Quelle  mul_basecase.asm

dnl  AMD K6 mpn_mul_basecase -- multiply two mpn numbers.

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include(`../config.m4')


C K6: approx 9.0 cycles per cross product on 30x30 limbs (with 16 limbs/loop
C     unrolling).



dnl  K6: UNROLL_COUNT cycles/product (approx)
dnl           8           9.75
dnl          16           9.3
dnl          32           9.3
dnl  Maximum possible with the current code is 32.
dnl
dnl  With 16 the inner unrolled loop fits exactly in a 256 byte block, which
dnl  might explain it's good performance.

deflit(UNROLL_COUNT, 16)


C void mpn_mul_basecase (mp_ptr wp,
C                        mp_srcptr xp, mp_size_t xsize,
C                        mp_srcptr yp, mp_size_t ysize);
C
C Calculate xp,xsize multiplied by yp,ysize, storing the result in
C wp,xsize+ysize.
C
C This routine is essentially the same as mpn/generic/mul_basecase.c, but
C it's faster because it does most of the mpn_addmul_1() entry code only
C once.  The saving is about 10-20% on typical sizes coming from the
C Karatsuba multiply code.
C
C Enhancements:
C
C The mul_1 loop is about 8.5 c/l, which is slower than mpn_mul_1 at 6.25
C c/l.  Could call mpn_mul_1 when ysize is big enough to make it worthwhile.
C
C The main unrolled addmul loop could be shared by mpn_addmul_1, using some
C extra stack setups and maybe 2 or 3 wasted cycles at the end.  Code saving
C would be 256 bytes.

ifdef(`PIC',`
deflit(UNROLL_THRESHOLD, 8)
',`
deflit(UNROLL_THRESHOLD, 8)
')

defframe(PARAM_YSIZE,20)
defframe(PARAM_YP,   16)
defframe(PARAM_XSIZE,12)
defframe(PARAM_XP,   8)
defframe(PARAM_WP,   4)

 TEXT
 ALIGN(32)
PROLOGUE(mpn_mul_basecase)
deflit(`FRAME',0)

 movl PARAM_XSIZE, %ecx
 movl PARAM_YP, %eax

 movl PARAM_XP, %edx
 movl (%eax), %eax C yp low limb

 cmpl $2, %ecx
 ja L(xsize_more_than_two_limbs)
 je L(two_by_something)


 C one limb by one limb

 movl (%edx), %edx C xp low limb
 movl PARAM_WP, %ecx

 mull %edx

 movl %eax, (%ecx)
 movl %edx, 4(%ecx)
 ret


C -----------------------------------------------------------------------------
L(two_by_something):
 decl PARAM_YSIZE
 pushl %ebx
deflit(`FRAME',4)

 movl PARAM_WP, %ebx
 pushl %esi
deflit(`FRAME',8)

 movl %eax, %ecx C yp low limb
 movl (%edx), %eax C xp low limb

 movl %edx, %esi C xp
 jnz L(two_by_two)


 C two limbs by one limb

 mull %ecx

 movl %eax, (%ebx)
 movl 4(%esi), %eax

 movl %edx, %esi C carry

 mull %ecx

 addl %eax, %esi
 movl %esi, 4(%ebx)

 adcl $0, %edx

 movl %edx, 8(%ebx)
 popl %esi

 popl %ebx
 ret



C -----------------------------------------------------------------------------
 ALIGN(16)
L(two_by_two):
 C eax xp low limb
 C ebx wp
 C ecx yp low limb
 C edx
 C esi xp
 C edi
 C ebp
deflit(`FRAME',8)

 mull %ecx  C xp[0] * yp[0]

 push %edi
deflit(`FRAME',12)
 movl %eax, (%ebx)

 movl 4(%esi), %eax
 movl %edx, %edi C carry, for wp[1]

 mull %ecx  C xp[1] * yp[0]

 addl %eax, %edi
 movl PARAM_YP, %ecx

 adcl $0, %edx

 movl %edi, 4(%ebx)
 movl 4(%ecx), %ecx C yp[1]

