drivers/mtd/ubi/crc32.c

   1 /*
   2  * Oct 15, 2000 Matt Domsch <[email protected]>
   3  * Nicer crc32 functions/docs submitted by [email protected].  Thanks!
   4  * Code was from the public domain, copyright abandoned.  Code was
   5  * subsequently included in the kernel, thus was re-licensed under the
   6  * GNU GPL v2.
   7  *
   8  * Oct 12, 2000 Matt Domsch <[email protected]>
   9  * Same crc32 function was used in 5 other places in the kernel.
  10  * I made one version, and deleted the others.
  11  * There are various incantations of crc32().  Some use a seed of 0 or ~0.
  12  * Some xor at the end with ~0.  The generic crc32() function takes
  13  * seed as an argument, and doesn't xor at the end.  Then individual
  14  * users can do whatever they need.
  15  *   drivers/net/smc9194.c uses seed ~0, doesn't xor with ~0.
  16  *   fs/jffs2 uses seed 0, doesn't xor with ~0.
  17  *   fs/partitions/efi.c uses seed ~0, xor's with ~0.
  18  *
  19  * This source code is licensed under the GNU General Public License,
  20  * Version 2.  See the file COPYING for more details.
  21  */
  22
  23 #ifndef __UBOOT__
  24 #include <linux/crc32.h>
  25 #include <linux/kernel.h>
  26 #include <linux/module.h>
  27 #include <linux/compiler.h>
  28 #include <u-boot/crc.h>
  29 #endif
  30 #include <linux/types.h>
  31
  32 #include <asm/byteorder.h>
  33
  34 #ifndef __UBOOT__
  35 #include <linux/slab.h>
  36 #include <linux/init.h>
  37 #include <asm/atomic.h>
  38 #endif
  39 #include "crc32defs.h"
  40 #define CRC_LE_BITS 8
  41
  42 #if CRC_LE_BITS == 8
  43 #define tole(x) cpu_to_le32(x)
  44 #define tobe(x) cpu_to_be32(x)
  45 #else
  46 #define tole(x) (x)
  47 #define tobe(x) (x)
  48 #endif
  49 #include "crc32table.h"
  50 #ifndef __UBOOT__
  51 MODULE_AUTHOR("Matt Domsch <[email protected]>");
  52 MODULE_DESCRIPTION("Ethernet CRC32 calculations");
  53 MODULE_LICENSE("GPL");
  54 #endif
  55 /**
  56  * crc32_le() - Calculate bitwise little-endian Ethernet AUTODIN II CRC32
  57  * @crc: seed value for computation.  ~0 for Ethernet, sometimes 0 for
  58  *      other uses, or the previous crc32 value if computing incrementally.
  59  * @p: pointer to buffer over which CRC is run
  60  * @len: length of buffer @p
  61  */
  62 u32  crc32_le(u32 crc, unsigned char const *p, size_t len);
  63
  64 #if CRC_LE_BITS == 1
  65 /*
  66  * In fact, the table-based code will work in this case, but it can be
  67  * simplified by inlining the table in ?: form.
  68  */
  69
  70 u32 crc32_le(u32 crc, unsigned char const *p, size_t len)
  71 {
  72         int i;
  73         while (len--) {
  74                 crc ^= *p++;
  75                 for (i = 0; i < 8; i++)
  76                         crc = (crc >> 1) ^ ((crc & 1) ? CRCPOLY_LE : 0);
  77         }
  78         return crc;
  79 }
  80 #else                           /* Table-based approach */
  81
  82 u32 crc32_le(u32 crc, unsigned char const *p, size_t len)
  83 {
  84 # if CRC_LE_BITS == 8
  85         const u32      *b =(u32 *)p;
  86         const u32      *tab = crc32table_le;
  87
  88 # ifdef __LITTLE_ENDIAN
  89 #  define DO_CRC(x) crc = tab[ (crc ^ (x)) & 255 ] ^ (crc>>8)
  90 # else
  91 #  define DO_CRC(x) crc = tab[ ((crc >> 24) ^ (x)) & 255] ^ (crc<<8)
  92 # endif
  93         /* printf("Crc32_le crc=%x\n",crc); */
  94         crc = __cpu_to_le32(crc);
  95         /* Align it */
  96         if((((long)b)&3 && len)){
  97                 do {
  98                         u8 *p = (u8 *)b;
  99                         DO_CRC(*p++);
 100                         b = (void *)p;
 101                 } while ((--len) && ((long)b)&3 );
 102         }
 103         if((len >= 4)){
 104                 /* load data 32 bits wide, xor data 32 bits wide. */
 105                 size_t save_len = len & 3;
 106                 len = len >> 2;
 107                 --b; /* use pre increment below(*++b) for speed */
 108                 do {
 109                         crc ^= *++b;
 110                         DO_CRC(0);
