docs/CodeGenerator.html

   1 <!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN"
   2                       "http://www.w3.org/TR/html4/strict.dtd">
   3 <html>
   4 <head>
   5   <title>The LLVM Target-Independent Code Generator</title>
   6   <link rel="stylesheet" href="llvm.css" type="text/css">
   7 </head>
   8 <body>
   9
  10 <div class="doc_title">
  11   The LLVM Target-Independent Code Generator
  12 </div>
  13
  14 <ol>
  15   <li><a href="#introduction">Introduction</a>
  16     <ul>
  17       <li><a href="#required">Required components in the code generator</a></li>
  18       <li><a href="#high-level-design">The high-level design of the code
  19           generator</a></li>
  20       <li><a href="#tablegen">Using TableGen for target description</a></li>
  21     </ul>
  22   </li>
  23   <li><a href="#targetdesc">Target description classes</a>
  24     <ul>
  25       <li><a href="#targetmachine">The <tt>TargetMachine</tt> class</a></li>
  26       <li><a href="#targetdata">The <tt>TargetData</tt> class</a></li>
  27       <li><a href="#targetlowering">The <tt>TargetLowering</tt> class</a></li>
  28       <li><a href="#mregisterinfo">The <tt>MRegisterInfo</tt> class</a></li>
  29       <li><a href="#targetinstrinfo">The <tt>TargetInstrInfo</tt> class</a></li>
  30       <li><a href="#targetframeinfo">The <tt>TargetFrameInfo</tt> class</a></li>
  31       <li><a href="#targetsubtarget">The <tt>TargetSubtarget</tt> class</a></li>
  32       <li><a href="#targetjitinfo">The <tt>TargetJITInfo</tt> class</a></li>
  33     </ul>
  34   </li>
  35   <li><a href="#codegendesc">Machine code description classes</a>
  36     <ul>
  37     <li><a href="#machineinstr">The <tt>MachineInstr</tt> class</a></li>
  38     <li><a href="#machinebasicblock">The <tt>MachineBasicBlock</tt>
  39                                      class</a></li>
  40     <li><a href="#machinefunction">The <tt>MachineFunction</tt> class</a></li>
  41     </ul>
  42   </li>
  43   <li><a href="#codegenalgs">Target-independent code generation algorithms</a>
  44     <ul>
  45     <li><a href="#instselect">Instruction Selection</a>
  46       <ul>
  47       <li><a href="#selectiondag_intro">Introduction to SelectionDAGs</a></li>
  48       <li><a href="#selectiondag_process">SelectionDAG Code Generation
  49                                           Process</a></li>
  50       <li><a href="#selectiondag_build">Initial SelectionDAG
  51                                         Construction</a></li>
  52       <li><a href="#selectiondag_legalize">SelectionDAG Legalize Phase</a></li>
  53       <li><a href="#selectiondag_optimize">SelectionDAG Optimization
  54                                            Phase: the DAG Combiner</a></li>
  55       <li><a href="#selectiondag_select">SelectionDAG Select Phase</a></li>
  56       <li><a href="#selectiondag_sched">SelectionDAG Scheduling and Formation
  57                                         Phase</a></li>
  58       <li><a href="#selectiondag_future">Future directions for the
  59                                          SelectionDAG</a></li>
  60       </ul></li>
  61     <li><a href="#codeemit">Code Emission</a>
  62         <ul>
  63         <li><a href="#codeemit_asm">Generating Assembly Code</a></li>
  64         <li><a href="#codeemit_bin">Generating Binary Machine Code</a></li>
  65         </ul></li>
  66     </ul>
  67   </li>
  68   <li><a href="#targetimpls">Target-specific Implementation Notes</a>
  69     <ul>
  70     <li><a href="#x86">The X86 backend</a></li>
  71     </ul>
  72   </li>
  73
  74 </ol>
  75
  76 <div class="doc_author">
  77   <p>Written by <a href="mailto:sabre@nondot.org">Chris Lattner</a></p>
  78 </div>
  79
  80 <div class="doc_warning">
  81   <p>Warning: This is a work in progress.</p>
  82 </div>
  83
  84 <!-- *********************************************************************** -->
  85 <div class="doc_section">
  86   <a name="introduction">Introduction</a>
  87 </div>
  88 <!-- *********************************************************************** -->
  89
  90 <div class="doc_text">
  91
  92 <p>The LLVM target-independent code generator is a framework that provides a
  93 suite of reusable components for translating the LLVM internal representation to
  94 the machine code for a specified target -- either in assembly form (suitable for
  95 a static compiler) or in binary machine code format (usable for a JIT compiler).
  96 The LLVM target-independent code generator consists of five main components:</p>
  97
  98 <ol>
  99 <li><a href="#targetdesc">Abstract target description</a> interfaces which
 100 capture important properties about various aspects of the machine, independently
 101 of how they will be used.  These interfaces are defined in
 102 <tt>include/llvm/Target/</tt>.</li>
 103
 104 <li>Classes used to represent the <a href="#codegendesc">machine code</a> being
 105 generated for a target.  These classes are intended to be abstract enough to
 106 represent the machine code for <i>any</i> target machine.  These classes are
 107 defined in <tt>include/llvm/CodeGen/</tt>.</li>
 108
 109 <li><a href="#codegenalgs">Target-independent algorithms</a> used to implement
 110 various phases of native code generation (register allocation, scheduling, stack
 111 frame representation, etc).  This code lives in <tt>lib/CodeGen/</tt>.</li>
 112
 113 <li><a href="#targetimpls">Implementations of the abstract target description
 114 interfaces</a> for particular targets.  These machine descriptions make use of
 115 the components provided by LLVM, and can optionally provide custom
 116 target-specific passes, to build complete code generators for a specific target.
