xref: /openbmc/linux/include/asm-generic/div64.h (revision 461a5e51060c93f5844113f4be9dba513cc92830)
11da177e4SLinus Torvalds #ifndef _ASM_GENERIC_DIV64_H
21da177e4SLinus Torvalds #define _ASM_GENERIC_DIV64_H
31da177e4SLinus Torvalds /*
41da177e4SLinus Torvalds  * Copyright (C) 2003 Bernardo Innocenti <bernie@develer.com>
51da177e4SLinus Torvalds  * Based on former asm-ppc/div64.h and asm-m68knommu/div64.h
61da177e4SLinus Torvalds  *
7*461a5e51SNicolas Pitre  * Optimization for constant divisors on 32-bit machines:
8*461a5e51SNicolas Pitre  * Copyright (C) 2006-2015 Nicolas Pitre
9*461a5e51SNicolas Pitre  *
101da177e4SLinus Torvalds  * The semantics of do_div() are:
111da177e4SLinus Torvalds  *
121da177e4SLinus Torvalds  * uint32_t do_div(uint64_t *n, uint32_t base)
131da177e4SLinus Torvalds  * {
141da177e4SLinus Torvalds  * 	uint32_t remainder = *n % base;
151da177e4SLinus Torvalds  * 	*n = *n / base;
161da177e4SLinus Torvalds  * 	return remainder;
171da177e4SLinus Torvalds  * }
181da177e4SLinus Torvalds  *
191da177e4SLinus Torvalds  * NOTE: macro parameter n is evaluated multiple times,
201da177e4SLinus Torvalds  *       beware of side effects!
211da177e4SLinus Torvalds  */
221da177e4SLinus Torvalds 
231da177e4SLinus Torvalds #include <linux/types.h>
241da177e4SLinus Torvalds #include <linux/compiler.h>
251da177e4SLinus Torvalds 
261da177e4SLinus Torvalds #if BITS_PER_LONG == 64
271da177e4SLinus Torvalds 
281da177e4SLinus Torvalds # define do_div(n,base) ({					\
291da177e4SLinus Torvalds 	uint32_t __base = (base);				\
301da177e4SLinus Torvalds 	uint32_t __rem;						\
311da177e4SLinus Torvalds 	__rem = ((uint64_t)(n)) % __base;			\
321da177e4SLinus Torvalds 	(n) = ((uint64_t)(n)) / __base;				\
331da177e4SLinus Torvalds 	__rem;							\
341da177e4SLinus Torvalds  })
351da177e4SLinus Torvalds 
361da177e4SLinus Torvalds #elif BITS_PER_LONG == 32
371da177e4SLinus Torvalds 
38911918aaSNicolas Pitre #include <linux/log2.h>
39911918aaSNicolas Pitre 
40*461a5e51SNicolas Pitre /*
41*461a5e51SNicolas Pitre  * If the divisor happens to be constant, we determine the appropriate
42*461a5e51SNicolas Pitre  * inverse at compile time to turn the division into a few inline
43*461a5e51SNicolas Pitre  * multiplications which ought to be much faster. And yet only if compiling
44*461a5e51SNicolas Pitre  * with a sufficiently recent gcc version to perform proper 64-bit constant
45*461a5e51SNicolas Pitre  * propagation.
46*461a5e51SNicolas Pitre  *
47*461a5e51SNicolas Pitre  * (It is unfortunate that gcc doesn't perform all this internally.)