 111                         DO_CRC(0);
 112                         DO_CRC(0);
 113                         DO_CRC(0);
 114                 } while (--len);
 115                 b++; /* point to next byte(s) */
 116                 len = save_len;
 117         }
 118         /* And the last few bytes */
 119         if(len){
 120                 do {
 121                         u8 *p = (u8 *)b;
 122                         DO_CRC(*p++);
 123                         b = (void *)p;
 124                 } while (--len);
 125         }
 126
 127         return __le32_to_cpu(crc);
 128 #undef ENDIAN_SHIFT
 129 #undef DO_CRC
 130
 131 # elif CRC_LE_BITS == 4
 132         while (len--) {
 133                 crc ^= *p++;
 134                 crc = (crc >> 4) ^ crc32table_le[crc & 15];
 135                 crc = (crc >> 4) ^ crc32table_le[crc & 15];
 136         }
 137         return crc;
 138 # elif CRC_LE_BITS == 2
 139         while (len--) {
 140                 crc ^= *p++;
 141                 crc = (crc >> 2) ^ crc32table_le[crc & 3];
 142                 crc = (crc >> 2) ^ crc32table_le[crc & 3];
 143                 crc = (crc >> 2) ^ crc32table_le[crc & 3];
 144                 crc = (crc >> 2) ^ crc32table_le[crc & 3];
 145         }
 146         return crc;
 147 # endif
 148 }
 149 #endif
 150 #ifndef __UBOOT__
 151 /**
 152  * crc32_be() - Calculate bitwise big-endian Ethernet AUTODIN II CRC32
 153  * @crc: seed value for computation.  ~0 for Ethernet, sometimes 0 for
 154  *      other uses, or the previous crc32 value if computing incrementally.
 155  * @p: pointer to buffer over which CRC is run
 156  * @len: length of buffer @p
 157  */
 158 u32 __attribute_pure__ crc32_be(u32 crc, unsigned char const *p, size_t len);
 159
 160 #if CRC_BE_BITS == 1
 161 /*
 162  * In fact, the table-based code will work in this case, but it can be
 163  * simplified by inlining the table in ?: form.
 164  */
 165
 166 u32 __attribute_pure__ crc32_be(u32 crc, unsigned char const *p, size_t len)
 167 {
 168         int i;
 169         while (len--) {
 170                 crc ^= *p++ << 24;
 171                 for (i = 0; i < 8; i++)
 172                         crc =
 173                             (crc << 1) ^ ((crc & 0x80000000) ? CRCPOLY_BE :
 174                                           0);
 175         }
 176         return crc;
 177 }
 178
 179 #else                           /* Table-based approach */
 180 u32 __attribute_pure__ crc32_be(u32 crc, unsigned char const *p, size_t len)
 181 {
 182 # if CRC_BE_BITS == 8
 183         const u32      *b =(u32 *)p;
 184         const u32      *tab = crc32table_be;
 185
 186 # ifdef __LITTLE_ENDIAN
 187 #  define DO_CRC(x) crc = tab[ (crc ^ (x)) & 255 ] ^ (crc>>8)
 188 # else
 189 #  define DO_CRC(x) crc = tab[ ((crc >> 24) ^ (x)) & 255] ^ (crc<<8)
 190 # endif
 191
 192         crc = __cpu_to_be32(crc);
 193         /* Align it */
 194         if(unlikely(((long)b)&3 && len)){
 195                 do {
 196                         u8 *p = (u8 *)b;
 197                         DO_CRC(*p++);
 198                         b = (u32 *)p;
 199                 } while ((--len) && ((long)b)&3 );
 200         }
 201         if(likely(len >= 4)){
 202                 /* load data 32 bits wide, xor data 32 bits wide. */
 203                 size_t save_len = len & 3;
 204                 len = len >> 2;
 205                 --b; /* use pre increment below(*++b) for speed */
 206                 do {
 207                         crc ^= *++b;
 208                         DO_CRC(0);
 209                         DO_CRC(0);
 210                         DO_CRC(0);
 211                         DO_CRC(0);
 212                 } while (--len);
 213                 b++; /* point to next byte(s) */
 214                 len = save_len;
 215         }
 216         /* And the last few bytes */
 217         if(len){
 218                 do {
 219                         u8 *p = (u8 *)b;
 220                         DO_CRC(*p++);
 221                         b = (void *)p;
 222                 } while (--len);
