]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/releng/10.3.git/blob - contrib/ntp/libntp/ntp_calendar.c
Fix multiple vulnerabilities in ntp. [SA-18:02.ntp]
[FreeBSD/releng/10.3.git] / contrib / ntp / libntp / ntp_calendar.c
1 /*
2  * ntp_calendar.c - calendar and helper functions
3  *
4  * Written by Juergen Perlinger (perlinger@ntp.org) for the NTP project.
5  * The contents of 'html/copyright.html' apply.
6  *
7  * --------------------------------------------------------------------
8  * Some notes on the implementation:
9  *
10  * Calendar algorithms thrive on the division operation, which is one of
11  * the slowest numerical operations in any CPU. What saves us here from
12  * abysmal performance is the fact that all divisions are divisions by
13  * constant numbers, and most compilers can do this by a multiplication
14  * operation.  But this might not work when using the div/ldiv/lldiv
15  * function family, because many compilers are not able to do inline
16  * expansion of the code with following optimisation for the
17  * constant-divider case.
18  *
19  * Also div/ldiv/lldiv are defined in terms of int/long/longlong, which
20  * are inherently target dependent. Nothing that could not be cured with
21  * autoconf, but still a mess...
22  *
23  * Furthermore, we need floor division in many places. C either leaves
24  * the division behaviour undefined (< C99) or demands truncation to
25  * zero (>= C99), so additional steps are required to make sure the
26  * algorithms work. The {l,ll}div function family is requested to
27  * truncate towards zero, which is also the wrong direction for our
28  * purpose.
29  *
30  * For all this, all divisions by constant are coded manually, even when
31  * there is a joined div/mod operation: The optimiser should sort that
32  * out, if possible. Most of the calculations are done with unsigned
33  * types, explicitely using two's complement arithmetics where
34  * necessary. This minimises the dependecies to compiler and target,
35  * while still giving reasonable to good performance.
36  *
37  * The implementation uses a few tricks that exploit properties of the
38  * two's complement: Floor division on negative dividents can be
39  * executed by using the one's complement of the divident. One's
40  * complement can be easily created using XOR and a mask.
41  *
42  * Finally, check for overflow conditions is minimal. There are only two
43  * calculation steps in the whole calendar that suffer from an internal
44  * overflow, and these conditions are checked: errno is set to EDOM and
45  * the results are clamped/saturated in this case.  All other functions
46  * do not suffer from internal overflow and simply return the result
47  * truncated to 32 bits.
48  *
49  * This is a sacrifice made for execution speed.  Since a 32-bit day
50  * counter covers +/- 5,879,610 years and the clamp limits the effective
51  * range to +/-2.9 million years, this should not pose a problem here.
52  *
53  */
54
55 #include <config.h>
56 #include <sys/types.h>
57
58 #include "ntp_types.h"
59 #include "ntp_calendar.h"
60 #include "ntp_stdlib.h"
61 #include "ntp_fp.h"
62 #include "ntp_unixtime.h"
63
64 /* For now, let's take the conservative approach: if the target property
65  * macros are not defined, check a few well-known compiler/architecture
66  * settings. Default is to assume that the representation of signed
67  * integers is unknown and shift-arithmetic-right is not available.
68  */
69 #ifndef TARGET_HAS_2CPL
70 # if defined(__GNUC__)
71 #  if defined(__i386__) || defined(__x86_64__) || defined(__arm__)
72 #   define TARGET_HAS_2CPL 1
73 #  else
74 #   define TARGET_HAS_2CPL 0
75 #  endif
76 # elif defined(_MSC_VER)
77 #  if defined(_M_IX86) || defined(_M_X64) || defined(_M_ARM)
78 #   define TARGET_HAS_2CPL 1
79 #  else
80 #   define TARGET_HAS_2CPL 0
81 #  endif
82 # else
83 #  define TARGET_HAS_2CPL 0
84 # endif
85 #endif
86
87 #ifndef TARGET_HAS_SAR
88 # define TARGET_HAS_SAR 0
89 #endif
90
91 /*
92  *---------------------------------------------------------------------
93  * replacing the 'time()' function
94  *---------------------------------------------------------------------
95  */
96
97 static systime_func_ptr systime_func = &time;
98 static inline time_t now(void);
99
100
101 systime_func_ptr
102 ntpcal_set_timefunc(
103         systime_func_ptr nfunc
104         )
105 {
106         systime_func_ptr res;
107
108         res = systime_func;
109         if (NULL == nfunc)
110                 nfunc = &time;
111         systime_func = nfunc;
112
113         return res;
114 }
115
116
117 static inline time_t
118 now(void)
119 {
120         return (*systime_func)(NULL);
121 }
122
123 /*
124  *---------------------------------------------------------------------
125  * Get sign extension mask and unsigned 2cpl rep for a signed integer
126  *---------------------------------------------------------------------
127  */
128
129 static inline uint32_t
130 int32_sflag(
131         const int32_t v)
132 {
133 #   if TARGET_HAS_2CPL && TARGET_HAS_SAR && SIZEOF_INT >= 4
134
135         /* Let's assume that shift is the fastest way to get the sign
136          * extension of of a signed integer. This might not always be
137          * true, though -- On 8bit CPUs or machines without barrel
138          * shifter this will kill the performance. So we make sure
139          * we do this only if 'int' has at least 4 bytes.
140          */
141         return (uint32_t)(v >> 31);
142         
143 #   else
144
145         /* This should be a rather generic approach for getting a sign
146          * extension mask...
147          */
148         return UINT32_C(0) - (uint32_t)(v < 0);
149         
150 #   endif
151 }
152
153 static inline uint32_t
154 int32_to_uint32_2cpl(
155         const int32_t v)
156 {
157         uint32_t vu;
158         
159 #   if TARGET_HAS_2CPL
160
161         /* Just copy through the 32 bits from the signed value if we're
162          * on a two's complement target.
163          */
164         vu = (uint32_t)v;
165         
166 #   else
167
168         /* Convert from signed int to unsigned int two's complement. Do
169          * not make any assumptions about the representation of signed
170          * integers, but make sure signed integer overflow cannot happen
171          * here. A compiler on a two's complement target *might* find
172          * out that this is just a complicated cast (as above), but your
173          * mileage might vary.
174          */
175         if (v < 0)
176                 vu = ~(uint32_t)(-(v + 1));
177         else
178                 vu = (uint32_t)v;
179         
180 #   endif
181         
182         return vu;
183 }
184
185 static inline int32_t
186 uint32_2cpl_to_int32(
187         const uint32_t vu)
188 {
189         int32_t v;
190         
191 #   if TARGET_HAS_2CPL
192
193         /* Just copy through the 32 bits from the unsigned value if
194          * we're on a two's complement target.
195          */
196         v = (int32_t)vu;
197
198 #   else
199
200         /* Convert to signed integer, making sure signed integer
201          * overflow cannot happen. Again, the optimiser might or might
202          * not find out that this is just a copy of 32 bits on a target
203          * with two's complement representation for signed integers.
204          */
205         if (vu > INT32_MAX)
206                 v = -(int32_t)(~vu) - 1;
207         else
208                 v = (int32_t)vu;
209         
210 #   endif
211         
212         return v;
213 }
214
215 /* Some of the calculations need to multiply the input by 4 before doing
216  * a division. This can cause overflow and strange results. Therefore we
217  * clamp / saturate the input operand. And since we do the calculations
218  * in unsigned int with an extra sign flag/mask, we only loose one bit
219  * of the input value range.
220  */
221 static inline uint32_t
222 uint32_saturate(
223         uint32_t vu,
224         uint32_t mu)
225 {
226         static const uint32_t limit = UINT32_MAX/4u;
227         if ((mu ^ vu) > limit) {
228                 vu    = mu ^ limit;
229                 errno = EDOM;
230         }
231         return vu;
232 }
233
234 /*
235  *---------------------------------------------------------------------
236  * Convert between 'time_t' and 'vint64'
237  *---------------------------------------------------------------------
238  */
239 vint64
240 time_to_vint64(
241         const time_t * ptt
242         )
243 {
244         vint64 res;
245         time_t tt;
246
247         tt = *ptt;
248
249 #   if SIZEOF_TIME_T <= 4
250
251         res.D_s.hi = 0;
252         if (tt < 0) {
253                 res.D_s.lo = (uint32_t)-tt;
254                 M_NEG(res.D_s.hi, res.D_s.lo);
255         } else {
256                 res.D_s.lo = (uint32_t)tt;
257         }
258
259 #   elif defined(HAVE_INT64)
260
261         res.q_s = tt;
262
263 #   else
264         /*
265          * shifting negative signed quantities is compiler-dependent, so
266          * we better avoid it and do it all manually. And shifting more
267          * than the width of a quantity is undefined. Also a don't do!
