nsz Git - libfirm/blob - ir/ir/irarch.c

   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   Machine dependent Firm optimizations.
  23  * @date    28.9.2004
  24  * @author  Sebastian Hack, Michael Beck
  25  * @version $Id$
  26  *
  27  * Implements "Strength Reduction of Multiplications by Integer Constants"
  28  * by Youfeng Wu.
  29  * Implements Division and Modulo by Consts from "Hackers Delight",
  30  */
  31 #include "config.h"
  32
  33 #include <stdlib.h>
  34 #include <assert.h>
  35
  36 #include "irnode_t.h"
  37 #include "irgraph_t.h"
  38 #include "irmode_t.h"
  39 #include "iropt_t.h"
  40 #include "ircons_t.h"
  41 #include "irgmod.h"
  42 #include "irverify.h"
  43 #include "tv_t.h"
  44 #include "dbginfo_t.h"
  45 #include "iropt_dbg.h"
  46 #include "irflag_t.h"
  47 #include "irhooks.h"
  48 #include "ircons.h"
  49 #include "irarch.h"
  50 #include "irflag.h"
  51 #include "be.h"
  52 #include "error.h"
  53
  54 /** The bit mask, which optimizations to apply. */
  55 static arch_dep_opts_t opts;
  56
  57 void arch_dep_set_opts(arch_dep_opts_t the_opts)
  58 {
  59         opts = the_opts;
  60 }
  61
  62 /** check, whether a mode allows a Mulh instruction. */
  63 static int allow_Mulh(const ir_settings_arch_dep_t *params, ir_mode *mode)
  64 {
  65         if (get_mode_size_bits(mode) > params->max_bits_for_mulh)
  66                 return 0;
  67         return (mode_is_signed(mode) && params->allow_mulhs) || (!mode_is_signed(mode) && params->allow_mulhu);
  68 }
  69
  70 /**
  71  * An instruction,
  72  */
  73 typedef struct instruction instruction;
  74 struct instruction {
  75         insn_kind   kind;        /**< the instruction kind */
  76         instruction *in[2];      /**< the ins */
  77         unsigned    shift_count; /**< shift count for LEA and SHIFT */
  78         ir_node     *irn;        /**< the generated node for this instruction if any. */
  79         int         costs;       /**< the costs for this instruction */
  80 };
  81
  82 /**
  83  * The environment for the strength reduction of multiplications.
  84  */
  85 typedef struct mul_env {
  86         struct obstack obst;       /**< an obstack for local space. */
  87         const ir_settings_arch_dep_t *params;
  88         ir_mode        *mode;      /**< the mode of the multiplication constant */
  89         unsigned       bits;       /**< number of bits in the mode */
  90         unsigned       max_S;      /**< the maximum LEA shift value. */
  91         instruction    *root;      /**< the root of the instruction tree */
  92         ir_node        *op;        /**< the operand that is multiplied */
  93         ir_node        *blk;       /**< the block where the new graph is built */
  94         ir_graph       *irg;
  95         dbg_info       *dbg;       /**< the debug info for the new graph. */
  96         ir_mode        *shf_mode;  /**< the (unsigned) mode for the shift constants */
  97         int            fail;       /**< set to 1 if the instruction sequence fails the constraints */
  98         int            n_shift;    /**< maximum number of allowed shift instructions */
  99
 100         evaluate_costs_func evaluate;  /**< the evaluate callback */
 101 } mul_env;
 102
 103 /**
 104  * Some kind of default evaluator. Return the cost of
 105  * instructions.
 106  */
 107 static int default_evaluate(insn_kind kind, const ir_mode *mode, ir_tarval *tv)
 108 {
 109         (void) mode;
 110         (void) tv;
 111
 112         if (kind == MUL)
 113                 return 13;
 114         return 1;
 115 }
 116
 117 /**
 118  * emit a LEA (or an Add) instruction
 119  */
 120 static instruction *emit_LEA(mul_env *env, instruction *a, instruction *b, unsigned shift)
 121 {
 122         instruction *res = OALLOC(&env->obst, instruction);
 123         res->kind = shift > 0 ? LEA : ADD;
 124         res->in[0] = a;
 125         res->in[1] = b;
 126         res->shift_count = shift;
 127         res->irn = NULL;
 128         res->costs = -1;
 129         return res;
 130 }
 131
 132 /**
 133  * emit a SHIFT (or an Add or a Zero) instruction
 134  */
 135 static instruction *emit_SHIFT(mul_env *env, instruction *a, unsigned shift)
 136 {
 137         instruction *res = OALLOC(&env->obst, instruction);
 138         if (shift == env->bits) {
 139                 /* a 2^bits with bits resolution is a zero */
 140                 res->kind = ZERO;
 141                 res->in[0] = NULL;
 142                 res->in[1] = NULL;
 143                 res->shift_count = 0;
 144         } else if (shift != 1) {
 145                 res->kind = SHIFT;
 146                 res->in[0] = a;
 147                 res->in[1] = NULL;
 148                 res->shift_count = shift;
 149         } else {
 150                 res->kind = ADD;
 151                 res->in[0] = a;
 152                 res->in[1] = a;
 153                 res->shift_count = 0;
 154         }
 155         res->irn = NULL;
 156         res->costs = -1;
 157         return res;
 158 }
 159
 160 /**
 161  * emit a SUB instruction
 162  */
 163 static instruction *emit_SUB(mul_env *env, instruction *a, instruction *b)
 164 {
