math/mpx-mul4-*.S: Fix up some of the commentary.
[catacomb] / math / mpx-mul4-x86-sse2.S
index baf7cc5..b1072ff 100644 (file)
 /// MA 02111-1307, USA.
 
 ///--------------------------------------------------------------------------
-/// External definitions.
+/// Preliminaries.
 
 #include "config.h"
 #include "asm-common.h"
 
-///--------------------------------------------------------------------------
-/// Prologue.
-
        .arch   pentium4
+
        .text
 
 ///--------------------------------------------------------------------------
 /// construct more general variable-length multipliers.
 ///
 /// The basic trick is the same throughout.  In an operand-scanning
-/// multiplication, the inner multiplication loop multiplies a
-/// multiple-precision operand by a single precision factor, and adds the
-/// result, appropriately shifted, to the result.  A `finely integrated
-/// operand scanning' implementation of Montgomery multiplication also adds
-/// the product of a single-precision `Montgomery factor' and the modulus,
+/// multiplication, the inner multiplication loop multiplies a multiple-
+/// precision operand by a single precision factor, and adds the result,
+/// appropriately shifted, to the result.  A `finely integrated operand
+/// scanning' implementation of Montgomery multiplication also adds the
+/// product of a single-precision `Montgomery factor' and the modulus,
 /// calculated in the same pass.  The more common `coarsely integrated
 /// operand scanning' alternates main multiplication and Montgomery passes,
 /// which requires additional carry propagation.
 /// many products together before we must deal with carrying; it also allows
 /// for some calculations to be performed on the above expanded form.
 ///
+/// We maintain four `carry' registers XMM4--XMM7 accumulating intermediate
+/// results.  The registers' precise roles rotate during the computation; we
+/// name them `c0', `c1', `c2', and `c3'.  Each carry register holds two
+/// 64-bit halves: the register c0, for example, holds c'_0 (low half) and
+/// c''_0 (high half), and represents the value c_0 = c'_0 + c''_0 b; the
+/// carry registers collectively represent the value c_0 + c_1 B + c_2 B^2 +
+/// c_3 B^3.  The `pmuluqd' instruction acting on a scalar operand (broadcast
+/// across all lanes of its vector) and an operand in the expanded form above
+/// produces a result which can be added directly to the appropriate carry
+/// register.  Following a pass of four multiplications, we perform some
+/// limited carry propagation: let t = c''_0 mod B, and let d = c'_0 + t b;
+/// then we output z = d mod B, add (floor(d/B), floor(c''_0/B)) to c1, and
+/// cycle the carry registers around, so that c1 becomes c0, and the old
+/// (implicitly) zeroed c0 becomes c3.
+///
 /// On 32-bit x86, we are register starved: the expanded operands are kept in
-/// memory, typically in warm L1 cache.
+/// memory, typically in warm L1 cache.  The packed operands are read from
+/// memory into working registers XMM0--XMM3 and processed immediately.
+/// The following conventional argument names and locations are used
+/// throughout.
+///
+/// Arg        Format      Location    Notes
+///
+/// U  packed      [EAX]
+/// X  packed      [EBX]       In Montgomery multiplication, X = N
+/// V  expanded    [ECX]
+/// Y  expanded    [EDX]       In Montgomery multiplication, Y = (A + U V) M
+/// M  expanded    [ESI]       -N^{-1} (mod B^4)
+/// N                          Modulus, for Montgomery multiplication
+/// A  packed      [EDI]       Destination/accumulator
+/// C  carry       XMM4--XMM7
+///
+/// The calculation is some variant of
+///
+///    A' + C' B^4 <- U V + X Y + A + C
+///
+/// The low-level functions fit into a fairly traditional (finely-integrated)
+/// operand scanning loop over operand pairs (U, X) (indexed by j) and (V, Y)
+/// (indexed by i).
 ///
-/// We maintain four `carry' registers accumulating intermediate results.
-/// The registers' precise roles rotate during the computation; we name them
-/// `c0', `c1', `c2', and `c3'.  Each carry register holds two 64-bit halves:
-/// the register c0, for example, holds c'_0 (low half) and c''_0 (high
-/// half), and represents the value c_0 = c'_0 + c''_0 b; the carry registers
-/// collectively represent the value c_0 + c_1 B + c_2 B^2 + c_3 B^3.  The
-/// `pmuluqd' instruction acting on a scalar operand (broadcast across all
-/// lanes of its vector) and an operand in the expanded form above produces a
-/// result which can be added directly to the appropriate carry register.
-/// Following a pass of four multiplications, we perform some limited carry
-/// propagation: let t = c''_0 mod B, and let d = c'_0 + t b; then we output
-/// z = d mod B, add (floor(d/B), floor(c''_0/B)) to c1, and cycle the carry
-/// registers around, so that c1 becomes c0, and the old c0 is (implicitly)
-/// zeroed becomes c3.
+/// The variants are as follows.
+///
+/// Function   Variant                 Use             i       j
+///
+/// mmul4      A = C = 0               Montgomery      0       0
+/// dmul4      A = 0                   Montgomery      0       +
+/// mmla4      C = 0                   Montgomery      +       0
+/// dmla4      exactly as shown        Montgomery      +       +
+/// mont4      U = V = C = 0           Montgomery      any     0
+///
+/// mul4zc     U = V = A = C = 0       Plain           0       0
+/// mul4       U = V = A = 0           Plain           0       +
+/// mla4zc     U = V = C = 0           Plain           +       0
+/// mla4       U = V = 0               Plain           +       +
+///
+/// The `mmul4' and `mmla4' functions are also responsible for calculating
+/// the Montgomery reduction factor Y = (A + U V) M used by the rest of the
+/// inner loop.
 
