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//   Template: src/f32-gemm/4x8-aarch32-neon-cortex-a53.S.in
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// LICENSE file in the root directory of this source tree.

#include <xnnpack/assembly.h>

.syntax unified

// void xnn_f32_gemm_minmax_ukernel_4x8__aarch32_neon_cortex_a53(
//     size_t mr,                            r0
//     size_t nc,                            r1
//     size_t kc,                            r2 -> r5 -> sp + 0
//     const uint8_t*restrict a,             r3
//     size_t a_stride,          sp + 100 -> (r7)
//     const void*restrict w,    sp + 104 -> r9
//     uint8_t*restrict c,       sp + 108 -> r11
//     size_t cm_stride,         sp + 112 -> (r6)
//     size_t cn_stride,         sp + 116 -> (r0)
//     const union xnn_f32_minmax_params params)  sp + 120 -> (r5)

// d8-d15, r4-r11,r14(lr) need to be preserved if used. r13(sp),r15(pc) are reserved.

// Register usage

// r0, r2   scratch temporaries for loads
// r14 (lr) unused

// A0   r3  d0
// A1  r12  d1
// A2  r10  d2
// A3   r7  d3

// B    r9  d8,  d9, d10, d11
// B       d12, d13, d14, d15

// C0  r11 d16-d17  q8  d18-d19  q9
// C1   r4 d20-d21 q10  d22-d23 q11
// C2   r8 d24-d25 q12  d26-d27 q13
// C3   r6 d28-d29 q14  d30-d31 q15

// Clamp (r5) d4 d5 d6 d7

BEGIN_FUNCTION xnn_f32_gemm_minmax_ukernel_4x8__aarch32_neon_cortex_a53
        .arm
#ifndef __APPLE__
        .arch   armv7-a
        .fpu    neon
#endif
        # Push 100 bytes
        # r2 will be reloaded in outer loop
        VPUSH   {d8-d15}                                // 64
        PUSH    {r2, r4, r5, r6, r7, r8, r9, r10, r11}  // +36 = 100

        LDR     r7, [sp, 100]           // a_stride
        LDR     r11, [sp, 108]          // c
        LDR     r6, [sp, 112]           // cm_stride
        LDR     r9, [sp, 104]           // w

        # Clamp A and C pointers
        CMP     r0, 2                   // if mr >= 2
        ADD     r12, r3, r7             //   a1 = a0 + a_stride
        ADD     r4, r11, r6             //   c1 = c0 + cm_stride
        MOVLO   r12, r3                 // a1
        MOVLO   r4, r11                 // c1
                                        // if mr > 2
        ADD     r10, r12, r7            //   a2 = a1 + a_stride
        ADD     r8, r4, r6              //   c2 = c1 + cm_stride
        MOVLS   r10, r12                // a2
        MOVLS   r8, r4                  // c2

        CMP     r0, 4                   // if mr >=4
        ADD     r7, r10, r7             //   a3 = a2 + a_stride
        ADD     r6, r8, r6              //   c3 = c2 + cm_stride
        MOVLO   r7, r10                 // a3
        MOVLO   r6, r8                  // c3

        .p2align 3
0:
        # Load initial bias from w into accumulators
        VLDM    r9!, {d16-d19}          // Bias

        SUBS    r5, r2, 16              // kc - 16
        VMOV    q10, q8
        VMOV    q11, q9
        VMOV    q12, q8
        VMOV    q13, q9
        VMOV    q14, q8
        VMOV    q15, q9
        BLO     4f                      // less than 4 channels?

        # Prologue
        VLD1.32 {d0},  [r3]!            // A0
        VLD1.32 {d1}, [r12]!            // A1
        VLD1.32 {d2}, [r10]!            // A2
        VLD1.32 {d3},  [r7]!            // A3
        SUBS    r5, r5, 16
        VLDM    r9, {d8-d11}            // B0
        LDR     r0, [r9, 56]            // B1 low   VMOV is in BLOCK 0
        LDR     r2, [r9, 60]            // B1 high
        VLDR    d13, [r9, 40]           // B1

        BLO     2f                      // less than 4 channels?  skip main loop

        # Main loop - 4 floats of A (16 bytes)
        # 32 FMA + 8 LD64 A + 8 LDR B
        .p2align 3
1:
        # First group of 16 FMA, Second group loads
        # BLOCK 0
        VLD1.32 {d4}, [r3]!             // A0
        VMOV    d15, r0, r2             // b1 VMOV b from second group
        VMLA.F32 q8, q4, d0[0]
        LDR     r0, [r12]               // A1 low
        VMLA.F32 q10, q4, d1[0]
        LDR     r2, [r12, 4]            // A1 high
        VMLA.F32 q12, q4, d2[0]

