]> git.donarmstrong.com Git - qmk_firmware.git/blobdiff - lib/lib8tion/scale8.h
RGB Matrix Overhaul (#5372)
[qmk_firmware.git] / lib / lib8tion / scale8.h
diff --git a/lib/lib8tion/scale8.h b/lib/lib8tion/scale8.h
new file mode 100644 (file)
index 0000000..9895fd4
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,542 @@
+#ifndef __INC_LIB8TION_SCALE_H
+#define __INC_LIB8TION_SCALE_H
+
+///@ingroup lib8tion
+
+///@defgroup Scaling Scaling functions
+/// Fast, efficient 8-bit scaling functions specifically
+/// designed for high-performance LED programming.
+///
+/// Because of the AVR(Arduino) and ARM assembly language
+/// implementations provided, using these functions often
+/// results in smaller and faster code than the equivalent
+/// program using plain "C" arithmetic and logic.
+///@{
+
+///  scale one byte by a second one, which is treated as
+///  the numerator of a fraction whose denominator is 256
+///  In other words, it computes i * (scale / 256)
+///  4 clocks AVR with MUL, 2 clocks ARM
+LIB8STATIC_ALWAYS_INLINE uint8_t scale8( uint8_t i, fract8 scale)
+{
+#if SCALE8_C == 1
+#if (FASTLED_SCALE8_FIXED == 1)
+    return (((uint16_t)i) * (1+(uint16_t)(scale))) >> 8;
+#else
+    return ((uint16_t)i * (uint16_t)(scale) ) >> 8;
+#endif
+#elif SCALE8_AVRASM == 1
+#if defined(LIB8_ATTINY)
+#if (FASTLED_SCALE8_FIXED == 1)
+    uint8_t work=i;
+#else
+    uint8_t work=0;
+#endif
+    uint8_t cnt=0x80;
+    asm volatile(
+#if (FASTLED_SCALE8_FIXED == 1)
+        "  inc %[scale]                 \n\t"
+        "  breq DONE_%=                 \n\t"
+        "  clr %[work]                  \n\t"
+#endif
+        "LOOP_%=:                       \n\t"
+        /*"  sbrc %[scale], 0             \n\t"
+        "  add %[work], %[i]            \n\t"
+        "  ror %[work]                  \n\t"
+        "  lsr %[scale]                 \n\t"
+        "  clc                          \n\t"*/
+        "  sbrc %[scale], 0             \n\t"
+        "  add %[work], %[i]            \n\t"
+        "  ror %[work]                  \n\t"
+        "  lsr %[scale]                 \n\t"
+        "  lsr %[cnt]                   \n\t"
+        "brcc LOOP_%=                   \n\t"
+        "DONE_%=:                       \n\t"
+        : [work] "+r" (work), [cnt] "+r" (cnt)
+        : [scale] "r" (scale), [i] "r" (i)
+        :
+      );
+    return work;
+#else
+    asm volatile(
+#if (FASTLED_SCALE8_FIXED==1)
+        // Multiply 8-bit i * 8-bit scale, giving 16-bit r1,r0
+        "mul %0, %1          \n\t"
+        // Add i to r0, possibly setting the carry flag
+        "add r0, %0         \n\t"
+        // load the immediate 0 into i (note, this does _not_ touch any flags)
+        "ldi %0, 0x00       \n\t"
+        // walk and chew gum at the same time
+        "adc %0, r1          \n\t"
+#else
+         /* Multiply 8-bit i * 8-bit scale, giving 16-bit r1,r0 */
+         "mul %0, %1          \n\t"
+         /* Move the high 8-bits of the product (r1) back to i */
+         "mov %0, r1          \n\t"
+         /* Restore r1 to "0"; it's expected to always be that */
+#endif
+         "clr __zero_reg__    \n\t"
+
+         : "+a" (i)      /* writes to i */
+         : "a"  (scale)  /* uses scale */
+         : "r0", "r1"    /* clobbers r0, r1 */ );
+
+    /* Return the result */
+    return i;
+#endif
+#else
+#error "No implementation for scale8 available."
+#endif
+}
+
+
+///  The "video" version of scale8 guarantees that the output will
+///  be only be zero if one or both of the inputs are zero.  If both
+///  inputs are non-zero, the output is guaranteed to be non-zero.
