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_shuffle_input64 = {
  49         .u32 = {0x00000000, 0x04040404, 0x80808080, 0x80808080},
  50 };
  51
  52 static const rte_xmm_t xmm_ones_16 = {
  53         .u16 = {1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1},
  54 };
  55
  56 static const rte_xmm_t xmm_match_mask = {
  57         .u32 = {
  58                 RTE_ACL_NODE_MATCH,
  59                 RTE_ACL_NODE_MATCH,
  60                 RTE_ACL_NODE_MATCH,
  61                 RTE_ACL_NODE_MATCH,
  62         },
  63 };
  64
  65 static const rte_xmm_t xmm_match_mask64 = {
  66         .u32 = {
  67                 RTE_ACL_NODE_MATCH,
  68                 0,
  69                 RTE_ACL_NODE_MATCH,
  70                 0,
  71         },
  72 };
  73
  74 static const rte_xmm_t xmm_index_mask = {
  75         .u32 = {
  76                 RTE_ACL_NODE_INDEX,
  77                 RTE_ACL_NODE_INDEX,
  78                 RTE_ACL_NODE_INDEX,
  79                 RTE_ACL_NODE_INDEX,
  80         },
  81 };
  82
  83 static const rte_xmm_t xmm_index_mask64 = {
  84         .u32 = {
  85                 RTE_ACL_NODE_INDEX,
  86                 RTE_ACL_NODE_INDEX,
  87                 0,
  88                 0,
  89         },
  90 };
  91
  92
  93 /*
  94  * Resolve priority for multiple results (sse version).
  95  * This consists comparing the priority of the current traversal with the
  96  * running set of results for the packet.
  97  * For each result, keep a running array of the result (rule number) and
  98  * its priority for each category.
  99  */
 100 static inline void
 101 resolve_priority_sse(uint64_t transition, int n, const struct rte_acl_ctx *ctx,
 102         struct parms *parms, const struct rte_acl_match_results *p,
 103         uint32_t categories)
 104 {
 105         uint32_t x;
 106         xmm_t results, priority, results1, priority1, selector;
 107         xmm_t *saved_results, *saved_priority;
 108
 109         for (x = 0; x < categories; x += RTE_ACL_RESULTS_MULTIPLIER) {
 110
 111                 saved_results = (xmm_t *)(&parms[n].cmplt->results[x]);
 112                 saved_priority =
 113                         (xmm_t *)(&parms[n].cmplt->priority[x]);
 114
 115                 /* get results and priorities for completed trie */
 116                 results = MM_LOADU((const xmm_t *)&p[transition].results[x]);
 117                 priority = MM_LOADU((const xmm_t *)&p[transition].priority[x]);
 118
 119                 /* if this is not the first completed trie */
 120                 if (parms[n].cmplt->count != ctx->num_tries) {
 121
 122                         /* get running best results and their priorities */
 123                         results1 = MM_LOADU(saved_results);
 124                         priority1 = MM_LOADU(saved_priority);
 125
 126                         /* select results that are highest priority */
 127                         selector = MM_CMPGT32(priority1, priority);
 128                         results = MM_BLENDV8(results, results1, selector);
 129                         priority = MM_BLENDV8(priority, priority1, selector);
 130                 }
 131
 132                 /* save running best results and their priorities */
 133                 MM_STOREU(saved_results, results);
 134                 MM_STOREU(saved_priority, priority);
 135         }
 136 }
 137
 138 /*
 139  * Extract transitions from an XMM register and check for any matches
 140  */
 141 static void
 142 acl_process_matches(xmm_t *indices, int slot, const struct rte_acl_ctx *ctx,
 143         struct parms *parms, struct acl_flow_data *flows)
 144 {
 145         uint64_t transition1, transition2;
 146
 147         /* extract transition from low 64 bits. */
 148         transition1 = MM_CVT64(*indices);
 149
 150         /* extract transition from high 64 bits. */
 151         *indices = MM_SHUFFLE32(*indices, SHUFFLE32_SWAP64);
 152         transition2 = MM_CVT64(*indices);
 153
 154         transition1 = acl_match_check(transition1, slot, ctx,
 155                 parms, flows, resolve_priority_sse);