268          */
269         if (tt < 0) {
270                 tt = -tt;
271                 res.D_s.lo = (uint32_t)tt;
272                 res.D_s.hi = (uint32_t)(tt >> 32);
273                 M_NEG(res.D_s.hi, res.D_s.lo);
274         } else {
275                 res.D_s.lo = (uint32_t)tt;
276                 res.D_s.hi = (uint32_t)(tt >> 32);
277         }
278
279 #   endif
280
281         return res;
282 }
283
284
285 time_t
286 vint64_to_time(
287         const vint64 *tv
288         )
289 {
290         time_t res;
291
292 #   if SIZEOF_TIME_T <= 4
293
294         res = (time_t)tv->D_s.lo;
295
296 #   elif defined(HAVE_INT64)
297
298         res = (time_t)tv->q_s;
299
300 #   else
301
302         res = ((time_t)tv->d_s.hi << 32) | tv->D_s.lo;
303
304 #   endif
305
306         return res;
307 }
308
309 /*
310  *---------------------------------------------------------------------
311  * Get the build date & time
312  *---------------------------------------------------------------------
313  */
314 int
315 ntpcal_get_build_date(
316         struct calendar * jd
317         )
318 {
319         /* The C standard tells us the format of '__DATE__':
320          *
321          * __DATE__ The date of translation of the preprocessing
322          * translation unit: a character string literal of the form "Mmm
323          * dd yyyy", where the names of the months are the same as those
324          * generated by the asctime function, and the first character of
325          * dd is a space character if the value is less than 10. If the
326          * date of translation is not available, an
327          * implementation-defined valid date shall be supplied.
328          *
329          * __TIME__ The time of translation of the preprocessing
330          * translation unit: a character string literal of the form
331          * "hh:mm:ss" as in the time generated by the asctime
332          * function. If the time of translation is not available, an
333          * implementation-defined valid time shall be supplied.
334          *
335          * Note that MSVC declares DATE and TIME to be in the local time
336          * zone, while neither the C standard nor the GCC docs make any
337          * statement about this. As a result, we may be +/-12hrs off
338          * UTC.  But for practical purposes, this should not be a
339          * problem.
340          *
341          */
342 #   ifdef MKREPRO_DATE
343         static const char build[] = MKREPRO_TIME "/" MKREPRO_DATE;
344 #   else
345         static const char build[] = __TIME__ "/" __DATE__;
346 #   endif
347         static const char mlist[] = "JanFebMarAprMayJunJulAugSepOctNovDec";
348
349         char              monstr[4];
350         const char *      cp;
351         unsigned short    hour, minute, second, day, year;
352         /* Note: The above quantities are used for sscanf 'hu' format,
353          * so using 'uint16_t' is contra-indicated!
354          */
355
356 #   ifdef DEBUG
357         static int        ignore  = 0;
358 #   endif
359
360         ZERO(*jd);
361         jd->year     = 1970;
362         jd->month    = 1;
363         jd->monthday = 1;
364
365 #   ifdef DEBUG
366         /* check environment if build date should be ignored */
367         if (0 == ignore) {
368             const char * envstr;
369             envstr = getenv("NTPD_IGNORE_BUILD_DATE");
370             ignore = 1 + (envstr && (!*envstr || !strcasecmp(envstr, "yes")));
371         }
372         if (ignore > 1)
373             return FALSE;
374 #   endif
375
376         if (6 == sscanf(build, "%hu:%hu:%hu/%3s %hu %hu",
377                         &hour, &minute, &second, monstr, &day, &year)) {
378                 cp = strstr(mlist, monstr);
379                 if (NULL != cp) {
380                         jd->year     = year;
381                         jd->month    = (uint8_t)((cp - mlist) / 3 + 1);
382                         jd->monthday = (uint8_t)day;
383                         jd->hour     = (uint8_t)hour;
384                         jd->minute   = (uint8_t)minute;
385                         jd->second   = (uint8_t)second;
386
387                         return TRUE;
388                 }
389         }
390
391         return FALSE;
392 }
393
394
395 /*
396  *---------------------------------------------------------------------
397  * basic calendar stuff
398  *---------------------------------------------------------------------
399  */
400
401 /* month table for a year starting with March,1st */
402 static const uint16_t shift_month_table[13] = {
403         0, 31, 61, 92, 122, 153, 184, 214, 245, 275, 306, 337, 366
404 };
405
406 /* month tables for years starting with January,1st; regular & leap */
407 static const uint16_t real_month_table[2][13] = {
408         /* -*- table for regular years -*- */
409         { 0, 31, 59, 90, 120, 151, 181, 212, 243, 273, 304, 334, 365 },
410         /* -*- table for leap years -*- */
411         { 0, 31, 60, 91, 121, 152, 182, 213, 244, 274, 305, 335, 366 }
412 };
413
414 /*
415  * Some notes on the terminology:
416  *
417  * We use the proleptic Gregorian calendar, which is the Gregorian
418  * calendar extended in both directions ad infinitum. This totally
419  * disregards the fact that this calendar was invented in 1582, and
420  * was adopted at various dates over the world; sometimes even after
421  * the start of the NTP epoch.
422  *
423  * Normally date parts are given as current cycles, while time parts
424  * are given as elapsed cycles:
425  *
426  * 1970-01-01/03:04:05 means 'IN the 1970st. year, IN the first month,
427  * ON the first day, with 3hrs, 4minutes and 5 seconds elapsed.
428  *
429  * The basic calculations for this calendar implementation deal with
430  * ELAPSED date units, which is the number of full years, full months
431  * and full days before a date: 1970-01-01 would be (1969, 0, 0) in
432  * that notation.
433  *
434  * To ease the numeric computations, month and day values outside the
435  * normal range are acceptable: 2001-03-00 will be treated as the day
436  * before 2001-03-01, 2000-13-32 will give the same result as
437  * 2001-02-01 and so on.
438  *
439  * 'rd' or 'RD' is used as an abbreviation for the latin 'rata die'
440  * (day number).  This is the number of days elapsed since 0000-12-31
441  * in the proleptic Gregorian calendar. The begin of the Christian Era
442  * (0001-01-01) is RD(1).
443  */
444
445 /*
446  * ====================================================================
447  *
448  * General algorithmic stuff
449  *
450  * ====================================================================
451  */
452
453 /*
454  *---------------------------------------------------------------------
455  * Do a periodic extension of 'value' around 'pivot' with a period of
456  * 'cycle'.
457  *
458  * The result 'res' is a number that holds to the following properties:
459  *
460  *   1)  res MOD cycle == value MOD cycle
461  *   2)  pivot <= res < pivot + cycle
462  *       (replace </<= with >/>= for negative cycles)
463  *
464  * where 'MOD' denotes the modulo operator for FLOOR DIVISION, which
465  * is not the same as the '%' operator in C: C requires division to be
466  * a truncated division, where remainder and dividend have the same
467  * sign if the remainder is not zero, whereas floor division requires
468  * divider and modulus to have the same sign for a non-zero modulus.
469  *
470  * This function has some useful applications:
471  *
472  * + let Y be a calendar year and V a truncated 2-digit year: then
473  *      periodic_extend(Y-50, V, 100)
474  *   is the closest expansion of the truncated year with respect to
475  *   the full year, that is a 4-digit year with a difference of less
476  *   than 50 years to the year Y. ("century unfolding")
477  *
478  * + let T be a UN*X time stamp and V be seconds-of-day: then
479  *      perodic_extend(T-43200, V, 86400)
480  *   is a time stamp that has the same seconds-of-day as the input
481  *   value, with an absolute difference to T of <= 12hrs.  ("day
482  *   unfolding")
483  *
484  * + Wherever you have a truncated periodic value and a non-truncated
485  *   base value and you want to match them somehow...
