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//   Template: src/qs8-gemm/4x8-aarch32-neon-mlal-lane-ld64.S.in
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#include "xnnpack/assembly.h"

.syntax unified

// void xnn_qu8_gemm_minmax_rndnu_ukernel_4x8__asm_aarch32_neon_mlal_lane_ld64_prfm(
//     size_t mr,                            r0
//     size_t nc,                            r1
//     size_t kc,                            r2 -> r5
//     const uint8_t* restrict a,              r3
//     size_t a_stride,           sp + 72 -> (r7)
//     const void* restrict w,     sp + 76 -> r9
//     uint8_t* restrict c,         sp + 80 -> r11
//     size_t cm_stride,          sp + 84 -> (r6)
//     size_t cn_stride,          sp + 88 -> r7
//     xnn_qu8_conv_minmax_params params)  sp + 92 -> (r5)

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

// Register usage
// A0   r3  d0-d1 q0
// A1  r12  d2-d3 q1
// A2  r10  d4-d5 q2
// A3   r0  d6-d7 q3
// B    r9  d10-d11 q5
// 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
// unused d13-d15

# params structure is 20 bytes
#  struct {
#    uint8_t kernel_zero_point;     d14
#    uint8_t padding[3];
#    int32_t right_pre_shift;       d12[0]
#    int32_t multiplier;            d12[1]
#    int32_t right_post_shift;      d13[0]
#    int16_t output_zero_point;     d13[2]
#    uint8_t output_min;            d13[6]
#    uint8_t output_max;            d13[7]
#  } rndnu_neon;

BEGIN_FUNCTION xnn_qu8_gemm_minmax_rndnu_ukernel_4x8__asm_aarch32_neon_mlal_lane_ld64_prfm
        # Push 72 bytes
        PUSH        {r4, r5, r6, r7, r8, r9, r10, r11}  // 32
        VPUSH       {d10-d14}                           // +40 = 72

        LDR         r7, [sp, 72]            // a_stride
        LDR         r11, [sp, 80]           // c
        LDR         r6, [sp, 84]            // cm_stride
        LDR         r9, [sp, 76]            // w
        LDR         r5, [sp, 92]            // params

        # 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         r0, r10, r7             //   a3 = a2 + a_stride
        ADD         r6, r8, r6              //   c3 = c2 + cm_stride
        MOVLO       r0, r10                 // a3
        MOVLO       r6, r8                  // c3

        # Load params values
        VLD1.8     {d14[]}, [r5]           // QU8 kernel_zero_point
        ADD        r5, r5, 4               // skip padding
        VLDM        r5, {d12-d13}           // RNDNU params
        LDR         r7, [sp, 88]            // cn_stride

        PLD         [r9,  64]               // Prefetch B
        PLD         [r9, 128]
        PLD         [r9, 192]
        PLD         [r9, 256]
        PLD         [r9, 320]
        PLD         [r9, 384]

        .p2align    3
0:
        # Load initial bias from w into accumulators
        VLDM        r9!, {d16-d19}          // Bias
        SUBS        r5, r2, 8               // k = kc - 8

        VMOV        q10, q8
        PLD         [r3,  64]               // Prefetch A
        VMOV        q11, q9
        PLD         [r12, 64]
        VMOV        q12, q8
        PLD         [r10, 64]
        VMOV        q13, q9
        PLD         [r0,  64]
        VMOV        q14, q8
        VMOV        q15, q9
        BLO         3f                      // less than 8 channels?

        # Main loop - 8 bytes
        # 64 bytes for weights.
        .p2align    3
1:
        VLD1.8      {d0},  [r3]!            // A0
        VLD1.8      {d10},  [r9]!               // B
        VLD1.8      {d2}, [r12]!            // A1
        VLD1.8      {d4}, [r10]!            // A2
        VLD1.8      {d6},  [r0]!            // A3
        SUBS        r5, r5, 8
        PLD         [r3, 128]
        VMOVL.U8 q0, d0
        PLD         [r12, 128]
        VSUBL.U8    q5, d10, d14
        PLD         [r10, 128]
        VMOVL.U8 q1, d2
        PLD         [r0, 128]
        VMOVL.U8 q2, d4
        PLD         [r9, 448]
        VMOVL.U8 q3, d6
        VMLAL.S16   q8, d10, d0[0]
        VMLAL.S16   q9, d11, d0[0]
        VMLAL.S16   q10, d10, d2[0]
        VMLAL.S16   q11, d11, d2[0]
        VMLAL.S16   q12, d10, d4[0]
        VMLAL.S16   q13, d11, d4[0]
        VMLAL.S16   q14, d10, d6[0]
        VMLAL.S16   q15, d11, d6[0]

        VLD1.8      {d10},  [r9]!