 117 Target descriptions live in <tt>lib/Target/</tt>.</li>
 118
 119 <li><a href="#jit">The target-independent JIT components</a>.  The LLVM JIT is
 120 completely target independent (it uses the <tt>TargetJITInfo</tt> structure to
 121 interface for target-specific issues.  The code for the target-independent
 122 JIT lives in <tt>lib/ExecutionEngine/JIT</tt>.</li>
 123
 124 </ol>
 125
 126 <p>
 127 Depending on which part of the code generator you are interested in working on,
 128 different pieces of this will be useful to you.  In any case, you should be
 129 familiar with the <a href="#targetdesc">target description</a> and <a
 130 href="#codegendesc">machine code representation</a> classes.  If you want to add
 131 a backend for a new target, you will need to <a href="#targetimpls">implement the
 132 target description</a> classes for your new target and understand the <a
 133 href="LangRef.html">LLVM code representation</a>.  If you are interested in
 134 implementing a new <a href="#codegenalgs">code generation algorithm</a>, it
 135 should only depend on the target-description and machine code representation
 136 classes, ensuring that it is portable.
 137 </p>
 138
 139 </div>
 140
 141 <!-- ======================================================================= -->
 142 <div class="doc_subsection">
 143  <a name="required">Required components in the code generator</a>
 144 </div>
 145
 146 <div class="doc_text">
 147
 148 <p>The two pieces of the LLVM code generator are the high-level interface to the
 149 code generator and the set of reusable components that can be used to build
 150 target-specific backends.  The two most important interfaces (<a
 151 href="#targetmachine"><tt>TargetMachine</tt></a> and <a
 152 href="#targetdata"><tt>TargetData</tt></a>) are the only ones that are
 153 required to be defined for a backend to fit into the LLVM system, but the others
 154 must be defined if the reusable code generator components are going to be
 155 used.</p>
 156
 157 <p>This design has two important implications.  The first is that LLVM can
 158 support completely non-traditional code generation targets.  For example, the C
 159 backend does not require register allocation, instruction selection, or any of
 160 the other standard components provided by the system.  As such, it only
 161 implements these two interfaces, and does its own thing.  Another example of a
 162 code generator like this is a (purely hypothetical) backend that converts LLVM
 163 to the GCC RTL form and uses GCC to emit machine code for a target.</p>
 164
 165 <p>This design also implies that it is possible to design and
 166 implement radically different code generators in the LLVM system that do not
 167 make use of any of the built-in components.  Doing so is not recommended at all,
 168 but could be required for radically different targets that do not fit into the
 169 LLVM machine description model: programmable FPGAs for example.</p>
 170
 171 <p><b>Important Note:</b> For historical reasons, the LLVM SparcV9 code
 172 generator uses almost entirely different code paths than described in this
 173 document.  For this reason, there are some deprecated interfaces (such as
 174 <tt>TargetSchedInfo</tt>), which are only used by the
 175 V9 backend and should not be used by any other targets.  Also, all code in the
 176 <tt>lib/Target/SparcV9</tt> directory and subdirectories should be considered
 177 deprecated, and should not be used as the basis for future code generator work.
 178 The SparcV9 backend is slowly being merged into the rest of the
 179 target-independent code generators, but this is a low-priority process with no
 180 predictable completion date.</p>
 181
 182 </div>
 183
 184 <!-- ======================================================================= -->
 185 <div class="doc_subsection">
 186  <a name="high-level-design">The high-level design of the code generator</a>
 187 </div>
 188
 189 <div class="doc_text">
 190
 191 <p>The LLVM target-independent code generator is designed to support efficient and
 192 quality code generation for standard register-based microprocessors.  Code
 193 generation in this model is divided into the following stages:</p>
 194
 195 <ol>
 196 <li><b><a href="#instselect">Instruction Selection</a></b> - This phase
 197 determines an efficient way to express the input LLVM code in the target
 198 instruction set.
 199 This stage produces the initial code for the program in the target instruction
 200 set, then makes use of virtual registers in SSA form and physical registers that
 201 represent any required register assignments due to target constraints or calling
 202 conventions.  This step turns the LLVM code into a DAG of target
 203 instructions.</li>
 204
 205 <li><b><a href="#selectiondag_sched">Scheduling and Formation</a></b> - This
 206 phase takes the DAG of target instructions produced by the instruction selection
 207 phase, determines an ordering of the instructions, then emits the instructions
 208 as <tt><a href="#machineinstr">MachineInstr</a></tt>s with that ordering.
 209 </li>
 210
 211 <li><b><a href="#ssamco">SSA-based Machine Code Optimizations</a></b> - This
 212 optional stage consists of a series of machine-code optimizations that
 213 operate on the SSA-form produced by the instruction selector.  Optimizations
 214 like modulo-scheduling or peephole optimization work here.
 215 </li>
 216
 217 <li><b><a href="#regalloc">Register Allocation</a></b> - The
 218 target code is transformed from an infinite virtual register file in SSA form
 219 to the concrete register file used by the target.  This phase introduces spill
 220 code and eliminates all virtual register references from the program.</li>
 221
 222 <li><b><a href="#proepicode">Prolog/Epilog Code Insertion</a></b> - Once the
 223 machine code has been generated for the function and the amount of stack space
 224 required is known (used for LLVM alloca's and spill slots), the prolog and
 225 epilog code for the function can be inserted and "abstract stack location
 226 references" can be eliminated.  This stage is responsible for implementing
 227 optimizations like frame-pointer elimination and stack packing.</li>
 228
 229 <li><b><a href="#latemco">Late Machine Code Optimizations</a></b> - Optimizations
 230 that operate on "final" machine code can go here, such as spill code scheduling
 231 and peephole optimizations.</li>
 232
 233 <li><b><a href="#codeemit">Code Emission</a></b> - The final stage actually
 234 puts out the code for the current function, either in the target assembler
 235 format or in machine code.</li>
 236
 237 </ol>
 238
 239 <p>
 240 The code generator is based on the assumption that the instruction selector will
 241 use an optimal pattern matching selector to create high-quality sequences of
 242 native instructions.  Alternative code generator designs based on pattern
 243 expansion and
 244 aggressive iterative peephole optimization are much slower.  This design
 245 permits efficient compilation (important for JIT environments) and
 246 aggressive optimization (used when generating code offline) by allowing
 247 components of varying levels of sophistication to be used for any step of
 248 compilation.</p>
 249
 250 <p>
 251 In addition to these stages, target implementations can insert arbitrary
 252 target-specific passes into the flow.  For example, the X86 target uses a
 253 special pass to handle the 80x87 floating point stack architecture.  Other
 254 targets with unusual requirements can be supported with custom passes as needed.