 165         instruction *res = OALLOC(&env->obst, instruction);
 166         res->kind = SUB;
 167         res->in[0] = a;
 168         res->in[1] = b;
 169         res->shift_count = 0;
 170         res->irn = NULL;
 171         res->costs = -1;
 172         return res;
 173 }
 174
 175 /**
 176  * emit the ROOT instruction
 177  */
 178 static instruction *emit_ROOT(mul_env *env, ir_node *root_op)
 179 {
 180         instruction *res = OALLOC(&env->obst, instruction);
 181         res->kind = ROOT;
 182         res->in[0] = NULL;
 183         res->in[1] = NULL;
 184         res->shift_count = 0;
 185         res->irn = root_op;
 186         res->costs = 0;
 187         return res;
 188 }
 189
 190
 191 /**
 192  * Returns the condensed representation of the tarval tv
 193  */
 194 static unsigned char *value_to_condensed(mul_env *env, ir_tarval *tv, int *pr)
 195 {
 196         ir_mode *mode = get_tarval_mode(tv);
 197         int     bits = get_mode_size_bits(mode);
 198         char    *bitstr = get_tarval_bitpattern(tv);
 199         int     i, l, r;
 200         unsigned char *R = (unsigned char*)obstack_alloc(&env->obst, bits);
 201
 202         l = r = 0;
 203         for (i = 0; bitstr[i] != '\0'; ++i) {
 204                 if (bitstr[i] == '1') {
 205                         R[r] = i - l;
 206                         l = i;
 207                         ++r;
 208                 }
 209         }
 210         free(bitstr);
 211
 212         *pr = r;
 213         return R;
 214 }
 215
 216 /**
 217  * Calculate the gain when using the generalized complementary technique
 218  */
 219 static int calculate_gain(unsigned char *R, int r)
 220 {
 221         int max_gain = 0;
 222         int idx = -1, i;
 223         int gain;
 224
 225         /* the gain for r == 1 */
 226         gain = 2 - 3 - R[0];
 227         for (i = 2; i < r; ++i) {
 228                 /* calculate the gain for r from the gain for r-1 */
 229                 gain += 2 - R[i - 1];
 230
 231                 if (gain > max_gain) {
 232                         max_gain = gain;
 233                         idx = i;
 234                 }
 235         }
 236         return idx;
 237 }
 238
 239 /**
 240  * Calculates the condensed complement of a given (R,r) tuple
 241  */
 242 static unsigned char *complement_condensed(mul_env *env, unsigned char *R, int r, int gain, int *prs)
 243 {
 244         unsigned char *value = (unsigned char*)obstack_alloc(&env->obst, env->bits);
 245         int i, l, j;
 246         unsigned char c;
 247
 248         memset(value, 0, env->bits);
 249
 250         j = 0;
 251         for (i = 0; i < gain; ++i) {
 252                 j += R[i];
 253                 value[j] = 1;
 254         }
 255
 256         /* negate and propagate 1 */
 257         c = 1;
 258         for (i = 0; i <= j; ++i) {
 259                 unsigned char v = !value[i];
 260
 261                 value[i] = v ^ c;
 262                 c = v & c;
 263         }
 264
 265         /* condense it again */
 266         l = r = 0;
 267         R = value;
 268         for (i = 0; i <= j; ++i) {
 269                 if (value[i] == 1) {
 270                         R[r] = i - l;
 271                         l = i;
 272                         ++r;
 273                 }
 274         }
 275
 276         *prs = r;
 277         return R;
 278 }
 279
 280 /**
 281  * creates a tarval from a condensed representation.
 282  */
 283 static ir_tarval *condensed_to_value(mul_env *env, unsigned char *R, int r)
 284 {
 285         ir_tarval *res, *tv;
 286         int i, j;
 287
 288         j = 0;
 289         tv = get_mode_one(env->mode);
 290         res = NULL;
 291         for (i = 0; i < r; ++i) {
 292                 j = R[i];
 293                 if (j) {
 294                         ir_tarval *t = new_tarval_from_long(j, mode_Iu);
 295                         tv = tarval_shl(tv, t);
 296                 }
 297                 res = res ? tarval_add(res, tv) : tv;
 298         }
 299         return res;
 300 }
 301
 302 /* forward */
 303 static instruction *basic_decompose_mul(mul_env *env, unsigned char *R, int r, ir_tarval *N);
 304
 305 /*
 306  * handle simple cases with up-to 2 bits set
 307  */
 308 static instruction *decompose_simple_cases(mul_env *env, unsigned char *R, int r, ir_tarval *N)
 309 {
 310         instruction *ins, *ins2;
 311
 312         (void) N;
 313         if (r == 1) {
 314                 return emit_SHIFT(env, env->root, R[0]);
 315         } else {
 316                 assert(r == 2);
 317
 318                 ins = env->root;
 319                 if (R[1] <= env->max_S) {
 320                         ins = emit_LEA(env, ins, ins, R[1]);
 321                         if (R[0] != 0) {
 322                                 ins = emit_SHIFT(env, ins, R[0]);
 323                         }
 324                         return ins;
 325                 }
 326                 if (R[0] != 0) {
 327                         ins = emit_SHIFT(env, ins, R[0]);
 328                 }
 329
 330                 ins2 = emit_SHIFT(env, env->root, R[0] + R[1]);
 331                 return emit_LEA(env, ins, ins2, 0);
 332         }
 333 }
 334
 335 /**
 336  * Main decompose driver.