+///  This makes for better 'video'/LED dimming, at the cost of
+///  several additional cycles.
+LIB8STATIC_ALWAYS_INLINE uint8_t scale8_video( uint8_t i, fract8 scale)
+{
+#if SCALE8_C == 1 || defined(LIB8_ATTINY)
+    uint8_t j = (((int)i * (int)scale) >> 8) + ((i&&scale)?1:0);
+    // uint8_t nonzeroscale = (scale != 0) ? 1 : 0;
+    // uint8_t j = (i == 0) ? 0 : (((int)i * (int)(scale) ) >> 8) + nonzeroscale;
+    return j;
+#elif SCALE8_AVRASM == 1
+    uint8_t j=0;
+    asm volatile(
+        "  tst %[i]\n\t"
+        "  breq L_%=\n\t"
+        "  mul %[i], %[scale]\n\t"
+        "  mov %[j], r1\n\t"
+        "  clr __zero_reg__\n\t"
+        "  cpse %[scale], r1\n\t"
+        "  subi %[j], 0xFF\n\t"
+        "L_%=: \n\t"
+        : [j] "+a" (j)
+        : [i] "a" (i), [scale] "a" (scale)
+        : "r0", "r1");
+
+    return j;
+    // uint8_t nonzeroscale = (scale != 0) ? 1 : 0;
+    // asm volatile(
+    //      "      tst %0           \n"
+    //      "      breq L_%=        \n"
+    //      "      mul %0, %1       \n"
+    //      "      mov %0, r1       \n"
+    //      "      add %0, %2       \n"
+    //      "      clr __zero_reg__ \n"
+    //      "L_%=:                  \n"
+
+    //      : "+a" (i)
+    //      : "a" (scale), "a" (nonzeroscale)
+    //      : "r0", "r1");
+
+    // // Return the result
+    // return i;
+#else
+#error "No implementation for scale8_video available."
+#endif
+}
+
+
+/// This version of scale8 does not clean up the R1 register on AVR
+/// If you are doing several 'scale8's in a row, use this, and
+/// then explicitly call cleanup_R1.
+LIB8STATIC_ALWAYS_INLINE uint8_t scale8_LEAVING_R1_DIRTY( uint8_t i, fract8 scale)
+{
+#if SCALE8_C == 1
+#if (FASTLED_SCALE8_FIXED == 1)
+    return (((uint16_t)i) * ((uint16_t)(scale)+1)) >> 8;
+#else
+    return ((int)i * (int)(scale) ) >> 8;
+#endif
+#elif SCALE8_AVRASM == 1
+    asm volatile(
+      #if (FASTLED_SCALE8_FIXED==1)
+              // Multiply 8-bit i * 8-bit scale, giving 16-bit r1,r0
+              "mul %0, %1          \n\t"
+              // Add i to r0, possibly setting the carry flag
+              "add r0, %0         \n\t"
+              // load the immediate 0 into i (note, this does _not_ touch any flags)
+              "ldi %0, 0x00       \n\t"
+              // walk and chew gum at the same time
+              "adc %0, r1          \n\t"
+      #else
+         /* Multiply 8-bit i * 8-bit scale, giving 16-bit r1,r0 */
+         "mul %0, %1    \n\t"
+         /* Move the high 8-bits of the product (r1) back to i */
+         "mov %0, r1    \n\t"
+      #endif
+         /* R1 IS LEFT DIRTY HERE; YOU MUST ZERO IT OUT YOURSELF  */
+         /* "clr __zero_reg__    \n\t" */
+
+         : "+a" (i)      /* writes to i */
+         : "a"  (scale)  /* uses scale */
+         : "r0", "r1"    /* clobbers r0, r1 */ );
+
+    // Return the result
+    return i;
+#else
+#error "No implementation for scale8_LEAVING_R1_DIRTY available."
+#endif
+}
+
+
+/// This version of scale8_video does not clean up the R1 register on AVR
+/// If you are doing several 'scale8_video's in a row, use this, and
+/// then explicitly call cleanup_R1.
