change backends to produce 1 big array with all registers
[libfirm] / ir / be / sparc / bearch_sparc.c
1 /*
2  * Copyright (C) 1995-2010 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    The main sparc backend driver file.
23  * @version  $Id$
24  */
25 #include "config.h"
26
27 #include "lc_opts.h"
28 #include "lc_opts_enum.h"
29
30 #include "irgwalk.h"
31 #include "irprog.h"
32 #include "irprintf.h"
33 #include "ircons.h"
34 #include "irgmod.h"
35 #include "irgopt.h"
36 #include "iroptimize.h"
37 #include "irtools.h"
38 #include "irdump.h"
39 #include "lowering.h"
40
41 #include "bitset.h"
42 #include "debug.h"
43 #include "array_t.h"
44 #include "error.h"
45 #include "util.h"
46
47 #include "../bearch.h"
48 #include "../benode.h"
49 #include "../belower.h"
50 #include "../besched.h"
51 #include "be.h"
52 #include "../bemachine.h"
53 #include "../bemodule.h"
54 #include "../beirg.h"
55 #include "../bespillslots.h"
56 #include "../begnuas.h"
57 #include "../belistsched.h"
58 #include "../beflags.h"
59
60 #include "bearch_sparc_t.h"
61
62 #include "sparc_new_nodes.h"
63 #include "gen_sparc_regalloc_if.h"
64 #include "sparc_transform.h"
65 #include "sparc_emitter.h"
66
67 DEBUG_ONLY(static firm_dbg_module_t *dbg = NULL;)
68
69 static arch_irn_class_t sparc_classify(const ir_node *node)
70 {
71         (void) node;
72         return 0;
73 }
74
75 static ir_entity *sparc_get_frame_entity(const ir_node *node)
76 {
77         if (is_sparc_FrameAddr(node)) {
78                 const sparc_attr_t *attr = get_sparc_attr_const(node);
79                 return attr->immediate_value_entity;
80         }
81
82         if (sparc_has_load_store_attr(node)) {
83                 const sparc_load_store_attr_t *load_store_attr
84                         = get_sparc_load_store_attr_const(node);
85                 if (load_store_attr->is_frame_entity) {
86                         return load_store_attr->base.immediate_value_entity;
87                 }
88         }
89
90         return NULL;
91 }
92
93 /**
94  * This function is called by the generic backend to correct offsets for
95  * nodes accessing the stack.
96  */
97 static void sparc_set_frame_offset(ir_node *node, int offset)
98 {
99         sparc_attr_t *attr = get_sparc_attr(node);
100         attr->immediate_value += offset;
101
102         /* must be a FrameAddr or a load/store node with frame_entity */
103         assert(is_sparc_FrameAddr(node) ||
104                         get_sparc_load_store_attr_const(node)->is_frame_entity);
105 }
106
107 static int sparc_get_sp_bias(const ir_node *node)
108 {
109         if (is_sparc_Save(node)) {
110                 const sparc_save_attr_t *attr = get_sparc_save_attr_const(node);
111                 /* Note we do not retport the change of the SPARC_MIN_STACKSIZE
112                  * size, since we have additional magic in the emitter which
113                  * calculates that! */
114                 assert(attr->initial_stacksize >= SPARC_MIN_STACKSIZE);
115                 return attr->initial_stacksize - SPARC_MIN_STACKSIZE;
116         }
117         return 0;
118 }
119
120 /* fill register allocator interface */
121
122 static const arch_irn_ops_t sparc_irn_ops = {
123         sparc_classify,
124         sparc_get_frame_entity,
125         sparc_set_frame_offset,
126         sparc_get_sp_bias,
127         NULL,    /* get_inverse             */
128         NULL,    /* get_op_estimated_cost   */
129         NULL,    /* possible_memory_operand */
130         NULL,    /* perform_memory_operand  */
131 };
132
133 /**
134  * Transforms the standard firm graph into
135  * a SPARC firm graph
136  */
137 static void sparc_prepare_graph(ir_graph *irg)
138 {
139         sparc_transform_graph(irg);
140 }
141
142 static bool sparc_modifies_flags(const ir_node *node)
