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, unsigned pos, const arch_register_t *r);
 141
 142 const arch_register_t *arch_get_irn_register_out(const ir_node *irn, unsigned 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, unsigned 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, unsigned pos,
 170                 const arch_register_req_t *req)
 171 {
 172         backend_info_t *info = be_get_info(node);
 173         assert(pos < (unsigned)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
 234                                                                                                     register 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         /** register number in dwarf debugging format */
 239         unsigned short               dwarf_number;
 240 };
 241
 242 static inline const arch_register_class_t *arch_register_get_class(
 243                 const arch_register_t *reg)
 244 {
 245         return reg->reg_class;
 246 }
 247
 248 static inline unsigned arch_register_get_index(const arch_register_t *reg)
 249 {
 250         return reg->index;
 251 }
 252
 253 /**
 254  * A class of registers.
 255  * Like general purpose or floating point.
 256  */
 257 struct arch_register_class_t {
 258         unsigned                     index;   /**< index of this register class */
 259         const char                  *name;    /**< The name of the register class.*/
 260         unsigned                     n_regs;  /**< Number of registers in this
 261                                                    class. */
 262         ir_mode                     *mode;    /**< The mode of the register class.*/
 263         const arch_register_t       *regs;    /**< The array of registers. */
 264         arch_register_class_flags_t  flags;   /**< register class flags. */
 265         const arch_register_req_t   *class_req;
 266 };
 267
 268 /** return the number of registers in this register class */
 269 #define arch_register_class_n_regs(cls) ((cls)->n_regs)
 270
 271 /** return the largest mode of this register class */
 272 #define arch_register_class_mode(cls) ((cls)->mode)
 273
 274 /** return the name of this register class */
 275 #define arch_register_class_name(cls) ((cls)->name)
 276
 277 /** return the index of this register class */
 278 #define arch_register_class_index(cls)  ((cls)->index)
 279
 280 /** return the register class flags */
 281 #define arch_register_class_flags(cls) ((cls)->flags)
 282
 283 static inline const arch_register_t *arch_register_for_index(
 284                 const arch_register_class_t *cls, unsigned idx)
 285 {
 286         assert(idx < cls->n_regs);
 287         return &cls->regs[idx];
 288 }
 289
 290 /**
 291  * Convenience macro to check for set constraints.
 292  * @param req   A pointer to register requirements.
 293  * @param kind  The kind of constraint to check for
 294  *              (see arch_register_req_type_t).
 295  * @return      1, If the kind of constraint is present, 0 if not.
 296  */
 297 #define arch_register_req_is(req, kind) \
 298         (((req)->type & (arch_register_req_type_ ## kind)) != 0)
 299
 300 /**
 301  * Expresses requirements to register allocation for an operand.
 302  */
 303 struct arch_register_req_t {
 304         arch_register_req_type_t     type; /**< The type of the constraint. */
 305         const arch_register_class_t *cls;  /**< The register class this constraint
 306                                                 belongs to. */
 307         const unsigned *limited;           /**< allowed register bitset
 308                                                 (in case of wide-values this is
 309                                                  only about the first register) */
 310         unsigned other_same;               /**< Bitmask of ins which should use the
 311                                                 same register (should_be_same). */
 312         unsigned other_different;          /**< Bitmask of ins which shall use a
 313                                                 different register
 314                                                 (must_be_different) */
 315         unsigned char width;               /**< specifies how many sequential
 316                                                 registers are required */
 317 };
 318
 319 static inline bool reg_reqs_equal(const arch_register_req_t *req1,
 320                                   const arch_register_req_t *req2)
 321 {
 322         if (req1 == req2)
 323                 return true;
 324
 325         if (req1->type              != req2->type            ||
 326             req1->cls               != req2->cls             ||
 327             req1->other_same        != req2->other_same      ||
 328             req1->other_different   != req2->other_different ||
 329             (req1->limited != NULL) != (req2->limited != NULL))
 330                 return false;
 331
 332         if (req1->limited != NULL) {
 333                 size_t const n_regs = arch_register_class_n_regs(req1->cls);
 334                 if (!rbitsets_equal(req1->limited, req2->limited, n_regs))
 335                         return false;
 336         }
 337
 338         return true;
 339 }
 340
 341 /**
 342  * An inverse operation returned by the backend
 343  */
 344 struct arch_inverse_t {
 345         int      n;       /**< count of nodes returned in nodes array */
 346         int      costs;   /**< costs of this remat */
 347
 348         /** nodes for this inverse operation. shall be in schedule order.