        VSUBL.U8    q5, d10, d14
        VMLAL.S16   q8, d10, d0[1]
        VMLAL.S16   q9, d11, d0[1]
        VMLAL.S16   q10, d10, d2[1]
        VMLAL.S16   q11, d11, d2[1]
        VMLAL.S16   q12, d10, d4[1]
        VMLAL.S16   q13, d11, d4[1]
        VMLAL.S16   q14, d10, d6[1]
        VMLAL.S16   q15, d11, d6[1]

        VLD1.8      {d10},  [r9]!
        VSUBL.U8    q5, d10, d14
        VMLAL.S16   q8, d10, d0[2]
        VMLAL.S16   q9, d11, d0[2]
        VMLAL.S16   q10, d10, d2[2]
        VMLAL.S16   q11, d11, d2[2]
        VMLAL.S16   q12, d10, d4[2]
        VMLAL.S16   q13, d11, d4[2]
        VMLAL.S16   q14, d10, d6[2]
        VMLAL.S16   q15, d11, d6[2]

        VLD1.8      {d10},  [r9]!
        VSUBL.U8    q5, d10, d14
        VMLAL.S16   q8, d10, d0[3]
        VMLAL.S16   q9, d11, d0[3]
        VMLAL.S16   q10, d10, d2[3]
        VMLAL.S16   q11, d11, d2[3]
        VMLAL.S16   q12, d10, d4[3]
        VMLAL.S16   q13, d11, d4[3]
        VMLAL.S16   q14, d10, d6[3]
        VMLAL.S16   q15, d11, d6[3]

        VLD1.8      {d10},  [r9]!
        VSUBL.U8    q5, d10, d14
        VMLAL.S16   q8, d10, d1[0]
        VMLAL.S16   q9, d11, d1[0]
        VMLAL.S16   q10, d10, d3[0]
        VMLAL.S16   q11, d11, d3[0]
        VMLAL.S16   q12, d10, d5[0]
        VMLAL.S16   q13, d11, d5[0]
        VMLAL.S16   q14, d10, d7[0]
        VMLAL.S16   q15, d11, d7[0]

        VLD1.8      {d10},  [r9]!
        VSUBL.U8    q5, d10, d14
        VMLAL.S16   q8, d10, d1[1]
        VMLAL.S16   q9, d11, d1[1]
        VMLAL.S16   q10, d10, d3[1]
        VMLAL.S16   q11, d11, d3[1]
        VMLAL.S16   q12, d10, d5[1]
        VMLAL.S16   q13, d11, d5[1]
        VMLAL.S16   q14, d10, d7[1]
        VMLAL.S16   q15, d11, d7[1]

        VLD1.8      {d10},  [r9]!
        VSUBL.U8    q5, d10, d14
        VMLAL.S16   q8, d10, d1[2]
        VMLAL.S16   q9, d11, d1[2]
        VMLAL.S16   q10, d10, d3[2]
        VMLAL.S16   q11, d11, d3[2]
        VMLAL.S16   q12, d10, d5[2]
        VMLAL.S16   q13, d11, d5[2]
        VMLAL.S16   q14, d10, d7[2]
        VMLAL.S16   q15, d11, d7[2]

        VLD1.8      {d10},  [r9]!
        VSUBL.U8    q5, d10, d14
        VMLAL.S16   q8, d10, d1[3]
        VMLAL.S16   q9, d11, d1[3]
        VMLAL.S16   q10, d10, d3[3]
        VMLAL.S16   q11, d11, d3[3]
        VMLAL.S16   q12, d10, d5[3]
        VMLAL.S16   q13, d11, d5[3]
        VMLAL.S16   q14, d10, d7[3]
        VMLAL.S16   q15, d11, d7[3]
        BHS         1b

        # Is there a remainder?- 1-7 bytes of A
        ADDS        r5, r5, 8
        BNE         3f

2:
        # RNDNU quantization
        VDUP.32     q0, d12[0]              // right_pre_shift

