xref: /openbmc/linux/include/asm-generic/div64.h (revision 602828c1aade576ac5f3fbd59b4eb014c5fc2414)
1b2441318SGreg Kroah-Hartman /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 */
21da177e4SLinus Torvalds #ifndef _ASM_GENERIC_DIV64_H
31da177e4SLinus Torvalds #define _ASM_GENERIC_DIV64_H
41da177e4SLinus Torvalds /*
51da177e4SLinus Torvalds  * Copyright (C) 2003 Bernardo Innocenti <bernie@develer.com>
61da177e4SLinus Torvalds  * Based on former asm-ppc/div64.h and asm-m68knommu/div64.h
71da177e4SLinus Torvalds  *
8461a5e51SNicolas Pitre  * Optimization for constant divisors on 32-bit machines:
9461a5e51SNicolas Pitre  * Copyright (C) 2006-2015 Nicolas Pitre
10461a5e51SNicolas Pitre  *
111da177e4SLinus Torvalds  * The semantics of do_div() are:
121da177e4SLinus Torvalds  *
131da177e4SLinus Torvalds  * uint32_t do_div(uint64_t *n, uint32_t base)
141da177e4SLinus Torvalds  * {
151da177e4SLinus Torvalds  * 	uint32_t remainder = *n % base;
161da177e4SLinus Torvalds  * 	*n = *n / base;
171da177e4SLinus Torvalds  * 	return remainder;
181da177e4SLinus Torvalds  * }
191da177e4SLinus Torvalds  *
201da177e4SLinus Torvalds  * NOTE: macro parameter n is evaluated multiple times,
211da177e4SLinus Torvalds  *       beware of side effects!
221da177e4SLinus Torvalds  */
231da177e4SLinus Torvalds 
241da177e4SLinus Torvalds #include <linux/types.h>
251da177e4SLinus Torvalds #include <linux/compiler.h>
261da177e4SLinus Torvalds 
271da177e4SLinus Torvalds #if BITS_PER_LONG == 64
281da177e4SLinus Torvalds 
296ec72e61SRandy Dunlap /**
306ec72e61SRandy Dunlap  * do_div - returns 2 values: calculate remainder and update new dividend
316ec72e61SRandy Dunlap  * @n: pointer to uint64_t dividend (will be updated)
326ec72e61SRandy Dunlap  * @base: uint32_t divisor
336ec72e61SRandy Dunlap  *
346ec72e61SRandy Dunlap  * Summary:
356ec72e61SRandy Dunlap  * ``uint32_t remainder = *n % base;``
366ec72e61SRandy Dunlap  * ``*n = *n / base;``
376ec72e61SRandy Dunlap  *
386ec72e61SRandy Dunlap  * Return: (uint32_t)remainder
396ec72e61SRandy Dunlap  *
406ec72e61SRandy Dunlap  * NOTE: macro parameter @n is evaluated multiple times,
416ec72e61SRandy Dunlap  * beware of side effects!
426ec72e61SRandy Dunlap  */
431da177e4SLinus Torvalds # define do_div(n,base) ({					\
441da177e4SLinus Torvalds 	uint32_t __base = (base);				\
451da177e4SLinus Torvalds 	uint32_t __rem;						\
461da177e4SLinus Torvalds 	__rem = ((uint64_t)(n)) % __base;			\
471da177e4SLinus Torvalds 	(n) = ((uint64_t)(n)) / __base;				\
481da177e4SLinus Torvalds 	__rem;							\
491da177e4SLinus Torvalds  })
501da177e4SLinus Torvalds 
511da177e4SLinus Torvalds #elif BITS_PER_LONG == 32
521da177e4SLinus Torvalds 
53911918aaSNicolas Pitre #include <linux/log2.h>
54911918aaSNicolas Pitre 
55461a5e51SNicolas Pitre /*
56461a5e51SNicolas Pitre  * If the divisor happens to be constant, we determine the appropriate
57461a5e51SNicolas Pitre  * inverse at compile time to turn the division into a few inline
58461a5e51SNicolas Pitre  * multiplications which ought to be much faster. And yet only if compiling
59461a5e51SNicolas Pitre  * with a sufficiently recent gcc version to perform proper 64-bit constant
60461a5e51SNicolas Pitre  * propagation.
