Message-Id: <20180824213849.23647-16-Jason@zx2c4.com>
Date:   Fri, 24 Aug 2018 15:38:47 -0600
From:   "Jason A. Donenfeld" <Jason@...c4.com>
To:     linux-kernel@...r.kernel.org, netdev@...r.kernel.org,
        davem@...emloft.net
Cc:     "Jason A. Donenfeld" <Jason@...c4.com>,
        Andy Lutomirski <luto@...nel.org>,
        Greg KH <gregkh@...uxfoundation.org>,
        Samuel Neves <sneves@....uc.pt>,
        "D . J . Bernstein" <djb@...yp.to>,
        Jean-Philippe Aumasson <jeanphilippe.aumasson@...il.com>,
        Russell King <linux@...linux.org.uk>,
        linux-arm-kernel@...ts.infradead.org, linux-crypto@...r.kernel.org
Subject: [PATCH v2 15/17] zinc: Curve25519 ARM implementation

This comes from Dan Bernstein and Peter Schwabe's public domain NEON
code, and has been modified to be friendly for kernel space.

Signed-off-by: Jason A. Donenfeld <Jason@...c4.com>
Cc: Andy Lutomirski <luto@...nel.org>
Cc: Greg KH <gregkh@...uxfoundation.org>
Cc: Samuel Neves <sneves@....uc.pt>
Cc: D. J. Bernstein <djb@...yp.to>
Cc: Jean-Philippe Aumasson <jeanphilippe.aumasson@...il.com>
Cc: Russell King <linux@...linux.org.uk>
Cc: linux-arm-kernel@...ts.infradead.org
Cc: linux-crypto@...r.kernel.org
---
 lib/zinc/Makefile                         |    4 +
 lib/zinc/curve25519/curve25519-arm-glue.h |   33 +
 lib/zinc/curve25519/curve25519-arm.S      | 2110 +++++++++++++++++++++
 3 files changed, 2147 insertions(+)
 create mode 100644 lib/zinc/curve25519/curve25519-arm-glue.h
 create mode 100644 lib/zinc/curve25519/curve25519-arm.S

diff --git a/lib/zinc/Makefile b/lib/zinc/Makefile
index b6b0614f8743..13e403780ce0 100644
--- a/lib/zinc/Makefile
+++ b/lib/zinc/Makefile
@@ -52,6 +52,10 @@ endif
 
 ifeq ($(CONFIG_ZINC_CURVE25519),y)
 zinc-y += curve25519/curve25519.o
+ifeq ($(CONFIG_ARM)$(CONFIG_KERNEL_MODE_NEON),yy)
+zinc-y += curve25519/curve25519-arm.o
+CFLAGS_curve25519.o += -include $(srctree)/$(src)/curve25519/curve25519-arm-glue.h
+endif
 endif
 
 ifeq ($(CONFIG_ZINC_BLAKE2S),y)
diff --git a/lib/zinc/curve25519/curve25519-arm-glue.h b/lib/zinc/curve25519/curve25519-arm-glue.h
new file mode 100644
index 000000000000..1d5c029e9195
--- /dev/null
+++ b/lib/zinc/curve25519/curve25519-arm-glue.h
@@ -0,0 +1,33 @@
+/* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
+ *
+ * Copyright (C) 2015-2018 Jason A. Donenfeld <Jason@...c4.com>. All Rights Reserved.