 156         transition2 = acl_match_check(transition2, slot + 1, ctx,
 157                 parms, flows, resolve_priority_sse);
 158
 159         /* update indices with new transitions. */
 160         *indices = MM_SET64(transition2, transition1);
 161 }
 162
 163 /*
 164  * Check for a match in 2 transitions (contained in SSE register)
 165  */
 166 static inline __attribute__((always_inline)) void
 167 acl_match_check_x2(int slot, const struct rte_acl_ctx *ctx, struct parms *parms,
 168         struct acl_flow_data *flows, xmm_t *indices, xmm_t match_mask)
 169 {
 170         xmm_t temp;
 171
 172         temp = MM_AND(match_mask, *indices);
 173         while (!MM_TESTZ(temp, temp)) {
 174                 acl_process_matches(indices, slot, ctx, parms, flows);
 175                 temp = MM_AND(match_mask, *indices);
 176         }
 177 }
 178
 179 /*
 180  * Check for any match in 4 transitions (contained in 2 SSE registers)
 181  */
 182 static inline __attribute__((always_inline)) void
 183 acl_match_check_x4(int slot, const struct rte_acl_ctx *ctx, struct parms *parms,
 184         struct acl_flow_data *flows, xmm_t *indices1, xmm_t *indices2,
 185         xmm_t match_mask)
 186 {
 187         xmm_t temp;
 188
 189         /* put low 32 bits of each transition into one register */
 190         temp = (xmm_t)MM_SHUFFLEPS((__m128)*indices1, (__m128)*indices2,
 191                 0x88);
 192         /* test for match node */
 193         temp = MM_AND(match_mask, temp);
 194
 195         while (!MM_TESTZ(temp, temp)) {
 196                 acl_process_matches(indices1, slot, ctx, parms, flows);
 197                 acl_process_matches(indices2, slot + 2, ctx, parms, flows);
 198
 199                 temp = (xmm_t)MM_SHUFFLEPS((__m128)*indices1,
 200                                         (__m128)*indices2,
 201                                         0x88);
 202                 temp = MM_AND(match_mask, temp);
 203         }
 204 }
 205
 206 /*
 207  * Calculate the address of the next transition for
 208  * all types of nodes. Note that only DFA nodes and range
 209  * nodes actually transition to another node. Match
 210  * nodes don't move.
 211  */
 212 static inline __attribute__((always_inline)) xmm_t
 213 calc_addr_sse(xmm_t index_mask, xmm_t next_input, xmm_t shuffle_input,
 214         xmm_t ones_16, xmm_t indices1, xmm_t indices2)
 215 {
 216         xmm_t addr, node_types, range, temp;
 217         xmm_t dfa_msk, dfa_ofs, quad_ofs;
 218         xmm_t in, r, t;
 219
 220         const xmm_t range_base = _mm_set_epi32(0xffffff0c, 0xffffff08,
 221                 0xffffff04, 0xffffff00);
 222
 223         /*
 224          * Note that no transition is done for a match
 225          * node and therefore a stream freezes when
 226          * it reaches a match.
 227          */
 228
 229         /* Shuffle low 32 into temp and high 32 into indices2 */
 230         temp = (xmm_t)MM_SHUFFLEPS((__m128)indices1, (__m128)indices2, 0x88);
 231         range = (xmm_t)MM_SHUFFLEPS((__m128)indices1, (__m128)indices2, 0xdd);
 232
 233         t = MM_XOR(index_mask, index_mask);
 234
 235         /* shuffle input byte to all 4 positions of 32 bit value */
 236         in = MM_SHUFFLE8(next_input, shuffle_input);
 237
 238         /* Calc node type and node addr */
 239         node_types = MM_ANDNOT(index_mask, temp);
 240         addr = MM_AND(index_mask, temp);
 241
 242         /*
 243          * Calc addr for DFAs - addr = dfa_index + input_byte
 244          */
 245
 246         /* mask for DFA type (0) nodes */
 247         dfa_msk = MM_CMPEQ32(node_types, t);
 248
 249         r = _mm_srli_epi32(in, 30);
 250         r = _mm_add_epi8(r, range_base);
 251
 252         t = _mm_srli_epi32(in, 24);
 253         r = _mm_shuffle_epi8(range, r);
 254
 255         dfa_ofs = _mm_sub_epi32(t, r);
 256
 257         /*
 258          * Calculate number of range boundaries that are less than the
 259          * input value. Range boundaries for each node are in signed 8 bit,
 260          * ordered from -128 to 127 in the indices2 register.
