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         unsigned other_same;                /**< Bitmask of ins which should use the
 312                                                  same register (should_be_same). */
 313         unsigned other_different;           /**< Bitmask of ins which shall use a
 314                                                  different register
 315                                                  (must_be_different) */
 316         unsigned char width;                /**< specifies how many sequential
 317                                                  registers are required */
 318 };
 319
 320 static inline bool reg_reqs_equal(const arch_register_req_t *req1,
 321                                   const arch_register_req_t *req2)
 322 {
 323         if (req1 == req2)
 324                 return true;
 325
 326         if (req1->type              != req2->type            ||
 327             req1->cls               != req2->cls             ||
 328             req1->other_same        != req2->other_same      ||
 329             req1->other_different   != req2->other_different ||
 330             (req1->limited != NULL) != (req2->limited != NULL))
 331                 return false;
 332
 333         if (req1->limited != NULL) {
 334                 size_t const n_regs = arch_register_class_n_regs(req1->cls);
 335                 if (!rbitsets_equal(req1->limited, req2->limited, n_regs))
 336                         return false;
 337         }
 338
 339         return true;
 340 }
 341
 342 /**
 343  * An inverse operation returned by the backend
 344  */
 345 struct arch_inverse_t {
 346         int      n;       /**< count of nodes returned in nodes array */
 347         int      costs;   /**< costs of this remat */
 348
 349         /** nodes for this inverse operation. shall be in schedule order.
 350          * last element is the target value */
 351         ir_node  **nodes;
 352 };
 353
 354 struct arch_irn_ops_t {
 355
 356         /**
 357          * Get the entity on the stack frame this node depends on.
 358          * @param irn  The node in question.
 359          * @return The entity on the stack frame or NULL, if the node does not have
 360          *         a stack frame entity.
 361          */
 362         ir_entity *(*get_frame_entity)(const ir_node *irn);
 363
 364         /**
 365          * Set the offset of a node carrying an entity on the stack frame.
 366          * @param irn  The node.
 367          * @param offset The offset of the node's stack frame entity.
 368          */
 369         void (*set_frame_offset)(ir_node *irn, int offset);
 370
 371         /**
 372          * Returns the delta of the stackpointer for nodes that increment or
 373          * decrement the stackpointer with a constant value. (push, pop
 374          * nodes on most architectures).
 375          * A positive value stands for an expanding stack area, a negative value for
 376          * a shrinking one.
 377          *
 378          * @param irn       The node
 379          * @return          0 if the stackpointer is not modified with a constant
 380          *                  value, otherwise the increment/decrement value
 381          */
 382         int (*get_sp_bias)(const ir_node *irn);
 383
 384         /**
 385          * Returns an inverse operation which yields the i-th argument
 386          * of the given node as result.
 387          *
 388          * @param irn       The original operation
 389          * @param i         Index of the argument we want the inverse operation to
 390          *                  yield
 391          * @param inverse   struct to be filled with the resulting inverse op
 392          * @param obstack   The obstack to use for allocation of the returned nodes
 393          *                  array
 394          * @return          The inverse operation or NULL if operation invertible
 395          */
 396         arch_inverse_t *(*get_inverse)(const ir_node *irn, int i,
 397                                        arch_inverse_t *inverse,
 398                                        struct obstack *obstack);
 399
 400         /**
 401          * Get the estimated cycle count for @p irn.
 402          *
 403          * @param irn  The node.
 404          * @return     The estimated cycle count for this operation
 405          */
 406         int (*get_op_estimated_cost)(const ir_node *irn);
 407
 408         /**
 409          * Asks the backend whether operand @p i of @p irn can be loaded form memory
 410          * internally
 411          *
 412          * @param irn  The node.
 413          * @param i    Index of the argument we would like to know whether @p irn
 414          *             can load it form memory internally
 415          * @return     nonzero if argument can be loaded or zero otherwise
 416          */
 417         int (*possible_memory_operand)(const ir_node *irn, unsigned int i);
 418
 419         /**
 420          * Ask the backend to assimilate @p reload of operand @p i into @p irn.
 421          *
 422          * @param irn    The node.
 423          * @param spill  The spill.
 424          * @param i      The position of the reload.
 425          */
 426         void (*perform_memory_operand)(ir_node *irn, ir_node *spill,
 427                                        unsigned int i);
 428 };
 429
 430 /**
 431  * Architecture interface.
