src/vppinfra/vector_avx2.h

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2018 Cisco and/or its affiliates.
   3  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   4  * you may not use this file except in compliance with the License.
   5  * You may obtain a copy of the License at:
   6  *
   7  *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
   8  *
   9  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  10  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  11  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  12  * See the License for the specific language governing permissions and
  13  * limitations under the License.
  14  */
  15
  16 #ifndef included_vector_avx2_h
  17 #define included_vector_avx2_h
  18
  19 #include <vppinfra/clib.h>
  20 #include <x86intrin.h>
  21
  22 /* *INDENT-OFF* */
  23 #define foreach_avx2_vec256i \
  24   _(i,8,32,epi8) _(i,16,16,epi16) _(i,32,8,epi32)  _(i,64,4,epi64)
  25 #define foreach_avx2_vec256u \
  26   _(u,8,32,epi8) _(u,16,16,epi16) _(u,32,8,epi32)  _(u,64,4,epi64)
  27 #define foreach_avx2_vec256f \
  28   _(f,32,8,ps) _(f,64,4,pd)
  29
  30 #define _mm256_set1_epi64 _mm256_set1_epi64x
  31
  32 /* splat, load_unaligned, store_unaligned, is_all_zero, is_equal,
  33    is_all_equal */
  34 #define _(t, s, c, i) \
  35 static_always_inline t##s##x##c                                         \
  36 t##s##x##c##_splat (t##s x)                                             \
  37 { return (t##s##x##c) _mm256_set1_##i (x); }                            \
  38 \
  39 static_always_inline t##s##x##c                                         \
  40 t##s##x##c##_load_unaligned (void *p)                                   \
  41 { return (t##s##x##c) _mm256_loadu_si256 (p); }                         \
  42 \
  43 static_always_inline void                                               \
  44 t##s##x##c##_store_unaligned (t##s##x##c v, void *p)                    \
  45 { _mm256_storeu_si256 ((__m256i *) p, (__m256i) v); }                   \
  46 \
  47 static_always_inline int                                                \
  48 t##s##x##c##_is_all_zero (t##s##x##c x)                                 \
  49 { return _mm256_testz_si256 ((__m256i) x, (__m256i) x); }               \
  50 \
  51 static_always_inline int                                                \
  52 t##s##x##c##_is_equal (t##s##x##c a, t##s##x##c b)                      \
  53 { return t##s##x##c##_is_all_zero (a ^ b); }                            \
  54 \
  55 static_always_inline int                                                \
  56 t##s##x##c##_is_all_equal (t##s##x##c v, t##s x)                        \
  57 { return t##s##x##c##_is_equal (v, t##s##x##c##_splat (x)); }           \
  58 \
  59 static_always_inline t##s##x##c                                         \
  60 t##s##x##c##_interleave_lo (t##s##x##c a, t##s##x##c b)                 \
  61 { return (t##s##x##c) _mm256_unpacklo_##i ((__m256i) a, (__m256i) b); } \
  62 \
  63 static_always_inline t##s##x##c                                         \
  64 t##s##x##c##_interleave_hi (t##s##x##c a, t##s##x##c b)                 \
  65 { return (t##s##x##c) _mm256_unpackhi_##i ((__m256i) a, (__m256i) b); } \
  66
  67
  68 foreach_avx2_vec256i foreach_avx2_vec256u
  69 #undef _
  70 /* *INDENT-ON* */
  71
  72 always_inline u32x8
  73 u32x8_permute (u32x8 v, u32x8 idx)
  74 {
  75   return (u32x8) _mm256_permutevar8x32_epi32 ((__m256i) v, (__m256i) idx);
  76 }
  77
