nsz Git - libfirm/blob - ir/ir/irarch.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   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, ir_tarval *tv)
 108 {
 109         (void) tv;
 110
 111         if (kind == MUL)
 112                 return 13;
 113         return 1;
 114 }
 115
 116 /**
 117  * emit a LEA (or an Add) instruction
 118  */
 119 static instruction *emit_LEA(mul_env *env, instruction *a, instruction *b, unsigned shift)
 120 {
 121         instruction *res = OALLOC(&env->obst, instruction);
 122         res->kind = shift > 0 ? LEA : ADD;
 123         res->in[0] = a;
 124         res->in[1] = b;
 125         res->shift_count = shift;
 126         res->irn = NULL;
 127         res->costs = -1;
 128         return res;
 129 }
 130
 131 /**
 132  * emit a SHIFT (or an Add or a Zero) instruction
 133  */
 134 static instruction *emit_SHIFT(mul_env *env, instruction *a, unsigned shift)
 135 {
 136         instruction *res = OALLOC(&env->obst, instruction);
 137         if (shift == env->bits) {
 138                 /* a 2^bits with bits resolution is a zero */
 139                 res->kind = ZERO;
 140                 res->in[0] = NULL;
 141                 res->in[1] = NULL;
 142                 res->shift_count = 0;
 143         } else if (shift != 1) {
 144                 res->kind = SHIFT;
 145                 res->in[0] = a;
 146                 res->in[1] = NULL;
 147                 res->shift_count = shift;
 148         } else {
 149                 res->kind = ADD;
 150                 res->in[0] = a;
 151                 res->in[1] = a;
 152                 res->shift_count = 0;
 153         }
 154         res->irn = NULL;
 155         res->costs = -1;
 156         return res;
 157 }
 158
 159 /**
 160  * emit a SUB instruction
 161  */
 162 static instruction *emit_SUB(mul_env *env, instruction *a, instruction *b)
 163 {
 164         instruction *res = OALLOC(&env->obst, instruction);
 165         res->kind = SUB;
 166         res->in[0] = a;
 167         res->in[1] = b;
 168         res->shift_count = 0;
 169         res->irn = NULL;
 170         res->costs = -1;
 171         return res;
 172 }
 173
 174 /**
 175  * emit the ROOT instruction
 176  */
 177 static instruction *emit_ROOT(mul_env *env, ir_node *root_op)
 178 {
 179         instruction *res = OALLOC(&env->obst, instruction);
 180         res->kind = ROOT;
 181         res->in[0] = NULL;
 182         res->in[1] = NULL;
 183         res->shift_count = 0;
 184         res->irn = root_op;
 185         res->costs = 0;
 186         return res;
 187 }
 188
 189
 190 /**
 191  * Returns the condensed representation of the tarval tv
 192  */
 193 static unsigned char *value_to_condensed(mul_env *env, ir_tarval *tv, int *pr)
 194 {
 195         ir_mode *mode = get_tarval_mode(tv);
 196         int     bits = get_mode_size_bits(mode);
 197         char    *bitstr = get_tarval_bitpattern(tv);
 198         int     i, l, r;
 199         unsigned char *R = obstack_alloc(&env->obst, bits);
 200
 201         l = r = 0;
 202         for (i = 0; bitstr[i] != '\0'; ++i) {
 203                 if (bitstr[i] == '1') {
 204                         R[r] = i - l;
 205                         l = i;
 206                         ++r;
 207                 }
 208         }
 209         free(bitstr);
 210
 211         *pr = r;
 212         return R;
 213 }
 214
 215 /**
 216  * Calculate the gain when using the generalized complementary technique
 217  */
 218 static int calculate_gain(unsigned char *R, int r)
 219 {
 220         int max_gain = 0;
 221         int idx = -1, i;
 222         int gain;
 223
 224         /* the gain for r == 1 */
 225         gain = 2 - 3 - R[0];
 226         for (i = 2; i < r; ++i) {
 227                 /* calculate the gain for r from the gain for r-1 */
 228                 gain += 2 - R[i - 1];
 229
 230                 if (gain > max_gain) {
 231                         max_gain = gain;
 232                         idx = i;
 233                 }
 234         }
 235         return idx;
 236 }
 237
 238 /**
 239  * Calculates the condensed complement of a given (R,r) tuple
 240  */
 241 static unsigned char *complement_condensed(mul_env *env, unsigned char *R, int r, int gain, int *prs)
 242 {
 243         unsigned char *value = obstack_alloc(&env->obst, env->bits);
 244         int i, l, j;
 245         unsigned char c;
 246
 247         memset(value, 0, env->bits);
 248
 249         j = 0;
 250         for (i = 0; i < gain; ++i) {
 251                 j += R[i];
 252                 value[j] = 1;
 253         }
 254
 255         /* negate and propagate 1 */
 256         c = 1;
 257         for (i = 0; i <= j; ++i) {
 258                 unsigned char v = !value[i];
 259
 260                 value[i] = v ^ c;
 261                 c = v & c;
 262         }
 263
 264         /* condense it again */
 265         l = r = 0;
 266         R = value;
 267         for (i = 0; i <= j; ++i) {
 268                 if (value[i] == 1) {
 269                         R[r] = i - l;
 270                         l = i;
 271                         ++r;
 272                 }
 273         }
 274
 275         *prs = r;
 276         return R;
 277 }
 278
 279 /**
 280  * creates a tarval from a condensed representation.
