lib/librte_acl/acl_run_sse.h

   1 /*-
   2  *   BSD LICENSE
   3  *
   4  *   Copyright(c) 2010-2014 Intel Corporation. All rights reserved.
   5  *   All rights reserved.
   6  *
   7  *   Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   8  *   modification, are permitted provided that the following conditions
   9  *   are met:
  10  *
  11  *     * Redistributions of source code must retain the above copyright
  12  *       notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  13  *     * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  14  *       notice, this list of conditions and the following disclaimer in
  15  *       the documentation and/or other materials provided with the
  16  *       distribution.
  17  *     * Neither the name of Intel Corporation nor the names of its
  18  *       contributors may be used to endorse or promote products derived
  19  *       from this software without specific prior written permission.
  20  *
  21  *   THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
  22  *   "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
  23  *   LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
  24  *   A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT
  25  *   OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
  26  *   SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT
  27  *   LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
  28  *   DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
  29  *   THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
  30  *   (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
  31  *   OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  32  */
  33
  34 #include "acl_run.h"
  35 #include "acl_vect.h"
  36
  37 enum {
  38         SHUFFLE32_SLOT1 = 0xe5,
  39         SHUFFLE32_SLOT2 = 0xe6,
  40         SHUFFLE32_SLOT3 = 0xe7,
  41         SHUFFLE32_SWAP64 = 0x4e,
  42 };
  43
  44 static const rte_xmm_t xmm_shuffle_input = {
  45         .u32 = {0x00000000, 0x04040404, 0x08080808, 0x0c0c0c0c},
  46 };
  47
  48 static const rte_xmm_t xmm_ones_16 = {
  49         .u16 = {1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1},
  50 };
  51
  52 static const rte_xmm_t xmm_match_mask = {
  53         .u32 = {
  54                 RTE_ACL_NODE_MATCH,
  55                 RTE_ACL_NODE_MATCH,
  56                 RTE_ACL_NODE_MATCH,
  57                 RTE_ACL_NODE_MATCH,
  58         },
  59 };
  60
  61 static const rte_xmm_t xmm_index_mask = {
  62         .u32 = {
  63                 RTE_ACL_NODE_INDEX,
  64                 RTE_ACL_NODE_INDEX,
  65                 RTE_ACL_NODE_INDEX,
  66                 RTE_ACL_NODE_INDEX,
  67         },
  68 };
  69
  70 /*
  71  * Resolve priority for multiple results (sse version).
  72  * This consists comparing the priority of the current traversal with the
  73  * running set of results for the packet.
  74  * For each result, keep a running array of the result (rule number) and
  75  * its priority for each category.
  76  */
  77 static inline void
  78 resolve_priority_sse(uint64_t transition, int n, const struct rte_acl_ctx *ctx,
  79         struct parms *parms, const struct rte_acl_match_results *p,
  80         uint32_t categories)
  81 {
  82         uint32_t x;
  83         xmm_t results, priority, results1, priority1, selector;
  84         xmm_t *saved_results, *saved_priority;
  85
  86         for (x = 0; x < categories; x += RTE_ACL_RESULTS_MULTIPLIER) {
  87
  88                 saved_results = (xmm_t *)(&parms[n].cmplt->results[x]);
  89                 saved_priority =
  90                         (xmm_t *)(&parms[n].cmplt->priority[x]);
  91
  92                 /* get results and priorities for completed trie */
  93                 results = MM_LOADU((const xmm_t *)&p[transition].results[x]);
  94                 priority = MM_LOADU((const xmm_t *)&p[transition].priority[x]);
  95
  96                 /* if this is not the first completed trie */
  97                 if (parms[n].cmplt->count != ctx->num_tries) {
  98
  99                         /* get running best results and their priorities */
 100                         results1 = MM_LOADU(saved_results);
 101                         priority1 = MM_LOADU(saved_priority);
 102
 103                         /* select results that are highest priority */
 104                         selector = MM_CMPGT32(priority1, priority);
 105                         results = MM_BLENDV8(results, results1, selector);
 106                         priority = MM_BLENDV8(priority, priority1, selector);