 337  */
 338 static instruction *decompose_mul(mul_env *env, unsigned char *R, int r, ir_tarval *N)
 339 {
 340         unsigned i;
 341         int gain;
 342
 343         if (r <= 2)
 344                 return decompose_simple_cases(env, R, r, N);
 345
 346         if (env->params->also_use_subs) {
 347                 gain = calculate_gain(R, r);
 348                 if (gain > 0) {
 349                         instruction *instr1, *instr2;
 350                         unsigned char *R1, *R2;
 351                         int r1, r2, i, k, j;
 352
 353                         R1 = complement_condensed(env, R, r, gain, &r1);
 354                         r2 = r - gain + 1;
 355                         R2 = (unsigned char*)obstack_alloc(&env->obst, r2);
 356
 357                         k = 1;
 358                         for (i = 0; i < gain; ++i) {
 359                                 k += R[i];
 360                         }
 361                         R2[0] = k;
 362                         R2[1] = R[gain] - 1;
 363                         j = 2;
 364                         if (R2[1] == 0) {
 365                                 /* Two identical bits: normalize */
 366                                 ++R2[0];
 367                                 --j;
 368                                 --r2;
 369                         }
 370                         for (i = gain + 1; i < r; ++i) {
 371                                 R2[j++] = R[i];
 372                         }
 373
 374                         instr1 = decompose_mul(env, R1, r1, NULL);
 375                         instr2 = decompose_mul(env, R2, r2, NULL);
 376                         return emit_SUB(env, instr2, instr1);
 377                 }
 378         }
 379
 380         if (N == NULL)
 381                 N = condensed_to_value(env, R, r);
 382
 383         for (i = env->max_S; i > 0; --i) {
 384                 ir_tarval *div_res, *mod_res;
 385                 ir_tarval *tv = new_tarval_from_long((1 << i) + 1, env->mode);
 386
 387                 div_res = tarval_divmod(N, tv, &mod_res);
 388                 if (mod_res == get_mode_null(env->mode)) {
 389                         unsigned char *Rs;
 390                         int rs;
 391
 392                         Rs = value_to_condensed(env, div_res, &rs);
 393                         if (rs < r) {
 394                                 instruction *N1 = decompose_mul(env, Rs, rs, div_res);
 395                                 return emit_LEA(env, N1, N1, i);
 396                         }
 397                 }
 398         }
 399         return basic_decompose_mul(env, R, r, N);
 400 }
 401
 402 #define IMAX(a,b) ((a) > (b) ? (a) : (b))
 403
 404 /**
 405  * basic decomposition routine
 406  */
 407 static instruction *basic_decompose_mul(mul_env *env, unsigned char *R, int r, ir_tarval *N)
 408 {
 409         instruction *Ns;
 410         unsigned t;
 411
 412         if (R[0] == 0) {                    /* Case 1 */
 413                 t = R[1] > IMAX(env->max_S, R[1]);
 414                 R[1] -= t;
 415                 Ns = decompose_mul(env, &R[1], r - 1, N);
 416                 return emit_LEA(env, env->root, Ns, t);
 417         } else if (R[0] <= env->max_S) {    /* Case 2 */
 418                 t = R[0];
 419                 R[1] += t;
 420                 Ns = decompose_mul(env, &R[1], r - 1, N);
 421                 return emit_LEA(env, Ns, env->root, t);
 422         } else {
 423                 t = R[0];
 424                 R[0] = 0;
 425                 Ns = decompose_mul(env, R, r, N);
 426                 return emit_SHIFT(env, Ns, t);
 427         }
 428 }
 429
 430 /**
 431  * recursive build the graph form the instructions.
 432  *
 433  * @param env   the environment
 434  * @param inst  the instruction
 435  */
 436 static ir_node *build_graph(mul_env *env, instruction *inst)
 437 {
 438         ir_node *l, *r, *c;
 439         ir_graph *irg = env->irg;
 440
 441         if (inst->irn)
 442                 return inst->irn;
 443
 444         switch (inst->kind) {
 445         case LEA:
 446                 l = build_graph(env, inst->in[0]);
 447                 r = build_graph(env, inst->in[1]);
 448                 c = new_r_Const_long(irg, env->shf_mode, inst->shift_count);
 449                 r = new_rd_Shl(env->dbg, env->blk, r, c, env->mode);
 450                 return inst->irn = new_rd_Add(env->dbg, env->blk, l, r, env->mode);
 451         case SHIFT:
 452                 l = build_graph(env, inst->in[0]);
 453                 c = new_r_Const_long(irg, env->shf_mode, inst->shift_count);
 454                 return inst->irn = new_rd_Shl(env->dbg, env->blk, l, c, env->mode);
 455         case SUB:
 456                 l = build_graph(env, inst->in[0]);
 457                 r = build_graph(env, inst->in[1]);
 458                 return inst->irn = new_rd_Sub(env->dbg, env->blk, l, r, env->mode);
 459         case ADD:
 460                 l = build_graph(env, inst->in[0]);
 461                 r = build_graph(env, inst->in[1]);
 462                 return inst->irn = new_rd_Add(env->dbg, env->blk, l, r, env->mode);
 463         case ZERO:
 464                 return inst->irn = new_r_Const(irg, get_mode_null(env->mode));
 465         default:
 466                 panic("Unsupported instruction kind");
 467         }
 468 }
 469
 470 /**
 471  * Calculate the costs for the given instruction sequence.
