nsz Git - libfirm/blob - ir/be/bearch.h

   1 /*
   2  * Copyright (C) 1995-2011 University of Karlsruhe.  All right reserved.
   3  *
   4  * This file is part of libFirm.
   5  *
   6  * This file may be distributed and/or modified under the terms of the
   7  * GNU General Public License version 2 as published by the Free Software
   8  * Foundation and appearing in the file LICENSE.GPL included in the
   9  * packaging of this file.
  10  *
  11  * Licensees holding valid libFirm Professional Edition licenses may use
  12  * this file in accordance with the libFirm Commercial License.
  13  * Agreement provided with the Software.
  14  *
  15  * This file is provided AS IS with NO WARRANTY OF ANY KIND, INCLUDING THE
  16  * WARRANTY OF DESIGN, MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
  17  * PURPOSE.
  18  */
  19
  20 /**
  21  * @file
  22  * @brief       Processor architecture specification.
  23  * @author      Sebastian Hack
  24  */
  25 #ifndef FIRM_BE_BEARCH_H
  26 #define FIRM_BE_BEARCH_H
  27
  28 #include <stdbool.h>
  29
  30 #include "firm_types.h"
  31 #include "bitset.h"
  32 #include "obst.h"
  33 #include "raw_bitset.h"
  34 #include "irop_t.h"
  35
  36 #include "be_types.h"
  37 #include "beinfo.h"
  38 #include "be.h"
  39 #include "beirg.h"
  40 #include "error.h"
  41
  42 /**
  43  * this constant is returned by the get_sp_bias functions if the stack
  44  * is reset (usually because the frame pointer is copied to the stack
  45  * pointer
  46  */
  47 #define SP_BIAS_RESET      INT_MIN
  48
  49 typedef enum arch_register_class_flags_t {
  50         arch_register_class_flag_none      = 0,
  51         /** don't do automatic register allocation for this class */
  52         arch_register_class_flag_manual_ra = 1U << 0,
  53         /** the register models an abstract state (example: fpu rounding mode) */
  54         arch_register_class_flag_state     = 1U << 1
  55 } arch_register_class_flags_t;
  56 ENUM_BITSET(arch_register_class_flags_t)
  57
  58 typedef enum arch_register_type_t {
  59         arch_register_type_none         = 0,
  60         /** Do not consider this register when allocating. */
  61         arch_register_type_ignore       = 1U << 0,
  62         /** The emitter can choose an arbitrary register. The register fulfills any
  63          * register constraints as long as the register class matches */
  64         arch_register_type_joker        = 1U << 1,
  65         /** This is just a virtual register. Virtual registers fulfill any register
  66          * constraints as long as the register class matches. It is a allowed to
  67          * have multiple definitions for the same virtual register at a point */
  68         arch_register_type_virtual      = 1U << 2,
  69         /** The register represents a state that should be handled by bestate
  70          * code */
  71         arch_register_type_state        = 1U << 3,
  72 } arch_register_type_t;
  73 ENUM_BITSET(arch_register_type_t)
  74
  75 /**
  76  * Different types of register allocation requirements.
  77  */
  78 typedef enum arch_register_req_type_t {
  79         /** No register requirement. */
  80         arch_register_req_type_none              = 0,
  81         /** All registers in the class are allowed. */
  82         arch_register_req_type_normal            = 1U << 0,
  83         /** Only a real subset of the class is allowed. */
  84         arch_register_req_type_limited           = 1U << 1,
  85         /** The register should be equal to another one at the node. */
  86         arch_register_req_type_should_be_same    = 1U << 2,
  87         /** The register must be unequal from some other at the node. */
  88         arch_register_req_type_must_be_different = 1U << 3,
  89         /** The registernumber should be aligned (in case of multiregister values)*/
  90         arch_register_req_type_aligned           = 1U << 4,
  91         /** ignore while allocating registers */
  92         arch_register_req_type_ignore            = 1U << 5,
  93         /** the output produces a new value for the stack pointer
  94          * (this is not really a constraint but a marker to guide the stackpointer
  95          * rewiring logic) */
  96         arch_register_req_type_produces_sp       = 1U << 6,
  97 } arch_register_req_type_t;
  98 ENUM_BITSET(arch_register_req_type_t)
  99
 100 extern const arch_register_req_t *arch_no_register_req;
 101
 102 /**
 103  * Print information about a register requirement in human readable form
 104  * @param F   output stream/file
 105  * @param req The requirements structure to format.