143 {
144         return arch_irn_get_flags(node) & sparc_arch_irn_flag_modifies_flags;
145 }
146
147 static bool sparc_modifies_fp_flags(const ir_node *node)
148 {
149         return arch_irn_get_flags(node) & sparc_arch_irn_flag_modifies_fp_flags;
150 }
151
152 static void sparc_before_ra(ir_graph *irg)
153 {
154         /* fixup flags register */
155         be_sched_fix_flags(irg, &sparc_reg_classes[CLASS_sparc_flags_class],
156                            NULL, sparc_modifies_flags);
157         be_sched_fix_flags(irg, &sparc_reg_classes[CLASS_sparc_fpflags_class],
158                            NULL, sparc_modifies_fp_flags);
159 }
160
161 /**
162  * transform reload node => load
163  */
164 static void transform_Reload(ir_node *node)
165 {
166         ir_node   *block  = get_nodes_block(node);
167         dbg_info  *dbgi   = get_irn_dbg_info(node);
168         ir_node   *ptr    = get_irn_n(node, be_pos_Spill_frame);
169         ir_node   *mem    = get_irn_n(node, be_pos_Reload_mem);
170         ir_mode   *mode   = get_irn_mode(node);
171         ir_entity *entity = be_get_frame_entity(node);
172         const arch_register_t *reg;
173         ir_node   *proj;
174         ir_node   *load;
175
176         ir_node  *sched_point = sched_prev(node);
177
178         load = new_bd_sparc_Ld_imm(dbgi, block, ptr, mem, mode, entity, 0, true);
179         sched_add_after(sched_point, load);
180         sched_remove(node);
181
182         proj = new_rd_Proj(dbgi, load, mode, pn_sparc_Ld_res);
183
184         reg = arch_get_irn_register(node);
185         arch_set_irn_register(proj, reg);
186
187         exchange(node, proj);
188 }
189
190 /**
191  * transform spill node => store
192  */
193 static void transform_Spill(ir_node *node)
194 {
195         ir_node   *block  = get_nodes_block(node);
196         dbg_info  *dbgi   = get_irn_dbg_info(node);
197         ir_node   *ptr    = get_irn_n(node, be_pos_Spill_frame);
198         ir_graph  *irg    = get_irn_irg(node);
199         ir_node   *mem    = new_r_NoMem(irg);
200         ir_node   *val    = get_irn_n(node, be_pos_Spill_val);
201         ir_mode   *mode   = get_irn_mode(val);
202         ir_entity *entity = be_get_frame_entity(node);
203         ir_node   *sched_point;
204         ir_node   *store;
205
206         sched_point = sched_prev(node);
207         store = new_bd_sparc_St_imm(dbgi, block, val, ptr, mem, mode, entity, 0, true);
208         sched_remove(node);
209         sched_add_after(sched_point, store);
210
211         exchange(node, store);
212 }
213
214 /**
215  * walker to transform be_Spill and be_Reload nodes
216  */
217 static void sparc_after_ra_walker(ir_node *block, void *data)
218 {
219         ir_node *node, *prev;
220         (void) data;
221
222         for (node = sched_last(block); !sched_is_begin(node); node = prev) {
223                 prev = sched_prev(node);
224
225                 if (be_is_Reload(node)) {
226                         transform_Reload(node);
227                 } else if (be_is_Spill(node)) {
228                         transform_Spill(node);
229                 }
230         }
231 }
232
233 static void sparc_collect_frame_entity_nodes(ir_node *node, void *data)
234 {
235         be_fec_env_t  *env = data;
236         const ir_mode *mode;
237         int            align;
238         ir_entity     *entity;
239         const sparc_load_store_attr_t *attr;
240
241         if (be_is_Reload(node) && be_get_frame_entity(node) == NULL) {
242                 mode  = get_irn_mode(node);
243                 align = get_mode_size_bytes(mode);
244                 be_node_needs_frame_entity(env, node, mode, align);
245                 return;
246         }
247
248         if (!is_sparc_Ld(node) && !is_sparc_Ldf(node))
249                 return;
250
