在软件中实现 SSE 4.2 的 CRC32C

2024-01-01

因此,我设计了一个包含 CRC32C 校验和的设计,以确保数据没有被损坏。我决定使用 CRC32C,因为如果运行软件的计算机支持 SSE 4.2,我可以同时拥有软件版本和硬件加速版本

我将查看英特尔的开发人员手册(第 2A 卷),它似乎提供了背后的算法crc32操作说明。然而,我的运气并不好。英特尔的开发人员指南如下:

BIT_REFLECT32: DEST[31-0] = SRC[0-31]
MOD2: Remainder from Polynomial division modulus 2

TEMP1[31-0] <- BIT_REFLECT(SRC[31-0])
TEMP2[31-0] <- BIT_REFLECT(DEST[31-0])
TEMP3[63-0] <- TEMP1[31-0] << 32
TEMP4[63-0] <- TEMP2[31-0] << 32
TEMP5[63-0] <- TEMP3[63-0] XOR TEMP4[63-0]
TEMP6[31-0] <- TEMP5[63-0] MOD2 0x11EDC6F41
DEST[31-0]  <- BIT_REFLECT(TEMP6[31-0])

现在,据我所知,我已经完成了从开始行开始的所有操作TEMP6正确,但我认为我可能误解了多项式除法,或者错误地实现了它。如果我的理解是正确的话1 / 1 mod 2 = 1, 0 / 1 mod 2 = 0,并且两个被零除都是未定义的。

我不明白的是 64 位和 33 位操作数的二进制除法如何工作。如果SRC is 0x00000000, and DEST is 0xFFFFFFFF, TEMP5[63-32]将全部设置位,同时TEMP5[31-0]将是所有未设置的位。

如果我要使用来自TEMP5作为分子,多项式将被 30 次除以零11EDC6F41仅 33 位长(因此将其转换为 64 位无符号整数后,前 30 位未设置),因此 30 位的分母未设置。

但是,如果我使用多项式作为分子,则底部 32 位TEMP5未设置,导致被零除,结果的前 30 位将为零,因为分子的前 30 位将为零,如下0 / 1 mod 2 = 0.

我是否误解了这是如何工作的?只是简单地缺少一些东西吗?或者英特尔在其文档中遗漏了一些关键步骤?

我之所以去英特尔的开发人员指南寻找他们使用的算法,是因为他们使用了 33 位多项式,而我想让输出相同,而当我使用 32 位多项式时,这并没有发生1EDC6F41(如下所示)。

uint32_t poly = 0x1EDC6F41, sres, crcTable[256], data = 0x00000000;

for (n = 0; n < 256; n++) {
    sres = n;
    for (k = 0; k < 8; k++)
        sres = (sres & 1) == 1 ? poly ^ (sres >> 1) : (sres >> 1);
    crcTable[n] = sres;
}
sres = 0xFFFFFFFF;

for (n = 0; n < 4; n++) {
    sres = crcTable[(sres ^ data) & 0xFF] ^ (sres >> 8);
}

上面的代码产生4138093821作为输出,并且crc32操作码产生2346497208使用输入0x00000000.

抱歉,如果这篇文章写得不好或有些地方难以理解,那么对我来说已经太晚了。


以下是 CRC-32C 的软件和硬件版本。该软件版本经过优化,可以一次处理八个字节。硬件版本优化为运行三个crc32q指令在单个核心上有效地并行,因为该指令的吞吐量是一个周期,但延迟是三个周期。

crc32c.c:

/* crc32c.c -- compute CRC-32C using the Intel crc32 instruction
 * Copyright (C) 2013, 2021 Mark Adler
 * Version 1.2  5 Jun 2021  Mark Adler
 */

/*
  This software is provided 'as-is', without any express or implied
  warranty.  In no event will the author be held liable for any damages
  arising from the use of this software.

  Permission is granted to anyone to use this software for any purpose,
  including commercial applications, and to alter it and redistribute it
  freely, subject to the following restrictions:

  1. The origin of this software must not be misrepresented; you must not
     claim that you wrote the original software. If you use this software
     in a product, an acknowledgment in the product documentation would be
     appreciated but is not required.
  2. Altered source versions must be plainly marked as such, and must not be
     misrepresented as being the original software.
  3. This notice may not be removed or altered from any source distribution.