 106  */
 107 void arch_dump_register_req(FILE *F, const arch_register_req_t *req,
 108                             const ir_node *node);
 109
 110 void arch_dump_register_reqs(FILE *F, const ir_node *node);
 111 void arch_dump_reqs_and_registers(FILE *F, const ir_node *node);
 112
 113 void arch_set_frame_offset(ir_node *irn, int bias);
 114
 115 ir_entity *arch_get_frame_entity(const ir_node *irn);
 116 int        arch_get_sp_bias(ir_node *irn);
 117
 118 int             arch_get_op_estimated_cost(const ir_node *irn);
 119 arch_inverse_t *arch_get_inverse(const ir_node *irn, int i,
 120                                  arch_inverse_t *inverse,
 121                                  struct obstack *obstack);
 122 int             arch_possible_memory_operand(const ir_node *irn,
 123                                              unsigned int i);
 124 void            arch_perform_memory_operand(ir_node *irn, ir_node *spill,
 125                                             unsigned int i);
 126
 127 /**
 128  * Get the register allocated for a value.
 129  */
 130 const arch_register_t *arch_get_irn_register(const ir_node *irn);
 131
 132 /**
 133  * Assign register to a value
 134  */
 135 void arch_set_irn_register(ir_node *irn, const arch_register_t *reg);
 136
 137 /**
 138  * Set the register for a certain output operand.
 139  */
 140 void arch_set_irn_register_out(ir_node *irn, int pos, const arch_register_t *r);
 141
 142 const arch_register_t *arch_get_irn_register_out(const ir_node *irn, int pos);
 143 const arch_register_t *arch_get_irn_register_in(const ir_node *irn, int pos);
 144
 145 /**
 146  * Get register constraints for an operand at position @p
 147  */
 148 static inline const arch_register_req_t *arch_get_irn_register_req_in(
 149                 const ir_node *node, int pos)
 150 {
 151         const backend_info_t *info = be_get_info(node);
 152         if (info->in_reqs == NULL)
 153                 return arch_no_register_req;
 154         return info->in_reqs[pos];
 155 }
 156
 157 /**
 158  * Get register constraint for a produced result (the @p pos result)
 159  */
 160 static inline const arch_register_req_t *arch_get_irn_register_req_out(
 161                 const ir_node *node, int pos)
 162 {
 163         const backend_info_t *info = be_get_info(node);
 164         if (info->out_infos == NULL)
 165                 return arch_no_register_req;
 166         return info->out_infos[pos].req;
 167 }
 168
 169 static inline void arch_set_irn_register_req_out(ir_node *node, int pos,
 170                 const arch_register_req_t *req)
 171 {
 172         backend_info_t *info = be_get_info(node);
 173         assert(pos < (int)ARR_LEN(info->out_infos));
 174         info->out_infos[pos].req = req;
 175 }
 176
 177 static inline void arch_set_irn_register_reqs_in(ir_node *node,
 178                 const arch_register_req_t **reqs)
 179 {
 180         backend_info_t *info = be_get_info(node);
 181         info->in_reqs = reqs;
 182 }
 183
 184 static inline const arch_register_req_t **arch_get_irn_register_reqs_in(
 185                 const ir_node *node)
 186 {
 187         backend_info_t *info = be_get_info(node);
 188         return info->in_reqs;
 189 }
 190
 191 const arch_register_req_t *arch_get_irn_register_req(const ir_node *node);
 192
 193 /**
 194  * Get the flags of a node.
 195  * @param irn The node.
 196  * @return The flags.