61461a5e51SNicolas Pitre  *
62461a5e51SNicolas Pitre  * (It is unfortunate that gcc doesn't perform all this internally.)
63461a5e51SNicolas Pitre  */
64461a5e51SNicolas Pitre 
65461a5e51SNicolas Pitre #ifndef __div64_const32_is_OK
66461a5e51SNicolas Pitre #define __div64_const32_is_OK (__GNUC__ >= 4)
67461a5e51SNicolas Pitre #endif
68461a5e51SNicolas Pitre 
69461a5e51SNicolas Pitre #define __div64_const32(n, ___b)					\
70461a5e51SNicolas Pitre ({									\
71461a5e51SNicolas Pitre 	/*								\
72461a5e51SNicolas Pitre 	 * Multiplication by reciprocal of b: n / b = n * (p / b) / p	\
73461a5e51SNicolas Pitre 	 *								\
74461a5e51SNicolas Pitre 	 * We rely on the fact that most of this code gets optimized	\
75461a5e51SNicolas Pitre 	 * away at compile time due to constant propagation and only	\
76461a5e51SNicolas Pitre 	 * a few multiplication instructions should remain.		\
77461a5e51SNicolas Pitre 	 * Hence this monstrous macro (static inline doesn't always	\
78461a5e51SNicolas Pitre 	 * do the trick here).						\
79461a5e51SNicolas Pitre 	 */								\
80461a5e51SNicolas Pitre 	uint64_t ___res, ___x, ___t, ___m, ___n = (n);			\
81f682b27cSNicolas Pitre 	uint32_t ___p, ___bias;						\
82461a5e51SNicolas Pitre 									\
83461a5e51SNicolas Pitre 	/* determine MSB of b */					\
84461a5e51SNicolas Pitre 	___p = 1 << ilog2(___b);					\
85461a5e51SNicolas Pitre 									\
86461a5e51SNicolas Pitre 	/* compute m = ((p << 64) + b - 1) / b */			\
87461a5e51SNicolas Pitre 	___m = (~0ULL / ___b) * ___p;					\
88461a5e51SNicolas Pitre 	___m += (((~0ULL % ___b + 1) * ___p) + ___b - 1) / ___b;	\
89461a5e51SNicolas Pitre 									\
90461a5e51SNicolas Pitre 	/* one less than the dividend with highest result */		\
91461a5e51SNicolas Pitre 	___x = ~0ULL / ___b * ___b - 1;					\
92461a5e51SNicolas Pitre 									\
93461a5e51SNicolas Pitre 	/* test our ___m with res = m * x / (p << 64) */		\
94461a5e51SNicolas Pitre 	___res = ((___m & 0xffffffff) * (___x & 0xffffffff)) >> 32;	\
95461a5e51SNicolas Pitre 	___t = ___res += (___m & 0xffffffff) * (___x >> 32);		\
96461a5e51SNicolas Pitre 	___res += (___x & 0xffffffff) * (___m >> 32);			\
97461a5e51SNicolas Pitre 	___t = (___res < ___t) ? (1ULL << 32) : 0;			\
98461a5e51SNicolas Pitre 	___res = (___res >> 32) + ___t;					\
99461a5e51SNicolas Pitre 	___res += (___m >> 32) * (___x >> 32);				\
100461a5e51SNicolas Pitre 	___res /= ___p;							\
101461a5e51SNicolas Pitre 									\
102461a5e51SNicolas Pitre 	/* Now sanitize and optimize what we've got. */			\
103461a5e51SNicolas Pitre 	if (~0ULL % (___b / (___b & -___b)) == 0) {			\
104461a5e51SNicolas Pitre 		/* special case, can be simplified to ... */		\
105461a5e51SNicolas Pitre 		___n /= (___b & -___b);					\
