nsz Git - libfirm/blob - ir/be/ia32/ia32_architecture.c

   1 /*
   2  * Copyright (C) 1995-2008 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       ia32 architecture variants
  23  * @author      Michael Beck, Matthias Braun
  24  * @version     $Id: bearch_ia32_t.h 16363 2007-10-25 23:27:07Z beck $
  25  */
  26 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  27 #include "config.h"
  28 #endif
  29
  30 #include "lc_opts.h"
  31 #include "lc_opts_enum.h"
  32
  33 #include "irtools.h"
  34
  35 #include "bearch_ia32_t.h"
  36 #include "ia32_architecture.h"
  37
  38 ia32_code_gen_config_t  ia32_cg_config;
  39
  40 /**
  41  * CPU features.
  42  */
  43 enum cpu_arch_features {
  44         arch_feature_intel    = 0x80000000,                      /**< Intel CPU */
  45         arch_feature_amd      = 0x40000000,                      /**< AMD CPU */
  46         arch_feature_p6       = 0x20000000,                      /**< P6 instructions */
  47         arch_feature_mmx      = 0x10000000,                      /**< MMX instructions */
  48         arch_feature_sse1     = 0x08000000 | arch_feature_mmx,   /**< SSE1 instructions, include MMX */
  49         arch_feature_sse2     = 0x04000000 | arch_feature_sse1,  /**< SSE2 instructions, include SSE1 */
  50         arch_feature_sse3     = 0x02000000 | arch_feature_sse2,  /**< SSE3 instructions, include SSE2 */
  51         arch_feature_ssse3    = 0x01000000 | arch_feature_sse3,  /**< SSSE3 instructions, include SSE3 */
  52         arch_feature_3DNow    = 0x00800000,                      /**< 3DNow! instructions */
  53         arch_feature_3DNowE   = 0x00400000 | arch_feature_3DNow, /**< Enhanced 3DNow! instructions */
  54         arch_feature_netburst = 0x00200000 | arch_feature_intel, /**< Netburst architecture */
  55         arch_feature_64bit    = 0x00100000 | arch_feature_sse2,  /**< x86_64 support, include SSE2 */
  56 };
  57
  58 /**
  59  * Architectures.
  60  */
  61 enum cpu_support {
  62         /* intel CPU's */
  63         arch_generic     =  0,
  64
  65         arch_i386        =  1,
  66         arch_i486        =  2,
  67         arch_pentium     =  3 | arch_feature_intel,
  68         arch_pentium_mmx =  4 | arch_feature_intel | arch_feature_mmx,
  69         arch_pentium_pro =  5 | arch_feature_intel | arch_feature_p6,
  70         arch_pentium_2   =  6 | arch_feature_intel | arch_feature_p6 | arch_feature_mmx,
  71         arch_pentium_3   =  7 | arch_feature_intel | arch_feature_p6 | arch_feature_sse1,
  72         arch_pentium_4   =  8 | arch_feature_netburst | arch_feature_p6 | arch_feature_sse2,
  73         arch_pentium_m   =  9 | arch_feature_intel | arch_feature_p6 | arch_feature_sse2,
  74         arch_core        = 10 | arch_feature_intel | arch_feature_p6 | arch_feature_sse3,
  75         arch_prescott    = 11 | arch_feature_netburst | arch_feature_p6 | arch_feature_sse3,
  76         arch_core2       = 12 | arch_feature_intel | arch_feature_p6 | arch_feature_64bit | arch_feature_ssse3,
  77
  78         /* AMD CPU's */
  79         arch_k6          = 13 | arch_feature_amd | arch_feature_mmx,
  80         arch_k6_2        = 14 | arch_feature_amd | arch_feature_mmx | arch_feature_3DNow,
  81         arch_k6_3        = 15 | arch_feature_amd | arch_feature_mmx | arch_feature_3DNow,
  82         arch_athlon      = 16 | arch_feature_amd | arch_feature_mmx | arch_feature_3DNowE | arch_feature_p6,
  83         arch_athlon_xp   = 17 | arch_feature_amd | arch_feature_sse1 | arch_feature_3DNowE | arch_feature_p6,
  84         arch_opteron     = 18 | arch_feature_amd | arch_feature_64bit | arch_feature_3DNowE | arch_feature_p6,
  85
  86         /* other */
  87         arch_winchip_c6  = 19 | arch_feature_mmx,
  88         arch_winchip2    = 20 | arch_feature_mmx | arch_feature_3DNow,
  89         arch_c3          = 21 | arch_feature_mmx | arch_feature_3DNow,
  90         arch_c3_2        = 22 | arch_feature_sse1,  /* really no 3DNow! */
  91 };
  92
  93 /** checks for l <= x <= h */
  94 #define _IN_RANGE(x, l, h)  ((unsigned)((x) - (l)) <= (unsigned)((h) - (l)))
  95
  96 /** returns true if it's Intel architecture */
  97 #define ARCH_INTEL(x)       (((x) & arch_feature_intel) != 0)
  98
  99 /** returns true if it's AMD architecture */
 100 #define ARCH_AMD(x)         (((x) & arch_feature_amd) != 0)
 101
 102 /** return true if it's a Athlon/Opteron */
 103 #define ARCH_ATHLON(x)      _IN_RANGE((x), arch_athlon, arch_opteron)
 104