486  *
487  * Basically, the function delivers 'pivot + (value - pivot) % cycle',
488  * but the implementation takes some pains to avoid internal signed
489  * integer overflows in the '(value - pivot) % cycle' part and adheres
490  * to the floor division convention.
491  *
492  * If 64bit scalars where available on all intended platforms, writing a
493  * version that uses 64 bit ops would be easy; writing a general
494  * division routine for 64bit ops on a platform that can only do
495  * 32/16bit divisions and is still performant is a bit more
496  * difficult. Since most usecases can be coded in a way that does only
497  * require the 32-bit version a 64bit version is NOT provided here.
498  *---------------------------------------------------------------------
499  */
500 int32_t
501 ntpcal_periodic_extend(
502         int32_t pivot,
503         int32_t value,
504         int32_t cycle
505         )
506 {
507         uint32_t diff;
508         char     cpl = 0; /* modulo complement flag */
509         char     neg = 0; /* sign change flag       */
510
511         /* make the cycle positive and adjust the flags */
512         if (cycle < 0) {
513                 cycle = - cycle;
514                 neg ^= 1;
515                 cpl ^= 1;
516         }
517         /* guard against div by zero or one */
518         if (cycle > 1) {
519                 /*
520                  * Get absolute difference as unsigned quantity and
521                  * the complement flag. This is done by always
522                  * subtracting the smaller value from the bigger
523                  * one.
524                  */
525                 if (value >= pivot) {
526                         diff = int32_to_uint32_2cpl(value)
527                              - int32_to_uint32_2cpl(pivot);
528                 } else {
529                         diff = int32_to_uint32_2cpl(pivot)
530                              - int32_to_uint32_2cpl(value);
531                         cpl ^= 1;
532                 }
533                 diff %= (uint32_t)cycle;
534                 if (diff) {
535                         if (cpl)
536                                 diff = (uint32_t)cycle - diff;
537                         if (neg)
538                                 diff = ~diff + 1;
539                         pivot += uint32_2cpl_to_int32(diff);
540                 }
541         }
542         return pivot;
543 }
544
545 /*---------------------------------------------------------------------
546  * Note to the casual reader
547  *
548  * In the next two functions you will find (or would have found...)
549  * the expression
550  *
551  *   res.Q_s -= 0x80000000;
552  *
553  * There was some ruckus about a possible programming error due to
554  * integer overflow and sign propagation.
555  *
556  * This assumption is based on a lack of understanding of the C
557  * standard. (Though this is admittedly not one of the most 'natural'
558  * aspects of the 'C' language and easily to get wrong.)
559  *
560  * see 
561  *      http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg14/www/docs/n1570.pdf
562  *      "ISO/IEC 9899:201x Committee Draft â€” April 12, 2011"
563  *      6.4.4.1 Integer constants, clause 5
564  *
565  * why there is no sign extension/overflow problem here.
566  *
567  * But to ease the minds of the doubtful, I added back the 'u' qualifiers
568  * that somehow got lost over the last years. 
569  */
570
571
572 /*
573  *---------------------------------------------------------------------
574  * Convert a timestamp in NTP scale to a 64bit seconds value in the UN*X
575  * scale with proper epoch unfolding around a given pivot or the current
576  * system time. This function happily accepts negative pivot values as
577  * timestamps befor 1970-01-01, so be aware of possible trouble on
578  * platforms with 32bit 'time_t'!
579  *
580  * This is also a periodic extension, but since the cycle is 2^32 and
581  * the shift is 2^31, we can do some *very* fast math without explicit
582  * divisions.
583  *---------------------------------------------------------------------
584  */
585 vint64
586 ntpcal_ntp_to_time(
587         uint32_t        ntp,
588         const time_t *  pivot
589         )
590 {
591         vint64 res;
592
593 #   if defined(HAVE_INT64)
594
595         res.q_s = (pivot != NULL)
596                       ? *pivot
597                       : now();
598         res.Q_s -= 0x80000000u;         /* unshift of half range */
599         ntp     -= (uint32_t)JAN_1970;  /* warp into UN*X domain */
600         ntp     -= res.D_s.lo;          /* cycle difference      */
601         res.Q_s += (uint64_t)ntp;       /* get expanded time     */
602
603 #   else /* no 64bit scalars */
604
605         time_t tmp;
606
607         tmp = (pivot != NULL)
608                   ? *pivot
609                   : now();
610         res = time_to_vint64(&tmp);
611         M_SUB(res.D_s.hi, res.D_s.lo, 0, 0x80000000u);
612         ntp -= (uint32_t)JAN_1970;      /* warp into UN*X domain */
613         ntp -= res.D_s.lo;              /* cycle difference      */
614         M_ADD(res.D_s.hi, res.D_s.lo, 0, ntp);
615
616 #   endif /* no 64bit scalars */
617
618         return res;
619 }
620
621 /*
622  *---------------------------------------------------------------------
623  * Convert a timestamp in NTP scale to a 64bit seconds value in the NTP
624  * scale with proper epoch unfolding around a given pivot or the current
625  * system time.
626  *
627  * Note: The pivot must be given in the UN*X time domain!
628  *
629  * This is also a periodic extension, but since the cycle is 2^32 and
630  * the shift is 2^31, we can do some *very* fast math without explicit
631  * divisions.
632  *---------------------------------------------------------------------
633  */
634 vint64
635 ntpcal_ntp_to_ntp(
636         uint32_t      ntp,
637         const time_t *pivot
638         )
639 {
640         vint64 res;
641
642 #   if defined(HAVE_INT64)
643
644         res.q_s = (pivot)
645                       ? *pivot
646                       : now();
647         res.Q_s -= 0x80000000u;         /* unshift of half range */
648         res.Q_s += (uint32_t)JAN_1970;  /* warp into NTP domain  */
649         ntp     -= res.D_s.lo;          /* cycle difference      */
650         res.Q_s += (uint64_t)ntp;       /* get expanded time     */
651
652 #   else /* no 64bit scalars */
653
654         time_t tmp;
655
656         tmp = (pivot)
657                   ? *pivot
658                   : now();
659         res = time_to_vint64(&tmp);
660         M_SUB(res.D_s.hi, res.D_s.lo, 0, 0x80000000u);
661         M_ADD(res.D_s.hi, res.D_s.lo, 0, (uint32_t)JAN_1970);/*into NTP */
662         ntp -= res.D_s.lo;              /* cycle difference      */
663         M_ADD(res.D_s.hi, res.D_s.lo, 0, ntp);
664
665 #   endif /* no 64bit scalars */
666
667         return res;
668 }
669
670
671 /*
672  * ====================================================================
673  *
674  * Splitting values to composite entities
675  *
676  * ====================================================================
677  */
678
679 /*
680  *---------------------------------------------------------------------
681  * Split a 64bit seconds value into elapsed days in 'res.hi' and
682  * elapsed seconds since midnight in 'res.lo' using explicit floor
683  * division. This function happily accepts negative time values as
684  * timestamps before the respective epoch start.
685  *---------------------------------------------------------------------
686  */
687 ntpcal_split
688 ntpcal_daysplit(
689         const vint64 *ts
690         )
691 {
692         ntpcal_split res;
693         uint32_t Q;
694
695 #   if defined(HAVE_INT64)
696         
697         /* Manual floor division by SECSPERDAY. This uses the one's
698          * complement trick, too, but without an extra flag value: The
699          * flag would be 64bit, and that's a bit of overkill on a 32bit
700          * target that has to use a register pair for a 64bit number.
701          */
702         if (ts->q_s < 0)
703                 Q = ~(uint32_t)(~ts->Q_s / SECSPERDAY);
704         else
705                 Q = (uint32_t)(ts->Q_s / SECSPERDAY);
706
707 #   else
708
709         uint32_t ah, al, sflag, A;
710
711         /* get operand into ah/al (either ts or ts' one's complement,
712          * for later floor division)
713          */
714         sflag = int32_sflag(ts->d_s.hi);
715         ah = sflag ^ ts->D_s.hi;
716         al = sflag ^ ts->D_s.lo;
717
718         /* Since 86400 == 128*675 we can drop the least 7 bits and
719          * divide by 675 instead of 86400. Then the maximum remainder
720          * after each devision step is 674, and we need 10 bits for
721          * that. So in the next step we can shift in 22 bits from the
722          * numerator.