+ */
+
+#include <zinc/curve25519.h>
+#include <asm/hwcap.h>
+#include <asm/neon.h>
+#include <asm/simd.h>
+
+asmlinkage void curve25519_neon(u8 mypublic[CURVE25519_POINT_SIZE], const u8 secret[CURVE25519_POINT_SIZE], const u8 basepoint[CURVE25519_POINT_SIZE]);
+
+static bool curve25519_use_neon __ro_after_init;
+
+void __init curve25519_fpu_init(void)
+{
+	curve25519_use_neon = elf_hwcap & HWCAP_NEON;
+}
+
+static inline bool curve25519_arch(u8 mypublic[CURVE25519_POINT_SIZE], const u8 secret[CURVE25519_POINT_SIZE], const u8 basepoint[CURVE25519_POINT_SIZE])
+{
+	if (curve25519_use_neon && may_use_simd()) {
+		kernel_neon_begin();
+		curve25519_neon(mypublic, secret, basepoint);
+		kernel_neon_end();
+		return true;
+	}
+	return false;
+}
+
+static inline bool curve25519_base_arch(u8 pub[CURVE25519_POINT_SIZE], const u8 secret[CURVE25519_POINT_SIZE]) { return false; }
+
+#define HAVE_CURVE25519_ARCH_IMPLEMENTATION
diff --git a/lib/zinc/curve25519/curve25519-arm.S b/lib/zinc/curve25519/curve25519-arm.S
new file mode 100644
index 000000000000..2c02e66cc87c
--- /dev/null
+++ b/lib/zinc/curve25519/curve25519-arm.S
@@ -0,0 +1,2110 @@
+/* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
+ *
+ * Copyright (C) 2015-2018 Jason A. Donenfeld <Jason@...c4.com>. All Rights Reserved.
+ *
+ * Based on public domain code from Daniel J. Bernstein and Peter Schwabe.
+ */
+
+#if IS_ENABLED(CONFIG_KERNEL_MODE_NEON)
+
+#include <linux/linkage.h>
+
+	.text
+	.fpu		neon
+	.align		4
+
+ENTRY(curve25519_neon)
+	vpush {q4,q5,q6,q7}
+	mov r12,sp
+	sub r3,sp,#736
+	and r3,r3,#0xffffffe0
+	mov sp,r3
+	strd r4,[sp,#0]
+	strd r6,[sp,#8]
+	strd r8,[sp,#16]
+	strd r10,[sp,#24]
+	str r12,[sp,#480]
+	str r14,[sp,#484]
+	mov r0,r0
+	mov r1,r1
+	mov r2,r2
+	add r3,sp,#32
+	ldr r4,=0
+	ldr r5,=254
+	vmov.i32 q0,#1
+	vshr.u64 q1,q0,#7
+	vshr.u64 q0,q0,#8
+	vmov.i32 d4,#19
+	vmov.i32 d5,#38
+	add r6,sp,#512
+	vst1.8 {d2-d3},[r6,: 128]
+	add r6,sp,#528
+	vst1.8 {d0-d1},[r6,: 128]
+	add r6,sp,#544
+	vst1.8 {d4-d5},[r6,: 128]
+	add r6,r3,#0
+	vmov.i32 q2,#0
+	vst1.8 {d4-d5},[r6,: 128]!
+	vst1.8 {d4-d5},[r6,: 128]!
+	vst1.8 d4,[r6,: 64]
+	add r6,r3,#0
+	ldr r7,=960
+	sub r7,r7,#2
+	neg r7,r7
+	sub r7,r7,r7,LSL #7
+	str r7,[r6]
+	add r6,sp,#704
+	vld1.8 {d4-d5},[r1]!
+	vld1.8 {d6-d7},[r1]
+	vst1.8 {d4-d5},[r6,: 128]!