 432  */
 433 struct arch_isa_if_t {
 434         /**
 435          * Initializes the isa interface. This is necessary before calling any
 436          * other functions from this interface.
 437          */
 438         void (*init)(void);
 439
 440         /**
 441          * Fress resources allocated by this isa interface.
 442          */
 443         void (*finish)(void);
 444
 445         /**
 446          * Returns the frontend settings needed for this backend.
 447          */
 448         const backend_params *(*get_params)(void);
 449
 450         /**
 451          * lowers current program for target. See the documentation for
 452          * be_lower_for_target() for details.
 453          */
 454         void (*lower_for_target)(void);
 455
 456         /**
 457          * parse an assembler constraint part and set flags according to its nature
 458          * advances the *c pointer to point to the last parsed character (so if you
 459          * parse a single character don't advance c)
 460          */
 461         asm_constraint_flags_t (*parse_asm_constraint)(const char **c);
 462
 463         /**
 464          * returns true if the string is a valid clobbered (register) in this
 465          * backend
 466          */
 467         int (*is_valid_clobber)(const char *clobber);
 468
 469         /**
 470          * Start codegeneration
 471          * @return a new isa instance
 472          */
 473         arch_env_t *(*begin_codegeneration)(const be_main_env_t *env);
 474
 475         /**
 476          * Free the isa instance.
 477          */
 478         void (*end_codegeneration)(void *self);
 479
 480         /**
 481          * Initialize the code generator for a graph
 482          * @param irg  A graph
 483          */
 484         void (*init_graph)(ir_graph *irg);
 485
 486         /**
 487          * Get the ABI restrictions for procedure calls.
 488          * @param call_type   The call type of the method (procedure) in question.
 489          * @param p           The array of parameter locations to be filled.
 490          */
 491         void (*get_call_abi)(ir_type *call_type, be_abi_call_t *abi);
 492
 493         /**
 494          * mark node as rematerialized
 495          */
 496         void (*mark_remat)(ir_node *node);
 497
 498         /**
 499          * return node used as base in pic code addresses
 500          */
 501         ir_node* (*get_pic_base)(ir_graph *irg);
 502
 503         /**
 504          * Create a spill instruction. We assume that spill instructions
 505          * do not need any additional registers and do not affect cpu-flags in any
 506          * way.
 507          * Construct a sequence of instructions after @p after (the resulting nodes
 508          * are already scheduled).
 509          * Returns a mode_M value which is used as input for a reload instruction.
 510          */
 511         ir_node *(*new_spill)(ir_node *value, ir_node *after);
 512
 513         /**
 514          * Create a reload instruction. We assume that reload instructions do not
 515          * need any additional registers and do not affect cpu-flags in any way.
 516          * Constructs a sequence of instruction before @p before (the resulting
 517          * nodes are already scheduled). A rewiring of users is not performed in
 518          * this function.
 519          * Returns a value representing the restored value.
 520          */
 521         ir_node *(*new_reload)(ir_node *value, ir_node *spilled_value,
 522                                ir_node *before);
 523
 524         /**
 525          * Checks if the given register is callee/caller saved.
 526          * @deprecated, only necessary if backend still uses beabi functions
 527          */
 528         int (*register_saved_by)(const arch_register_t *reg, int callee);
 529
 530         /**
 531          * Called directly after initialization. Backend should handle all
 532          * intrinsics here.
 533          */
 534         void (*handle_intrinsics)(void);
 535
 536         /**
 537          * Called before abi introduce.
 538          */
 539         void (*before_abi)(ir_graph *irg);
 540
 541         /**
 542          * Called, when the graph is being normalized.
 543          */
 544         void (*prepare_graph)(ir_graph *irg);
 545
 546         /**
 547          * Called before register allocation.
 548          */
 549         void (*before_ra)(ir_graph *irg);
 550
 551         /**
 552          * Called directly before done is called. This should be the last place
 553          * where the irg is modified.
 554          */
 555         void (*finish_graph)(ir_graph *irg);
 556
 557         /**
 558          * Called after everything happened. This call should emit the final
 559          * assembly code but avoid changing the irg.