 ///--------------------------------------------------------------------------
 /// Macro definitions.
 .macro mulcore r, s, d0, d1=nil, d2=nil, d3=nil
        // Load a word r_i from R, multiply by the expanded operand [S], and
        // leave the pieces of the product in registers D0, D1, D2, D3.
-       movd    \d0, \r                 // (r_i, 0, 0, 0)
+       movd    \d0, \r                 // (r_i, 0; 0, 0)
   .ifnes "\d1", "nil"
-       movdqa  \d1, [\s]               // (s'_0, s'_1, s''_0, s''_1)
+       movdqa  \d1, [\s]               // (s'_0, s'_1; s''_0, s''_1)
   .endif
   .ifnes "\d3", "nil"
-       movdqa  \d3, [\s + 16]          // (s'_2, s'_3, s''_2, s''_3)
+       movdqa  \d3, [\s + 16]          // (s'_2, s'_3; s''_2, s''_3)
   .endif
-       pshufd  \d0, \d0, SHUF(3, 0, 3, 0) // (r_i, ?, r_i, ?)
+       pshufd  \d0, \d0, SHUF(0, 3, 0, 3) // (r_i, ?; r_i, ?)
   .ifnes "\d1", "nil"
-       psrldq  \d1, 4                  // (s'_1, s''_0, s''_1, 0)
+       psrldq  \d1, 4                  // (s'_1, s''_0; s''_1, 0)
   .endif
   .ifnes "\d2", "nil"
     .ifnes "\d3", "nil"
-       movdqa  \d2, \d3                // another copy of (s'_2, s'_3, ...)
+       movdqa  \d2, \d3                // another copy of (s'_2, s'_3; ...)
     .else
-       movdqa  \d2, \d0                // another copy of (r_i, ?, r_i, ?)
+       movdqa  \d2, \d0                // another copy of (r_i, ?; r_i, ?)
     .endif
   .endif
   .ifnes "\d3", "nil"
-       psrldq  \d3, 4                  // (s'_3, s''_2, s''_3, 0)
+       psrldq  \d3, 4                  // (s'_3, s''_2; s''_3, 0)
   .endif
   .ifnes "\d1", "nil"
-       pmuludq \d1, \d0                // (r_i s'_1, r_i s''_1)
+       pmuludq \d1, \d0                // (r_i s'_1; r_i s''_1)
   .endif
   .ifnes "\d3", "nil"
-       pmuludq \d3, \d0                // (r_i s'_3, r_i s''_3)
+       pmuludq \d3, \d0                // (r_i s'_3; r_i s''_3)
   .endif
   .ifnes "\d2", "nil"
     .ifnes "\d3", "nil"
-       pmuludq \d2, \d0                // (r_i s'_2, r_i s''_2)
+       pmuludq \d2, \d0                // (r_i s'_2; r_i s''_2)
     .else
        pmuludq \d2, [\s + 16]
     .endif
   .endif
-       pmuludq \d0, [\s]               // (r_i s'_0, r_i s''_0)
+       pmuludq \d0, [\s]               // (r_i s'_0; r_i s''_0)
 .endm
 
 .macro accum   c0, c1=nil, c2=nil, c3=nil
        // carry registers.  On completion, XMM3 is clobbered.  If CC is
        // `nil', then the contribution which would have been added to it is
        // left in C.
-       pshufd  xmm3, \c, SHUF(2, 3, 3, 3) // (?, ?, ?, t = c'' mod B)
-       psrldq  xmm3, 12                // (t, 0, 0, 0) = (t, 0)
-       pslldq  xmm3, 2                 // (t b, 0)
-       paddq   \c, xmm3                // (c' + t b, c'')
+       pshufd  xmm3, \c, SHUF(3, 3, 3, 2) // (?, ?; ?, t = c'' mod B)
+       psrldq  xmm3, 12                // (t, 0; 0, 0) = (t, 0)
+       pslldq  xmm3, 2                 // (t b; 0)
+       paddq   \c, xmm3                // (c' + t b; c'')
        movd    \d, \c
        psrlq   \c, 32                  // floor(c/B)
   .ifnes "\cc", "nil"
        // of the value represented in C are written to D, and the remaining
        // bits are left at the bottom of T.
        movdqa  \t, \c
-       psllq   \t, 16                  // (?, c'' b)
-       pslldq  \c, 8                   // (0, c')
-       paddq   \t, \c                  // (?, c' + c'' b)
-       psrldq  \t, 8                   // c' + c'' b
+       psllq   \t, 16                  // (?; c'' b)
+       pslldq  \c, 8                   // (0; c')
+       paddq   \t, \c                  // (?; c' + c'' b)
+       psrldq  \t, 8                   // (c' + c'' b; 0) = (c; 0)
        movd    \d, \t
-       psrldq  \t, 4                   // floor((c' + c'' b)/B)
+       psrldq  \t, 4                   // (floor(c/B); 0)
 .endm
 
 .macro expand  z, a, b, c=nil, d=nil
        // On entry, A and C hold packed 128-bit values, and Z is zero.  On
        // exit, A:B and C:D together hold the same values in expanded
        // form.  If C is `nil', then only expand A to A:B.
-       movdqa  \b, \a                  // (a_0, a_1, a_2, a_3)
+       movdqa  \b, \a                  // (a_0, a_1; a_2, a_3)
   .ifnes "\c", "nil"
-       movdqa  \d, \c                  // (c_0, c_1, c_2, c_3)
+       movdqa  \d, \c                  // (c_0, c_1; c_2, c_3)
   .endif
-       punpcklwd \a, \z                // (a'_0, a''_0, a'_1, a''_1)
-       punpckhwd \b, \z                // (a'_2, a''_2, a'_3, a''_3)
+       punpcklwd \a, \z                // (a'_0, a''_0; a'_1, a''_1)
+       punpckhwd \b, \z                // (a'_2, a''_2; a'_3, a''_3)
   .ifnes "\c", "nil"
-       punpcklwd \c, \z                // (c'_0, c''_0, c'_1, c''_1)
-       punpckhwd \d, \z                // (c'_2, c''_2, c'_3, c''_3)
+       punpcklwd \c, \z                // (c'_0, c''_0; c'_1, c''_1)
+       punpckhwd \d, \z                // (c'_2, c''_2; c'_3, c''_3)
   .endif
-       pshufd  \a, \a, SHUF(3, 1, 2, 0) // (a'_0, a'_1, a''_0, a''_1)
-       pshufd  \b, \b, SHUF(3, 1, 2, 0) // (a'_2, a'_3, a''_2, a''_3)
+       pshufd  \a, \a, SHUF(0, 2, 1, 3) // (a'_0, a'_1; a''_0, a''_1)
+       pshufd  \b, \b, SHUF(0, 2, 1, 3) // (a'_2, a'_3; a''_2, a''_3)
   .ifnes "\c", "nil"
-       pshufd  \c, \c, SHUF(3, 1, 2, 0) // (c'_0, c'_1, c''_0, c''_1)
-       pshufd  \d, \d, SHUF(3, 1, 2, 0) // (c'_2, c'_3, c''_2, c''_3)
+       pshufd  \c, \c, SHUF(0, 2, 1, 3) // (c'_0, c'_1; c''_0, c''_1)
+       pshufd  \d, \d, SHUF(0, 2, 1, 3) // (c'_2, c'_3; c''_2, c''_3)
   .endif
 .endm
 