723          *
724          * Therefore we load the accu with the top 13 bits (51..63) in
725          * the first shot. We don't have to remember the quotient -- it
726          * would be shifted out anyway.
727          */
728         A = ah >> 19;
729         if (A >= 675)
730                 A = (A % 675u);
731
732         /* Now assemble the remainder with bits 29..50 from the
733          * numerator and divide. This creates the upper ten bits of the
734          * quotient. (Well, the top 22 bits of a 44bit result. But that
735          * will be truncated to 32 bits anyway.)
736          */
737         A = (A << 19) | (ah & 0x0007FFFFu);
738         A = (A <<  3) | (al >> 29);
739         Q = A / 675u;
740         A = A % 675u;
741
742         /* Now assemble the remainder with bits 7..28 from the numerator
743          * and do a final division step.
744          */
745         A = (A << 22) | ((al >> 7) & 0x003FFFFFu);
746         Q = (Q << 22) | (A / 675u);
747
748         /* The last 7 bits get simply dropped, as they have no affect on
749          * the quotient when dividing by 86400.
750          */
751
752         /* apply sign correction and calculate the true floor
753          * remainder.
754          */
755         Q ^= sflag;
756         
757 #   endif
758         
759         res.hi = uint32_2cpl_to_int32(Q);
760         res.lo = ts->D_s.lo - Q * SECSPERDAY;
761
762         return res;
763 }
764
765 /*
766  *---------------------------------------------------------------------
767  * Split a 32bit seconds value into h/m/s and excessive days.  This
768  * function happily accepts negative time values as timestamps before
769  * midnight.
770  *---------------------------------------------------------------------
771  */
772 static int32_t
773 priv_timesplit(
774         int32_t split[3],
775         int32_t ts
776         )
777 {
778         /* Do 3 chained floor divisions by positive constants, using the
779          * one's complement trick and factoring out the intermediate XOR
780          * ops to reduce the number of operations.
781          */
782         uint32_t us, um, uh, ud, sflag;
783
784         sflag = int32_sflag(ts);
785         us    = int32_to_uint32_2cpl(ts);
786
787         um = (sflag ^ us) / SECSPERMIN;
788         uh = um / MINSPERHR;
789         ud = uh / HRSPERDAY;
790
791         um ^= sflag;
792         uh ^= sflag;
793         ud ^= sflag;
794
795         split[0] = (int32_t)(uh - ud * HRSPERDAY );
796         split[1] = (int32_t)(um - uh * MINSPERHR );
797         split[2] = (int32_t)(us - um * SECSPERMIN);
798         
799         return uint32_2cpl_to_int32(ud);
800 }
801
802 /*
803  *---------------------------------------------------------------------
804  * Given the number of elapsed days in the calendar era, split this
805  * number into the number of elapsed years in 'res.hi' and the number
806  * of elapsed days of that year in 'res.lo'.
807  *
808  * if 'isleapyear' is not NULL, it will receive an integer that is 0 for
809  * regular years and a non-zero value for leap years.
810  *---------------------------------------------------------------------
811  */
812 ntpcal_split
813 ntpcal_split_eradays(
814         int32_t days,
815         int  *isleapyear
816         )
817 {
818         /* Use the fast cyclesplit algorithm here, to calculate the
819          * centuries and years in a century with one division each. This
820          * reduces the number of division operations to two, but is
821          * susceptible to internal range overflow. We make sure the
822          * input operands are in the safe range; this still gives us
823          * approx +/-2.9 million years.
824          */
825         ntpcal_split res;
826         int32_t  n100, n001; /* calendar year cycles */
827         uint32_t uday, Q, sflag;
828
829         /* split off centuries first */
830         sflag = int32_sflag(days);
831         uday  = uint32_saturate(int32_to_uint32_2cpl(days), sflag);
832         uday  = (4u * uday) | 3u;
833         Q    = sflag ^ ((sflag ^ uday) / GREGORIAN_CYCLE_DAYS);
834         uday = uday - Q * GREGORIAN_CYCLE_DAYS;
835         n100 = uint32_2cpl_to_int32(Q);
836         
837         /* Split off years in century -- days >= 0 here, and we're far
838          * away from integer overflow trouble now. */
839         uday |= 3;
840         n001 = uday / GREGORIAN_NORMAL_LEAP_CYCLE_DAYS;
841         uday = uday % GREGORIAN_NORMAL_LEAP_CYCLE_DAYS;
842
843         /* Assemble the year and day in year */
844         res.hi = n100 * 100 + n001;
845         res.lo = uday / 4u;
846
847         /* Eventually set the leap year flag. Note: 0 <= n001 <= 99 and
848          * Q is still the two's complement representation of the
849          * centuries: The modulo 4 ops can be done with masking here.
850          * We also shift the year and the century by one, so the tests
851          * can be done against zero instead of 3.
852          */
853         if (isleapyear)
854                 *isleapyear = !((n001+1) & 3)
855                     && ((n001 != 99) || !((Q+1) & 3));
856         
857         return res;
858 }
859
860 /*
861  *---------------------------------------------------------------------
862  * Given a number of elapsed days in a year and a leap year indicator,
863  * split the number of elapsed days into the number of elapsed months in
864  * 'res.hi' and the number of elapsed days of that month in 'res.lo'.
865  *
866  * This function will fail and return {-1,-1} if the number of elapsed
867  * days is not in the valid range!
868  *---------------------------------------------------------------------
869  */
870 ntpcal_split
871 ntpcal_split_yeardays(
872         int32_t eyd,
873         int     isleapyear
874         )
875 {
876         ntpcal_split    res;
877         const uint16_t *lt;     /* month length table   */
878
879         /* check leap year flag and select proper table */
880         lt = real_month_table[(isleapyear != 0)];
881         if (0 <= eyd && eyd < lt[12]) {
882                 /* get zero-based month by approximation & correction step */
883                 res.hi = eyd >> 5;         /* approx month; might be 1 too low */
884                 if (lt[res.hi + 1] <= eyd) /* fixup approximative month value  */
885                         res.hi += 1;
886                 res.lo = eyd - lt[res.hi];
887         } else {
888                 res.lo = res.hi = -1;
889         }
890
891         return res;
892 }
893
894 /*
895  *---------------------------------------------------------------------
896  * Convert a RD into the date part of a 'struct calendar'.
897  *---------------------------------------------------------------------
898  */
899 int
900 ntpcal_rd_to_date(
901         struct calendar *jd,
902         int32_t          rd
903         )
904 {
905         ntpcal_split split;
906         int          leapy;
907         u_int        ymask;
908
909         /* Get day-of-week first. Since rd is signed, the remainder can
910          * be in the range [-6..+6], but the assignment to an unsigned
911          * variable maps the negative values to positive values >=7.
912          * This makes the sign correction look strange, but adding 7
913          * causes the needed wrap-around into the desired value range of
914          * zero to six, both inclusive.
915          */
916         jd->weekday = rd % DAYSPERWEEK;
917         if (jd->weekday >= DAYSPERWEEK) /* weekday is unsigned! */
918                 jd->weekday += DAYSPERWEEK;
919
920         split = ntpcal_split_eradays(rd - 1, &leapy);
921         /* Get year and day-of-year, with overflow check. If any of the
922          * upper 16 bits is set after shifting to unity-based years, we
923          * will have an overflow when converting to an unsigned 16bit
924          * year. Shifting to the right is OK here, since it does not
925          * matter if the shift is logic or arithmetic.
926          */
927         split.hi += 1;
928         ymask = 0u - ((split.hi >> 16) == 0);
929         jd->year = (uint16_t)(split.hi & ymask);
930         jd->yearday = (uint16_t)split.lo + 1;
931
932         /* convert to month and mday */
933         split = ntpcal_split_yeardays(split.lo, leapy);
934         jd->month    = (uint8_t)split.hi + 1;
935         jd->monthday = (uint8_t)split.lo + 1;
936
937         return ymask ? leapy : -1;
938 }
939
940 /*
941  *---------------------------------------------------------------------
942  * Convert a RD into the date part of a 'struct tm'.
