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//   Template: src/qs8-igemm/4x8-aarch32-neon-mlal-lane-cortex-a53.S.in
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#include <xnnpack/assembly.h>

.syntax unified

// void xnn_qc8_igemm_minmax_fp32_ukernel_4x8__aarch32_neon_mlal_lane_cortex_a53
//     size_t mr,                                     (r0)
//     size_t nc,                                      r1 -> sp + 56
//     size_t kc,                                     (r2) -> r5 -> sp + 60
//     size_t ks,                                     (r3) -> sp + 64 -> r14
//     const int8_t**restrict a,            sp + 104  -> r2
//     const void*restrict w,              sp + 108  -> r9
//     int8_t*restrict c,                   sp + 112  -> r11
//     size_t cm_stride,                   sp + 116  -> (r6)
//     size_t cn_stride,                   sp + 120  -> (r7)
//     size_t a_offset,                    sp + 124 -> (r5)
//     const int8_t* zero,                  sp + 128 -> (r7)
//     xnn_qs8_minmax_params*params); sp + 132 -> (r5)

// d8-d15, r4-r11,r14(lr) need to be preserved if used. r13(sp),r15(pc) are reserved.

// Register usage
// A0   r3  d0-d1 q0
// A1  r12  d2-d3 q1
// A2  r10  d4-d5 q2
// A3   r0  d6-d7 q3

// B    r9  d8-d9 q4 q5

// C0  r11 d16-d17  q8  d18-d19  q9
// C1   r4 d20-d21 q10  d22-d23 q11
// C2   r8 d24-d25 q12  d26-d27 q13
// C3   r6 d28-d29 q14  d30-d31 q15

// r1,r7 A53 gpr temporary loads
// Unused d15

// params structure is 10 bytes
// struct {
//   float magic_bias;                           d12[0]
//   int32_t magic_bias_less_output_zero_point;  d12[1]
//   int8_t output_min;                          d13[6]
//   int8_t output_max;                          d13[7]
// } xnn_qs8_minmax_params.neon;

BEGIN_FUNCTION xnn_qc8_igemm_minmax_fp32_ukernel_4x8__aarch32_neon_mlal_lane_cortex_a53
        # Push 104 bytes
        # r1, r2 will be reloaded in outer loop.  r3 is ks
        PUSH    {r1, r2, r3, r4, r5, r6, r7, r8, r9, r10, r11, lr}   // +48
        SUB     sp, sp, 8                           // +8
        VPUSH   {d8-d13}                            // +48 = 104

        LDR     r11, [sp, 112]          // c
        LDR     r6, [sp, 116]           // cm_stride
        LDR     r2, [sp, 104]           // a
        LDR     r9, [sp, 108]           // w
        LDR     r5, [sp, 132]           // params
        MOV     r14, r3                 // p = ks

        # Clamp C pointers
        CMP     r0, 2                   // if mr >= 2
        ADD     r4, r11, r6             //   c1 = c0 + cm_stride
        MOVLO   r4, r11                 // c1
                                        // if mr > 2
        ADD     r8, r4, r6              //   c2 = c1 + cm_stride
        MOVLS   r8, r4                  // c2
        CMP     r0, 4                   // if mr >=4
        ADD     r6, r8, r6              //   c3 = c2 + cm_stride
        MOVLO   r6, r8                  // c3

        # Load params values
        VLDM    r5!, {d12}              // QC8 neon params
        VLD1.16 {d13[]}, [r5]


        .p2align 3
0:
        # Load initial bias from w into accumulators
        VLDM    r9!, {d16-d19}          // Bias
        VMOV    q10, q8
        VMOV    q11, q9
        STR     r1, [sp, 56]            // save nc
        VMOV    q12, q8
        VMOV    q13, q9
        VMOV    q14, q8
        VMOV    q15, q9

        .p2align 3
1:
        # Load next 4 A pointers
        LDR     r3, [r2,  0]
        LDR     r12, [r2,  4]
        LDR     r10, [r2,  8]
        LDR     r0, [r2, 12]