        // we can do that, we must gather them together.
        movdqa  \t, \c0
        movdqa  \u, \c1
-       punpcklqdq \t, \c2              // (y'_0, y'_2)
-       punpckhqdq \c0, \c2             // (y''_0, y''_2)
-       punpcklqdq \u, \c3              // (y'_1, y'_3)
-       punpckhqdq \c1, \c3             // (y''_1, y''_3)
+       punpcklqdq \t, \c2              // (y'_0; y'_2)
+       punpckhqdq \c0, \c2             // (y''_0; y''_2)
+       punpcklqdq \u, \c3              // (y'_1; y'_3)
+       punpckhqdq \c1, \c3             // (y''_1; y''_3)
 
        // Now split the double-prime pieces.  The high (up to) 48 bits will
        // go up; the low 16 bits go down.
        movdqa  \c3, \c1
        psllq   \c2, 48
        psllq   \c3, 48
-       psrlq   \c0, 16                 // high parts of (y''_0, y''_2)
-       psrlq   \c1, 16                 // high parts of (y''_1, y''_3)
-       psrlq   \c2, 32                 // low parts of (y''_0, y''_2)
-       psrlq   \c3, 32                 // low parts of (y''_1, y''_3)
+       psrlq   \c0, 16                 // high parts of (y''_0; y''_2)
+       psrlq   \c1, 16                 // high parts of (y''_1; y''_3)
+       psrlq   \c2, 32                 // low parts of (y''_0; y''_2)
+       psrlq   \c3, 32                 // low parts of (y''_1; y''_3)
   .ifnes "\hi", "nil"
        movdqa  \hi, \c1
   .endif
-       pslldq  \c1, 8                  // high part of (0, y''_1)
+       pslldq  \c1, 8                  // high part of (0; y''_1)
 
        paddq   \t, \c2                 // propagate down
        paddq   \u, \c3
-       paddq   \t, \c1                 // and up: (y_0, y_2)
-       paddq   \u, \c0                 // (y_1, y_3)
+       paddq   \t, \c1                 // and up: (y_0; y_2)
+       paddq   \u, \c0                 // (y_1; y_3)
   .ifnes "\hi", "nil"
-       psrldq  \hi, 8                  // high part of (y''_3, 0)
+       psrldq  \hi, 8                  // high part of (y''_3; 0)
   .endif
 
        // Finally extract the answer.  This complicated dance is better than
        // storing to memory and loading, because the piecemeal stores
        // inhibit store forwarding.
-       movdqa  \c3, \t                 // (y_0, y_1)
-       movdqa  \lo, \t                 // (y^*_0, ?, ?, ?)
-       psrldq  \t, 8                   // (y_2, 0)
-       psrlq   \c3, 32                 // (floor(y_0/B), ?)
-       paddq   \c3, \u                 // (y_1 + floor(y_0/B), ?)
-       movdqa  \c1, \c3                // (y^*_1, ?, ?, ?)
-       psrldq  \u, 8                   // (y_3, 0)
-       psrlq   \c3, 32                 // (floor((y_1 B + y_0)/B^2, ?)
-       paddq   \c3, \t                 // (y_2 + floor((y_1 B + y_0)/B^2, ?)
-       punpckldq \lo, \c3              // (y^*_0, y^*_2, ?, ?)
-       psrlq   \c3, 32             // (floor((y_2 B^2 + y_1 B + y_0)/B^3, ?)
-       paddq   \c3, \u       // (y_3 + floor((y_2 B^2 + y_1 B + y_0)/B^3, ?)
+       movdqa  \c3, \t                 // (y_0; ?)
+       movdqa  \lo, \t                 // (y^*_0, ?; ?, ?)
+       psrldq  \t, 8                   // (y_2; 0)
+       psrlq   \c3, 32                 // (floor(y_0/B); ?)
+       paddq   \c3, \u                 // (y_1 + floor(y_0/B); ?)
+       movdqa  \c1, \c3                // (y^*_1, ?; ?, ?)
+       psrldq  \u, 8                   // (y_3; 0)
+       psrlq   \c3, 32                 // (floor((y_1 B + y_0)/B^2; ?)
+       paddq   \c3, \t                 // (y_2 + floor((y_1 B + y_0)/B^2; ?)
+       punpckldq \lo, \c3              // (y^*_0, y^*_2; ?, ?)
+       psrlq   \c3, 32             // (floor((y_2 B^2 + y_1 B + y_0)/B^3; ?)
+       paddq   \c3, \u       // (y_3 + floor((y_2 B^2 + y_1 B + y_0)/B^3; ?)
   .ifnes "\hi", "nil"
        movdqa  \t, \c3
        pxor    \u, \u
   .endif
-       punpckldq \c1, \c3              // (y^*_1, y^*_3, ?, ?)
+       punpckldq \c1, \c3              // (y^*_1, y^*_3; ?, ?)
   .ifnes "\hi", "nil"
        psrlq   \t, 32                  // very high bits of y
        paddq   \hi, \t
        // On exit, the carry registers, including XMM7, are updated to hold
        // C + A; XMM0, XMM1, XMM2, and XMM3 are clobbered.  The other
        // registers are preserved.
-       movd    xmm0, [edi +  0]        // (a_0, 0)
-       movd    xmm1, [edi +  4]        // (a_1, 0)
-       movd    xmm2, [edi +  8]        // (a_2, 0)
-       movd    xmm7, [edi + 12]        // (a_3, 0)
-
-       paddq   xmm4, xmm0              // (c'_0 + a_0, c''_0)
-       paddq   xmm5, xmm1              // (c'_1 + a_1, c''_1)
-       paddq   xmm6, xmm2              // (c'_2 + a_2, c''_2 + a_3 b)
+       movd    xmm0, [edi +  0]        // (a_0; 0)
+       movd    xmm1, [edi +  4]        // (a_1; 0)
+       movd    xmm2, [edi +  8]        // (a_2; 0)
+       movd    xmm7, [edi + 12]        // (a_3; 0)
+
+       paddq   xmm4, xmm0              // (c'_0 + a_0; c''_0)
+       paddq   xmm5, xmm1              // (c'_1 + a_1; c''_1)
+       paddq   xmm6, xmm2              // (c'_2 + a_2; c''_2 + a_3 b)
 .endm
 
