OSDN Git Service

847c2a34b1ff4af58e598c3b8c35843105322bfa
[android-x86/external-mesa.git] / src / gallium / drivers / llvmpipe / lp_bld_arit.c
1 /**************************************************************************
2  *
3  * Copyright 2009 VMware, Inc.
4  * All Rights Reserved.
5  *
6  * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a
7  * copy of this software and associated documentation files (the
8  * "Software"), to deal in the Software without restriction, including
9  * without limitation the rights to use, copy, modify, merge, publish,
10  * distribute, sub license, and/or sell copies of the Software, and to
11  * permit persons to whom the Software is furnished to do so, subject to
12  * the following conditions:
13  *
14  * The above copyright notice and this permission notice (including the
15  * next paragraph) shall be included in all copies or substantial portions
16  * of the Software.
17  *
18  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS
19  * OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF
20  * MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NON-INFRINGEMENT.
21  * IN NO EVENT SHALL VMWARE AND/OR ITS SUPPLIERS BE LIABLE FOR
22  * ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT,
23  * TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM, OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE
24  * SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE SOFTWARE.
25  *
26  **************************************************************************/
27
28
29 /**
30  * @file
31  * Helper
32  *
33  * LLVM IR doesn't support all basic arithmetic operations we care about (most
34  * notably min/max and saturated operations), and it is often necessary to
35  * resort machine-specific intrinsics directly. The functions here hide all
36  * these implementation details from the other modules.
37  *
38  * We also do simple expressions simplification here. Reasons are:
39  * - it is very easy given we have all necessary information readily available
40  * - LLVM optimization passes fail to simplify several vector expressions
41  * - We often know value constraints which the optimization passes have no way
42  *   of knowing, such as when source arguments are known to be in [0, 1] range.
43  *
44  * @author Jose Fonseca <jfonseca@vmware.com>
45  */
46
47
48 #include "util/u_memory.h"
49 #include "util/u_debug.h"
50 #include "util/u_math.h"
51 #include "util/u_string.h"
52 #include "util/u_cpu_detect.h"
53
54 #include "lp_bld_type.h"
55 #include "lp_bld_const.h"
56 #include "lp_bld_intr.h"
57 #include "lp_bld_logic.h"
58 #include "lp_bld_pack.h"
59 #include "lp_bld_debug.h"
60 #include "lp_bld_arit.h"
61
62
63 /**
64  * Generate min(a, b)
65  * No checks for special case values of a or b = 1 or 0 are done.
66  */
67 static LLVMValueRef
68 lp_build_min_simple(struct lp_build_context *bld,
69                     LLVMValueRef a,
70                     LLVMValueRef b)
71 {
72    const struct lp_type type = bld->type;
73    const char *intrinsic = NULL;
74    LLVMValueRef cond;
75
76    /* TODO: optimize the constant case */
77
78    if(type.width * type.length == 128) {
79       if(type.floating) {
80          if(type.width == 32 && util_cpu_caps.has_sse)
81             intrinsic = "llvm.x86.sse.min.ps";
82          if(type.width == 64 && util_cpu_caps.has_sse2)
83             intrinsic = "llvm.x86.sse2.min.pd";
84       }
85       else {
86          if(type.width == 8 && !type.sign && util_cpu_caps.has_sse2)
87             intrinsic = "llvm.x86.sse2.pminu.b";
88          if(type.width == 8 && type.sign && util_cpu_caps.has_sse4_1)
89             intrinsic = "llvm.x86.sse41.pminsb";
90          if(type.width == 16 && !type.sign && util_cpu_caps.has_sse4_1)
91             intrinsic = "llvm.x86.sse41.pminuw";
92          if(type.width == 16 && type.sign && util_cpu_caps.has_sse2)
93             intrinsic = "llvm.x86.sse2.pmins.w";
94          if(type.width == 32 && !type.sign && util_cpu_caps.has_sse4_1)
95             intrinsic = "llvm.x86.sse41.pminud";
96          if(type.width == 32 && type.sign && util_cpu_caps.has_sse4_1)
97             intrinsic = "llvm.x86.sse41.pminsd";
98       }
99    }
100
101    if(intrinsic)
102       return lp_build_intrinsic_binary(bld->builder, intrinsic, lp_build_vec_type(bld->type), a, b);
103
104    cond = lp_build_cmp(bld, PIPE_FUNC_LESS, a, b);
105    return lp_build_select(bld, cond, a, b);
106 }
107
108
109 /**
110  * Generate max(a, b)
111  * No checks for special case values of a or b = 1 or 0 are done.
112  */
113 static LLVMValueRef
114 lp_build_max_simple(struct lp_build_context *bld,
115                     LLVMValueRef a,
116                     LLVMValueRef b)
117 {
118    const struct lp_type type = bld->type;
119    const char *intrinsic = NULL;
120    LLVMValueRef cond;
121
122    /* TODO: optimize the constant case */
123
124    if(type.width * type.length == 128) {
125       if(type.floating) {
126          if(type.width == 32 && util_cpu_caps.has_sse)
127             intrinsic = "llvm.x86.sse.max.ps";
128          if(type.width == 64 && util_cpu_caps.has_sse2)
129             intrinsic = "llvm.x86.sse2.max.pd";
130       }
131       else {
132          if(type.width == 8 && !type.sign && util_cpu_caps.has_sse2)
133             intrinsic = "llvm.x86.sse2.pmaxu.b";
134          if(type.width == 8 && type.sign && util_cpu_caps.has_sse4_1)
135             intrinsic = "llvm.x86.sse41.pmaxsb";
136          if(type.width == 16 && !type.sign && util_cpu_caps.has_sse4_1)
137             intrinsic = "llvm.x86.sse41.pmaxuw";
138          if(type.width == 16 && type.sign && util_cpu_caps.has_sse2)
139             intrinsic = "llvm.x86.sse2.pmaxs.w";
140          if(type.width == 32 && !type.sign && util_cpu_caps.has_sse4_1)
141             intrinsic = "llvm.x86.sse41.pmaxud";
142          if(type.width == 32 && type.sign && util_cpu_caps.has_sse4_1)
143             intrinsic = "llvm.x86.sse41.pmaxsd";
144       }
145    }
146
147    if(intrinsic)
148       return lp_build_intrinsic_binary(bld->builder, intrinsic, lp_build_vec_type(bld->type), a, b);
149
150    cond = lp_build_cmp(bld, PIPE_FUNC_GREATER, a, b);
151    return lp_build_select(bld, cond, a, b);
152 }
153
154
155 /**
156  * Generate 1 - a, or ~a depending on bld->type.
