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 architectures and features.
  42  */
  43 enum cpu_arch_features {
  44         arch_generic32        = 0x00000001, /**< no specific architecture */
  45
  46         arch_i386             = 0x00000002, /**< i386 architecture */
  47         arch_i486             = 0x00000004, /**< i486 architecture */
  48         arch_pentium          = 0x00000008, /**< Pentium architecture */
  49         arch_ppro             = 0x00000010, /**< PentiumPro architecture */
  50         arch_netburst         = 0x00000020, /**< Netburst architecture */
  51         arch_nocona           = 0x00000040, /**< Nocona architecture */
  52         arch_core2            = 0x00000080, /**< Core2 architecture */
  53         arch_atom             = 0x00000100, /**< Atom architecture */
  54
  55         arch_k6               = 0x00000200, /**< k6 architecture */
  56         arch_geode            = 0x00000400, /**< Geode architecture */
  57         arch_athlon           = 0x00000800, /**< Athlon architecture */
  58         arch_k8               = 0x00001000, /**< K8/Opteron architecture */
  59         arch_k10              = 0x00002000, /**< K10/Barcelona architecture */
  60
  61         arch_mask             = 0x00003FFF,
  62
  63         arch_athlon_plus      = arch_athlon | arch_k8 | arch_k10,
  64         arch_all_amd          = arch_k6 | arch_geode | arch_athlon_plus,
  65
  66         arch_feature_mmx      = 0x00004000,                      /**< MMX instructions */
  67         arch_feature_p6_insn  = 0x00008000,                      /**< PentiumPro instructions */
  68         arch_feature_sse1     = 0x00010000 | arch_feature_mmx,   /**< SSE1 instructions, include MMX */
  69         arch_feature_sse2     = 0x00020000 | arch_feature_sse1,  /**< SSE2 instructions, include SSE1 */
  70         arch_feature_sse3     = 0x00040000 | arch_feature_sse2,  /**< SSE3 instructions, include SSE2 */
  71         arch_feature_ssse3    = 0x00080000 | arch_feature_sse3,  /**< SSSE3 instructions, include SSE3 */
  72         arch_feature_3DNow    = 0x00100000,                      /**< 3DNow! instructions */
  73         arch_feature_3DNowE   = 0x00200000 | arch_feature_3DNow, /**< Enhanced 3DNow! instructions */
  74         arch_feature_64bit    = 0x00400000 | arch_feature_sse2,  /**< x86_64 support, includes SSE2 */
  75 };
  76
  77 #define FLAGS(x, f) (((x) & (f)) != 0)
  78
  79 /**
  80  * CPU's.
  81  */
  82 enum cpu_support {
  83         cpu_generic     = arch_generic32,
  84
  85         /* intel CPU's */
  86         cpu_i386        = arch_i386,
  87         cpu_i486        = arch_i486,
  88         cpu_pentium     = arch_pentium,
  89         cpu_pentium_mmx = arch_pentium | arch_feature_mmx,
  90         cpu_pentium_pro = arch_ppro | arch_feature_p6_insn,
  91         cpu_pentium_2   = arch_ppro | arch_feature_p6_insn | arch_feature_mmx,
  92         cpu_pentium_3   = arch_ppro | arch_feature_p6_insn | arch_feature_sse1,
  93         cpu_pentium_m   = arch_ppro | arch_feature_p6_insn | arch_feature_sse2,
  94         cpu_pentium_4   = arch_netburst | arch_feature_p6_insn | arch_feature_sse2,
  95         cpu_prescott    = arch_nocona | arch_feature_p6_insn | arch_feature_sse3,
  96         cpu_nocona      = arch_nocona | arch_feature_p6_insn | arch_feature_64bit | arch_feature_sse3,
  97         cpu_core2       = arch_core2 | arch_feature_p6_insn | arch_feature_64bit | arch_feature_ssse3,
  98
  99         /* AMD CPU's */
 100         cpu_k6          = arch_k6 | arch_feature_mmx,
 101         cpu_k6_PLUS     = arch_k6 | arch_feature_mmx | arch_feature_3DNow,
 102         cpu_geode       = arch_geode | arch_feature_sse1 | arch_feature_3DNowE,
 103         cpu_athlon      = arch_athlon | arch_feature_sse1 | arch_feature_3DNowE | arch_feature_p6_insn,