 ///--------------------------------------------------------------------------
@@ -318,7 +357,6 @@ INTFUNC(carryprop)
        propout [edi +  8], xmm6, nil
        endprop [edi + 12], xmm6, xmm4
        ret
-
 ENDFUNC
 
 INTFUNC(dmul4)
@@ -350,7 +388,6 @@ INTFUNC(dmul4)
        propout [edi + 12],      xmm7, xmm4
 
        ret
-
 ENDFUNC
 
 INTFUNC(dmla4)
@@ -386,7 +423,6 @@ INTFUNC(dmla4)
        propout [edi + 12],      xmm7, xmm4
 
        ret
-
 ENDFUNC
 
 INTFUNC(mul4zc)
@@ -412,7 +448,6 @@ INTFUNC(mul4zc)
        propout [edi + 12],      xmm7, xmm4
 
        ret
-
 ENDFUNC
 
 INTFUNC(mul4)
@@ -440,7 +475,6 @@ INTFUNC(mul4)
        propout [edi + 12],      xmm7, xmm4
 
        ret
-
 ENDFUNC
 
 INTFUNC(mla4zc)
@@ -472,7 +506,6 @@ INTFUNC(mla4zc)
        propout [edi + 12],      xmm7, xmm4
 
        ret
-
 ENDFUNC
 
 INTFUNC(mla4)
@@ -503,7 +536,6 @@ INTFUNC(mla4)
        propout [edi + 12],      xmm7, xmm4
 
        ret
-
 ENDFUNC
 
 INTFUNC(mmul4)
@@ -525,7 +557,6 @@ INTFUNC(mmul4)
        mulcore [eax +  0], ecx, xmm4, xmm5, xmm6, xmm7
        propout [edi +  0],      xmm4, xmm5
        jmp     5f
-
 ENDFUNC
 
 INTFUNC(mmla4)
@@ -563,9 +594,9 @@ INTFUNC(mmla4)
        mulacc  [eax + 12], ecx, xmm7, xmm4, xmm5, xmm6, t
        propout [edi + 12],      xmm7, xmm4
 
-       movdqa  [esp +  0], xmm4
-       movdqa  [esp + 16], xmm5
-       movdqa  [esp + 32], xmm6
+       movdqa  [SP +  0], xmm4
+       movdqa  [SP + 16], xmm5
+       movdqa  [SP + 32], xmm6
 
        // Calculate Y = W M.
        mulcore [edi +  0], esi, xmm4, xmm5, xmm6, xmm7
@@ -608,14 +639,13 @@ INTFUNC(mmla4)
        propout [edi + 12],      xmm7, xmm4
 
        // Add add on the carry we calculated earlier.
-       paddq   xmm4, [esp +  0]
-       paddq   xmm5, [esp + 16]
-       paddq   xmm6, [esp + 32]
+       paddq   xmm4, [SP +  0]
+       paddq   xmm5, [SP + 16]
+       paddq   xmm6, [SP + 32]
 
        // And, with that, we're done.
        stfree  48 + 12
        ret
-
 ENDFUNC
 
 INTFUNC(mont4)
@@ -672,50 +702,57 @@ INTFUNC(mont4)
 
        // And, with that, we're done.
        ret
-
 ENDFUNC
 
 ///--------------------------------------------------------------------------
 /// Bulk multipliers.
 
+FUNC(mpx_umul4_x86_avx)
+       .arch   .avx
+       vzeroupper
+  endprologue
+       // and drop through...
+       .arch   pentium4
+ENDFUNC
+
 FUNC(mpx_umul4_x86_sse2)
        // void mpx_umul4_x86_sse2(mpw *dv, const mpw *av, const mpw *avl,
        //                         const mpw *bv, const mpw *bvl);
 
-       // Build a stack frame.  Arguments will be relative to EBP, as
+       // Build a stack frame.  Arguments will be relative to BP, as
        // follows.
        //
-       //      ebp + 20        dv
-       //      ebp + 24        av
-       //      ebp + 28        avl
-       //      ebp + 32        bv
-       //      ebp + 36        bvl
+       //      BP + 20 dv
+       //      BP + 24 av
+       //      BP + 28 avl
+       //      BP + 32 bv
+       //      BP + 36 bvl
        //
-       // Locals are relative to ESP, as follows.
+       // Locals are relative to SP, as follows.
        //
-       //      esp +  0        expanded Y (32 bytes)
-       //      esp + 32        (top of locals)
-       pushreg ebp
+       //      SP +  0 expanded Y (32 bytes)
+       //      SP + 32 (top of locals)
+       pushreg BP
        pushreg ebx
        pushreg esi
        pushreg edi
-       setfp   ebp
-       and     esp, ~15
-       sub     esp, 32
+       setfp
+       stalloc 32
+       and     SP, ~15
   endprologue
 
        // Prepare for the first iteration.
-       mov     esi, [ebp + 32]         // -> bv[0]
+       mov     esi, [BP + 32]          // -> bv[0]
        pxor    xmm7, xmm7
        movdqu  xmm0, [esi]             // bv[0]
-       mov     edi, [ebp + 20]         // -> dv[0]
+       mov     edi, [BP + 20]          // -> dv[0]
        mov     ecx, edi                // outer loop dv cursor
        expand  xmm7, xmm0, xmm1
-       mov     ebx, [ebp + 24]         // -> av[0]
-       mov     eax, [ebp + 28]         // -> av[m] = av limit
-       mov     edx, esp                // -> expanded Y = bv[0]
-       movdqa  [esp + 0], xmm0         // bv[0] expanded low
-       movdqa  [esp + 16], xmm1        // bv[0] expanded high
+       mov     ebx, [BP + 24]          // -> av[0]
+       mov     eax, [BP + 28]          // -> av[m] = av limit
+       mov     edx, SP                 // -> expanded Y = bv[0]
+       movdqa  [SP + 0], xmm0          // bv[0] expanded low
+       movdqa  [SP + 16], xmm1         // bv[0] expanded high
        call    mul4zc
        add     ebx, 16
        add     edi, 16
@@ -734,7 +771,7 @@ FUNC(mpx_umul4_x86_sse2)
 