 281  */
 282 static ir_tarval *condensed_to_value(mul_env *env, unsigned char *R, int r)
 283 {
 284         ir_tarval *res, *tv;
 285         int i, j;
 286
 287         j = 0;
 288         tv = get_mode_one(env->mode);
 289         res = NULL;
 290         for (i = 0; i < r; ++i) {
 291                 j = R[i];
 292                 if (j) {
 293                         ir_tarval *t = new_tarval_from_long(j, mode_Iu);
 294                         tv = tarval_shl(tv, t);
 295                 }
 296                 res = res ? tarval_add(res, tv) : tv;
 297         }
 298         return res;
 299 }
 300
 301 /* forward */
 302 static instruction *basic_decompose_mul(mul_env *env, unsigned char *R, int r, ir_tarval *N);
 303
 304 /*
 305  * handle simple cases with up-to 2 bits set
 306  */
 307 static instruction *decompose_simple_cases(mul_env *env, unsigned char *R, int r, ir_tarval *N)
 308 {
 309         instruction *ins, *ins2;
 310
 311         (void) N;
 312         if (r == 1) {
 313                 return emit_SHIFT(env, env->root, R[0]);
 314         } else {
 315                 assert(r == 2);
 316
 317                 ins = env->root;
 318                 if (R[1] <= env->max_S) {
 319                         ins = emit_LEA(env, ins, ins, R[1]);
 320                         if (R[0] != 0) {
 321                                 ins = emit_SHIFT(env, ins, R[0]);
 322                         }
 323                         return ins;
 324                 }
 325                 if (R[0] != 0) {
 326                         ins = emit_SHIFT(env, ins, R[0]);
 327                 }
 328
 329                 ins2 = emit_SHIFT(env, env->root, R[0] + R[1]);
 330                 return emit_LEA(env, ins, ins2, 0);
 331         }
 332 }
 333
 334 /**
 335  * Main decompose driver.
 336  */
 337 static instruction *decompose_mul(mul_env *env, unsigned char *R, int r, ir_tarval *N)
 338 {
 339         unsigned i;
 340         int gain;
 341
 342         if (r <= 2)
 343                 return decompose_simple_cases(env, R, r, N);
 344
 345         if (env->params->also_use_subs) {
 346                 gain = calculate_gain(R, r);
 347                 if (gain > 0) {
 348                         instruction *instr1, *instr2;
 349                         unsigned char *R1, *R2;
 350                         int r1, r2, i, k, j;
 351
 352                         R1 = complement_condensed(env, R, r, gain, &r1);
 353                         r2 = r - gain + 1;
 354                         R2 = obstack_alloc(&env->obst, r2);
 355
 356                         k = 1;
 357                         for (i = 0; i < gain; ++i) {
 358                                 k += R[i];
 359                         }
 360                         R2[0] = k;
 361                         R2[1] = R[gain] - 1;
 362                         j = 2;
 363                         if (R2[1] == 0) {
 364                                 /* Two identical bits: normalize */
 365                                 ++R2[0];
 366                                 --j;
 367                                 --r2;
 368                         }
 369                         for (i = gain + 1; i < r; ++i) {
 370                                 R2[j++] = R[i];
 371                         }
 372
 373                         instr1 = decompose_mul(env, R1, r1, NULL);
 374                         instr2 = decompose_mul(env, R2, r2, NULL);
 375                         return emit_SUB(env, instr2, instr1);
 376                 }
 377         }
 378
 379         if (N == NULL)
 380                 N = condensed_to_value(env, R, r);
 381
 382         for (i = env->max_S; i > 0; --i) {
 383                 ir_tarval *div_res, *mod_res;
 384                 ir_tarval *tv = new_tarval_from_long((1 << i) + 1, env->mode);
 385
 386                 div_res = tarval_divmod(N, tv, &mod_res);
 387                 if (mod_res == get_mode_null(env->mode)) {
 388                         unsigned char *Rs;
 389                         int rs;
 390
 391                         Rs = value_to_condensed(env, div_res, &rs);
 392                         if (rs < r) {
 393                                 instruction *N1 = decompose_mul(env, Rs, rs, div_res);
 394                                 return emit_LEA(env, N1, N1, i);
 395                         }
 396                 }
 397         }
 398         return basic_decompose_mul(env, R, r, N);
 399 }
 400
 401 #define IMAX(a,b) ((a) > (b) ? (a) : (b))
 402
 403 /**
 404  * basic decomposition routine
 405  */
 406 static instruction *basic_decompose_mul(mul_env *env, unsigned char *R, int r, ir_tarval *N)
 407 {
 408         instruction *Ns;
 409         unsigned t;
 410
 411         if (R[0] == 0) {                    /* Case 1 */
 412                 t = R[1] > IMAX(env->max_S, R[1]);
 413                 R[1] -= t;
 414                 Ns = decompose_mul(env, &R[1], r - 1, N);
 415                 return emit_LEA(env, env->root, Ns, t);
 416         } else if (R[0] <= env->max_S) {    /* Case 2 */
 417                 t = R[0];
 418                 R[1] += t;
 419                 Ns = decompose_mul(env, &R[1], r - 1, N);
 420                 return emit_LEA(env, Ns, env->root, t);
 421         } else {
 422                 t = R[0];
 423                 R[0] = 0;
 424                 Ns = decompose_mul(env, R, r, N);
 425                 return emit_SHIFT(env, Ns, t);
 426         }
 427 }
 428
 429 /**
 430  * recursive build the graph form the instructions.