251         attr   = get_sparc_load_store_attr_const(node);
252         entity = attr->base.immediate_value_entity;
253         mode   = attr->load_store_mode;
254         if (entity != NULL)
255                 return;
256         if (!attr->is_frame_entity)
257                 return;
258         if (arch_irn_get_flags(node) & sparc_arch_irn_flag_needs_64bit_spillslot)
259                 mode = mode_Lu;
260         align  = get_mode_size_bytes(mode);
261         be_node_needs_frame_entity(env, node, mode, align);
262 }
263
264 static void sparc_set_frame_entity(ir_node *node, ir_entity *entity)
265 {
266         if (is_be_node(node)) {
267                 be_node_set_frame_entity(node, entity);
268         } else {
269                 /* we only say be_node_needs_frame_entity on nodes with load_store
270                  * attributes, so this should be fine */
271                 sparc_load_store_attr_t *attr = get_sparc_load_store_attr(node);
272                 assert(attr->is_frame_entity);
273                 assert(attr->base.immediate_value_entity == NULL);
274                 attr->base.immediate_value_entity = entity;
275         }
276 }
277
278 static void sparc_after_ra(ir_graph *irg)
279 {
280         be_fec_env_t *fec_env = be_new_frame_entity_coalescer(irg);
281
282         irg_walk_graph(irg, NULL, sparc_collect_frame_entity_nodes, fec_env);
283         be_assign_entities(fec_env, sparc_set_frame_entity);
284         be_free_frame_entity_coalescer(fec_env);
285
286         irg_block_walk_graph(irg, NULL, sparc_after_ra_walker, NULL);
287 }
288
289 static void sparc_init_graph(ir_graph *irg)
290 {
291         (void) irg;
292 }
293
294 const arch_isa_if_t sparc_isa_if;
295 static sparc_isa_t sparc_isa_template = {
296         {
297                 &sparc_isa_if,                      /* isa interface implementation */
298                 N_SPARC_REGISTERS,
299                 sparc_registers,
300                 &sparc_registers[REG_SP],           /* stack pointer register */
301                 &sparc_registers[REG_FRAME_POINTER],/* base pointer register */
302                 &sparc_reg_classes[CLASS_sparc_gp], /* link pointer register class */
303                 -1,                                 /* stack direction */
304                 3,                                  /* power of two stack alignment
305                                                        for calls */
306                 NULL,                               /* main environment */
307                 7,                                  /* costs for a spill instruction */
308                 5,                                  /* costs for a reload instruction */
309                 true,                               /* custom abi handling */
310         },
311         NULL,     /* constants */
312 };
313
314 /**
315  * rewrite unsigned->float conversion.
316  * Sparc has no instruction for this so instead we do the following:
317  *
318  *   int    signed_x = unsigned_value_x;
319  *   double res      = signed_x;
320  *   if (signed_x < 0)
321  *       res += 4294967296. ;
322  *   return (float) res;
323  */
324 static void rewrite_unsigned_float_Conv(ir_node *node)
325 {
326         ir_graph *irg         = get_irn_irg(node);
327         dbg_info *dbgi        = get_irn_dbg_info(node);
328         ir_node  *lower_block = get_nodes_block(node);
329
330         part_block(node);
331
332         {
333                 ir_node  *block       = get_nodes_block(node);
334                 ir_node  *unsigned_x  = get_Conv_op(node);
335                 ir_mode  *mode_u      = get_irn_mode(unsigned_x);
336                 ir_mode  *mode_s      = find_signed_mode(mode_u);
337                 ir_mode  *mode_d      = mode_D;
338                 ir_node  *signed_x    = new_rd_Conv(dbgi, block, unsigned_x, mode_s);
