]> sourceware.org Git - newlib-cygwin.git/commitdiff
* libc/machine/aarch64/strcpy.S: Improve handling of short strings.
authorRichard Earnshaw <rearnsha@arm.com>
Tue, 16 Dec 2014 15:48:58 +0000 (15:48 +0000)
committerRichard Earnshaw <rearnsha@arm.com>
Tue, 16 Dec 2014 15:48:58 +0000 (15:48 +0000)
newlib/ChangeLog
newlib/libc/machine/aarch64/strcpy.S

index 3cba3e9ed96186afc2b722f15becfbbc627696c7..0786ef4bb06cbdcd8dd671740bdc2ae453de5f79 100644 (file)
@@ -1,3 +1,7 @@
+2014-12-16  Richard Earnshaw  <rearnsha@arm.com>
+
+       * libc/machine/aarch64/strcpy.S: Improve handling of short strings.
+
 2014-12-16  Jon Beniston  <jon@beniston.com>
 
        * libc/include/stdlib.h (__itoa):  Declare prototype.
index 2605d94a50b639fb9e1c73313a1e11876dc8ff03..7c40bc5f5fa3834f0e1c002593dc3be769b1b46a 100644 (file)
@@ -1,8 +1,8 @@
 /*
    strcpy - copy a string.
 
-   Copyright (c) 2013, 2014, ARM Limited
-   All rights Reserved.
+   Copyright (c) 2013, 2014 ARM Ltd.
+   All Rights Reserved.
 
    Redistribution and use in source and binary forms, with or without
    modification, are permitted provided that the following conditions are met:
 
 /* Assumptions:
  *
- * ARMv8-a, AArch64, unaligned accesses
+ * ARMv8-a, AArch64, unaligned accesses, min page size 4k.
  */
 
+/* To test the page crossing code path more thoroughly, compile with
+   -DSTRCPY_TEST_PAGE_CROSS - this will force all copies through the slower
+   entry path.  This option is not intended for production use.  */
+
 /* Arguments and results.  */
 #define dstin          x0
-#define src            x1
+#define srcin          x1
 
 /* Locals and temporaries.  */
-#define dst            x2
-#define data1          x3
-#define data1w         w3
-#define data2          x4
-#define has_nul1       x5
-#define has_nul2       x6
-#define tmp1           x7
-#define tmp2           x8
-#define tmp3           x9
-#define tmp4           x10
-#define zeroones       x11
+#define src            x2
+#define dst            x3
+#define data1          x4
+#define data1w         w4
+#define data2          x5
+#define data2w         w5
+#define has_nul1       x6
+#define has_nul2       x7
+#define tmp1           x8
+#define tmp2           x9
+#define tmp3           x10
+#define tmp4           x11
+#define zeroones       x12
+#define data1a         x13
+#define data2a         x14
+#define pos            x15
+#define len            x16
+#define to_align       x17
 
        .macro def_fn f p2align=0
        .text
 \f:
        .endm
 
+       /* NUL detection works on the principle that (X - 1) & (~X) & 0x80
+          (=> (X - 1) & ~(X | 0x7f)) is non-zero iff a byte is zero, and
+          can be done in parallel across the entire word.  */
+
 #define REP8_01 0x0101010101010101
 #define REP8_7f 0x7f7f7f7f7f7f7f7f
 #define REP8_80 0x8080808080808080
 