 255 </p>
 256
 257 </div>
 258
 259
 260 <!-- ======================================================================= -->
 261 <div class="doc_subsection">
 262  <a name="tablegen">Using TableGen for target description</a>
 263 </div>
 264
 265 <div class="doc_text">
 266
 267 <p>The target description classes require a detailed description of the target
 268 architecture.  These target descriptions often have a large amount of common
 269 information (e.g., an <tt>add</tt> instruction is almost identical to a
 270 <tt>sub</tt> instruction).
 271 In order to allow the maximum amount of commonality to be factored out, the LLVM
 272 code generator uses the <a href="TableGenFundamentals.html">TableGen</a> tool to
 273 describe big chunks of the target machine, which allows the use of
 274 domain-specific and target-specific abstractions to reduce the amount of
 275 repetition.
 276 </p>
 277
 278 <p>As LLVM continues to be developed and refined, we plan to move more and more
 279 of the target description to be in <tt>.td</tt> form.  Doing so gives us a
 280 number of advantages.  The most important is that it makes it easier to port
 281 LLVM, because it reduces the amount of C++ code that has to be written and the
 282 surface area of the code generator that needs to be understood before someone
 283 can get in an get something working.  Second, it is also important to us because
 284 it makes it easier to change things: in particular, if tables and other things
 285 are all emitted by tblgen, we only need to change one place (tblgen) to update
 286 all of the targets to a new interface.</p>
 287
 288 </div>
 289
 290 <!-- *********************************************************************** -->
 291 <div class="doc_section">
 292   <a name="targetdesc">Target description classes</a>
 293 </div>
 294 <!-- *********************************************************************** -->
 295
 296 <div class="doc_text">
 297
 298 <p>The LLVM target description classes (which are located in the
 299 <tt>include/llvm/Target</tt> directory) provide an abstract description of the
 300 target machine; independent of any particular client.  These classes are
 301 designed to capture the <i>abstract</i> properties of the target (such as the
 302 instructions and registers it has), and do not incorporate any particular pieces
 303 of code generation algorithms.</p>
 304
 305 <p>All of the target description classes (except the <tt><a
 306 href="#targetdata">TargetData</a></tt> class) are designed to be subclassed by
 307 the concrete target implementation, and have virtual methods implemented.  To
 308 get to these implementations, the <tt><a
 309 href="#targetmachine">TargetMachine</a></tt> class provides accessors that
 310 should be implemented by the target.</p>
 311
 312 </div>
 313
 314 <!-- ======================================================================= -->
 315 <div class="doc_subsection">
 316   <a name="targetmachine">The <tt>TargetMachine</tt> class</a>
 317 </div>
 318
 319 <div class="doc_text">
 320
 321 <p>The <tt>TargetMachine</tt> class provides virtual methods that are used to
 322 access the target-specific implementations of the various target description
 323 classes via the <tt>get*Info</tt> methods (<tt>getInstrInfo</tt>,
 324 <tt>getRegisterInfo</tt>, <tt>getFrameInfo</tt>, etc.).  This class is
 325 designed to be specialized by
 326 a concrete target implementation (e.g., <tt>X86TargetMachine</tt>) which
 327 implements the various virtual methods.  The only required target description
 328 class is the <a href="#targetdata"><tt>TargetData</tt></a> class, but if the
 329 code generator components are to be used, the other interfaces should be
 330 implemented as well.</p>
 331
 332 </div>
 333
 334
 335 <!-- ======================================================================= -->
 336 <div class="doc_subsection">
 337   <a name="targetdata">The <tt>TargetData</tt> class</a>
 338 </div>
 339
 340 <div class="doc_text">
 341
 342 <p>The <tt>TargetData</tt> class is the only required target description class,
 343 and it is the only class that is not extensible (you cannot derived  a new
 344 class from it).  <tt>TargetData</tt> specifies information about how the target
 345 lays out memory for structures, the alignment requirements for various data
 346 types, the size of pointers in the target, and whether the target is
 347 little-endian or big-endian.</p>
 348
 349 </div>
 350
 351 <!-- ======================================================================= -->
 352 <div class="doc_subsection">
 353   <a name="targetlowering">The <tt>TargetLowering</tt> class</a>
 354 </div>
 355
 356 <div class="doc_text">
 357
 358 <p>The <tt>TargetLowering</tt> class is used by SelectionDAG based instruction
 359 selectors primarily to describe how LLVM code should be lowered to SelectionDAG
 360 operations.  Among other things, this class indicates:
 361 <ul><li>an initial register class to use for various ValueTypes</li>
 362   <li>which operations are natively supported by the target machine</li>
 363   <li>the return type of setcc operations</li>
 364   <li>the type to use for shift amounts</li>
 365   <li>various high-level characteristics, like whether it is profitable to turn
 366       division by a constant into a multiplication sequence</li>
 367 </ol></p>
 368
 369 </div>
 370
 371 <!-- ======================================================================= -->
 372 <div class="doc_subsection">
 373   <a name="mregisterinfo">The <tt>MRegisterInfo</tt> class</a>
 374 </div>
 375
 376 <div class="doc_text">
 377
 378 <p>The <tt>MRegisterInfo</tt> class (which will eventually be renamed to
 379 <tt>TargetRegisterInfo</tt>) is used to describe the register file of the
 380 target and any interactions between the registers.</p>
 381
 382 <p>Registers in the code generator are represented in the code generator by
 383 unsigned numbers.  Physical registers (those that actually exist in the target
 384 description) are unique small numbers, and virtual registers are generally
 385 large.  Note that register #0 is reserved as a flag value.</p>
 386
 387 <p>Each register in the processor description has an associated
 388 <tt>TargetRegisterDesc</tt> entry, which provides a textual name for the register
 389 (used for assembly output and debugging dumps) and a set of aliases (used to
 390 indicate that one register overlaps with another).