48*461a5e51SNicolas Pitre  */
49*461a5e51SNicolas Pitre 
50*461a5e51SNicolas Pitre #ifndef __div64_const32_is_OK
51*461a5e51SNicolas Pitre #define __div64_const32_is_OK (__GNUC__ >= 4)
52*461a5e51SNicolas Pitre #endif
53*461a5e51SNicolas Pitre 
54*461a5e51SNicolas Pitre #define __div64_const32(n, ___b)					\
55*461a5e51SNicolas Pitre ({									\
56*461a5e51SNicolas Pitre 	/*								\
57*461a5e51SNicolas Pitre 	 * Multiplication by reciprocal of b: n / b = n * (p / b) / p	\
58*461a5e51SNicolas Pitre 	 *								\
59*461a5e51SNicolas Pitre 	 * We rely on the fact that most of this code gets optimized	\
60*461a5e51SNicolas Pitre 	 * away at compile time due to constant propagation and only	\
61*461a5e51SNicolas Pitre 	 * a few multiplication instructions should remain.		\
62*461a5e51SNicolas Pitre 	 * Hence this monstrous macro (static inline doesn't always	\
63*461a5e51SNicolas Pitre 	 * do the trick here).						\
64*461a5e51SNicolas Pitre 	 */								\
65*461a5e51SNicolas Pitre 	uint64_t ___res, ___x, ___t, ___m, ___n = (n);			\
66*461a5e51SNicolas Pitre 	uint32_t ___p, ___bias, ___m_lo, ___m_hi, ___n_lo, ___n_hi;	\
67*461a5e51SNicolas Pitre 									\
68*461a5e51SNicolas Pitre 	/* determine MSB of b */					\
69*461a5e51SNicolas Pitre 	___p = 1 << ilog2(___b);					\
70*461a5e51SNicolas Pitre 									\
71*461a5e51SNicolas Pitre 	/* compute m = ((p << 64) + b - 1) / b */			\
72*461a5e51SNicolas Pitre 	___m = (~0ULL / ___b) * ___p;					\
73*461a5e51SNicolas Pitre 	___m += (((~0ULL % ___b + 1) * ___p) + ___b - 1) / ___b;	\
74*461a5e51SNicolas Pitre 									\
75*461a5e51SNicolas Pitre 	/* one less than the dividend with highest result */		\
76*461a5e51SNicolas Pitre 	___x = ~0ULL / ___b * ___b - 1;					\
77*461a5e51SNicolas Pitre 									\
78*461a5e51SNicolas Pitre 	/* test our ___m with res = m * x / (p << 64) */		\
79*461a5e51SNicolas Pitre 	___res = ((___m & 0xffffffff) * (___x & 0xffffffff)) >> 32;	\
80*461a5e51SNicolas Pitre 	___t = ___res += (___m & 0xffffffff) * (___x >> 32);		\
81*461a5e51SNicolas Pitre 	___res += (___x & 0xffffffff) * (___m >> 32);			\
82*461a5e51SNicolas Pitre 	___t = (___res < ___t) ? (1ULL << 32) : 0;			\
83*461a5e51SNicolas Pitre 	___res = (___res >> 32) + ___t;					\
84*461a5e51SNicolas Pitre 	___res += (___m >> 32) * (___x >> 32);				\
85*461a5e51SNicolas Pitre 	___res /= ___p;							\
86*461a5e51SNicolas Pitre 									\
87*461a5e51SNicolas Pitre 	/* Now sanitize and optimize what we've got. */			\
88*461a5e51SNicolas Pitre 	if (~0ULL % (___b / (___b & -___b)) == 0) {			\
89*461a5e51SNicolas Pitre 		/* special case, can be simplified to ... */		\
90*461a5e51SNicolas Pitre 		___n /= (___b & -___b);					\
91*461a5e51SNicolas Pitre 		___m = ~0ULL / (___b / (___b & -___b));			\
92*461a5e51SNicolas Pitre 		___p = 1;						\
93*461a5e51SNicolas Pitre 		___bias = 1;						\
94*461a5e51SNicolas Pitre 	} else if (___res != ___x / ___b) {				\
95*461a5e51SNicolas Pitre 		/*							\
96*461a5e51SNicolas Pitre 		 * We can't get away without a bias to compensate	\
97*461a5e51SNicolas Pitre 		 * for bit truncation errors.  To avoid it we'd need an	\
98*461a5e51SNicolas Pitre 		 * additional bit to represent m which would overflow	\
99*461a5e51SNicolas Pitre 		 * a 64-bit variable.					\