157  */
158 LLVMValueRef
159 lp_build_comp(struct lp_build_context *bld,
160               LLVMValueRef a)
161 {
162    const struct lp_type type = bld->type;
163
164    if(a == bld->one)
165       return bld->zero;
166    if(a == bld->zero)
167       return bld->one;
168
169    if(type.norm && !type.floating && !type.fixed && !type.sign) {
170       if(LLVMIsConstant(a))
171          return LLVMConstNot(a);
172       else
173          return LLVMBuildNot(bld->builder, a, "");
174    }
175
176    if(LLVMIsConstant(a))
177       return LLVMConstSub(bld->one, a);
178    else
179       return LLVMBuildSub(bld->builder, bld->one, a, "");
180 }
181
182
183 /**
184  * Generate a + b
185  */
186 LLVMValueRef
187 lp_build_add(struct lp_build_context *bld,
188              LLVMValueRef a,
189              LLVMValueRef b)
190 {
191    const struct lp_type type = bld->type;
192    LLVMValueRef res;
193
194    if(a == bld->zero)
195       return b;
196    if(b == bld->zero)
197       return a;
198    if(a == bld->undef || b == bld->undef)
199       return bld->undef;
200
201    if(bld->type.norm) {
202       const char *intrinsic = NULL;
203
204       if(a == bld->one || b == bld->one)
205         return bld->one;
206
207       if(util_cpu_caps.has_sse2 &&
208          type.width * type.length == 128 &&
209          !type.floating && !type.fixed) {
210          if(type.width == 8)
211             intrinsic = type.sign ? "llvm.x86.sse2.padds.b" : "llvm.x86.sse2.paddus.b";
212          if(type.width == 16)
213             intrinsic = type.sign ? "llvm.x86.sse2.padds.w" : "llvm.x86.sse2.paddus.w";
214       }
215    
216       if(intrinsic)
217          return lp_build_intrinsic_binary(bld->builder, intrinsic, lp_build_vec_type(bld->type), a, b);
218    }
219
220    if(LLVMIsConstant(a) && LLVMIsConstant(b))
221       res = LLVMConstAdd(a, b);
222    else
223       res = LLVMBuildAdd(bld->builder, a, b, "");
224
225    /* clamp to ceiling of 1.0 */
226    if(bld->type.norm && (bld->type.floating || bld->type.fixed))
227       res = lp_build_min_simple(bld, res, bld->one);
228
229    /* XXX clamp to floor of -1 or 0??? */
230
231    return res;
232 }
233
234
235 /**
236  * Generate a - b
237  */
238 LLVMValueRef
239 lp_build_sub(struct lp_build_context *bld,
240              LLVMValueRef a,
241              LLVMValueRef b)
242 {
243    const struct lp_type type = bld->type;
244    LLVMValueRef res;
245
246    if(b == bld->zero)
247       return a;
248    if(a == bld->undef || b == bld->undef)
249       return bld->undef;
250    if(a == b)
251       return bld->zero;
252
253    if(bld->type.norm) {
254       const char *intrinsic = NULL;
255
256       if(b == bld->one)
257         return bld->zero;
258
259       if(util_cpu_caps.has_sse2 &&
260          type.width * type.length == 128 &&
261          !type.floating && !type.fixed) {
262          if(type.width == 8)
263             intrinsic = type.sign ? "llvm.x86.sse2.psubs.b" : "llvm.x86.sse2.psubus.b";
264          if(type.width == 16)
265             intrinsic = type.sign ? "llvm.x86.sse2.psubs.w" : "llvm.x86.sse2.psubus.w";
266       }
267    
268       if(intrinsic)
269          return lp_build_intrinsic_binary(bld->builder, intrinsic, lp_build_vec_type(bld->type), a, b);
270    }
271
272    if(LLVMIsConstant(a) && LLVMIsConstant(b))
273       res = LLVMConstSub(a, b);
274    else
275       res = LLVMBuildSub(bld->builder, a, b, "");
276
277    if(bld->type.norm && (bld->type.floating || bld->type.fixed))
278       res = lp_build_max_simple(bld, res, bld->zero);
279
280    return res;
281 }
282
283
284 /**
285  * Normalized 8bit multiplication.
286  *
287  * - alpha plus one
288  *
289  *     makes the following approximation to the division (Sree)
290  *    
291  *       a*b/255 ~= (a*(b + 1)) >> 256
292  *    
293  *     which is the fastest method that satisfies the following OpenGL criteria
294  *    
295  *       0*0 = 0 and 255*255 = 255
296  *
297  * - geometric series
298  *
299  *     takes the geometric series approximation to the division
300  *
301  *       t/255 = (t >> 8) + (t >> 16) + (t >> 24) ..