  Mark Adler
  [email protected] /cdn-cgi/l/email-protection
 */

/* Version History:
 1.0  10 Feb 2013  First version
 1.1  31 May 2021  Correct register constraints on assembly instructions
                   Include pre-computed tables to avoid use of pthreads
                   Return zero for the CRC when buf is NULL, as initial value
 1.2   5 Jun 2021  Make tables constant
 */

// Use hardware CRC instruction on Intel SSE 4.2 processors.  This computes a
// CRC-32C, *not* the CRC-32 used by Ethernet and zip, gzip, etc.  A software
// version is provided as a fall-back, as well as for speed comparisons.

#include <stddef.h>
#include <stdint.h>

// Tables for CRC word-wise calculation, definitions of LONG and SHORT, and CRC
// shifts by LONG and SHORT bytes.
#include "crc32c.h"

// Table-driven software version as a fall-back.  This is about 15 times slower
// than using the hardware instructions.  This assumes little-endian integers,
// as is the case on Intel processors that the assembler code here is for.
static uint32_t crc32c_sw(uint32_t crc, void const *buf, size_t len) {
    if (buf == NULL)
        return 0;
    unsigned char const *data = buf;
    while (len && ((uintptr_t)data & 7) != 0) {
        crc = (crc >> 8) ^ crc32c_table[0][(crc ^ *data++) & 0xff];
        len--;
    }
    size_t n = len >> 3;
    for (size_t i = 0; i < n; i++) {
        uint64_t word = crc ^ ((uint64_t const *)data)[i];
        crc = crc32c_table[7][word & 0xff] ^
              crc32c_table[6][(word >> 8) & 0xff] ^
              crc32c_table[5][(word >> 16) & 0xff] ^
              crc32c_table[4][(word >> 24) & 0xff] ^
              crc32c_table[3][(word >> 32) & 0xff] ^
              crc32c_table[2][(word >> 40) & 0xff] ^
              crc32c_table[1][(word >> 48) & 0xff] ^
              crc32c_table[0][word >> 56];
    }
    data += n << 3;
    len &= 7;
    while (len) {
        len--;
        crc = (crc >> 8) ^ crc32c_table[0][(crc ^ *data++) & 0xff];
    }
    return crc;
}

// Apply the zeros operator table to crc.
static uint32_t crc32c_shift(uint32_t const zeros[][256], uint32_t crc) {
    return zeros[0][crc & 0xff] ^ zeros[1][(crc >> 8) & 0xff] ^
           zeros[2][(crc >> 16) & 0xff] ^ zeros[3][crc >> 24];
}

// Compute CRC-32C using the Intel hardware instruction. Three crc32q
// instructions are run in parallel on a single core. This gives a
// factor-of-three speedup over a single crc32q instruction, since the
// throughput of that instruction is one cycle, but the latency is three
// cycles.
static uint32_t crc32c_hw(uint32_t crc, void const *buf, size_t len) {
    if (buf == NULL)
        return 0;

    // Pre-process the crc.
    uint64_t crc0 = crc ^ 0xffffffff;

    // Compute the crc for up to seven leading bytes, bringing the data pointer
    // to an eight-byte boundary.
    unsigned char const *next = buf;
    while (len && ((uintptr_t)next & 7) != 0) {
        __asm__("crc32b\t" "(%1), %0"
                : "+r"(crc0)
                : "r"(next), "m"(*next));
        next++;
        len--;
    }

    // Compute the crc on sets of LONG*3 bytes, making use of three ALUs in
    // parallel on a single core.
    while (len >= LONG*3) {
        uint64_t crc1 = 0;
        uint64_t crc2 = 0;
        unsigned char const *end = next + LONG;
        do {
            __asm__("crc32q\t" "(%3), %0\n\t"
                    "crc32q\t" LONGx1 "(%3), %1\n\t"
                    "crc32q\t" LONGx2 "(%3), %2"
                    : "+r"(crc0), "+r"(crc1), "+r"(crc2)
                    : "r"(next), "m"(*next));
            next += 8;
        } while (next < end);
        crc0 = crc32c_shift(crc32c_long, crc0) ^ crc1;
        crc0 = crc32c_shift(crc32c_long, crc0) ^ crc2;
        next += LONG*2;
        len -= LONG*3;
    }