 104         cpu_athlon64    = arch_athlon | arch_feature_sse2 | arch_feature_3DNowE | arch_feature_p6_insn | arch_feature_64bit,
 105         cpu_k8          = arch_k8 | arch_feature_sse2 | arch_feature_3DNowE | arch_feature_p6_insn | arch_feature_64bit,
 106         cpu_k8_sse3     = arch_k8 | arch_feature_sse3 | arch_feature_3DNowE | arch_feature_p6_insn | arch_feature_64bit,
 107         cpu_k10         = arch_k10 | arch_feature_sse3 | arch_feature_3DNowE | arch_feature_p6_insn | arch_feature_64bit,
 108
 109         /* other CPU's */
 110         cpu_winchip_c6  = arch_i486 | arch_feature_mmx,
 111         cpu_winchip2    = arch_i486 | arch_feature_mmx | arch_feature_3DNow,
 112         cpu_c3          = arch_i486 | arch_feature_mmx | arch_feature_3DNow,
 113         cpu_c3_2        = arch_ppro | arch_feature_sse1,  /* really no 3DNow! */
 114 };
 115
 116 static cpu_support arch                 = cpu_generic;
 117 static cpu_support opt_arch             = cpu_core2;
 118 static int         use_sse2             = 0;
 119 static int         opt_cc               = 1;
 120 static int         opt_unsafe_floatconv = 0;
 121
 122 /* instruction set architectures. */
 123 static const lc_opt_enum_int_items_t arch_items[] = {
 124         { "i386",         cpu_i386 },
 125         { "i486",         cpu_i486 },
 126         { "i586",         cpu_pentium },
 127         { "pentium",      cpu_pentium },
 128         { "pentium-mmx",  cpu_pentium_mmx },
 129         { "i686",         cpu_pentium_pro },
 130         { "pentiumpro",   cpu_pentium_pro },
 131         { "pentium2",     cpu_pentium_2 },
 132         { "p2",           cpu_pentium_2 },
 133         { "pentium3",     cpu_pentium_3 },
 134         { "pentium3m",    cpu_pentium_3 },
 135         { "p3",           cpu_pentium_3 },
 136         { "pentium-m",    cpu_pentium_m },
 137         { "pm",           cpu_pentium_m },
 138         { "pentium4",     cpu_pentium_4 },
 139         { "pentium4m",    cpu_pentium_4 },
 140         { "p4",           cpu_pentium_4 },
 141         { "prescott",     cpu_prescott },
 142         { "nocona",       cpu_nocona },
 143         { "merom",        cpu_core2 },
 144         { "core2",        cpu_core2 },
 145
 146         { "k6",           cpu_k6 },
 147         { "k6-2",         cpu_k6_PLUS },
 148         { "k6-3",         cpu_k6_PLUS },
 149         { "geode",        cpu_geode },
 150         { "athlon",       cpu_athlon },
 151         { "athlon-tbird", cpu_athlon },
 152         { "athlon-4",     cpu_athlon },
 153         { "athlon-xp",    cpu_athlon },
 154         { "athlon-mp",    cpu_athlon },
 155         { "athlon64",     cpu_athlon64 },
 156         { "k8",           cpu_k8 },
 157         { "opteron",      cpu_k8 },
 158         { "athlon-fx",    cpu_k8 },
 159         { "k8-sse3",      cpu_k8_sse3 },
 160         { "opteron-sse3", cpu_k8_sse3 },
 161         { "k10",          cpu_k10 },
 162         { "barcelona",    cpu_k10 },
 163         { "amdfam10",     cpu_k10 },
 164
 165         { "winchip-c6",   cpu_winchip_c6, },
 166         { "winchip2",     cpu_winchip2 },
 167         { "c3",           cpu_c3 },
 168         { "c3-2",         cpu_c3_2 },
 169
 170         { "generic",      cpu_generic },
 171         { "generic32",    cpu_generic },
 172         { NULL,           0 }
 173 };
 174
 175 static lc_opt_enum_int_var_t arch_var = {
 176         (int*) &arch, arch_items
 177 };
 178
 179 static lc_opt_enum_int_var_t opt_arch_var = {
 180         (int*) &opt_arch, arch_items
 181 };
 182
 183 static const lc_opt_enum_int_items_t fp_unit_items[] = {
 184         { "x87" ,    0 },
 185         { "sse2",    1 },
 186         { NULL,      0 }
 187 };
 188
 189 static lc_opt_enum_int_var_t fp_unit_var = {
 190         &use_sse2, fp_unit_items
 191 };
 192
 193 static const lc_opt_table_entry_t ia32_architecture_options[] = {