 472  * Note that additional costs due to higher register pressure are NOT evaluated yet
 473  */
 474 static int evaluate_insn(mul_env *env, instruction *inst)
 475 {
 476         int costs;
 477
 478         if (inst->costs >= 0) {
 479                 /* was already evaluated */
 480                 return 0;
 481         }
 482
 483         switch (inst->kind) {
 484         case LEA:
 485         case SUB:
 486         case ADD:
 487                 costs  = evaluate_insn(env, inst->in[0]);
 488                 costs += evaluate_insn(env, inst->in[1]);
 489                 costs += env->evaluate(inst->kind, env->mode, NULL);
 490                 inst->costs = costs;
 491                 return costs;
 492         case SHIFT:
 493                 if (inst->shift_count > env->params->highest_shift_amount)
 494                         env->fail = 1;
 495                 if (env->n_shift <= 0)
 496                         env->fail = 1;
 497                 else
 498                         --env->n_shift;
 499                 costs  = evaluate_insn(env, inst->in[0]);
 500                 costs += env->evaluate(inst->kind, env->mode, NULL);
 501                 inst->costs = costs;
 502                 return costs;
 503         case ZERO:
 504                 inst->costs = costs = env->evaluate(inst->kind, env->mode, NULL);
 505                 return costs;
 506         case MUL:
 507         case ROOT:
 508                 break;
 509         }
 510         panic("Unsupported instruction kind");
 511 }
 512
 513 /**
 514  * Evaluate the replacement instructions and build a new graph
 515  * if faster than the Mul.
 516  * Returns the root of the new graph then or irn otherwise.
 517  *
 518  * @param irn      the Mul operation
 519  * @param operand  the multiplication operand
 520  * @param tv       the multiplication constant
 521  *
 522  * @return the new graph
 523  */
 524 static ir_node *do_decomposition(ir_node *irn, ir_node *operand, ir_tarval *tv)
 525 {
 526         mul_env       env;
 527         instruction   *inst;
 528         unsigned char *R;
 529         int           r;
 530         ir_node       *res = irn;
 531         int           mul_costs;
 532
 533         obstack_init(&env.obst);
 534         env.params   = be_get_backend_param()->dep_param;
 535         env.mode     = get_tarval_mode(tv);
 536         env.bits     = (unsigned)get_mode_size_bits(env.mode);
 537         env.max_S    = 3;
 538         env.root     = emit_ROOT(&env, operand);
 539         env.fail     = 0;
 540         env.n_shift  = env.params->maximum_shifts;
 541         env.evaluate = env.params->evaluate != NULL ? env.params->evaluate : default_evaluate;
 542         env.irg      = get_irn_irg(irn);
 543
 544         R = value_to_condensed(&env, tv, &r);
 545         inst = decompose_mul(&env, R, r, tv);
 546
 547         /* the paper suggests 70% here */
 548         mul_costs = (env.evaluate(MUL, env.mode, tv) * 7 + 5) / 10;
 549         if (evaluate_insn(&env, inst) <= mul_costs && !env.fail) {
 550                 env.op       = operand;
 551                 env.blk      = get_nodes_block(irn);
 552                 env.dbg      = get_irn_dbg_info(irn);
 553                 env.shf_mode = find_unsigned_mode(env.mode);
 554                 if (env.shf_mode == NULL)
 555                         env.shf_mode = mode_Iu;
 556
 557                 res = build_graph(&env, inst);
 558         }
 559         obstack_free(&env.obst, NULL);
 560         return res;
 561 }
 562
 563 /* Replace Muls with Shifts and Add/Subs. */
 564 ir_node *arch_dep_replace_mul_with_shifts(ir_node *irn)
 565 {
 566         ir_node   *res  = irn;
 567         ir_mode   *mode = get_irn_mode(irn);
 568         ir_graph  *irg;
 569         ir_node   *left;
 570         ir_node   *right;
 571         ir_node   *operand;
 572         ir_tarval *tv;
 573         const ir_settings_arch_dep_t *params = be_get_backend_param()->dep_param;
 574
 575
 576         /* If the architecture dependent optimizations were not initialized
 577            or this optimization was not enabled. */
 578         if (params == NULL || (opts & arch_dep_mul_to_shift) == 0)
 579                 return irn;
 580
 581         if (!is_Mul(irn) || !mode_is_int(mode))
 582                 return res;
 583
 584         /* we should never do the reverse transformations again
 585            (like x+x -> 2*x) */
 586         irg = get_irn_irg(irn);
 587         set_irg_state(irg, IR_GRAPH_STATE_ARCH_DEP);
 588
 589         left    = get_binop_left(irn);
 590         right   = get_binop_right(irn);
 591         tv      = NULL;
 592         operand = NULL;
 593
 594         /* Look, if one operand is a constant. */
 595         if (is_Const(left)) {
 596                 tv = get_Const_tarval(left);
 597                 operand = right;
 598         } else if (is_Const(right)) {
 599                 tv = get_Const_tarval(right);
 600                 operand = left;
 601         }
 602
 603         if (tv != NULL) {
 604                 res = do_decomposition(irn, operand, tv);
 605
 606                 if (res != irn) {
 607                         hook_arch_dep_replace_mul_with_shifts(irn);
 608                         exchange(irn, res);
 609                 }
 610         }
 611
 612         return res;
 613 }
 614
 615 /**
 616  * calculated the ld2 of a tarval if tarval is 2^n, else returns -1.