302  *
303  *     in this case just the first two terms to fit in 16bit arithmetic
304  *
305  *       t/255 ~= (t + (t >> 8)) >> 8
306  *
307  *     note that just by itself it doesn't satisfies the OpenGL criteria, as
308  *     255*255 = 254, so the special case b = 255 must be accounted or roundoff
309  *     must be used
310  *
311  * - geometric series plus rounding
312  *
313  *     when using a geometric series division instead of truncating the result
314  *     use roundoff in the approximation (Jim Blinn)
315  *
316  *       t/255 ~= (t + (t >> 8) + 0x80) >> 8
317  *
318  *     achieving the exact results
319  *
320  * @sa Alvy Ray Smith, Image Compositing Fundamentals, Tech Memo 4, Aug 15, 1995, 
321  *     ftp://ftp.alvyray.com/Acrobat/4_Comp.pdf
322  * @sa Michael Herf, The "double blend trick", May 2000, 
323  *     http://www.stereopsis.com/doubleblend.html
324  */
325 static LLVMValueRef
326 lp_build_mul_u8n(LLVMBuilderRef builder,
327                  struct lp_type i16_type,
328                  LLVMValueRef a, LLVMValueRef b)
329 {
330    LLVMValueRef c8;
331    LLVMValueRef ab;
332
333    c8 = lp_build_int_const_scalar(i16_type, 8);
334    
335 #if 0
336    
337    /* a*b/255 ~= (a*(b + 1)) >> 256 */
338    b = LLVMBuildAdd(builder, b, lp_build_int_const_scalar(i16_type, 1), "");
339    ab = LLVMBuildMul(builder, a, b, "");
340
341 #else
342    
343    /* ab/255 ~= (ab + (ab >> 8) + 0x80) >> 8 */
344    ab = LLVMBuildMul(builder, a, b, "");
345    ab = LLVMBuildAdd(builder, ab, LLVMBuildLShr(builder, ab, c8, ""), "");
346    ab = LLVMBuildAdd(builder, ab, lp_build_int_const_scalar(i16_type, 0x80), "");
347
348 #endif
349    
350    ab = LLVMBuildLShr(builder, ab, c8, "");
351
352    return ab;
353 }
354
355
356 /**
357  * Generate a * b
358  */
359 LLVMValueRef
360 lp_build_mul(struct lp_build_context *bld,
361              LLVMValueRef a,
362              LLVMValueRef b)
363 {
364    const struct lp_type type = bld->type;
365    LLVMValueRef shift;
366    LLVMValueRef res;
367
368    if(a == bld->zero)
369       return bld->zero;
370    if(a == bld->one)
371       return b;
372    if(b == bld->zero)
373       return bld->zero;
374    if(b == bld->one)
375       return a;
376    if(a == bld->undef || b == bld->undef)
377       return bld->undef;
378
379    if(!type.floating && !type.fixed && type.norm) {
380       if(type.width == 8) {
381          struct lp_type i16_type = lp_wider_type(type);
382          LLVMValueRef al, ah, bl, bh, abl, abh, ab;
383
384          lp_build_unpack2(bld->builder, type, i16_type, a, &al, &ah);
385          lp_build_unpack2(bld->builder, type, i16_type, b, &bl, &bh);
386
387          /* PMULLW, PSRLW, PADDW */
388          abl = lp_build_mul_u8n(bld->builder, i16_type, al, bl);
389          abh = lp_build_mul_u8n(bld->builder, i16_type, ah, bh);
390
391          ab = lp_build_pack2(bld->builder, i16_type, type, abl, abh);
392          
393          return ab;
394       }
395
396       /* FIXME */
397       assert(0);
398    }
399
400    if(type.fixed)
401       shift = lp_build_int_const_scalar(type, type.width/2);
402    else
403       shift = NULL;
404
405    if(LLVMIsConstant(a) && LLVMIsConstant(b)) {
406       res =  LLVMConstMul(a, b);
407       if(shift) {
408          if(type.sign)
409             res = LLVMConstAShr(res, shift);
410          else
411             res = LLVMConstLShr(res, shift);
412       }
413    }
414    else {
415       res = LLVMBuildMul(bld->builder, a, b, "");
416       if(shift) {
417          if(type.sign)
418             res = LLVMBuildAShr(bld->builder, res, shift, "");
419          else
420             res = LLVMBuildLShr(bld->builder, res, shift, "");
421       }
422    }
423
424    return res;
425 }
426
427
428 /**
429  * Small vector x scale multiplication optimization.
430  */
431 LLVMValueRef
432 lp_build_mul_imm(struct lp_build_context *bld,
433                  LLVMValueRef a,
434                  int b)
435 {
436    LLVMValueRef factor;
437
438    if(b == 0)
439       return bld->zero;
440
441    if(b == 1)
442       return a;
443
444    if(b == -1)
445       return LLVMBuildNeg(bld->builder, a, "");
446
447    if(b == 2 && bld->type.floating)
448       return lp_build_add(bld, a, a);
449
450    if(util_is_pot(b)) {
451       unsigned shift = ffs(b) - 1;
452
453       if(bld->type.floating) {
454 #if 0
455          /*
456           * Power of two multiplication by directly manipulating the mantissa.
457           *
458           * XXX: This might not be always faster, it will introduce a small error
459           * for multiplication by zero, and it will produce wrong results
460           * for Inf and NaN.
461           */
462          unsigned mantissa = lp_mantissa(bld->type);
463          factor = lp_build_int_const_scalar(bld->type, (unsigned long long)shift << mantissa);
464          a = LLVMBuildBitCast(bld->builder, a, lp_build_int_vec_type(bld->type), "");
465          a = LLVMBuildAdd(bld->builder, a, factor, "");
466          a = LLVMBuildBitCast(bld->builder, a, lp_build_vec_type(bld->type), "");
467          return a;
468 #endif
469       }
470       else {
471          factor = lp_build_const_scalar(bld->type, shift);
472          return LLVMBuildShl(bld->builder, a, factor, "");
473       }
474    }
475
476    factor = lp_build_const_scalar(bld->type, (double)b);
477    return lp_build_mul(bld, a, factor);
478 }
479
480
481 /**
482  * Generate a / b
483  */
484 LLVMValueRef
485 lp_build_div(struct lp_build_context *bld,
486              LLVMValueRef a,
487              LLVMValueRef b)
488 {
489    const struct lp_type type = bld->type;
490
491    if(a == bld->zero)
492       return bld->zero;
493    if(a == bld->one)
494       return lp_build_rcp(bld, b);
495    if(b == bld->zero)
496       return bld->undef;
497    if(b == bld->one)
498       return a;
499    if(a == bld->undef || b == bld->undef)
500       return bld->undef;
501
502    if(LLVMIsConstant(a) && LLVMIsConstant(b))
503       return LLVMConstFDiv(a, b);
504
505    if(util_cpu_caps.has_sse && type.width == 32 && type.length == 4)
506       return lp_build_mul(bld, a, lp_build_rcp(bld, b));
507
508    return LLVMBuildFDiv(bld->builder, a, b, "");
509 }
510
511
512 /**
513  * Linear interpolation.