 movl 4(%esi), %eax C xp[1]
 movl %edx, %edi C carry, for wp[2]

 mull %ecx  C xp[1] * yp[1]

 addl %eax, %edi

 adcl $0, %edx

 movl (%esi), %eax C xp[0]
 movl %edx, %esi C carry, for wp[3]

 mull %ecx  C xp[0] * yp[1]

 addl %eax, 4(%ebx)
 adcl %edx, %edi
 adcl $0, %esi

 movl %edi, 8(%ebx)
 popl %edi

 movl %esi, 12(%ebx)
 popl %esi

 popl %ebx
 ret


C -----------------------------------------------------------------------------
 ALIGN(16)
L(xsize_more_than_two_limbs):

C The first limb of yp is processed with a simple mpn_mul_1 style loop
C inline.  Unrolling this doesn't seem worthwhile since it's only run once
C (whereas the addmul below is run ysize-1 many times).  A call to the
C actual mpn_mul_1 will be slowed down by the call and parameter pushing and
C popping, and doesn't seem likely to be worthwhile on the typical 10-20
C limb operations the Karatsuba code calls here with.

 C eax yp[0]
 C ebx
 C ecx xsize
 C edx xp
 C esi
 C edi
 C ebp
deflit(`FRAME',0)

 pushl %edi  defframe_pushl(SAVE_EDI)
 pushl %ebp  defframe_pushl(SAVE_EBP)

 movl PARAM_WP, %edi
 pushl %esi  defframe_pushl(SAVE_ESI)

 movl %eax, %ebp
 pushl %ebx  defframe_pushl(SAVE_EBX)

 leal (%edx,%ecx,4), %ebx C xp end
 xorl %esi, %esi

 leal (%edi,%ecx,4), %edi C wp end of mul1
 negl %ecx


L(mul1):
 C eax scratch
 C ebx xp end
 C ecx counter, negative
 C edx scratch
 C esi carry
 C edi wp end of mul1
 C ebp multiplier

 movl (%ebx,%ecx,4), %eax

 mull %ebp

 addl %esi, %eax
 movl $0, %esi

 adcl %edx, %esi

 movl %eax, (%edi,%ecx,4)
 incl %ecx

 jnz L(mul1)


 movl PARAM_YSIZE, %edx
 movl %esi, (%edi)  C final carry

 movl PARAM_XSIZE, %ecx
 decl %edx

 jnz L(ysize_more_than_one_limb)

 popl %ebx
 popl %esi
 popl %ebp
 popl %edi
 ret


L(ysize_more_than_one_limb):
 cmpl $UNROLL_THRESHOLD, %ecx
 movl PARAM_YP, %eax

 jae L(unroll)


C -----------------------------------------------------------------------------
C Simple addmul loop.
C
C Using ebx and edi pointing at the ends of their respective locations saves
C a couple of instructions in the outer loop.  The inner loop is still 11
C cycles, the same as the simple loop in aorsmul_1.asm.

 C eax yp
 C ebx xp end
 C ecx xsize
 C edx ysize-1
 C esi
 C edi wp end of mul1
 C ebp

 movl 4(%eax), %ebp  C multiplier
 negl %ecx

 movl %ecx, PARAM_XSIZE C -xsize
 xorl %esi, %esi  C initial carry

 leal 4(%eax,%edx,4), %eax C yp end
 negl %edx

 movl %eax, PARAM_YP
 movl %edx, PARAM_YSIZE

 jmp L(simple_outer_entry)


 C aligning here saves a couple of cycles
 ALIGN(16)
L(simple_outer_top):
 C edx ysize counter, negative

 movl PARAM_YP, %eax  C yp end
 xorl %esi, %esi  C carry

 movl PARAM_XSIZE, %ecx C -xsize
 movl %edx, PARAM_YSIZE

 movl (%eax,%edx,4), %ebp C yp limb multiplier
L(simple_outer_entry):
 addl $4, %edi