106461a5e51SNicolas Pitre 		___m = ~0ULL / (___b / (___b & -___b));			\
107461a5e51SNicolas Pitre 		___p = 1;						\
108461a5e51SNicolas Pitre 		___bias = 1;						\
109461a5e51SNicolas Pitre 	} else if (___res != ___x / ___b) {				\
110461a5e51SNicolas Pitre 		/*							\
111461a5e51SNicolas Pitre 		 * We can't get away without a bias to compensate	\
112461a5e51SNicolas Pitre 		 * for bit truncation errors.  To avoid it we'd need an	\
113461a5e51SNicolas Pitre 		 * additional bit to represent m which would overflow	\
114461a5e51SNicolas Pitre 		 * a 64-bit variable.					\
115461a5e51SNicolas Pitre 		 *							\
116461a5e51SNicolas Pitre 		 * Instead we do m = p / b and n / b = (n * m + m) / p.	\
117461a5e51SNicolas Pitre 		 */							\
118461a5e51SNicolas Pitre 		___bias = 1;						\
119461a5e51SNicolas Pitre 		/* Compute m = (p << 64) / b */				\
120461a5e51SNicolas Pitre 		___m = (~0ULL / ___b) * ___p;				\
121461a5e51SNicolas Pitre 		___m += ((~0ULL % ___b + 1) * ___p) / ___b;		\
122461a5e51SNicolas Pitre 	} else {							\
123461a5e51SNicolas Pitre 		/*							\
124461a5e51SNicolas Pitre 		 * Reduce m / p, and try to clear bit 31 of m when	\
125461a5e51SNicolas Pitre 		 * possible, otherwise that'll need extra overflow	\
126461a5e51SNicolas Pitre 		 * handling later.					\
127461a5e51SNicolas Pitre 		 */							\
128461a5e51SNicolas Pitre 		uint32_t ___bits = -(___m & -___m);			\
129461a5e51SNicolas Pitre 		___bits |= ___m >> 32;					\
130461a5e51SNicolas Pitre 		___bits = (~___bits) << 1;				\
131461a5e51SNicolas Pitre 		/*							\
132461a5e51SNicolas Pitre 		 * If ___bits == 0 then setting bit 31 is  unavoidable.	\
133461a5e51SNicolas Pitre 		 * Simply apply the maximum possible reduction in that	\
134461a5e51SNicolas Pitre 		 * case. Otherwise the MSB of ___bits indicates the	\
135461a5e51SNicolas Pitre 		 * best reduction we should apply.			\
136461a5e51SNicolas Pitre 		 */							\
137461a5e51SNicolas Pitre 		if (!___bits) {						\
138461a5e51SNicolas Pitre 			___p /= (___m & -___m);				\
139461a5e51SNicolas Pitre 			___m /= (___m & -___m);				\
140461a5e51SNicolas Pitre 		} else {						\
141461a5e51SNicolas Pitre 			___p >>= ilog2(___bits);			\
142461a5e51SNicolas Pitre 			___m >>= ilog2(___bits);			\
143461a5e51SNicolas Pitre 		}							\
144461a5e51SNicolas Pitre 		/* No bias needed. */					\
145461a5e51SNicolas Pitre 		___bias = 0;						\
146461a5e51SNicolas Pitre 	}								\
147461a5e51SNicolas Pitre 									\
148461a5e51SNicolas Pitre 	/*								\
149461a5e51SNicolas Pitre 	 * Now we have a combination of 2 conditions:			\
150461a5e51SNicolas Pitre 	 *								\
151461a5e51SNicolas Pitre 	 * 1) whether or not we need to apply a bias, and		\
152461a5e51SNicolas Pitre 	 *								\