514  *
515  * This also works for integer values with a few caveats.
516  *
517  * @sa http://www.stereopsis.com/doubleblend.html
518  */
519 LLVMValueRef
520 lp_build_lerp(struct lp_build_context *bld,
521               LLVMValueRef x,
522               LLVMValueRef v0,
523               LLVMValueRef v1)
524 {
525    LLVMValueRef delta;
526    LLVMValueRef res;
527
528    delta = lp_build_sub(bld, v1, v0);
529
530    res = lp_build_mul(bld, x, delta);
531
532    res = lp_build_add(bld, v0, res);
533
534    if(bld->type.fixed)
535       /* XXX: This step is necessary for lerping 8bit colors stored on 16bits,
536        * but it will be wrong for other uses. Basically we need a more
537        * powerful lp_type, capable of further distinguishing the values
538        * interpretation from the value storage. */
539       res = LLVMBuildAnd(bld->builder, res, lp_build_int_const_scalar(bld->type, (1 << bld->type.width/2) - 1), "");
540
541    return res;
542 }
543
544
545 LLVMValueRef
546 lp_build_lerp_2d(struct lp_build_context *bld,
547                  LLVMValueRef x,
548                  LLVMValueRef y,
549                  LLVMValueRef v00,
550                  LLVMValueRef v01,
551                  LLVMValueRef v10,
552                  LLVMValueRef v11)
553 {
554    LLVMValueRef v0 = lp_build_lerp(bld, x, v00, v01);
555    LLVMValueRef v1 = lp_build_lerp(bld, x, v10, v11);
556    return lp_build_lerp(bld, y, v0, v1);
557 }
558
559
560 /**
561  * Generate min(a, b)
562  * Do checks for special cases.
563  */
564 LLVMValueRef
565 lp_build_min(struct lp_build_context *bld,
566              LLVMValueRef a,
567              LLVMValueRef b)
568 {
569    if(a == bld->undef || b == bld->undef)
570       return bld->undef;
571
572    if(a == b)
573       return a;
574
575    if(bld->type.norm) {
576       if(a == bld->zero || b == bld->zero)
577          return bld->zero;
578       if(a == bld->one)
579          return b;
580       if(b == bld->one)
581          return a;
582    }
583
584    return lp_build_min_simple(bld, a, b);
585 }
586
587
588 /**
589  * Generate max(a, b)
590  * Do checks for special cases.
591  */
592 LLVMValueRef
593 lp_build_max(struct lp_build_context *bld,
594              LLVMValueRef a,
595              LLVMValueRef b)
596 {
597    if(a == bld->undef || b == bld->undef)
598       return bld->undef;
599
600    if(a == b)
601       return a;
602
603    if(bld->type.norm) {
604       if(a == bld->one || b == bld->one)
605          return bld->one;
606       if(a == bld->zero)
607          return b;
608       if(b == bld->zero)
609          return a;
610    }
611
612    return lp_build_max_simple(bld, a, b);
613 }
614
615
616 /**
617  * Generate abs(a)
618  */
619 LLVMValueRef
620 lp_build_abs(struct lp_build_context *bld,
621              LLVMValueRef a)
622 {
623    const struct lp_type type = bld->type;
624    LLVMTypeRef vec_type = lp_build_vec_type(type);
625
626    if(!type.sign)
627       return a;
628
629    if(type.floating) {
630       /* Mask out the sign bit */
631       LLVMTypeRef int_vec_type = lp_build_int_vec_type(type);
632       LLVMValueRef mask = lp_build_int_const_scalar(type, ((unsigned long long)1 << type.width) - 1);
633       a = LLVMBuildBitCast(bld->builder, a, int_vec_type, "");
634       a = LLVMBuildAnd(bld->builder, a, mask, "");
635       a = LLVMBuildBitCast(bld->builder, a, vec_type, "");
636       return a;
637    }
638
639    if(type.width*type.length == 128 && util_cpu_caps.has_ssse3) {
640       switch(type.width) {
641       case 8:
642          return lp_build_intrinsic_unary(bld->builder, "llvm.x86.ssse3.pabs.b.128", vec_type, a);
643       case 16:
644          return lp_build_intrinsic_unary(bld->builder, "llvm.x86.ssse3.pabs.w.128", vec_type, a);
645       case 32:
646          return lp_build_intrinsic_unary(bld->builder, "llvm.x86.ssse3.pabs.d.128", vec_type, a);
647       }
648    }
649
650    return lp_build_max(bld, a, LLVMBuildNeg(bld->builder, a, ""));
651 }
652
653
654 LLVMValueRef
655 lp_build_sgn(struct lp_build_context *bld,
656              LLVMValueRef a)
657 {
658    const struct lp_type type = bld->type;
659    LLVMTypeRef vec_type = lp_build_vec_type(type);
660    LLVMValueRef cond;
661    LLVMValueRef res;
662
663    /* Handle non-zero case */
664    if(!type.sign) {
665       /* if not zero then sign must be positive */
666       res = bld->one;
667    }
668    else if(type.floating) {
669       /* Take the sign bit and add it to 1 constant */
670       LLVMTypeRef int_vec_type = lp_build_int_vec_type(type);