    // Do the same thing, but now on SHORT*3 blocks for the remaining data less
    // than a LONG*3 block.
    while (len >= SHORT*3) {
        uint64_t crc1 = 0;
        uint64_t crc2 = 0;
        unsigned char const *end = next + SHORT;
        do {
            __asm__("crc32q\t" "(%3), %0\n\t"
                    "crc32q\t" SHORTx1 "(%3), %1\n\t"
                    "crc32q\t" SHORTx2 "(%3), %2"
                    : "+r"(crc0), "+r"(crc1), "+r"(crc2)
                    : "r"(next), "m"(*next));
            next += 8;
        } while (next < end);
        crc0 = crc32c_shift(crc32c_short, crc0) ^ crc1;
        crc0 = crc32c_shift(crc32c_short, crc0) ^ crc2;
        next += SHORT*2;
        len -= SHORT*3;
    }

    // Compute the crc on the remaining eight-byte units less than a SHORT*3
    // block.
    unsigned char const *end = next + (len - (len & 7));
    while (next < end) {
        __asm__("crc32q\t" "(%1), %0"
                : "+r"(crc0)
                : "r"(next), "m"(*next));
        next += 8;
    }
    len &= 7;

    // Compute the crc for up to seven trailing bytes.
    while (len) {
        __asm__("crc32b\t" "(%1), %0"
                : "+r"(crc0)
                : "r"(next), "m"(*next));
        next++;
        len--;
    }

    // Return the crc, post-processed.
    return ~(uint32_t)crc0;
}

// Check for SSE 4.2.  SSE 4.2 was first supported in Nehalem processors
// introduced in November, 2008.  This does not check for the existence of the
// cpuid instruction itself, which was introduced on the 486SL in 1992, so this
// will fail on earlier x86 processors.  cpuid works on all Pentium and later
// processors.
#define SSE42(have) \
    do { \
        uint32_t eax, ecx; \
        eax = 1; \
        __asm__("cpuid" \
                : "=c"(ecx) \
                : "a"(eax) \
                : "%ebx", "%edx"); \
        (have) = (ecx >> 20) & 1; \
    } while (0)

// Compute a CRC-32C.  If the crc32 instruction is available, use the hardware
// version.  Otherwise, use the software version.
uint32_t crc32c(uint32_t crc, void const *buf, size_t len) {
    int sse42;
    SSE42(sse42);
    return sse42 ? crc32c_hw(crc, buf, len) : crc32c_sw(crc, buf, len);
}

生成 crc32c.h 的代码(stackoverflow 不允许我自己发布表格,因为答案中有 30,000 个字符的限制):

// Generate crc32c.h for crc32c.c.

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

#define LONG 8192
#define SHORT 256

// Print a 2-D table of four-byte constants in hex.
static void print_table(uint32_t *tab, size_t rows, size_t cols, char *name) {
    printf("static uint32_t const %s[][%zu] = {\n", name, cols);
    size_t end = rows * cols;
    size_t k = 0;
    for (;;) {
        fputs("   {", stdout);
        size_t n = 0, j = 0;
        for (;;) {
            printf("0x%08x", tab[k + n]);
            if (++n == cols)
                break;
            putchar(',');
            if (++j == 6) {
                fputs("\n   ", stdout);
                j = 0;
            }
            putchar(' ');
        }
        k += cols;
        if (k == end)
            break;
        puts("},");
    }
    puts("}\n};");
}

/* CRC-32C (iSCSI) polynomial in reversed bit order. */
#define POLY 0x82f63b78

static void crc32c_word_table(void) {
    uint32_t table[8][256];

    // Generate byte-wise table.
    for (unsigned n = 0; n < 256; n++) {
        uint32_t crc = ~n;
        for (unsigned k = 0; k < 8; k++)
            crc = crc & 1 ? (crc >> 1) ^ POLY : crc >> 1;
        table[0][n] = ~crc;
    }