 349          * last element is the target value */
 350         ir_node  **nodes;
 351 };
 352
 353 struct arch_irn_ops_t {
 354
 355         /**
 356          * Get the entity on the stack frame this node depends on.
 357          * @param irn  The node in question.
 358          * @return The entity on the stack frame or NULL, if the node does not have
 359          *         a stack frame entity.
 360          */
 361         ir_entity *(*get_frame_entity)(const ir_node *irn);
 362
 363         /**
 364          * Set the offset of a node carrying an entity on the stack frame.
 365          * @param irn  The node.
 366          * @param offset The offset of the node's stack frame entity.
 367          */
 368         void (*set_frame_offset)(ir_node *irn, int offset);
 369
 370         /**
 371          * Returns the delta of the stackpointer for nodes that increment or
 372          * decrement the stackpointer with a constant value. (push, pop
 373          * nodes on most architectures).
 374          * A positive value stands for an expanding stack area, a negative value for
 375          * a shrinking one.
 376          *
 377          * @param irn       The node
 378          * @return          0 if the stackpointer is not modified with a constant
 379          *                  value, otherwise the increment/decrement value
 380          */
 381         int (*get_sp_bias)(const ir_node *irn);
 382
 383         /**
 384          * Returns an inverse operation which yields the i-th argument
 385          * of the given node as result.
 386          *
 387          * @param irn       The original operation
 388          * @param i         Index of the argument we want the inverse operation to
 389          *                  yield
 390          * @param inverse   struct to be filled with the resulting inverse op
 391          * @param obstack   The obstack to use for allocation of the returned nodes
 392          *                  array
 393          * @return          The inverse operation or NULL if operation invertible
 394          */
 395         arch_inverse_t *(*get_inverse)(const ir_node *irn, int i,
 396                                        arch_inverse_t *inverse,
 397                                        struct obstack *obstack);
 398
 399         /**
 400          * Get the estimated cycle count for @p irn.
 401          *
 402          * @param irn  The node.
 403          * @return     The estimated cycle count for this operation
 404          */
 405         int (*get_op_estimated_cost)(const ir_node *irn);
 406
 407         /**
 408          * Asks the backend whether operand @p i of @p irn can be loaded form memory
 409          * internally
 410          *
 411          * @param irn  The node.
 412          * @param i    Index of the argument we would like to know whether @p irn
 413          *             can load it form memory internally
 414          * @return     nonzero if argument can be loaded or zero otherwise
 415          */
 416         int (*possible_memory_operand)(const ir_node *irn, unsigned int i);
 417
 418         /**
 419          * Ask the backend to assimilate @p reload of operand @p i into @p irn.
 420          *
 421          * @param irn    The node.
 422          * @param spill  The spill.
 423          * @param i      The position of the reload.
 424          */
 425         void (*perform_memory_operand)(ir_node *irn, ir_node *spill,
 426                                        unsigned int i);
 427 };
 428
 429 /**
 430  * Architecture interface.
 431  */
 432 struct arch_isa_if_t {
 433         /**
 434          * Initializes the isa interface. This is necessary before calling any
 435          * other functions from this interface.
 436          */
 437         void (*init)(void);
 438
 439         /**
 440          * Fress resources allocated by this isa interface.
 441          */
 442         void (*finish)(void);
 443
 444         /**
 445          * Returns the frontend settings needed for this backend.
 446          */
 447         const backend_params *(*get_params)(void);
 448
 449         /**
 450          * lowers current program for target. See the documentation for
 451          * be_lower_for_target() for details.