 197  */
 198 arch_irn_flags_t arch_get_irn_flags(const ir_node *irn);
 199
 200 void arch_set_irn_flags(ir_node *node, arch_irn_flags_t flags);
 201 void arch_add_irn_flags(ir_node *node, arch_irn_flags_t flags);
 202
 203 #define arch_irn_is(irn, flag) ((arch_get_irn_flags(irn) & arch_irn_flags_ ## flag) != 0)
 204
 205 static inline unsigned arch_get_irn_n_outs(const ir_node *node)
 206 {
 207         backend_info_t *info = be_get_info(node);
 208         if (info->out_infos == NULL)
 209                 return 0;
 210
 211         return (unsigned)ARR_LEN(info->out_infos);
 212 }
 213
 214 /**
 215  * Start codegeneration
 216  */
 217 arch_env_t *arch_env_begin_codegeneration(const arch_isa_if_t *isa,
 218                                           be_main_env_t *main_env);
 219
 220 /**
 221  * Register an instruction set architecture
 222  */
 223 void be_register_isa_if(const char *name, const arch_isa_if_t *isa);
 224
 225 /**
 226  * A register.
 227  */
 228 struct arch_register_t {
 229         const char                  *name;         /**< The name of the register. */
 230         const arch_register_class_t *reg_class;    /**< The class of the register */
 231         unsigned short               index;        /**< The index of the register in
 232                                                         the class. */
 233         unsigned short               global_index; /** The global index this register
 234                                                                                                in the architecture. */
 235         arch_register_type_t         type;         /**< The type of the register. */
 236         /** register constraint allowing just this register */
 237         const arch_register_req_t   *single_req;
 238 };
 239
 240 static inline const arch_register_class_t *arch_register_get_class(
 241                 const arch_register_t *reg)
 242 {
 243         return reg->reg_class;
 244 }
 245
 246 static inline unsigned arch_register_get_index(const arch_register_t *reg)
 247 {
 248         return reg->index;
 249 }
 250
 251 static inline const char *arch_register_get_name(const arch_register_t *reg)
 252 {
 253         return reg->name;
 254 }
 255
 256 /**
 257  * A class of registers.
 258  * Like general purpose or floating point.
 259  */
 260 struct arch_register_class_t {
 261         unsigned                     index;   /**< index of this register class */
 262         const char                  *name;    /**< The name of the register class.*/
 263         unsigned                     n_regs;  /**< Number of registers in this
 264                                                    class. */
 265         ir_mode                     *mode;    /**< The mode of the register class.*/
 266         const arch_register_t       *regs;    /**< The array of registers. */
 267         arch_register_class_flags_t  flags;   /**< register class flags. */
 268         const arch_register_req_t   *class_req;
 269 };
 270
 271 /** return the number of registers in this register class */
 272 #define arch_register_class_n_regs(cls) ((cls)->n_regs)
 273
 274 /** return the largest mode of this register class */
 275 #define arch_register_class_mode(cls) ((cls)->mode)
 276
 277 /** return the name of this register class */
 278 #define arch_register_class_name(cls) ((cls)->name)
 279
 280 /** return the index of this register class */
 281 #define arch_register_class_index(cls)  ((cls)->index)
 282
 283 /** return the register class flags */
 284 #define arch_register_class_flags(cls) ((cls)->flags)
 285
 286 static inline const arch_register_t *arch_register_for_index(
 287                 const arch_register_class_t *cls, unsigned idx)
 288 {
 289         assert(idx < cls->n_regs);
 290         return &cls->regs[idx];
 291 }
 292
 293 /**
 294  * Convenience macro to check for set constraints.
 295  * @param req   A pointer to register requirements.
 296  * @param kind  The kind of constraint to check for
 297  *              (see arch_register_req_type_t).
 298  * @return      1, If the kind of constraint is present, 0 if not.
 299  */
 300 #define arch_register_req_is(req, kind) \
 301         (((req)->type & (arch_register_req_type_ ## kind)) != 0)
 302
 303 /**
 304  * Expresses requirements to register allocation for an operand.
