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#! /usr/bin/env perl
# Copyright 2014-2020 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
#
# Licensed under the OpenSSL license (the "License").  You may not use
# this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
# in the file LICENSE in the source distribution or at
# https://www.openssl.org/source/license.html
 
 
# ====================================================================
# Written by Andy Polyakov <appro@openssl.org> for the OpenSSL
# project. The module is, however, dual licensed under OpenSSL and
# CRYPTOGAMS licenses depending on where you obtain it. For further
# details see http://www.openssl.org/~appro/cryptogams/.
# ====================================================================
 
# SHA256/512 for PowerISA v2.07.
#
# Accurate performance measurements are problematic, because it's
# always virtualized setup with possibly throttled processor.
# Relative comparison is therefore more informative. This module is
# ~60% faster than integer-only sha512-ppc.pl. To anchor to something
# else, SHA256 is 24% slower than sha1-ppc.pl and 2.5x slower than
# hardware-assisted aes-128-cbc encrypt. SHA512 is 20% faster than
# sha1-ppc.pl and 1.6x slower than aes-128-cbc. Another interesting
# result is degree of computational resources' utilization. POWER8 is
# "massively multi-threaded chip" and difference between single- and
# maximum multi-process benchmark results tells that utilization is
# whooping 94%. For sha512-ppc.pl we get [not unimpressive] 84% and
# for sha1-ppc.pl - 73%. 100% means that multi-process result equals
# to single-process one, given that all threads end up on the same
# physical core.
#
######################################################################
# Believed-to-be-accurate results in cycles per processed byte [on
# little-endian system]. Numbers in square brackets are for 64-bit
# build of sha512-ppc.pl, presented for reference.
#
#        POWER8        POWER9
# SHA256    9.7 [15.8]    11.2 [12.5]
# SHA512    6.1 [10.3]    7.0 [7.9]
 
$flavour=shift;
$output =shift;
 
if ($flavour =~ /64/) {
   $SIZE_T=8;
   $LRSAVE=2*$SIZE_T;
   $STU="stdu";
   $POP="ld";
   $PUSH="std";
} elsif ($flavour =~ /32/) {
   $SIZE_T=4;
   $LRSAVE=$SIZE_T;
   $STU="stwu";
   $POP="lwz";
   $PUSH="stw";
} else { die "nonsense $flavour"; }
 
$LENDIAN=($flavour=~/le/);
 
$0 =~ m/(.*[\/\\])[^\/\\]+$/; $dir=$1;
( $xlate="${dir}ppc-xlate.pl" and -f $xlate ) or
( $xlate="${dir}../../perlasm/ppc-xlate.pl" and -f $xlate) or
die "can't locate ppc-xlate.pl";
 
open STDOUT,"| $^X $xlate $flavour $output" || die "can't call $xlate: $!";
 
if ($output =~ /512/) {
   $bits=512;
   $SZ=8;
   $sz="d";
   $rounds=80;
} else {
   $bits=256;
   $SZ=4;
   $sz="w";
   $rounds=64;
}
 
$func="sha${bits}_block_p8";
$LOCALS=8*$SIZE_T+8*16;
$FRAME=$LOCALS+9*16+6*$SIZE_T;
 
$sp ="r1";
$toc="r2";
$ctx="r3";
$inp="r4";
$num="r5";
$Tbl="r6";
$idx="r7";
$lrsave="r8";
$offload="r11";
$vrsave="r12";
@I = ($x00,$x10,$x20,$x30,$x40,$x50,$x60,$x70) = (0,map("r$_",(10,26..31)));
 
@V=($A,$B,$C,$D,$E,$F,$G,$H)=map("v$_",(0..7));
@X=map("v$_",(8..19,24..27));
($Ki,$Func,$Sigma,$lemask)=map("v$_",(28..31));
 
sub ROUND {
my ($i,$a,$b,$c,$d,$e,$f,$g,$h)=@_;
my $j=($i+1)%16;
my $k=($i+2)%8;
 