 107                 }
 108
 109                 /* save running best results and their priorities */
 110                 MM_STOREU(saved_results, results);
 111                 MM_STOREU(saved_priority, priority);
 112         }
 113 }
 114
 115 /*
 116  * Extract transitions from an XMM register and check for any matches
 117  */
 118 static void
 119 acl_process_matches(xmm_t *indices, int slot, const struct rte_acl_ctx *ctx,
 120         struct parms *parms, struct acl_flow_data *flows)
 121 {
 122         uint64_t transition1, transition2;
 123
 124         /* extract transition from low 64 bits. */
 125         transition1 = MM_CVT64(*indices);
 126
 127         /* extract transition from high 64 bits. */
 128         *indices = MM_SHUFFLE32(*indices, SHUFFLE32_SWAP64);
 129         transition2 = MM_CVT64(*indices);
 130
 131         transition1 = acl_match_check(transition1, slot, ctx,
 132                 parms, flows, resolve_priority_sse);
 133         transition2 = acl_match_check(transition2, slot + 1, ctx,
 134                 parms, flows, resolve_priority_sse);
 135
 136         /* update indices with new transitions. */
 137         *indices = MM_SET64(transition2, transition1);
 138 }
 139
 140 /*
 141  * Check for any match in 4 transitions (contained in 2 SSE registers)
 142  */
 143 static inline __attribute__((always_inline)) void
 144 acl_match_check_x4(int slot, const struct rte_acl_ctx *ctx, struct parms *parms,
 145         struct acl_flow_data *flows, xmm_t *indices1, xmm_t *indices2,
 146         xmm_t match_mask)
 147 {
 148         xmm_t temp;
 149
 150         /* put low 32 bits of each transition into one register */
 151         temp = (xmm_t)MM_SHUFFLEPS((__m128)*indices1, (__m128)*indices2,
 152                 0x88);
 153         /* test for match node */
 154         temp = MM_AND(match_mask, temp);
 155
 156         while (!MM_TESTZ(temp, temp)) {
 157                 acl_process_matches(indices1, slot, ctx, parms, flows);
 158                 acl_process_matches(indices2, slot + 2, ctx, parms, flows);
 159
 160                 temp = (xmm_t)MM_SHUFFLEPS((__m128)*indices1,
 161                                         (__m128)*indices2,
 162                                         0x88);
 163                 temp = MM_AND(match_mask, temp);
 164         }
 165 }
 166
 167 /*
 168  * Calculate the address of the next transition for
 169  * all types of nodes. Note that only DFA nodes and range
 170  * nodes actually transition to another node. Match
 171  * nodes don't move.
 172  */
 173 static inline __attribute__((always_inline)) xmm_t
 174 calc_addr_sse(xmm_t index_mask, xmm_t next_input, xmm_t shuffle_input,
 175         xmm_t ones_16, xmm_t indices1, xmm_t indices2)
 176 {
 177         xmm_t addr, node_types, range, temp;
 178         xmm_t dfa_msk, dfa_ofs, quad_ofs;
 179         xmm_t in, r, t;
 180
 181         const xmm_t range_base = _mm_set_epi32(0xffffff0c, 0xffffff08,
 182                 0xffffff04, 0xffffff00);
 183
 184         /*
 185          * Note that no transition is done for a match
 186          * node and therefore a stream freezes when
 187          * it reaches a match.
 188          */
 189
 190         /* Shuffle low 32 into temp and high 32 into indices2 */
 191         temp = (xmm_t)MM_SHUFFLEPS((__m128)indices1, (__m128)indices2, 0x88);
 192         range = (xmm_t)MM_SHUFFLEPS((__m128)indices1, (__m128)indices2, 0xdd);
 193
 194         t = MM_XOR(index_mask, index_mask);
 195
 196         /* shuffle input byte to all 4 positions of 32 bit value */
 197         in = MM_SHUFFLE8(next_input, shuffle_input);
 198
 199         /* Calc node type and node addr */
 200         node_types = MM_ANDNOT(index_mask, temp);
 201         addr = MM_AND(index_mask, temp);
 202
 203         /*
 204          * Calc addr for DFAs - addr = dfa_index + input_byte
 205          */
 206
 207         /* mask for DFA type (0) nodes */
 208         dfa_msk = MM_CMPEQ32(node_types, t);
 209
 210         r = _mm_srli_epi32(in, 30);
 211         r = _mm_add_epi8(r, range_base);
 212
 213         t = _mm_srli_epi32(in, 24);
 214         r = _mm_shuffle_epi8(range, r);
 215
 216         dfa_ofs = _mm_sub_epi32(t, r);
 217
 218         /*
 219          * Calculate number of range boundaries that are less than the
 220          * input value. Range boundaries for each node are in signed 8 bit,
 221          * ordered from -128 to 127 in the indices2 register.
 222          * This is effectively a popcnt of bytes that are greater than the
 223          * input byte.