 223         }
 224         return __be32_to_cpu(crc);
 225 #undef ENDIAN_SHIFT
 226 #undef DO_CRC
 227
 228 # elif CRC_BE_BITS == 4
 229         while (len--) {
 230                 crc ^= *p++ << 24;
 231                 crc = (crc << 4) ^ crc32table_be[crc >> 28];
 232                 crc = (crc << 4) ^ crc32table_be[crc >> 28];
 233         }
 234         return crc;
 235 # elif CRC_BE_BITS == 2
 236         while (len--) {
 237                 crc ^= *p++ << 24;
 238                 crc = (crc << 2) ^ crc32table_be[crc >> 30];
 239                 crc = (crc << 2) ^ crc32table_be[crc >> 30];
 240                 crc = (crc << 2) ^ crc32table_be[crc >> 30];
 241                 crc = (crc << 2) ^ crc32table_be[crc >> 30];
 242         }
 243         return crc;
 244 # endif
 245 }
 246 #endif
 247
 248 EXPORT_SYMBOL(crc32_le);
 249 EXPORT_SYMBOL(crc32_be);
 250 #endif
 251 /*
 252  * A brief CRC tutorial.
 253  *
 254  * A CRC is a long-division remainder.  You add the CRC to the message,
 255  * and the whole thing (message+CRC) is a multiple of the given
 256  * CRC polynomial.  To check the CRC, you can either check that the
 257  * CRC matches the recomputed value, *or* you can check that the
 258  * remainder computed on the message+CRC is 0.  This latter approach
 259  * is used by a lot of hardware implementations, and is why so many
 260  * protocols put the end-of-frame flag after the CRC.
 261  *
 262  * It's actually the same long division you learned in school, except that
 263  * - We're working in binary, so the digits are only 0 and 1, and
 264  * - When dividing polynomials, there are no carries.  Rather than add and
 265  *   subtract, we just xor.  Thus, we tend to get a bit sloppy about
 266  *   the difference between adding and subtracting.
 267  *
 268  * A 32-bit CRC polynomial is actually 33 bits long.  But since it's
 269  * 33 bits long, bit 32 is always going to be set, so usually the CRC
 270  * is written in hex with the most significant bit omitted.  (If you're
 271  * familiar with the IEEE 754 floating-point format, it's the same idea.)
 272  *
 273  * Note that a CRC is computed over a string of *bits*, so you have
 274  * to decide on the endianness of the bits within each byte.  To get
 275  * the best error-detecting properties, this should correspond to the
 276  * order they're actually sent.  For example, standard RS-232 serial is
 277  * little-endian; the most significant bit (sometimes used for parity)
 278  * is sent last.  And when appending a CRC word to a message, you should
 279  * do it in the right order, matching the endianness.
 280  *
 281  * Just like with ordinary division, the remainder is always smaller than
 282  * the divisor (the CRC polynomial) you're dividing by.  Each step of the
 283  * division, you take one more digit (bit) of the dividend and append it
 284  * to the current remainder.  Then you figure out the appropriate multiple
 285  * of the divisor to subtract to being the remainder back into range.
 286  * In binary, it's easy - it has to be either 0 or 1, and to make the
 287  * XOR cancel, it's just a copy of bit 32 of the remainder.
 288  *
 289  * When computing a CRC, we don't care about the quotient, so we can
 290  * throw the quotient bit away, but subtract the appropriate multiple of
 291  * the polynomial from the remainder and we're back to where we started,
 292  * ready to process the next bit.
 293  *
 294  * A big-endian CRC written this way would be coded like:
 295  * for (i = 0; i < input_bits; i++) {
 296  *      multiple = remainder & 0x80000000 ? CRCPOLY : 0;
 297  *      remainder = (remainder << 1 | next_input_bit()) ^ multiple;
 298  * }
 299  * Notice how, to get at bit 32 of the shifted remainder, we look
 300  * at bit 31 of the remainder *before* shifting it.
 301  *
 302  * But also notice how the next_input_bit() bits we're shifting into
 303  * the remainder don't actually affect any decision-making until
 304  * 32 bits later.  Thus, the first 32 cycles of this are pretty boring.