339                 ir_node  *res         = new_rd_Conv(dbgi, block, signed_x, mode_d);
340                 ir_node  *zero        = new_r_Const(irg, get_mode_null(mode_s));
341                 ir_node  *cmp         = new_rd_Cmp(dbgi, block, signed_x, zero);
342                 ir_node  *proj_lt     = new_r_Proj(cmp, mode_b, pn_Cmp_Lt);
343                 ir_node  *cond        = new_rd_Cond(dbgi, block, proj_lt);
344                 ir_node  *proj_true   = new_r_Proj(cond, mode_X, pn_Cond_true);
345                 ir_node  *proj_false  = new_r_Proj(cond, mode_X, pn_Cond_false);
346                 ir_node  *in_true[1]  = { proj_true };
347                 ir_node  *in_false[1] = { proj_false };
348                 ir_node  *true_block  = new_r_Block(irg, ARRAY_SIZE(in_true), in_true);
349                 ir_node  *false_block = new_r_Block(irg, ARRAY_SIZE(in_false),in_false);
350                 ir_node  *true_jmp    = new_r_Jmp(true_block);
351                 ir_node  *false_jmp   = new_r_Jmp(false_block);
352                 tarval   *correction  = new_tarval_from_double(4294967296., mode_d);
353                 ir_node  *c_const     = new_r_Const(irg, correction);
354                 ir_node  *fadd        = new_rd_Add(dbgi, true_block, res, c_const,
355                                                    mode_d);
356
357                 ir_node  *lower_in[2] = { true_jmp, false_jmp };
358                 ir_node  *phi_in[2]   = { fadd, res };
359                 ir_mode  *dest_mode   = get_irn_mode(node);
360                 ir_node  *phi;
361                 ir_node  *res_conv;
362
363                 set_irn_in(lower_block, ARRAY_SIZE(lower_in), lower_in);
364                 phi = new_r_Phi(lower_block, ARRAY_SIZE(phi_in), phi_in, mode_d);
365                 assert(get_Block_phis(lower_block) == NULL);
366                 set_Block_phis(lower_block, phi);
367                 set_Phi_next(phi, NULL);
368
369                 res_conv = new_rd_Conv(dbgi, lower_block, phi, dest_mode);
370
371                 exchange(node, res_conv);
372         }
373 }
374
375 static int sparc_rewrite_Conv(ir_node *node, void *ctx)
376 {
377         ir_mode *to_mode   = get_irn_mode(node);
378         ir_node *op        = get_Conv_op(node);
379         ir_mode *from_mode = get_irn_mode(op);
380         (void) ctx;
381
382         if (mode_is_float(to_mode) && mode_is_int(from_mode)
383                         && get_mode_size_bits(from_mode) == 32
384                         && !mode_is_signed(from_mode)) {
385                 rewrite_unsigned_float_Conv(node);
386                 return 1;
387         }
388
389         return 0;
390 }
391
392 static void sparc_handle_intrinsics(void)
393 {
394         ir_type *tp, *int_tp, *uint_tp;
395         i_record records[8];
396         size_t n_records = 0;
397
398         runtime_rt rt_iMod, rt_uMod;
399
400 #define ID(x) new_id_from_chars(x, sizeof(x)-1)
401
402         int_tp  = new_type_primitive(mode_Is);
403         uint_tp = new_type_primitive(mode_Iu);
404
405         /* we need to rewrite some forms of int->float conversions */
406         {
407                 i_instr_record *map_Conv = &records[n_records++].i_instr;
408
409                 map_Conv->kind     = INTRINSIC_INSTR;
410                 map_Conv->op       = op_Conv;
411                 map_Conv->i_mapper = sparc_rewrite_Conv;
412         }
413         /* SPARC has no signed mod instruction ... */
414         {
415                 i_instr_record *map_Mod = &records[n_records++].i_instr;
416
417                 tp = new_type_method(2, 1);
418                 set_method_param_type(tp, 0, int_tp);
419                 set_method_param_type(tp, 1, int_tp);
420                 set_method_res_type(tp, 0, int_tp);
421