 617  */
 618 static int tv_ld2(ir_tarval *tv, int bits)
 619 {
 620         int i, k = 0, num;
 621
 622         for (num = i = 0; i < bits; ++i) {
 623                 unsigned char v = get_tarval_sub_bits(tv, i);
 624
 625                 if (v) {
 626                         int j;
 627
 628                         for (j = 0; j < 8; ++j)
 629                                 if ((1 << j) & v) {
 630                                         ++num;
 631                                         k = 8 * i + j;
 632                                 }
 633                 }
 634         }
 635         if (num == 1)
 636                 return k;
 637         return -1;
 638 }
 639
 640
 641 /* for shorter lines */
 642 #define ABS(a)    tarval_abs(a)
 643 #define NEG(a)    tarval_neg(a)
 644 #define NOT(a)    tarval_not(a)
 645 #define SHL(a, b) tarval_shl(a, b)
 646 #define SHR(a, b) tarval_shr(a, b)
 647 #define ADD(a, b) tarval_add(a, b)
 648 #define SUB(a, b) tarval_sub(a, b, NULL)
 649 #define MUL(a, b) tarval_mul(a, b)
 650 #define DIV(a, b) tarval_div(a, b)
 651 #define MOD(a, b) tarval_mod(a, b)
 652 #define CMP(a, b) tarval_cmp(a, b)
 653 #define CNV(a, m) tarval_convert_to(a, m)
 654 #define ONE(m)    get_mode_one(m)
 655 #define ZERO(m)   get_mode_null(m)
 656
 657 /** The result of a the magic() function. */
 658 struct ms {
 659         ir_tarval *M;     /**< magic number */
 660         int s;            /**< shift amount */
 661         int need_add;     /**< an additional add is needed */
 662         int need_sub;     /**< an additional sub is needed */
 663 };
 664
 665 /**
 666  * Signed division by constant d: calculate the Magic multiplier M and the shift amount s
 667  *
 668  * see Hacker's Delight: 10-6 Integer Division by Constants: Incorporation into a Compiler
 669  */
 670 static struct ms magic(ir_tarval *d)
 671 {
 672         ir_mode *mode   = get_tarval_mode(d);
 673         ir_mode *u_mode = find_unsigned_mode(mode);
 674         int bits        = get_mode_size_bits(u_mode);
 675         int p;
 676         ir_tarval *ad, *anc, *delta, *q1, *r1, *q2, *r2, *t;     /* unsigned */
 677         pn_Cmp d_cmp, M_cmp;
 678
 679         ir_tarval *bits_minus_1, *two_bits_1;
 680
 681         struct ms mag;
 682
 683         tarval_int_overflow_mode_t rem = tarval_get_integer_overflow_mode();
 684
 685         /* we need overflow mode to work correctly */
 686         tarval_set_integer_overflow_mode(TV_OVERFLOW_WRAP);
 687
 688         /* 2^(bits-1) */
 689         bits_minus_1 = new_tarval_from_long(bits - 1, u_mode);
 690         two_bits_1   = SHL(get_mode_one(u_mode), bits_minus_1);
 691
 692         ad  = CNV(ABS(d), u_mode);
 693         t   = ADD(two_bits_1, SHR(CNV(d, u_mode), bits_minus_1));
 694         anc = SUB(SUB(t, ONE(u_mode)), MOD(t, ad));   /* Absolute value of nc */
 695         p   = bits - 1;                               /* Init: p */
 696         q1  = DIV(two_bits_1, anc);                   /* Init: q1 = 2^p/|nc| */
 697         r1  = SUB(two_bits_1, MUL(q1, anc));          /* Init: r1 = rem(2^p, |nc|) */
 698         q2  = DIV(two_bits_1, ad);                    /* Init: q2 = 2^p/|d| */
 699         r2  = SUB(two_bits_1, MUL(q2, ad));           /* Init: r2 = rem(2^p, |d|) */
 700
 701         do {
 702                 ++p;
 703                 q1 = ADD(q1, q1);                           /* Update q1 = 2^p/|nc| */
 704                 r1 = ADD(r1, r1);                           /* Update r1 = rem(2^p, |nc|) */
 705
 706                 if (CMP(r1, anc) & pn_Cmp_Ge) {
 707                         q1 = ADD(q1, ONE(u_mode));
 708                         r1 = SUB(r1, anc);
 709                 }
 710
 711                 q2 = ADD(q2, q2);                           /* Update q2 = 2^p/|d| */
 712                 r2 = ADD(r2, r2);                           /* Update r2 = rem(2^p, |d|) */
 713
 714                 if (CMP(r2, ad) & pn_Cmp_Ge) {
 715                         q2 = ADD(q2, ONE(u_mode));
 716                         r2 = SUB(r2, ad);
 717                 }
 718
 719                 delta = SUB(ad, r2);