        // Write out the leftover carry.  There can be no tail here.
 8:     call    carryprop
-       cmp     esi, [ebp + 36]         // more passes to do?
+       cmp     esi, [BP + 36]          // more passes to do?
        jae     9f
 
        .p2align 4
@@ -743,9 +780,9 @@ FUNC(mpx_umul4_x86_sse2)
        mov     edi, ecx                // -> dv[i]
        pxor    xmm7, xmm7
        expand  xmm7, xmm0, xmm1
-       mov     ebx, [ebp + 24]         // -> av[0]
-       movdqa  [esp + 0], xmm0         // bv[i] expanded low
-       movdqa  [esp + 16], xmm1        // bv[i] expanded high
+       mov     ebx, [BP + 24]          // -> av[0]
+       movdqa  [SP + 0], xmm0          // bv[i] expanded low
+       movdqa  [SP + 16], xmm1         // bv[i] expanded high
        call    mla4zc
        add     edi, 16
        add     ebx, 16
@@ -765,7 +802,7 @@ FUNC(mpx_umul4_x86_sse2)
        // Finish off this pass.  There was no tail on the previous pass, and
        // there can be none on this pass.
 8:     call    carryprop
-       cmp     esi, [ebp + 36]
+       cmp     esi, [BP + 36]
        jb      1b
 
        // All over.
@@ -773,78 +810,85 @@ FUNC(mpx_umul4_x86_sse2)
        pop     edi
        pop     esi
        pop     ebx
-       pop     ebp
+       pop     BP
        ret
+ENDFUNC
 
+FUNC(mpxmont_mul4_x86_avx)
+       .arch   .avx
+       vzeroupper
+  endprologue
+       // and drop through...
+       .arch   pentium4
 ENDFUNC
 
 FUNC(mpxmont_mul4_x86_sse2)
        // void mpxmont_mul4_x86_sse2(mpw *dv, const mpw *av, const mpw *bv,
        //                           const mpw *nv, size_t n, const mpw *mi);
 
-       // Build a stack frame.  Arguments will be relative to EBP, as
+       // Build a stack frame.  Arguments will be relative to BP, as
        // follows.
        //
-       //      ebp + 20        dv
-       //      ebp + 24        av
-       //      ebp + 28        bv
-       //      ebp + 32        nv
-       //      ebp + 36        n (nonzero multiple of 4)
-       //      ebp + 40        mi
+       //      BP + 20 dv
+       //      BP + 24 av
+       //      BP + 28 bv
+       //      BP + 32 nv
+       //      BP + 36 n (nonzero multiple of 4)
+       //      BP + 40 mi
        //
-       // Locals are relative to ESP, which 16-byte aligned, as follows.
+       // Locals are relative to SP, which 16-byte aligned, as follows.
        //
-       //      esp +   0       expanded V (32 bytes)
-       //      esp +  32       expanded M (32 bytes)
-       //      esp +  64       expanded Y (32 bytes)
-       //      esp +  96       outer loop dv
-       //      esp + 100       outer loop bv
-       //      esp + 104       av limit (mostly in ESI)
-       //      esp + 108       bv limit
-       //      esp + 112       (top of locals)
-       pushreg ebp
+       //      SP +   0        expanded V (32 bytes)
+       //      SP +  32        expanded M (32 bytes)
+       //      SP +  64        expanded Y (32 bytes)
+       //      SP +  96        outer loop dv
+       //      SP + 100        outer loop bv
+       //      SP + 104        av limit (mostly in ESI)
+       //      SP + 108        bv limit
+       //      SP + 112        (top of locals)
+       pushreg BP
        pushreg ebx
        pushreg esi
        pushreg edi
-       setfp   ebp
-       and     esp, ~15
-       sub     esp, 112
+       setfp
+       stalloc 112
+       and     SP, ~15
   endprologue
 
        // Establish the expanded operands.
        pxor    xmm7, xmm7
-       mov     ecx, [ebp + 28]         // -> bv
-       mov     edx, [ebp + 40]         // -> mi
+       mov     ecx, [BP + 28]          // -> bv
+       mov     edx, [BP + 40]          // -> mi
        movdqu  xmm0, [ecx]             // bv[0]
        movdqu  xmm2, [edx]             // mi
        expand  xmm7, xmm0, xmm1, xmm2, xmm3
-       movdqa  [esp +  0], xmm0        // bv[0] expanded low
-       movdqa  [esp + 16], xmm1        // bv[0] expanded high
-       movdqa  [esp + 32], xmm2        // mi expanded low
-       movdqa  [esp + 48], xmm3        // mi expanded high
+       movdqa  [SP +  0], xmm0         // bv[0] expanded low
+       movdqa  [SP + 16], xmm1         // bv[0] expanded high
+       movdqa  [SP + 32], xmm2         // mi expanded low
+       movdqa  [SP + 48], xmm3         // mi expanded high
 
        // Set up the outer loop state and prepare for the first iteration.
-       mov     edx, [ebp + 36]         // n
-       mov     eax, [ebp + 24]         // -> U = av[0]
-       mov     ebx, [ebp + 32]         // -> X = nv[0]
-       mov     edi, [ebp + 20]         // -> Z = dv[0]
-       mov     [esp + 100], ecx
+       mov     edx, [BP + 36]          // n
+       mov     eax, [BP + 24]          // -> U = av[0]
+       mov     ebx, [BP + 32]          // -> X = nv[0]
+       mov     edi, [BP + 20]          // -> Z = dv[0]
+       mov     [SP + 100], ecx
        lea     ecx, [ecx + 4*edx]      // -> bv[n/4] = bv limit
        lea     edx, [eax + 4*edx]      // -> av[n/4] = av limit
-       mov     [esp + 96], edi
-       mov     [esp + 104], edx
-       mov     [esp + 108], ecx
-       lea     ecx, [esp + 0]          // -> expanded V = bv[0]
-       lea     esi, [esp + 32]         // -> expanded M = mi
-       lea     edx, [esp + 64]         // -> space for Y
+       mov     [SP + 96], edi
+       mov     [SP + 104], edx
+       mov     [SP + 108], ecx
+       lea     ecx, [SP + 0]           // -> expanded V = bv[0]
+       lea     esi, [SP + 32]          // -> expanded M = mi
+       lea     edx, [SP + 64]          // -> space for Y
        call    mmul4
-       mov     esi, [esp + 104]        // recover av limit
+       mov     esi, [SP + 104]         // recover av limit
        add     edi, 16
        add     eax, 16
        add     ebx, 16
        cmp     eax, esi                // done already?
        jae     8f
-       mov     [esp + 96], edi
+       mov     [SP + 96], edi
 