943  *---------------------------------------------------------------------
944  */
945 int
946 ntpcal_rd_to_tm(
947         struct tm  *utm,
948         int32_t     rd
949         )
950 {
951         ntpcal_split split;
952         int          leapy;
953
954         /* get day-of-week first */
955         utm->tm_wday = rd % DAYSPERWEEK;
956         if (utm->tm_wday < 0)
957                 utm->tm_wday += DAYSPERWEEK;
958
959         /* get year and day-of-year */
960         split = ntpcal_split_eradays(rd - 1, &leapy);
961         utm->tm_year = split.hi - 1899;
962         utm->tm_yday = split.lo;        /* 0-based */
963
964         /* convert to month and mday */
965         split = ntpcal_split_yeardays(split.lo, leapy);
966         utm->tm_mon  = split.hi;        /* 0-based */
967         utm->tm_mday = split.lo + 1;    /* 1-based */
968
969         return leapy;
970 }
971
972 /*
973  *---------------------------------------------------------------------
974  * Take a value of seconds since midnight and split it into hhmmss in a
975  * 'struct calendar'.
976  *---------------------------------------------------------------------
977  */
978 int32_t
979 ntpcal_daysec_to_date(
980         struct calendar *jd,
981         int32_t         sec
982         )
983 {
984         int32_t days;
985         int   ts[3];
986
987         days = priv_timesplit(ts, sec);
988         jd->hour   = (uint8_t)ts[0];
989         jd->minute = (uint8_t)ts[1];
990         jd->second = (uint8_t)ts[2];
991
992         return days;
993 }
994
995 /*
996  *---------------------------------------------------------------------
997  * Take a value of seconds since midnight and split it into hhmmss in a
998  * 'struct tm'.
999  *---------------------------------------------------------------------
1000  */
1001 int32_t
1002 ntpcal_daysec_to_tm(
1003         struct tm *utm,
1004         int32_t    sec
1005         )
1006 {
1007         int32_t days;
1008         int32_t ts[3];
1009
1010         days = priv_timesplit(ts, sec);
1011         utm->tm_hour = ts[0];
1012         utm->tm_min  = ts[1];
1013         utm->tm_sec  = ts[2];
1014
1015         return days;
1016 }
1017
1018 /*
1019  *---------------------------------------------------------------------
1020  * take a split representation for day/second-of-day and day offset
1021  * and convert it to a 'struct calendar'. The seconds will be normalised
1022  * into the range of a day, and the day will be adjusted accordingly.
1023  *
1024  * returns >0 if the result is in a leap year, 0 if in a regular
1025  * year and <0 if the result did not fit into the calendar struct.
1026  *---------------------------------------------------------------------
1027  */
1028 int
1029 ntpcal_daysplit_to_date(
1030         struct calendar    *jd,
1031         const ntpcal_split *ds,
1032         int32_t             dof
1033         )
1034 {
1035         dof += ntpcal_daysec_to_date(jd, ds->lo);
1036         return ntpcal_rd_to_date(jd, ds->hi + dof);
1037 }
1038
1039 /*
1040  *---------------------------------------------------------------------
1041  * take a split representation for day/second-of-day and day offset
1042  * and convert it to a 'struct tm'. The seconds will be normalised
1043  * into the range of a day, and the day will be adjusted accordingly.
1044  *
1045  * returns 1 if the result is in a leap year and zero if in a regular
1046  * year.
1047  *---------------------------------------------------------------------
1048  */
1049 int
1050 ntpcal_daysplit_to_tm(
1051         struct tm          *utm,
1052         const ntpcal_split *ds ,
1053         int32_t             dof
1054         )
1055 {
1056         dof += ntpcal_daysec_to_tm(utm, ds->lo);
1057
1058         return ntpcal_rd_to_tm(utm, ds->hi + dof);
1059 }
1060
1061 /*
1062  *---------------------------------------------------------------------
1063  * Take a UN*X time and convert to a calendar structure.
1064  *---------------------------------------------------------------------
1065  */
1066 int
1067 ntpcal_time_to_date(
1068         struct calendar *jd,
1069         const vint64    *ts
1070         )
1071 {
1072         ntpcal_split ds;
1073
1074         ds = ntpcal_daysplit(ts);
1075         ds.hi += ntpcal_daysec_to_date(jd, ds.lo);
1076         ds.hi += DAY_UNIX_STARTS;
1077
1078         return ntpcal_rd_to_date(jd, ds.hi);
1079 }
1080
1081
1082 /*
1083  * ====================================================================
1084  *
1085  * merging composite entities
1086  *
1087  * ====================================================================
1088  */
1089
1090 /*
1091  *---------------------------------------------------------------------
1092  * Merge a number of days and a number of seconds into seconds,
1093  * expressed in 64 bits to avoid overflow.
1094  *---------------------------------------------------------------------
1095  */
1096 vint64
1097 ntpcal_dayjoin(
1098         int32_t days,
1099         int32_t secs
1100         )
1101 {
1102         vint64 res;
1103
1104 #   if defined(HAVE_INT64)
1105
1106         res.q_s  = days;
1107         res.q_s *= SECSPERDAY;
1108         res.q_s += secs;
1109
1110 #   else
1111
1112         uint32_t p1, p2;
1113         int      isneg;
1114
1115         /*
1116          * res = days *86400 + secs, using manual 16/32 bit
1117          * multiplications and shifts.
1118          */
1119         isneg = (days < 0);
1120         if (isneg)
1121                 days = -days;
1122
1123         /* assemble days * 675 */
1124         res.D_s.lo = (days & 0xFFFF) * 675u;
1125         res.D_s.hi = 0;
1126         p1 = (days >> 16) * 675u;
1127         p2 = p1 >> 16;
1128         p1 = p1 << 16;
1129         M_ADD(res.D_s.hi, res.D_s.lo, p2, p1);
1130
1131         /* mul by 128, using shift */
1132         res.D_s.hi = (res.D_s.hi << 7) | (res.D_s.lo >> 25);
1133         res.D_s.lo = (res.D_s.lo << 7);
1134
1135         /* fix sign */
1136         if (isneg)
1137                 M_NEG(res.D_s.hi, res.D_s.lo);
1138
1139         /* properly add seconds */
1140         p2 = 0;
1141         if (secs < 0) {
1142                 p1 = (uint32_t)-secs;
1143                 M_NEG(p2, p1);
1144         } else {
1145                 p1 = (uint32_t)secs;
1146         }
1147         M_ADD(res.D_s.hi, res.D_s.lo, p2, p1);
1148
1149 #   endif
1150
1151         return res;
1152 }
1153
1154 /*
1155  *---------------------------------------------------------------------
1156  * get leap years since epoch in elapsed years
1157  *---------------------------------------------------------------------
1158  */
1159 int32_t
1160 ntpcal_leapyears_in_years(
1161         int32_t years
1162         )
1163 {
1164         /* We use the in-out-in algorithm here, using the one's
1165          * complement division trick for negative numbers. The chained
1166          * division sequence by 4/25/4 gives the compiler the chance to
1167          * get away with only one true division and doing shifts otherwise.
1168          */
1169
1170         uint32_t sflag, sum, uyear;
1171
1172         sflag = int32_sflag(years);
1173         uyear = int32_to_uint32_2cpl(years);
1174         uyear ^= sflag;
1175
1176         sum  = (uyear /=  4u);  /*   4yr rule --> IN  */
1177         sum -= (uyear /= 25u);  /* 100yr rule --> OUT */
1178         sum += (uyear /=  4u);  /* 400yr rule --> IN  */
1179
1180         /* Thanks to the alternation of IN/OUT/IN we can do the sum
1181          * directly and have a single one's complement operation
1182          * here. (Only if the years are negative, of course.) Otherwise
1183          * the one's complement would have to be done when
1184          * adding/subtracting the terms.
1185          */
1186         return uint32_2cpl_to_int32(sflag ^ sum);
1187 }
1188
1189 /*
1190  *---------------------------------------------------------------------
1191  * Convert elapsed years in Era into elapsed days in Era.
1192  *---------------------------------------------------------------------
1193  */
1194 int32_t
1195 ntpcal_days_in_years(
1196         int32_t years
1197         )
1198 {
1199         return years * DAYSPERYEAR + ntpcal_leapyears_in_years(years);
1200 }
1201
1202 /*
1203  *---------------------------------------------------------------------
1204  * Convert a number of elapsed month in a year into elapsed days in year.
1205  *
1206  * The month will be normalized, and 'res.hi' will contain the
1207  * excessive years that must be considered when converting the years,
1208  * while 'res.lo' will contain the number of elapsed days since start
1209  * of the year.