-       /* Start of critial section -- keep to one 64Byte cache line.  */
+       /* AArch64 systems have a minimum page size of 4k.  We can do a quick
+          page size check for crossing this boundary on entry and if we
+          do not, then we can short-circuit much of the entry code.  We
+          expect early page-crossing strings to be rare (probability of
+          16/MIN_PAGE_SIZE ~= 0.4%), so the branch should be quite
+          predictable, even with random strings.
+
+          We don't bother checking for larger page sizes, the cost of setting
+          up the correct page size is just not worth the extra gain from
+          a small reduction in the cases taking the slow path.  Note that
+          we only care about whether the first fetch, which may be
+          misaligned, crosses a page boundary - after that we move to aligned
+          fetches for the remainder of the string.  */
+
+#define MIN_PAGE_P2 12
+#define MIN_PAGE_SIZE (1 << MIN_PAGE_P2)
+
 def_fn strcpy p2align=6
+       /* For moderately short strings, the fastest way to do the copy is to
+          calculate the length of the string in the same way as strlen, then
+          essentially do a memcpy of the result.  This avoids the need for
+          multiple byte copies and further means that by the time we
+          reach the bulk copy loop we know we can always use DWord
+          accesses.  We expect strcpy to rarely be called repeatedly
+          with the same source string, so branch prediction is likely to
+          always be difficult - we mitigate against this by preferring
+          conditional select operations over branches whenever this is
+          feasible.  */
+       add     tmp2, srcin, #15
        mov     zeroones, #REP8_01
+       and     to_align, srcin, #15
+       eor     tmp2, tmp2, srcin
        mov     dst, dstin
-       ands    tmp1, src, #15
-       b.ne    .Lmisaligned
-       /* NUL detection works on the principle that (X - 1) & (~X) & 0x80
-          (=> (X - 1) & ~(X | 0x7f)) is non-zero iff a byte is zero, and
-          can be done in parallel across the entire word.  */
+       neg     tmp1, to_align
+#ifdef STRCPY_TEST_PAGE_CROSS
+       b       .Lpage_cross
+#else
+       /* The first fetch will straddle a (possible) page boundary iff
+          srcin + 15 causes bit[MIN_PAGE_P2] to change value.  A 16-byte
+          aligned string will never fail the page align check, so will
+          always take the fast path.  */
+       tbnz    tmp2, #MIN_PAGE_P2, .Lpage_cross
+#endif
+       ldp     data1, data2, [srcin]
+       add     src, srcin, #16
+       sub     tmp1, data1, zeroones
+       orr     tmp2, data1, #REP8_7f
+       sub     tmp3, data2, zeroones
+       orr     tmp4, data2, #REP8_7f
+       bic     has_nul1, tmp1, tmp2
+       bics    has_nul2, tmp3, tmp4
+       ccmp    has_nul1, #0, #0, eq    /* NZCV = 0000  */
+       b.ne    .Learly_end_found
+       stp     data1, data2, [dst], #16
+       sub     src, src, to_align
+       sub     dst, dst, to_align
+       b       .Lentry_no_page_cross
+
+.Lpage_cross:
+       bic     src, srcin, #15
+       /* Start by loading two words at [srcin & ~15], then forcing the
+          bytes that precede srcin to 0xff.  This means they never look
+          like termination bytes.  */
+       ldp     data1, data2, [src], #16
+       lsl     tmp1, tmp1, #3  /* Bytes beyond alignment -> bits.  */
+       tst     to_align, #7
+       csetm   tmp2, ne
+#ifdef __AARCH64EB__
+       lsl     tmp2, tmp2, tmp1        /* Shift (tmp1 & 63).  */
+#else
+       lsr     tmp2, tmp2, tmp1        /* Shift (tmp1 & 63).  */
+#endif
+       orr     data1, data1, tmp2
+       orr     data2a, data2, tmp2
+       cmp     to_align, #8
+       csinv   data1, data1, xzr, lt
+       csel    data2, data2, data2a, lt
+       sub     tmp1, data1, zeroones
+       orr     tmp2, data1, #REP8_7f
+       sub     tmp3, data2, zeroones
+       orr     tmp4, data2, #REP8_7f
+       bic     has_nul1, tmp1, tmp2
+       bics    has_nul2, tmp3, tmp4
+       ccmp    has_nul1, #0, #0, eq    /* NZCV = 0000  */
+       b.ne    .Learly_end_found
+       ldp     data1, data2, [src], #16
+       sub     tmp1, data1, zeroones
+       orr     tmp2, data1, #REP8_7f
+       sub     tmp3, data2, zeroones
+       orr     tmp4, data2, #REP8_7f
+       bic     has_nul1, tmp1, tmp2
+       bics    has_nul2, tmp3, tmp4
+       ccmp    has_nul1, #0, #0, eq    /* NZCV = 0000  */
+       b.ne    .Learly_end_found
+       /* We've now checked between 16 and 32 bytes, but not found a null,
+          so we can safely start bulk copying.  Start by refetching the
+          first 16 bytes of the real string; we know this can't trap now.  */
+       ldp     data1a, data2a, [srcin]
+       stp     data1a, data2a, [dst], #16
+       sub     dst, dst, to_align
+       /* Everything is now set up, so we can just fall into the bulk
+          copy loop.  */
        /* The inner loop deals with two Dwords at a time.  This has a
           slightly higher start-up cost, but we should win quite quickly,
           especially on cores with a high number of issue slots per
           cycle, as we get much better parallelism out of the operations.  */
-       b       .Lfirst_pass
 .Lmain_loop:
        stp     data1, data2, [dst], #16
-.Lstartloop_fast:
+.Lentry_no_page_cross:
        ldp     data1, data2, [src], #16
        sub     tmp1, data1, zeroones
        orr     tmp2, data1, #REP8_7f
@@ -91,134 +198,99 @@ def_fn strcpy p2align=6
        bics    has_nul2, tmp3, tmp4
        ccmp    has_nul1, #0, #0, eq    /* NZCV = 0000  */
        b.eq    .Lmain_loop
-       /* End of critical section -- keep to one 64Byte cache line.  */
-
-       cbnz    has_nul1, .Lnul_in_data1_fast
-.Lnul_in_data2_fast:
-       str     data1, [dst], #8
-.Lnul_in_data2_fast_after_d1:
-       /* For a NUL in data2, we always know that we've moved at least 8
-          bytes, so no need for a slow path.  */
-#ifdef __AARCH64EB__
-       /* For big-endian only, carry propagation means we can't trust
-          the MSB of the syndrome value calculated above (the byte
-          sequence 01 00 will generate a syndrome of 80 80 rather than
-          00 80).  We get around this by byte-swapping the data and
-          re-calculating.  */
-       rev     data2, data2
-       sub     tmp1, data2, zeroones
-       orr     tmp2, data2, #REP8_7f
-       bic     has_nul2, tmp1, tmp2
-#endif
-       rev     has_nul2, has_nul2
-       sub     src, src, #(8+7)
-       clz     has_nul2, has_nul2
-       lsr     has_nul2, has_nul2, #3          /* Bits to bytes.  */
-       sub     dst, dst, #7
-       ldr     data2, [src, has_nul2]
-       str     data2, [dst, has_nul2]
-       ret
 