        # Add a_offset
        LDR     r5, [sp, 124]           // a_offset
        LDR     r7, [sp, 128]           // zero
        ADD     r2, r2, 16
        CMP     r3,  r7                 // if a0 == zero
        ADD     r3,  r3, r5             // a0 += a_offset
        MOVEQ   r3,  r7                 //   a0 = zero, else += a0 + a_offset
        CMP     r12,  r7                // if a1 == zero
        ADD     r12, r12, r5            // a1 += a_offset
        MOVEQ   r12,  r7                //   a1 = zero, else += a1 + a_offset
        CMP     r10,  r7                // if a2 == zero
        ADD     r10, r10, r5            // a2 += a_offset
        MOVEQ   r10,  r7                //   a2 = zero, else += a2 + a_offset
        CMP     r0,  r7                 // if a3 == zero
        ADD     r0,  r0, r5             // a3 += a_offset
        LDR     r5, [sp, 60]            // kc
        MOVEQ   r0,  r7                 //   a3 = zero, else += a3 + a_offset
        SUBS    r5, r5, 8               // kc - 8
        BLO     5f                      // less than 8 channels?

        // Prologue - load 4A's and B0
        VLD1.8  {d0},  [r3]!            // A0
        VLD1.8  {d8},  [r9]!            // B0
        SUBS    r5, r5, 8               // k = k - 8
        VLD1.8  {d2}, [r12]!            // A1
        VLD1.8  {d4}, [r10]!            // A2
        VLD1.8  {d6},  [r0]!            // A3
        BLO     3f                      // less than 8 channels?

        // Main loop - 8 bytes
        // 64 bytes for weights.
        // 5 VMOVL = 4 A and 1 B = 5 cycles
        // 7 blocks with VLD B, VMOVL, 8 VMLA = 10 cycles
        // 1 blocks with VLD B, VMLA = 9 cycles
        // total = 84 cycles
        .p2align 3
2:
        // Extend - 5 cycles
        VMOVL.S8 q0, d0
        VMOVL.S8 q4, d8
        VMOVL.S8 q1, d2
        VMOVL.S8 q2, d4
        VMOVL.S8 q3, d6

        // BLOCK 0 - 10 cycles
        VLD1.8  {d10},  [r9]!           // B1
        VMLAL.S16 q8, d8, d0[0]
        VMLAL.S16 q9, d9, d0[0]
        VMLAL.S16 q10, d8, d2[0]
        VMLAL.S16 q11, d9, d2[0]
        VMOVL.S8 q5, d10
        VMLAL.S16 q12, d8, d4[0]
        VMLAL.S16 q13, d9, d4[0]
        VMLAL.S16 q14, d8, d6[0]
        VMLAL.S16 q15, d9, d6[0]

        // BLOCK 1 - 10 cycles
        VLD1.8  {d8},  [r9]!            // B2
        VMLAL.S16 q8, d10, d0[1]
        VMLAL.S16 q9, d11, d0[1]
        VMLAL.S16 q10, d10, d2[1]
        VMLAL.S16 q11, d11, d2[1]
        VMOVL.S8 q4, d8
        VMLAL.S16 q12, d10, d4[1]
        VMLAL.S16 q13, d11, d4[1]
        VMLAL.S16 q14, d10, d6[1]
        VMLAL.S16 q15, d11, d6[1]

        // BLOCK 2 - 10 cycles
        VLD1.8  {d10},  [r9]!           // B3
        VMLAL.S16 q8, d8, d0[2]
        VMLAL.S16 q9, d9, d0[2]
        VMLAL.S16 q10, d8, d2[2]
        VMLAL.S16 q11, d9, d2[2]
        VMOVL.S8 q5, d10
        VMLAL.S16 q12, d8, d4[2]
        VMLAL.S16 q13, d9, d4[2]
        VMLAL.S16 q14, d8, d6[2]
        VMLAL.S16 q15, d9, d6[2]

        // BLOCK 3 - 10 cycles
        VLD1.8  {d8},  [r9]!            // B4
        VMLAL.S16 q8, d10, d0[3]
        VMLAL.S16 q9, d11, d0[3]
        VMLAL.S16 q10, d10, d2[3]
        VMLAL.S16 q11, d11, d2[3]
        VMOVL.S8 q4, d8
        VMLAL.S16 q12, d10, d4[3]
        LDR     r1, [r3]                // A0 low
        VMLAL.S16 q13, d11, d4[3]
        LDR     r7, [r3, 4]             // A0 high
        VMLAL.S16 q14, d10, d6[3]
        ADD     r3, r3, 8
        VMLAL.S16 q15, d11, d6[3]