+LIB8STATIC_ALWAYS_INLINE uint8_t scale8_video_LEAVING_R1_DIRTY( uint8_t i, fract8 scale)
+{
+#if SCALE8_C == 1 || defined(LIB8_ATTINY)
+    uint8_t j = (((int)i * (int)scale) >> 8) + ((i&&scale)?1:0);
+    // uint8_t nonzeroscale = (scale != 0) ? 1 : 0;
+    // uint8_t j = (i == 0) ? 0 : (((int)i * (int)(scale) ) >> 8) + nonzeroscale;
+    return j;
+#elif SCALE8_AVRASM == 1
+    uint8_t j=0;
+    asm volatile(
+        "  tst %[i]\n\t"
+        "  breq L_%=\n\t"
+        "  mul %[i], %[scale]\n\t"
+        "  mov %[j], r1\n\t"
+        "  breq L_%=\n\t"
+        "  subi %[j], 0xFF\n\t"
+        "L_%=: \n\t"
+        : [j] "+a" (j)
+        : [i] "a" (i), [scale] "a" (scale)
+        : "r0", "r1");
+
+    return j;
+    // uint8_t nonzeroscale = (scale != 0) ? 1 : 0;
+    // asm volatile(
+    //      "      tst %0           \n"
+    //      "      breq L_%=        \n"
+    //      "      mul %0, %1       \n"
+    //      "      mov %0, r1       \n"
+    //      "      add %0, %2       \n"
+    //      "      clr __zero_reg__ \n"
+    //      "L_%=:                  \n"
+
+    //      : "+a" (i)
+    //      : "a" (scale), "a" (nonzeroscale)
+    //      : "r0", "r1");
+
+    // // Return the result
+    // return i;
+#else
+#error "No implementation for scale8_video_LEAVING_R1_DIRTY available."
+#endif
+}
+
+/// Clean up the r1 register after a series of *LEAVING_R1_DIRTY calls
+LIB8STATIC_ALWAYS_INLINE void cleanup_R1(void)
+{
+#if CLEANUP_R1_AVRASM == 1
+    // Restore r1 to "0"; it's expected to always be that
+    asm volatile( "clr __zero_reg__  \n\t" : : : "r1" );
+#endif
+}
+
+
+/// scale a 16-bit unsigned value by an 8-bit value,
+///         considered as numerator of a fraction whose denominator
+///         is 256. In other words, it computes i * (scale / 256)
+
+LIB8STATIC_ALWAYS_INLINE uint16_t scale16by8( uint16_t i, fract8 scale )
+{
+#if SCALE16BY8_C == 1
+    uint16_t result;
+#if FASTLED_SCALE8_FIXED == 1
+    result = (i * (1+((uint16_t)scale))) >> 8;
+#else
+    result = (i * scale) / 256;
+#endif
+    return result;
+#elif SCALE16BY8_AVRASM == 1
+#if FASTLED_SCALE8_FIXED == 1
+    uint16_t result = 0;
+    asm volatile(
+                 // result.A = HighByte( (i.A x scale) + i.A )
+                 "  mul %A[i], %[scale]                 \n\t"
+                 "  add r0, %A[i]                       \n\t"
+            //   "  adc r1, [zero]                      \n\t"
+            //   "  mov %A[result], r1                  \n\t"
+                 "  adc %A[result], r1                  \n\t"
+
+                 // result.A-B += i.B x scale
+                 "  mul %B[i], %[scale]                 \n\t"
+                 "  add %A[result], r0                  \n\t"
+                 "  adc %B[result], r1                  \n\t"
+
+                 // cleanup r1
+                 "  clr __zero_reg__                    \n\t"
+
+                 // result.A-B += i.B
+                 "  add %A[result], %B[i]               \n\t"
+                 "  adc %B[result], __zero_reg__        \n\t"
+
+                 : [result] "+r" (result)
+                 : [i] "r" (i), [scale] "r" (scale)
+                 : "r0", "r1"
+                 );
+    return result;
+#else
+    uint16_t result = 0;
+    asm volatile(
+         // result.A = HighByte(i.A x j )
+         "  mul %A[i], %[scale]                 \n\t"
+         "  mov %A[result], r1                  \n\t"
+         //"  clr %B[result]                      \n\t"
+
+         // result.A-B += i.B x j
+         "  mul %B[i], %[scale]                 \n\t"
+         "  add %A[result], r0                  \n\t"
+         "  adc %B[result], r1                  \n\t"
+
+         // cleanup r1
+         "  clr __zero_reg__                    \n\t"
+
+         : [result] "+r" (result)
+         : [i] "r" (i), [scale] "r" (scale)
+         : "r0", "r1"
+         );
+    return result;
+#endif
+#else
+    #error "No implementation for scale16by8 available."