 305  */
 306 struct arch_register_req_t {
 307         arch_register_req_type_t     type; /**< The type of the constraint. */
 308         const arch_register_class_t *cls;  /**< The register class this constraint
 309                                                 belongs to. */
 310         const unsigned *limited;           /**< allowed register bitset
 311                                                 (in case of wide-values this is
 312                                                  only about the first register) */
 313         unsigned other_same;               /**< Bitmask of ins which should use the
 314                                                 same register (should_be_same). */
 315         unsigned other_different;          /**< Bitmask of ins which shall use a
 316                                                 different register
 317                                                 (must_be_different) */
 318         unsigned char width;               /**< specifies how many sequential
 319                                                 registers are required */
 320 };
 321
 322 static inline bool reg_reqs_equal(const arch_register_req_t *req1,
 323                                   const arch_register_req_t *req2)
 324 {
 325         if (req1 == req2)
 326                 return true;
 327
 328         if (req1->type              != req2->type            ||
 329             req1->cls               != req2->cls             ||
 330             req1->other_same        != req2->other_same      ||
 331             req1->other_different   != req2->other_different ||
 332             (req1->limited != NULL) != (req2->limited != NULL))
 333                 return false;
 334
 335         if (req1->limited != NULL) {
 336                 size_t const n_regs = arch_register_class_n_regs(req1->cls);
 337                 if (!rbitsets_equal(req1->limited, req2->limited, n_regs))
 338                         return false;
 339         }
 340
 341         return true;
 342 }
 343
 344 /**
 345  * An inverse operation returned by the backend
 346  */
 347 struct arch_inverse_t {
 348         int      n;       /**< count of nodes returned in nodes array */
 349         int      costs;   /**< costs of this remat */
 350
 351         /** nodes for this inverse operation. shall be in schedule order.
 352          * last element is the target value */
 353         ir_node  **nodes;
 354 };
 355
 356 struct arch_irn_ops_t {
 357
 358         /**
 359          * Get the entity on the stack frame this node depends on.
 360          * @param irn  The node in question.
 361          * @return The entity on the stack frame or NULL, if the node does not have
 362          *         a stack frame entity.
 363          */
 364         ir_entity *(*get_frame_entity)(const ir_node *irn);
 365
 366         /**
 367          * Set the offset of a node carrying an entity on the stack frame.
 368          * @param irn  The node.
 369          * @param offset The offset of the node's stack frame entity.
 370          */
 371         void (*set_frame_offset)(ir_node *irn, int offset);
 372
 373         /**
 374          * Returns the delta of the stackpointer for nodes that increment or
 375          * decrement the stackpointer with a constant value. (push, pop
 376          * nodes on most architectures).
 377          * A positive value stands for an expanding stack area, a negative value for
 378          * a shrinking one.
 379          *
 380          * @param irn       The node
 381          * @return          0 if the stackpointer is not modified with a constant
 382          *                  value, otherwise the increment/decrement value
 383          */
 384         int (*get_sp_bias)(const ir_node *irn);
 385
 386         /**
 387          * Returns an inverse operation which yields the i-th argument
 388          * of the given node as result.
 389          *
 390          * @param irn       The original operation
 391          * @param i         Index of the argument we want the inverse operation to
 392          *                  yield
 393          * @param inverse   struct to be filled with the resulting inverse op
 394          * @param obstack   The obstack to use for allocation of the returned nodes
 395          *                  array
 396          * @return          The inverse operation or NULL if operation invertible
 397          */
 398         arch_inverse_t *(*get_inverse)(const ir_node *irn, int i,
 399                                        arch_inverse_t *inverse,
 400                                        struct obstack *obstack);
 401
 402         /**
 403          * Get the estimated cycle count for @p irn.
 404          *
 405          * @param irn  The node.
 406          * @return     The estimated cycle count for this operation
 407          */
 408         int (*get_op_estimated_cost)(const ir_node *irn);
 409
 410         /**
 411          * Asks the backend whether operand @p i of @p irn can be loaded form memory
 412          * internally
 413          *
 414          * @param irn  The node.
 415          * @param i    Index of the argument we would like to know whether @p irn
 416          *             can load it form memory internally
 417          * @return     nonzero if argument can be loaded or zero otherwise
 418          */
 419         int (*possible_memory_operand)(const ir_node *irn, unsigned int i);
 420
 421         /**
 422          * Ask the backend to assimilate @p reload of operand @p i into @p irn.
 423          *
 424          * @param irn    The node.
 425          * @param spill  The spill.
 426          * @param i      The position of the reload.
 427          */
 428         void (*perform_memory_operand)(ir_node *irn, ir_node *spill,
 429                                        unsigned int i);
 430 };
 431
 432 /**
 433  * Architecture interface.
 434  */
 435 struct arch_isa_if_t {
 436         /**
 437          * Initializes the isa interface. This is necessary before calling any
 438          * other functions from this interface.
 439          */
 440         void (*init)(void);
 441
 442         /**
 443          * Fress resources allocated by this isa interface.
