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// Accelerated CRC-T10DIF using ARM NEON and Crypto Extensions instructions
//
// Copyright (C) 2016 Linaro Ltd <ard.biesheuvel@linaro.org>
//
// This program is free software; you can redistribute it and/or modify
// it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
// published by the Free Software Foundation.
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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
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// 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>
#include <asm/assembler.h>
 
#ifdef CONFIG_CPU_ENDIAN_BE8
#define CPU_LE(code...)
#else
#define CPU_LE(code...)        code
#endif
 
   .text
   .fpu        crypto-neon-fp-armv8
 
   arg1_low32    .req    r0
   arg2        .req    r1
   arg3        .req    r2
 
   qzr        .req    q13
 
   q0l        .req    d0
   q0h        .req    d1
   q1l        .req    d2
   q1h        .req    d3
   q2l        .req    d4
   q2h        .req    d5
   q3l        .req    d6
   q3h        .req    d7
   q4l        .req    d8
   q4h        .req    d9
   q5l        .req    d10
   q5h        .req    d11
   q6l        .req    d12
   q6h        .req    d13
   q7l        .req    d14
   q7h        .req    d15
 
ENTRY(crc_t10dif_pmull)
   vmov.i8        qzr, #0            // init zero register
 
   // adjust the 16-bit initial_crc value, scale it to 32 bits
   lsl        arg1_low32, arg1_low32, #16
 
   // check if smaller than 256
   cmp        arg3, #256
 
   // for sizes less than 128, we can't fold 64B at a time...
   blt        _less_than_128
 
   // load the initial crc value
   // 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.
   vmov        s0, arg1_low32        // initial crc
   vext.8        q10, qzr, q0, #4
 
   // receive the initial 64B data, xor the initial crc value
   vld1.64        {q0-q1}, [arg2]!
   vld1.64        {q2-q3}, [arg2]!
   vld1.64        {q4-q5}, [arg2]!
   vld1.64        {q6-q7}, [arg2]!
CPU_LE(    vrev64.8    q0, q0            )
CPU_LE(    vrev64.8    q1, q1            )
CPU_LE(    vrev64.8    q2, q2            )
CPU_LE(    vrev64.8    q3, q3            )
CPU_LE(    vrev64.8    q4, q4            )
CPU_LE(    vrev64.8    q5, q5            )
CPU_LE(    vrev64.8    q6, q6            )
CPU_LE(    vrev64.8    q7, q7            )
 
   vswp        d0, d1
   vswp        d2, d3
   vswp        d4, d5
   vswp        d6, d7
   vswp        d8, d9
   vswp        d10, d11
   vswp        d12, d13
   vswp        d14, d15
 
   // XOR the initial_crc value
   veor.8        q0, q0, q10
 
   adr        ip, rk3
   vld1.64        {q10}, [ip, :128]    // xmm10 has rk3 and rk4
 
   //
   // we subtract 256 instead of 128 to save one instruction from the loop
   //
   sub        arg3, arg3, #256
 
   // 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 vector
   // registers in parallel
_fold_64_B_loop:
 
   .macro        fold64, reg1, reg2
   vld1.64        {q11-q12}, [arg2]!
 
   vmull.p64    q8, \reg1\()h, d21
   vmull.p64    \reg1, \reg1\()l, d20
   vmull.p64    q9, \reg2\()h, d21
   vmull.p64    \reg2, \reg2\()l, d20
 
CPU_LE(    vrev64.8    q11, q11        )
CPU_LE(    vrev64.8    q12, q12        )
   vswp        d22, d23
   vswp        d24, d25
 
   veor.8        \reg1, \reg1, q8
   veor.8        \reg2, \reg2, q9
   veor.8        \reg1, \reg1, q11
   veor.8        \reg2, \reg2, q12
   .endm
 
   fold64        q0, q1
   fold64        q2, q3
   fold64        q4, q5
   fold64        q6, q7
 
   subs        arg3, arg3, #128
 
   // check if there is another 64B in the buffer to be able to fold
   bge        _fold_64_B_loop
 
   // 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 vector
   // registers: v0, v1, v2, v3
 
   // fold the 8 vector registers to 1 vector register with different
   // constants
 
   adr        ip, rk9
   vld1.64        {q10}, [ip, :128]!
 