 305  * Also, to add the CRC to a message, we need a 32-bit-long hole for it at
 306  * the end, so we have to add 32 extra cycles shifting in zeros at the
 307  * end of every message,
 308  *
 309  * So the standard trick is to rearrage merging in the next_input_bit()
 310  * until the moment it's needed.  Then the first 32 cycles can be precomputed,
 311  * and merging in the final 32 zero bits to make room for the CRC can be
 312  * skipped entirely.
 313  * This changes the code to:
 314  * for (i = 0; i < input_bits; i++) {
 315  *      remainder ^= next_input_bit() << 31;
 316  *      multiple = (remainder & 0x80000000) ? CRCPOLY : 0;
 317  *      remainder = (remainder << 1) ^ multiple;
 318  * }
 319  * With this optimization, the little-endian code is simpler:
 320  * for (i = 0; i < input_bits; i++) {
 321  *      remainder ^= next_input_bit();
 322  *      multiple = (remainder & 1) ? CRCPOLY : 0;
 323  *      remainder = (remainder >> 1) ^ multiple;
 324  * }
 325  *
 326  * Note that the other details of endianness have been hidden in CRCPOLY
 327  * (which must be bit-reversed) and next_input_bit().
 328  *
 329  * However, as long as next_input_bit is returning the bits in a sensible
 330  * order, we can actually do the merging 8 or more bits at a time rather
 331  * than one bit at a time:
 332  * for (i = 0; i < input_bytes; i++) {
 333  *      remainder ^= next_input_byte() << 24;
 334  *      for (j = 0; j < 8; j++) {
 335  *              multiple = (remainder & 0x80000000) ? CRCPOLY : 0;
 336  *              remainder = (remainder << 1) ^ multiple;
 337  *      }
 338  * }
 339  * Or in little-endian:
 340  * for (i = 0; i < input_bytes; i++) {
 341  *      remainder ^= next_input_byte();
 342  *      for (j = 0; j < 8; j++) {
 343  *              multiple = (remainder & 1) ? CRCPOLY : 0;
 344  *              remainder = (remainder << 1) ^ multiple;
 345  *      }
 346  * }
 347  * If the input is a multiple of 32 bits, you can even XOR in a 32-bit
 348  * word at a time and increase the inner loop count to 32.
 349  *
 350  * You can also mix and match the two loop styles, for example doing the
 351  * bulk of a message byte-at-a-time and adding bit-at-a-time processing
 352  * for any fractional bytes at the end.
 353  *
 354  * The only remaining optimization is to the byte-at-a-time table method.
 355  * Here, rather than just shifting one bit of the remainder to decide
 356  * in the correct multiple to subtract, we can shift a byte at a time.
 357  * This produces a 40-bit (rather than a 33-bit) intermediate remainder,
 358  * but again the multiple of the polynomial to subtract depends only on
 359  * the high bits, the high 8 bits in this case.
 360  *
 361  * The multile we need in that case is the low 32 bits of a 40-bit
 362  * value whose high 8 bits are given, and which is a multiple of the
 363  * generator polynomial.  This is simply the CRC-32 of the given
 364  * one-byte message.
 365  *
 366  * Two more details: normally, appending zero bits to a message which
 367  * is already a multiple of a polynomial produces a larger multiple of that
 368  * polynomial.  To enable a CRC to detect this condition, it's common to
 369  * invert the CRC before appending it.  This makes the remainder of the
 370  * message+crc come out not as zero, but some fixed non-zero value.
 371  *
 372  * The same problem applies to zero bits prepended to the message, and
 373  * a similar solution is used.  Instead of starting with a remainder of
 374  * 0, an initial remainder of all ones is used.  As long as you start
 375  * the same way on decoding, it doesn't make a difference.