 444          */
 445         void (*finish)(void);
 446
 447         /**
 448          * Returns the frontend settings needed for this backend.
 449          */
 450         const backend_params *(*get_params)(void);
 451
 452         /**
 453          * lowers current program for target. See the documentation for
 454          * be_lower_for_target() for details.
 455          */
 456         void (*lower_for_target)(void);
 457
 458         /**
 459          * parse an assembler constraint part and set flags according to its nature
 460          * advances the *c pointer to point to the last parsed character (so if you
 461          * parse a single character don't advance c)
 462          */
 463         asm_constraint_flags_t (*parse_asm_constraint)(const char **c);
 464
 465         /**
 466          * returns true if the string is a valid clobbered (register) in this
 467          * backend
 468          */
 469         int (*is_valid_clobber)(const char *clobber);
 470
 471         /**
 472          * Start codegeneration
 473          * @return a new isa instance
 474          */
 475         arch_env_t *(*begin_codegeneration)(const be_main_env_t *env);
 476
 477         /**
 478          * Free the isa instance.
 479          */
 480         void (*end_codegeneration)(void *self);
 481
 482         /**
 483          * Initialize the code generator for a graph
 484          * @param irg  A graph
 485          */
 486         void (*init_graph)(ir_graph *irg);
 487
 488         /**
 489          * Get the ABI restrictions for procedure calls.
 490          * @param call_type   The call type of the method (procedure) in question.
 491          * @param p           The array of parameter locations to be filled.
 492          */
 493         void (*get_call_abi)(ir_type *call_type, be_abi_call_t *abi);
 494
 495         /**
 496          * mark node as rematerialized
 497          */
 498         void (*mark_remat)(ir_node *node);
 499
 500         /**
 501          * return node used as base in pic code addresses
 502          */
 503         ir_node* (*get_pic_base)(ir_graph *irg);
 504
 505         /**
 506          * Create a spill instruction. We assume that spill instructions
 507          * do not need any additional registers and do not affect cpu-flags in any
 508          * way.
 509          * Construct a sequence of instructions after @p after (the resulting nodes
 510          * are already scheduled).
 511          * Returns a mode_M value which is used as input for a reload instruction.
 512          */
 513         ir_node *(*new_spill)(ir_node *value, ir_node *after);
 514
 515         /**
 516          * Create a reload instruction. We assume that reload instructions do not
 517          * need any additional registers and do not affect cpu-flags in any way.
 518          * Constructs a sequence of instruction before @p before (the resulting
 519          * nodes are already scheduled). A rewiring of users is not performed in
 520          * this function.
 521          * Returns a value representing the restored value.
 522          */
 523         ir_node *(*new_reload)(ir_node *value, ir_node *spilled_value,
 524                                ir_node *before);
 525
 526         /**
 527          * Checks if the given register is callee/caller saved.
 528          * @deprecated, only necessary if backend still uses beabi functions
 529          */
 530         int (*register_saved_by)(const arch_register_t *reg, int callee);
 531
 532         /**
 533          * Called directly after initialization. Backend should handle all
 534          * intrinsics here.
 535          */
 536         void (*handle_intrinsics)(void);
 537
 538         /**
 539          * Called before abi introduce.
 540          */
 541         void (*before_abi)(ir_graph *irg);
 542
 543         /**
 544          * Called, when the graph is being normalized.
 545          */
 546         void (*prepare_graph)(ir_graph *irg);
 547
 548         /**
 549          * Called before register allocation.
 550          */
 551         void (*before_ra)(ir_graph *irg);
 552
 553         /**
 554          * Called directly before done is called. This should be the last place
 555          * where the irg is modified.
 556          */
 557         void (*finish_graph)(ir_graph *irg);
 558
 559         /**
 560          * Called after everything happened. This call should emit the final
 561          * assembly code but avoid changing the irg.