 720         } while (CMP(q1, delta) & pn_Cmp_Lt || (CMP(q1, delta) & pn_Cmp_Eq && CMP(r1, ZERO(u_mode)) & pn_Cmp_Eq));
 721
 722         d_cmp = CMP(d, ZERO(mode));
 723
 724         if (d_cmp & pn_Cmp_Ge)
 725                 mag.M = ADD(CNV(q2, mode), ONE(mode));
 726         else
 727                 mag.M = SUB(ZERO(mode), ADD(CNV(q2, mode), ONE(mode)));
 728
 729         M_cmp = CMP(mag.M, ZERO(mode));
 730
 731         mag.s = p - bits;
 732
 733         /* need an add if d > 0 && M < 0 */
 734         mag.need_add = d_cmp & pn_Cmp_Gt && M_cmp & pn_Cmp_Lt;
 735
 736         /* need a sub if d < 0 && M > 0 */
 737         mag.need_sub = d_cmp & pn_Cmp_Lt && M_cmp & pn_Cmp_Gt;
 738
 739         tarval_set_integer_overflow_mode(rem);
 740
 741         return mag;
 742 }
 743
 744 /** The result of the magicu() function. */
 745 struct mu {
 746         ir_tarval *M;     /**< magic add constant */
 747         int s;            /**< shift amount */
 748         int need_add;     /**< add indicator */
 749 };
 750
 751 /**
 752  * Unsigned division by constant d: calculate the Magic multiplier M and the shift amount s
 753  *
 754  * see Hacker's Delight: 10-10 Integer Division by Constants: Incorporation into a Compiler (Unsigned)
 755  */
 756 static struct mu magicu(ir_tarval *d)
 757 {
 758         ir_mode *mode   = get_tarval_mode(d);
 759         int bits        = get_mode_size_bits(mode);
 760         int p;
 761         ir_tarval *nc, *delta, *q1, *r1, *q2, *r2;
 762         ir_tarval *bits_minus_1, *two_bits_1, *seven_ff;
 763
 764         struct mu magu;
 765
 766         tarval_int_overflow_mode_t rem = tarval_get_integer_overflow_mode();
 767
 768         /* we need overflow mode to work correctly */
 769         tarval_set_integer_overflow_mode(TV_OVERFLOW_WRAP);
 770
 771         bits_minus_1 = new_tarval_from_long(bits - 1, mode);
 772         two_bits_1   = SHL(get_mode_one(mode), bits_minus_1);
 773         seven_ff     = SUB(two_bits_1, ONE(mode));
 774
 775         magu.need_add = 0;                            /* initialize the add indicator */
 776         nc = SUB(NEG(ONE(mode)), MOD(NEG(d), d));
 777         p  = bits - 1;                                /* Init: p */
 778         q1 = DIV(two_bits_1, nc);                     /* Init: q1 = 2^p/nc */
 779         r1 = SUB(two_bits_1, MUL(q1, nc));            /* Init: r1 = rem(2^p, nc) */
 780         q2 = DIV(seven_ff, d);                        /* Init: q2 = (2^p - 1)/d */
 781         r2 = SUB(seven_ff, MUL(q2, d));               /* Init: r2 = rem(2^p - 1, d) */
 782
 783         do {
 784                 ++p;
 785                 if (CMP(r1, SUB(nc, r1)) & pn_Cmp_Ge) {
 786                         q1 = ADD(ADD(q1, q1), ONE(mode));
 787                         r1 = SUB(ADD(r1, r1), nc);
 788                 }
 789                 else {
 790                         q1 = ADD(q1, q1);
 791                         r1 = ADD(r1, r1);
 792                 }
 793
 794                 if (CMP(ADD(r2, ONE(mode)), SUB(d, r2)) & pn_Cmp_Ge) {
 795                         if (CMP(q2, seven_ff) & pn_Cmp_Ge)
 796                                 magu.need_add = 1;
 797
 798                         q2 = ADD(ADD(q2, q2), ONE(mode));
 799                         r2 = SUB(ADD(ADD(r2, r2), ONE(mode)), d);
 800                 }
 801                 else {
 802                         if (CMP(q2, two_bits_1) & pn_Cmp_Ge)
 803                                 magu.need_add = 1;
 804
 805                         q2 = ADD(q2, q2);
 806                         r2 = ADD(ADD(r2, r2), ONE(mode));
 807                 }
 808                 delta = SUB(SUB(d, ONE(mode)), r2);
 809         } while (p < 2*bits &&
 810                 (CMP(q1, delta) & pn_Cmp_Lt || (CMP(q1, delta) & pn_Cmp_Eq && CMP(r1, ZERO(mode)) & pn_Cmp_Eq)));
 811
 812         magu.M = ADD(q2, ONE(mode));                       /* Magic number */
 813         magu.s = p - bits;                                 /* and shift amount */
 814
 815         tarval_set_integer_overflow_mode(rem);
 816
 817         return magu;
 818 }
 819
 820 /**
 821  * Build the Mulh replacement code for n / tv.