  78 #define u64x4_permute(v, m0, m1, m2, m3)                                      \
  79   (u64x4) _mm256_permute4x64_epi64 (                                          \
  80     (__m256i) v, ((m0) | (m1) << 2 | (m2) << 4 | (m3) << 6))
  81
  82 /* _extract_lo, _extract_hi */
  83 /* *INDENT-OFF* */
  84 #define _(t1,t2) \
  85 always_inline t1                                                        \
  86 t2##_extract_lo (t2 v)                                                  \
  87 { return (t1) _mm256_extracti128_si256 ((__m256i) v, 0); }              \
  88 \
  89 always_inline t1                                                        \
  90 t2##_extract_hi (t2 v)                                                  \
  91 { return (t1) _mm256_extracti128_si256 ((__m256i) v, 1); }              \
  92 \
  93 always_inline t2                                                        \
  94 t2##_insert_lo (t2 v1, t1 v2)                                           \
  95 { return (t2) _mm256_inserti128_si256 ((__m256i) v1, (__m128i) v2, 0); }\
  96 \
  97 always_inline t2                                                        \
  98 t2##_insert_hi (t2 v1, t1 v2)                                           \
  99 { return (t2) _mm256_inserti128_si256 ((__m256i) v1, (__m128i) v2, 1); }\
 100
 101 _(u8x16, u8x32)
 102 _(u16x8, u16x16)
 103 _(u32x4, u32x8)
 104 _(u64x2, u64x4)
 105 #undef _
 106 /* *INDENT-ON* */
 107
 108 /* 256 bit packs. */
 109 #define _(f, t, fn)                                                           \
 110   always_inline t t##_pack (f lo, f hi)                                       \
 111   {                                                                           \
 112     return (t) fn ((__m256i) lo, (__m256i) hi);                               \
 113   }
 114
 115 _ (i16x16, i8x32, _mm256_packs_epi16)
 116 _ (i16x16, u8x32, _mm256_packus_epi16)
 117 _ (i32x8, i16x16, _mm256_packs_epi32)
 118 _ (i32x8, u16x16, _mm256_packus_epi32)
 119
 120 #undef _
 121
 122 static_always_inline u32
 123 u8x32_msb_mask (u8x32 v)
 124 {
 125   return _mm256_movemask_epi8 ((__m256i) v);
 126 }
 127
 128 static_always_inline u32
 129 i8x32_msb_mask (i8x32 v)
 130 {
 131   return _mm256_movemask_epi8 ((__m256i) v);
 132 }
 133
 134 /* _from_ */
 135 /* *INDENT-OFF* */
 136 #define _(f,t,i) \
 137 static_always_inline t                                                  \
 138 t##_from_##f (f x)                                                      \
 139 { return (t) _mm256_cvt##i ((__m128i) x); }
 140
 141 _(u16x8, u32x8, epu16_epi32)
 142 _(u16x8, u64x4, epu16_epi64)
 143 _(u32x4, u64x4, epu32_epi64)
 144 _ (u8x16, u16x16, epu8_epi16)
 145 _(u8x16, u32x8, epu8_epi32)
 146 _(u8x16, u64x4, epu8_epi64)
 147 _(i16x8, i32x8, epi16_epi32)
 148 _(i16x8, i64x4, epi16_epi64)
 149 _(i32x4, i64x4, epi32_epi64)
 150 _ (i8x16, i16x16, epi8_epi16)
 151 _(i8x16, i32x8, epi8_epi32)
 152 _(i8x16, i64x4, epi8_epi64)
 153 #undef _
 154 /* *INDENT-ON* */
 155
 156 static_always_inline u64x4
 157 u64x4_byte_swap (u64x4 v)
 158 {
 159   u8x32 swap = {
 160     7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8,
 161     7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8,
 162   };
 163   return (u64x4) _mm256_shuffle_epi8 ((__m256i) v, (__m256i) swap);
 164 }
 165
 166 static_always_inline u32x8
 167 u32x8_byte_swap (u32x8 v)
 168 {
 169   u8x32 swap = {
 170     3, 2, 1, 0, 7, 6, 5, 4, 11, 10, 9, 8, 15, 14, 13, 12,
 171     3, 2, 1, 0, 7, 6, 5, 4, 11, 10, 9, 8, 15, 14, 13, 12