 562          */
 563         void (*emit)(ir_graph *irg);
 564 };
 565
 566 #define arch_env_end_codegeneration(env)               ((env)->impl->end_codegeneration(env))
 567 #define arch_env_handle_intrinsics(env)                \
 568         do { if((env)->impl->handle_intrinsics != NULL) (env)->impl->handle_intrinsics(); } while(0)
 569 #define arch_env_get_call_abi(env,tp,abi)              ((env)->impl->get_call_abi((tp), (abi)))
 570 #define arch_env_get_params(env)                       ((env)->impl->get_params())
 571 #define arch_env_parse_asm_constraint(env,c)           ((env)->impl->parse_asm_constraint((c))
 572 #define arch_env_is_valid_clobber(env,clobber)         ((env)->impl->is_valid_clobber((clobber))
 573 #define arch_env_mark_remat(env,node) \
 574         do { if ((env)->impl->mark_remat != NULL) (env)->impl->mark_remat((node)); } while(0)
 575
 576 #define arch_env_new_spill(env,value,after)            ((env)->impl->new_spill(value, after))
 577 #define arch_env_new_reload(env,value,spilled,before)  ((env)->impl->new_reload(value, spilled, before))
 578
 579 /**
 580  * ISA base class.
 581  */
 582 struct arch_env_t {
 583         const arch_isa_if_t   *impl;
 584         unsigned               n_registers;      /**< number of registers */
 585         const arch_register_t *registers;        /**< register array */
 586         unsigned               n_register_classes; /**< number of register classes*/
 587         const arch_register_class_t *register_classes; /**< register classes */
 588         const arch_register_t *sp;               /**< The stack pointer register. */
 589         const arch_register_t *bp;               /**< The base pointer register. */
 590         const arch_register_class_t *link_class; /**< The static link pointer
 591                                                       register class. */
 592         int                    stack_alignment;  /**< power of 2 stack alignment */
 593         const be_main_env_t   *main_env;         /**< the be main environment */
 594         int                    spill_cost;       /**< cost for a be_Spill node */
 595         int                    reload_cost;      /**< cost for a be_Reload node */
 596         bool                   custom_abi : 1;   /**< backend does all abi handling
 597                                                       and does not need the generic
 598                                                       stuff from beabi.h/.c */
 599 };
 600
 601 static inline bool arch_irn_is_ignore(const ir_node *irn)
 602 {
 603         const arch_register_req_t *req = arch_get_irn_register_req(irn);
 604         return req->type & arch_register_req_type_ignore;
 605 }
 606
 607 static inline bool arch_irn_consider_in_reg_alloc(
 608                 const arch_register_class_t *cls, const ir_node *node)
 609 {
 610         const arch_register_req_t *req = arch_get_irn_register_req(node);
 611         return
 612                 req->cls == cls &&
 613                 !(req->type & arch_register_req_type_ignore);
 614 }
 615
 616 /**
 617  * Iterate over all values defined by an instruction.
 618  * Only looks at values in a certain register class where the requirements
 619  * are not marked as ignore.
 620  * Executes @p code for each definition.
 621  */
 622 #define be_foreach_definition_(node, cls, value, code)                     \
 623         do {                                                                   \
 624         if (get_irn_mode(node) == mode_T) {                                    \
 625                 const ir_edge_t *edge_;                                            \
 626                 foreach_out_edge(node, edge_) {                                    \
 627                         const arch_register_req_t *req_;                               \
 628                         value = get_edge_src_irn(edge_);                               \
 629                         req_  = arch_get_irn_register_req(value);                      \
 630                         if (req_->cls != cls)                                          \
 631                                 continue;                                                  \
 632                         code                                                           \
 633                 }                                                                  \
 634         } else {                                                               \
 635                 const arch_register_req_t *req_ = arch_get_irn_register_req(node); \
 636                 value = node;                                                      \
 637                 if (req_->cls == cls) {                                            \
 638                         code                                                           \
 639                 }                                                                  \
 640         }                                                                      \
 641         } while (0)
 642
 643 #define be_foreach_definition(node, cls, value, code)                      \
 644         be_foreach_definition_(node, cls, value,                               \
 645                 if (req_->type & arch_register_req_type_ignore)                    \
 646                         continue;                                                      \
 647                 code                                                               \
 648         )
 649
 650 static inline const arch_register_class_t *arch_get_irn_reg_class(
 651                 const ir_node *node)
 652 {
 653         const arch_register_req_t *req = arch_get_irn_register_req(node);
 654         return req->cls;
 655 }
 656
 657 bool arch_reg_is_allocatable(const arch_register_req_t *req,
 658                              const arch_register_t *reg);
 659
 660 #endif