    // Use byte-wise table to generate word-wise table.
    for (unsigned n = 0; n < 256; n++) {
        uint32_t crc = ~table[0][n];
        for (unsigned k = 1; k < 8; k++) {
            crc = table[0][crc & 0xff] ^ (crc >> 8);
            table[k][n] = ~crc;
        }
    }

    // Print table.
    print_table(table[0], 8, 256, "crc32c_table");
}

// Return a(x) multiplied by b(x) modulo p(x), where p(x) is the CRC
// polynomial. For speed, this requires that a not be zero.
static uint32_t multmodp(uint32_t a, uint32_t b) {
    uint32_t prod = 0;
    for (;;) {
        if (a & 0x80000000) {
            prod ^= b;
            if ((a & 0x7fffffff) == 0)
                break;
        }
        a <<= 1;
        b = b & 1 ? (b >> 1) ^ POLY : b >> 1;
    }
    return prod;
}

/* Take a length and build four lookup tables for applying the zeros operator
   for that length, byte-by-byte, on the operand. */
static void crc32c_zero_table(size_t len, char *name) {
    // Generate operator for len zeros.
    uint32_t op = 0x80000000;               // 1 (x^0)
    uint32_t sq = op >> 4;                  // x^4
    while (len) {
        sq = multmodp(sq, sq);              // x^2^(k+3), k == len bit position
        if (len & 1)
            op = multmodp(sq, op);
        len >>= 1;
    }

    // Generate table to update each byte of a CRC using op.
    uint32_t table[4][256];
    for (unsigned n = 0; n < 256; n++) {
        table[0][n] = multmodp(op, n);
        table[1][n] = multmodp(op, n << 8);
        table[2][n] = multmodp(op, n << 16);
        table[3][n] = multmodp(op, n << 24);
    }

    // Print the table to stdout.
    print_table(table[0], 4, 256, name);
}

int main(void) {
    puts(
"// crc32c.h\n"
"// Tables and constants for crc32c.c software and hardware calculations.\n"
"\n"
"// Table for a 64-bits-at-a-time software CRC-32C calculation. This table\n"
"// has built into it the pre and post bit inversion of the CRC."
    );
    crc32c_word_table();
    puts(
"\n// Block sizes for three-way parallel crc computation.  LONG and SHORT\n"
"// must both be powers of two.  The associated string constants must be set\n"
"// accordingly, for use in constructing the assembler instructions."
        );
    printf("#define LONG %d\n", LONG);
    printf("#define LONGx1 \"%d\"\n", LONG);
    printf("#define LONGx2 \"%d\"\n", 2 * LONG);
    printf("#define SHORT %d\n", SHORT);
    printf("#define SHORTx1 \"%d\"\n", SHORT);
    printf("#define SHORTx2 \"%d\"\n", 2 * SHORT);
    puts(
"\n// Table to shift a CRC-32C by LONG bytes."
    );
    crc32c_zero_table(8192, "crc32c_long");
    puts(
"\n// Table to shift a CRC-32C by SHORT bytes."
    );
    crc32c_zero_table(256, "crc32c_short");
    return 0;
}
本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系:hwhale#tublm.com(使用前将#替换为@)

在软件中实现 SSE 4.2 的 CRC32C 的相关文章

  • 如何在MVVM中管理多个窗口

    我知道有几个与此类似的问题 但我还没有找到明确的答案 我正在尝试深入研究 MVVM 并尽可能保持纯粹 但不确定如何在坚持模式的同时启动 关闭窗口 我最初的想法是向 ViewModel 发送数据绑定命令 触发代码来启动一个新视图 然后通过 X
  • 如何使 Windows 窗体的关闭按钮不关闭窗体但使其不可见?

    该表单有一个 NotifyIcon 对象 当用户单击 关闭 按钮时 我希望表单不关闭而是变得不可见 然后 如果用户想再次查看该表单 可以双击系统托盘中的图标 如果用户想关闭表单 可以右键单击该图标并选择 关闭 有人可以告诉我如何使关闭按钮不
  • ASP.NET Core Serilog 未将属性推送到其自定义列

    我有这个设置appsettings json对于我的 Serilog 安装 Serilog MinimumLevel Information Enrich LogUserName Override Microsoft Critical Wr
  • Qt-Qlist 检查包含自定义类