 431  *
 432  * @param env   the environment
 433  * @param inst  the instruction
 434  */
 435 static ir_node *build_graph(mul_env *env, instruction *inst)
 436 {
 437         ir_node *l, *r, *c;
 438         ir_graph *irg = env->irg;
 439
 440         if (inst->irn)
 441                 return inst->irn;
 442
 443         switch (inst->kind) {
 444         case LEA:
 445                 l = build_graph(env, inst->in[0]);
 446                 r = build_graph(env, inst->in[1]);
 447                 c = new_r_Const_long(irg, env->shf_mode, inst->shift_count);
 448                 r = new_rd_Shl(env->dbg, env->blk, r, c, env->mode);
 449                 return inst->irn = new_rd_Add(env->dbg, env->blk, l, r, env->mode);
 450         case SHIFT:
 451                 l = build_graph(env, inst->in[0]);
 452                 c = new_r_Const_long(irg, env->shf_mode, inst->shift_count);
 453                 return inst->irn = new_rd_Shl(env->dbg, env->blk, l, c, env->mode);
 454         case SUB:
 455                 l = build_graph(env, inst->in[0]);
 456                 r = build_graph(env, inst->in[1]);
 457                 return inst->irn = new_rd_Sub(env->dbg, env->blk, l, r, env->mode);
 458         case ADD:
 459                 l = build_graph(env, inst->in[0]);
 460                 r = build_graph(env, inst->in[1]);
 461                 return inst->irn = new_rd_Add(env->dbg, env->blk, l, r, env->mode);
 462         case ZERO:
 463                 return inst->irn = new_r_Const(irg, get_mode_null(env->mode));
 464         default:
 465                 panic("Unsupported instruction kind");
 466         }
 467 }
 468
 469 /**
 470  * Calculate the costs for the given instruction sequence.
 471  * Note that additional costs due to higher register pressure are NOT evaluated yet
 472  */
 473 static int evaluate_insn(mul_env *env, instruction *inst)
 474 {
 475         int costs;
 476
 477         if (inst->costs >= 0) {
 478                 /* was already evaluated */
 479                 return 0;
 480         }
 481
 482         switch (inst->kind) {
 483         case LEA:
 484         case SUB:
 485         case ADD:
 486                 costs  = evaluate_insn(env, inst->in[0]);
 487                 costs += evaluate_insn(env, inst->in[1]);
 488                 costs += env->evaluate(inst->kind, NULL);
 489                 inst->costs = costs;
 490                 return costs;
 491         case SHIFT:
 492                 if (inst->shift_count > env->params->highest_shift_amount)
 493                         env->fail = 1;
 494                 if (env->n_shift <= 0)
 495                         env->fail = 1;
 496                 else
 497                         --env->n_shift;
 498                 costs  = evaluate_insn(env, inst->in[0]);
 499                 costs += env->evaluate(inst->kind, NULL);
 500                 inst->costs = costs;
 501                 return costs;
 502         case ZERO:
 503                 inst->costs = costs = env->evaluate(inst->kind, NULL);
 504                 return costs;
 505         case MUL:
 506         case ROOT:
 507                 break;
 508         }
 509         panic("Unsupported instruction kind");
 510 }
 511
 512 /**
 513  * Evaluate the replacement instructions and build a new graph
 514  * if faster than the Mul.
 515  * Returns the root of the new graph then or irn otherwise.
 516  *
 517  * @param irn      the Mul operation
 518  * @param operand  the multiplication operand
 519  * @param tv       the multiplication constant
 520  *
 521  * @return the new graph
 522  */
 523 static ir_node *do_decomposition(ir_node *irn, ir_node *operand, ir_tarval *tv)
 524 {
 525         mul_env       env;
 526         instruction   *inst;
 527         unsigned char *R;
 528         int           r;
 529         ir_node       *res = irn;
 530         int           mul_costs;
 531
 532         obstack_init(&env.obst);
 533         env.params   = be_get_backend_param()->dep_param;
 534         env.mode     = get_tarval_mode(tv);
 535         env.bits     = (unsigned)get_mode_size_bits(env.mode);
 536         env.max_S    = 3;
 537         env.root     = emit_ROOT(&env, operand);
 538         env.fail     = 0;
 539         env.n_shift  = env.params->maximum_shifts;
 540         env.evaluate = env.params->evaluate != NULL ? env.params->evaluate : default_evaluate;
 541         env.irg      = get_irn_irg(irn);
 542
 543         R = value_to_condensed(&env, tv, &r);
 544         inst = decompose_mul(&env, R, r, tv);
 545
 546         /* the paper suggests 70% here */
 547         mul_costs = (env.evaluate(MUL, tv) * 7 + 5) / 10;
 548         if (evaluate_insn(&env, inst) <= mul_costs && !env.fail) {
 549                 env.op       = operand;
 550                 env.blk      = get_nodes_block(irn);
 551                 env.dbg      = get_irn_dbg_info(irn);
 552                 env.shf_mode = find_unsigned_mode(env.mode);
 553                 if (env.shf_mode == NULL)
 554                         env.shf_mode = mode_Iu;
 555
 556                 res = build_graph(&env, inst);
 557         }