422                 rt_iMod.ent             = new_entity(get_glob_type(), ID(".rem"), tp);
423                 set_entity_ld_ident(rt_iMod.ent, ID(".rem"));
424                 rt_iMod.mode            = mode_T;
425                 rt_iMod.res_mode        = mode_Is;
426                 rt_iMod.mem_proj_nr     = pn_Mod_M;
427                 rt_iMod.regular_proj_nr = pn_Mod_X_regular;
428                 rt_iMod.exc_proj_nr     = pn_Mod_X_except;
429                 rt_iMod.exc_mem_proj_nr = pn_Mod_M;
430                 rt_iMod.res_proj_nr     = pn_Mod_res;
431
432                 set_entity_visibility(rt_iMod.ent, ir_visibility_external);
433
434                 map_Mod->kind     = INTRINSIC_INSTR;
435                 map_Mod->op       = op_Mod;
436                 map_Mod->i_mapper = (i_mapper_func)i_mapper_RuntimeCall;
437                 map_Mod->ctx      = &rt_iMod;
438         }
439         /* ... nor an unsigned mod. */
440         {
441                 i_instr_record *map_Mod = &records[n_records++].i_instr;
442
443                 tp = new_type_method(2, 1);
444                 set_method_param_type(tp, 0, uint_tp);
445                 set_method_param_type(tp, 1, uint_tp);
446                 set_method_res_type(tp, 0, uint_tp);
447
448                 rt_uMod.ent             = new_entity(get_glob_type(), ID(".urem"), tp);
449                 set_entity_ld_ident(rt_uMod.ent, ID(".urem"));
450                 rt_uMod.mode            = mode_T;
451                 rt_uMod.res_mode        = mode_Iu;
452                 rt_uMod.mem_proj_nr     = pn_Mod_M;
453                 rt_uMod.regular_proj_nr = pn_Mod_X_regular;
454                 rt_uMod.exc_proj_nr     = pn_Mod_X_except;
455                 rt_uMod.exc_mem_proj_nr = pn_Mod_M;
456                 rt_uMod.res_proj_nr     = pn_Mod_res;
457
458                 set_entity_visibility(rt_uMod.ent, ir_visibility_external);
459
460                 map_Mod->kind     = INTRINSIC_INSTR;
461                 map_Mod->op       = op_Mod;
462                 map_Mod->i_mapper = (i_mapper_func)i_mapper_RuntimeCall;
463                 map_Mod->ctx      = &rt_uMod;
464         }
465
466         assert(n_records < ARRAY_SIZE(records));
467         lower_intrinsics(records, n_records, /*part_block_used=*/ true);
468 }
469
470 /**
471  * Initializes the backend ISA
472  */
473 static arch_env_t *sparc_init(FILE *outfile)
474 {
475         static int run_once = 0;
476         sparc_isa_t *isa;
477
478         if (run_once)
479                 return NULL;
480         run_once = 1;
481
482         isa = XMALLOC(sparc_isa_t);
483         memcpy(isa, &sparc_isa_template, sizeof(*isa));
484         isa->constants = pmap_create();
485
486         be_emit_init(outfile);
487
488         sparc_register_init();
489         sparc_create_opcodes(&sparc_irn_ops);
490         sparc_handle_intrinsics();
491
492         return &isa->base;
493 }
494
495 /**
496  * Closes the output file and frees the ISA structure.
497  */
498 static void sparc_done(void *self)
499 {
500         sparc_isa_t *isa = self;
501
502         /* emit now all global declarations */
503         be_gas_emit_decls(isa->base.main_env);
504
505         pmap_destroy(isa->constants);
506         be_emit_exit();
507         free(isa);
508 }
509
510 static unsigned sparc_get_n_reg_class(void)
511 {
512         return N_SPARC_CLASSES;
513 }
514
515 static const arch_register_class_t *sparc_get_reg_class(unsigned i)
516 {
517         assert(i < N_SPARC_CLASSES);
518         return &sparc_reg_classes[i];
519 }
520
521
522
523 /**
524  * Get the register class which shall be used to store a value of a given mode.
525  * @param self The this pointer.
526  * @param mode The mode in question.
527  * @return A register class which can hold values of the given mode.
