math: fix i386/expl.s with more precise x*log2e
authorSzabolcs Nagy <nsz@port70.net>
Fri, 14 Dec 2012 17:29:56 +0000 (18:29 +0100)
committerSzabolcs Nagy <nsz@port70.net>
Fri, 14 Dec 2012 17:29:56 +0000 (18:29 +0100)
with naive exp2l(x*log2e) the last 12bits of the result was incorrect
for x with large absolute value

with hi + lo = x*log2e is caluclated to 128 bits precision and then
  expl(x) = exp2l(hi) + exp2l(hi) * f2xm1(lo)
this gives <1.5ulp measured error everywhere in nearest rounding mode

src/math/i386/exp.s
src/math/i386/expl.s

index c7f5ad0..e3b42af 100644 (file)
@@ -50,12 +50,6 @@ expf:
        flds 4(%esp)
        jmp 2f
 
        flds 4(%esp)
        jmp 2f
 
-.global expl
-.type expl,@function
-expl:
-       fldt 4(%esp)
-       jmp 2f
-
 .global exp
 .type exp,@function
 exp:
 .global exp
 .type exp,@function
 exp:
index f335a3e..3f2f707 100644 (file)
@@ -1 +1,107 @@
-# see exp.s
+# exp(x) = 2^hi + 2^hi (2^lo - 1)
+# where hi+lo = log2e*x with 128bit precision
+# exact log2e*x calculation depends on nearest rounding mode
+
+.global expl
+.type expl,@function
+expl:
+       fldt 4(%esp)
+
+               # special cases: 2*x is +-inf, nan or |x| < 0x1p-32
+               # check (exponent|0x8000)+2 < 0xbfff+2-32
+       movw 12(%esp), %ax
+       movw %ax, %dx
+       orw $0x8000, %dx
+       addw $2, %dx
+       cmpw $0xbfff-30, %dx
+       jnb 3f
+       cmpw $1, %dx
+       jbe 1f
+               # if |x|<0x1p-32 return 1+x
+       fld1
+       jmp 2f
+1:     testw %ax, %ax
+       jns 1f
+               # if 2*x == -inf,-nan return -0/x
+       fldz
+       fchs
+       fdivp
+       ret
+               # if 2*x == inf,nan return 2*x
+1:     fld %st(0)
+2:     faddp
+       ret
+
+               # should be 0x1.71547652b82fe178p0 == 0x3fff b8aa3b29 5c17f0bc
+               # it will be wrong on non-nearest rounding mode
+3:     fldl2e
+#      subl $32, %esp
+       subl $44, %esp
+               # hi = log2e_hi*x
+               # 2^hi = exp2l(hi)
+       fmul %st(1),%st
+       fld %st(0)
+       fstpt (%esp)
+       fstpt 16(%esp)
+       fstpt 32(%esp)
+       call exp2l
+               # if 2^hi == inf return 2^hi
+       fld %st(0)
+       fstpt (%esp)
+       cmpw $0x7fff, 8(%esp)
+       je 1f
+       fldt 32(%esp)
+       fldt 16(%esp)
+               # fpu stack: 2^hi x hi
+               # exact mult: x*log2e
+       fld %st(1) # x
+               # c = 0x1p32+1
+       pushl $0x41f00000
+       pushl $0x00100000
+       fldl (%esp)
+               # xh = x - c*x + c*x
+               # xl = x - xh
+       fmulp
+       fld %st(2)
+       fsub %st(1), %st
+       faddp
+       fld %st(2)
+       fsub %st(1), %st
+               # yh = log2e_hi - c*log2e_hi + c*log2e_hi
+       pushl $0x3ff71547
+       pushl $0x65200000
+       fldl (%esp)
+               # fpu stack: 2^hi x hi xh xl yh
+               # lo = hi - xh*yh + xl*yh
+       fld %st(2)
+       fmul %st(1), %st
+       fsubp %st, %st(4)
+       fmul %st(1), %st
+       faddp %st, %st(3)
+               # yl = log2e_hi - yh
+       pushl $0x3de705fc
+       pushl $0x2f000000
+       fldl (%esp)
+               # fpu stack: 2^hi x lo xh xl yl
+               # lo += xh*yl + xl*yl
+       fmul %st, %st(2)
+       fmulp %st, %st(1)
+       fxch %st(2)
+       faddp
+       faddp
+               # log2e_lo
+       pushl $0xbfbe
+       pushl $0x82f0025f
+       pushl $0x2dc582ee
+       fldt (%esp)
+       addl $36,%esp
+               # fpu stack: 2^hi x lo log2e_lo
+               # lo += log2e_lo*x
+               # return 2^hi + 2^hi (2^lo - 1)
+       fmulp %st, %st(2)
+       faddp
+       f2xm1
+       fmul %st(1), %st
+       faddp
+1:     addl $44, %esp
+       ret