 558         obstack_free(&env.obst, NULL);
 559         return res;
 560 }
 561
 562 /* Replace Muls with Shifts and Add/Subs. */
 563 ir_node *arch_dep_replace_mul_with_shifts(ir_node *irn)
 564 {
 565         ir_node   *res  = irn;
 566         ir_mode   *mode = get_irn_mode(irn);
 567         ir_graph  *irg;
 568         ir_node   *left;
 569         ir_node   *right;
 570         ir_node   *operand;
 571         ir_tarval *tv;
 572         const ir_settings_arch_dep_t *params = be_get_backend_param()->dep_param;
 573
 574
 575         /* If the architecture dependent optimizations were not initialized
 576            or this optimization was not enabled. */
 577         if (params == NULL || (opts & arch_dep_mul_to_shift) == 0)
 578                 return irn;
 579
 580         if (!is_Mul(irn) || !mode_is_int(mode))
 581                 return res;
 582
 583         /* we should never do the reverse transformations again
 584            (like x+x -> 2*x) */
 585         irg = get_irn_irg(irn);
 586         set_irg_state(irg, IR_GRAPH_STATE_ARCH_DEP);
 587
 588         left    = get_binop_left(irn);
 589         right   = get_binop_right(irn);
 590         tv      = NULL;
 591         operand = NULL;
 592
 593         /* Look, if one operand is a constant. */
 594         if (is_Const(left)) {
 595                 tv = get_Const_tarval(left);
 596                 operand = right;
 597         } else if (is_Const(right)) {
 598                 tv = get_Const_tarval(right);
 599                 operand = left;
 600         }
 601
 602         if (tv != NULL) {
 603                 res = do_decomposition(irn, operand, tv);
 604
 605                 if (res != irn) {
 606                         hook_arch_dep_replace_mul_with_shifts(irn);
 607                         exchange(irn, res);
 608                 }
 609         }
 610
 611         return res;
 612 }
 613
 614 /**
 615  * calculated the ld2 of a tarval if tarval is 2^n, else returns -1.
 616  */
 617 static int tv_ld2(ir_tarval *tv, int bits)
 618 {
 619         int i, k = 0, num;
 620
 621         for (num = i = 0; i < bits; ++i) {
 622                 unsigned char v = get_tarval_sub_bits(tv, i);
 623
 624                 if (v) {
 625                         int j;
 626
 627                         for (j = 0; j < 8; ++j)
 628                                 if ((1 << j) & v) {
 629                                         ++num;
 630                                         k = 8 * i + j;
 631                                 }
 632                 }
 633         }
 634         if (num == 1)
 635                 return k;
 636         return -1;
 637 }
 638
 639
 640 /* for shorter lines */
 641 #define ABS(a)    tarval_abs(a)
 642 #define NEG(a)    tarval_neg(a)
 643 #define NOT(a)    tarval_not(a)
 644 #define SHL(a, b) tarval_shl(a, b)
 645 #define SHR(a, b) tarval_shr(a, b)
 646 #define ADD(a, b) tarval_add(a, b)
 647 #define SUB(a, b) tarval_sub(a, b, NULL)
 648 #define MUL(a, b) tarval_mul(a, b)
 649 #define DIV(a, b) tarval_div(a, b)
 650 #define MOD(a, b) tarval_mod(a, b)
 651 #define CMP(a, b) tarval_cmp(a, b)
 652 #define CNV(a, m) tarval_convert_to(a, m)
 653 #define ONE(m)    get_mode_one(m)
 654 #define ZERO(m)   get_mode_null(m)
 655
 656 /** The result of a the magic() function. */
 657 struct ms {
 658         ir_tarval *M;     /**< magic number */
 659         int s;            /**< shift amount */
 660         int need_add;     /**< an additional add is needed */
 661         int need_sub;     /**< an additional sub is needed */
 662 };
 663
 664 /**
 665  * Signed division by constant d: calculate the Magic multiplier M and the shift amount s
 666  *
 667  * see Hacker's Delight: 10-6 Integer Division by Constants: Incorporation into a Compiler
 668  */
 669 static struct ms magic(ir_tarval *d)
 670 {
 671         ir_mode *mode   = get_tarval_mode(d);
 672         ir_mode *u_mode = find_unsigned_mode(mode);
 673         int bits        = get_mode_size_bits(u_mode);
 674         int p;
 675         ir_tarval *ad, *anc, *delta, *q1, *r1, *q2, *r2, *t;     /* unsigned */
 676         pn_Cmp d_cmp, M_cmp;
 677
 678         ir_tarval *bits_minus_1, *two_bits_1;
 679
 680         struct ms mag;
 681
 682         tarval_int_overflow_mode_t rem = tarval_get_integer_overflow_mode();
 683
 684         /* we need overflow mode to work correctly */
 685         tarval_set_integer_overflow_mode(TV_OVERFLOW_WRAP);
 686
 687         /* 2^(bits-1) */
 688         bits_minus_1 = new_tarval_from_long(bits - 1, u_mode);
 689         two_bits_1   = SHL(get_mode_one(u_mode), bits_minus_1);
 690
 691         ad  = CNV(ABS(d), u_mode);
 692         t   = ADD(two_bits_1, SHR(CNV(d, u_mode), bits_minus_1));
 693         anc = SUB(SUB(t, ONE(u_mode)), MOD(t, ad));   /* Absolute value of nc */
 694         p   = bits - 1;                               /* Init: p */
 695         q1  = DIV(two_bits_1, anc);                   /* Init: q1 = 2^p/|nc| */
 696         r1  = SUB(two_bits_1, MUL(q1, anc));          /* Init: r1 = rem(2^p, |nc|) */
 697         q2  = DIV(two_bits_1, ad);                    /* Init: q2 = 2^p/|d| */