   .macro        fold16, reg, rk
   vmull.p64    q8, \reg\()l, d20
   vmull.p64    \reg, \reg\()h, d21
   .ifnb        \rk
   vld1.64        {q10}, [ip, :128]!
   .endif
   veor.8        q7, q7, q8
   veor.8        q7, q7, \reg
   .endm
 
   fold16        q0, rk11
   fold16        q1, rk13
   fold16        q2, rk15
   fold16        q3, rk17
   fold16        q4, rk19
   fold16        q5, rk1
   fold16        q6
 
   // 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
   adds        arg3, arg3, #(128-16)
   blt        _final_reduction_for_128
 
   // now we have 16+y bytes left to reduce. 16 Bytes is in register v7
   // 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:
   vmull.p64    q8, d14, d20
   vmull.p64    q7, d15, d21
   veor.8        q7, q7, q8
 
   vld1.64        {q0}, [arg2]!
CPU_LE(    vrev64.8    q0, q0        )
   vswp        d0, d1
   veor.8        q7, q7, q0
   subs        arg3, arg3, #16
 
   // 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
   bge        _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
   adds        arg3, arg3, #16
   beq        _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_regs:
   add        arg2, arg2, arg3
   sub        arg2, arg2, #16
   vld1.64        {q1}, [arg2]
CPU_LE(    vrev64.8    q1, q1            )
   vswp        d2, d3
 
   // get rid of the extra data that was loaded before
   // load the shift constant
   adr        ip, tbl_shf_table + 16
   sub        ip, ip, arg3
   vld1.8        {q0}, [ip]
 
   // shift v2 to the left by arg3 bytes
   vtbl.8        d4, {d14-d15}, d0
   vtbl.8        d5, {d14-d15}, d1
 
   // shift v7 to the right by 16-arg3 bytes
   vmov.i8        q9, #0x80
   veor.8        q0, q0, q9
   vtbl.8        d18, {d14-d15}, d0
   vtbl.8        d19, {d14-d15}, d1
 
   // blend
   vshr.s8        q0, q0, #7        // convert to 8-bit mask
   vbsl.8        q0, q2, q1
 
   // fold 16 Bytes
   vmull.p64    q8, d18, d20
   vmull.p64    q7, d19, d21
   veor.8        q7, q7, q8
   veor.8        q7, q7, q0
 
_128_done:
   // compute crc of a 128-bit value
   vldr        d20, rk5
   vldr        d21, rk6        // rk5 and rk6 in xmm10
 
   // 64b fold
   vext.8        q0, qzr, q7, #8
   vmull.p64    q7, d15, d20
   veor.8        q7, q7, q0
 
   // 32b fold
   vext.8        q0, q7, qzr, #12
   vmov        s31, s3
   vmull.p64    q0, d0, d21
   veor.8        q7, q0, q7
 
   // barrett reduction
_barrett:
   vldr        d20, rk7
   vldr        d21, rk8
 
   vmull.p64    q0, d15, d20
   vext.8        q0, qzr, q0, #12
   vmull.p64    q0, d1, d21
   vext.8        q0, qzr, q0, #12
   veor.8        q7, q7, q0
   vmov        r0, s29
 
_cleanup:
   // scale the result back to 16 bits
   lsr        r0, r0, #16
   bx        lr
 
_less_than_128:
   teq        arg3, #0
   beq        _cleanup
 
   vmov.i8        q0, #0
   vmov        s3, arg1_low32        // get the initial crc value
 
   vld1.64        {q7}, [arg2]!
CPU_LE(    vrev64.8    q7, q7        )
   vswp        d14, d15
   veor.8        q7, q7, q0
 
   cmp        arg3, #16
   beq        _128_done        // exactly 16 left
   blt        _less_than_16_left
 
   // now if there is, load the constants
   vldr        d20, rk1
   vldr        d21, rk2        // rk1 and rk2 in xmm10
 
   // check if there is enough buffer to be able to fold 16B at a time
   subs        arg3, arg3, #32
   addlt        arg3, arg3, #16
   blt        _get_last_two_regs
   b        _16B_reduction_loop
 
_less_than_16_left:
   // shl r9, 4
   adr        ip, tbl_shf_table + 16
   sub        ip, ip, arg3
   vld1.8        {q0}, [ip]
   vmov.i8        q9, #0x80
   veor.8        q0, q0, q9
   vtbl.8        d18, {d14-d15}, d0
   vtbl.8        d15, {d14-d15}, d1
   vmov        d14, d18
   b        _128_done
ENDPROC(crc_t10dif_pmull)
 
// precomputed constants
// these constants are precomputed from the poly:
// 0x8bb70000 (0x8bb7 scaled to 32 bits)
   .align        4
// 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
 
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
rk1:    .quad        0x2d56000000000000
rk2:    .quad        0x06df000000000000
 
tbl_shf_table:
// use these values for shift constants for the tbl/tbx 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
 
   .byte         0x0, 0x81, 0x82, 0x83, 0x84, 0x85, 0x86, 0x87
   .byte        0x88, 0x89, 0x8a, 0x8b, 0x8c, 0x8d, 0x8e, 0x8f
   .byte         0x0,  0x1,  0x2,  0x3,  0x4,  0x5,  0x6,  0x7
   .byte         0x8,  0x9,  0xa,  0xb,  0xc,  0xd,  0xe , 0x0