-.Lnul_in_data1_fast:
-       /* Since we know we've already copied at least 8 bytes, we can
-          safely handle the tail with one misaligned dword move.  To do this
-          we calculate the location of the trailing NUL byte and go seven
-          bytes back from that.  */
+       /* Since we know we are copying at least 16 bytes, the fastest way
+          to deal with the tail is to determine the location of the
+          trailing NUL, then (re)copy the 16 bytes leading up to that.  */
+       cmp     has_nul1, #0
 #ifdef __AARCH64EB__
-       /* For big-endian only, carry propagation means we can't trust
-          the MSB of the syndrome value calculated above (the byte
-          sequence 01 00 will generate a syndrome of 80 80 rather than
-          00 80).  We get around this by byte-swapping the data and
-          re-calculating.  */
+       /* For big-endian, carry propagation (if the final byte in the
+          string is 0x01) means we cannot use has_nul directly.  The
+          easiest way to get the correct byte is to byte-swap the data
+          and calculate the syndrome a second time.  */
+       csel    data1, data1, data2, ne
        rev     data1, data1
        sub     tmp1, data1, zeroones
        orr     tmp2, data1, #REP8_7f
        bic     has_nul1, tmp1, tmp2
+#else
+       csel    has_nul1, has_nul1, has_nul2, ne
 #endif
        rev     has_nul1, has_nul1
-       sub     src, src, #(16+7)
-       clz     has_nul1, has_nul1
-       lsr     has_nul1, has_nul1, #3          /* Bits to bytes.  */
-       sub     dst, dst, #7
-       ldr     data1, [src, has_nul1]
-       str     data1, [dst, has_nul1]
+       clz     pos, has_nul1
+       add     tmp1, pos, #72
+       add     pos, pos, #8
+       csel    pos, pos, tmp1, ne
+       add     src, src, pos, lsr #3
+       add     dst, dst, pos, lsr #3
+       ldp     data1, data2, [src, #-32]
+       stp     data1, data2, [dst, #-16]
        ret
 