L(simple_inner):
 C eax scratch
 C ebx xp end
 C ecx counter, negative
 C edx scratch
 C esi carry
 C edi wp end of this addmul
 C ebp multiplier

 movl (%ebx,%ecx,4), %eax

 mull %ebp

 addl %esi, %eax
 movl $0, %esi

 adcl $0, %edx
 addl %eax, (%edi,%ecx,4)
 adcl %edx, %esi

 incl %ecx
 jnz L(simple_inner)


 movl PARAM_YSIZE, %edx
 movl %esi, (%edi)

 incl %edx
 jnz L(simple_outer_top)


 popl %ebx
 popl %esi
 popl %ebp
 popl %edi
 ret


C -----------------------------------------------------------------------------
C Unrolled loop.
C
C The unrolled inner loop is the same as in aorsmul_1.asm, see that code for
C some comments.
C
C VAR_COUNTER is for the inner loop, running from VAR_COUNTER_INIT down to
C 0, inclusive.
C
C VAR_JMP is the computed jump into the unrolled loop.
C
C PARAM_XP and PARAM_WP get offset appropriately for where the unrolled loop
C is entered.
C
C VAR_XP_LOW is the least significant limb of xp, which is needed at the
C start of the unrolled loop.  This can't just be fetched through the xp
C pointer because of the offset applied to it.
C
C PARAM_YSIZE is the outer loop counter, going from -(ysize-1) up to -1,
C inclusive.
C
C PARAM_YP is offset appropriately so that the PARAM_YSIZE counter can be
C added to give the location of the next limb of yp, which is the multiplier
C in the unrolled loop.
C
C PARAM_WP is similarly offset so that the PARAM_YSIZE counter can be added
C to give the starting point in the destination for each unrolled loop (this
C point is one limb upwards for each limb of yp processed).
C
C Having PARAM_YSIZE count negative to zero means it's not necessary to
C store new values of PARAM_YP and PARAM_WP on each loop.  Those values on
C the stack remain constant and on each loop an leal adjusts them with the
C PARAM_YSIZE counter value.


defframe(VAR_COUNTER,      -20)
defframe(VAR_COUNTER_INIT, -24)
defframe(VAR_JMP,          -28)
defframe(VAR_XP_LOW,       -32)
deflit(VAR_STACK_SPACE, 16)

dnl  For some strange reason using (%esp) instead of 0(%esp) is a touch
dnl  slower in this code, hence the defframe empty-if-zero feature is
dnl  disabled.
dnl
dnl  If VAR_COUNTER is at (%esp), the effect is worse.  In this case the
dnl  unrolled loop is 255 instead of 256 bytes, but quite how this affects
dnl  anything isn't clear.
dnl
define(`defframe_empty_if_zero_disabled',1)

L(unroll):
 C eax yp (not used)
 C ebx xp end (not used)
 C ecx xsize
 C edx ysize-1
 C esi
 C edi wp end of mul1 (not used)
 C ebp
deflit(`FRAME', 16)

 leal -2(%ecx), %ebp C one limb processed at start,
 decl %ecx  C and ebp is one less

 shrl $UNROLL_LOG2, %ebp
 negl %ecx

 subl $VAR_STACK_SPACE, %esp
deflit(`FRAME', 16+VAR_STACK_SPACE)
 andl $UNROLL_MASK, %ecx

 movl %ecx, %esi
 shll $4, %ecx

 movl %ebp, VAR_COUNTER_INIT
 negl %esi

 C 15 code bytes per limb
ifdef(`PIC',`
 call L(pic_calc)
L(unroll_here):
',`
 leal L(unroll_entry) (%ecx,%esi,1), %ecx
')