 105 /** return true if the CPU has MMX support */
 106 #define ARCH_MMX(x)         (((x) & arch_feature_mmx) != 0)
 107
 108 /** return true if the CPU has 3DNow! support */
 109 #define ARCH_3DNow(x)       (((x) & arch_feature_3DNow) != 0)
 110
 111 /** return true if the CPU has P6 features (CMOV) */
 112 #define IS_P6_ARCH(x)       (((x) & arch_feature_p6) != 0)
 113
 114 static cpu_support arch                 = arch_generic;
 115 static cpu_support opt_arch             = arch_pentium_4;
 116 static int         use_sse2             = 0;
 117 static int         opt_cc               = 1;
 118 static int         opt_unsafe_floatconv = 0;
 119
 120 /* instruction set architectures. */
 121 static const lc_opt_enum_int_items_t arch_items[] = {
 122         { "i386",       arch_i386, },
 123         { "i486",       arch_i486, },
 124         { "pentium",    arch_pentium, },
 125         { "i586",       arch_pentium, },
 126         { "pentiumpro", arch_pentium_pro, },
 127         { "i686",       arch_pentium_pro, },
 128         { "pentiummmx", arch_pentium_mmx, },
 129         { "pentium2",   arch_pentium_2, },
 130         { "p2",         arch_pentium_2, },
 131         { "pentium3",   arch_pentium_3, },
 132         { "p3",         arch_pentium_3, },
 133         { "pentium4",   arch_pentium_4, },
 134         { "p4",         arch_pentium_4, },
 135         { "prescott",   arch_pentium_4, },
 136         { "pentiumm",   arch_pentium_m, },
 137         { "pm",         arch_pentium_m, },
 138         { "core",       arch_core, },
 139         { "yonah",      arch_core, },
 140         { "merom",      arch_core2, },
 141         { "nocona",     arch_core2, },
 142         { "core2",      arch_core2, },
 143         { "k6",         arch_k6, },
 144         { "k6-2",       arch_k6_2, },
 145         { "k6-3",       arch_k6_2, },
 146         { "athlon",     arch_athlon, },
 147         { "athlon-xp",  arch_athlon_xp, },
 148         { "athlon-mp",  arch_athlon_xp, },
 149         { "athlon-4",   arch_athlon_xp, },
 150         { "athlon64",   arch_opteron, },
 151         { "k8",         arch_opteron, },
 152         { "opteron",    arch_opteron, },
 153         { "generic",    arch_generic, },
 154         { NULL,         0 }
 155 };
 156
 157 static lc_opt_enum_int_var_t arch_var = {
 158         (int*) &arch, arch_items
 159 };
 160
 161 static lc_opt_enum_int_var_t opt_arch_var = {
 162         (int*) &opt_arch, arch_items
 163 };
 164
 165 static const lc_opt_enum_int_items_t fp_unit_items[] = {
 166         { "x87" ,    0 },
 167         { "sse2",    1 },
 168         { NULL,      0 }
 169 };
 170
 171 static lc_opt_enum_int_var_t fp_unit_var = {
 172         &use_sse2, fp_unit_items
 173 };
 174
 175 static const lc_opt_table_entry_t ia32_architecture_options[] = {
 176         LC_OPT_ENT_ENUM_INT("arch",        "select the instruction architecture",
 177                             &arch_var),
 178         LC_OPT_ENT_ENUM_INT("opt",         "optimize for instruction architecture",
 179                             &opt_arch_var),
 180         LC_OPT_ENT_ENUM_INT("fpunit",      "select the floating point unit",
 181                             &fp_unit_var),
 182         LC_OPT_ENT_NEGBIT("nooptcc",       "do not optimize calling convention",
 183                           &opt_cc, 1),
 184         LC_OPT_ENT_BIT("unsafe_floatconv", "do unsafe floating point controlword "
 185                        "optimisations", &opt_unsafe_floatconv, 1),
 186         LC_OPT_LAST
 187 };
 188
 189 typedef struct insn_const {
 190         int add_cost;       /**< cost of an add instruction */
 191         int lea_cost;       /**< cost of a lea instruction */
 192         int const_shf_cost; /**< cost of a constant shift instruction */
 193         int cost_mul_start; /**< starting cost of a multiply instruction */
 194         int cost_mul_bit;   /**< cost of multiply for every set bit */
 195 } insn_const;
 196
 197 /* costs for the i386 */
 198 static const insn_const i386_cost = {
 199         1,   /* cost of an add instruction */
 200         1,   /* cost of a lea instruction */
 201         2,   /* cost of a constant shift instruction */
 202         6,   /* starting cost of a multiply instruction */
 203         1    /* cost of multiply for every set bit */
 204 };
 205
 206 /* costs for the i486 */
 207 static const insn_const i486_cost = {
 208         1,   /* cost of an add instruction */
 209         1,   /* cost of a lea instruction */