+#endif
+}
+
+/// scale a 16-bit unsigned value by a 16-bit value,
+///         considered as numerator of a fraction whose denominator
+///         is 65536. In other words, it computes i * (scale / 65536)
+
+LIB8STATIC uint16_t scale16( uint16_t i, fract16 scale )
+{
+  #if SCALE16_C == 1
+    uint16_t result;
+#if FASTLED_SCALE8_FIXED == 1
+    result = ((uint32_t)(i) * (1+(uint32_t)(scale))) / 65536;
+#else
+    result = ((uint32_t)(i) * (uint32_t)(scale)) / 65536;
+#endif
+    return result;
+#elif SCALE16_AVRASM == 1
+#if FASTLED_SCALE8_FIXED == 1
+    // implemented sort of like
+    //   result = ((i * scale) + i ) / 65536
+    //
+    // why not like this, you may ask?
+    //   result = (i * (scale+1)) / 65536
+    // the answer is that if scale is 65535, then scale+1
+    // will be zero, which is not what we want.
+    uint32_t result;
+    asm volatile(
+                 // result.A-B  = i.A x scale.A
+                 "  mul %A[i], %A[scale]                 \n\t"
+                 //  save results...
+                 // basic idea:
+                 //"  mov %A[result], r0                 \n\t"
+                 //"  mov %B[result], r1                 \n\t"
+                 // which can be written as...
+                 "  movw %A[result], r0                   \n\t"
+                 // Because we're going to add i.A-B to
+                 // result.A-D, we DO need to keep both
+                 // the r0 and r1 portions of the product
+                 // UNlike in the 'unfixed scale8' version.
+                 // So the movw here is needed.
+                 : [result] "=r" (result)
+                 : [i] "r" (i),
+                 [scale] "r" (scale)
+                 : "r0", "r1"
+                 );
+
+    asm volatile(
+                 // result.C-D  = i.B x scale.B
+                 "  mul %B[i], %B[scale]                 \n\t"
+                 //"  mov %C[result], r0                 \n\t"
+                 //"  mov %D[result], r1                 \n\t"
+                 "  movw %C[result], r0                   \n\t"
+                 : [result] "+r" (result)
+                 : [i] "r" (i),
+                 [scale] "r" (scale)
+                 : "r0", "r1"
+                 );
+
+    const uint8_t  zero = 0;
+    asm volatile(
+                 // result.B-D += i.B x scale.A
+                 "  mul %B[i], %A[scale]                 \n\t"
+
+                 "  add %B[result], r0                   \n\t"
+                 "  adc %C[result], r1                   \n\t"
+                 "  adc %D[result], %[zero]              \n\t"
+
+                 // result.B-D += i.A x scale.B
+                 "  mul %A[i], %B[scale]                 \n\t"
+
+                 "  add %B[result], r0                   \n\t"
+                 "  adc %C[result], r1                   \n\t"
+                 "  adc %D[result], %[zero]              \n\t"
+
+                 // cleanup r1
+                 "  clr r1                               \n\t"
+
+                 : [result] "+r" (result)
+                 : [i] "r" (i),
+                 [scale] "r" (scale),
+                 [zero] "r" (zero)
+                 : "r0", "r1"
+                 );
+
+    asm volatile(
+                 // result.A-D += i.A-B
+                 "  add %A[result], %A[i]                \n\t"
+                 "  adc %B[result], %B[i]                \n\t"
+                 "  adc %C[result], %[zero]              \n\t"
+                 "  adc %D[result], %[zero]              \n\t"
+                 : [result] "+r" (result)
+                 : [i] "r" (i),
+                 [zero] "r" (zero)
+                 );
+
+    result = result >> 16;
+    return result;
+#else
+    uint32_t result;
+    asm volatile(
+                 // result.A-B  = i.A x scale.A
+                 "  mul %A[i], %A[scale]                 \n\t"
+                 //  save results...