 194         LC_OPT_ENT_ENUM_INT("arch",        "select the instruction architecture",
 195                             &arch_var),
 196         LC_OPT_ENT_ENUM_INT("opt",         "optimize for instruction architecture",
 197                             &opt_arch_var),
 198         LC_OPT_ENT_ENUM_INT("fpunit",      "select the floating point unit",
 199                             &fp_unit_var),
 200         LC_OPT_ENT_NEGBIT("nooptcc",       "do not optimize calling convention",
 201                           &opt_cc, 1),
 202         LC_OPT_ENT_BIT("unsafe_floatconv", "do unsafe floating point controlword "
 203                        "optimisations", &opt_unsafe_floatconv, 1),
 204         LC_OPT_LAST
 205 };
 206
 207 typedef struct insn_const {
 208         int      add_cost;                 /**< cost of an add instruction */
 209         int      lea_cost;                 /**< cost of a lea instruction */
 210         int      const_shf_cost;           /**< cost of a constant shift instruction */
 211         int      cost_mul_start;           /**< starting cost of a multiply instruction */
 212         int      cost_mul_bit;             /**< cost of multiply for every set bit */
 213         unsigned function_alignment;       /**< logarithm for alignment of function labels */
 214         unsigned label_alignment;          /**< logarithm for alignment of loops labels */
 215         unsigned label_alignment_max_skip; /**< maximum skip for alignment of loops labels */
 216 } insn_const;
 217
 218 /* costs for the i386 */
 219 static const insn_const i386_cost = {
 220         1,   /* cost of an add instruction */
 221         1,   /* cost of a lea instruction */
 222         3,   /* cost of a constant shift instruction */
 223         9,   /* starting cost of a multiply instruction */
 224         1,   /* cost of multiply for every set bit */
 225         2,   /* logarithm for alignment of function labels */
 226         2,   /* logarithm for alignment of loops labels */
 227         3,   /* maximum skip for alignment of loops labels */
 228 };
 229
 230 /* costs for the i486 */
 231 static const insn_const i486_cost = {
 232         1,   /* cost of an add instruction */
 233         1,   /* cost of a lea instruction */
 234         2,   /* cost of a constant shift instruction */
 235         12,  /* starting cost of a multiply instruction */
 236         1,   /* cost of multiply for every set bit */
 237         4,   /* logarithm for alignment of function labels */
 238         4,   /* logarithm for alignment of loops labels */
 239         15,  /* maximum skip for alignment of loops labels */
 240 };
 241
 242 /* costs for the Pentium */
 243 static const insn_const pentium_cost = {
 244         1,   /* cost of an add instruction */
 245         1,   /* cost of a lea instruction */
 246         1,   /* cost of a constant shift instruction */
 247         11,  /* starting cost of a multiply instruction */
 248         0,   /* cost of multiply for every set bit */
 249         4,   /* logarithm for alignment of function labels */
 250         4,   /* logarithm for alignment of loops labels */
 251         7,   /* maximum skip for alignment of loops labels */
 252 };
 253
 254 /* costs for the Pentium Pro */
 255 static const insn_const pentiumpro_cost = {
 256         1,   /* cost of an add instruction */
 257         1,   /* cost of a lea instruction */
 258         1,   /* cost of a constant shift instruction */
 259         4,   /* starting cost of a multiply instruction */
 260         0,   /* cost of multiply for every set bit */
 261         4,   /* logarithm for alignment of function labels */
 262         4,   /* logarithm for alignment of loops labels */
 263         10,  /* maximum skip for alignment of loops labels */
 264 };
 265
 266 /* costs for the K6 */
 267 static const insn_const k6_cost = {