        VQSHL.S32   q8,  q8, q0
        VQSHL.S32   q9,  q9, q0
        VQSHL.S32   q10, q10, q0
        VQSHL.S32   q11, q11, q0
        VQSHL.S32   q12, q12, q0
        VQSHL.S32   q13, q13, q0
        VQSHL.S32   q14, q14, q0
        VQSHL.S32   q15, q15, q0

        VDUP.32     q2, d13[0]              // right_post_shift

        VQDMULH.S32 q8,  q8, d12[1]     // multiplier
        VQDMULH.S32 q9,  q9, d12[1]
        VQDMULH.S32 q10, q10, d12[1]
        VQDMULH.S32 q11, q11, d12[1]
        VQDMULH.S32 q12, q12, d12[1]
        VQDMULH.S32 q13, q13, d12[1]
        VQDMULH.S32 q14, q14, d12[1]
        VQDMULH.S32 q15, q15, d12[1]

        VRSHL.S32   q8,  q8, q2
        VRSHL.S32   q9,  q9, q2
        VRSHL.S32   q10, q10, q2
        VRSHL.S32   q11, q11, q2
        VRSHL.S32   q12, q12, q2
        VRSHL.S32   q13, q13, q2
        VRSHL.S32   q14, q14, q2
        VRSHL.S32   q15, q15, q2

        VDUP.16     q0, d13[2]              // output_zero_point

        VQMOVN.S32  d16, q8
        VQMOVN.S32  d17, q9
        VQMOVN.S32  d18, q10
        VQMOVN.S32  d19, q11
        VQMOVN.S32  d20, q12
        VQMOVN.S32  d21, q13
        VQMOVN.S32  d22, q14
        VQMOVN.S32  d23, q15

        VQADD.S16   q8,  q8, q0
        VQADD.S16   q9,  q9, q0
        VQADD.S16   q10, q10, q0
        VQADD.S16   q11, q11, q0

        VDUP.8      q12, d13[6]             // output_min

        VQMOVUN.S16 d0,  q8
        VQMOVUN.S16 d1,  q9
        VQMOVUN.S16 d2, q10
        VQMOVUN.S16 d3, q11

        VDUP.8      q13, d13[7]             // output_max

        VMAX.U8 q0, q0, q12
        VMAX.U8 q1, q1, q12

        SUBS        r1, r1, 8

        VMIN.U8 q0, q0, q13
        VMIN.U8 q1, q1, q13

        # Store full 4 x 8
        BLO         4f
        VST1.8      {d0}, [r11], r7
        SUB         r3, r3, r2
        VST1.8      {d1}, [r4], r7
        SUB         r12, r12, r2
        VST1.8      {d2}, [r8], r7
        SUB         r10, r10, r2
        VST1.8      {d3}, [r6], r7
        SUB         r0, r0, r2
        BHI         0b

        VPOP        {d10-d14}
        POP         {r4, r5, r6, r7, r8, r9, r10, r11}
        BX          lr

        # Remainder- 1 to 7 bytes of A
        .p2align    3
3:
        AND         r5, r5, 7               // kc remainder 1 to 7

        VLD1.8      {d0},  [r3], r5
        VLD1.8      {d10},  [r9]!
        VLD1.8      {d2}, [r12], r5
        VLD1.8      {d4}, [r10], r5
        VLD1.8      {d6},  [r0], r5

        VMOVL.U8 q0, d0
        VSUBL.U8    q5, d10, d14
        VMOVL.U8 q1, d2
        VMOVL.U8 q2, d4
        VMOVL.U8 q3, d6
        VMLAL.S16   q8, d10, d0[0]
        VMLAL.S16   q9, d11, d0[0]
        VMLAL.S16   q10, d10, d2[0]
        VMLAL.S16   q11, d11, d2[0]
        VMLAL.S16   q12, d10, d4[0]
        VMLAL.S16   q13, d11, d4[0]
        VMLAL.S16   q14, d10, d6[0]
        VMLAL.S16   q15, d11, d6[0]
        CMP         r5, 2
        BLO         2b

        VLD1.8      {d10},  [r9]!
        VSUBL.U8    q5, d10, d14
        VMLAL.S16   q8, d10, d0[1]
        VMLAL.S16   q9, d11, d0[1]
        VMLAL.S16   q10, d10, d2[1]
        VMLAL.S16   q11, d11, d2[1]
        VMLAL.S16   q12, d10, d4[1]
        VMLAL.S16   q13, d11, d4[1]
        VMLAL.S16   q14, d10, d6[1]
        VMLAL.S16   q15, d11, d6[1]
        BEQ         2b