671       LLVMValueRef mask = lp_build_int_const_scalar(type, (unsigned long long)1 << (type.width - 1));
672       LLVMValueRef sign;
673       LLVMValueRef one;
674       sign = LLVMBuildBitCast(bld->builder, a, int_vec_type, "");
675       sign = LLVMBuildAnd(bld->builder, sign, mask, "");
676       one = LLVMConstBitCast(bld->one, int_vec_type);
677       res = LLVMBuildOr(bld->builder, sign, one, "");
678       res = LLVMBuildBitCast(bld->builder, res, vec_type, "");
679    }
680    else
681    {
682       LLVMValueRef minus_one = lp_build_const_scalar(type, -1.0);
683       cond = lp_build_cmp(bld, PIPE_FUNC_GREATER, a, bld->zero);
684       res = lp_build_select(bld, cond, bld->one, minus_one);
685    }
686
687    /* Handle zero */
688    cond = lp_build_cmp(bld, PIPE_FUNC_EQUAL, a, bld->zero);
689    res = lp_build_select(bld, cond, bld->zero, bld->one);
690
691    return res;
692 }
693
694
695 enum lp_build_round_sse41_mode
696 {
697    LP_BUILD_ROUND_SSE41_NEAREST = 0,
698    LP_BUILD_ROUND_SSE41_FLOOR = 1,
699    LP_BUILD_ROUND_SSE41_CEIL = 2,
700    LP_BUILD_ROUND_SSE41_TRUNCATE = 3
701 };
702
703
704 static INLINE LLVMValueRef
705 lp_build_round_sse41(struct lp_build_context *bld,
706                      LLVMValueRef a,
707                      enum lp_build_round_sse41_mode mode)
708 {
709    const struct lp_type type = bld->type;
710    LLVMTypeRef vec_type = lp_build_vec_type(type);
711    const char *intrinsic;
712
713    assert(type.floating);
714    assert(type.width*type.length == 128);
715    assert(lp_check_value(type, a));
716    assert(util_cpu_caps.has_sse4_1);
717
718    switch(type.width) {
719    case 32:
720       intrinsic = "llvm.x86.sse41.round.ps";
721       break;
722    case 64:
723       intrinsic = "llvm.x86.sse41.round.pd";
724       break;
725    default:
726       assert(0);
727       return bld->undef;
728    }
729
730    return lp_build_intrinsic_binary(bld->builder, intrinsic, vec_type, a,
731                                     LLVMConstInt(LLVMInt32Type(), mode, 0));
732 }
733
734
735 LLVMValueRef
736 lp_build_trunc(struct lp_build_context *bld,
737                LLVMValueRef a)
738 {
739    const struct lp_type type = bld->type;
740
741    assert(type.floating);
742    assert(lp_check_value(type, a));
743
744    if(util_cpu_caps.has_sse4_1)
745       return lp_build_round_sse41(bld, a, LP_BUILD_ROUND_SSE41_TRUNCATE);
746    else {
747       LLVMTypeRef vec_type = lp_build_vec_type(type);
748       LLVMTypeRef int_vec_type = lp_build_int_vec_type(type);
749       LLVMValueRef res;
750       res = LLVMBuildFPToSI(bld->builder, a, int_vec_type, "");
751       res = LLVMBuildSIToFP(bld->builder, res, vec_type, "");
752       return res;
753    }
754 }
755
756
757 LLVMValueRef
758 lp_build_round(struct lp_build_context *bld,
759                LLVMValueRef a)
760 {
761    const struct lp_type type = bld->type;
762
763    assert(type.floating);
764    assert(lp_check_value(type, a));
765
766    if(util_cpu_caps.has_sse4_1)
767       return lp_build_round_sse41(bld, a, LP_BUILD_ROUND_SSE41_NEAREST);
768    else {
769       LLVMTypeRef vec_type = lp_build_vec_type(type);
770       LLVMValueRef res;
771       res = lp_build_iround(bld, a);
772       res = LLVMBuildSIToFP(bld->builder, res, vec_type, "");
773       return res;
774    }
775 }
776
777
778 LLVMValueRef
779 lp_build_floor(struct lp_build_context *bld,
780                LLVMValueRef a)
781 {
782    const struct lp_type type = bld->type;
783
784    assert(type.floating);
785
786    if(util_cpu_caps.has_sse4_1)
787       return lp_build_round_sse41(bld, a, LP_BUILD_ROUND_SSE41_FLOOR);
788    else {
789       LLVMTypeRef vec_type = lp_build_vec_type(type);
790       LLVMValueRef res;
791       res = lp_build_ifloor(bld, a);
792       res = LLVMBuildSIToFP(bld->builder, res, vec_type, "");
793       return res;
794    }
795 }
796
797
798 LLVMValueRef
799 lp_build_ceil(struct lp_build_context *bld,
800               LLVMValueRef a)
801 {
802    const struct lp_type type = bld->type;
803
804    assert(type.floating);
805    assert(lp_check_value(type, a));
806
807    if(util_cpu_caps.has_sse4_1)
808       return lp_build_round_sse41(bld, a, LP_BUILD_ROUND_SSE41_CEIL);
809    else {
810       LLVMTypeRef vec_type = lp_build_vec_type(type);
811       LLVMValueRef res;
812       res = lp_build_iceil(bld, a);
813       res = LLVMBuildSIToFP(bld->builder, res, vec_type, "");
814       return res;
815    }
816 }
817
818
819 /**
820  * Convert to integer, through whichever rounding method that's fastest,
821  * typically truncating to zero.