 224          */
 225
 226         /* check ranges */
 227         temp = MM_CMPGT8(in, range);
 228
 229         /* convert -1 to 1 (bytes greater than input byte */
 230         temp = MM_SIGN8(temp, temp);
 231
 232         /* horizontal add pairs of bytes into words */
 233         temp = MM_MADD8(temp, temp);
 234
 235         /* horizontal add pairs of words into dwords */
 236         quad_ofs = MM_MADD16(temp, ones_16);
 237
 238         /* mask to range type nodes */
 239         temp = _mm_blendv_epi8(quad_ofs, dfa_ofs, dfa_msk);
 240
 241         /* add index into node position */
 242         return MM_ADD32(addr, temp);
 243 }
 244
 245 /*
 246  * Process 4 transitions (in 2 SIMD registers) in parallel
 247  */
 248 static inline __attribute__((always_inline)) xmm_t
 249 transition4(xmm_t next_input, const uint64_t *trans,
 250         xmm_t *indices1, xmm_t *indices2)
 251 {
 252         xmm_t addr;
 253         uint64_t trans0, trans2;
 254
 255          /* Calculate the address (array index) for all 4 transitions. */
 256
 257         addr = calc_addr_sse(xmm_index_mask.x, next_input, xmm_shuffle_input.x,
 258                 xmm_ones_16.x, *indices1, *indices2);
 259
 260          /* Gather 64 bit transitions and pack back into 2 registers. */
 261
 262         trans0 = trans[MM_CVT32(addr)];
 263
 264         /* get slot 2 */
 265
 266         /* {x0, x1, x2, x3} -> {x2, x1, x2, x3} */
 267         addr = MM_SHUFFLE32(addr, SHUFFLE32_SLOT2);
 268         trans2 = trans[MM_CVT32(addr)];
 269
 270         /* get slot 1 */
 271
 272         /* {x2, x1, x2, x3} -> {x1, x1, x2, x3} */
 273         addr = MM_SHUFFLE32(addr, SHUFFLE32_SLOT1);
 274         *indices1 = MM_SET64(trans[MM_CVT32(addr)], trans0);
 275
 276         /* get slot 3 */
 277
 278         /* {x1, x1, x2, x3} -> {x3, x1, x2, x3} */
 279         addr = MM_SHUFFLE32(addr, SHUFFLE32_SLOT3);
 280         *indices2 = MM_SET64(trans[MM_CVT32(addr)], trans2);
 281
 282         return MM_SRL32(next_input, CHAR_BIT);
 283 }
 284
 285 /*
 286  * Execute trie traversal with 8 traversals in parallel
 287  */
 288 static inline int
 289 search_sse_8(const struct rte_acl_ctx *ctx, const uint8_t **data,
 290         uint32_t *results, uint32_t total_packets, uint32_t categories)
 291 {
 292         int n;
 293         struct acl_flow_data flows;
 294         uint64_t index_array[MAX_SEARCHES_SSE8];
 295         struct completion cmplt[MAX_SEARCHES_SSE8];
 296         struct parms parms[MAX_SEARCHES_SSE8];
 297         xmm_t input0, input1;
 298         xmm_t indices1, indices2, indices3, indices4;
 299
 300         acl_set_flow(&flows, cmplt, RTE_DIM(cmplt), data, results,
 301                 total_packets, categories, ctx->trans_table);
 302
 303         for (n = 0; n < MAX_SEARCHES_SSE8; n++) {
 304                 cmplt[n].count = 0;
 305                 index_array[n] = acl_start_next_trie(&flows, parms, n, ctx);
 306         }
 307
 308         /*
 309          * indices1 contains index_array[0,1]
 310          * indices2 contains index_array[2,3]
 311          * indices3 contains index_array[4,5]
 312          * indices4 contains index_array[6,7]
 313          */
 314
 315         indices1 = MM_LOADU((xmm_t *) &index_array[0]);
 316         indices2 = MM_LOADU((xmm_t *) &index_array[2]);
 317
 318         indices3 = MM_LOADU((xmm_t *) &index_array[4]);
 319         indices4 = MM_LOADU((xmm_t *) &index_array[6]);
 320
 321          /* Check for any matches. */
 322         acl_match_check_x4(0, ctx, parms, &flows,
 323                 &indices1, &indices2, xmm_match_mask.x);
 324         acl_match_check_x4(4, ctx, parms, &flows,
 325                 &indices3, &indices4, xmm_match_mask.x);
 326
 327         while (flows.started > 0) {
 328
 329                 /* Gather 4 bytes of input data for each stream. */
 330                 input0 = _mm_cvtsi32_si128(GET_NEXT_4BYTES(parms, 0));
 331                 input1 = _mm_cvtsi32_si128(GET_NEXT_4BYTES(parms, 4));
 332
 333                 input0 = MM_INSERT32(input0, GET_NEXT_4BYTES(parms, 1), 1);