+	vst1.8 {d6-d7},[r6,: 128]
+	sub r1,r6,#16
+	ldrb r6,[r1]
+	and r6,r6,#248
+	strb r6,[r1]
+	ldrb r6,[r1,#31]
+	and r6,r6,#127
+	orr r6,r6,#64
+	strb r6,[r1,#31]
+	vmov.i64 q2,#0xffffffff
+	vshr.u64 q3,q2,#7
+	vshr.u64 q2,q2,#6
+	vld1.8 {d8},[r2]
+	vld1.8 {d10},[r2]
+	add r2,r2,#6
+	vld1.8 {d12},[r2]
+	vld1.8 {d14},[r2]
+	add r2,r2,#6
+	vld1.8 {d16},[r2]
+	add r2,r2,#4
+	vld1.8 {d18},[r2]
+	vld1.8 {d20},[r2]
+	add r2,r2,#6
+	vld1.8 {d22},[r2]
+	add r2,r2,#2
+	vld1.8 {d24},[r2]
+	vld1.8 {d26},[r2]
+	vshr.u64 q5,q5,#26
+	vshr.u64 q6,q6,#3
+	vshr.u64 q7,q7,#29
+	vshr.u64 q8,q8,#6
+	vshr.u64 q10,q10,#25
+	vshr.u64 q11,q11,#3
+	vshr.u64 q12,q12,#12
+	vshr.u64 q13,q13,#38
+	vand q4,q4,q2
+	vand q6,q6,q2
+	vand q8,q8,q2
+	vand q10,q10,q2
+	vand q2,q12,q2
+	vand q5,q5,q3
+	vand q7,q7,q3
+	vand q9,q9,q3
+	vand q11,q11,q3
+	vand q3,q13,q3
+	add r2,r3,#48
+	vadd.i64 q12,q4,q1
+	vadd.i64 q13,q10,q1
+	vshr.s64 q12,q12,#26
+	vshr.s64 q13,q13,#26
+	vadd.i64 q5,q5,q12
+	vshl.i64 q12,q12,#26
+	vadd.i64 q14,q5,q0
+	vadd.i64 q11,q11,q13
+	vshl.i64 q13,q13,#26
+	vadd.i64 q15,q11,q0
+	vsub.i64 q4,q4,q12
+	vshr.s64 q12,q14,#25
+	vsub.i64 q10,q10,q13
+	vshr.s64 q13,q15,#25
+	vadd.i64 q6,q6,q12
+	vshl.i64 q12,q12,#25
+	vadd.i64 q14,q6,q1
+	vadd.i64 q2,q2,q13
+	vsub.i64 q5,q5,q12
+	vshr.s64 q12,q14,#26
+	vshl.i64 q13,q13,#25
+	vadd.i64 q14,q2,q1
+	vadd.i64 q7,q7,q12
+	vshl.i64 q12,q12,#26
+	vadd.i64 q15,q7,q0
+	vsub.i64 q11,q11,q13
+	vshr.s64 q13,q14,#26
+	vsub.i64 q6,q6,q12
+	vshr.s64 q12,q15,#25
+	vadd.i64 q3,q3,q13
+	vshl.i64 q13,q13,#26
+	vadd.i64 q14,q3,q0
+	vadd.i64 q8,q8,q12
+	vshl.i64 q12,q12,#25
+	vadd.i64 q15,q8,q1
+	add r2,r2,#8
+	vsub.i64 q2,q2,q13
+	vshr.s64 q13,q14,#25
+	vsub.i64 q7,q7,q12
+	vshr.s64 q12,q15,#26
+	vadd.i64 q14,q13,q13
+	vadd.i64 q9,q9,q12
+	vtrn.32 d12,d14
+	vshl.i64 q12,q12,#26
+	vtrn.32 d13,d15
+	vadd.i64 q0,q9,q0
+	vadd.i64 q4,q4,q14
+	vst1.8 d12,[r2,: 64]!
+	vshl.i64 q6,q13,#4
+	vsub.i64 q7,q8,q12
+	vshr.s64 q0,q0,#25
+	vadd.i64 q4,q4,q6
+	vadd.i64 q6,q10,q0
+	vshl.i64 q0,q0,#25
+	vadd.i64 q8,q6,q1
+	vadd.i64 q4,q4,q13
+	vshl.i64 q10,q13,#25
+	vadd.i64 q1,q4,q1
+	vsub.i64 q0,q9,q0
+	vshr.s64 q8,q8,#26
+	vsub.i64 q3,q3,q10
+	vtrn.32 d14,d0
+	vshr.s64 q1,q1,#26
+	vtrn.32 d15,d1
+	vadd.i64 q0,q11,q8
+	vst1.8 d14,[r2,: 64]
+	vshl.i64 q7,q8,#26
+	vadd.i64 q5,q5,q1
+	vtrn.32 d4,d6
+	vshl.i64 q1,q1,#26
+	vtrn.32 d5,d7
+	vsub.i64 q3,q6,q7
+	add r2,r2,#16
+	vsub.i64 q1,q4,q1
+	vst1.8 d4,[r2,: 64]
+	vtrn.32 d6,d0
+	vtrn.32 d7,d1
+	sub r2,r2,#8
+	vtrn.32 d2,d10
+	vtrn.32 d3,d11
+	vst1.8 d6,[r2,: 64]
+	sub r2,r2,#24
+	vst1.8 d2,[r2,: 64]
+	add r2,r3,#96
+	vmov.i32 q0,#0
+	vmov.i64 d2,#0xff
+	vmov.i64 d3,#0
+	vshr.u32 q1,q1,#7
+	vst1.8 {d2-d3},[r2,: 128]!