        .p2align 4
        // Complete the first inner loop.
@@ -863,26 +907,26 @@ FUNC(mpxmont_mul4_x86_sse2)
        // Embark on the next iteration.  (There must be one.  If n = 1, then
        // we would have bailed above, to label 8.  Similarly, the subsequent
        // iterations can fall into the inner loop immediately.)
-1:     mov     eax, [esp + 100]        // -> bv[i - 1]
-       mov     edi, [esp + 96]         // -> Z = dv[i]
+1:     mov     eax, [SP + 100]         // -> bv[i - 1]
+       mov     edi, [SP + 96]          // -> Z = dv[i]
        add     eax, 16                 // -> bv[i]
        pxor    xmm7, xmm7
-       mov     [esp + 100], eax
-       cmp     eax, [esp + 108]        // done yet?
+       mov     [SP + 100], eax
+       cmp     eax, [SP + 108]         // done yet?
        jae     9f
        movdqu  xmm0, [eax]             // bv[i]
-       mov     ebx, [ebp + 32]         // -> X = nv[0]
-       lea     esi, [esp + 32]         // -> expanded M = mi
-       mov     eax, [ebp + 24]         // -> U = av[0]
+       mov     ebx, [BP + 32]          // -> X = nv[0]
+       lea     esi, [SP + 32]          // -> expanded M = mi
+       mov     eax, [BP + 24]          // -> U = av[0]
        expand  xmm7, xmm0, xmm1
-       movdqa  [esp + 0], xmm0         // bv[i] expanded low
-       movdqa  [esp + 16], xmm1        // bv[i] expanded high
+       movdqa  [SP + 0], xmm0          // bv[i] expanded low
+       movdqa  [SP + 16], xmm1         // bv[i] expanded high
        call    mmla4
-       mov     esi, [esp + 104]        // recover av limit
+       mov     esi, [SP + 104]         // recover av limit
        add     edi, 16
        add     eax, 16
        add     ebx, 16
-       mov     [esp + 96], edi
+       mov     [SP + 96], edi
 
        .p2align 4
        // Complete the next inner loop.
@@ -914,64 +958,71 @@ FUNC(mpxmont_mul4_x86_sse2)
        popreg  edi
        popreg  esi
        popreg  ebx
-       popreg  ebp
+       popreg  BP
        ret
+ENDFUNC
 
+FUNC(mpxmont_redc4_x86_avx)
+       .arch   .avx
+       vzeroupper
+  endprologue
+       // and drop through...
+       .arch   pentium4
 ENDFUNC
 
 FUNC(mpxmont_redc4_x86_sse2)
        // void mpxmont_redc4_x86_sse2(mpw *dv, mpw *dvl, const mpw *nv,
        //                             size_t n, const mpw *mi);
 
-       // Build a stack frame.  Arguments will be relative to EBP, as
+       // Build a stack frame.  Arguments will be relative to BP, as
        // follows.
        //
-       //      ebp + 20        dv
-       //      ebp + 24        dvl
-       //      ebp + 28        nv
-       //      ebp + 32        n (nonzero multiple of 4)
-       //      ebp + 36        mi
+       //      BP + 20 dv
+       //      BP + 24 dvl
+       //      BP + 28 nv
+       //      BP + 32 n (nonzero multiple of 4)
+       //      BP + 36 mi
        //
-       // Locals are relative to ESP, as follows.
+       // Locals are relative to SP, as follows.
        //
-       //      esp +  0        outer loop dv
-       //      esp +  4        outer dv limit
-       //      esp +  8        blocks-of-4 dv limit
-       //      esp + 12        expanded M (32 bytes)
-       //      esp + 44        expanded Y (32 bytes)
-       //      esp + 76        (top of locals)
-       pushreg ebp
+       //      SP +  0 outer loop dv
+       //      SP +  4 outer dv limit
+       //      SP +  8 blocks-of-4 dv limit
+       //      SP + 12 expanded M (32 bytes)
+       //      SP + 44 expanded Y (32 bytes)
+       //      SP + 76 (top of locals)
+       pushreg BP
        pushreg ebx
        pushreg esi
        pushreg edi
-       setfp   ebp
-       and     esp, ~15
-       sub     esp, 76
+       setfp
+       and     SP, ~15
+       stalloc 76
   endprologue
 
        // Establish the expanded operands and the blocks-of-4 dv limit.
-       mov     edi, [ebp + 20]         // -> Z = dv[0]
+       mov     edi, [BP + 20]          // -> Z = dv[0]
        pxor    xmm7, xmm7
-       mov     eax, [ebp + 24]         // -> dv[n] = dv limit
+       mov     eax, [BP + 24]          // -> dv[n] = dv limit
        sub     eax, edi                // length of dv in bytes
-       mov     edx, [ebp + 36]         // -> mi
+       mov     edx, [BP + 36]          // -> mi
        movdqu  xmm0, [edx]             // mi
        and     eax, ~15                // mask off the tail end
        expand  xmm7, xmm0, xmm1
        add     eax, edi                // find limit
-       movdqa  [esp + 12], xmm0        // mi expanded low
-       movdqa  [esp + 28], xmm1        // mi expanded high
-       mov     [esp + 8], eax
+       movdqa  [SP + 12], xmm0         // mi expanded low
+       movdqa  [SP + 28], xmm1         // mi expanded high
+       mov     [SP + 8], eax
 
        // Set up the outer loop state and prepare for the first iteration.
-       mov     ecx, [ebp + 32]         // n
-       mov     ebx, [ebp + 28]         // -> X = nv[0]
+       mov     ecx, [BP + 32]          // n
+       mov     ebx, [BP + 28]          // -> X = nv[0]
        lea     edx, [edi + 4*ecx]      // -> dv[n/4] = outer dv limit
        lea     ecx, [ebx + 4*ecx]      // -> nv[n/4] = nv limit
-       mov     [esp + 0], edi
-       mov     [esp + 4], edx
-       lea     esi, [esp + 12]         // -> expanded M = mi
-       lea     edx, [esp + 44]         // -> space for Y
+       mov     [SP + 0], edi
+       mov     [SP + 4], edx
+       lea     esi, [SP + 12]          // -> expanded M = mi
+       lea     edx, [SP + 44]          // -> space for Y
        call    mont4
        add     ebx, 16
        add     edi, 16
@@ -988,8 +1039,8 @@ FUNC(mpxmont_redc4_x86_sse2)
 