$code.=<<___        if ($i<15 && ($i%(16/$SZ))==(16/$SZ-1));
   lvx_u        @X[$i+1],0,$inp        ; load X[i] in advance
   addi        $inp,$inp,16
___
$code.=<<___        if ($i<16 && ($i%(16/$SZ)));
   vsldoi        @X[$i],@X[$i-1],@X[$i-1],$SZ
___
$code.=<<___        if ($LENDIAN && $i<16 && ($i%(16/$SZ))==0);
   vperm        @X[$i],@X[$i],@X[$i],$lemask
___
$code.=<<___        if ($i>=15);
   vshasigma${sz}    $Sigma,@X[($j+1)%16],0,0
   vaddu${sz}m    @X[$j],@X[$j],$Sigma
   vshasigma${sz}    $Sigma,@X[($j+14)%16],0,15
   vaddu${sz}m    @X[$j],@X[$j],$Sigma
   vaddu${sz}m    @X[$j],@X[$j],@X[($j+9)%16]
___
$code.=<<___;
   vaddu${sz}m    $h,$h,@X[$i%16]        ; h+=X[i]
   vsel        $Func,$g,$f,$e        ; Ch(e,f,g)
   vaddu${sz}m    $g,$g,$Ki        ; future h+=K[i]
   vaddu${sz}m    $h,$h,$Func        ; h+=Ch(e,f,g)
   vshasigma${sz}    $Sigma,$e,1,15        ; Sigma1(e)
   vaddu${sz}m    $h,$h,$Sigma        ; h+=Sigma1(e)
   vxor        $Func,$a,$b
   vsel        $Func,$b,$c,$Func    ; Maj(a,b,c)
   vaddu${sz}m    $d,$d,$h        ; d+=h
   vshasigma${sz}    $Sigma,$a,1,0        ; Sigma0(a)
   vaddu${sz}m    $Sigma,$Sigma,$Func    ; Sigma0(a)+Maj(a,b,c)
   vaddu${sz}m    $h,$h,$Sigma        ; h+=Sigma0(a)+Maj(a,b,c)
   lvx        $Ki,@I[$k],$idx        ; load next K[i]
___
$code.=<<___        if ($k == 7);
   addi        $idx,$idx,0x80
___
}
 
$code=<<___;
.machine    "any"
.text
 
.globl    $func
.align    6
$func:
   $STU        $sp,-$FRAME($sp)
   mflr        $lrsave
   li        r10,`$LOCALS+15`
   li        r11,`$LOCALS+31`
   stvx        v24,r10,$sp        # ABI says so
   addi        r10,r10,32
   mfspr        $vrsave,256
   stvx        v25,r11,$sp
   addi        r11,r11,32
   stvx        v26,r10,$sp
   addi        r10,r10,32
   stvx        v27,r11,$sp
   addi        r11,r11,32
   stvx        v28,r10,$sp
   addi        r10,r10,32
   stvx        v29,r11,$sp
   addi        r11,r11,32
   stvx        v30,r10,$sp
   stvx        v31,r11,$sp
   li        r11,-4096+255        # 0xfffff0ff
   stw        $vrsave,`$FRAME-6*$SIZE_T-4`($sp)    # save vrsave
   li        $x10,0x10
   $PUSH        r26,`$FRAME-6*$SIZE_T`($sp)
   li        $x20,0x20
   $PUSH        r27,`$FRAME-5*$SIZE_T`($sp)
   li        $x30,0x30
   $PUSH        r28,`$FRAME-4*$SIZE_T`($sp)
   li        $x40,0x40
   $PUSH        r29,`$FRAME-3*$SIZE_T`($sp)
   li        $x50,0x50
   $PUSH        r30,`$FRAME-2*$SIZE_T`($sp)
   li        $x60,0x60
   $PUSH        r31,`$FRAME-1*$SIZE_T`($sp)
   li        $x70,0x70
   $PUSH        $lrsave,`$FRAME+$LRSAVE`($sp)
   mtspr        256,r11
 