822  */
823 LLVMValueRef
824 lp_build_itrunc(struct lp_build_context *bld,
825                 LLVMValueRef a)
826 {
827    const struct lp_type type = bld->type;
828    LLVMTypeRef int_vec_type = lp_build_int_vec_type(type);
829
830    assert(type.floating);
831    assert(lp_check_value(type, a));
832
833    return LLVMBuildFPToSI(bld->builder, a, int_vec_type, "");
834 }
835
836
837 LLVMValueRef
838 lp_build_iround(struct lp_build_context *bld,
839                 LLVMValueRef a)
840 {
841    const struct lp_type type = bld->type;
842    LLVMTypeRef int_vec_type = lp_build_int_vec_type(type);
843    LLVMValueRef res;
844
845    assert(type.floating);
846    assert(lp_check_value(type, a));
847
848    if(util_cpu_caps.has_sse4_1) {
849       res = lp_build_round_sse41(bld, a, LP_BUILD_ROUND_SSE41_NEAREST);
850    }
851    else {
852       LLVMTypeRef vec_type = lp_build_vec_type(type);
853       LLVMValueRef mask = lp_build_int_const_scalar(type, (unsigned long long)1 << (type.width - 1));
854       LLVMValueRef sign;
855       LLVMValueRef half;
856
857       /* get sign bit */
858       sign = LLVMBuildBitCast(bld->builder, a, int_vec_type, "");
859       sign = LLVMBuildAnd(bld->builder, sign, mask, "");
860
861       /* sign * 0.5 */
862       half = lp_build_const_scalar(type, 0.5);
863       half = LLVMBuildBitCast(bld->builder, half, int_vec_type, "");
864       half = LLVMBuildOr(bld->builder, sign, half, "");
865       half = LLVMBuildBitCast(bld->builder, half, vec_type, "");
866
867       res = LLVMBuildAdd(bld->builder, a, half, "");
868    }
869
870    res = LLVMBuildFPToSI(bld->builder, res, int_vec_type, "");
871
872    return res;
873 }
874
875
876 LLVMValueRef
877 lp_build_ifloor(struct lp_build_context *bld,
878                 LLVMValueRef a)
879 {
880    const struct lp_type type = bld->type;
881    LLVMTypeRef int_vec_type = lp_build_int_vec_type(type);
882    LLVMValueRef res;
883
884    assert(type.floating);
885    assert(lp_check_value(type, a));
886
887    if(util_cpu_caps.has_sse4_1) {
888       res = lp_build_round_sse41(bld, a, LP_BUILD_ROUND_SSE41_FLOOR);
889    }
890    else {
891       /* Take the sign bit and add it to 1 constant */
892       LLVMTypeRef vec_type = lp_build_vec_type(type);
893       unsigned mantissa = lp_mantissa(type);
894       LLVMValueRef mask = lp_build_int_const_scalar(type, (unsigned long long)1 << (type.width - 1));
895       LLVMValueRef sign;
896       LLVMValueRef offset;
897
898       /* sign = a < 0 ? ~0 : 0 */
899       sign = LLVMBuildBitCast(bld->builder, a, int_vec_type, "");
900       sign = LLVMBuildAnd(bld->builder, sign, mask, "");
901       sign = LLVMBuildAShr(bld->builder, sign, lp_build_int_const_scalar(type, type.width - 1), "");
902
903       /* offset = -0.99999(9)f */
904       offset = lp_build_const_scalar(type, -(double)(((unsigned long long)1 << mantissa) - 1)/((unsigned long long)1 << mantissa));
905       offset = LLVMConstBitCast(offset, int_vec_type);
906
907       /* offset = a < 0 ? -0.99999(9)f : 0.0f */
908       offset = LLVMBuildAnd(bld->builder, offset, sign, "");
909       offset = LLVMBuildBitCast(bld->builder, offset, vec_type, "");
910
911       res = LLVMBuildAdd(bld->builder, a, offset, "");
912    }
913
914    res = LLVMBuildFPToSI(bld->builder, res, int_vec_type, "");
915
916    return res;
917 }
918
919
920 LLVMValueRef
921 lp_build_iceil(struct lp_build_context *bld,
922                LLVMValueRef a)
923 {
924    const struct lp_type type = bld->type;
925    LLVMTypeRef int_vec_type = lp_build_int_vec_type(type);
926    LLVMValueRef res;
927
928    assert(type.floating);
929    assert(lp_check_value(type, a));
930
931    if(util_cpu_caps.has_sse4_1) {
932       res = lp_build_round_sse41(bld, a, LP_BUILD_ROUND_SSE41_CEIL);
933    }
934    else {
935       assert(0);
936       res = bld->undef;
937    }
938
939    res = LLVMBuildFPToSI(bld->builder, res, int_vec_type, "");
940
941    return res;
942 }
943
944
945 LLVMValueRef
946 lp_build_sqrt(struct lp_build_context *bld,
947               LLVMValueRef a)
948 {
949    const struct lp_type type = bld->type;
950    LLVMTypeRef vec_type = lp_build_vec_type(type);
951    char intrinsic[32];
952
953    /* TODO: optimize the constant case */
954    /* TODO: optimize the constant case */
955
956    assert(type.floating);
957    util_snprintf(intrinsic, sizeof intrinsic, "llvm.sqrt.v%uf%u", type.length, type.width);
958
959    return lp_build_intrinsic_unary(bld->builder, intrinsic, vec_type, a);
960 }
961
962
963 LLVMValueRef
964 lp_build_rcp(struct lp_build_context *bld,
965              LLVMValueRef a)
966 {
967    const struct lp_type type = bld->type;
968
969    if(a == bld->zero)
970       return bld->undef;
971    if(a == bld->one)
972       return bld->one;
973    if(a == bld->undef)
974       return bld->undef;
975
976    assert(type.floating);
977
978    if(LLVMIsConstant(a))
979       return LLVMConstFDiv(bld->one, a);
980
981    if(util_cpu_caps.has_sse && type.width == 32 && type.length == 4)
982       /* FIXME: improve precision */
983       return lp_build_intrinsic_unary(bld->builder, "llvm.x86.sse.rcp.ps", lp_build_vec_type(type), a);
984
985    return LLVMBuildFDiv(bld->builder, bld->one, a, "");
986 }
987
988
989 /**
990  * Generate 1/sqrt(a)
991  */
992 LLVMValueRef
993 lp_build_rsqrt(struct lp_build_context *bld,