        // Still have carries left to propagate.
 8:     carryadd
-       mov     esi, [esp + 8]          // -> dv blocks limit
-       mov     edx, [ebp + 24]         // dv limit
+       mov     esi, [SP + 8]           // -> dv blocks limit
+       mov     edx, [BP + 24]          // dv limit
        psllq   xmm7, 16
        pslldq  xmm7, 8
        paddq   xmm6, xmm7
@@ -1022,14 +1073,14 @@ FUNC(mpxmont_redc4_x86_sse2)
        // All done for this iteration.  Start the next.  (This must have at
        // least one follow-on iteration, or we'd not have started this outer
        // loop.)
-8:     mov     edi, [esp + 0]          // -> dv[i - 1]
-       mov     ebx, [ebp + 28]         // -> X = nv[0]
-       lea     edx, [esp + 44]         // -> space for Y
-       lea     esi, [esp + 12]         // -> expanded M = mi
+8:     mov     edi, [SP + 0]           // -> dv[i - 1]
+       mov     ebx, [BP + 28]          // -> X = nv[0]
+       lea     edx, [SP + 44]          // -> space for Y
+       lea     esi, [SP + 12]          // -> expanded M = mi
        add     edi, 16                 // -> Z = dv[i]
-       cmp     edi, [esp + 4]          // all done yet?
+       cmp     edi, [SP + 4]           // all done yet?
        jae     9f
-       mov     [esp + 0], edi
+       mov     [SP + 0], edi
        call    mont4
        add     edi, 16
        add     ebx, 16
@@ -1040,9 +1091,8 @@ FUNC(mpxmont_redc4_x86_sse2)
        popreg  edi
        popreg  esi
        popreg  ebx
-       popreg  ebp
+       popreg  BP
        ret
-
 ENDFUNC
 
 ///--------------------------------------------------------------------------
@@ -1069,22 +1119,22 @@ ENDFUNC
 .endm
 
 .macro testprologue n
-       pushreg ebp
+       pushreg BP
        pushreg ebx
        pushreg esi
        pushreg edi
-       setfp   ebp
-       and     esp, ~15
-       sub     esp, 3*32 + 4*4
+       setfp
+       stalloc 3*32 + 4*4
+       and     SP, ~15
   endprologue
        mov     eax, \n
-       mov     [esp + 104], eax
+       mov     [SP + 104], eax
        // vars:
-       //      esp +   0 = v expanded
-       //      esp +  32 = y expanded
-       //      esp +  64 = ? expanded
-       //      esp +  96 = cycles
-       //      esp + 104 = count
+       //      SP +   0 = v expanded
+       //      SP +  32 = y expanded
+       //      SP +  64 = ? expanded
+       //      SP +  96 = cycles
+       //      SP + 104 = count
 .endm
 
 .macro testepilogue
@@ -1092,15 +1142,15 @@ ENDFUNC
        popreg  edi
        popreg  esi
        popreg  ebx
-       popreg  ebp
+       popreg  BP
        ret
 .endm
 
 .macro testldcarry c
        mov     ecx, \c                 // -> c
-       movdqu  xmm4, [ecx +  0]        // (c'_0, c''_0)
-       movdqu  xmm5, [ecx + 16]        // (c'_1, c''_1)
-       movdqu  xmm6, [ecx + 32]        // (c'_2, c''_2)
+       movdqu  xmm4, [ecx +  0]        // (c'_0; c''_0)
+       movdqu  xmm5, [ecx + 16]        // (c'_1; c''_1)
+       movdqu  xmm6, [ecx + 32]        // (c'_2; c''_2)
 .endm
 
 .macro testexpand v=nil, y=nil
@@ -1109,15 +1159,15 @@ ENDFUNC
        mov     ecx, \v
        movdqu  xmm0, [ecx]
        expand  xmm7, xmm0, xmm1
-       movdqa  [esp +  0], xmm0
-       movdqa  [esp + 16], xmm1
+       movdqa  [SP +  0], xmm0
+       movdqa  [SP + 16], xmm1
   .endif
   .ifnes "\y", "nil"
        mov     edx, \y
        movdqu  xmm2, [edx]
        expand  xmm7, xmm2, xmm3
-       movdqa  [esp + 32], xmm2
-       movdqa  [esp + 48], xmm3
+       movdqa  [SP + 32], xmm2
+       movdqa  [SP + 48], xmm3
   .endif
 .endm
 
@@ -1125,25 +1175,25 @@ ENDFUNC
        .p2align 4
 0:
   .ifnes "\u", "nil"
-       lea     ecx, [esp + 0]
+       lea     ecx, [SP + 0]
   .endif
        mov     ebx, \x
   .ifeqs "\mode", "mont"
-       lea     esi, [esp + 32]
+       lea     esi, [SP + 32]
   .endif
-       cysetup esp + 96
+       cysetup SP + 96
   .ifnes "\u", "nil"
        mov     eax, \u
   .endif
   .ifeqs "\mode", "mont"
-       lea     edx, [esp + 64]
+       lea     edx, [SP + 64]
   .else
-       lea     edx, [esp + 32]
+       lea     edx, [SP + 32]
   .endif
 .endm
 
 .macro testtail cyv
-       cystore esp + 96, \cyv, esp + 104
+       cystore SP + 96, \cyv, SP + 104
        jnz     0b
 .endm
 
@@ -1155,122 +1205,122 @@ ENDFUNC
 .endm
 
 FUNC(test_dmul4)
-       testprologue [ebp + 44]
-       testldcarry [ebp + 24]
-       testexpand [ebp + 36], [ebp + 40]
-       mov     edi, [ebp + 20]
-       testtop [ebp + 28], [ebp + 32]
+       testprologue [BP + 44]
+       testldcarry [BP + 24]
+       testexpand [BP + 36], [BP + 40]
+       mov     edi, [BP + 20]
+       testtop [BP + 28], [BP + 32]
        call    dmul4
-       testtail [ebp + 48]
-       testcarryout [ebp + 24]
+       testtail [BP + 48]
+       testcarryout [BP + 24]
        testepilogue
 ENDFUNC
 
