module/zcommon/zfs_fletcher_superscalar4.c

   1 /*
   2  * Implement fast Fletcher4 using superscalar pipelines.
   3  *
   4  * Use regular C code to compute
   5  * Fletcher4 in four incremental 64-bit parallel accumulator streams,
   6  * and then combine the streams to form the final four checksum words.
   7  * This implementation is a derivative of the AVX SIMD implementation by
   8  * James Guilford and Jinshan Xiong from Intel (see zfs_fletcher_intel.c).
   9  *
  10  * Copyright (C) 2016 Romain Dolbeau.
  11  *
  12  * Authors:
  13  *      Romain Dolbeau <romain.dolbeau@atos.net>
  14  *
  15  * This software is available to you under a choice of one of two
  16  * licenses.  You may choose to be licensed under the terms of the GNU
  17  * General Public License (GPL) Version 2, available from the file
  18  * COPYING in the main directory of this source tree, or the
  19  * OpenIB.org BSD license below:
  20  *
  21  *     Redistribution and use in source and binary forms, with or
  22  *     without modification, are permitted provided that the following
  23  *     conditions are met:
  24  *
  25  *      - Redistributions of source code must retain the above
  26  *        copyright notice, this list of conditions and the following
  27  *        disclaimer.
  28  *
  29  *      - Redistributions in binary form must reproduce the above
  30  *        copyright notice, this list of conditions and the following
  31  *        disclaimer in the documentation and/or other materials
  32  *        provided with the distribution.
  33  *
  34  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND,
  35  * EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF
  36  * MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND
  37  * NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS
  38  * BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER LIABILITY, WHETHER IN AN
  39  * ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM, OUT OF OR IN
  40  * CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE
  41  * SOFTWARE.
  42  */
  43
  44 #include <sys/param.h>
  45 #include <sys/byteorder.h>
  46 #include <sys/spa_checksum.h>
  47 #include <sys/string.h>
  48 #include <zfs_fletcher.h>
  49
  50 ZFS_NO_SANITIZE_UNDEFINED
  51 static void
  52 fletcher_4_superscalar4_init(fletcher_4_ctx_t *ctx)
  53 {
  54         memset(ctx->superscalar, 0, 4 * sizeof (zfs_fletcher_superscalar_t));
  55 }
  56
  57 ZFS_NO_SANITIZE_UNDEFINED
  58 static void
  59 fletcher_4_superscalar4_fini(fletcher_4_ctx_t *ctx, zio_cksum_t *zcp)
  60 {
  61         uint64_t A, B, C, D;
  62
  63         A = ctx->superscalar[0].v[0] + ctx->superscalar[0].v[1] +
  64             ctx->superscalar[0].v[2] + ctx->superscalar[0].v[3];
  65         B = 0 - ctx->superscalar[0].v[1] - 2 * ctx->superscalar[0].v[2] -
  66             3 * ctx->superscalar[0].v[3] + 4 * ctx->superscalar[1].v[0] +
  67             4 * ctx->superscalar[1].v[1] + 4 * ctx->superscalar[1].v[2] +
  68             4 * ctx->superscalar[1].v[3];
  69
  70         C = ctx->superscalar[0].v[2] + 3 * ctx->superscalar[0].v[3] -
  71             6 * ctx->superscalar[1].v[0] - 10 * ctx->superscalar[1].v[1] -
  72             14 * ctx->superscalar[1].v[2] - 18 * ctx->superscalar[1].v[3] +
  73             16 * ctx->superscalar[2].v[0] + 16 * ctx->superscalar[2].v[1] +
  74             16 * ctx->superscalar[2].v[2] + 16 * ctx->superscalar[2].v[3];
  75
  76         D = 0 - ctx->superscalar[0].v[3] + 4 * ctx->superscalar[1].v[0] +
  77             10 * ctx->superscalar[1].v[1] + 20 * ctx->superscalar[1].v[2] +
  78             34 * ctx->superscalar[1].v[3] - 48 * ctx->superscalar[2].v[0] -
  79             64 * ctx->superscalar[2].v[1] - 80 * ctx->superscalar[2].v[2] -
  80             96 * ctx->superscalar[2].v[3] + 64 * ctx->superscalar[3].v[0] +
  81             64 * ctx->superscalar[3].v[1] + 64 * ctx->superscalar[3].v[2] +
  82             64 * ctx->superscalar[3].v[3];
  83
  84         ZIO_SET_CHECKSUM(zcp, A, B, C, D);
  85 }
  86
  87 ZFS_NO_SANITIZE_UNDEFINED
  88 static void
  89 fletcher_4_superscalar4_native(fletcher_4_ctx_t *ctx,
  90     const void *buf, uint64_t size)
  91 {
  92         const uint32_t *ip = buf;
  93         const uint32_t *ipend = ip + (size / sizeof (uint32_t));
  94         uint64_t a, b, c, d;
  95         uint64_t a2, b2, c2, d2;
  96         uint64_t a3, b3, c3, d3;
  97         uint64_t a4, b4, c4, d4;
  98
  99         a = ctx->superscalar[0].v[0];
 100         b = ctx->superscalar[1].v[0];
 101         c = ctx->superscalar[2].v[0];
 102         d = ctx->superscalar[3].v[0];
 103         a2 = ctx->superscalar[0].v[1];
 104         b2 = ctx->superscalar[1].v[1];
 105         c2 = ctx->superscalar[2].v[1];