 movl PARAM_XP, %ebx
 movl %ebp, VAR_COUNTER

 movl PARAM_WP, %edi
 movl %ecx, VAR_JMP

 movl (%ebx), %eax
 leal 4(%edi,%esi,4), %edi C wp adjust for unrolling and mul1

 leal (%ebx,%esi,4), %ebx C xp adjust for unrolling

 movl %eax, VAR_XP_LOW

 movl %ebx, PARAM_XP
 movl PARAM_YP, %ebx

 leal (%edi,%edx,4), %ecx C wp adjust for ysize indexing
 movl 4(%ebx), %ebp  C multiplier (yp second limb)

 leal 4(%ebx,%edx,4), %ebx C yp adjust for ysize indexing

 movl %ecx, PARAM_WP

 leal 1(%esi), %ecx C adjust parity for decl %ecx above

 movl %ebx, PARAM_YP
 negl %edx

 movl %edx, PARAM_YSIZE
 jmp L(unroll_outer_entry)


ifdef(`PIC',`
L(pic_calc):
 C See mpn/x86/README about old gas bugs
 leal (%ecx,%esi,1), %ecx
 addl $L(unroll_entry)-L(unroll_here), %ecx
 addl (%esp), %ecx
 ret_internal
')


C -----------------------------------------------------------------------------
 C Aligning here saves a couple of cycles per loop.  Using 32 doesn't
 C cost any extra space, since the inner unrolled loop below is
 C aligned to 32.
 ALIGN(32)
L(unroll_outer_top):
 C edx ysize

 movl PARAM_YP, %eax
 movl %edx, PARAM_YSIZE C incremented ysize counter

 movl PARAM_WP, %edi

 movl VAR_COUNTER_INIT, %ebx
 movl (%eax,%edx,4), %ebp C next multiplier

 movl PARAM_XSIZE, %ecx
 leal (%edi,%edx,4), %edi C adjust wp for where we are in yp

 movl VAR_XP_LOW, %eax
 movl %ebx, VAR_COUNTER

L(unroll_outer_entry):
 mull %ebp

 C using testb is a tiny bit faster than testl
 testb $1, %cl

 movl %eax, %ecx C low carry
 movl VAR_JMP, %eax

 movl %edx, %esi C high carry
 movl PARAM_XP, %ebx

 jnz L(unroll_noswap)
 movl %ecx, %esi C high,low carry other way around

 movl %edx, %ecx
L(unroll_noswap):

 jmp *%eax



C -----------------------------------------------------------------------------
 ALIGN(32)
L(unroll_top):
 C eax scratch
 C ebx xp
 C ecx carry low
 C edx scratch
 C esi carry high
 C edi wp
 C ebp multiplier
 C VAR_COUNTER  loop counter
 C
 C 15 code bytes each limb

 leal UNROLL_BYTES(%edi), %edi

L(unroll_entry):
deflit(CHUNK_COUNT,2)
forloop(`i', 0, UNROLL_COUNT/CHUNK_COUNT-1, `
 deflit(`disp0', eval(i*CHUNK_COUNT*4))
 deflit(`disp1', eval(disp0 + 4))
 deflit(`disp2', eval(disp1 + 4))

 movl disp1(%ebx), %eax
 mull %ebp
Zdisp( addl, %ecx, disp0,(%edi))
 adcl %eax, %esi
 movl %edx, %ecx
 jadcl0( %ecx)

 movl disp2(%ebx), %eax
 mull %ebp
 addl %esi, disp1(%edi)
 adcl %eax, %ecx
 movl %edx, %esi
 jadcl0( %esi)
')

 decl VAR_COUNTER
 leal UNROLL_BYTES(%ebx), %ebx

 jns L(unroll_top)


 movl PARAM_YSIZE, %edx
 addl %ecx, UNROLL_BYTES(%edi)

 adcl $0, %esi

 incl %edx
 movl %esi, UNROLL_BYTES+4(%edi)

 jnz L(unroll_outer_top)


 movl SAVE_ESI, %esi
 movl SAVE_EBP, %ebp
 movl SAVE_EDI, %edi
 movl SAVE_EBX, %ebx

 addl $FRAME, %esp
 ret

EPILOGUE()