        VLD1.8      {d10},  [r9]!
        VSUBL.U8    q5, d10, d14
        VMLAL.S16   q8, d10, d0[2]
        VMLAL.S16   q9, d11, d0[2]
        VMLAL.S16   q10, d10, d2[2]
        VMLAL.S16   q11, d11, d2[2]
        VMLAL.S16   q12, d10, d4[2]
        VMLAL.S16   q13, d11, d4[2]
        VMLAL.S16   q14, d10, d6[2]
        VMLAL.S16   q15, d11, d6[2]
        CMP         r5, 4
        BLO         2b

        VLD1.8      {d10},  [r9]!
        VSUBL.U8    q5, d10, d14
        VMLAL.S16   q8, d10, d0[3]
        VMLAL.S16   q9, d11, d0[3]
        VMLAL.S16   q10, d10, d2[3]
        VMLAL.S16   q11, d11, d2[3]
        VMLAL.S16   q12, d10, d4[3]
        VMLAL.S16   q13, d11, d4[3]
        VMLAL.S16   q14, d10, d6[3]
        VMLAL.S16   q15, d11, d6[3]
        BEQ         2b

        VLD1.8      {d10},  [r9]!
        VSUBL.U8    q5, d10, d14
        VMLAL.S16   q8, d10, d1[0]
        VMLAL.S16   q9, d11, d1[0]
        VMLAL.S16   q10, d10, d3[0]
        VMLAL.S16   q11, d11, d3[0]
        VMLAL.S16   q12, d10, d5[0]
        VMLAL.S16   q13, d11, d5[0]
        VMLAL.S16   q14, d10, d7[0]
        VMLAL.S16   q15, d11, d7[0]
        CMP         r5, 6
        BLO         2b

        VLD1.8      {d10},  [r9]!
        VSUBL.U8    q5, d10, d14
        VMLAL.S16   q8, d10, d1[1]
        VMLAL.S16   q9, d11, d1[1]
        VMLAL.S16   q10, d10, d3[1]
        VMLAL.S16   q11, d11, d3[1]
        VMLAL.S16   q12, d10, d5[1]
        VMLAL.S16   q13, d11, d5[1]
        VMLAL.S16   q14, d10, d7[1]
        VMLAL.S16   q15, d11, d7[1]
        BEQ         2b

        VLD1.8      {d10},  [r9]!
        VSUBL.U8    q5, d10, d14
        VMLAL.S16   q8, d10, d1[2]
        VMLAL.S16   q9, d11, d1[2]
        VMLAL.S16   q10, d10, d3[2]
        VMLAL.S16   q11, d11, d3[2]
        VMLAL.S16   q12, d10, d5[2]
        VMLAL.S16   q13, d11, d5[2]
        VMLAL.S16   q14, d10, d7[2]
        VMLAL.S16   q15, d11, d7[2]
        B           2b

        # Store odd width
        .p2align    3
4:
        TST         r1, 4
        BEQ         5f
        VST1.32     {d0[0]}, [r11]!
        VST1.32     {d1[0]}, [r4]!
        VST1.32     {d2[0]}, [r8]!
        VST1.32     {d3[0]}, [r6]!
        VEXT.8      q0, q0, q0, 4
        VEXT.8      q1, q1, q1, 4
5:
        TST         r1, 2
        BEQ         6f
        VST1.16     {d0[0]}, [r11]!
        VST1.16     {d1[0]}, [r4]!
        VST1.16     {d2[0]}, [r8]!
        VST1.16     {d3[0]}, [r6]!
        VEXT.8      q0, q0, q0, 2
        VEXT.8      q1, q1, q1, 2

6:
        TST         r1, 1
        BEQ         7f
        VST1.8      {d0[0]}, [r11]
        VST1.8      {d1[0]}, [r4]
        VST1.8      {d2[0]}, [r8]
        VST1.8      {d3[0]}, [r6]

7:
        VPOP        {d10-d14}
        POP         {r4, r5, r6, r7, r8, r9, r10, r11}
        BX          lr

END_FUNCTION xnn_qu8_gemm_minmax_rndnu_ukernel_4x8__asm_aarch32_neon_mlal_lane_ld64_prfm

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