100*461a5e51SNicolas Pitre 		 *							\
101*461a5e51SNicolas Pitre 		 * Instead we do m = p / b and n / b = (n * m + m) / p.	\
102*461a5e51SNicolas Pitre 		 */							\
103*461a5e51SNicolas Pitre 		___bias = 1;						\
104*461a5e51SNicolas Pitre 		/* Compute m = (p << 64) / b */				\
105*461a5e51SNicolas Pitre 		___m = (~0ULL / ___b) * ___p;				\
106*461a5e51SNicolas Pitre 		___m += ((~0ULL % ___b + 1) * ___p) / ___b;		\
107*461a5e51SNicolas Pitre 	} else {							\
108*461a5e51SNicolas Pitre 		/*							\
109*461a5e51SNicolas Pitre 		 * Reduce m / p, and try to clear bit 31 of m when	\
110*461a5e51SNicolas Pitre 		 * possible, otherwise that'll need extra overflow	\
111*461a5e51SNicolas Pitre 		 * handling later.					\
112*461a5e51SNicolas Pitre 		 */							\
113*461a5e51SNicolas Pitre 		uint32_t ___bits = -(___m & -___m);			\
114*461a5e51SNicolas Pitre 		___bits |= ___m >> 32;					\
115*461a5e51SNicolas Pitre 		___bits = (~___bits) << 1;				\
116*461a5e51SNicolas Pitre 		/*							\
117*461a5e51SNicolas Pitre 		 * If ___bits == 0 then setting bit 31 is  unavoidable.	\
118*461a5e51SNicolas Pitre 		 * Simply apply the maximum possible reduction in that	\
119*461a5e51SNicolas Pitre 		 * case. Otherwise the MSB of ___bits indicates the	\
120*461a5e51SNicolas Pitre 		 * best reduction we should apply.			\
121*461a5e51SNicolas Pitre 		 */							\
122*461a5e51SNicolas Pitre 		if (!___bits) {						\
123*461a5e51SNicolas Pitre 			___p /= (___m & -___m);				\
124*461a5e51SNicolas Pitre 			___m /= (___m & -___m);				\
125*461a5e51SNicolas Pitre 		} else {						\
126*461a5e51SNicolas Pitre 			___p >>= ilog2(___bits);			\
127*461a5e51SNicolas Pitre 			___m >>= ilog2(___bits);			\
128*461a5e51SNicolas Pitre 		}							\
129*461a5e51SNicolas Pitre 		/* No bias needed. */					\
130*461a5e51SNicolas Pitre 		___bias = 0;						\
131*461a5e51SNicolas Pitre 	}								\
132*461a5e51SNicolas Pitre 									\
133*461a5e51SNicolas Pitre 	/*								\
134*461a5e51SNicolas Pitre 	 * Now we have a combination of 2 conditions:			\
135*461a5e51SNicolas Pitre 	 *								\
136*461a5e51SNicolas Pitre 	 * 1) whether or not we need to apply a bias, and		\
137*461a5e51SNicolas Pitre 	 *								\
138*461a5e51SNicolas Pitre 	 * 2) whether or not there might be an overflow in the cross	\
139*461a5e51SNicolas Pitre 	 *    product determined by (___m & ((1 << 63) | (1 << 31))).	\
140*461a5e51SNicolas Pitre 	 *								\
141*461a5e51SNicolas Pitre 	 * Select the best way to do (m_bias + m * n) / (p << 64).	\
142*461a5e51SNicolas Pitre 	 * From now on there will be actual runtime code generated.	\
143*461a5e51SNicolas Pitre 	 */								\
144*461a5e51SNicolas Pitre 									\
145*461a5e51SNicolas Pitre 	___m_lo = ___m;							\
146*461a5e51SNicolas Pitre 	___m_hi = ___m >> 32;						\
147*461a5e51SNicolas Pitre 	___n_lo = ___n;							\
148*461a5e51SNicolas Pitre 	___n_hi = ___n >> 32;						\
149*461a5e51SNicolas Pitre 									\
150*461a5e51SNicolas Pitre 	if (!___bias) {							\
151*461a5e51SNicolas Pitre 		___res = ((uint64_t)___m_lo * ___n_lo) >> 32;		\
152*461a5e51SNicolas Pitre 	} else if (!(___m & ((1ULL << 63) | (1ULL << 31)))) {		\
153*461a5e51SNicolas Pitre 		___res = (___m + (uint64_t)___m_lo * ___n_lo) >> 32;	\
154*461a5e51SNicolas Pitre 	} else {							\