994                LLVMValueRef a)
995 {
996    const struct lp_type type = bld->type;
997
998    assert(type.floating);
999
1000    if(util_cpu_caps.has_sse && type.width == 32 && type.length == 4)
1001       return lp_build_intrinsic_unary(bld->builder, "llvm.x86.sse.rsqrt.ps", lp_build_vec_type(type), a);
1002
1003    return lp_build_rcp(bld, lp_build_sqrt(bld, a));
1004 }
1005
1006
1007 /**
1008  * Generate cos(a)
1009  */
1010 LLVMValueRef
1011 lp_build_cos(struct lp_build_context *bld,
1012               LLVMValueRef a)
1013 {
1014    const struct lp_type type = bld->type;
1015    LLVMTypeRef vec_type = lp_build_vec_type(type);
1016    char intrinsic[32];
1017
1018    /* TODO: optimize the constant case */
1019
1020    assert(type.floating);
1021    util_snprintf(intrinsic, sizeof intrinsic, "llvm.cos.v%uf%u", type.length, type.width);
1022
1023    return lp_build_intrinsic_unary(bld->builder, intrinsic, vec_type, a);
1024 }
1025
1026
1027 /**
1028  * Generate sin(a)
1029  */
1030 LLVMValueRef
1031 lp_build_sin(struct lp_build_context *bld,
1032               LLVMValueRef a)
1033 {
1034    const struct lp_type type = bld->type;
1035    LLVMTypeRef vec_type = lp_build_vec_type(type);
1036    char intrinsic[32];
1037
1038    /* TODO: optimize the constant case */
1039
1040    assert(type.floating);
1041    util_snprintf(intrinsic, sizeof intrinsic, "llvm.sin.v%uf%u", type.length, type.width);
1042
1043    return lp_build_intrinsic_unary(bld->builder, intrinsic, vec_type, a);
1044 }
1045
1046
1047 /**
1048  * Generate pow(x, y)
1049  */
1050 LLVMValueRef
1051 lp_build_pow(struct lp_build_context *bld,
1052              LLVMValueRef x,
1053              LLVMValueRef y)
1054 {
1055    /* TODO: optimize the constant case */
1056    if(LLVMIsConstant(x) && LLVMIsConstant(y))
1057       debug_printf("%s: inefficient/imprecise constant arithmetic\n",
1058                    __FUNCTION__);
1059
1060    return lp_build_exp2(bld, lp_build_mul(bld, lp_build_log2(bld, x), y));
1061 }
1062
1063
1064 /**
1065  * Generate exp(x)
1066  */
1067 LLVMValueRef
1068 lp_build_exp(struct lp_build_context *bld,
1069              LLVMValueRef x)
1070 {
1071    /* log2(e) = 1/log(2) */
1072    LLVMValueRef log2e = lp_build_const_scalar(bld->type, 1.4426950408889634);
1073
1074    return lp_build_mul(bld, log2e, lp_build_exp2(bld, x));
1075 }
1076
1077
1078 /**
1079  * Generate log(x)
1080  */
1081 LLVMValueRef
1082 lp_build_log(struct lp_build_context *bld,
1083              LLVMValueRef x)
1084 {
1085    /* log(2) */
1086    LLVMValueRef log2 = lp_build_const_scalar(bld->type, 0.69314718055994529);
1087
1088    return lp_build_mul(bld, log2, lp_build_exp2(bld, x));
1089 }
1090
1091
1092 #define EXP_POLY_DEGREE 3
1093 #define LOG_POLY_DEGREE 5
1094
1095
1096 /**
1097  * Generate polynomial.
1098  * Ex:  coeffs[0] + x * coeffs[1] + x^2 * coeffs[2].
1099  */
1100 static LLVMValueRef
1101 lp_build_polynomial(struct lp_build_context *bld,
1102                     LLVMValueRef x,
1103                     const double *coeffs,
1104                     unsigned num_coeffs)
1105 {
1106    const struct lp_type type = bld->type;
1107    LLVMValueRef res = NULL;
1108    unsigned i;
1109
1110    /* TODO: optimize the constant case */
1111    if(LLVMIsConstant(x))
1112       debug_printf("%s: inefficient/imprecise constant arithmetic\n",
1113                    __FUNCTION__);
1114
1115    for (i = num_coeffs; i--; ) {
1116       LLVMValueRef coeff = lp_build_const_scalar(type, coeffs[i]);
1117       if(res)
1118          res = lp_build_add(bld, coeff, lp_build_mul(bld, x, res));
1119       else
1120          res = coeff;
1121    }
1122
1123    if(res)
1124       return res;
1125    else
1126       return bld->undef;
1127 }
1128
1129
1130 /**
1131  * Minimax polynomial fit of 2**x, in range [-0.5, 0.5[
1132  */
1133 const double lp_build_exp2_polynomial[] = {
1134 #if EXP_POLY_DEGREE == 5
1135    9.9999994e-1, 6.9315308e-1, 2.4015361e-1, 5.5826318e-2, 8.9893397e-3, 1.8775767e-3
1136 #elif EXP_POLY_DEGREE == 4
1137    1.0000026, 6.9300383e-1, 2.4144275e-1, 5.2011464e-2, 1.3534167e-2
1138 #elif EXP_POLY_DEGREE == 3
1139    9.9992520e-1, 6.9583356e-1, 2.2606716e-1, 7.8024521e-2
1140 #elif EXP_POLY_DEGREE == 2
1141    1.0017247, 6.5763628e-1, 3.3718944e-1
1142 #else
1143 #error
1144 #endif
1145 };
1146
1147
1148 void
1149 lp_build_exp2_approx(struct lp_build_context *bld,
1150                      LLVMValueRef x,
1151                      LLVMValueRef *p_exp2_int_part,
1152                      LLVMValueRef *p_frac_part,
1153                      LLVMValueRef *p_exp2)
1154 {
1155    const struct lp_type type = bld->type;
1156    LLVMTypeRef vec_type = lp_build_vec_type(type);
1157    LLVMTypeRef int_vec_type = lp_build_int_vec_type(type);
1158    LLVMValueRef ipart = NULL;
1159    LLVMValueRef fpart = NULL;
1160    LLVMValueRef expipart = NULL;
1161    LLVMValueRef expfpart = NULL;
1162    LLVMValueRef res = NULL;
1163
1164    if(p_exp2_int_part || p_frac_part || p_exp2) {
1165       /* TODO: optimize the constant case */
1166       if(LLVMIsConstant(x))
1167          debug_printf("%s: inefficient/imprecise constant arithmetic\n",
1168                       __FUNCTION__);
1169
1170       assert(type.floating && type.width == 32);
1171
1172       x = lp_build_min(bld, x, lp_build_const_scalar(type,  129.0));