 822  *
 823  * Note that 'div' might be a Mod operation as well
 824  */
 825 static ir_node *replace_div_by_mulh(ir_node *div, ir_tarval *tv)
 826 {
 827         dbg_info *dbg  = get_irn_dbg_info(div);
 828         ir_node *n     = get_binop_left(div);
 829         ir_node *block = get_irn_n(div, -1);
 830         ir_mode *mode  = get_irn_mode(n);
 831         int bits       = get_mode_size_bits(mode);
 832         ir_node *q, *t, *c;
 833
 834         /* Beware: do not transform bad code */
 835         if (is_Bad(n) || is_Bad(block))
 836                 return div;
 837
 838         if (mode_is_signed(mode)) {
 839                 ir_graph *irg = get_irn_irg(div);
 840                 struct ms mag = magic(tv);
 841
 842                 /* generate the Mulh instruction */
 843                 c = new_r_Const(irg, mag.M);
 844                 q = new_rd_Mulh(dbg, block, n, c, mode);
 845
 846                 /* do we need an Add or Sub */
 847                 if (mag.need_add)
 848                         q = new_rd_Add(dbg, block, q, n, mode);
 849                 else if (mag.need_sub)
 850                         q = new_rd_Sub(dbg, block, q, n, mode);
 851
 852                 /* Do we need the shift */
 853                 if (mag.s > 0) {
 854                         c = new_r_Const_long(irg, mode_Iu, mag.s);
 855                         q = new_rd_Shrs(dbg, block, q, c, mode);
 856                 }
 857
 858                 /* final */
 859                 c = new_r_Const_long(irg, mode_Iu, bits - 1);
 860                 t = new_rd_Shr(dbg, block, q, c, mode);
 861
 862                 q = new_rd_Add(dbg, block, q, t, mode);
 863         } else {
 864                 struct mu mag = magicu(tv);
 865                 ir_node *c;
 866                 ir_graph *irg = get_irn_irg(div);
 867
 868                 /* generate the Mulh instruction */
 869                 c = new_r_Const(irg, mag.M);
 870                 q = new_rd_Mulh(dbg, block, n, c, mode);
 871
 872                 if (mag.need_add) {
 873                         if (mag.s > 0) {
 874                                 /* use the GM scheme */
 875                                 t = new_rd_Sub(dbg, block, n, q, mode);
 876
 877                                 c = new_r_Const(irg, get_mode_one(mode_Iu));
 878                                 t = new_rd_Shr(dbg, block, t, c, mode);
 879
 880                                 t = new_rd_Add(dbg, block, t, q, mode);
 881
 882                                 c = new_r_Const_long(irg, mode_Iu, mag.s - 1);
 883                                 q = new_rd_Shr(dbg, block, t, c, mode);
 884                         } else {
 885                                 /* use the default scheme */
 886                                 q = new_rd_Add(dbg, block, q, n, mode);
 887                         }
 888                 } else if (mag.s > 0) { /* default scheme, shift needed */
 889                         c = new_r_Const_long(irg, mode_Iu, mag.s);
 890                         q = new_rd_Shr(dbg, block, q, c, mode);
 891                 }
 892         }
 893         return q;
 894 }
 895
 896 /* Replace Divs with Shifts and Add/Subs and Mulh. */
 897 ir_node *arch_dep_replace_div_by_const(ir_node *irn)
 898 {
 899         const ir_settings_arch_dep_t *params = be_get_backend_param()->dep_param;
 900         ir_node *res  = irn;
 901
 902         /* If the architecture dependent optimizations were not initialized
 903         or this optimization was not enabled. */
 904         if (params == NULL || (opts & arch_dep_div_by_const) == 0)
 905                 return irn;
 906
 907         if (is_Div(irn)) {
 908                 ir_node *c = get_Div_right(irn);
 909                 ir_node *block, *left;
 910                 ir_mode *mode;
 911                 ir_tarval *tv, *ntv;
 912                 dbg_info *dbg;
 913                 int n, bits;
 914                 int k;
 915                 int n_flag = 0;
 916
 917                 if (! is_Const(c))
 918                         return irn;
 919
 920                 tv = get_Const_tarval(c);
 921
 922                 /* check for division by zero */
 923                 if (tarval_is_null(tv))
 924                         return irn;
 925
 926                 left  = get_Div_left(irn);
 927                 mode  = get_irn_mode(left);
 928
 929                 /* can only handle integer Div's */
 930                 if (!mode_is_int(mode))
 931                         return irn;
 932
 933                 block = get_irn_n(irn, -1);
 934                 dbg   = get_irn_dbg_info(irn);
 935
 936                 bits = get_mode_size_bits(mode);
 937                 n    = (bits + 7) / 8;
 938
 939                 k = -1;
 940                 if (mode_is_signed(mode)) {
 941                         /* for signed divisions, the algorithm works for a / -2^k by negating the result */
 942                         ntv = tarval_neg(tv);
 943                         n_flag = 1;
 944                         k = tv_ld2(ntv, n);
 945                 }
 946
 947                 if (k < 0) {
 948                         n_flag = 0;
 949                         k = tv_ld2(tv, n);
 950                 }
 951
 952                 if (k >= 0) { /* division by 2^k or -2^k */
 953                         ir_graph *irg = get_irn_irg(irn);
 954                         if (mode_is_signed(mode)) {
 955                                 ir_node *k_node;
 956                                 ir_node *curr = left;
 957
 958                                 /* create the correction code for signed values only if there might be a remainder */
 959                                 if (! get_Div_no_remainder(irn)) {
 960                                         if (k != 1) {
 961                                                 k_node = new_r_Const_long(irg, mode_Iu, k - 1);
 962                                                 curr   = new_rd_Shrs(dbg, block, left, k_node, mode);