155*461a5e51SNicolas Pitre 		___res = ___m + (uint64_t)___m_lo * ___n_lo;		\
156*461a5e51SNicolas Pitre 		___t = (___res < ___m) ? (1ULL << 32) : 0;		\
157*461a5e51SNicolas Pitre 		___res = (___res >> 32) + ___t;				\
158*461a5e51SNicolas Pitre 	}								\
159*461a5e51SNicolas Pitre 									\
160*461a5e51SNicolas Pitre 	if (!(___m & ((1ULL << 63) | (1ULL << 31)))) {			\
161*461a5e51SNicolas Pitre 		___res += (uint64_t)___m_lo * ___n_hi;			\
162*461a5e51SNicolas Pitre 		___res += (uint64_t)___m_hi * ___n_lo;			\
163*461a5e51SNicolas Pitre 		___res >>= 32;						\
164*461a5e51SNicolas Pitre 	} else {							\
165*461a5e51SNicolas Pitre 		___t = ___res += (uint64_t)___m_lo * ___n_hi;		\
166*461a5e51SNicolas Pitre 		___res += (uint64_t)___m_hi * ___n_lo;			\
167*461a5e51SNicolas Pitre 		___t = (___res < ___t) ? (1ULL << 32) : 0;		\
168*461a5e51SNicolas Pitre 		___res = (___res >> 32) + ___t;				\
169*461a5e51SNicolas Pitre 	}								\
170*461a5e51SNicolas Pitre 									\
171*461a5e51SNicolas Pitre 	___res += (uint64_t)___m_hi * ___n_hi;				\
172*461a5e51SNicolas Pitre 									\
173*461a5e51SNicolas Pitre 	___res /= ___p;							\
174*461a5e51SNicolas Pitre })
175*461a5e51SNicolas Pitre 
1761da177e4SLinus Torvalds extern uint32_t __div64_32(uint64_t *dividend, uint32_t divisor);
1771da177e4SLinus Torvalds 
1781da177e4SLinus Torvalds /* The unnecessary pointer compare is there
1791da177e4SLinus Torvalds  * to check for type safety (n must be 64bit)
1801da177e4SLinus Torvalds  */
1811da177e4SLinus Torvalds # define do_div(n,base) ({				\
1821da177e4SLinus Torvalds 	uint32_t __base = (base);			\
1831da177e4SLinus Torvalds 	uint32_t __rem;					\
1841da177e4SLinus Torvalds 	(void)(((typeof((n)) *)0) == ((uint64_t *)0));	\
185911918aaSNicolas Pitre 	if (__builtin_constant_p(__base) &&		\
186911918aaSNicolas Pitre 	    is_power_of_2(__base)) {			\
187911918aaSNicolas Pitre 		__rem = (n) & (__base - 1);		\
188911918aaSNicolas Pitre 		(n) >>= ilog2(__base);			\
189*461a5e51SNicolas Pitre 	} else if (__div64_const32_is_OK &&		\
190*461a5e51SNicolas Pitre 		   __builtin_constant_p(__base) &&	\
191*461a5e51SNicolas Pitre 		   __base != 0) {			\
192*461a5e51SNicolas Pitre 		uint32_t __res_lo, __n_lo = (n);	\
193*461a5e51SNicolas Pitre 		(n) = __div64_const32(n, __base);	\
194*461a5e51SNicolas Pitre 		/* the remainder can be computed with 32-bit regs */ \
195*461a5e51SNicolas Pitre 		__res_lo = (n);				\
196*461a5e51SNicolas Pitre 		__rem = __n_lo - __res_lo * __base;	\
197911918aaSNicolas Pitre 	} else if (likely(((n) >> 32) == 0)) {		\
1981da177e4SLinus Torvalds 		__rem = (uint32_t)(n) % __base;		\
1991da177e4SLinus Torvalds 		(n) = (uint32_t)(n) / __base;		\
2001da177e4SLinus Torvalds 	} else 						\
2011da177e4SLinus Torvalds 		__rem = __div64_32(&(n), __base);	\
2021da177e4SLinus Torvalds 	__rem;						\
2031da177e4SLinus Torvalds  })
2041da177e4SLinus Torvalds 
2051da177e4SLinus Torvalds #else /* BITS_PER_LONG == ?? */
2061da177e4SLinus Torvalds 
2071da177e4SLinus Torvalds # error do_div() does not yet support the C64
2081da177e4SLinus Torvalds 
2091da177e4SLinus Torvalds #endif /* BITS_PER_LONG */
2101da177e4SLinus Torvalds 
2111da177e4SLinus Torvalds #endif /* _ASM_GENERIC_DIV64_H */
212