+                 // basic idea:
+                 //"  mov %A[result], r0                 \n\t"
+                 //"  mov %B[result], r1                 \n\t"
+                 // which can be written as...
+                 "  movw %A[result], r0                   \n\t"
+                 // We actually don't need to do anything with r0,
+                 // as result.A is never used again here, so we
+                 // could just move the high byte, but movw is
+                 // one clock cycle, just like mov, so might as
+                 // well, in case we want to use this code for
+                 // a generic 16x16 multiply somewhere.
+
+                 : [result] "=r" (result)
+                 : [i] "r" (i),
+                   [scale] "r" (scale)
+                 : "r0", "r1"
+                 );
+
+    asm volatile(
+                 // result.C-D  = i.B x scale.B
+                 "  mul %B[i], %B[scale]                 \n\t"
+                 //"  mov %C[result], r0                 \n\t"
+                 //"  mov %D[result], r1                 \n\t"
+                 "  movw %C[result], r0                   \n\t"
+                 : [result] "+r" (result)
+                 : [i] "r" (i),
+                   [scale] "r" (scale)
+                 : "r0", "r1"
+                 );
+
+    const uint8_t  zero = 0;
+    asm volatile(
+                 // result.B-D += i.B x scale.A
+                 "  mul %B[i], %A[scale]                 \n\t"
+
+                 "  add %B[result], r0                   \n\t"
+                 "  adc %C[result], r1                   \n\t"
+                 "  adc %D[result], %[zero]              \n\t"
+
+                 // result.B-D += i.A x scale.B
+                 "  mul %A[i], %B[scale]                 \n\t"
+
+                 "  add %B[result], r0                   \n\t"
+                 "  adc %C[result], r1                   \n\t"
+                 "  adc %D[result], %[zero]              \n\t"
+
+                 // cleanup r1
+                 "  clr r1                               \n\t"
+
+                 : [result] "+r" (result)
+                 : [i] "r" (i),
+                   [scale] "r" (scale),
+                   [zero] "r" (zero)
+                 : "r0", "r1"
+                 );
+
+    result = result >> 16;
+    return result;
+#endif
+#else
+    #error "No implementation for scale16 available."
+#endif
+}
+///@}
+
+///@defgroup Dimming Dimming and brightening functions
+///
+/// Dimming and brightening functions
+///
+/// The eye does not respond in a linear way to light.
+/// High speed PWM'd LEDs at 50% duty cycle appear far
+/// brighter then the 'half as bright' you might expect.
+///
+/// If you want your midpoint brightness leve (128) to
+/// appear half as bright as 'full' brightness (255), you
+/// have to apply a 'dimming function'.
+///@{
+
+/// Adjust a scaling value for dimming
+LIB8STATIC uint8_t dim8_raw( uint8_t x)
+{
+    return scale8( x, x);
+}
+
+/// Adjust a scaling value for dimming for video (value will never go below 1)
+LIB8STATIC uint8_t dim8_video( uint8_t x)
+{
+    return scale8_video( x, x);
+}
+
+/// Linear version of the dimming function that halves for values < 128
+LIB8STATIC uint8_t dim8_lin( uint8_t x )
+{
+    if( x & 0x80 ) {
+        x = scale8( x, x);
+    } else {
+        x += 1;
+        x /= 2;
+    }
+    return x;
+}
+
+/// inverse of the dimming function, brighten a value
+LIB8STATIC uint8_t brighten8_raw( uint8_t x)
+{
+    uint8_t ix = 255 - x;
+    return 255 - scale8( ix, ix);
+}
+
+/// inverse of the dimming function, brighten a value
+LIB8STATIC uint8_t brighten8_video( uint8_t x)
+{
+    uint8_t ix = 255 - x;
+    return 255 - scale8_video( ix, ix);
+}
+
+/// inverse of the dimming function, brighten a value
+LIB8STATIC uint8_t brighten8_lin( uint8_t x )
+{
+    uint8_t ix = 255 - x;
+    if( ix & 0x80 ) {
+        ix = scale8( ix, ix);
+    } else {
+        ix += 1;
+        ix /= 2;
+    }
+    return 255 - ix;
+}
+
+///@}
+#endif