 268         1,   /* cost of an add instruction */
 269         2,   /* cost of a lea instruction */
 270         1,   /* cost of a constant shift instruction */
 271         3,   /* starting cost of a multiply instruction */
 272         0,   /* cost of multiply for every set bit */
 273         5,   /* logarithm for alignment of function labels */
 274         5,   /* logarithm for alignment of loops labels */
 275         7,   /* maximum skip for alignment of loops labels */
 276 };
 277
 278 /* costs for the Geode */
 279 static const insn_const geode_cost = {
 280         1,   /* cost of an add instruction */
 281         1,   /* cost of a lea instruction */
 282         1,   /* cost of a constant shift instruction */
 283         7,   /* starting cost of a multiply instruction */
 284         0,   /* cost of multiply for every set bit */
 285         0,   /* logarithm for alignment of function labels */
 286         0,   /* logarithm for alignment of loops labels */
 287         0,   /* maximum skip for alignment of loops labels */
 288 };
 289
 290 /* costs for the Athlon */
 291 static const insn_const athlon_cost = {
 292         1,   /* cost of an add instruction */
 293         2,   /* cost of a lea instruction */
 294         1,   /* cost of a constant shift instruction */
 295         5,   /* starting cost of a multiply instruction */
 296         0,   /* cost of multiply for every set bit */
 297         4,   /* logarithm for alignment of function labels */
 298         4,   /* logarithm for alignment of loops labels */
 299         7,   /* maximum skip for alignment of loops labels */
 300 };
 301
 302 /* costs for the Opteron/K8/K10 */
 303 static const insn_const k8_cost = {
 304         1,   /* cost of an add instruction */
 305         2,   /* cost of a lea instruction */
 306         1,   /* cost of a constant shift instruction */
 307         3,   /* starting cost of a multiply instruction */
 308         0,   /* cost of multiply for every set bit */
 309         4,   /* logarithm for alignment of function labels */
 310         4,   /* logarithm for alignment of loops labels */
 311         7,   /* maximum skip for alignment of loops labels */
 312 };
 313
 314 /* costs for the K10 */
 315 static const insn_const k10_cost = {
 316         1,   /* cost of an add instruction */
 317         2,   /* cost of a lea instruction */
 318         1,   /* cost of a constant shift instruction */
 319         3,   /* starting cost of a multiply instruction */
 320         0,   /* cost of multiply for every set bit */
 321         5,   /* logarithm for alignment of function labels */
 322         5,   /* logarithm for alignment of loops labels */
 323         7,   /* maximum skip for alignment of loops labels */
 324 };
 325
 326 /* costs for the Pentium 4 */
 327 static const insn_const netburst_cost = {
 328         1,   /* cost of an add instruction */
 329         3,   /* cost of a lea instruction */
 330         4,   /* cost of a constant shift instruction */
 331         15,  /* starting cost of a multiply instruction */
 332         0,   /* cost of multiply for every set bit */
 333         4,   /* logarithm for alignment of function labels */
 334         4,   /* logarithm for alignment of loops labels */
 335         7,   /* maximum skip for alignment of loops labels */
 336 };
 337
 338 /* costs for the Nocona and Core */
 339 static const insn_const nocona_cost = {
 340         1,   /* cost of an add instruction */
 341         1,   /* cost of a lea instruction */
 342         1,   /* cost of a constant shift instruction */
 343         10,  /* starting cost of a multiply instruction */
 344         0,   /* cost of multiply for every set bit */
 345         4,   /* logarithm for alignment of function labels */
 346         4,   /* logarithm for alignment of loops labels */
 347         7,   /* maximum skip for alignment of loops labels */