        # BLOCK 1
        VLDR    d12, [r9, 32]           // B1
        VMOV    d5, r0, r2              // a1 VMOV
        VMLA.F32 q14, q4, d3[0]
        LDR     r0, [r9, 72]            // B0 low
        VMLA.F32 q9, q5, d0[0]
        LDR     r2, [r9, 76]            // B0 high
        VMLA.F32 q11, q5, d1[0]

        # BLOCK 2
        VLD1.32 {d6}, [r10]!            // A2
        VMOV    d9, r0, r2              // b0 VMOV
        VMLA.F32 q13, q5, d2[0]
        LDR     r0, [r7]                // A3 low
        VMLA.F32 q15, q5, d3[0]
        LDR     r2, [r7, 4]             // A3 high
        VMLA.F32 q8, q6, d0[1]

        # BLOCK 3
        VLDR    d14, [r9, 48]           // B1
        VMOV    d7, r0, r2              // a3 VMOV
        VMLA.F32 q10, q6, d1[1]
        LDR     r0, [r9, 88]            // B0 low
        VMLA.F32 q12, q6, d2[1]
        LDR     r2, [r9, 92]            // B0 high
        VMLA.F32 q14, q6, d3[1]

        # BLOCK 4
        VLDR    d8, [r9, 64]            // B0
        VMOV    d11, r0, r2             // B0 VMOV
        VMLA.F32 q9, q7, d0[1]
        LDR     r0, [r9, 104]           // B1 low   VMOV is in BLOCK 0
        VMLA.F32 q11, q7, d1[1]
        LDR     r2, [r9, 108]           // B1 high
        VMLA.F32 q13, q7, d2[1]

        # BLOCK 5
        VLDR    d10, [r9, 80]           // B0
        VMOV    d13, r0, r2             // b1 VMOV b from second group
        VMLA.F32 q15, q7, d3[1]
        LDR     r0, [r9, 120]           // B1 low   VMOV is in BLOCK 0
        NOP
        LDR     r2, [r9, 124]           // B1 high
        NOP

        # Second group of 16 FMA, First group of loads
        # BLOCK 0
        VLD1.32 {d0}, [r3]!             // A0
        VMOV    d15, r0, r2             // b1 VMOV b from second group
        VMLA.F32 q8, q4, d4[0]
        LDR     r0, [r12, 8]            // A1 low
        VMLA.F32 q10, q4, d5[0]
        LDR     r2, [r12, 12]           // A1 high
        VMLA.F32 q12, q4, d6[0]
        # NOP

        # BLOCK 1
        VLDR    d12, [r9, 96]           // B1
        VMOV    d1, r0, r2              // a1 VMOV
        VMLA.F32 q14, q4, d7[0]
        LDR     r0, [r9, 136]           // B0 low
        VMLA.F32 q9, q5, d4[0]
        LDR     r2, [r9, 140]           // B0 high
        VMLA.F32 q11, q5, d5[0]
        # NOP

        # BLOCK 2
        VLD1.32 {d2}, [r10]!            // A2
        VMOV    d9, r0, r2              // b0 VMOV
        VMLA.F32 q13, q5, d6[0]
        LDR     r0, [r7, 8]             // A3 low
        VMLA.F32 q15, q5, d7[0]
        LDR     r2, [r7, 12]            // A3 high
        VMLA.F32 q8, q6, d4[1]
        # NOP

        # BLOCK 3
        VLDR    d14, [r9, 112]          // B1
        VMOV    d3, r0, r2              // a3 VMOV
        VMLA.F32 q10, q6, d5[1]
        LDR     r0, [r9, 152]           // B0 low
        VMLA.F32 q12, q6, d6[1]
        LDR     r2, [r9, 156]           // B0 high
        VMLA.F32 q14, q6, d7[1]
        ADD     r12, r12, 16            // A1++

        # BLOCK 4
        VLDR    d8, [r9, 128]           // B0
        VMOV    d11, r0, r2             // B0 VMOV
        VMLA.F32 q9, q7, d4[1]
        LDR     r0, [r9, 168]           // B1 low
        VMLA.F32 q11, q7, d5[1]
        LDR     r2, [r9, 172]           // B1 high
        VMLA.F32 q13, q7, d6[1]
        ADD     r7, r7, 16              // A3++

        # BLOCK 5
        VLDR    d10, [r9, 144]          // B0
        VMOV    d13, r0, r2             // b1 VMOV b
        VMLA.F32 q15, q7, d7[1]
        LDR     r0, [r9, 184]           // B1 low   VMOV is in BLOCK 0
        SUBS    r5, r5, 16
        LDR     r2, [r9, 188]           // B1 high
        ADD     r9, r9, 128             // B++
        BHS     1b