153461a5e51SNicolas Pitre 	 * 2) whether or not there might be an overflow in the cross	\
154461a5e51SNicolas Pitre 	 *    product determined by (___m & ((1 << 63) | (1 << 31))).	\
155461a5e51SNicolas Pitre 	 *								\
156f682b27cSNicolas Pitre 	 * Select the best way to do (m_bias + m * n) / (1 << 64).	\
157461a5e51SNicolas Pitre 	 * From now on there will be actual runtime code generated.	\
158461a5e51SNicolas Pitre 	 */								\
159f682b27cSNicolas Pitre 	___res = __arch_xprod_64(___m, ___n, ___bias);			\
160461a5e51SNicolas Pitre 									\
161461a5e51SNicolas Pitre 	___res /= ___p;							\
162461a5e51SNicolas Pitre })
163461a5e51SNicolas Pitre 
164f682b27cSNicolas Pitre #ifndef __arch_xprod_64
165f682b27cSNicolas Pitre /*
166f682b27cSNicolas Pitre  * Default C implementation for __arch_xprod_64()
167f682b27cSNicolas Pitre  *
168f682b27cSNicolas Pitre  * Prototype: uint64_t __arch_xprod_64(const uint64_t m, uint64_t n, bool bias)
169f682b27cSNicolas Pitre  * Semantic:  retval = ((bias ? m : 0) + m * n) >> 64
170f682b27cSNicolas Pitre  *
171f682b27cSNicolas Pitre  * The product is a 128-bit value, scaled down to 64 bits.
172f682b27cSNicolas Pitre  * Assuming constant propagation to optimize away unused conditional code.
173f682b27cSNicolas Pitre  * Architectures may provide their own optimized assembly implementation.
174f682b27cSNicolas Pitre  */
175f682b27cSNicolas Pitre static inline uint64_t __arch_xprod_64(const uint64_t m, uint64_t n, bool bias)
176f682b27cSNicolas Pitre {
177f682b27cSNicolas Pitre 	uint32_t m_lo = m;
178f682b27cSNicolas Pitre 	uint32_t m_hi = m >> 32;
179f682b27cSNicolas Pitre 	uint32_t n_lo = n;
180f682b27cSNicolas Pitre 	uint32_t n_hi = n >> 32;
181*602828c1SNicolas Pitre 	uint64_t res;
182*602828c1SNicolas Pitre 	uint32_t res_lo, res_hi, tmp;
183f682b27cSNicolas Pitre 
184f682b27cSNicolas Pitre 	if (!bias) {
185f682b27cSNicolas Pitre 		res = ((uint64_t)m_lo * n_lo) >> 32;
186f682b27cSNicolas Pitre 	} else if (!(m & ((1ULL << 63) | (1ULL << 31)))) {
187f682b27cSNicolas Pitre 		/* there can't be any overflow here */
188f682b27cSNicolas Pitre 		res = (m + (uint64_t)m_lo * n_lo) >> 32;
189f682b27cSNicolas Pitre 	} else {
190f682b27cSNicolas Pitre 		res = m + (uint64_t)m_lo * n_lo;
191*602828c1SNicolas Pitre 		res_lo = res >> 32;
192*602828c1SNicolas Pitre 		res_hi = (res_lo < m_hi);
193*602828c1SNicolas Pitre 		res = res_lo | ((uint64_t)res_hi << 32);
194f682b27cSNicolas Pitre 	}
195f682b27cSNicolas Pitre 
196f682b27cSNicolas Pitre 	if (!(m & ((1ULL << 63) | (1ULL << 31)))) {
197f682b27cSNicolas Pitre 		/* there can't be any overflow here */
198f682b27cSNicolas Pitre 		res += (uint64_t)m_lo * n_hi;
199f682b27cSNicolas Pitre 		res += (uint64_t)m_hi * n_lo;
200f682b27cSNicolas Pitre 		res >>= 32;