1173       x = lp_build_max(bld, x, lp_build_const_scalar(type, -126.99999));
1174
1175       /* ipart = int(x - 0.5) */
1176       ipart = LLVMBuildSub(bld->builder, x, lp_build_const_scalar(type, 0.5f), "");
1177       ipart = LLVMBuildFPToSI(bld->builder, ipart, int_vec_type, "");
1178
1179       /* fpart = x - ipart */
1180       fpart = LLVMBuildSIToFP(bld->builder, ipart, vec_type, "");
1181       fpart = LLVMBuildSub(bld->builder, x, fpart, "");
1182    }
1183
1184    if(p_exp2_int_part || p_exp2) {
1185       /* expipart = (float) (1 << ipart) */
1186       expipart = LLVMBuildAdd(bld->builder, ipart, lp_build_int_const_scalar(type, 127), "");
1187       expipart = LLVMBuildShl(bld->builder, expipart, lp_build_int_const_scalar(type, 23), "");
1188       expipart = LLVMBuildBitCast(bld->builder, expipart, vec_type, "");
1189    }
1190
1191    if(p_exp2) {
1192       expfpart = lp_build_polynomial(bld, fpart, lp_build_exp2_polynomial,
1193                                      Elements(lp_build_exp2_polynomial));
1194
1195       res = LLVMBuildMul(bld->builder, expipart, expfpart, "");
1196    }
1197
1198    if(p_exp2_int_part)
1199       *p_exp2_int_part = expipart;
1200
1201    if(p_frac_part)
1202       *p_frac_part = fpart;
1203
1204    if(p_exp2)
1205       *p_exp2 = res;
1206 }
1207
1208
1209 LLVMValueRef
1210 lp_build_exp2(struct lp_build_context *bld,
1211               LLVMValueRef x)
1212 {
1213    LLVMValueRef res;
1214    lp_build_exp2_approx(bld, x, NULL, NULL, &res);
1215    return res;
1216 }
1217
1218
1219 /**
1220  * Minimax polynomial fit of log2(x)/(x - 1), for x in range [1, 2[
1221  * These coefficients can be generate with
1222  * http://www.boost.org/doc/libs/1_36_0/libs/math/doc/sf_and_dist/html/math_toolkit/toolkit/internals2/minimax.html
1223  */
1224 const double lp_build_log2_polynomial[] = {
1225 #if LOG_POLY_DEGREE == 6
1226    3.11578814719469302614, -3.32419399085241980044, 2.59883907202499966007, -1.23152682416275988241, 0.318212422185251071475, -0.0344359067839062357313
1227 #elif LOG_POLY_DEGREE == 5
1228    2.8882704548164776201, -2.52074962577807006663, 1.48116647521213171641, -0.465725644288844778798, 0.0596515482674574969533
1229 #elif LOG_POLY_DEGREE == 4
1230    2.61761038894603480148, -1.75647175389045657003, 0.688243882994381274313, -0.107254423828329604454
1231 #elif LOG_POLY_DEGREE == 3
1232    2.28330284476918490682, -1.04913055217340124191, 0.204446009836232697516
1233 #else
1234 #error
1235 #endif
1236 };
1237
1238
1239 /**
1240  * See http://www.devmaster.net/forums/showthread.php?p=43580
1241  */
1242 void
1243 lp_build_log2_approx(struct lp_build_context *bld,
1244                      LLVMValueRef x,
1245                      LLVMValueRef *p_exp,
1246                      LLVMValueRef *p_floor_log2,
1247                      LLVMValueRef *p_log2)
1248 {
1249    const struct lp_type type = bld->type;
1250    LLVMTypeRef vec_type = lp_build_vec_type(type);
1251    LLVMTypeRef int_vec_type = lp_build_int_vec_type(type);
1252
1253    LLVMValueRef expmask = lp_build_int_const_scalar(type, 0x7f800000);
1254    LLVMValueRef mantmask = lp_build_int_const_scalar(type, 0x007fffff);
1255    LLVMValueRef one = LLVMConstBitCast(bld->one, int_vec_type);
1256
1257    LLVMValueRef i = NULL;
1258    LLVMValueRef exp = NULL;
1259    LLVMValueRef mant = NULL;
1260    LLVMValueRef logexp = NULL;
1261    LLVMValueRef logmant = NULL;
1262    LLVMValueRef res = NULL;
1263
1264    if(p_exp || p_floor_log2 || p_log2) {
1265       /* TODO: optimize the constant case */
1266       if(LLVMIsConstant(x))
1267          debug_printf("%s: inefficient/imprecise constant arithmetic\n",
1268                       __FUNCTION__);
1269
1270       assert(type.floating && type.width == 32);
1271
1272       i = LLVMBuildBitCast(bld->builder, x, int_vec_type, "");
1273
1274       /* exp = (float) exponent(x) */
1275       exp = LLVMBuildAnd(bld->builder, i, expmask, "");
1276    }
1277
1278    if(p_floor_log2 || p_log2) {
1279       logexp = LLVMBuildLShr(bld->builder, exp, lp_build_int_const_scalar(type, 23), "");
1280       logexp = LLVMBuildSub(bld->builder, logexp, lp_build_int_const_scalar(type, 127), "");
1281       logexp = LLVMBuildSIToFP(bld->builder, logexp, vec_type, "");
1282    }
1283
1284    if(p_log2) {
1285       /* mant = (float) mantissa(x) */
1286       mant = LLVMBuildAnd(bld->builder, i, mantmask, "");
1287       mant = LLVMBuildOr(bld->builder, mant, one, "");
1288       mant = LLVMBuildBitCast(bld->builder, mant, vec_type, "");
1289
1290       logmant = lp_build_polynomial(bld, mant, lp_build_log2_polynomial,
1291                                     Elements(lp_build_log2_polynomial));
1292
1293       /* This effectively increases the polynomial degree by one, but ensures that log2(1) == 0*/
1294       logmant = LLVMBuildMul(bld->builder, logmant, LLVMBuildSub(bld->builder, mant, bld->one, ""), "");
1295
1296       res = LLVMBuildAdd(bld->builder, logmant, logexp, "");
1297    }
1298
1299    if(p_exp)
1300       *p_exp = exp;
1301
1302    if(p_floor_log2)
1303       *p_floor_log2 = logexp;
1304
1305    if(p_log2)
1306       *p_log2 = res;
1307 }
1308
1309
1310 LLVMValueRef
1311 lp_build_log2(struct lp_build_context *bld,
1312               LLVMValueRef x)
1313 {
1314    LLVMValueRef res;
1315    lp_build_log2_approx(bld, x, NULL, NULL, &res);
1316    return res;
1317 }