 261          * This is effectively a popcnt of bytes that are greater than the
 262          * input byte.
 263          */
 264
 265         /* check ranges */
 266         temp = MM_CMPGT8(in, range);
 267
 268         /* convert -1 to 1 (bytes greater than input byte */
 269         temp = MM_SIGN8(temp, temp);
 270
 271         /* horizontal add pairs of bytes into words */
 272         temp = MM_MADD8(temp, temp);
 273
 274         /* horizontal add pairs of words into dwords */
 275         quad_ofs = MM_MADD16(temp, ones_16);
 276
 277         /* mask to range type nodes */
 278         temp = _mm_blendv_epi8(quad_ofs, dfa_ofs, dfa_msk);
 279
 280         /* add index into node position */
 281         return MM_ADD32(addr, temp);
 282 }
 283
 284 /*
 285  * Process 4 transitions (in 2 SIMD registers) in parallel
 286  */
 287 static inline __attribute__((always_inline)) xmm_t
 288 transition4(xmm_t next_input, const uint64_t *trans,
 289         xmm_t *indices1, xmm_t *indices2)
 290 {
 291         xmm_t addr;
 292         uint64_t trans0, trans2;
 293
 294          /* Calculate the address (array index) for all 4 transitions. */
 295
 296         addr = calc_addr_sse(xmm_index_mask.x, next_input, xmm_shuffle_input.x,
 297                 xmm_ones_16.x, *indices1, *indices2);
 298
 299          /* Gather 64 bit transitions and pack back into 2 registers. */
 300
 301         trans0 = trans[MM_CVT32(addr)];
 302
 303         /* get slot 2 */
 304
 305         /* {x0, x1, x2, x3} -> {x2, x1, x2, x3} */
 306         addr = MM_SHUFFLE32(addr, SHUFFLE32_SLOT2);
 307         trans2 = trans[MM_CVT32(addr)];
 308
 309         /* get slot 1 */
 310
 311         /* {x2, x1, x2, x3} -> {x1, x1, x2, x3} */
 312         addr = MM_SHUFFLE32(addr, SHUFFLE32_SLOT1);
 313         *indices1 = MM_SET64(trans[MM_CVT32(addr)], trans0);
 314
 315         /* get slot 3 */
 316
 317         /* {x1, x1, x2, x3} -> {x3, x1, x2, x3} */
 318         addr = MM_SHUFFLE32(addr, SHUFFLE32_SLOT3);
 319         *indices2 = MM_SET64(trans[MM_CVT32(addr)], trans2);
 320
 321         return MM_SRL32(next_input, CHAR_BIT);
 322 }
 323
 324 /*
 325  * Execute trie traversal with 8 traversals in parallel
 326  */
 327 static inline int
 328 search_sse_8(const struct rte_acl_ctx *ctx, const uint8_t **data,
 329         uint32_t *results, uint32_t total_packets, uint32_t categories)
 330 {
 331         int n;
 332         struct acl_flow_data flows;
 333         uint64_t index_array[MAX_SEARCHES_SSE8];
 334         struct completion cmplt[MAX_SEARCHES_SSE8];
 335         struct parms parms[MAX_SEARCHES_SSE8];
 336         xmm_t input0, input1;
 337         xmm_t indices1, indices2, indices3, indices4;
 338
 339         acl_set_flow(&flows, cmplt, RTE_DIM(cmplt), data, results,
 340                 total_packets, categories, ctx->trans_table);
 341
 342         for (n = 0; n < MAX_SEARCHES_SSE8; n++) {
 343                 cmplt[n].count = 0;
 344                 index_array[n] = acl_start_next_trie(&flows, parms, n, ctx);
 345         }
 346
 347         /*
 348          * indices1 contains index_array[0,1]
 349          * indices2 contains index_array[2,3]
 350          * indices3 contains index_array[4,5]
 351          * indices4 contains index_array[6,7]
 352          */
 353
 354         indices1 = MM_LOADU((xmm_t *) &index_array[0]);
 355         indices2 = MM_LOADU((xmm_t *) &index_array[2]);
 356
 357         indices3 = MM_LOADU((xmm_t *) &index_array[4]);
 358         indices4 = MM_LOADU((xmm_t *) &index_array[6]);
 359
 360          /* Check for any matches. */
 361         acl_match_check_x4(0, ctx, parms, &flows,