1210  *
1211  * This code uses the shifted-month-approach to convert month to days,
1212  * because then there is no need to have explicit leap year
1213  * information.  The slight disadvantage is that for most month values
1214  * the result is a negative value, and the year excess is one; the
1215  * conversion is then simply based on the start of the following year.
1216  *---------------------------------------------------------------------
1217  */
1218 ntpcal_split
1219 ntpcal_days_in_months(
1220         int32_t m
1221         )
1222 {
1223         ntpcal_split res;
1224
1225         /* Add ten months and correct if needed. (It likely is...) */
1226         res.lo  = m + 10;
1227         res.hi  = (res.lo >= 12);
1228         if (res.hi)
1229                 res.lo -= 12;
1230
1231         /* if still out of range, normalise by floor division ... */
1232         if (res.lo < 0 || res.lo >= 12) {
1233                 uint32_t mu, Q, sflag;
1234                 sflag = int32_sflag(res.lo);
1235                 mu    = int32_to_uint32_2cpl(res.lo);
1236                 Q     = sflag ^ ((sflag ^ mu) / 12u);
1237                 res.hi += uint32_2cpl_to_int32(Q);
1238                 res.lo  = mu - Q * 12u;
1239         }
1240         
1241         /* get cummulated days in year with unshift */
1242         res.lo = shift_month_table[res.lo] - 306;
1243
1244         return res;
1245 }
1246
1247 /*
1248  *---------------------------------------------------------------------
1249  * Convert ELAPSED years/months/days of gregorian calendar to elapsed
1250  * days in Gregorian epoch.
1251  *
1252  * If you want to convert years and days-of-year, just give a month of
1253  * zero.
1254  *---------------------------------------------------------------------
1255  */
1256 int32_t
1257 ntpcal_edate_to_eradays(
1258         int32_t years,
1259         int32_t mons,
1260         int32_t mdays
1261         )
1262 {
1263         ntpcal_split tmp;
1264         int32_t      res;
1265
1266         if (mons) {
1267                 tmp = ntpcal_days_in_months(mons);
1268                 res = ntpcal_days_in_years(years + tmp.hi) + tmp.lo;
1269         } else
1270                 res = ntpcal_days_in_years(years);
1271         res += mdays;
1272
1273         return res;
1274 }
1275
1276 /*
1277  *---------------------------------------------------------------------
1278  * Convert ELAPSED years/months/days of gregorian calendar to elapsed
1279  * days in year.
1280  *
1281  * Note: This will give the true difference to the start of the given
1282  * year, even if months & days are off-scale.
1283  *---------------------------------------------------------------------
1284  */
1285 int32_t
1286 ntpcal_edate_to_yeardays(
1287         int32_t years,
1288         int32_t mons,
1289         int32_t mdays
1290         )
1291 {
1292         ntpcal_split tmp;
1293
1294         if (0 <= mons && mons < 12) {
1295                 years += 1;
1296                 mdays += real_month_table[is_leapyear(years)][mons];
1297         } else {
1298                 tmp = ntpcal_days_in_months(mons);
1299                 mdays += tmp.lo
1300                        + ntpcal_days_in_years(years + tmp.hi)
1301                        - ntpcal_days_in_years(years);
1302         }
1303
1304         return mdays;
1305 }
1306
1307 /*
1308  *---------------------------------------------------------------------
1309  * Convert elapsed days and the hour/minute/second information into
1310  * total seconds.
1311  *
1312  * If 'isvalid' is not NULL, do a range check on the time specification
1313  * and tell if the time input is in the normal range, permitting for a
1314  * single leapsecond.
1315  *---------------------------------------------------------------------
1316  */
1317 int32_t
1318 ntpcal_etime_to_seconds(
1319         int32_t hours,
1320         int32_t minutes,
1321         int32_t seconds
1322         )
1323 {
1324         int32_t res;
1325
1326         res = (hours * MINSPERHR + minutes) * SECSPERMIN + seconds;
1327
1328         return res;
1329 }
1330
1331 /*
1332  *---------------------------------------------------------------------
1333  * Convert the date part of a 'struct tm' (that is, year, month,
1334  * day-of-month) into the RD of that day.
1335  *---------------------------------------------------------------------
1336  */
1337 int32_t
1338 ntpcal_tm_to_rd(
1339         const struct tm *utm
1340         )
1341 {
1342         return ntpcal_edate_to_eradays(utm->tm_year + 1899,
1343                                        utm->tm_mon,
1344                                        utm->tm_mday - 1) + 1;
1345 }
1346
1347 /*
1348  *---------------------------------------------------------------------
1349  * Convert the date part of a 'struct calendar' (that is, year, month,
1350  * day-of-month) into the RD of that day.
1351  *---------------------------------------------------------------------
1352  */
1353 int32_t
1354 ntpcal_date_to_rd(
1355         const struct calendar *jd
1356         )
1357 {
1358         return ntpcal_edate_to_eradays((int32_t)jd->year - 1,
1359                                        (int32_t)jd->month - 1,
1360                                        (int32_t)jd->monthday - 1) + 1;
1361 }
1362
1363 /*
1364  *---------------------------------------------------------------------
1365  * convert a year number to rata die of year start
1366  *---------------------------------------------------------------------
1367  */
1368 int32_t
1369 ntpcal_year_to_ystart(
1370         int32_t year
1371         )
1372 {
1373         return ntpcal_days_in_years(year - 1) + 1;
1374 }
1375
1376 /*
1377  *---------------------------------------------------------------------
1378  * For a given RD, get the RD of the associated year start,
1379  * that is, the RD of the last January,1st on or before that day.
1380  *---------------------------------------------------------------------
1381  */
1382 int32_t
1383 ntpcal_rd_to_ystart(
1384         int32_t rd
1385         )
1386 {
1387         /*
1388          * Rather simple exercise: split the day number into elapsed
1389          * years and elapsed days, then remove the elapsed days from the
1390          * input value. Nice'n sweet...
1391          */
1392         return rd - ntpcal_split_eradays(rd - 1, NULL).lo;
1393 }
1394
1395 /*
1396  *---------------------------------------------------------------------
1397  * For a given RD, get the RD of the associated month start.
1398  *---------------------------------------------------------------------
1399  */
1400 int32_t
1401 ntpcal_rd_to_mstart(
1402         int32_t rd
1403         )
1404 {
1405         ntpcal_split split;
1406         int          leaps;
1407
1408         split = ntpcal_split_eradays(rd - 1, &leaps);
1409         split = ntpcal_split_yeardays(split.lo, leaps);
1410
1411         return rd - split.lo;
1412 }
1413
1414 /*
1415  *---------------------------------------------------------------------
1416  * take a 'struct calendar' and get the seconds-of-day from it.
1417  *---------------------------------------------------------------------
1418  */
1419 int32_t
1420 ntpcal_date_to_daysec(
1421         const struct calendar *jd
1422         )
1423 {
1424         return ntpcal_etime_to_seconds(jd->hour, jd->minute,
1425                                        jd->second);
1426 }
1427
1428 /*
1429  *---------------------------------------------------------------------
1430  * take a 'struct tm' and get the seconds-of-day from it.
1431  *---------------------------------------------------------------------
1432  */
1433 int32_t
1434 ntpcal_tm_to_daysec(
1435         const struct tm *utm
1436         )
1437 {
1438         return ntpcal_etime_to_seconds(utm->tm_hour, utm->tm_min,
1439                                        utm->tm_sec);
1440 }
1441
1442 /*
1443  *---------------------------------------------------------------------
1444  * take a 'struct calendar' and convert it to a 'time_t'
1445  *---------------------------------------------------------------------
1446  */
1447 time_t
1448 ntpcal_date_to_time(
1449         const struct calendar *jd
1450         )
1451 {
1452         vint64  join;
1453         int32_t days, secs;
1454
1455         days = ntpcal_date_to_rd(jd) - DAY_UNIX_STARTS;
1456         secs = ntpcal_date_to_daysec(jd);
1457         join = ntpcal_dayjoin(days, secs);
1458
1459         return vint64_to_time(&join);
1460 }
1461
1462
1463 /*
1464  * ====================================================================
1465  *
1466  * extended and unchecked variants of caljulian/caltontp
1467  *
1468  * ====================================================================
1469  */
1470 int
1471 ntpcal_ntp64_to_date(
1472         struct calendar *jd,
1473         const vint64    *ntp
1474         )
1475 {
1476         ntpcal_split ds;
1477
1478         ds = ntpcal_daysplit(ntp);
1479         ds.hi += ntpcal_daysec_to_date(jd, ds.lo);
1480
1481         return ntpcal_rd_to_date(jd, ds.hi + DAY_NTP_STARTS);
1482 }
1483
1484 int
1485 ntpcal_ntp_to_date(
1486         struct calendar *jd,
1487         uint32_t         ntp,
1488         const time_t    *piv
1489         )
1490 {
1491         vint64  ntp64;
1492
1493         /*
1494          * Unfold ntp time around current time into NTP domain. Split
1495          * into days and seconds, shift days into CE domain and
1496          * process the parts.