 391 </p>
 392
 393 <p>In addition to the per-register description, the <tt>MRegisterInfo</tt> class
 394 exposes a set of processor specific register classes (instances of the
 395 <tt>TargetRegisterClass</tt> class).  Each register class contains sets of
 396 registers that have the same properties (for example, they are all 32-bit
 397 integer registers).  Each SSA virtual register created by the instruction
 398 selector has an associated register class.  When the register allocator runs, it
 399 replaces virtual registers with a physical register in the set.</p>
 400
 401 <p>
 402 The target-specific implementations of these classes is auto-generated from a <a
 403 href="TableGenFundamentals.html">TableGen</a> description of the register file.
 404 </p>
 405
 406 </div>
 407
 408 <!-- ======================================================================= -->
 409 <div class="doc_subsection">
 410   <a name="targetinstrinfo">The <tt>TargetInstrInfo</tt> class</a>
 411 </div>
 412
 413 <div class="doc_text">
 414   <p>The <tt>TargetInstrInfo</tt> class is used to describe the machine
 415   instructions supported by the target. It is essentially an array of
 416   <tt>TargetInstrDescriptor</tt> objects, each of which describes one
 417   instruction the target supports. Descriptors define things like the mnemonic
 418   for the opcode, the number of operands, the list of implicit register uses
 419   and defs, whether the instruction has certain target-independent properties
 420   (accesses memory, is commutable, etc), and holds any target-specific flags.</p>
 421 </div>
 422
 423 <!-- ======================================================================= -->
 424 <div class="doc_subsection">
 425   <a name="targetframeinfo">The <tt>TargetFrameInfo</tt> class</a>
 426 </div>
 427
 428 <div class="doc_text">
 429   <p>The <tt>TargetFrameInfo</tt> class is used to provide information about the
 430   stack frame layout of the target. It holds the direction of stack growth,
 431   the known stack alignment on entry to each function, and the offset to the
 432   locals area.  The offset to the local area is the offset from the stack
 433   pointer on function entry to the first location where function data (local
 434   variables, spill locations) can be stored.</p>
 435 </div>
 436
 437 <!-- ======================================================================= -->
 438 <div class="doc_subsection">
 439   <a name="targetsubtarget">The <tt>TargetSubtarget</tt> class</a>
 440 </div>
 441
 442 <div class="doc_text">
 443   <p>
 444   TODO
 445   </p>
 446 </div>
 447
 448
 449 <!-- ======================================================================= -->
 450 <div class="doc_subsection">
 451   <a name="targetjitinfo">The <tt>TargetJITInfo</tt> class</a>
 452 </div>
 453
 454 <!-- *********************************************************************** -->
 455 <div class="doc_section">
 456   <a name="codegendesc">Machine code description classes</a>
 457 </div>
 458 <!-- *********************************************************************** -->
 459
 460 <div class="doc_text">
 461
 462 <p>
 463 At the high-level, LLVM code is translated to a machine specific representation
 464 formed out of <a href="#machinefunction">MachineFunction</a>,
 465 <a href="#machinebasicblock">MachineBasicBlock</a>, and <a
 466 href="#machineinstr"><tt>MachineInstr</tt></a> instances
 467 (defined in include/llvm/CodeGen).  This representation is completely target
 468 agnostic, representing instructions in their most abstract form: an opcode and a
 469 series of operands.  This representation is designed to support both SSA
 470 representation for machine code, as well as a register allocated, non-SSA form.
 471 </p>
 472
 473 </div>
 474
 475 <!-- ======================================================================= -->
 476 <div class="doc_subsection">
 477   <a name="machineinstr">The <tt>MachineInstr</tt> class</a>
 478 </div>
 479
 480 <div class="doc_text">
 481
 482 <p>Target machine instructions are represented as instances of the
 483 <tt>MachineInstr</tt> class.  This class is an extremely abstract way of
 484 representing machine instructions.  In particular, it only keeps track of
 485 an opcode number and a set of operands.</p>
 486
 487 <p>The opcode number is a simple unsigned number that only has meaning to a
 488 specific backend.  All of the instructions for a target should be defined in
 489 the <tt>*InstrInfo.td</tt> file for the target. The opcode enum values
 490 are auto-generated from this description.  The <tt>MachineInstr</tt> class does
 491 not have any information about how to interpret the instruction (i.e., what the
 492 semantics of the instruction are): for that you must refer to the
 493 <tt><a href="#targetinstrinfo">TargetInstrInfo</a></tt> class.</p>
 494
 495 <p>The operands of a machine instruction can be of several different types:
 496 they can be a register reference, constant integer, basic block reference, etc.