 362                 &indices1, &indices2, xmm_match_mask.x);
 363         acl_match_check_x4(4, ctx, parms, &flows,
 364                 &indices3, &indices4, xmm_match_mask.x);
 365
 366         while (flows.started > 0) {
 367
 368                 /* Gather 4 bytes of input data for each stream. */
 369                 input0 = _mm_cvtsi32_si128(GET_NEXT_4BYTES(parms, 0));
 370                 input1 = _mm_cvtsi32_si128(GET_NEXT_4BYTES(parms, 4));
 371
 372                 input0 = MM_INSERT32(input0, GET_NEXT_4BYTES(parms, 1), 1);
 373                 input1 = MM_INSERT32(input1, GET_NEXT_4BYTES(parms, 5), 1);
 374
 375                 input0 = MM_INSERT32(input0, GET_NEXT_4BYTES(parms, 2), 2);
 376                 input1 = MM_INSERT32(input1, GET_NEXT_4BYTES(parms, 6), 2);
 377
 378                 input0 = MM_INSERT32(input0, GET_NEXT_4BYTES(parms, 3), 3);
 379                 input1 = MM_INSERT32(input1, GET_NEXT_4BYTES(parms, 7), 3);
 380
 381                  /* Process the 4 bytes of input on each stream. */
 382
 383                 input0 = transition4(input0, flows.trans,
 384                         &indices1, &indices2);
 385                 input1 = transition4(input1, flows.trans,
 386                         &indices3, &indices4);
 387
 388                 input0 = transition4(input0, flows.trans,
 389                         &indices1, &indices2);
 390                 input1 = transition4(input1, flows.trans,
 391                         &indices3, &indices4);
 392
 393                 input0 = transition4(input0, flows.trans,
 394                         &indices1, &indices2);
 395                 input1 = transition4(input1, flows.trans,
 396                         &indices3, &indices4);
 397
 398                 input0 = transition4(input0, flows.trans,
 399                         &indices1, &indices2);
 400                 input1 = transition4(input1, flows.trans,
 401                         &indices3, &indices4);
 402
 403                  /* Check for any matches. */
 404                 acl_match_check_x4(0, ctx, parms, &flows,
 405                         &indices1, &indices2, xmm_match_mask.x);
 406                 acl_match_check_x4(4, ctx, parms, &flows,
 407                         &indices3, &indices4, xmm_match_mask.x);
 408         }
 409
 410         return 0;
 411 }
 412
 413 /*
 414  * Execute trie traversal with 4 traversals in parallel
 415  */
 416 static inline int
 417 search_sse_4(const struct rte_acl_ctx *ctx, const uint8_t **data,
 418          uint32_t *results, int total_packets, uint32_t categories)
 419 {
 420         int n;
 421         struct acl_flow_data flows;
 422         uint64_t index_array[MAX_SEARCHES_SSE4];
 423         struct completion cmplt[MAX_SEARCHES_SSE4];
 424         struct parms parms[MAX_SEARCHES_SSE4];
 425         xmm_t input, indices1, indices2;
 426
 427         acl_set_flow(&flows, cmplt, RTE_DIM(cmplt), data, results,
 428                 total_packets, categories, ctx->trans_table);
 429
 430         for (n = 0; n < MAX_SEARCHES_SSE4; n++) {
 431                 cmplt[n].count = 0;
 432                 index_array[n] = acl_start_next_trie(&flows, parms, n, ctx);
 433         }
 434
 435         indices1 = MM_LOADU((xmm_t *) &index_array[0]);
 436         indices2 = MM_LOADU((xmm_t *) &index_array[2]);
 437
 438         /* Check for any matches. */
 439         acl_match_check_x4(0, ctx, parms, &flows,
 440                 &indices1, &indices2, xmm_match_mask.x);
 441
 442         while (flows.started > 0) {
 443
 444                 /* Gather 4 bytes of input data for each stream. */