 963                                         }
 964
 965                                         k_node = new_r_Const_long(irg, mode_Iu, bits - k);
 966                                         curr   = new_rd_Shr(dbg, block, curr, k_node, mode);
 967
 968                                         curr   = new_rd_Add(dbg, block, left, curr, mode);
 969                                 } else {
 970                                         k_node = left;
 971                                 }
 972
 973                                 k_node = new_r_Const_long(irg, mode_Iu, k);
 974                                 res    = new_rd_Shrs(dbg, block, curr, k_node, mode);
 975
 976                                 if (n_flag) { /* negate the result */
 977                                         ir_node *k_node;
 978
 979                                         k_node = new_r_Const(irg, get_mode_null(mode));
 980                                         res = new_rd_Sub(dbg, block, k_node, res, mode);
 981                                 }
 982                         } else {      /* unsigned case */
 983                                 ir_node *k_node;
 984
 985                                 k_node = new_r_Const_long(irg, mode_Iu, k);
 986                                 res    = new_rd_Shr(dbg, block, left, k_node, mode);
 987                         }
 988                 } else {
 989                         /* other constant */
 990                         if (allow_Mulh(params, mode))
 991                                 res = replace_div_by_mulh(irn, tv);
 992                 }
 993         }
 994
 995         if (res != irn)
 996                 hook_arch_dep_replace_division_by_const(irn);
 997
 998         return res;
 999 }
1000
1001 /* Replace Mods with Shifts and Add/Subs and Mulh. */
1002 ir_node *arch_dep_replace_mod_by_const(ir_node *irn)
1003 {
1004         const ir_settings_arch_dep_t *params = be_get_backend_param()->dep_param;
1005         ir_node *res  = irn;
1006
1007         /* If the architecture dependent optimizations were not initialized
1008            or this optimization was not enabled. */
1009         if (params == NULL || (opts & arch_dep_mod_by_const) == 0)
1010                 return irn;
1011
1012         if (is_Mod(irn)) {
1013                 ir_node *c = get_Mod_right(irn);
1014                 ir_node *block, *left;
1015                 ir_mode *mode;
1016                 ir_tarval *tv, *ntv;
1017                 dbg_info *dbg;
1018                 int n, bits;
1019                 int k;
1020
1021                 if (! is_Const(c))
1022                         return irn;
1023
1024                 tv = get_Const_tarval(c);
1025
1026                 /* check for division by zero */
1027                 if (tarval_is_null(tv))
1028                         return irn;
1029
1030                 left  = get_Mod_left(irn);
1031                 mode  = get_irn_mode(left);
1032                 block = get_irn_n(irn, -1);
1033                 dbg   = get_irn_dbg_info(irn);
1034                 bits = get_mode_size_bits(mode);
1035                 n    = (bits + 7) / 8;
1036
1037                 k = -1;
1038                 if (mode_is_signed(mode)) {
1039                         /* for signed divisions, the algorithm works for a / -2^k by negating the result */
1040                         ntv = tarval_neg(tv);
1041                         k = tv_ld2(ntv, n);
1042                 }
1043
1044                 if (k < 0) {
1045                         k = tv_ld2(tv, n);
1046                 }
1047
1048                 if (k >= 0) {
1049                         ir_graph *irg = get_irn_irg(irn);
1050                         /* division by 2^k or -2^k:
1051                          * we use "modulus" here, so x % y == x % -y that's why is no difference between the case 2^k and -2^k
1052                          */
1053                         if (mode_is_signed(mode)) {
1054                                 ir_node *k_node;
1055                                 ir_node *curr = left;
1056
1057                                 if (k != 1) {
1058                                         k_node = new_r_Const_long(irg, mode_Iu, k - 1);
1059                                         curr   = new_rd_Shrs(dbg, block, left, k_node, mode);
1060                                 }
1061
1062                                 k_node = new_r_Const_long(irg, mode_Iu, bits - k);
1063                                 curr   = new_rd_Shr(dbg, block, curr, k_node, mode);
1064
1065                                 curr   = new_rd_Add(dbg, block, left, curr, mode);
1066
1067                                 k_node = new_r_Const_long(irg, mode, (-1) << k);
1068                                 curr   = new_rd_And(dbg, block, curr, k_node, mode);
1069
1070                                 res    = new_rd_Sub(dbg, block, left, curr, mode);
1071                         } else {      /* unsigned case */
1072                                 ir_node *k_node;
1073
1074                                 k_node = new_r_Const_long(irg, mode, (1 << k) - 1);
1075                                 res    = new_rd_And(dbg, block, left, k_node, mode);
1076                         }
1077                 } else {
1078                         /* other constant */
1079                         if (allow_Mulh(params, mode)) {
1080                                 res = replace_div_by_mulh(irn, tv);
1081
1082                                 res = new_rd_Mul(dbg, block, res, c, mode);
1083
1084                                 /* res = arch_dep_mul_to_shift(res); */
1085
1086                                 res = new_rd_Sub(dbg, block, left, res, mode);
1087                         }
1088                 }
1089         }
1090
1091         if (res != irn)
1092                 hook_arch_dep_replace_division_by_const(irn);
1093
1094         return res;
1095 }