        // BLOCK 4 - 10 cycles
        VLD1.8  {d10},  [r9]!           // B5
        VMOV    d0, r1, r7              // A0 VMOV
        VMLAL.S16 q8, d8, d1[0]
        VMLAL.S16 q9, d9, d1[0]
        VMLAL.S16 q10, d8, d3[0]
        VMLAL.S16 q11, d9, d3[0]
        VMOVL.S8 q5, d10
        VMLAL.S16 q12, d8, d5[0]
        LDR     r1, [r12]               // A1 low
        VMLAL.S16 q13, d9, d5[0]
        LDR     r7, [r12, 4]            // A1 high
        VMLAL.S16 q14, d8, d7[0]
        ADD     r12, r12, 8
        VMLAL.S16 q15, d9, d7[0]

        // BLOCK 5 - 10 cycles
        VLD1.8  {d8},  [r9]!            // B6
        VMOV    d2, r1, r7              // A1 VMOV
        VMLAL.S16 q8, d10, d1[1]
        VMLAL.S16 q9, d11, d1[1]
        VMLAL.S16 q10, d10, d3[1]
        VMLAL.S16 q11, d11, d3[1]
        VMOVL.S8 q4, d8
        VMLAL.S16 q12, d10, d5[1]
        LDR     r1, [r10]               // A2 low
        VMLAL.S16 q13, d11, d5[1]
        LDR     r7, [r10, 4]            // A2 high
        VMLAL.S16 q14, d10, d7[1]
        ADD     r10, r10, 8
        VMLAL.S16 q15, d11, d7[1]

        // BLOCK 6 - 10 cycles
        VLD1.8  {d10},  [r9]!           // B7
        VMOV    d4, r1, r7              // A2 VMOV
        VMLAL.S16 q8, d8, d1[2]
        VMLAL.S16 q9, d9, d1[2]
        VMLAL.S16 q10, d8, d3[2]
        VMLAL.S16 q11, d9, d3[2]
        VMOVL.S8 q5, d10
        VMLAL.S16 q12, d8, d5[2]
        LDR     r1, [r0]                // A3 low
        VMLAL.S16 q13, d9, d5[2]
        LDR     r7, [r0, 4]             // A3 high
        VMLAL.S16 q14, d8, d7[2]
        ADD     r0, r0, 8
        VMLAL.S16 q15, d9, d7[2]

        // BLOCK 7 - 9 cycles
        VLD1.8  {d8},  [r9]!            // B0
        VMOV    d6, r1, r7              // A3 VMOV
        VMLAL.S16 q8, d10, d1[3]
        VMLAL.S16 q9, d11, d1[3]
        VMLAL.S16 q10, d10, d3[3]
        VMLAL.S16 q11, d11, d3[3]
        VMLAL.S16 q12, d10, d5[3]
        VMLAL.S16 q13, d11, d5[3]
        SUBS    r5, r5, 8
        VMLAL.S16 q14, d10, d7[3]
        VMLAL.S16 q15, d11, d7[3]
        BHS     2b

        // Epilogue

        .p2align 3
3:
        VMOVL.S8 q0, d0
        VMOVL.S8 q4, d8
        VMOVL.S8 q1, d2
        VMOVL.S8 q2, d4
        VMOVL.S8 q3, d6

        VLD1.8  {d10},  [r9]!           // B1
        VMLAL.S16 q8, d8, d0[0]
        VMLAL.S16 q9, d9, d0[0]
        VMLAL.S16 q10, d8, d2[0]
        VMLAL.S16 q11, d9, d2[0]
        VMOVL.S8 q5, d10
        VMLAL.S16 q12, d8, d4[0]
        VMLAL.S16 q13, d9, d4[0]
        VMLAL.S16 q14, d8, d6[0]
        VMLAL.S16 q15, d9, d6[0]

        VLD1.8  {d8},  [r9]!            // B2
        VMLAL.S16 q8, d10, d0[1]
        VMLAL.S16 q9, d11, d0[1]
        VMLAL.S16 q10, d10, d2[1]
        VMLAL.S16 q11, d11, d2[1]
        VMOVL.S8 q4, d8
        VMLAL.S16 q12, d10, d4[1]
        VMLAL.S16 q13, d11, d4[1]
        VMLAL.S16 q14, d10, d6[1]
        VMLAL.S16 q15, d11, d6[1]