 210         2,   /* cost of a constant shift instruction */
 211         12,  /* starting cost of a multiply instruction */
 212         1    /* cost of multiply for every set bit */
 213 };
 214
 215 /* costs for the Pentium */
 216 static const insn_const pentium_cost = {
 217         1,   /* cost of an add instruction */
 218         1,   /* cost of a lea instruction */
 219         1,   /* cost of a constant shift instruction */
 220         11,  /* starting cost of a multiply instruction */
 221         0    /* cost of multiply for every set bit */
 222 };
 223
 224 /* costs for the Pentium Pro */
 225 static const insn_const pentiumpro_cost = {
 226         1,   /* cost of an add instruction */
 227         1,   /* cost of a lea instruction */
 228         1,   /* cost of a constant shift instruction */
 229         4,   /* starting cost of a multiply instruction */
 230         0    /* cost of multiply for every set bit */
 231 };
 232
 233 /* costs for the K6 */
 234 static const insn_const k6_cost = {
 235         1,   /* cost of an add instruction */
 236         2,   /* cost of a lea instruction */
 237         1,   /* cost of a constant shift instruction */
 238         3,   /* starting cost of a multiply instruction */
 239         0    /* cost of multiply for every set bit */
 240 };
 241
 242 /* costs for the Athlon */
 243 static const insn_const athlon_cost = {
 244         1,   /* cost of an add instruction */
 245         2,   /* cost of a lea instruction */
 246         1,   /* cost of a constant shift instruction */
 247         5,   /* starting cost of a multiply instruction */
 248         0    /* cost of multiply for every set bit */
 249 };
 250
 251 /* costs for the Pentium 4 */
 252 static const insn_const pentium4_cost = {
 253         1,   /* cost of an add instruction */
 254         3,   /* cost of a lea instruction */
 255         4,   /* cost of a constant shift instruction */
 256         15,  /* starting cost of a multiply instruction */
 257         0    /* cost of multiply for every set bit */
 258 };
 259
 260 /* costs for the Core */
 261 static const insn_const core_cost = {
 262         1,   /* cost of an add instruction */
 263         1,   /* cost of a lea instruction */
 264         1,   /* cost of a constant shift instruction */
 265         10,  /* starting cost of a multiply instruction */
 266         0    /* cost of multiply for every set bit */
 267 };
 268
 269 /* costs for the generic */
 270 static const insn_const generic_cost = {
 271         1,   /* cost of an add instruction */
 272         2,   /* cost of a lea instruction */
 273         1,   /* cost of a constant shift instruction */
 274         4,   /* starting cost of a multiply instruction */
 275         0    /* cost of multiply for every set bit */
 276 };
 277
 278 static const insn_const *arch_costs = &generic_cost;
 279
 280 static void set_arch_costs(void)
 281 {
 282         switch (opt_arch) {
 283         case arch_i386:
 284                 arch_costs = &i386_cost;
 285                 break;
 286         case arch_i486:
 287                 arch_costs = &i486_cost;
 288                 break;
 289         case arch_pentium:
 290         case arch_pentium_mmx:
 291                 arch_costs = &pentium_cost;
 292                 break;
 293         case arch_pentium_pro:
 294         case arch_pentium_2:
 295         case arch_pentium_3:
 296                 arch_costs = &pentiumpro_cost;
 297                 break;
 298         case arch_pentium_4:
 299                 arch_costs = &pentium4_cost;
 300                 break;
 301         case arch_pentium_m:
 302                 arch_costs = &pentiumpro_cost;
 303                 break;
 304         case arch_core:
 305                 arch_costs = &core_cost;
 306                 break;
 307         case arch_prescott:
 308                 arch_costs = &pentium4_cost;
 309                 break;
 310         case arch_core2:
 311                 arch_costs = &core_cost;
 312                 break;
 313         case arch_k6:
 314         case arch_k6_2:
 315                 arch_costs = &k6_cost;
 316                 break;
 317         case arch_athlon:
 318         case arch_athlon_xp:
 319         case arch_opteron:
 320                 arch_costs = &athlon_cost;
 321                 break;
 322         case arch_generic:
 323         default:
 324                 arch_costs = &generic_cost;
 325         }
 326 }
 327
 328 /**
 329  * Evaluate a given simple instruction.