528  */
529 static const arch_register_class_t *sparc_get_reg_class_for_mode(const ir_mode *mode)
530 {
531         if (mode_is_float(mode))
532                 return &sparc_reg_classes[CLASS_sparc_fp];
533         else
534                 return &sparc_reg_classes[CLASS_sparc_gp];
535 }
536
537 /**
538  * Returns the necessary byte alignment for storing a register of given class.
539  */
540 static int sparc_get_reg_class_alignment(const arch_register_class_t *cls)
541 {
542         ir_mode *mode = arch_register_class_mode(cls);
543         return get_mode_size_bytes(mode);
544 }
545
546 static void sparc_lower_for_target(void)
547 {
548         int i;
549         int n_irgs = get_irp_n_irgs();
550
551         /* TODO, doubleword lowering and others */
552
553         for (i = 0; i < n_irgs; ++i) {
554                 ir_graph *irg = get_irp_irg(i);
555                 lower_switch(irg, 256, false);
556         }
557 }
558
559 static int sparc_is_mux_allowed(ir_node *sel, ir_node *mux_false,
560                                 ir_node *mux_true)
561 {
562         (void) sel;
563         (void) mux_false;
564         (void) mux_true;
565         return false;
566 }
567
568 /**
569  * Returns the libFirm configuration parameter for this backend.
570  */
571 static const backend_params *sparc_get_backend_params(void)
572 {
573         static const ir_settings_arch_dep_t arch_dep = {
574                 1,     /* also_use_subs */
575                 1,     /* maximum_shifts */
576                 31,    /* highest_shift_amount */
577                 NULL,  /* evaluate_cost_func */
578                 1,     /* allow mulhs */
579                 1,     /* allow mulhu */
580                 32,    /* max_bits_for_mulh */
581         };
582         static backend_params p = {
583                 0,     /* no inline assembly */
584                 0,     /* no support for RotL nodes */
585                 1,     /* big endian */
586                 sparc_lower_for_target, /* lowering callback */
587                 &arch_dep,              /* will be set later */
588                 sparc_is_mux_allowed,   /* parameter for if conversion */
589                 NULL,  /* float arithmetic mode */
590                 0,     /* no trampoline support: size 0 */
591                 0,     /* no trampoline support: align 0 */
592                 NULL,  /* no trampoline support: no trampoline builder */
593                 4      /* alignment of stack parameter: typically 4 (32bit) or 8 (64bit) */
594         };
595         return &p;
596 }
597
598 static ir_graph **sparc_get_backend_irg_list(const void *self,
599                                              ir_graph ***irgs)
600 {
601         (void) self;
602         (void) irgs;
603         return NULL;
604 }
605
606 static asm_constraint_flags_t sparc_parse_asm_constraint(const char **c)
607 {
608         (void) c;
609         return ASM_CONSTRAINT_FLAG_INVALID;
610 }
611
612 static int sparc_is_valid_clobber(const char *clobber)
613 {
614         (void) clobber;
615         return 0;
616 }
617
618 const arch_isa_if_t sparc_isa_if = {
619         sparc_init,
620         sparc_done,
621         NULL,                /* handle intrinsics */
622         sparc_get_n_reg_class,
623         sparc_get_reg_class,
624         sparc_get_reg_class_for_mode,
625         NULL,
626         sparc_get_reg_class_alignment,
627         sparc_get_backend_params,
628         sparc_get_backend_irg_list,
629         NULL,                    /* mark remat */
630         sparc_parse_asm_constraint,
631         sparc_is_valid_clobber,
632
633         sparc_init_graph,
634         NULL, /* get_pic_base */
635         NULL, /* before_abi */
636         sparc_prepare_graph,
637         sparc_before_ra,
638         sparc_after_ra,
639         NULL, /* finish */
640         sparc_emit_routine,
641 };
642
643 BE_REGISTER_MODULE_CONSTRUCTOR(be_init_arch_sparc);
644 void be_init_arch_sparc(void)
645 {
646         be_register_isa_if("sparc", &sparc_isa_if);
647         FIRM_DBG_REGISTER(dbg, "firm.be.sparc.cg");
648         sparc_init_transform();
649         sparc_init_emitter();
650 }