+	vst1.8 {d0-d1},[r2,: 128]!
+	vst1.8 d0,[r2,: 64]
+	add r2,r3,#144
+	vmov.i32 q0,#0
+	vst1.8 {d0-d1},[r2,: 128]!
+	vst1.8 {d0-d1},[r2,: 128]!
+	vst1.8 d0,[r2,: 64]
+	add r2,r3,#240
+	vmov.i32 q0,#0
+	vmov.i64 d2,#0xff
+	vmov.i64 d3,#0
+	vshr.u32 q1,q1,#7
+	vst1.8 {d2-d3},[r2,: 128]!
+	vst1.8 {d0-d1},[r2,: 128]!
+	vst1.8 d0,[r2,: 64]
+	add r2,r3,#48
+	add r6,r3,#192
+	vld1.8 {d0-d1},[r2,: 128]!
+	vld1.8 {d2-d3},[r2,: 128]!
+	vld1.8 {d4},[r2,: 64]
+	vst1.8 {d0-d1},[r6,: 128]!
+	vst1.8 {d2-d3},[r6,: 128]!
+	vst1.8 d4,[r6,: 64]
+	.Lmainloop:
+	mov r2,r5,LSR #3
+	and r6,r5,#7
+	ldrb r2,[r1,r2]
+	mov r2,r2,LSR r6
+	and r2,r2,#1
+	str r5,[sp,#488]
+	eor r4,r4,r2
+	str r2,[sp,#492]
+	neg r2,r4
+	add r4,r3,#96
+	add r5,r3,#192
+	add r6,r3,#144
+	vld1.8 {d8-d9},[r4,: 128]!
+	add r7,r3,#240
+	vld1.8 {d10-d11},[r5,: 128]!
+	veor q6,q4,q5
+	vld1.8 {d14-d15},[r6,: 128]!
+	vdup.i32 q8,r2
+	vld1.8 {d18-d19},[r7,: 128]!
+	veor q10,q7,q9
+	vld1.8 {d22-d23},[r4,: 128]!
+	vand q6,q6,q8
+	vld1.8 {d24-d25},[r5,: 128]!
+	vand q10,q10,q8
+	vld1.8 {d26-d27},[r6,: 128]!
+	veor q4,q4,q6
+	vld1.8 {d28-d29},[r7,: 128]!
+	veor q5,q5,q6
+	vld1.8 {d0},[r4,: 64]
+	veor q6,q7,q10
+	vld1.8 {d2},[r5,: 64]
+	veor q7,q9,q10
+	vld1.8 {d4},[r6,: 64]
+	veor q9,q11,q12
+	vld1.8 {d6},[r7,: 64]
+	veor q10,q0,q1
+	sub r2,r4,#32
+	vand q9,q9,q8
+	sub r4,r5,#32
+	vand q10,q10,q8
+	sub r5,r6,#32
+	veor q11,q11,q9
+	sub r6,r7,#32
+	veor q0,q0,q10
+	veor q9,q12,q9
+	veor q1,q1,q10
+	veor q10,q13,q14
+	veor q12,q2,q3
+	vand q10,q10,q8
+	vand q8,q12,q8
+	veor q12,q13,q10
+	veor q2,q2,q8
+	veor q10,q14,q10
+	veor q3,q3,q8
+	vadd.i32 q8,q4,q6
+	vsub.i32 q4,q4,q6
+	vst1.8 {d16-d17},[r2,: 128]!