        # Epilogue - 4 floats of A (16 bytes)
2:
        # First group of 16 FMA, Second group loads
        # BLOCK 0
        VLD1.32 {d4}, [r3]!             // A0
        VMOV    d15, r0, r2             // b1 VMOV b from second group
        VMLA.F32 q8, q4, d0[0]
        LDR     r0, [r12]               // A1 low
        VMLA.F32 q10, q4, d1[0]
        LDR     r2, [r12, 4]            // A1 high
        VMLA.F32 q12, q4, d2[0]
        # NOP

        # BLOCK 1
        VLDR    d12, [r9, 32]           // B1
        VMOV    d5, r0, r2              // a1 VMOV
        VMLA.F32 q14, q4, d3[0]
        LDR     r0, [r9, 72]            // B0 low
        VMLA.F32 q9, q5, d0[0]
        LDR     r2, [r9, 76]            // B0 high
        VMLA.F32 q11, q5, d1[0]
        # NOP

        # BLOCK 2
        VLD1.32 {d6}, [r10]!            // A2
        VMOV    d9, r0, r2              // b0 VMOV
        VMLA.F32 q13, q5, d2[0]
        LDR     r0, [r7]                // A3 low
        VMLA.F32 q15, q5, d3[0]
        LDR     r2, [r7, 4]             // A3 high
        VMLA.F32 q8, q6, d0[1]
        # NOP

        # BLOCK 3
        VLDR    d14, [r9, 48]           // B1
        VMOV    d7, r0, r2              // a3 VMOV
        VMLA.F32 q10, q6, d1[1]
        LDR     r0, [r9, 88]            // B0 low
        VMLA.F32 q12, q6, d2[1]
        LDR     r2, [r9, 92]            // B0 high
        VMLA.F32 q14, q6, d3[1]
        # NOP

        # BLOCK 4
        VLDR    d8, [r9, 64]            // B0
        VMOV    d11, r0, r2             // B0 VMOV
        VMLA.F32 q9, q7, d0[1]
        LDR     r0, [r9, 104]           // B1 low
        VMLA.F32 q11, q7, d1[1]
        LDR     r2, [r9, 108]           // B1 high
        VMLA.F32 q13, q7, d2[1]
        # NOP

        # BLOCK 5
        VLDR    d10, [r9, 80]           // B0
        VMOV    d13, r0, r2             // b1 VMOV b
        VMLA.F32 q15, q7, d3[1]
        LDR     r0, [r9, 120]           // B1 low   VMOV is in BLOCK 0
        NOP
        LDR     r2, [r9, 124]           // B1 high
        NOP
        NOP

        # Second group of 16 FMA, First group of loads
        # BLOCK 0
        VLDR    d12, [r9, 96]           // B1
        VMOV    d15, r0, r2             // b1 VMOV b from second group
        VMLA.F32 q8, q4, d4[0]
        VMLA.F32 q10, q4, d5[0]
        VMLA.F32 q12, q4, d6[0]

        # BLOCK 1
        VLDR    d14, [r9, 112]          // B1
        VMLA.F32 q14, q4, d7[0]
        VMLA.F32 q9, q5, d4[0]
        VMLA.F32 q11, q5, d5[0]
        ADD     r12, r12, 8             // A1++

        # BLOCK 2
        ADD     r7, r7, 8               // A3++ VLDR B1 lands here
        ADD     r9, r9, 128             // B++
        VMLA.F32 q13, q5, d6[0]
        VMLA.F32 q15, q5, d7[0]
        VMLA.F32 q8, q6, d4[1]

        # BLOCK 3
        VMLA.F32 q10, q6, d5[1]
        VMLA.F32 q12, q6, d6[1]
        VMLA.F32 q14, q6, d7[1]
        TST     r5, 15

        # BLOCK 4
        VMLA.F32 q9, q7, d4[1]
        VMLA.F32 q11, q7, d5[1]
        VMLA.F32 q13, q7, d6[1]

        # BLOCK 5
        VMLA.F32 q15, q7, d7[1]

        # Is there a remainder?- 1 to 3 floats of A (4, 8 or 12 bytes)
        BNE     4f

        .p2align 3
3:
        # Load params pointer
        LDR     r0, [sp, 116]           // cn_stride
        LDR     r5, [sp, 120]           // params
        LDR     r2, [sp]                // kc
        SUBS    r1, r1, 8