 106         d2 = ctx->superscalar[3].v[1];
 107         a3 = ctx->superscalar[0].v[2];
 108         b3 = ctx->superscalar[1].v[2];
 109         c3 = ctx->superscalar[2].v[2];
 110         d3 = ctx->superscalar[3].v[2];
 111         a4 = ctx->superscalar[0].v[3];
 112         b4 = ctx->superscalar[1].v[3];
 113         c4 = ctx->superscalar[2].v[3];
 114         d4 = ctx->superscalar[3].v[3];
 115
 116         for (; ip < ipend; ip += 4) {
 117                 a += ip[0];
 118                 a2 += ip[1];
 119                 a3 += ip[2];
 120                 a4 += ip[3];
 121                 b += a;
 122                 b2 += a2;
 123                 b3 += a3;
 124                 b4 += a4;
 125                 c += b;
 126                 c2 += b2;
 127                 c3 += b3;
 128                 c4 += b4;
 129                 d += c;
 130                 d2 += c2;
 131                 d3 += c3;
 132                 d4 += c4;
 133         }
 134
 135         ctx->superscalar[0].v[0] = a;
 136         ctx->superscalar[1].v[0] = b;
 137         ctx->superscalar[2].v[0] = c;
 138         ctx->superscalar[3].v[0] = d;
 139         ctx->superscalar[0].v[1] = a2;
 140         ctx->superscalar[1].v[1] = b2;
 141         ctx->superscalar[2].v[1] = c2;
 142         ctx->superscalar[3].v[1] = d2;
 143         ctx->superscalar[0].v[2] = a3;
 144         ctx->superscalar[1].v[2] = b3;
 145         ctx->superscalar[2].v[2] = c3;
 146         ctx->superscalar[3].v[2] = d3;
 147         ctx->superscalar[0].v[3] = a4;
 148         ctx->superscalar[1].v[3] = b4;
 149         ctx->superscalar[2].v[3] = c4;
 150         ctx->superscalar[3].v[3] = d4;
 151 }
 152
 153 ZFS_NO_SANITIZE_UNDEFINED
 154 static void
 155 fletcher_4_superscalar4_byteswap(fletcher_4_ctx_t *ctx,
 156     const void *buf, uint64_t size)
 157 {
 158         const uint32_t *ip = buf;
 159         const uint32_t *ipend = ip + (size / sizeof (uint32_t));
 160         uint64_t a, b, c, d;
 161         uint64_t a2, b2, c2, d2;
 162         uint64_t a3, b3, c3, d3;
 163         uint64_t a4, b4, c4, d4;
 164
 165         a = ctx->superscalar[0].v[0];
 166         b = ctx->superscalar[1].v[0];
 167         c = ctx->superscalar[2].v[0];
 168         d = ctx->superscalar[3].v[0];
 169         a2 = ctx->superscalar[0].v[1];
 170         b2 = ctx->superscalar[1].v[1];
 171         c2 = ctx->superscalar[2].v[1];
 172         d2 = ctx->superscalar[3].v[1];
 173         a3 = ctx->superscalar[0].v[2];
 174         b3 = ctx->superscalar[1].v[2];
 175         c3 = ctx->superscalar[2].v[2];
 176         d3 = ctx->superscalar[3].v[2];
 177         a4 = ctx->superscalar[0].v[3];
 178         b4 = ctx->superscalar[1].v[3];
 179         c4 = ctx->superscalar[2].v[3];
 180         d4 = ctx->superscalar[3].v[3];
 181
 182         for (; ip < ipend; ip += 4) {
 183                 a += BSWAP_32(ip[0]);
 184                 a2 += BSWAP_32(ip[1]);
 185                 a3 += BSWAP_32(ip[2]);
 186                 a4 += BSWAP_32(ip[3]);
 187                 b += a;
 188                 b2 += a2;
 189                 b3 += a3;
 190                 b4 += a4;
 191                 c += b;
 192                 c2 += b2;
 193                 c3 += b3;
 194                 c4 += b4;
 195                 d += c;
 196                 d2 += c2;
 197                 d3 += c3;
 198                 d4 += c4;
 199         }
 200
 201         ctx->superscalar[0].v[0] = a;
 202         ctx->superscalar[1].v[0] = b;
 203         ctx->superscalar[2].v[0] = c;
 204         ctx->superscalar[3].v[0] = d;
 205         ctx->superscalar[0].v[1] = a2;
 206         ctx->superscalar[1].v[1] = b2;
 207         ctx->superscalar[2].v[1] = c2;
 208         ctx->superscalar[3].v[1] = d2;
 209         ctx->superscalar[0].v[2] = a3;
 210         ctx->superscalar[1].v[2] = b3;
 211         ctx->superscalar[2].v[2] = c3;
 212         ctx->superscalar[3].v[2] = d3;
 213         ctx->superscalar[0].v[3] = a4;
 214         ctx->superscalar[1].v[3] = b4;
 215         ctx->superscalar[2].v[3] = c4;
 216         ctx->superscalar[3].v[3] = d4;
 217 }
 218
 219 static boolean_t fletcher_4_superscalar4_valid(void)
 220 {
 221         return (B_TRUE);
 222 }
 223
 224 const fletcher_4_ops_t fletcher_4_superscalar4_ops = {
 225         .init_native = fletcher_4_superscalar4_init,
 226         .compute_native = fletcher_4_superscalar4_native,
 227         .fini_native = fletcher_4_superscalar4_fini,
 228         .init_byteswap = fletcher_4_superscalar4_init,
 229         .compute_byteswap = fletcher_4_superscalar4_byteswap,
 230         .fini_byteswap = fletcher_4_superscalar4_fini,
 231         .valid = fletcher_4_superscalar4_valid,
 232         .name = "superscalar4"
 233 };