 560          */
 561         void (*emit)(ir_graph *irg);
 562 };
 563
 564 #define arch_env_end_codegeneration(env)               ((env)->impl->end_codegeneration(env))
 565 #define arch_env_handle_intrinsics(env)                \
 566         do { if((env)->impl->handle_intrinsics != NULL) (env)->impl->handle_intrinsics(); } while(0)
 567 #define arch_env_get_call_abi(env,tp,abi)              ((env)->impl->get_call_abi((tp), (abi)))
 568 #define arch_env_get_params(env)                       ((env)->impl->get_params())
 569 #define arch_env_parse_asm_constraint(env,c)           ((env)->impl->parse_asm_constraint((c))
 570 #define arch_env_is_valid_clobber(env,clobber)         ((env)->impl->is_valid_clobber((clobber))
 571 #define arch_env_mark_remat(env,node) \
 572         do { if ((env)->impl->mark_remat != NULL) (env)->impl->mark_remat((node)); } while(0)
 573
 574 #define arch_env_new_spill(env,value,after)            ((env)->impl->new_spill(value, after))
 575 #define arch_env_new_reload(env,value,spilled,before)  ((env)->impl->new_reload(value, spilled, before))
 576
 577 /**
 578  * ISA base class.
 579  */
 580 struct arch_env_t {
 581         const arch_isa_if_t   *impl;
 582         unsigned               n_registers;      /**< number of registers */
 583         const arch_register_t *registers;        /**< register array */
 584         unsigned               n_register_classes; /**< number of register classes*/
 585         const arch_register_class_t *register_classes; /**< register classes */
 586         const arch_register_t *sp;               /**< The stack pointer register. */
 587         const arch_register_t *bp;               /**< The base pointer register. */
 588         const arch_register_class_t *link_class; /**< The static link pointer
 589                                                       register class. */
 590         int                    stack_alignment;  /**< power of 2 stack alignment */
 591         const be_main_env_t   *main_env;         /**< the be main environment */
 592         int                    spill_cost;       /**< cost for a be_Spill node */
 593         int                    reload_cost;      /**< cost for a be_Reload node */
 594         bool                   custom_abi : 1;   /**< backend does all abi handling
 595                                                       and does not need the generic
 596                                                       stuff from beabi.h/.c */
 597 };
 598
 599 static inline bool arch_irn_is_ignore(const ir_node *irn)
 600 {
 601         const arch_register_req_t *req = arch_get_irn_register_req(irn);
 602         return req->type & arch_register_req_type_ignore;
 603 }
 604
 605 static inline bool arch_irn_consider_in_reg_alloc(
 606                 const arch_register_class_t *cls, const ir_node *node)
 607 {
 608         const arch_register_req_t *req = arch_get_irn_register_req(node);
 609         return
 610                 req->cls == cls &&
 611                 !(req->type & arch_register_req_type_ignore);
 612 }
 613
 614 /**
 615  * Iterate over all values defined by an instruction.
 616  * Only looks at values in a certain register class where the requirements
 617  * are not marked as ignore.
 618  * Executes @p code for each definition.
 619  */
 620 #define be_foreach_definition_(node, cls, value, code)                     \
 621         do {                                                                   \
 622         if (get_irn_mode(node) == mode_T) {                                    \
 623                 const ir_edge_t *edge_;                                            \
 624                 foreach_out_edge(node, edge_) {                                    \
 625                         const arch_register_req_t *req_;                               \
 626                         value = get_edge_src_irn(edge_);                               \
 627                         req_  = arch_get_irn_register_req(value);                      \
 628                         if (req_->cls != cls)                                          \
 629                                 continue;                                                  \
 630                         code                                                           \
 631                 }                                                                  \
 632         } else {                                                               \
 633                 const arch_register_req_t *req_ = arch_get_irn_register_req(node); \
 634                 value = node;                                                      \
 635                 if (req_->cls == cls) {                                            \
 636                         code                                                           \
 637                 }                                                                  \
 638         }                                                                      \
 639         } while (0)
 640
 641 #define be_foreach_definition(node, cls, value, code)                      \
 642         be_foreach_definition_(node, cls, value,                               \
 643                 if (req_->type & arch_register_req_type_ignore)                    \
 644                         continue;                                                      \
 645                 code                                                               \
 646         )
 647
 648 static inline const arch_register_class_t *arch_get_irn_reg_class(
 649                 const ir_node *node)
 650 {
 651         const arch_register_req_t *req = arch_get_irn_register_req(node);
 652         return req->cls;
 653 }
 654
 655 bool arch_reg_is_allocatable(const arch_register_req_t *req,
 656                              const arch_register_t *reg);
 657
 658 #endif