        VLD1.8  {d10},  [r9]!           // B3
        VMLAL.S16 q8, d8, d0[2]
        VMLAL.S16 q9, d9, d0[2]
        VMLAL.S16 q10, d8, d2[2]
        VMLAL.S16 q11, d9, d2[2]
        VMOVL.S8 q5, d10
        VMLAL.S16 q12, d8, d4[2]
        VMLAL.S16 q13, d9, d4[2]
        VMLAL.S16 q14, d8, d6[2]
        VMLAL.S16 q15, d9, d6[2]

        VLD1.8  {d8},  [r9]!            // B4
        VMLAL.S16 q8, d10, d0[3]
        VMLAL.S16 q9, d11, d0[3]
        VMLAL.S16 q10, d10, d2[3]
        VMLAL.S16 q11, d11, d2[3]
        VMOVL.S8 q4, d8
        VMLAL.S16 q12, d10, d4[3]
        VMLAL.S16 q13, d11, d4[3]
        VMLAL.S16 q14, d10, d6[3]
        VMLAL.S16 q15, d11, d6[3]

        VLD1.8  {d10},  [r9]!           // B5
        VMLAL.S16 q8, d8, d1[0]
        VMLAL.S16 q9, d9, d1[0]
        VMLAL.S16 q10, d8, d3[0]
        VMLAL.S16 q11, d9, d3[0]
        VMOVL.S8 q5, d10
        VMLAL.S16 q12, d8, d5[0]
        VMLAL.S16 q13, d9, d5[0]
        VMLAL.S16 q14, d8, d7[0]
        VMLAL.S16 q15, d9, d7[0]

        VLD1.8  {d8},  [r9]!            // B6
        VMLAL.S16 q8, d10, d1[1]
        VMLAL.S16 q9, d11, d1[1]
        VMLAL.S16 q10, d10, d3[1]
        VMLAL.S16 q11, d11, d3[1]
        VMOVL.S8 q4, d8
        VMLAL.S16 q12, d10, d5[1]
        VMLAL.S16 q13, d11, d5[1]
        VMLAL.S16 q14, d10, d7[1]
        VMLAL.S16 q15, d11, d7[1]

        VLD1.8  {d10},  [r9]!           // B7
        VMLAL.S16 q8, d8, d1[2]
        VMLAL.S16 q9, d9, d1[2]
        VMLAL.S16 q10, d8, d3[2]
        VMLAL.S16 q11, d9, d3[2]
        VMOVL.S8 q5, d10
        VMLAL.S16 q12, d8, d5[2]
        VMLAL.S16 q13, d9, d5[2]
        VMLAL.S16 q14, d8, d7[2]
        VMLAL.S16 q15, d9, d7[2]

        VMLAL.S16 q8, d10, d1[3]
        VMLAL.S16 q9, d11, d1[3]
        VMLAL.S16 q10, d10, d3[3]
        VMLAL.S16 q11, d11, d3[3]
        VMLAL.S16 q12, d10, d5[3]
        VMLAL.S16 q13, d11, d5[3]
        ADDS    r5, r5, 8
        VMLAL.S16 q14, d10, d7[3]
        VMLAL.S16 q15, d11, d7[3]

        # Is there a remainder?- 1-7 bytes of A
        BNE     6f

4:
        # ks loop
        SUBS    r14, r14, 16            // ks -= MR * sizeof(void*)
        BHI     1b

        LDR     r7, [sp, 120]           // cn_stride
        LDR     r14, [sp, 64]           // p = ks

        # QC8 FP32 quantization
        VLD1.8  {q0-q1},  [r9]!

        VDUP.32 q2, d12[0]              // magic_bias
        VDUP.32 q3, d12[1]              // magic_bias_less_output_zero_point

        VCVT.F32.S32 q8,  q8
        VCVT.F32.S32 q9,  q9
        VCVT.F32.S32 q10, q10
        VCVT.F32.S32 q11, q11
        VCVT.F32.S32 q12, q12
        VCVT.F32.S32 q13, q13
        VCVT.F32.S32 q14, q14
        VCVT.F32.S32 q15, q15