 497 In addition, a machine operand should be marked as a def or a use of the value
 498 (though only registers are allowed to be defs).</p>
 499
 500 <p>By convention, the LLVM code generator orders instruction operands so that
 501 all register definitions come before the register uses, even on architectures
 502 that are normally printed in other orders.  For example, the SPARC add
 503 instruction: "<tt>add %i1, %i2, %i3</tt>" adds the "%i1", and "%i2" registers
 504 and stores the result into the "%i3" register.  In the LLVM code generator,
 505 the operands should be stored as "<tt>%i3, %i1, %i2</tt>": with the destination
 506 first.</p>
 507
 508 <p>Keeping destination (definition) operands at the beginning of the operand
 509 list has several advantages.  In particular, the debugging printer will print
 510 the instruction like this:</p>
 511
 512 <pre>
 513   %r3 = add %i1, %i2
 514 </pre>
 515
 516 <p>If the first operand is a def, and it is also easier to <a
 517 href="#buildmi">create instructions</a> whose only def is the first
 518 operand.</p>
 519
 520 </div>
 521
 522 <!-- _______________________________________________________________________ -->
 523 <div class="doc_subsubsection">
 524   <a name="buildmi">Using the <tt>MachineInstrBuilder.h</tt> functions</a>
 525 </div>
 526
 527 <div class="doc_text">
 528
 529 <p>Machine instructions are created by using the <tt>BuildMI</tt> functions,
 530 located in the <tt>include/llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h</tt> file.  The
 531 <tt>BuildMI</tt> functions make it easy to build arbitrary machine
 532 instructions.  Usage of the <tt>BuildMI</tt> functions look like this:
 533 </p>
 534
 535 <pre>
 536   // Create a 'DestReg = mov 42' (rendered in X86 assembly as 'mov DestReg, 42')
 537   // instruction.  The '1' specifies how many operands will be added.
 538   MachineInstr *MI = BuildMI(X86::MOV32ri, 1, DestReg).addImm(42);
 539
 540   // Create the same instr, but insert it at the end of a basic block.
 541   MachineBasicBlock &amp;MBB = ...
 542   BuildMI(MBB, X86::MOV32ri, 1, DestReg).addImm(42);
 543
 544   // Create the same instr, but insert it before a specified iterator point.
 545   MachineBasicBlock::iterator MBBI = ...
 546   BuildMI(MBB, MBBI, X86::MOV32ri, 1, DestReg).addImm(42);
 547
 548   // Create a 'cmp Reg, 0' instruction, no destination reg.
 549   MI = BuildMI(X86::CMP32ri, 2).addReg(Reg).addImm(0);
 550   // Create an 'sahf' instruction which takes no operands and stores nothing.
 551   MI = BuildMI(X86::SAHF, 0);
 552
 553   // Create a self looping branch instruction.
 554   BuildMI(MBB, X86::JNE, 1).addMBB(&amp;MBB);
 555 </pre>
 556
 557 <p>
 558 The key thing to remember with the <tt>BuildMI</tt> functions is that you have
 559 to specify the number of operands that the machine instruction will take. This
 560 allows for efficient memory allocation.  You also need to specify if operands
 561 default to be uses of values, not definitions.  If you need to add a definition
 562 operand (other than the optional destination register), you must explicitly
 563 mark it as such.
 564 </p>
 565
 566 </div>
 567
 568 <!-- _______________________________________________________________________ -->
 569 <div class="doc_subsubsection">
 570   <a name="fixedregs">Fixed (preassigned) registers</a>
 571 </div>
 572
 573 <div class="doc_text">
 574
 575 <p>One important issue that the code generator needs to be aware of is the
 576 presence of fixed registers.  In particular, there are often places in the
 577 instruction stream where the register allocator <em>must</em> arrange for a
 578 particular value to be in a particular register.  This can occur due to
 579 limitations of the instruction set (e.g., the X86 can only do a 32-bit divide
 580 with the <tt>EAX</tt>/<tt>EDX</tt> registers), or external factors like calling
 581 conventions.  In any case, the instruction selector should emit code that
 582 copies a virtual register into or out of a physical register when needed.</p>
 583
 584 <p>For example, consider this simple LLVM example:</p>
 585
 586 <pre>
 587   int %test(int %X, int %Y) {
 588     %Z = div int %X, %Y
 589     ret int %Z
 590   }
 591 </pre>
 592
 593 <p>The X86 instruction selector produces this machine code for the div
 594 and ret (use
 595 "<tt>llc X.bc -march=x86 -print-machineinstrs</tt>" to get this):</p>
 596
 597 <pre>
 598         ;; Start of div
 599         %EAX = mov %reg1024           ;; Copy X (in reg1024) into EAX
 600         %reg1027 = sar %reg1024, 31
 601         %EDX = mov %reg1027           ;; Sign extend X into EDX
 602         idiv %reg1025                 ;; Divide by Y (in reg1025)
 603         %reg1026 = mov %EAX           ;; Read the result (Z) out of EAX
 604
 605         ;; Start of ret
 606         %EAX = mov %reg1026           ;; 32-bit return value goes in EAX
 607         ret
 608 </pre>
 609
 610 <p>By the end of code generation, the register allocator has coalesced
 611 the registers and deleted the resultant identity moves, producing the
 612 following code:</p>
 613
 614 <pre>
 615         ;; X is in EAX, Y is in ECX
 616         mov %EAX, %EDX
 617         sar %EDX, 31
 618         idiv %ECX
 619         ret
 620 </pre>
 621
 622 <p>This approach is extremely general (if it can handle the X86 architecture,
 623 it can handle anything!) and allows all of the target specific
 624 knowledge about the instruction stream to be isolated in the instruction
 625 selector.  Note that physical registers should have a short lifetime for good
 626 code generation, and all physical registers are assumed dead on entry and
 627 exit of basic blocks (before register allocation).  Thus if you need a value
 628 to be live across basic block boundaries, it <em>must</em> live in a virtual
 629 register.</p>
 630
 631 </div>
 632
 633 <!-- _______________________________________________________________________ -->
 634 <div class="doc_subsubsection">
 635   <a name="ssa">Machine code SSA form</a>
 636 </div>
 637
 638 <div class="doc_text">
 639
 640 <p><tt>MachineInstr</tt>'s are initially selected in SSA-form, and
 641 are maintained in SSA-form until register allocation happens.  For the most
 642 part, this is trivially simple since LLVM is already in SSA form: LLVM PHI nodes
 643 become machine code PHI nodes, and virtual registers are only allowed to have a
 644 single definition.</p>
 645
 646 <p>After register allocation, machine code is no longer in SSA-form, as there
 647 are no virtual registers left in the code.</p>
 648
 649 </div>
 650
 651 <!-- ======================================================================= -->
 652 <div class="doc_subsection">
 653   <a name="machinebasicblock">The <tt>MachineBasicBlock</tt> class</a>
 654 </div>
 655
 656 <div class="doc_text">
 657
 658 <p>The <tt>MachineBasicBlock</tt> class contains a list of machine instructions
 659 (<a href="#machineinstr">MachineInstr</a> instances).  It roughly corresponds to
 660 the LLVM code input to the instruction selector, but there can be a one-to-many
 661 mapping (i.e. one LLVM basic block can map to multiple machine basic blocks).