 452          */
 453         void (*lower_for_target)(void);
 454
 455         /**
 456          * parse an assembler constraint part and set flags according to its nature
 457          * advances the *c pointer to point to the last parsed character (so if you
 458          * parse a single character don't advance c)
 459          */
 460         asm_constraint_flags_t (*parse_asm_constraint)(const char **c);
 461
 462         /**
 463          * returns true if the string is a valid clobbered (register) in this
 464          * backend
 465          */
 466         int (*is_valid_clobber)(const char *clobber);
 467
 468         /**
 469          * Start codegeneration
 470          * @return a new isa instance
 471          */
 472         arch_env_t *(*begin_codegeneration)(const be_main_env_t *env);
 473
 474         /**
 475          * Free the isa instance.
 476          */
 477         void (*end_codegeneration)(void *self);
 478
 479         /**
 480          * Initialize the code generator for a graph
 481          * @param irg  A graph
 482          */
 483         void (*init_graph)(ir_graph *irg);
 484
 485         /**
 486          * Get the ABI restrictions for procedure calls.
 487          * @param call_type   The call type of the method (procedure) in question.
 488          * @param p           The array of parameter locations to be filled.
 489          */
 490         void (*get_call_abi)(ir_type *call_type, be_abi_call_t *abi);
 491
 492         /**
 493          * mark node as rematerialized
 494          */
 495         void (*mark_remat)(ir_node *node);
 496
 497         /**
 498          * return node used as base in pic code addresses
 499          */
 500         ir_node* (*get_pic_base)(ir_graph *irg);
 501
 502         /**
 503          * Create a spill instruction. We assume that spill instructions
 504          * do not need any additional registers and do not affect cpu-flags in any
 505          * way.
 506          * Construct a sequence of instructions after @p after (the resulting nodes
 507          * are already scheduled).
 508          * Returns a mode_M value which is used as input for a reload instruction.
 509          */
 510         ir_node *(*new_spill)(ir_node *value, ir_node *after);
 511
 512         /**
 513          * Create a reload instruction. We assume that reload instructions do not
 514          * need any additional registers and do not affect cpu-flags in any way.
 515          * Constructs a sequence of instruction before @p before (the resulting
 516          * nodes are already scheduled). A rewiring of users is not performed in
 517          * this function.
 518          * Returns a value representing the restored value.
 519          */
 520         ir_node *(*new_reload)(ir_node *value, ir_node *spilled_value,
 521                                ir_node *before);
 522
 523         /**
 524          * Checks if the given register is callee/caller saved.
 525          * @deprecated, only necessary if backend still uses beabi functions
 526          */
 527         int (*register_saved_by)(const arch_register_t *reg, int callee);
 528
 529         /**
 530          * Called directly after initialization. Backend should handle all
 531          * intrinsics here.
 532          */
 533         void (*handle_intrinsics)(void);
 534
 535         /**
 536          * Called before abi introduce.
 537          */
 538         void (*before_abi)(ir_graph *irg);
 539
 540         /**
 541          * Called, when the graph is being normalized.
 542          */
 543         void (*prepare_graph)(ir_graph *irg);
 544
 545         /**
 546          * Called before register allocation.
 547          */
 548         void (*before_ra)(ir_graph *irg);
 549
 550         /**
 551          * Called directly before done is called. This should be the last place
 552          * where the irg is modified.
 553          */
 554         void (*finish_graph)(ir_graph *irg);
 555
 556         /**
 557          * Called after everything happened. This call should emit the final
 558          * assembly code but avoid changing the irg.