        VMUL.F32 q8,  q8, q0            // multiplier
        VMUL.F32 q9,  q9, q1
        VMUL.F32 q10, q10, q0
        VMUL.F32 q11, q11, q1
        VMUL.F32 q12, q12, q0
        VMUL.F32 q13, q13, q1
        VMUL.F32 q14, q14, q0
        VMUL.F32 q15, q15, q1

        VADD.F32 q8,  q8, q2            // magic_bias
        VADD.F32 q9,  q9, q2
        VADD.F32 q10, q10, q2
        VADD.F32 q11, q11, q2
        VADD.F32 q12, q12, q2
        VADD.F32 q13, q13, q2
        VADD.F32 q14, q14, q2
        VADD.F32 q15, q15, q2

        VQSUB.S32 q8,  q8, q3           // magic_bias_less_output_zero_point
        VQSUB.S32 q9,  q9, q3
        VQSUB.S32 q10, q10, q3
        VQSUB.S32 q11, q11, q3
        VQSUB.S32 q12, q12, q3
        VQSUB.S32 q13, q13, q3
        VQSUB.S32 q14, q14, q3
        VQSUB.S32 q15, q15, q3


        VQMOVN.S32 d16, q8
        VQMOVN.S32 d17, q9
        VQMOVN.S32 d18, q10
        VQMOVN.S32 d19, q11
        VQMOVN.S32 d20, q12
        VQMOVN.S32 d21, q13
        VQMOVN.S32 d22, q14
        VQMOVN.S32 d23, q15


        LDR     r1, [sp, 56]            // restore nc
        VDUP.8  q12, d13[6]             // output_min

        VQMOVN.S16 d0,  q8
        VQMOVN.S16 d1,  q9
        VQMOVN.S16 d2, q10
        VQMOVN.S16 d3, q11

        VDUP.8  q13, d13[7]             // output_max

        VMAX.S8 q0, q0, q12
        VMAX.S8 q1, q1, q12

        SUBS    r1, r1, 8               // nc -= 8

        VMIN.S8 q0, q0, q13
        VMIN.S8 q1, q1, q13

        # Store full 4 x 8
        BLO     7f
        VST1.8  {d3}, [r6], r7
        VST1.8  {d2}, [r8], r7
        VST1.8  {d1}, [r4], r7
        VST1.8  {d0}, [r11], r7
        SUB     r2, r2, r14             // a -= ks
        BHI     0b

        VPOP    {d8-d13}
        ADD     sp, sp, 20              // skip pad of 8, r1, r2, r3
        POP     {r4, r5, r6, r7, r8, r9, r10, r11, pc}

        # Remainder- 1 to 7 bytes of A
        .p2align 3
5:
        AND     r5, r5, 7               // kc remainder 1 to 7
6:
        VLD1.8  {d0},  [r3]
        VLD1.8  {d8},  [r9]!
        VLD1.8  {d2}, [r12]
        VLD1.8  {d4}, [r10]
        VLD1.8  {d6},  [r0]

        VMOVL.S8 q0, d0
        VMOVL.S8 q4, d8
        VMOVL.S8 q1, d2
        VMOVL.S8 q2, d4
        VMOVL.S8 q3, d6
        VMLAL.S16 q8, d8, d0[0]
        VMLAL.S16 q9, d9, d0[0]
        VMLAL.S16 q10, d8, d2[0]
        VMLAL.S16 q11, d9, d2[0]
        VMLAL.S16 q12, d8, d4[0]
        VMLAL.S16 q13, d9, d4[0]
        VMLAL.S16 q14, d8, d6[0]
        VMLAL.S16 q15, d9, d6[0]
        CMP     r5, 2
        BLO     4b

        VLD1.8  {d8},  [r9]!
        VMOVL.S8 q4, d8
        VMLAL.S16 q8, d8, d0[1]
        VMLAL.S16 q9, d9, d0[1]
        VMLAL.S16 q10, d8, d2[1]
        VMLAL.S16 q11, d9, d2[1]
        VMLAL.S16 q12, d8, d4[1]
        VMLAL.S16 q13, d9, d4[1]
        VMLAL.S16 q14, d8, d6[1]
        VMLAL.S16 q15, d9, d6[1]
        BEQ     4b

