm0 , %xmm7  # xor the initial crc value
 
   psrldq    $5, %xmm7
 
   jmp    _barrett
_only_less_than_3:
   cmp    $2, arg3
   jl    _only_less_than_2
 
   # load 2 Bytes
   mov    (arg2), %al
   mov    %al, (%r11)
 
   mov    1(arg2), %al
   mov    %al, 1(%r11)
 
   movdqa    (%rsp), %xmm7
   pshufb    %xmm11, %xmm7
   pxor    %xmm0 , %xmm7   # xor the initial crc value
 
   psrldq    $6, %xmm7
 
   jmp    _barrett
_only_less_than_2:
 
   # load 1 Byte
   mov    (arg2), %al
   mov    %al, (%r11)
 
   movdqa    (%rsp), %xmm7
   pshufb    %xmm11, %xmm7
   pxor    %xmm0 , %xmm7   # xor the initial crc value
 
   psrldq    $7, %xmm7
 
   jmp    _barrett
 
ENDPROC(crc_t10dif_pcl)
 
.section    .rodata, "a", @progbits
.align 16
# precomputed constants
# these constants are precomputed from the poly:
# 0x8bb70000 (0x8bb7 scaled to 32 bits)
# Q = 0x18BB70000
# rk1 = 2^(32*3) mod Q << 32
# rk2 = 2^(32*5) mod Q << 32
# rk3 = 2^(32*15) mod Q << 32
# rk4 = 2^(32*17) mod Q << 32
# rk5 = 2^(32*3) mod Q << 32
# rk6 = 2^(32*2) mod Q << 32
# rk7 = floor(2^64/Q)
# rk8 = Q
rk1:
.quad 0x2d56000000000000
rk2:
.quad 0x06df000000000000
rk3:
.quad 0x9d9d000000000000
rk4:
.quad 0x7cf5000000000000
rk5:
.quad 0x2d56000000000000
rk6:
.quad 0x1368000000000000
rk7:
.quad 0x00000001f65a57f8
rk8:
.quad 0x000000018bb70000
 
rk9:
.quad 0xceae000000000000
rk10:
.quad 0xbfd6000000000000
rk11:
.quad 0x1e16000000000000
rk12:
.quad 0x713c000000000000
rk13:
.quad 0xf7f9000000000000
rk14:
.quad 0x80a6000000000000
rk15:
.quad 0x044c000000000000
rk16:
.quad 0xe658000000000000
rk17:
.quad 0xad18000000000000
rk18:
.quad 0xa497000000000000
rk19:
.quad 0x6ee3000000000000
rk20:
.quad 0xe7b5000000000000
 
 
 
.section    .rodata.cst16.mask1, "aM", @progbits, 16
.align 16
mask1:
.octa 0x80808080808080808080808080808080
 
.section    .rodata.cst16.mask2, "aM", @progbits, 16
.align 16
mask2:
.octa 0x00000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF
 
.section    .rodata.cst16.SHUF_MASK, "aM", @progbits, 16
.align 16
SHUF_MASK:
.octa 0x000102030405060708090A0B0C0D0E0F
 
.section    .rodata.cst32.pshufb_shf_table, "aM", @progbits, 32
.align 32
pshufb_shf_table:
# use these values for shift constants for the pshufb instruction
# different alignments result in values as shown:
#    DDQ 0x008f8e8d8c8b8a898887868584838281 # shl 15 (16-1) / shr1
#    DDQ 0x01008f8e8d8c8b8a8988878685848382 # shl 14 (16-3) / shr2
#    DDQ 0x0201008f8e8d8c8b8a89888786858483 # shl 13 (16-4) / shr3
#    DDQ 0x030201008f8e8d8c8b8a898887868584 # shl 12 (16-4) / shr4
#    DDQ 0x04030201008f8e8d8c8b8a8988878685 # shl 11 (16-5) / shr5
#    DDQ 0x0504030201008f8e8d8c8b8a89888786 # shl 10 (16-6) / shr6
#    DDQ 0x060504030201008f8e8d8c8b8a898887 # shl 9  (16-7) / shr7
#    DDQ 0x07060504030201008f8e8d8c8b8a8988 # shl 8  (16-8) / shr8
#    DDQ 0x0807060504030201008f8e8d8c8b8a89 # shl 7  (16-9) / shr9
#    DDQ 0x090807060504030201008f8e8d8c8b8a # shl 6  (16-10) / shr10
#    DDQ 0x0a090807060504030201008f8e8d8c8b # shl 5  (16-11) / shr11
#    DDQ 0x0b0a090807060504030201008f8e8d8c # shl 4  (16-12) / shr12
#    DDQ 0x0c0b0a090807060504030201008f8e8d # shl 3  (16-13) / shr13
#    DDQ 0x0d0c0b0a090807060504030201008f8e # shl 2  (16-14) / shr14
#    DDQ 0x0e0d0c0b0a090807060504030201008f # shl 1  (16-15) / shr15
.octa 0x8f8e8d8c8b8a89888786858483828100
.octa 0x000e0d0c0b0a09080706050403020100