1497          */
1498         ntp64 = ntpcal_ntp_to_ntp(ntp, piv);
1499         return ntpcal_ntp64_to_date(jd, &ntp64);
1500 }
1501
1502
1503 vint64
1504 ntpcal_date_to_ntp64(
1505         const struct calendar *jd
1506         )
1507 {
1508         /*
1509          * Convert date to NTP. Ignore yearday, use d/m/y only.
1510          */
1511         return ntpcal_dayjoin(ntpcal_date_to_rd(jd) - DAY_NTP_STARTS,
1512                               ntpcal_date_to_daysec(jd));
1513 }
1514
1515
1516 uint32_t
1517 ntpcal_date_to_ntp(
1518         const struct calendar *jd
1519         )
1520 {
1521         /*
1522          * Get lower half of 64-bit NTP timestamp from date/time.
1523          */
1524         return ntpcal_date_to_ntp64(jd).d_s.lo;
1525 }
1526
1527
1528
1529 /*
1530  * ====================================================================
1531  *
1532  * day-of-week calculations
1533  *
1534  * ====================================================================
1535  */
1536 /*
1537  * Given a RataDie and a day-of-week, calculate a RDN that is reater-than,
1538  * greater-or equal, closest, less-or-equal or less-than the given RDN
1539  * and denotes the given day-of-week
1540  */
1541 int32_t
1542 ntpcal_weekday_gt(
1543         int32_t rdn,
1544         int32_t dow
1545         )
1546 {
1547         return ntpcal_periodic_extend(rdn+1, dow, 7);
1548 }
1549
1550 int32_t
1551 ntpcal_weekday_ge(
1552         int32_t rdn,
1553         int32_t dow
1554         )
1555 {
1556         return ntpcal_periodic_extend(rdn, dow, 7);
1557 }
1558
1559 int32_t
1560 ntpcal_weekday_close(
1561         int32_t rdn,
1562         int32_t dow
1563         )
1564 {
1565         return ntpcal_periodic_extend(rdn-3, dow, 7);
1566 }
1567
1568 int32_t
1569 ntpcal_weekday_le(
1570         int32_t rdn,
1571         int32_t dow
1572         )
1573 {
1574         return ntpcal_periodic_extend(rdn, dow, -7);
1575 }
1576
1577 int32_t
1578 ntpcal_weekday_lt(
1579         int32_t rdn,
1580         int32_t dow
1581         )
1582 {
1583         return ntpcal_periodic_extend(rdn-1, dow, -7);
1584 }
1585
1586 /*
1587  * ====================================================================
1588  *
1589  * ISO week-calendar conversions
1590  *
1591  * The ISO8601 calendar defines a calendar of years, weeks and weekdays.
1592  * It is related to the Gregorian calendar, and a ISO year starts at the
1593  * Monday closest to Jan,1st of the corresponding Gregorian year.  A ISO
1594  * calendar year has always 52 or 53 weeks, and like the Grogrian
1595  * calendar the ISO8601 calendar repeats itself every 400 years, or
1596  * 146097 days, or 20871 weeks.
1597  *
1598  * While it is possible to write ISO calendar functions based on the
1599  * Gregorian calendar functions, the following implementation takes a
1600  * different approach, based directly on years and weeks.
1601  *
1602  * Analysis of the tabulated data shows that it is not possible to
1603  * interpolate from years to weeks over a full 400 year range; cyclic
1604  * shifts over 400 years do not provide a solution here. But it *is*
1605  * possible to interpolate over every single century of the 400-year
1606  * cycle. (The centennial leap year rule seems to be the culprit here.)
1607  *
1608  * It can be shown that a conversion from years to weeks can be done
1609  * using a linear transformation of the form
1610  *
1611  *   w = floor( y * a + b )
1612  *
1613  * where the slope a must hold to
1614  *
1615  *  52.1780821918 <= a < 52.1791044776
1616  *
1617  * and b must be chosen according to the selected slope and the number
1618  * of the century in a 400-year period.
1619  *
1620  * The inverse calculation can also be done in this way. Careful scaling
1621  * provides an unlimited set of integer coefficients a,k,b that enable
1622  * us to write the calulation in the form
1623  *
1624  *   w = (y * a  + b ) / k
1625  *   y = (w * a' + b') / k'
1626  *
1627  * In this implementation the values of k and k' are chosen to be
1628  * smallest possible powers of two, so the division can be implemented
1629  * as shifts if the optimiser chooses to do so.
1630  *
1631  * ====================================================================
1632  */
1633
1634 /*
1635  * Given a number of elapsed (ISO-)years since the begin of the
1636  * christian era, return the number of elapsed weeks corresponding to
1637  * the number of years.
1638  */
1639 int32_t
1640 isocal_weeks_in_years(
1641         int32_t years
1642         )
1643 {       
1644         /*
1645          * use: w = (y * 53431 + b[c]) / 1024 as interpolation
1646          */
1647         static const uint16_t bctab[4] = { 157, 449, 597, 889 };
1648
1649         int32_t  cs, cw;
1650         uint32_t cc, ci, yu, sflag;
1651
1652         sflag = int32_sflag(years);
1653         yu    = int32_to_uint32_2cpl(years);
1654         
1655         /* split off centuries, using floor division */
1656         cc  = sflag ^ ((sflag ^ yu) / 100u);
1657         yu -= cc * 100u;
1658
1659         /* calculate century cycles shift and cycle index:
1660          * Assuming a century is 5217 weeks, we have to add a cycle
1661          * shift that is 3 for every 4 centuries, because 3 of the four
1662          * centuries have 5218 weeks. So '(cc*3 + 1) / 4' is the actual
1663          * correction, and the second century is the defective one.
1664          *
1665          * Needs floor division by 4, which is done with masking and
1666          * shifting.
1667          */
1668         ci = cc * 3u + 1;
1669         cs = uint32_2cpl_to_int32(sflag ^ ((sflag ^ ci) / 4u));
1670         ci = ci % 4u;
1671         
1672         /* Get weeks in century. Can use plain division here as all ops
1673          * are >= 0,  and let the compiler sort out the possible
1674          * optimisations.
1675          */
1676         cw = (yu * 53431u + bctab[ci]) / 1024u;
1677
1678         return uint32_2cpl_to_int32(cc) * 5217 + cs + cw;
1679 }
1680
1681 /*
1682  * Given a number of elapsed weeks since the begin of the christian
1683  * era, split this number into the number of elapsed years in res.hi
1684  * and the excessive number of weeks in res.lo. (That is, res.lo is
1685  * the number of elapsed weeks in the remaining partial year.)
1686  */
1687 ntpcal_split
1688 isocal_split_eraweeks(
1689         int32_t weeks
1690         )
1691 {
1692         /*
1693          * use: y = (w * 157 + b[c]) / 8192 as interpolation
1694          */
1695
1696         static const uint16_t bctab[4] = { 85, 130, 17, 62 };
1697
1698         ntpcal_split res;
1699         int32_t  cc, ci;
1700         uint32_t sw, cy, Q, sflag;
1701
1702         /* Use two fast cycle-split divisions here. This is again
1703          * susceptible to internal overflow, so we check the range. This
1704          * still permits more than +/-20 million years, so this is
1705          * likely a pure academical problem.
1706          *
1707          * We want to execute '(weeks * 4 + 2) /% 20871' under floor
1708          * division rules in the first step.