        VLD1.8  {d8},  [r9]!
        VMOVL.S8 q4, d8
        VMLAL.S16 q8, d8, d0[2]
        VMLAL.S16 q9, d9, d0[2]
        VMLAL.S16 q10, d8, d2[2]
        VMLAL.S16 q11, d9, d2[2]
        VMLAL.S16 q12, d8, d4[2]
        VMLAL.S16 q13, d9, d4[2]
        VMLAL.S16 q14, d8, d6[2]
        VMLAL.S16 q15, d9, d6[2]
        CMP     r5, 4
        BLO     4b

        VLD1.8  {d8},  [r9]!
        VMOVL.S8 q4, d8
        VMLAL.S16 q8, d8, d0[3]
        VMLAL.S16 q9, d9, d0[3]
        VMLAL.S16 q10, d8, d2[3]
        VMLAL.S16 q11, d9, d2[3]
        VMLAL.S16 q12, d8, d4[3]
        VMLAL.S16 q13, d9, d4[3]
        VMLAL.S16 q14, d8, d6[3]
        VMLAL.S16 q15, d9, d6[3]
        BEQ     4b

        VLD1.8  {d8},  [r9]!
        VMOVL.S8 q4, d8
        VMLAL.S16 q8, d8, d1[0]
        VMLAL.S16 q9, d9, d1[0]
        VMLAL.S16 q10, d8, d3[0]
        VMLAL.S16 q11, d9, d3[0]
        VMLAL.S16 q12, d8, d5[0]
        VMLAL.S16 q13, d9, d5[0]
        VMLAL.S16 q14, d8, d7[0]
        VMLAL.S16 q15, d9, d7[0]
        CMP     r5, 6
        BLO     4b

        VLD1.8  {d8},  [r9]!
        VMOVL.S8 q4, d8
        VMLAL.S16 q8, d8, d1[1]
        VMLAL.S16 q9, d9, d1[1]
        VMLAL.S16 q10, d8, d3[1]
        VMLAL.S16 q11, d9, d3[1]
        VMLAL.S16 q12, d8, d5[1]
        VMLAL.S16 q13, d9, d5[1]
        VMLAL.S16 q14, d8, d7[1]
        VMLAL.S16 q15, d9, d7[1]
        BEQ     4b

        VLD1.8  {d8},  [r9]!
        VMOVL.S8 q4, d8
        VMLAL.S16 q8, d8, d1[2]
        VMLAL.S16 q9, d9, d1[2]
        VMLAL.S16 q10, d8, d3[2]
        VMLAL.S16 q11, d9, d3[2]
        VMLAL.S16 q12, d8, d5[2]
        VMLAL.S16 q13, d9, d5[2]
        VMLAL.S16 q14, d8, d7[2]
        VMLAL.S16 q15, d9, d7[2]
        B       4b

        # Store odd width
        .p2align 3
7:
        TST     r1, 4
        BEQ     8f
        VST1.32 {d3[0]}, [r6]!
        VST1.32 {d2[0]}, [r8]!
        VST1.32 {d1[0]}, [r4]!
        VST1.32 {d0[0]}, [r11]!
        VEXT.8  q1, q1, q1, 4
        VEXT.8  q0, q0, q0, 4
8:
        TST     r1, 2
        BEQ     9f
        VST1.16 {d3[0]}, [r6]!
        VST1.16 {d2[0]}, [r8]!
        VST1.16 {d1[0]}, [r4]!
        VST1.16 {d0[0]}, [r11]!
        VEXT.8  q1, q1, q1, 2
        VEXT.8  q0, q0, q0, 2

9:
        TST     r1, 1
        BEQ     10f
        VST1.8  {d3[0]}, [r6]
        VST1.8  {d2[0]}, [r8]
        VST1.8  {d1[0]}, [r4]
        VST1.8  {d0[0]}, [r11]

10:
        VPOP    {d8-d13}
        ADD     sp, sp, 20              // skip pad of 8, r1, r2, r3
        POP     {r4, r5, r6, r7, r8, r9, r10, r11, pc}

END_FUNCTION xnn_qc8_igemm_minmax_fp32_ukernel_4x8__aarch32_neon_mlal_lane_cortex_a53

#ifdef __ELF__
.section ".note.GNU-stack","",%progbits
#endif
