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