201f682b27cSNicolas Pitre 	} else {
202*602828c1SNicolas Pitre 		res += (uint64_t)m_lo * n_hi;
203*602828c1SNicolas Pitre 		tmp = res >> 32;
204f682b27cSNicolas Pitre 		res += (uint64_t)m_hi * n_lo;
205*602828c1SNicolas Pitre 		res_lo = res >> 32;
206*602828c1SNicolas Pitre 		res_hi = (res_lo < tmp);
207*602828c1SNicolas Pitre 		res = res_lo | ((uint64_t)res_hi << 32);
208f682b27cSNicolas Pitre 	}
209f682b27cSNicolas Pitre 
210f682b27cSNicolas Pitre 	res += (uint64_t)m_hi * n_hi;
211f682b27cSNicolas Pitre 
212f682b27cSNicolas Pitre 	return res;
213f682b27cSNicolas Pitre }
214f682b27cSNicolas Pitre #endif
215f682b27cSNicolas Pitre 
216dce1eb93SNicolas Pitre #ifndef __div64_32
2171da177e4SLinus Torvalds extern uint32_t __div64_32(uint64_t *dividend, uint32_t divisor);
218dce1eb93SNicolas Pitre #endif
2191da177e4SLinus Torvalds 
2201da177e4SLinus Torvalds /* The unnecessary pointer compare is there
2211da177e4SLinus Torvalds  * to check for type safety (n must be 64bit)
2221da177e4SLinus Torvalds  */
2231da177e4SLinus Torvalds # define do_div(n,base) ({				\
2241da177e4SLinus Torvalds 	uint32_t __base = (base);			\
2251da177e4SLinus Torvalds 	uint32_t __rem;					\
2261da177e4SLinus Torvalds 	(void)(((typeof((n)) *)0) == ((uint64_t *)0));	\
227911918aaSNicolas Pitre 	if (__builtin_constant_p(__base) &&		\
228911918aaSNicolas Pitre 	    is_power_of_2(__base)) {			\
229911918aaSNicolas Pitre 		__rem = (n) & (__base - 1);		\
230911918aaSNicolas Pitre 		(n) >>= ilog2(__base);			\
231461a5e51SNicolas Pitre 	} else if (__div64_const32_is_OK &&		\
232461a5e51SNicolas Pitre 		   __builtin_constant_p(__base) &&	\
233461a5e51SNicolas Pitre 		   __base != 0) {			\
234461a5e51SNicolas Pitre 		uint32_t __res_lo, __n_lo = (n);	\
235461a5e51SNicolas Pitre 		(n) = __div64_const32(n, __base);	\
236461a5e51SNicolas Pitre 		/* the remainder can be computed with 32-bit regs */ \
237461a5e51SNicolas Pitre 		__res_lo = (n);				\
238461a5e51SNicolas Pitre 		__rem = __n_lo - __res_lo * __base;	\
239911918aaSNicolas Pitre 	} else if (likely(((n) >> 32) == 0)) {		\
2401da177e4SLinus Torvalds 		__rem = (uint32_t)(n) % __base;		\
2411da177e4SLinus Torvalds 		(n) = (uint32_t)(n) / __base;		\
2421da177e4SLinus Torvalds 	} else 						\
2431da177e4SLinus Torvalds 		__rem = __div64_32(&(n), __base);	\
2441da177e4SLinus Torvalds 	__rem;						\
2451da177e4SLinus Torvalds  })
2461da177e4SLinus Torvalds 
2471da177e4SLinus Torvalds #else /* BITS_PER_LONG == ?? */
2481da177e4SLinus Torvalds 
2491da177e4SLinus Torvalds # error do_div() does not yet support the C64
2501da177e4SLinus Torvalds 
2511da177e4SLinus Torvalds #endif /* BITS_PER_LONG */
2521da177e4SLinus Torvalds 
2531da177e4SLinus Torvalds #endif /* _ASM_GENERIC_DIV64_H */
254