 FUNC(test_dmla4)
-       testprologue [ebp + 44]
-       testldcarry [ebp + 24]
-       testexpand [ebp + 36], [ebp + 40]
-       mov     edi, [ebp + 20]
-       testtop [ebp + 28], [ebp + 32]
+       testprologue [BP + 44]
+       testldcarry [BP + 24]
+       testexpand [BP + 36], [BP + 40]
+       mov     edi, [BP + 20]
+       testtop [BP + 28], [BP + 32]
        call    dmla4
-       testtail [ebp + 48]
-       testcarryout [ebp + 24]
+       testtail [BP + 48]
+       testcarryout [BP + 24]
        testepilogue
 ENDFUNC
 
 FUNC(test_mul4)
-       testprologue [ebp + 36]
-       testldcarry [ebp + 24]
-       testexpand nil, [ebp + 32]
-       mov     edi, [ebp + 20]
-       testtop nil, [ebp + 28]
+       testprologue [BP + 36]
+       testldcarry [BP + 24]
+       testexpand nil, [BP + 32]
+       mov     edi, [BP + 20]
+       testtop nil, [BP + 28]
        call    mul4
-       testtail [ebp + 40]
-       testcarryout [ebp + 24]
+       testtail [BP + 40]
+       testcarryout [BP + 24]
        testepilogue
 ENDFUNC
 
 FUNC(test_mul4zc)
-       testprologue [ebp + 36]
-       testldcarry [ebp + 24]
-       testexpand nil, [ebp + 32]
-       mov     edi, [ebp + 20]
-       testtop nil, [ebp + 28]
+       testprologue [BP + 36]
+       testldcarry [BP + 24]
+       testexpand nil, [BP + 32]
+       mov     edi, [BP + 20]
+       testtop nil, [BP + 28]
        call    mul4zc
-       testtail [ebp + 40]
-       testcarryout [ebp + 24]
+       testtail [BP + 40]
+       testcarryout [BP + 24]
        testepilogue
 ENDFUNC
 
 FUNC(test_mla4)
-       testprologue [ebp + 36]
-       testldcarry [ebp + 24]
-       testexpand nil, [ebp + 32]
-       mov     edi, [ebp + 20]
-       testtop nil, [ebp + 28]
+       testprologue [BP + 36]
+       testldcarry [BP + 24]
+       testexpand nil, [BP + 32]
+       mov     edi, [BP + 20]
+       testtop nil, [BP + 28]
        call    mla4
-       testtail [ebp + 40]
-       testcarryout [ebp + 24]
+       testtail [BP + 40]
+       testcarryout [BP + 24]
        testepilogue
 ENDFUNC
 
 FUNC(test_mla4zc)
-       testprologue [ebp + 36]
-       testldcarry [ebp + 24]
-       testexpand nil, [ebp + 32]
-       mov     edi, [ebp + 20]
-       testtop nil, [ebp + 28]
+       testprologue [BP + 36]
+       testldcarry [BP + 24]
+       testexpand nil, [BP + 32]
+       mov     edi, [BP + 20]
+       testtop nil, [BP + 28]
        call    mla4zc
-       testtail [ebp + 40]
-       testcarryout [ebp + 24]
+       testtail [BP + 40]
+       testcarryout [BP + 24]
        testepilogue
 ENDFUNC
 
 FUNC(test_mmul4)
-       testprologue [ebp + 48]
-       testexpand [ebp + 40], [ebp + 44]
-       mov     edi, [ebp + 20]
-       testtop [ebp + 32], [ebp + 36], mont
+       testprologue [BP + 48]
+       testexpand [BP + 40], [BP + 44]
+       mov     edi, [BP + 20]
+       testtop [BP + 32], [BP + 36], mont
        call    mmul4
-       testtail [ebp + 52]
-       mov     edi, [ebp + 28]
-       movdqa  xmm0, [esp + 64]
-       movdqa  xmm1, [esp + 80]
+       testtail [BP + 52]
+       mov     edi, [BP + 28]
+       movdqa  xmm0, [SP + 64]
+       movdqa  xmm1, [SP + 80]
        movdqu  [edi], xmm0
        movdqu  [edi + 16], xmm1
-       testcarryout [ebp + 24]
+       testcarryout [BP + 24]
        testepilogue
 ENDFUNC
 
 FUNC(test_mmla4)
-       testprologue [ebp + 48]
-       testexpand [ebp + 40], [ebp + 44]
-       mov     edi, [ebp + 20]
-       testtop [ebp + 32], [ebp + 36], mont
+       testprologue [BP + 48]
+       testexpand [BP + 40], [BP + 44]
+       mov     edi, [BP + 20]
+       testtop [BP + 32], [BP + 36], mont
        call    mmla4
-       testtail [ebp + 52]
-       mov     edi, [ebp + 28]
-       movdqa  xmm0, [esp + 64]
-       movdqa  xmm1, [esp + 80]
+       testtail [BP + 52]
+       mov     edi, [BP + 28]
+       movdqa  xmm0, [SP + 64]
+       movdqa  xmm1, [SP + 80]
        movdqu  [edi], xmm0
        movdqu  [edi + 16], xmm1
-       testcarryout [ebp + 24]
+       testcarryout [BP + 24]
        testepilogue
 ENDFUNC
 
 FUNC(test_mont4)
-       testprologue [ebp + 40]
-       testexpand nil, [ebp + 36]
-       mov     edi, [ebp + 20]
-       testtop nil, [ebp + 32], mont
+       testprologue [BP + 40]
+       testexpand nil, [BP + 36]
+       mov     edi, [BP + 20]
+       testtop nil, [BP + 32], mont
        call    mont4
-       testtail [ebp + 44]
-       mov     edi, [ebp + 28]
-       movdqa  xmm0, [esp + 64]
-       movdqa  xmm1, [esp + 80]
+       testtail [BP + 44]
+       mov     edi, [BP + 28]
+       movdqa  xmm0, [SP + 64]
+       movdqa  xmm1, [SP + 80]
        movdqu  [edi], xmm0
        movdqu  [edi + 16], xmm1
-       testcarryout [ebp + 24]
+       testcarryout [BP + 24]
        testepilogue
 ENDFUNC