    有没有办法覆盖加载自定义类的 Qt QList 的比较机制 即在 java 中你只需要重写一个比较方法 我有一个带有我的自定义类模型的 QList QList
  • 将数组向左或向右旋转一定数量的位置,复杂度为 o(n)

    我想编写一个程序 根据用户的输入 正 gt 负 include
  • pthread_cond_timedwait() 和 pthread_cond_broadcast() 解释

    因此 我在堆栈溢出和其他资源上进行了大量搜索 但我无法理解有关上述函数的一些内容 具体来说 1 当pthread cond timedwait 因为定时器值用完而返回时 它如何自动重新获取互斥锁 互斥锁可能被锁定在其他地方 例如 在生产者
  • 从父类调用子类方法

    a doStuff 方法是否可以在不编辑 A 类的情况下打印 B did stuff 如果是这样 我该怎么做 class Program static void Main string args A a new A B b new B a
  • linux perf:如何解释和查找热点

    我尝试了linux perf https perf wiki kernel org index php Main Page今天很实用 但在解释其结果时遇到了困难 我习惯了 valgrind 的 callgrind 这当然是与基于采样的 pe
  • 如何在列表框项目之间画一条线

    我希望能够用水平线分隔列表框中的每个项目 这只是我用于绘制项目的一些代码 private void symptomsList DrawItem object sender System Windows Forms DrawItemEvent
  • C++ 子字符串返回错误结果

    我有这个字符串 std string date 20121020 我正在做 std cout lt lt Date lt lt date lt lt n std cout lt lt Year lt lt date substr 0 4 l
  • 将布尔参数传递给 SQL Server 存储过程

    我早些时候问过这个问题 我以为我找到了问题所在 但我没有 我在将布尔参数传递给存储过程时遇到问题 这是我的 C 代码 public bool upload false protected void showDate object sende
  • C#:如何防止主窗体过早显示

    在我的 main 方法中 我像往常一样启动主窗体 Application EnableVisualStyles Application SetCompatibleTextRenderingDefault false Application
  • Discord.net 无法在 Linux 上运行

    我正在尝试让在 Linux VPS 上运行的 Discord net 中编码的不和谐机器人 我通过单声道运行 但我不断收到此错误 Unhandled Exception System Exception Connection lost at
  • C++ fmt 库,仅使用格式说明符格式化单个参数

    使用 C fmt 库 并给定一个裸格式说明符 有没有办法使用它来格式化单个参数 example std string str magic format 2f 1 23 current method template
  • WCF:将随机数添加到 UsernameToken

    我正在尝试连接到用 Java 编写的 Web 服务 但有些东西我无法弄清楚 使用 WCF 和 customBinding 几乎一切似乎都很好 除了 SOAP 消息的一部分 因为它缺少 Nonce 和 Created 部分节点 显然我错过了一
  • 32 位到 64 位内联汇编移植

    我有一段 C 代码 在 GNU Linux 环境下用 g 编译 它加载一个函数指针 它如何执行并不重要 使用一些内联汇编将一些参数推送到堆栈上 然后调用该函数 代码如下 unsigned long stack 1 23 33 43 save
  • 为什么我收到“找不到编译动态表达式所需的一种或多种类型。”?

    我有一个已更新的项目 NET 3 5 MVC v2 到 NET 4 0 MVC v3 当我尝试使用或设置时编译出现错误 ViewBag Title财产 找不到编译动态表达式所需的一种或多种类型 您是否缺少对 Microsoft CSharp
  • const、span 和迭代器的问题

    我尝试编写一个按索引迭代容器的迭代器 AIt and a const It两者都允许更改容器的内容 AConst it and a const Const it两者都禁止更改容器的内容 之后 我尝试写一个span
  • 限制C#中的并行线程数

    我正在编写一个 C 程序来生成并通过 FTP 上传 50 万个文件 我想并行处理4个文件 因为机器有4个核心 文件生成需要更长的时间 是否可以将以下 Powershell 示例转换为 C 或者是否有更好的框架 例如 C 中的 Actor 框
  • 恢复上传文件控制

    我确实阅读了以下帖子 C 暂停 恢复上传 https stackoverflow com questions 1048330 pause resume upload in c 使用 HTTP 恢复上传 https stackoverflow

随机推荐