 172   };
 173   return (u32x8) _mm256_shuffle_epi8 ((__m256i) v, (__m256i) swap);
 174 }
 175
 176 static_always_inline u16x16
 177 u16x16_byte_swap (u16x16 v)
 178 {
 179   u8x32 swap = {
 180     1, 0, 3, 2, 5, 4, 7, 6, 9, 8, 11, 10, 13, 12, 15, 14,
 181     1, 0, 3, 2, 5, 4, 7, 6, 9, 8, 11, 10, 13, 12, 15, 14
 182   };
 183   return (u16x16) _mm256_shuffle_epi8 ((__m256i) v, (__m256i) swap);
 184 }
 185
 186 #define u8x32_align_right(a, b, imm) \
 187   (u8x32) _mm256_alignr_epi8 ((__m256i) a, (__m256i) b, imm)
 188
 189 #define u64x4_align_right(a, b, imm)                                          \
 190   (u64x4) _mm256_alignr_epi64 ((__m256i) a, (__m256i) b, imm)
 191
 192 static_always_inline u32
 193 u32x8_sum_elts (u32x8 sum8)
 194 {
 195   sum8 += (u32x8) u8x32_align_right (sum8, sum8, 8);
 196   sum8 += (u32x8) u8x32_align_right (sum8, sum8, 4);
 197   return sum8[0] + sum8[4];
 198 }
 199
 200 static_always_inline u32x8
 201 u32x8_hadd (u32x8 v1, u32x8 v2)
 202 {
 203   return (u32x8) _mm256_hadd_epi32 ((__m256i) v1, (__m256i) v2);
 204 }
 205
 206 static_always_inline u16x16
 207 u16x16_mask_last (u16x16 v, u8 n_last)
 208 {
 209   const u16x16 masks[17] = {
 210     {0},
 211     {-1},
 212     {-1, -1},
 213     {-1, -1, -1},
 214     {-1, -1, -1, -1},
 215     {-1, -1, -1, -1, -1},
 216     {-1, -1, -1, -1, -1, -1},
 217     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 218     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 219     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 220     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 221     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 222     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 223     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 224     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 225     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 226     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 227   };
 228
 229   ASSERT (n_last < 17);
 230
 231   return v & masks[16 - n_last];
 232 }
 233
 234 static_always_inline f32x8
 235 f32x8_from_u32x8 (u32x8 v)
 236 {
 237   return (f32x8) _mm256_cvtepi32_ps ((__m256i) v);
 238 }
 239
 240 static_always_inline u32x8
 241 u32x8_from_f32x8 (f32x8 v)
 242 {
 243   return (u32x8) _mm256_cvttps_epi32 ((__m256) v);
 244 }
 245
 246 #define u32x8_blend(a,b,m) \
 247   (u32x8) _mm256_blend_epi32 ((__m256i) a, (__m256i) b, m)
 248
 249 #define u16x16_blend(v1, v2, mask) \
 250   (u16x16) _mm256_blend_epi16 ((__m256i) (v1), (__m256i) (v2), mask)
 251
 252 static_always_inline u64x4
 253 u64x4_gather (void *p0, void *p1, void *p2, void *p3)
 254 {
 255   u64x4 r = {
 256     *(u64 *) p0, *(u64 *) p1, *(u64 *) p2, *(u64 *) p3
 257   };
 258   return r;
 259 }
 260
 261 static_always_inline u32x8
 262 u32x8_gather (void *p0, void *p1, void *p2, void *p3, void *p4, void *p5,
 263               void *p6, void *p7)
 264 {
 265   u32x8 r = {
 266     *(u32 *) p0, *(u32 *) p1, *(u32 *) p2, *(u32 *) p3,
 267     *(u32 *) p4, *(u32 *) p5, *(u32 *) p6, *(u32 *) p7,
 268   };
 269   return r;
 270 }
 271
 272
 273 static_always_inline void
 274 u64x4_scatter (u64x4 r, void *p0, void *p1, void *p2, void *p3)
 275 {
 276   *(u64 *) p0 = r[0];
 277   *(u64 *) p1 = r[1];
 278   *(u64 *) p2 = r[2];
 279   *(u64 *) p3 = r[3];
 280 }
 281
 282 static_always_inline void
 283 u32x8_scatter (u32x8 r, void *p0, void *p1, void *p2, void *p3, void *p4,
 284                void *p5, void *p6, void *p7)
 285 {