 698         r2  = SUB(two_bits_1, MUL(q2, ad));           /* Init: r2 = rem(2^p, |d|) */
 699
 700         do {
 701                 ++p;
 702                 q1 = ADD(q1, q1);                           /* Update q1 = 2^p/|nc| */
 703                 r1 = ADD(r1, r1);                           /* Update r1 = rem(2^p, |nc|) */
 704
 705                 if (CMP(r1, anc) & pn_Cmp_Ge) {
 706                         q1 = ADD(q1, ONE(u_mode));
 707                         r1 = SUB(r1, anc);
 708                 }
 709
 710                 q2 = ADD(q2, q2);                           /* Update q2 = 2^p/|d| */
 711                 r2 = ADD(r2, r2);                           /* Update r2 = rem(2^p, |d|) */
 712
 713                 if (CMP(r2, ad) & pn_Cmp_Ge) {
 714                         q2 = ADD(q2, ONE(u_mode));
 715                         r2 = SUB(r2, ad);
 716                 }
 717
 718                 delta = SUB(ad, r2);
 719         } while (CMP(q1, delta) & pn_Cmp_Lt || (CMP(q1, delta) & pn_Cmp_Eq && CMP(r1, ZERO(u_mode)) & pn_Cmp_Eq));
 720
 721         d_cmp = CMP(d, ZERO(mode));
 722
 723         if (d_cmp & pn_Cmp_Ge)
 724                 mag.M = ADD(CNV(q2, mode), ONE(mode));
 725         else
 726                 mag.M = SUB(ZERO(mode), ADD(CNV(q2, mode), ONE(mode)));
 727
 728         M_cmp = CMP(mag.M, ZERO(mode));
 729
 730         mag.s = p - bits;
 731
 732         /* need an add if d > 0 && M < 0 */
 733         mag.need_add = d_cmp & pn_Cmp_Gt && M_cmp & pn_Cmp_Lt;
 734
 735         /* need a sub if d < 0 && M > 0 */
 736         mag.need_sub = d_cmp & pn_Cmp_Lt && M_cmp & pn_Cmp_Gt;
 737
 738         tarval_set_integer_overflow_mode(rem);
 739
 740         return mag;
 741 }
 742
 743 /** The result of the magicu() function. */
 744 struct mu {
 745         ir_tarval *M;     /**< magic add constant */
 746         int s;            /**< shift amount */
 747         int need_add;     /**< add indicator */
 748 };
 749
 750 /**
 751  * Unsigned division by constant d: calculate the Magic multiplier M and the shift amount s
 752  *
 753  * see Hacker's Delight: 10-10 Integer Division by Constants: Incorporation into a Compiler (Unsigned)
 754  */
 755 static struct mu magicu(ir_tarval *d)
 756 {
 757         ir_mode *mode   = get_tarval_mode(d);
 758         int bits        = get_mode_size_bits(mode);
 759         int p;
 760         ir_tarval *nc, *delta, *q1, *r1, *q2, *r2;
 761         ir_tarval *bits_minus_1, *two_bits_1, *seven_ff;
 762
 763         struct mu magu;
 764
 765         tarval_int_overflow_mode_t rem = tarval_get_integer_overflow_mode();
 766
 767         /* we need overflow mode to work correctly */
 768         tarval_set_integer_overflow_mode(TV_OVERFLOW_WRAP);
 769
 770         bits_minus_1 = new_tarval_from_long(bits - 1, mode);
 771         two_bits_1   = SHL(get_mode_one(mode), bits_minus_1);
 772         seven_ff     = SUB(two_bits_1, ONE(mode));
 773
 774         magu.need_add = 0;                            /* initialize the add indicator */
 775         nc = SUB(NEG(ONE(mode)), MOD(NEG(d), d));
 776         p  = bits - 1;                                /* Init: p */
 777         q1 = DIV(two_bits_1, nc);                     /* Init: q1 = 2^p/nc */
 778         r1 = SUB(two_bits_1, MUL(q1, nc));            /* Init: r1 = rem(2^p, nc) */
 779         q2 = DIV(seven_ff, d);                        /* Init: q2 = (2^p - 1)/d */
 780         r2 = SUB(seven_ff, MUL(q2, d));               /* Init: r2 = rem(2^p - 1, d) */
 781
 782         do {
 783                 ++p;
 784                 if (CMP(r1, SUB(nc, r1)) & pn_Cmp_Ge) {
 785                         q1 = ADD(ADD(q1, q1), ONE(mode));
 786                         r1 = SUB(ADD(r1, r1), nc);
 787                 }
 788                 else {
 789                         q1 = ADD(q1, q1);
 790                         r1 = ADD(r1, r1);
 791                 }
 792
 793                 if (CMP(ADD(r2, ONE(mode)), SUB(d, r2)) & pn_Cmp_Ge) {
 794                         if (CMP(q2, seven_ff) & pn_Cmp_Ge)
 795                                 magu.need_add = 1;
 796
 797                         q2 = ADD(ADD(q2, q2), ONE(mode));
 798                         r2 = SUB(ADD(ADD(r2, r2), ONE(mode)), d);
 799                 }
 800                 else {
 801                         if (CMP(q2, two_bits_1) & pn_Cmp_Ge)
 802                                 magu.need_add = 1;
 803
 804                         q2 = ADD(q2, q2);
 805                         r2 = ADD(ADD(r2, r2), ONE(mode));
 806                 }
 807                 delta = SUB(SUB(d, ONE(mode)), r2);
 808         } while (p < 2*bits &&
 809                 (CMP(q1, delta) & pn_Cmp_Lt || (CMP(q1, delta) & pn_Cmp_Eq && CMP(r1, ZERO(mode)) & pn_Cmp_Eq)));
 810
 811         magu.M = ADD(q2, ONE(mode));                       /* Magic number */
 812         magu.s = p - bits;                                 /* and shift amount */
 813
 814         tarval_set_integer_overflow_mode(rem);
 815
 816         return magu;
 817 }
 818
 819 /**
 820  * Build the Mulh replacement code for n / tv.