 662 The MachineBasicBlock class has a "<tt>getBasicBlock</tt>" method, which returns
 663 the LLVM basic block that it comes from.
 664 </p>
 665
 666 </div>
 667
 668 <!-- ======================================================================= -->
 669 <div class="doc_subsection">
 670   <a name="machinefunction">The <tt>MachineFunction</tt> class</a>
 671 </div>
 672
 673 <div class="doc_text">
 674
 675 <p>The <tt>MachineFunction</tt> class contains a list of machine basic blocks
 676 (<a href="#machinebasicblock">MachineBasicBlock</a> instances).  It corresponds
 677 one-to-one with the LLVM function input to the instruction selector.  In
 678 addition to a list of basic blocks, the <tt>MachineFunction</tt> contains a
 679 the MachineConstantPool, MachineFrameInfo, MachineFunctionInfo,
 680 SSARegMap, and a set of live in and live out registers for the function.  See
 681 <tt>MachineFunction.h</tt> for more information.
 682 </p>
 683
 684 </div>
 685
 686
 687
 688 <!-- *********************************************************************** -->
 689 <div class="doc_section">
 690   <a name="codegenalgs">Target-independent code generation algorithms</a>
 691 </div>
 692 <!-- *********************************************************************** -->
 693
 694 <div class="doc_text">
 695
 696 <p>This section documents the phases described in the <a
 697 href="#high-level-design">high-level design of the code generator</a>.  It
 698 explains how they work and some of the rationale behind their design.</p>
 699
 700 </div>
 701
 702 <!-- ======================================================================= -->
 703 <div class="doc_subsection">
 704   <a name="instselect">Instruction Selection</a>
 705 </div>
 706
 707 <div class="doc_text">
 708 <p>
 709 Instruction Selection is the process of translating LLVM code presented to the
 710 code generator into target-specific machine instructions.  There are several
 711 well-known ways to do this in the literature.  In LLVM there are two main forms:
 712 the SelectionDAG based instruction selector framework and an old-style 'simple'
 713 instruction selector (which effectively peephole selects each LLVM instruction
 714 into a series of machine instructions).  We recommend that all targets use the
 715 SelectionDAG infrastructure.
 716 </p>
 717
 718 <p>Portions of the DAG instruction selector are generated from the target
 719 description files (<tt>*.td</tt>) files.  Eventually, we aim for the entire
 720 instruction selector to be generated from these <tt>.td</tt> files.</p>
 721 </div>
 722
 723 <!-- _______________________________________________________________________ -->
 724 <div class="doc_subsubsection">
 725   <a name="selectiondag_intro">Introduction to SelectionDAGs</a>
 726 </div>
 727
 728 <div class="doc_text">
 729
 730 <p>
 731 The SelectionDAG provides an abstraction for code representation in a way that
 732 is amenable to instruction selection using automatic techniques
 733 (e.g. dynamic-programming based optimal pattern matching selectors), It is also
 734 well suited to other phases of code generation; in particular,
 735 instruction scheduling (SelectionDAG's are very close to scheduling DAGs
 736 post-selection).  Additionally, the SelectionDAG provides a host representation
 737 where a large variety of very-low-level (but target-independent)
 738 <a href="#selectiondag_optimize">optimizations</a> may be
 739 performed: ones which require extensive information about the instructions
 740 efficiently supported by the target.
 741 </p>
 742
 743 <p>
 744 The SelectionDAG is a Directed-Acyclic-Graph whose nodes are instances of the
 745 <tt>SDNode</tt> class.  The primary payload of the <tt>SDNode</tt> is its
 746 operation code (Opcode) that indicates what operation the node performs and
 747 the operands to the operation.
 748 The various operation node types are described at the top of the
 749 <tt>include/llvm/CodeGen/SelectionDAGNodes.h</tt> file.</p>
 750
 751 <p>Although most operations define a single value, each node in the graph may
 752 define multiple values.  For example, a combined div/rem operation will define
 753 both the dividend and the remainder. Many other situations require multiple
 754 values as well.  Each node also has some number of operands, which are edges
 755 to the node defining the used value.  Because nodes may define multiple values,
 756 edges are represented by instances of the <tt>SDOperand</tt> class, which is
 757 a &lt;SDNode, unsigned&gt; pair, indicating the node and result
 758 value being used, respectively.  Each value produced by an SDNode has an
 759 associated MVT::ValueType, indicating what type the value is.
 760 </p>
 761
 762 <p>
 763 SelectionDAGs contain two different kinds of values: those that represent data
 764 flow and those that represent control flow dependencies.  Data values are simple
 765 edges with an integer or floating point value type.  Control edges are
 766 represented as "chain" edges which are of type MVT::Other.  These edges provide
 767 an ordering between nodes that have side effects (such as
 768 loads/stores/calls/return/etc).  All nodes that have side effects should take a
 769 token chain as input and produce a new one as output.  By convention, token
 770 chain inputs are always operand #0, and chain results are always the last
 771 value produced by an operation.</p>
 772
 773 <p>
 774 A SelectionDAG has designated "Entry" and "Root" nodes.  The Entry node is
 775 always a marker node with an Opcode of ISD::EntryToken.  The Root node is the
 776 final side-effecting node in the token chain. For example, in a single basic
 777 block function, this would be the return node.
 778 </p>
 779
 780 <p>
 781 One important concept for SelectionDAGs is the notion of a "legal" vs. "illegal"
 782 DAG.  A legal DAG for a target is one that only uses supported operations and
 783 supported types.  On a 32-bit PowerPC, for example, a DAG with any values of i1,
 784 i8, i16,
 785 or i64 type would be illegal, as would a DAG that uses a SREM or UREM operation.