 286   *(u32 *) p0 = r[0];
 287   *(u32 *) p1 = r[1];
 288   *(u32 *) p2 = r[2];
 289   *(u32 *) p3 = r[3];
 290   *(u32 *) p4 = r[4];
 291   *(u32 *) p5 = r[5];
 292   *(u32 *) p6 = r[6];
 293   *(u32 *) p7 = r[7];
 294 }
 295
 296 static_always_inline void
 297 u64x4_scatter_one (u64x4 r, int index, void *p)
 298 {
 299   *(u64 *) p = r[index];
 300 }
 301
 302 static_always_inline void
 303 u32x8_scatter_one (u32x8 r, int index, void *p)
 304 {
 305   *(u32 *) p = r[index];
 306 }
 307
 308 static_always_inline u8x32
 309 u8x32_is_greater (u8x32 v1, u8x32 v2)
 310 {
 311   return (u8x32) _mm256_cmpgt_epi8 ((__m256i) v1, (__m256i) v2);
 312 }
 313
 314 static_always_inline u8x32
 315 u8x32_blend (u8x32 v1, u8x32 v2, u8x32 mask)
 316 {
 317   return (u8x32) _mm256_blendv_epi8 ((__m256i) v1, (__m256i) v2,
 318                                      (__m256i) mask);
 319 }
 320
 321 #define u32x8_permute_lanes(a, b, m) \
 322   (u32x8) _mm256_permute2x128_si256 ((__m256i) a, (__m256i) b, m)
 323 #define u64x4_permute_lanes(a, b, m) \
 324   (u64x4) _mm256_permute2x128_si256 ((__m256i) a, (__m256i) b, m)
 325
 326 static_always_inline u32x8
 327 u32x8_min (u32x8 a, u32x8 b)
 328 {
 329   return (u32x8) _mm256_min_epu32 ((__m256i) a, (__m256i) b);
 330 }
 331
 332 static_always_inline u32
 333 u32x8_min_scalar (u32x8 v)
 334 {
 335   return u32x4_min_scalar (u32x4_min (u32x8_extract_lo (v),
 336                                       u32x8_extract_hi (v)));
 337 }
 338
 339 static_always_inline void
 340 u32x8_transpose (u32x8 a[8])
 341 {
 342   u64x4 r[8], x, y;
 343
 344   r[0] = (u64x4) u32x8_interleave_lo (a[0], a[1]);
 345   r[1] = (u64x4) u32x8_interleave_hi (a[0], a[1]);
 346   r[2] = (u64x4) u32x8_interleave_lo (a[2], a[3]);
 347   r[3] = (u64x4) u32x8_interleave_hi (a[2], a[3]);
 348   r[4] = (u64x4) u32x8_interleave_lo (a[4], a[5]);
 349   r[5] = (u64x4) u32x8_interleave_hi (a[4], a[5]);
 350   r[6] = (u64x4) u32x8_interleave_lo (a[6], a[7]);
 351   r[7] = (u64x4) u32x8_interleave_hi (a[6], a[7]);
 352
 353   x = u64x4_interleave_lo (r[0], r[2]);
 354   y = u64x4_interleave_lo (r[4], r[6]);
 355   a[0] = u32x8_permute_lanes (x, y, 0x20);
 356   a[4] = u32x8_permute_lanes (x, y, 0x31);
 357
 358   x = u64x4_interleave_hi (r[0], r[2]);
 359   y = u64x4_interleave_hi (r[4], r[6]);
 360   a[1] = u32x8_permute_lanes (x, y, 0x20);
 361   a[5] = u32x8_permute_lanes (x, y, 0x31);
 362
 363   x = u64x4_interleave_lo (r[1], r[3]);
 364   y = u64x4_interleave_lo (r[5], r[7]);
 365   a[2] = u32x8_permute_lanes (x, y, 0x20);
 366   a[6] = u32x8_permute_lanes (x, y, 0x31);
 367
 368   x = u64x4_interleave_hi (r[1], r[3]);
 369   y = u64x4_interleave_hi (r[5], r[7]);
 370   a[3] = u32x8_permute_lanes (x, y, 0x20);
 371   a[7] = u32x8_permute_lanes (x, y, 0x31);
 372 }
 373
 374 static_always_inline void
 375 u64x4_transpose (u64x4 a[8])
 376 {
 377   u64x4 r[4];
 378
 379   r[0] = u64x4_interleave_lo (a[0], a[1]);
 380   r[1] = u64x4_interleave_hi (a[0], a[1]);
 381   r[2] = u64x4_interleave_lo (a[2], a[3]);
 382   r[3] = u64x4_interleave_hi (a[2], a[3]);
 383
 384   a[0] = u64x4_permute_lanes (r[0], r[2], 0x20);
 385   a[1] = u64x4_permute_lanes (r[1], r[3], 0x20);
 386   a[2] = u64x4_permute_lanes (r[0], r[2], 0x31);
 387   a[3] = u64x4_permute_lanes (r[1], r[3], 0x31);
 388 }
 389
 390 #endif /* included_vector_avx2_h */
 391
 392 /*
 393  * fd.io coding-style-patch-verification: ON
 394  *
 395  * Local Variables:
 396  * eval: (c-set-style "gnu")
 397  * End:
 398  */