 821  *
 822  * Note that 'div' might be a mod or DivMod operation as well
 823  */
 824 static ir_node *replace_div_by_mulh(ir_node *div, ir_tarval *tv)
 825 {
 826         dbg_info *dbg  = get_irn_dbg_info(div);
 827         ir_node *n     = get_binop_left(div);
 828         ir_node *block = get_irn_n(div, -1);
 829         ir_mode *mode  = get_irn_mode(n);
 830         int bits       = get_mode_size_bits(mode);
 831         ir_node *q, *t, *c;
 832
 833         /* Beware: do not transform bad code */
 834         if (is_Bad(n) || is_Bad(block))
 835                 return div;
 836
 837         if (mode_is_signed(mode)) {
 838                 ir_graph *irg = get_irn_irg(div);
 839                 struct ms mag = magic(tv);
 840
 841                 /* generate the Mulh instruction */
 842                 c = new_r_Const(irg, mag.M);
 843                 q = new_rd_Mulh(dbg, block, n, c, mode);
 844
 845                 /* do we need an Add or Sub */
 846                 if (mag.need_add)
 847                         q = new_rd_Add(dbg, block, q, n, mode);
 848                 else if (mag.need_sub)
 849                         q = new_rd_Sub(dbg, block, q, n, mode);
 850
 851                 /* Do we need the shift */
 852                 if (mag.s > 0) {
 853                         c = new_r_Const_long(irg, mode_Iu, mag.s);
 854                         q = new_rd_Shrs(dbg, block, q, c, mode);
 855                 }
 856
 857                 /* final */
 858                 c = new_r_Const_long(irg, mode_Iu, bits - 1);
 859                 t = new_rd_Shr(dbg, block, q, c, mode);
 860
 861                 q = new_rd_Add(dbg, block, q, t, mode);
 862         } else {
 863                 struct mu mag = magicu(tv);
 864                 ir_node *c;
 865                 ir_graph *irg = get_irn_irg(div);
 866
 867                 /* generate the Mulh instruction */
 868                 c = new_r_Const(irg, mag.M);
 869                 q = new_rd_Mulh(dbg, block, n, c, mode);
 870
 871                 if (mag.need_add) {
 872                         if (mag.s > 0) {
 873                                 /* use the GM scheme */
 874                                 t = new_rd_Sub(dbg, block, n, q, mode);
 875
 876                                 c = new_r_Const(irg, get_mode_one(mode_Iu));
 877                                 t = new_rd_Shr(dbg, block, t, c, mode);
 878
 879                                 t = new_rd_Add(dbg, block, t, q, mode);
 880
 881                                 c = new_r_Const_long(irg, mode_Iu, mag.s - 1);
 882                                 q = new_rd_Shr(dbg, block, t, c, mode);
 883                         } else {
 884                                 /* use the default scheme */
 885                                 q = new_rd_Add(dbg, block, q, n, mode);
 886                         }
 887                 } else if (mag.s > 0) { /* default scheme, shift needed */
 888                         c = new_r_Const_long(irg, mode_Iu, mag.s);
 889                         q = new_rd_Shr(dbg, block, q, c, mode);
 890                 }
 891         }
 892         return q;
 893 }
 894
 895 /* Replace Divs with Shifts and Add/Subs and Mulh. */
 896 ir_node *arch_dep_replace_div_by_const(ir_node *irn)
 897 {
 898         const ir_settings_arch_dep_t *params = be_get_backend_param()->dep_param;
 899         ir_node *res  = irn;
 900
 901         /* If the architecture dependent optimizations were not initialized
 902         or this optimization was not enabled. */
 903         if (params == NULL || (opts & arch_dep_div_by_const) == 0)
 904                 return irn;
 905
 906         if (is_Div(irn)) {
 907                 ir_node *c = get_Div_right(irn);
 908                 ir_node *block, *left;
 909                 ir_mode *mode;
 910                 ir_tarval *tv, *ntv;
 911                 dbg_info *dbg;
 912                 int n, bits;
 913                 int k;
 914                 int n_flag = 0;
 915
 916                 if (! is_Const(c))
 917                         return irn;
 918
 919                 tv = get_Const_tarval(c);
 920
 921                 /* check for division by zero */
 922                 if (tarval_is_null(tv))
 923                         return irn;
 924
 925                 left  = get_Div_left(irn);
 926                 mode  = get_irn_mode(left);
 927                 block = get_irn_n(irn, -1);
 928                 dbg   = get_irn_dbg_info(irn);
 929
 930                 bits = get_mode_size_bits(mode);
 931                 n    = (bits + 7) / 8;
 932
 933                 k = -1;
 934                 if (mode_is_signed(mode)) {
 935                         /* for signed divisions, the algorithm works for a / -2^k by negating the result */
 936                         ntv = tarval_neg(tv);
 937                         n_flag = 1;
 938                         k = tv_ld2(ntv, n);
 939                 }
 940
 941                 if (k < 0) {
 942                         n_flag = 0;
 943                         k = tv_ld2(tv, n);
 944                 }
 945
 946                 if (k >= 0) { /* division by 2^k or -2^k */
 947                         ir_graph *irg = get_irn_irg(irn);
 948                         if (mode_is_signed(mode)) {
 949                                 ir_node *k_node;
 950                                 ir_node *curr = left;
 951
 952                                 /* create the correction code for signed values only if there might be a remainder */