 786 The <a href="#selectiondag_legalize">legalize</a>
 787 phase is responsible for turning an illegal DAG into a legal DAG.
 788 </p>
 789 </div>
 790
 791 <!-- _______________________________________________________________________ -->
 792 <div class="doc_subsubsection">
 793   <a name="selectiondag_process">SelectionDAG Instruction Selection Process</a>
 794 </div>
 795
 796 <div class="doc_text">
 797
 798 <p>
 799 SelectionDAG-based instruction selection consists of the following steps:
 800 </p>
 801
 802 <ol>
 803 <li><a href="#selectiondag_build">Build initial DAG</a> - This stage performs
 804     a simple translation from the input LLVM code to an illegal SelectionDAG.
 805     </li>
 806 <li><a href="#selectiondag_optimize">Optimize SelectionDAG</a> - This stage
 807     performs simple optimizations on the SelectionDAG to simplify it and
 808     recognize meta instructions (like rotates and div/rem pairs) for
 809     targets that support these meta operations.  This makes the resultant code
 810     more efficient and the 'select instructions from DAG' phase (below) simpler.
 811 </li>
 812 <li><a href="#selectiondag_legalize">Legalize SelectionDAG</a> - This stage
 813     converts the illegal SelectionDAG to a legal SelectionDAG, by eliminating
 814     unsupported operations and data types.</li>
 815 <li><a href="#selectiondag_optimize">Optimize SelectionDAG (#2)</a> - This
 816     second run of the SelectionDAG optimized the newly legalized DAG, to
 817     eliminate inefficiencies introduced by legalization.</li>
 818 <li><a href="#selectiondag_select">Select instructions from DAG</a> - Finally,
 819     the target instruction selector matches the DAG operations to target
 820     instructions.  This process translates the target-independent input DAG into
 821     another DAG of target instructions.</li>
 822 <li><a href="#selectiondag_sched">SelectionDAG Scheduling and Formation</a>
 823     - The last phase assigns a linear order to the instructions in the
 824     target-instruction DAG and emits them into the MachineFunction being
 825     compiled.  This step uses traditional prepass scheduling techniques.</li>
 826 </ol>
 827
 828 <p>After all of these steps are complete, the SelectionDAG is destroyed and the
 829 rest of the code generation passes are run.</p>
 830
 831 <p>One great way to visualize what is going on here is to take advantage of a
 832 few LLC command line options.  In particular, the <tt>-view-isel-dags</tt>
 833 option pops up a window with the SelectionDAG input to the Select phase for all
 834 of the code compiled (if you only get errors printed to the console while using
 835 this, you probably <a href="ProgrammersManual.html#ViewGraph">need to configure
 836 your system</a> to add support for it).  The <tt>-view-sched-dags</tt> option
 837 views the SelectionDAG output from the Select phase and input to the Scheduler
 838 phase.
 839 </p>
 840 </div>
 841
 842 <!-- _______________________________________________________________________ -->
 843 <div class="doc_subsubsection">
 844   <a name="selectiondag_build">Initial SelectionDAG Construction</a>
 845 </div>
 846
 847 <div class="doc_text">
 848
 849 <p>
 850 The initial SelectionDAG is naively peephole expanded from the LLVM input by
 851 the <tt>SelectionDAGLowering</tt> class in the SelectionDAGISel.cpp file.  The
 852 intent of  this pass is to expose as much low-level, target-specific details
 853 to the SelectionDAG as possible.  This pass is mostly hard-coded (e.g. an LLVM
 854 add turns into an SDNode add while a geteelementptr is expanded into the obvious
 855 arithmetic). This pass requires target-specific hooks to lower calls and
 856 returns, varargs, etc.  For these features, the <a
 857 href="#targetlowering">TargetLowering</a> interface is
 858 used.
 859 </p>
 860
 861 </div>
 862
 863 <!-- _______________________________________________________________________ -->
 864 <div class="doc_subsubsection">
 865   <a name="selectiondag_legalize">SelectionDAG Legalize Phase</a>
 866 </div>
 867
 868 <div class="doc_text">
 869
 870 <p>The Legalize phase is in charge of converting a DAG to only use the types and
 871 operations that are natively supported by the target.  This involves two major
 872 tasks:</p>
 873
 874 <ol>
 875 <li><p>Convert values of unsupported types to values of supported types.</p>
 876     <p>There are two main ways of doing this: converting small types to
 877        larger types ("promoting"), and breaking up large integer types
 878        into smaller ones ("expanding").  For example, a target might require
 879        that all f32 values are promoted to f64 and that all i1/i8/i16 values
 880        are promoted to i32.  The same target might require that all i64 values
 881        be expanded into i32 values.  These changes can insert sign and zero
 882        extensions as
 883        needed to make sure that the final code has the same behavior as the
 884        input.</p>
 885     <p>A target implementation tells the legalizer which types are supported
 886        (and which register class to use for them) by calling the
 887        "addRegisterClass" method in its TargetLowering constructor.</p>
 888 </li>
 889
 890 <li><p>Eliminate operations that are not supported by the target.</p>
 891     <p>Targets often have weird constraints, such as not supporting every
 892        operation on every supported datatype (e.g. X86 does not support byte
 893        conditional moves and PowerPC does not support sign-extending loads from
 894        a 16-bit memory location).  Legalize takes care by open-coding
 895        another sequence of operations to emulate the operation ("expansion"), by
 896        promoting to a larger type that supports the operation
 897        (promotion), or using a target-specific hook to implement the
 898        legalization (custom).</p>
 899     <p>A target implementation tells the legalizer which operations are not
 900        supported (and which of the above three actions to take) by calling the
 901        "setOperationAction" method in its TargetLowering constructor.</p>
 902 </li>
 903 </ol>
 904
 905 <p>
 906 Prior to the existance of the Legalize pass, we required that every
 907 target <a href="#selectiondag_optimize">selector</a> supported and handled every
 908 operator and type even if they are not natively supported.  The introduction of
 909 the Legalize phase allows all of the
 910 cannonicalization patterns to be shared across targets, and makes it very
 911 easy to optimize the cannonicalized code because it is still in the form of
 912 a DAG.