+	vadd.i32 q6,q11,q12
+	vst1.8 {d8-d9},[r5,: 128]!
+	vsub.i32 q4,q11,q12
+	vst1.8 {d12-d13},[r2,: 128]!
+	vadd.i32 q6,q0,q2
+	vst1.8 {d8-d9},[r5,: 128]!
+	vsub.i32 q0,q0,q2
+	vst1.8 d12,[r2,: 64]
+	vadd.i32 q2,q5,q7
+	vst1.8 d0,[r5,: 64]
+	vsub.i32 q0,q5,q7
+	vst1.8 {d4-d5},[r4,: 128]!
+	vadd.i32 q2,q9,q10
+	vst1.8 {d0-d1},[r6,: 128]!
+	vsub.i32 q0,q9,q10
+	vst1.8 {d4-d5},[r4,: 128]!
+	vadd.i32 q2,q1,q3
+	vst1.8 {d0-d1},[r6,: 128]!
+	vsub.i32 q0,q1,q3
+	vst1.8 d4,[r4,: 64]
+	vst1.8 d0,[r6,: 64]
+	add r2,sp,#544
+	add r4,r3,#96
+	add r5,r3,#144
+	vld1.8 {d0-d1},[r2,: 128]
+	vld1.8 {d2-d3},[r4,: 128]!
+	vld1.8 {d4-d5},[r5,: 128]!
+	vzip.i32 q1,q2
+	vld1.8 {d6-d7},[r4,: 128]!
+	vld1.8 {d8-d9},[r5,: 128]!
+	vshl.i32 q5,q1,#1
+	vzip.i32 q3,q4
+	vshl.i32 q6,q2,#1
+	vld1.8 {d14},[r4,: 64]
+	vshl.i32 q8,q3,#1
+	vld1.8 {d15},[r5,: 64]
+	vshl.i32 q9,q4,#1
+	vmul.i32 d21,d7,d1
+	vtrn.32 d14,d15
+	vmul.i32 q11,q4,q0
+	vmul.i32 q0,q7,q0
+	vmull.s32 q12,d2,d2
+	vmlal.s32 q12,d11,d1
+	vmlal.s32 q12,d12,d0
+	vmlal.s32 q12,d13,d23
+	vmlal.s32 q12,d16,d22
+	vmlal.s32 q12,d7,d21
+	vmull.s32 q10,d2,d11
+	vmlal.s32 q10,d4,d1
+	vmlal.s32 q10,d13,d0
+	vmlal.s32 q10,d6,d23
+	vmlal.s32 q10,d17,d22
+	vmull.s32 q13,d10,d4
+	vmlal.s32 q13,d11,d3
+	vmlal.s32 q13,d13,d1
+	vmlal.s32 q13,d16,d0
+	vmlal.s32 q13,d17,d23
+	vmlal.s32 q13,d8,d22
+	vmull.s32 q1,d10,d5
+	vmlal.s32 q1,d11,d4
+	vmlal.s32 q1,d6,d1
+	vmlal.s32 q1,d17,d0
+	vmlal.s32 q1,d8,d23
+	vmull.s32 q14,d10,d6
+	vmlal.s32 q14,d11,d13
+	vmlal.s32 q14,d4,d4
+	vmlal.s32 q14,d17,d1
+	vmlal.s32 q14,d18,d0
+	vmlal.s32 q14,d9,d23
+	vmull.s32 q11,d10,d7
+	vmlal.s32 q11,d11,d6
+	vmlal.s32 q11,d12,d5
+	vmlal.s32 q11,d8,d1
+	vmlal.s32 q11,d19,d0
+	vmull.s32 q15,d10,d8
+	vmlal.s32 q15,d11,d17
+	vmlal.s32 q15,d12,d6
+	vmlal.s32 q15,d13,d5
+	vmlal.s32 q15,d19,d1
+	vmlal.s32 q15,d14,d0
+	vmull.s32 q2,d10,d9
+	vmlal.s32 q2,d11,d8
+	vmlal.s32 q2,d12,d7
+	vmlal.s32 q2,d13,d6
+	vmlal.s32 q2,d14,d1
+	vmull.s32 q0,d15,d1
+	vmlal.s32 q0,d10,d14
+	vmlal.s32 q0,d11,d19
+	vmlal.s32 q0,d12,d8
+	vmlal.s32 q0,d13,d17
+	vmlal.s32 q0,d6,d6
+	add r2,sp,#512
+	vld1.8 {d18-d19},[r2,: 128]
+	vmull.s32 q3,d16,d7
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+	vst1.8 d12,[r2,: 64]!