-.Lfirst_pass:
-       ldp     data1, data2, [src], #16
+       /* The string is short (<32 bytes).  We don't know exactly how
+          short though, yet.  Work out the exact length so that we can
+          quickly select the optimal copy strategy.  */
+.Learly_end_found:
+       cmp     has_nul1, #0
+#ifdef __AARCH64EB__
+       /* For big-endian, carry propagation (if the final byte in the
+          string is 0x01) means we cannot use has_nul directly.  The
+          easiest way to get the correct byte is to byte-swap the data
+          and calculate the syndrome a second time.  */
+       csel    data1, data1, data2, ne
+       rev     data1, data1
        sub     tmp1, data1, zeroones
        orr     tmp2, data1, #REP8_7f
-       sub     tmp3, data2, zeroones
-       orr     tmp4, data2, #REP8_7f
        bic     has_nul1, tmp1, tmp2
-       bics    has_nul2, tmp3, tmp4
-       ccmp    has_nul1, #0, #0, eq    /* NZCV = 0000  */
-       b.eq    .Lmain_loop
-
-       cbz     has_nul1, .Lnul_in_data2_fast
-.Lnul_in_data1:
-       /* Slow path.  We can't be sure we've moved at least 8 bytes, so
-          fall back to a slow byte-by byte store of the bits already
-          loaded.
-
-          The worst case when coming through this path is that we've had
-          to copy seven individual bytes to get to alignment and we then
-          have to copy another seven (eight for big-endian) again here.
-          We could try to detect that case (and any case where more than
-          eight bytes have to be copied), but it really doesn't seem
-          worth it.  */
-#ifdef __AARCH64EB__
-       rev     data1, data1
 #else
-       /* On little-endian, we can easily check if the NULL byte was
-          in the last byte of the Dword.  For big-endian we'd have to
-          recalculate the syndrome, which is unlikely to be worth it.  */
-       lsl     has_nul1, has_nul1, #8
-       cbnz    has_nul1, 1f
-       str     data1, [dst]
-       ret
+       csel    has_nul1, has_nul1, has_nul2, ne
 #endif
-1:
-       strb    data1w, [dst], #1
-       tst     data1, #0xff
-       lsr     data1, data1, #8
-       b.ne    1b
-.Ldone:
+       rev     has_nul1, has_nul1
+       sub     tmp1, src, #7
+       sub     src, src, #15
+       clz     pos, has_nul1
+       csel    src, src, tmp1, ne
+       sub     dst, dstin, srcin
+       add     src, src, pos, lsr #3           /* Bits to bytes.  */
+       add     dst, dst, src
+       sub     len, src, srcin
+       cmp     len, #8
+       b.lt    .Llt8
+       cmp     len, #16
+       b.lt    .Llt16
+       /* 16->32 bytes to copy.  */
+       ldp     data1, data2, [srcin]
+       ldp     data1a, data2a, [src, #-16]
+       stp     data1, data2, [dstin]
+       stp     data1a, data2a, [dst, #-16]
+       ret
+.Llt16:
+       /* 8->15 bytes to copy.  */
+       ldr     data1, [srcin]
+       ldr     data2, [src, #-8]
+       str     data1, [dstin]
+       str     data2, [dst, #-8]
+       ret
+.Llt8:
+       cmp     len, #4
+       b.lt    .Llt4
+       /* 4->7 bytes to copy.  */
+       ldr     data1w, [srcin]
+       ldr     data2w, [src, #-4]
+       str     data1w, [dstin]
+       str     data2w, [dst, #-4]
+       ret
+.Llt4:
+       cmp     len, #2
+       b.lt    .Llt2
+       /* 2->3 bytes to copy.  */
+       ldrh    data1w, [srcin]
+       strh    data1w, [dstin]
+       /* Fall-through, one byte (max) to go.  */
+.Llt2:
+       /* Null-terminated string.  Last character must be zero!  */
+       strb    wzr, [dst, #-1]
        ret
-
-.Lmisaligned:
-       cmp     tmp1, #8
-       b.ge    2f
-       /* There's at least one Dword before we reach alignment, so we can
-          deal with that efficiently.  */
-       ldr     data1, [src]
-       bic     src, src, #15
-       sub     tmp3, data1, zeroones
-       orr     tmp4, data1, #REP8_7f
-       bics    has_nul1, tmp3, tmp4
-       b.ne    .Lnul_in_data1
-       str     data1, [dst], #8
-       ldr     data2, [src, #8]
-       add     src, src, #16
-       sub     dst, dst, tmp1
-       sub     tmp3, data2, zeroones
-       orr     tmp4, data2, #REP8_7f
-       bics    has_nul2, tmp3, tmp4
-       b.ne    .Lnul_in_data2_fast_after_d1
-       str     data2, [dst], #8
-       /* We can by-pass the first-pass version of the loop in this case
-          since we know that at least 8 bytes have already been copied.  */
-       b       .Lstartloop_fast
-
-2:
-       sub     tmp1, tmp1, #16
-3:
-       ldrb    data1w, [src], #1
-       strb    data1w, [dst], #1
-       cbz     data1w, .Ldone
-       add     tmp1, tmp1, #1
-       cbnz    tmp1, 3b
-       b       .Lfirst_pass
 
        .size   strcpy, . - strcpy
 #endif
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