 376  */
 377
 378 #ifdef UNITTEST
 379
 380 #include <stdlib.h>
 381 #include <stdio.h>
 382
 383 #ifndef __UBOOT__
 384 static void
 385 buf_dump(char const *prefix, unsigned char const *buf, size_t len)
 386 {
 387         fputs(prefix, stdout);
 388         while (len--)
 389                 printf(" %02x", *buf++);
 390         putchar('\n');
 391
 392 }
 393 #endif
 394
 395 static void bytereverse(unsigned char *buf, size_t len)
 396 {
 397         while (len--) {
 398                 unsigned char x = bitrev8(*buf);
 399                 *buf++ = x;
 400         }
 401 }
 402
 403 static void random_garbage(unsigned char *buf, size_t len)
 404 {
 405         while (len--)
 406                 *buf++ = (unsigned char) random();
 407 }
 408
 409 #ifndef __UBOOT__
 410 static void store_le(u32 x, unsigned char *buf)
 411 {
 412         buf[0] = (unsigned char) x;
 413         buf[1] = (unsigned char) (x >> 8);
 414         buf[2] = (unsigned char) (x >> 16);
 415         buf[3] = (unsigned char) (x >> 24);
 416 }
 417 #endif
 418
 419 static void store_be(u32 x, unsigned char *buf)
 420 {
 421         buf[0] = (unsigned char) (x >> 24);
 422         buf[1] = (unsigned char) (x >> 16);
 423         buf[2] = (unsigned char) (x >> 8);
 424         buf[3] = (unsigned char) x;
 425 }
 426
 427 /*
 428  * This checks that CRC(buf + CRC(buf)) = 0, and that
 429  * CRC commutes with bit-reversal.  This has the side effect
 430  * of bytewise bit-reversing the input buffer, and returns
 431  * the CRC of the reversed buffer.
 432  */
 433 static u32 test_step(u32 init, unsigned char *buf, size_t len)
 434 {
 435         u32 crc1, crc2;
 436         size_t i;
 437
 438         crc1 = crc32_be(init, buf, len);
 439         store_be(crc1, buf + len);
 440         crc2 = crc32_be(init, buf, len + 4);
 441         if (crc2)
 442                 printf("\nCRC cancellation fail: 0x%08x should be 0\n",
 443                        crc2);
 444
 445         for (i = 0; i <= len + 4; i++) {
 446                 crc2 = crc32_be(init, buf, i);
 447                 crc2 = crc32_be(crc2, buf + i, len + 4 - i);
 448                 if (crc2)
 449                         printf("\nCRC split fail: 0x%08x\n", crc2);
 450         }
 451
 452         /* Now swap it around for the other test */
 453
 454         bytereverse(buf, len + 4);
 455         init = bitrev32(init);
 456         crc2 = bitrev32(crc1);
 457         if (crc1 != bitrev32(crc2))
 458                 printf("\nBit reversal fail: 0x%08x -> 0x%08x -> 0x%08x\n",
 459                        crc1, crc2, bitrev32(crc2));
 460         crc1 = crc32_le(init, buf, len);
 461         if (crc1 != crc2)
 462                 printf("\nCRC endianness fail: 0x%08x != 0x%08x\n", crc1,
 463                        crc2);
 464         crc2 = crc32_le(init, buf, len + 4);
 465         if (crc2)
 466                 printf("\nCRC cancellation fail: 0x%08x should be 0\n",
 467                        crc2);
 468
 469         for (i = 0; i <= len + 4; i++) {
 470                 crc2 = crc32_le(init, buf, i);
 471                 crc2 = crc32_le(crc2, buf + i, len + 4 - i);
 472                 if (crc2)
 473                         printf("\nCRC split fail: 0x%08x\n", crc2);
 474         }
 475
 476         return crc1;
 477 }
 478
 479 #define SIZE 64
 480 #define INIT1 0
 481 #define INIT2 0
 482
 483 int main(void)
 484 {
 485         unsigned char buf1[SIZE + 4];
 486         unsigned char buf2[SIZE + 4];
 487         unsigned char buf3[SIZE + 4];
 488         int i, j;
 489         u32 crc1, crc2, crc3;
 490
 491         for (i = 0; i <= SIZE; i++) {
 492                 printf("\rTesting length %d...", i);
 493                 fflush(stdout);
 494                 random_garbage(buf1, i);
 495                 random_garbage(buf2, i);
 496                 for (j = 0; j < i; j++)
 497                         buf3[j] = buf1[j] ^ buf2[j];
 498
 499                 crc1 = test_step(INIT1, buf1, i);
 500                 crc2 = test_step(INIT2, buf2, i);
 501                 /* Now check that CRC(buf1 ^ buf2) = CRC(buf1) ^ CRC(buf2) */
 502                 crc3 = test_step(INIT1 ^ INIT2, buf3, i);
 503                 if (crc3 != (crc1 ^ crc2))
 504                         printf("CRC XOR fail: 0x%08x != 0x%08x ^ 0x%08x\n",
 505                                crc3, crc1, crc2);
 506         }
 507         printf("\nAll test complete.  No failures expected.\n");
 508         return 0;
 509 }
 510
 511 #endif                          /* UNITTEST */