   bl        LPICmeup
   addi        $offload,$sp,`8*$SIZE_T+15`
___
$code.=<<___        if ($LENDIAN);
   li        $idx,8
   lvsl        $lemask,0,$idx
   vspltisb    $Ki,0x0f
   vxor        $lemask,$lemask,$Ki
___
$code.=<<___        if ($SZ==4);
   lvx_4w        $A,$x00,$ctx
   lvx_4w        $E,$x10,$ctx
   vsldoi        $B,$A,$A,4        # unpack
   vsldoi        $C,$A,$A,8
   vsldoi        $D,$A,$A,12
   vsldoi        $F,$E,$E,4
   vsldoi        $G,$E,$E,8
   vsldoi        $H,$E,$E,12
___
$code.=<<___        if ($SZ==8);
   lvx_u        $A,$x00,$ctx
   lvx_u        $C,$x10,$ctx
   lvx_u        $E,$x20,$ctx
   vsldoi        $B,$A,$A,8        # unpack
   lvx_u        $G,$x30,$ctx
   vsldoi        $D,$C,$C,8
   vsldoi        $F,$E,$E,8
   vsldoi        $H,$G,$G,8
___
$code.=<<___;
   li        r0,`($rounds-16)/16`    # inner loop counter
   b        Loop
.align    5
Loop:
   lvx        $Ki,$x00,$Tbl
   lvx_u        @X[0],0,$inp
   addi        $inp,$inp,16
   mr        $idx,$Tbl        # copy $Tbl
   stvx        $A,$x00,$offload    # offload $A-$H
   stvx        $B,$x10,$offload
   stvx        $C,$x20,$offload
   stvx        $D,$x30,$offload
   stvx        $E,$x40,$offload
   stvx        $F,$x50,$offload
   stvx        $G,$x60,$offload
   stvx        $H,$x70,$offload
   vaddu${sz}m    $H,$H,$Ki        # h+K[i]
   lvx        $Ki,$x10,$Tbl
___
for ($i=0;$i<16;$i++)    { &ROUND($i,@V); unshift(@V,pop(@V)); }
$code.=<<___;
   mtctr        r0
   b        L16_xx
.align    5
L16_xx:
___
for (;$i<32;$i++)    { &ROUND($i,@V); unshift(@V,pop(@V)); }
$code.=<<___;
   bdnz        L16_xx
 
   lvx        @X[2],$x00,$offload
   subic.        $num,$num,1
   lvx        @X[3],$x10,$offload
   vaddu${sz}m    $A,$A,@X[2]
   lvx        @X[4],$x20,$offload
   vaddu${sz}m    $B,$B,@X[3]
   lvx        @X[5],$x30,$offload
   vaddu${sz}m    $C,$C,@X[4]
   lvx        @X[6],$x40,$offload
   vaddu${sz}m    $D,$D,@X[5]
   lvx        @X[7],$x50,$offload
   vaddu${sz}m    $E,$E,@X[6]
   lvx        @X[8],$x60,$offload
   vaddu${sz}m    $F,$F,@X[7]
   lvx        @X[9],$x70,$offload
   vaddu${sz}m    $G,$G,@X[8]
   vaddu${sz}m    $H,$H,@X[9]
   bne        Loop
___
$code.=<<___        if ($SZ==4);
   lvx        @X[0],$x20,$idx
   vperm        $A,$A,$B,$Ki        # pack the answer
   lvx        @X[1],$x30,$idx
   vperm        $E,$E,$F,$Ki
   vperm        $A,$A,$C,@X[0]
   vperm        $E,$E,$G,@X[0]
   vperm        $A,$A,$D,@X[1]
   vperm        $E,$E,$H,@X[1]
   stvx_4w        $A,$x00,$ctx
   stvx_4w        $E,$x10,$ctx
___
$code.=<<___        if ($SZ==8);
   vperm        $A,$A,$B,$Ki        # pack the answer
   vperm        $C,$C,$D,$Ki
   vperm        $E,$E,$F,$Ki
   vperm        $G,$G,$H,$Ki
   stvx_u        $A,$x00,$ctx
   stvx_u        $C,$x10,$ctx
   stvx_u        $E,$x20,$ctx
   stvx_u        $G,$x30,$ctx
___
$code.=<<___;
   addi        $offload,$sp,`$LOCALS+15`
   mtlr        $lrsave
   mtspr        256,$vrsave
   lvx        v24,$x00,$offload    # ABI says so
   lvx        v25,$x10,$offload
   lvx        v26,$x20,$offload
   lvx        v27,$x30,$offload
   lvx        v28,$x40,$offload
   lvx        v29,$x50,$offload
   lvx        v30,$x60,$offload
   lvx        v31,$x70,$offload
   $POP        r26,`$FRAME-6*$SIZE_T`($sp)
   $POP        r27,`$FRAME-5*$SIZE_T`($sp)
   $POP        r28,`$FRAME-4*$SIZE_T`($sp)
   $POP        r29,`$FRAME-3*$SIZE_T`($sp)
   $POP        r30,`$FRAME-2*$SIZE_T`($sp)
   $POP        r31,`$FRAME-1*$SIZE_T`($sp)
   addi        $sp,$sp,$FRAME
   blr
   .long        0
   .byte        0,12,4,1,0x80,6,3,0
   .long        0
.size    $func,.-$func
___
 
# Ugly hack here, because PPC assembler syntax seem to vary too
# much from platforms to platform...
$code.=<<___;
.align    6
LPICmeup:
   mflr    r0
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