 445                 input = _mm_cvtsi32_si128(GET_NEXT_4BYTES(parms, 0));
 446                 input = MM_INSERT32(input, GET_NEXT_4BYTES(parms, 1), 1);
 447                 input = MM_INSERT32(input, GET_NEXT_4BYTES(parms, 2), 2);
 448                 input = MM_INSERT32(input, GET_NEXT_4BYTES(parms, 3), 3);
 449
 450                 /* Process the 4 bytes of input on each stream. */
 451                 input = transition4(input, flows.trans, &indices1, &indices2);
 452                 input = transition4(input, flows.trans, &indices1, &indices2);
 453                 input = transition4(input, flows.trans, &indices1, &indices2);
 454                 input = transition4(input, flows.trans, &indices1, &indices2);
 455
 456                 /* Check for any matches. */
 457                 acl_match_check_x4(0, ctx, parms, &flows,
 458                         &indices1, &indices2, xmm_match_mask.x);
 459         }
 460
 461         return 0;
 462 }
 463
 464 static inline __attribute__((always_inline)) xmm_t
 465 transition2(xmm_t next_input, const uint64_t *trans, xmm_t *indices1)
 466 {
 467         uint64_t t;
 468         xmm_t addr, indices2;
 469
 470         indices2 = _mm_setzero_si128();
 471
 472         addr = calc_addr_sse(xmm_index_mask.x, next_input, xmm_shuffle_input.x,
 473                 xmm_ones_16.x, *indices1, indices2);
 474
 475         /* Gather 64 bit transitions and pack 2 per register. */
 476
 477         t = trans[MM_CVT32(addr)];
 478
 479         /* get slot 1 */
 480         addr = MM_SHUFFLE32(addr, SHUFFLE32_SLOT1);
 481         *indices1 = MM_SET64(trans[MM_CVT32(addr)], t);
 482
 483         return MM_SRL32(next_input, CHAR_BIT);
 484 }
 485
 486 /*
 487  * Execute trie traversal with 2 traversals in parallel.
 488  */
 489 static inline int
 490 search_sse_2(const struct rte_acl_ctx *ctx, const uint8_t **data,
 491         uint32_t *results, uint32_t total_packets, uint32_t categories)
 492 {
 493         int n;
 494         struct acl_flow_data flows;
 495         uint64_t index_array[MAX_SEARCHES_SSE2];
 496         struct completion cmplt[MAX_SEARCHES_SSE2];
 497         struct parms parms[MAX_SEARCHES_SSE2];
 498         xmm_t input, indices;
 499
 500         acl_set_flow(&flows, cmplt, RTE_DIM(cmplt), data, results,
 501                 total_packets, categories, ctx->trans_table);
 502
 503         for (n = 0; n < MAX_SEARCHES_SSE2; n++) {
 504                 cmplt[n].count = 0;
 505                 index_array[n] = acl_start_next_trie(&flows, parms, n, ctx);
 506         }
 507
 508         indices = MM_LOADU((xmm_t *) &index_array[0]);
 509
 510         /* Check for any matches. */
 511         acl_match_check_x2(0, ctx, parms, &flows, &indices,
 512                 xmm_match_mask64.x);
 513
 514         while (flows.started > 0) {
 515
 516                 /* Gather 4 bytes of input data for each stream. */
 517                 input = _mm_cvtsi32_si128(GET_NEXT_4BYTES(parms, 0));
 518                 input = MM_INSERT32(input, GET_NEXT_4BYTES(parms, 1), 1);
 519
 520                 /* Process the 4 bytes of input on each stream. */
 521
 522                 input = transition2(input, flows.trans, &indices);
 523                 input = transition2(input, flows.trans, &indices);
 524                 input = transition2(input, flows.trans, &indices);
 525                 input = transition2(input, flows.trans, &indices);
 526
 527                 /* Check for any matches. */
 528                 acl_match_check_x2(0, ctx, parms, &flows, &indices,
 529                         xmm_match_mask64.x);
 530         }
 531
 532         return 0;
 533 }