 953                                 if (! get_Div_no_remainder(irn)) {
 954                                         if (k != 1) {
 955                                                 k_node = new_r_Const_long(irg, mode_Iu, k - 1);
 956                                                 curr   = new_rd_Shrs(dbg, block, left, k_node, mode);
 957                                         }
 958
 959                                         k_node = new_r_Const_long(irg, mode_Iu, bits - k);
 960                                         curr   = new_rd_Shr(dbg, block, curr, k_node, mode);
 961
 962                                         curr   = new_rd_Add(dbg, block, left, curr, mode);
 963                                 } else {
 964                                         k_node = left;
 965                                 }
 966
 967                                 k_node = new_r_Const_long(irg, mode_Iu, k);
 968                                 res    = new_rd_Shrs(dbg, block, curr, k_node, mode);
 969
 970                                 if (n_flag) { /* negate the result */
 971                                         ir_node *k_node;
 972
 973                                         k_node = new_r_Const(irg, get_mode_null(mode));
 974                                         res = new_rd_Sub(dbg, block, k_node, res, mode);
 975                                 }
 976                         } else {      /* unsigned case */
 977                                 ir_node *k_node;
 978
 979                                 k_node = new_r_Const_long(irg, mode_Iu, k);
 980                                 res    = new_rd_Shr(dbg, block, left, k_node, mode);
 981                         }
 982                 } else {
 983                         /* other constant */
 984                         if (allow_Mulh(params, mode))
 985                                 res = replace_div_by_mulh(irn, tv);
 986                 }
 987         }
 988
 989         if (res != irn)
 990                 hook_arch_dep_replace_division_by_const(irn);
 991
 992         return res;
 993 }
 994
 995 /* Replace Mods with Shifts and Add/Subs and Mulh. */
 996 ir_node *arch_dep_replace_mod_by_const(ir_node *irn)
 997 {
 998         const ir_settings_arch_dep_t *params = be_get_backend_param()->dep_param;
 999         ir_node *res  = irn;
1000
1001         /* If the architecture dependent optimizations were not initialized
1002            or this optimization was not enabled. */
1003         if (params == NULL || (opts & arch_dep_mod_by_const) == 0)
1004                 return irn;
1005
1006         if (is_Mod(irn)) {
1007                 ir_node *c = get_Mod_right(irn);
1008                 ir_node *block, *left;
1009                 ir_mode *mode;
1010                 ir_tarval *tv, *ntv;
1011                 dbg_info *dbg;
1012                 int n, bits;
1013                 int k;
1014
1015                 if (! is_Const(c))
1016                         return irn;
1017
1018                 tv = get_Const_tarval(c);
1019
1020                 /* check for division by zero */
1021                 if (tarval_is_null(tv))
1022                         return irn;
1023
1024                 left  = get_Mod_left(irn);
1025                 mode  = get_irn_mode(left);
1026                 block = get_irn_n(irn, -1);
1027                 dbg   = get_irn_dbg_info(irn);
1028                 bits = get_mode_size_bits(mode);
1029                 n    = (bits + 7) / 8;
1030
1031                 k = -1;
1032                 if (mode_is_signed(mode)) {
1033                         /* for signed divisions, the algorithm works for a / -2^k by negating the result */
1034                         ntv = tarval_neg(tv);
1035                         k = tv_ld2(ntv, n);
1036                 }
1037
1038                 if (k < 0) {
1039                         k = tv_ld2(tv, n);
1040                 }
1041
1042                 if (k >= 0) {
1043                         ir_graph *irg = get_irn_irg(irn);
1044                         /* division by 2^k or -2^k:
1045                          * we use "modulus" here, so x % y == x % -y that's why is no difference between the case 2^k and -2^k
1046                          */
1047                         if (mode_is_signed(mode)) {
1048                                 ir_node *k_node;
1049                                 ir_node *curr = left;
1050
1051                                 if (k != 1) {
1052                                         k_node = new_r_Const_long(irg, mode_Iu, k - 1);
1053                                         curr   = new_rd_Shrs(dbg, block, left, k_node, mode);
1054                                 }
1055
1056                                 k_node = new_r_Const_long(irg, mode_Iu, bits - k);
1057                                 curr   = new_rd_Shr(dbg, block, curr, k_node, mode);
1058
1059                                 curr   = new_rd_Add(dbg, block, left, curr, mode);
1060
1061                                 k_node = new_r_Const_long(irg, mode, (-1) << k);
1062                                 curr   = new_rd_And(dbg, block, curr, k_node, mode);
1063
1064                                 res    = new_rd_Sub(dbg, block, left, curr, mode);
1065                         } else {      /* unsigned case */
1066                                 ir_node *k_node;
1067
1068                                 k_node = new_r_Const_long(irg, mode, (1 << k) - 1);
1069                                 res    = new_rd_And(dbg, block, left, k_node, mode);
1070                         }