 348 };
 349
 350 /* costs for the Core2 */
 351 static const insn_const core2_cost = {
 352         1,   /* cost of an add instruction */
 353         1,   /* cost of a lea instruction */
 354         1,   /* cost of a constant shift instruction */
 355         3,   /* starting cost of a multiply instruction */
 356         0,   /* cost of multiply for every set bit */
 357         4,   /* logarithm for alignment of function labels */
 358         4,   /* logarithm for alignment of loops labels */
 359         10,  /* maximum skip for alignment of loops labels */
 360 };
 361
 362 /* costs for the generic32 */
 363 static const insn_const generic32_cost = {
 364         1,   /* cost of an add instruction */
 365         2,   /* cost of a lea instruction */
 366         1,   /* cost of a constant shift instruction */
 367         4,   /* starting cost of a multiply instruction */
 368         0,   /* cost of multiply for every set bit */
 369         4,   /* logarithm for alignment of function labels */
 370         4,   /* logarithm for alignment of loops labels */
 371         7,   /* maximum skip for alignment of loops labels */
 372 };
 373
 374 static const insn_const *arch_costs = &generic32_cost;
 375
 376 static void set_arch_costs(void)
 377 {
 378         switch (opt_arch & arch_mask) {
 379         case arch_i386:
 380                 arch_costs = &i386_cost;
 381                 break;
 382         case arch_i486:
 383                 arch_costs = &i486_cost;
 384                 break;
 385         case arch_pentium:
 386                 arch_costs = &pentium_cost;
 387                 break;
 388         case arch_ppro:
 389                 arch_costs = &pentiumpro_cost;
 390                 break;
 391         case arch_netburst:
 392                 arch_costs = &netburst_cost;
 393                 break;
 394         case arch_nocona:
 395                 arch_costs = &nocona_cost;
 396                 break;
 397         case arch_core2:
 398                 arch_costs = &core2_cost;
 399                 break;
 400         case arch_k6:
 401                 arch_costs = &k6_cost;
 402                 break;
 403         case arch_geode:
 404                 arch_costs = &geode_cost;
 405                 break;
 406         case arch_athlon:
 407                 arch_costs = &athlon_cost;
 408                 break;
 409         case arch_k8:
 410                 arch_costs = &k8_cost;
 411                 break;
 412         case arch_k10:
 413                 arch_costs = &k10_cost;
 414                 break;
 415         case arch_generic32:
 416         default:
 417                 arch_costs = &generic32_cost;
 418         }
 419 }
 420
 421 /**
 422  * Evaluate a given simple instruction.
 423  */
 424 int ia32_evaluate_insn(insn_kind kind, tarval *tv) {
 425         int cost;
 426
 427         switch (kind) {
 428         case MUL:
 429                 cost =  arch_costs->cost_mul_start;
 430                 if (arch_costs->cost_mul_bit > 0) {
 431                         char *bitstr = get_tarval_bitpattern(tv);
 432                         int i;
 433
 434                         for (i = 0; bitstr[i] != '\0'; ++i) {
 435                                 if (bitstr[i] == '1') {
 436                                         cost += arch_costs->cost_mul_bit;
 437                                 }
 438                         }
 439                         free(bitstr);
 440                 }
 441                 return cost;
 442         case LEA:
 443                 return arch_costs->lea_cost;
 444         case ADD:
 445         case SUB:
 446                 return arch_costs->add_cost;
 447         case SHIFT:
 448                 return arch_costs->const_shf_cost;
 449         case ZERO:
 450                 return arch_costs->add_cost;
 451         default:
 452                 return 1;
 453         }
 454 }
 455
 456 void ia32_setup_cg_config(void)
 457 {
 458         memset(&ia32_cg_config, 0, sizeof(ia32_cg_config));
 459
 460         set_arch_costs();
 461
 462         /* on newer intel cpus mov, pop is often faster then leave although it has a
 463          * longer opcode */
 464         ia32_cg_config.use_leave            = FLAGS(opt_arch, arch_i386 | arch_all_amd | arch_core2);
 465         /* P4s don't like inc/decs because they only partially write the flags
 466            register which produces false dependencies */
 467         ia32_cg_config.use_incdec           = !FLAGS(opt_arch, arch_netburst | arch_nocona | arch_geode);
 468         ia32_cg_config.use_sse2             = use_sse2;
 469         ia32_cg_config.use_ffreep           = FLAGS(opt_arch, arch_athlon_plus);
 470         ia32_cg_config.use_ftst             = !FLAGS(arch, arch_feature_p6_insn);
 471         ia32_cg_config.use_femms            = FLAGS(opt_arch, arch_athlon_plus) &&
 472                                               FLAGS(arch, arch_feature_mmx | arch_all_amd);
 473         ia32_cg_config.use_fucomi           = FLAGS(arch, arch_feature_p6_insn);
 474         ia32_cg_config.use_cmov             = FLAGS(arch, arch_feature_p6_insn);
 475         ia32_cg_config.use_modeD_moves      = FLAGS(opt_arch, arch_athlon_plus | arch_geode | arch_ppro |
 476                                                     arch_netburst | arch_nocona | arch_core2 | arch_generic32);
 477         ia32_cg_config.use_add_esp_4        = FLAGS(opt_arch, arch_geode | arch_athlon_plus |
 478                                                     arch_netburst | arch_nocona | arch_core2 | arch_generic32);
 479         ia32_cg_config.use_add_esp_8        = FLAGS(opt_arch, arch_geode | arch_athlon_plus |
 480                                                     arch_i386 | arch_i486 | arch_ppro | arch_netburst |
 481                                                     arch_nocona | arch_core2 | arch_generic32);
 482         ia32_cg_config.use_sub_esp_4        = FLAGS(opt_arch, arch_athlon_plus | arch_ppro |
 483                                                     arch_netburst | arch_nocona | arch_core2 | arch_generic32);
 484         ia32_cg_config.use_sub_esp_8        = FLAGS(opt_arch, arch_athlon_plus | arch_i386 | arch_i486 |
 485                                                     arch_ppro | arch_netburst | arch_nocona | arch_core2 | arch_generic32);
 486         ia32_cg_config.use_imul_mem_imm32   = !FLAGS(opt_arch, arch_k8 | arch_k10);
 487         ia32_cg_config.use_mov_0            = FLAGS(opt_arch, arch_k6);
 488         ia32_cg_config.use_pad_return       = FLAGS(opt_arch, arch_athlon_plus | cpu_core2 | arch_generic32);
 489         ia32_cg_config.optimize_cc          = opt_cc;
 490         ia32_cg_config.use_unsafe_floatconv = opt_unsafe_floatconv;
 491
 492         ia32_cg_config.function_alignment       = arch_costs->function_alignment;
 493         ia32_cg_config.label_alignment          = arch_costs->label_alignment;
 494         ia32_cg_config.label_alignment_max_skip = arch_costs->label_alignment_max_skip;
 495
 496         if (opt_arch & (arch_i386 | arch_i486)) {
 497                 ia32_cg_config.label_alignment_factor = 0;
 498         } else if (opt_arch & arch_all_amd) {
 499                 ia32_cg_config.label_alignment_factor = 3;
 500         } else {
 501                 ia32_cg_config.label_alignment_factor = 2;
 502         }
 503 }
 504
 505 void ia32_init_architecture(void)
 506 {
 507         lc_opt_entry_t *be_grp, *ia32_grp;
 508
 509         memset(&ia32_cg_config, 0, sizeof(ia32_cg_config));
 510
 511         be_grp   = lc_opt_get_grp(firm_opt_get_root(), "be");
 512         ia32_grp = lc_opt_get_grp(be_grp, "ia32");
 513
 514         lc_opt_add_table(ia32_grp, ia32_architecture_options);
 515 }