 559          */
 560         void (*emit)(ir_graph *irg);
 561 };
 562
 563 #define arch_env_end_codegeneration(env)               ((env)->impl->end_codegeneration(env))
 564 #define arch_env_handle_intrinsics(env)                \
 565         do { if((env)->impl->handle_intrinsics != NULL) (env)->impl->handle_intrinsics(); } while(0)
 566 #define arch_env_get_call_abi(env,tp,abi)              ((env)->impl->get_call_abi((tp), (abi)))
 567 #define arch_env_get_params(env)                       ((env)->impl->get_params())
 568 #define arch_env_parse_asm_constraint(env,c)           ((env)->impl->parse_asm_constraint((c))
 569 #define arch_env_is_valid_clobber(env,clobber)         ((env)->impl->is_valid_clobber((clobber))
 570 #define arch_env_mark_remat(env,node) \
 571         do { if ((env)->impl->mark_remat != NULL) (env)->impl->mark_remat((node)); } while(0)
 572
 573 #define arch_env_new_spill(env,value,after)            ((env)->impl->new_spill(value, after))
 574 #define arch_env_new_reload(env,value,spilled,before)  ((env)->impl->new_reload(value, spilled, before))
 575
 576 /**
 577  * ISA base class.
 578  */
 579 struct arch_env_t {
 580         const arch_isa_if_t   *impl;
 581         unsigned               n_registers;      /**< number of registers */
 582         const arch_register_t *registers;        /**< register array */
 583         unsigned               n_register_classes; /**< number of register classes*/
 584         const arch_register_class_t *register_classes; /**< register classes */
 585         const arch_register_t *sp;               /**< The stack pointer register. */
 586         const arch_register_t *bp;               /**< The base pointer register. */
 587         const arch_register_class_t *link_class; /**< The static link pointer
 588                                                       register class. */
 589         int                    stack_alignment;  /**< power of 2 stack alignment */
 590         const be_main_env_t   *main_env;         /**< the be main environment */
 591         int                    spill_cost;       /**< cost for a be_Spill node */
 592         int                    reload_cost;      /**< cost for a be_Reload node */
 593         bool                   custom_abi : 1;   /**< backend does all abi handling
 594                                                       and does not need the generic
 595                                                       stuff from beabi.h/.c */
 596 };
 597
 598 static inline bool arch_irn_is_ignore(const ir_node *irn)
 599 {
 600         const arch_register_req_t *req = arch_get_irn_register_req(irn);
 601         return req->type & arch_register_req_type_ignore;
 602 }
 603
 604 static inline bool arch_irn_consider_in_reg_alloc(
 605                 const arch_register_class_t *cls, const ir_node *node)
 606 {
 607         const arch_register_req_t *req = arch_get_irn_register_req(node);
 608         return
 609                 req->cls == cls &&
 610                 !(req->type & arch_register_req_type_ignore);
 611 }
 612
 613 /**
 614  * Iterate over all values defined by an instruction.
 615  * Only looks at values in a certain register class where the requirements
 616  * are not marked as ignore.
 617  * Executes @p code for each definition.
 618  */
 619 #define be_foreach_definition_(node, ccls, value, code)                    \
 620         do {                                                                   \
 621         if (get_irn_mode(node) == mode_T) {                                    \
 622                 foreach_out_edge(node, edge_) {                                    \
 623                         const arch_register_req_t *req_;                               \
 624                         value = get_edge_src_irn(edge_);                               \
 625                         req_  = arch_get_irn_register_req(value);                      \
 626                         if (req_->cls != ccls)                                         \
 627                                 continue;                                                  \
 628                         code                                                           \
 629                 }                                                                  \
 630         } else {                                                               \
 631                 const arch_register_req_t *req_ = arch_get_irn_register_req(node); \
 632                 value = node;                                                      \
 633                 if (req_->cls == ccls) {                                           \
 634                         code                                                           \
 635                 }                                                                  \
 636         }                                                                      \
 637         } while (0)
 638
 639 #define be_foreach_definition(node, ccls, value, code)                     \
 640         be_foreach_definition_(node, ccls, value,                              \
 641                 if (req_->type & arch_register_req_type_ignore)                    \
 642                         continue;                                                      \
 643                 code                                                               \
 644         )
 645
 646 static inline const arch_register_class_t *arch_get_irn_reg_class(
 647                 const ir_node *node)
 648 {
 649         const arch_register_req_t *req = arch_get_irn_register_req(node);
 650         return req->cls;
 651 }
 652
 653 bool arch_reg_is_allocatable(const arch_register_req_t *req,
 654                              const arch_register_t *reg);
 655
 656 #endif