        # Load min/max values
        VLD1.32 {d4[],d5[]}, [r5]!
        VLD1.32 {d6[],d7[]}, [r5]

        # Clamp
        VMAX.F32 q8,  q8, q2
        VMAX.F32 q9,  q9, q2
        VMAX.F32 q10, q10, q2
        VMAX.F32 q11, q11, q2
        VMAX.F32 q12, q12, q2
        VMAX.F32 q13, q13, q2
        VMAX.F32 q14, q14, q2
        VMAX.F32 q15, q15, q2
        VMIN.F32 q8,  q8, q3
        VMIN.F32 q9,  q9, q3
        VMIN.F32 q10, q10, q3
        VMIN.F32 q11, q11, q3
        VMIN.F32 q12, q12, q3
        VMIN.F32 q13, q13, q3
        VMIN.F32 q14, q14, q3
        VMIN.F32 q15, q15, q3

        # Store full 4 x 8
        BLO     6f
        VST1.32 {d16-d19}, [r11], r0
        SUB     r7, r7, r2
        VST1.32 {d20-d23}, [r4], r0
        SUB     r10, r10, r2
        VST1.32 {d24-d27}, [r8], r0
        SUB     r12, r12, r2
        VST1.32 {d28-d31}, [r6], r0
        SUB     r3, r3, r2
        BHI     0b

        ADD     sp, sp, 4
        POP     {r4, r5, r6, r7, r8, r9, r10, r11}
        VPOP    {d8-d15}
        BX      lr

        .p2align 3
4:
        # Is there a remainder?- 2 floats of A (8 bytes)
        TST     r5, 8
        BEQ     5f

        # Remainder - 2 floats of A (8 bytes)
        VLD1.32 {d0}, [r3]!             // A0
        VLDM    r9!, {d8-d11}           // B0
        VLD1.32 {d1}, [r12]!            // A1
        VLD1.32 {d2}, [r10]!            // A2
        VLD1.32 {d3}, [ r7]!            // A3

        VMLA.F32 q8, q4, d0[0]
        VMLA.F32 q9, q5, d0[0]
        VMLA.F32 q10, q4, d1[0]
        VMLA.F32 q11, q5, d1[0]
        VLDM    r9!, {d12-d15}          // B1
        VMLA.F32 q12, q4, d2[0]
        VMLA.F32 q13, q5, d2[0]
        VMLA.F32 q14, q4, d3[0]
        VMLA.F32 q15, q5, d3[0]
        VMLA.F32 q8, q6, d0[1]
        VMLA.F32 q9, q7, d0[1]
        VMLA.F32 q10, q6, d1[1]
        VMLA.F32 q11, q7, d1[1]
        VMLA.F32 q12, q6, d2[1]
        VMLA.F32 q13, q7, d2[1]
        VMLA.F32 q14, q6, d3[1]
        VMLA.F32 q15, q7, d3[1]

        # Is there a remainder?- 1 floats of A (4 bytes)
        TST     r5, 4
        BEQ     3b

5:
        # Remainder- 1 floats of A (4 bytes)
        VLDM    r3!,  {s0}              // A0
        VLDM    r9!, {d8-d11}           // B0
        VLDM    r12!, {s2}              // A1
        VLDM    r10!, {s4}              // A2
        VLDM    r7!, {s6}               // A3
        VMLA.F32 q8, q4, d0[0]
        VMLA.F32 q9, q5, d0[0]
        VMLA.F32 q10, q4, d1[0]
        VMLA.F32 q11, q5, d1[0]
        VMLA.F32 q12, q4, d2[0]
        VMLA.F32 q13, q5, d2[0]
        VMLA.F32 q14, q4, d3[0]
        VMLA.F32 q15, q5, d3[0]
        B       3b

        # Store odd width
6:
        TST     r1, 4
        BEQ     7f
        VST1.32 {d16-d17}, [r11]!
        VST1.32 {d20-d21},  [r4]!
        VMOV    q8,  q9
        VMOV    q10, q11
        VST1.32 {d24-d25},  [r8]!
        VST1.32 {d28-d29},  [r6]!
        VMOV    q12, q13
        VMOV    q14, q15

7:
        TST     r1, 2
        BEQ     8f
        VST1.32 {d16}, [r11]!
        VST1.32 {d20},  [r4]!
        VMOV    d16, d17
        VMOV    d20, d21
        VST1.32 {d24},  [r8]!
        VST1.32 {d28},  [r6]!
        VMOV    d24, d25
        VMOV    d28, d29

8:
        TST     r1, 1
        BEQ     9f
        VST1.32 {d16[0]}, [r11]
        VST1.32 {d20[0]},  [r4]
        VST1.32 {d24[0]},  [r8]
        VST1.32 {d28[0]},  [r6]

9:
        ADD     sp, sp, 4
        POP     {r4, r5, r6, r7, r8, r9, r10, r11}
        VPOP    {d8-d15}
        BX      lr

END_FUNCTION xnn_f32_gemm_minmax_ukernel_4x8__aarch32_neon_cortex_a53

#ifdef __ELF__
.section ".note.GNU-stack","",%progbits
#endif