1071                 } else {
1072                         /* other constant */
1073                         if (allow_Mulh(params, mode)) {
1074                                 res = replace_div_by_mulh(irn, tv);
1075
1076                                 res = new_rd_Mul(dbg, block, res, c, mode);
1077
1078                                 /* res = arch_dep_mul_to_shift(res); */
1079
1080                                 res = new_rd_Sub(dbg, block, left, res, mode);
1081                         }
1082                 }
1083         }
1084
1085         if (res != irn)
1086                 hook_arch_dep_replace_division_by_const(irn);
1087
1088         return res;
1089 }
1090
1091 /* Replace DivMods with Shifts and Add/Subs and Mulh. */
1092 void arch_dep_replace_divmod_by_const(ir_node **div, ir_node **mod, ir_node *irn)
1093 {
1094         const ir_settings_arch_dep_t *params = be_get_backend_param()->dep_param;
1095         *div = *mod = NULL;
1096
1097         /* If the architecture dependent optimizations were not initialized
1098            or this optimization was not enabled. */
1099         if (params == NULL ||
1100                 ((opts & (arch_dep_div_by_const|arch_dep_mod_by_const)) != (arch_dep_div_by_const|arch_dep_mod_by_const)))
1101                 return;
1102
1103         if (is_DivMod(irn)) {
1104                 ir_node *c = get_DivMod_right(irn);
1105                 ir_node *block, *left;
1106                 ir_mode *mode;
1107                 ir_tarval *tv, *ntv;
1108                 dbg_info *dbg;
1109                 int n, bits;
1110                 int k;
1111                 int n_flag = 0;
1112
1113                 if (! is_Const(c))
1114                         return;
1115
1116                 tv = get_Const_tarval(c);
1117
1118                 /* check for division by zero */
1119                 if (tarval_is_null(tv))
1120                         return;
1121
1122                 left  = get_DivMod_left(irn);
1123                 mode  = get_irn_mode(left);
1124                 block = get_irn_n(irn, -1);
1125                 dbg   = get_irn_dbg_info(irn);
1126
1127                 bits = get_mode_size_bits(mode);
1128                 n    = (bits + 7) / 8;
1129
1130                 k = -1;
1131                 if (mode_is_signed(mode)) {
1132                         /* for signed divisions, the algorithm works for a / -2^k by negating the result */
1133                         ntv = tarval_neg(tv);
1134                         n_flag = 1;
1135                         k = tv_ld2(ntv, n);
1136                 }
1137
1138                 if (k < 0) {
1139                         n_flag = 0;
1140                         k = tv_ld2(tv, n);
1141                 }
1142
1143                 if (k >= 0) { /* division by 2^k or -2^k */
1144                         ir_graph *irg = get_irn_irg(irn);
1145                         if (mode_is_signed(mode)) {
1146                                 ir_node *k_node, *c_k;
1147                                 ir_node *curr = left;
1148
1149                                 if (k != 1) {
1150                                         k_node = new_r_Const_long(irg, mode_Iu, k - 1);
1151                                         curr   = new_rd_Shrs(dbg, block, left, k_node, mode);
1152                                 }
1153
1154                                 k_node = new_r_Const_long(irg, mode_Iu, bits - k);
1155                                 curr   = new_rd_Shr(dbg, block, curr, k_node, mode);
1156
1157                                 curr   = new_rd_Add(dbg, block, left, curr, mode);
1158
1159                                 c_k    = new_r_Const_long(irg, mode_Iu, k);
1160
1161                                 *div   = new_rd_Shrs(dbg, block, curr, c_k, mode);
1162
1163                                 if (n_flag) { /* negate the div result */
1164                                         ir_node *k_node = new_r_Const(irg, get_mode_null(mode));
1165                                         *div = new_rd_Sub(dbg, block, k_node, *div, mode);
1166                                 }
1167
1168                                 k_node = new_r_Const_long(irg, mode, (-1) << k);
1169                                 curr   = new_rd_And(dbg, block, curr, k_node, mode);
1170
1171                                 *mod   = new_rd_Sub(dbg, block, left, curr, mode);
1172                         } else {      /* unsigned case */
1173                                 ir_node *k_node = new_r_Const_long(irg, mode_Iu, k);
1174                                 *div   = new_rd_Shr(dbg, block, left, k_node, mode);
1175
1176                                 k_node = new_r_Const_long(irg, mode, (1 << k) - 1);
1177                                 *mod   = new_rd_And(dbg, block, left, k_node, mode);
1178                         }
1179                 } else {
1180                         /* other constant */
1181                         if (allow_Mulh(params, mode)) {
1182                                 ir_node *t;
1183
1184                                 *div = replace_div_by_mulh(irn, tv);
1185
1186                                 t    = new_rd_Mul(dbg, block, *div, c, mode);
1187
1188                                 /* t = arch_dep_mul_to_shift(t); */
1189
1190                                 *mod = new_rd_Sub(dbg, block, left, t, mode);
1191                         }
1192                 }
1193         }
1194
1195         if (*div)
1196                 hook_arch_dep_replace_division_by_const(irn);
1197 }