 334                 input1 = MM_INSERT32(input1, GET_NEXT_4BYTES(parms, 5), 1);
 335
 336                 input0 = MM_INSERT32(input0, GET_NEXT_4BYTES(parms, 2), 2);
 337                 input1 = MM_INSERT32(input1, GET_NEXT_4BYTES(parms, 6), 2);
 338
 339                 input0 = MM_INSERT32(input0, GET_NEXT_4BYTES(parms, 3), 3);
 340                 input1 = MM_INSERT32(input1, GET_NEXT_4BYTES(parms, 7), 3);
 341
 342                  /* Process the 4 bytes of input on each stream. */
 343
 344                 input0 = transition4(input0, flows.trans,
 345                         &indices1, &indices2);
 346                 input1 = transition4(input1, flows.trans,
 347                         &indices3, &indices4);
 348
 349                 input0 = transition4(input0, flows.trans,
 350                         &indices1, &indices2);
 351                 input1 = transition4(input1, flows.trans,
 352                         &indices3, &indices4);
 353
 354                 input0 = transition4(input0, flows.trans,
 355                         &indices1, &indices2);
 356                 input1 = transition4(input1, flows.trans,
 357                         &indices3, &indices4);
 358
 359                 input0 = transition4(input0, flows.trans,
 360                         &indices1, &indices2);
 361                 input1 = transition4(input1, flows.trans,
 362                         &indices3, &indices4);
 363
 364                  /* Check for any matches. */
 365                 acl_match_check_x4(0, ctx, parms, &flows,
 366                         &indices1, &indices2, xmm_match_mask.x);
 367                 acl_match_check_x4(4, ctx, parms, &flows,
 368                         &indices3, &indices4, xmm_match_mask.x);
 369         }
 370
 371         return 0;
 372 }
 373
 374 /*
 375  * Execute trie traversal with 4 traversals in parallel
 376  */
 377 static inline int
 378 search_sse_4(const struct rte_acl_ctx *ctx, const uint8_t **data,
 379          uint32_t *results, int total_packets, uint32_t categories)
 380 {
 381         int n;
 382         struct acl_flow_data flows;
 383         uint64_t index_array[MAX_SEARCHES_SSE4];
 384         struct completion cmplt[MAX_SEARCHES_SSE4];
 385         struct parms parms[MAX_SEARCHES_SSE4];
 386         xmm_t input, indices1, indices2;
 387
 388         acl_set_flow(&flows, cmplt, RTE_DIM(cmplt), data, results,
 389                 total_packets, categories, ctx->trans_table);
 390
 391         for (n = 0; n < MAX_SEARCHES_SSE4; n++) {
 392                 cmplt[n].count = 0;
 393                 index_array[n] = acl_start_next_trie(&flows, parms, n, ctx);
 394         }
 395
 396         indices1 = MM_LOADU((xmm_t *) &index_array[0]);
 397         indices2 = MM_LOADU((xmm_t *) &index_array[2]);
 398
 399         /* Check for any matches. */
 400         acl_match_check_x4(0, ctx, parms, &flows,
 401                 &indices1, &indices2, xmm_match_mask.x);
 402
 403         while (flows.started > 0) {
 404
 405                 /* Gather 4 bytes of input data for each stream. */
 406                 input = _mm_cvtsi32_si128(GET_NEXT_4BYTES(parms, 0));
 407                 input = MM_INSERT32(input, GET_NEXT_4BYTES(parms, 1), 1);
 408                 input = MM_INSERT32(input, GET_NEXT_4BYTES(parms, 2), 2);
 409                 input = MM_INSERT32(input, GET_NEXT_4BYTES(parms, 3), 3);
 410
 411                 /* Process the 4 bytes of input on each stream. */
 412                 input = transition4(input, flows.trans, &indices1, &indices2);
 413                 input = transition4(input, flows.trans, &indices1, &indices2);
 414                 input = transition4(input, flows.trans, &indices1, &indices2);
 415                 input = transition4(input, flows.trans, &indices1, &indices2);
 416
 417                 /* Check for any matches. */
 418                 acl_match_check_x4(0, ctx, parms, &flows,
 419                         &indices1, &indices2, xmm_match_mask.x);
 420         }
 421
 422         return 0;
 423 }