1709          */
1710         sflag = int32_sflag(weeks);
1711         sw  = uint32_saturate(int32_to_uint32_2cpl(weeks), sflag);
1712         sw  = 4u * sw + 2;
1713         Q   = sflag ^ ((sflag ^ sw) / GREGORIAN_CYCLE_WEEKS);
1714         sw -= Q * GREGORIAN_CYCLE_WEEKS;
1715         ci  = Q % 4u;
1716         cc  = uint32_2cpl_to_int32(Q);
1717
1718         /* Split off years; sw >= 0 here! The scaled weeks in the years
1719          * are scaled up by 157 afterwards.
1720          */ 
1721         sw  = (sw / 4u) * 157u + bctab[ci];
1722         cy  = sw / 8192u;       /* ws >> 13 , let the compiler sort it out */
1723         sw  = sw % 8192u;       /* ws & 8191, let the compiler sort it out */
1724
1725         /* assemble elapsed years and downscale the elapsed weeks in
1726          * the year.
1727          */
1728         res.hi = 100*cc + cy;
1729         res.lo = sw / 157u;
1730
1731         return res;
1732 }
1733
1734 /*
1735  * Given a second in the NTP time scale and a pivot, expand the NTP
1736  * time stamp around the pivot and convert into an ISO calendar time
1737  * stamp.
1738  */
1739 int
1740 isocal_ntp64_to_date(
1741         struct isodate *id,
1742         const vint64   *ntp
1743         )
1744 {
1745         ntpcal_split ds;
1746         int32_t      ts[3];
1747         uint32_t     uw, ud, sflag;
1748
1749         /*
1750          * Split NTP time into days and seconds, shift days into CE
1751          * domain and process the parts.
1752          */
1753         ds = ntpcal_daysplit(ntp);
1754
1755         /* split time part */
1756         ds.hi += priv_timesplit(ts, ds.lo);
1757         id->hour   = (uint8_t)ts[0];
1758         id->minute = (uint8_t)ts[1];
1759         id->second = (uint8_t)ts[2];
1760
1761         /* split days into days and weeks, using floor division in unsigned */
1762         ds.hi += DAY_NTP_STARTS - 1; /* shift from NTP to RDN */
1763         sflag = int32_sflag(ds.hi);
1764         ud  = int32_to_uint32_2cpl(ds.hi);
1765         uw  = sflag ^ ((sflag ^ ud) / DAYSPERWEEK);
1766         ud -= uw * DAYSPERWEEK;
1767         ds.hi = uint32_2cpl_to_int32(uw);
1768         ds.lo = ud;
1769
1770         id->weekday = (uint8_t)ds.lo + 1;       /* weekday result    */
1771
1772         /* get year and week in year */
1773         ds = isocal_split_eraweeks(ds.hi);      /* elapsed years&week*/
1774         id->year = (uint16_t)ds.hi + 1;         /* shift to current  */
1775         id->week = (uint8_t )ds.lo + 1;
1776
1777         return (ds.hi >= 0 && ds.hi < 0x0000FFFF);
1778 }
1779
1780 int
1781 isocal_ntp_to_date(
1782         struct isodate *id,
1783         uint32_t        ntp,
1784         const time_t   *piv
1785         )
1786 {
1787         vint64  ntp64;
1788
1789         /*
1790          * Unfold ntp time around current time into NTP domain, then
1791          * convert the full time stamp.
1792          */
1793         ntp64 = ntpcal_ntp_to_ntp(ntp, piv);
1794         return isocal_ntp64_to_date(id, &ntp64);
1795 }
1796
1797 /*
1798  * Convert a ISO date spec into a second in the NTP time scale,
1799  * properly truncated to 32 bit.
1800  */
1801 vint64
1802 isocal_date_to_ntp64(
1803         const struct isodate *id
1804         )
1805 {
1806         int32_t weeks, days, secs;
1807
1808         weeks = isocal_weeks_in_years((int32_t)id->year - 1)
1809               + (int32_t)id->week - 1;
1810         days = weeks * 7 + (int32_t)id->weekday;
1811         /* days is RDN of ISO date now */
1812         secs = ntpcal_etime_to_seconds(id->hour, id->minute, id->second);
1813
1814         return ntpcal_dayjoin(days - DAY_NTP_STARTS, secs);
1815 }
1816
1817 uint32_t
1818 isocal_date_to_ntp(
1819         const struct isodate *id
1820         )
1821 {
1822         /*
1823          * Get lower half of 64-bit NTP timestamp from date/time.
1824          */
1825         return isocal_date_to_ntp64(id).d_s.lo;
1826 }
1827
1828 /*
1829  * ====================================================================
1830  * 'basedate' support functions
1831  * ====================================================================
1832  */
1833
1834 static int32_t s_baseday = NTP_TO_UNIX_DAYS;
1835
1836 int32_t
1837 basedate_eval_buildstamp(void)
1838 {
1839         struct calendar jd;
1840         int32_t         ed;
1841         
1842         if (!ntpcal_get_build_date(&jd))
1843                 return NTP_TO_UNIX_DAYS;
1844
1845         /* The time zone of the build stamp is unspecified; we remove
1846          * one day to provide a certain slack. And in case somebody
1847          * fiddled with the system clock, we make sure we do not go
1848          * before the UNIX epoch (1970-01-01). It's probably not possible
1849          * to do this to the clock on most systems, but there are other
1850          * ways to tweak the build stamp.
1851          */
1852         jd.monthday -= 1;
1853         ed = ntpcal_date_to_rd(&jd) - DAY_NTP_STARTS;
1854         return (ed < NTP_TO_UNIX_DAYS) ? NTP_TO_UNIX_DAYS : ed;
1855 }
1856
1857 int32_t
1858 basedate_eval_string(
1859         const char * str
1860         )
1861 {
1862         u_short y,m,d;
1863         u_long  ned;
1864         int     rc, nc;
1865         size_t  sl;
1866
1867         sl = strlen(str);       
1868         rc = sscanf(str, "%4hu-%2hu-%2hu%n", &y, &m, &d, &nc);
1869         if (rc == 3 && (size_t)nc == sl) {
1870                 if (m >= 1 && m <= 12 && d >= 1 && d <= 31)
1871                         return ntpcal_edate_to_eradays(y-1, m-1, d)
1872                             - DAY_NTP_STARTS;
1873                 goto buildstamp;
1874         }
1875
1876         rc = scanf(str, "%lu%n", &ned, &nc);
1877         if (rc == 1 && (size_t)nc == sl) {
1878                 if (ned <= INT32_MAX)
1879                         return (int32_t)ned;
1880                 goto buildstamp;
1881         }
1882
1883   buildstamp:
1884         msyslog(LOG_WARNING,
1885                 "basedate string \"%s\" invalid, build date substituted!",
1886                 str);
1887         return basedate_eval_buildstamp();
1888 }
1889
1890 uint32_t
1891 basedate_get_day(void)
1892 {
1893         return s_baseday;
1894 }
1895
1896 int32_t
1897 basedate_set_day(
1898         int32_t day
1899         )
1900 {
1901         struct calendar jd;
1902         int32_t         retv;
1903
1904         if (day < NTP_TO_UNIX_DAYS) {
1905                 msyslog(LOG_WARNING,
1906                         "baseday_set_day: invalid day (%lu), UNIX epoch substituted",
1907                         (unsigned long)day);
1908                 day = NTP_TO_UNIX_DAYS;
1909         }
1910         retv = s_baseday; 
1911         s_baseday = day;
1912         ntpcal_rd_to_date(&jd, day + DAY_NTP_STARTS);
1913         msyslog(LOG_INFO, "basedate set to %04hu-%02hu-%02hu",
1914                 jd.year, (u_short)jd.month, (u_short)jd.monthday);
1915         return retv;
1916 }
1917
1918 time_t
1919 basedate_get_eracenter(void)
1920 {
1921         time_t retv;
1922         retv  = (time_t)(s_baseday - NTP_TO_UNIX_DAYS);
1923         retv *= SECSPERDAY;
1924         retv += (UINT32_C(1) << 31);
1925         return retv;
1926 }
1927
1928 time_t
1929 basedate_get_erabase(void)
1930 {
1931         time_t retv;
1932         retv  = (time_t)(s_baseday - NTP_TO_UNIX_DAYS);
1933         retv *= SECSPERDAY;
1934         return retv;
1935 }
1936
1937 /* -*-EOF-*- */