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+	vshr.s64 q6,q6,#26
+	vsub.i64 q7,q10,q7
+	vtrn.32 d2,d6
+	vshr.s64 q8,q8,#26
+	vtrn.32 d3,d7
+	vadd.i64 q3,q9,q6
+	vst1.8 d2,[r2,: 64]
+	vshl.i64 q6,q6,#26
+	vst1.8 d3,[r4,: 64]
+	vadd.i64 q1,q4,q8
+	vtrn.32 d4,d14
+	vshl.i64 q4,q8,#26
+	vtrn.32 d5,d15
+	vsub.i64 q5,q5,q6
+	add r2,r2,#16
+	vsub.i64 q0,q0,q4
+	vst1.8 d4,[r2,: 64]
+	add r4,r4,#16
+	vst1.8 d5,[r4,: 64]
+	vtrn.32 d10,d6
+	vtrn.32 d11,d7
+	sub r2,r2,#8
+	sub r4,r4,#8
+	vtrn.32 d0,d2
+	vtrn.32 d1,d3
+	vst1.8 d10,[r2,: 64]
+	vst1.8 d11,[r4,: 64]
+	sub r2,r2,#24
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+	vst1.8 d0,[r2,: 64]
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+	add r2,r3,#288
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+	vld1.8 {d0-d1},[r2,: 128]!
+	vld1.8 {d2-d3},[r4,: 128]!
+	vsub.i32 q0,q0,q1
+	vld1.8 {d2-d3},[r2,: 128]!
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+	vst1.8 d4,[r5,: 64]
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+	add r2,r3,#0
+	add r4,r3,#240
+	vld1.8 {d0-d1},[r4,: 128]!
+	vld1.8 {d2-d3},[r4,: 128]!
+	vld1.8 {d4},[r4,: 64]
+	add r4,r3,#336
+	vld1.8 {d6-d7},[r4,: 128]!
+	vtrn.32 q0,q3
+	vld1.8 {d8-d9},[r4,: 128]!
+	vshl.i32 q5,q0,#4
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+	add r4,r4,#8
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+	vadd.i64 q12,q12,q8
+	vtrn.32 d12,d14
+	vshl.i64 q8,q8,#26
+	vtrn.32 d13,d15
+	vadd.i64 q3,q12,q3
+	vadd.i64 q0,q0,q14
+	vst1.8 d12,[r2,: 64]!
+	vshl.i64 q7,q13,#4
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+	vsub.i64 q1,q1,q8
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+	vadd.i64 q5,q5,q3
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+	vadd.i64 q6,q5,q11
+	vadd.i64 q0,q0,q13
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+	vadd.i64 q8,q0,q11
+	vsub.i64 q3,q12,q3
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+	vsub.i64 q7,q10,q7
+	vtrn.32 d2,d6
+	vshr.s64 q8,q8,#26
+	vtrn.32 d3,d7
+	vadd.i64 q3,q9,q6
+	vst1.8 d2,[r2,: 64]
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+	.Lsquaringloop:
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+	vmlal.s32 q5,d26,d4
+	vext.32 d13,d8,d8,#0
+	vmlal.s32 q5,d27,d1
+	vmov.i64 d12,#0
+	vmlal.s32 q5,d28,d19
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+	vmlal.s32 q6,d16,d25
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+	vmlal.s32 q6,d14,d5
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+	vmlal.s32 q4,d21,d6
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+	add r2,sp,#528
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