 330  */
 331 int ia32_evaluate_insn(insn_kind kind, tarval *tv) {
 332         int cost;
 333
 334         switch (kind) {
 335         case MUL:
 336                 cost =  arch_costs->cost_mul_start;
 337                 if (arch_costs->cost_mul_bit > 0) {
 338                         char *bitstr = get_tarval_bitpattern(tv);
 339                         int i;
 340
 341                         for (i = 0; bitstr[i] != '\0'; ++i) {
 342                                 if (bitstr[i] == '1') {
 343                                         cost += arch_costs->cost_mul_bit;
 344                                 }
 345                         }
 346                         free(bitstr);
 347                 }
 348                 return cost;
 349         case LEA:
 350                 return arch_costs->lea_cost;
 351         case ADD:
 352         case SUB:
 353                 return arch_costs->add_cost;
 354         case SHIFT:
 355                 return arch_costs->const_shf_cost;
 356         case ZERO:
 357                 return arch_costs->add_cost;
 358         default:
 359                 return 1;
 360         }
 361 }
 362
 363
 364
 365 void ia32_setup_cg_config(void)
 366 {
 367         memset(&ia32_cg_config, 0, sizeof(ia32_cg_config));
 368
 369         /* on newer intel cpus mov, pop is often faster then leave although it has a
 370          * longer opcode */
 371         ia32_cg_config.use_leave            = !ARCH_INTEL(opt_arch)
 372                                                || !IS_P6_ARCH(opt_arch);
 373         /* P4s don't like inc/decs because they only partially write the flags
 374            register which produces false dependencies */
 375         ia32_cg_config.use_incdec           = (opt_arch != arch_pentium_4);
 376         ia32_cg_config.use_sse2             = use_sse2;
 377         ia32_cg_config.use_ffreep           = ARCH_ATHLON(opt_arch);
 378         ia32_cg_config.use_ftst             = !IS_P6_ARCH(arch);
 379         ia32_cg_config.use_femms            = ARCH_ATHLON(opt_arch)
 380                                               && ARCH_MMX(arch) && ARCH_AMD(arch);
 381         ia32_cg_config.use_fucomi           = IS_P6_ARCH(arch);
 382         ia32_cg_config.use_cmov             = IS_P6_ARCH(arch);
 383         ia32_cg_config.optimize_cc          = opt_cc;
 384         ia32_cg_config.use_unsafe_floatconv = opt_unsafe_floatconv;
 385
 386         if(opt_arch == arch_i386) {
 387                 ia32_cg_config.function_alignment = 2;
 388         } else if(opt_arch == arch_i486) {
 389                 ia32_cg_config.function_alignment = 4;
 390         } else if(opt_arch == arch_k6) {
 391                 ia32_cg_config.function_alignment = 5;
 392                 ia32_cg_config.label_alignment    = 5;
 393         } else {
 394                 ia32_cg_config.function_alignment = 4;
 395                 ia32_cg_config.label_alignment    = 4;
 396         }
 397
 398         if(opt_arch == arch_i386 || opt_arch == arch_i486) {
 399                 ia32_cg_config.label_alignment_factor = -1;
 400         } else if(ARCH_AMD(opt_arch)) {
 401                 ia32_cg_config.label_alignment_factor = 3;
 402         } else {
 403                 ia32_cg_config.label_alignment_factor = 2;
 404         }
 405
 406         set_arch_costs();
 407 }
 408
 409 void ia32_init_architecture(void)
 410 {
 411         lc_opt_entry_t *be_grp, *ia32_grp;
 412
 413         memset(&ia32_cg_config, 0, sizeof(ia32_cg_config));
 414
 415         be_grp   = lc_opt_get_grp(firm_opt_get_root(), "be");
 416         ia32_grp = lc_opt_get_grp(be_grp, "ia32");
 417
 418         lc_opt_add_table(ia32_grp, ia32_architecture_options);
 419 }