 913 </p>
 914
 915 </div>
 916
 917 <!-- _______________________________________________________________________ -->
 918 <div class="doc_subsubsection">
 919   <a name="selectiondag_optimize">SelectionDAG Optimization Phase: the DAG
 920   Combiner</a>
 921 </div>
 922
 923 <div class="doc_text">
 924
 925 <p>
 926 The SelectionDAG optimization phase is run twice for code generation: once
 927 immediately after the DAG is built and once after legalization.  The first run
 928 of the pass allows the initial code to be cleaned up (e.g. performing
 929 optimizations that depend on knowing that the operators have restricted type
 930 inputs).  The second run of the pass cleans up the messy code generated by the
 931 Legalize pass, which allows Legalize to be very simple (it can focus on making
 932 code legal instead of focusing on generating <i>good</i> and legal code).
 933 </p>
 934
 935 <p>
 936 One important class of optimizations performed is optimizing inserted sign and
 937 zero extension instructions.  We currently use ad-hoc techniques, but could move
 938 to more rigorous techniques in the future.  Here are some good
 939 papers on the subject:</p>
 940
 941 <p>
 942 "<a href="http://www.eecs.harvard.edu/~nr/pubs/widen-abstract.html">Widening
 943 integer arithmetic</a>"<br>
 944 Kevin Redwine and Norman Ramsey<br>
 945 International Conference on Compiler Construction (CC) 2004
 946 </p>
 947
 948
 949 <p>
 950  "<a href="http://portal.acm.org/citation.cfm?doid=512529.512552">Effective
 951  sign extension elimination</a>"<br>
 952  Motohiro Kawahito, Hideaki Komatsu, and Toshio Nakatani<br>
 953  Proceedings of the ACM SIGPLAN 2002 Conference on Programming Language Design
 954  and Implementation.
 955 </p>
 956
 957 </div>
 958
 959 <!-- _______________________________________________________________________ -->
 960 <div class="doc_subsubsection">
 961   <a name="selectiondag_select">SelectionDAG Select Phase</a>
 962 </div>
 963
 964 <div class="doc_text">
 965
 966 <p>The Select phase is the bulk of the target-specific code for instruction
 967 selection.  This phase takes a legal SelectionDAG as input,
 968 pattern matches the instructions supported by the target to this DAG, and
 969 produces a new DAG of target code.  For example, consider the following LLVM
 970 fragment:</p>
 971
 972 <pre>
 973    %t1 = add float %W, %X
 974    %t2 = mul float %t1, %Y
 975    %t3 = add float %t2, %Z
 976 </pre>
 977
 978 <p>This LLVM code corresponds to a SelectionDAG that looks basically like this:
 979 </p>
 980
 981 <pre>
 982   (fadd:f32 (fmul:f32 (fadd:f32 W, X), Y), Z)
 983 </pre>
 984
 985 <p>If a target supports floating pointer multiple-and-add (FMA) operations, one
 986 of the adds can be merged with the multiply.  On the PowerPC, for example, the
 987 output of the instruction selector might look like this DAG:</p>
 988
 989 <pre>
 990   (FMADDS (FADDS W, X), Y, Z)
 991 </pre>
 992
 993 <p>
 994 The FMADDS instruction is a ternary instruction that multiplies its first two
 995 operands and adds the third (as single-precision floating-point numbers).  The
 996 FADDS instruction is a simple binary single-precision add instruction.  To
 997 perform this pattern match, the PowerPC backend includes the following
 998 instruction definitions:
 999 </p>
1000
1001 <pre>
1002 def FMADDS : AForm_1&lt;59, 29,
1003                     (ops F4RC:$FRT, F4RC:$FRA, F4RC:$FRC, F4RC:$FRB),
1004                     "fmadds $FRT, $FRA, $FRC, $FRB",
1005                     [<b>(set F4RC:$FRT, (fadd (fmul F4RC:$FRA, F4RC:$FRC),
1006                                            F4RC:$FRB))</b>]&gt;;
1007 def FADDS : AForm_2&lt;59, 21,
1008                     (ops F4RC:$FRT, F4RC:$FRA, F4RC:$FRB),
1009                     "fadds $FRT, $FRA, $FRB",
1010                     [<b>(set F4RC:$FRT, (fadd F4RC:$FRA, F4RC:$FRB))</b>]&gt;;
1011 </pre>
1012
1013 <p>The portion of the instruction definition in bold indicates the pattern used
1014 to match the instruction.  The DAG operators (like <tt>fmul</tt>/<tt>fadd</tt>)
1015 are defined in the <tt>lib/Target/TargetSelectionDAG.td</tt> file.
1016 "<tt>F4RC</tt>" is the register class of the input and result values.<p>
1017
1018 <p>The TableGen DAG instruction selector generator reads the instruction
1019 patterns in the .td and automatically builds parts of the pattern matching code
1020 for your target.  It has the following strengths:</p>
1021
1022 <ul>
1023 <li>At compiler-compiler time, it analyzes your instruction patterns and tells
1024     you if things are legal or not.</li>
1025 <li>It can handle arbitrary constraints on operands for the pattern match.  In
1026     particular, it is straight forward to say things like "match any immediate
1027     that is a 13-bit sign-extended value".  For examples, see the
1028     <tt>immSExt16</tt> and related tblgen classes in the PowerPC backend.</li>
1029 <li>It knows several important identities for the patterns defined.  For
1030     example, it knows that addition is commutative, so it allows the
1031     <tt>FMADDS</tt> pattern above to match "<tt>(fadd X, (fmul Y, Z))</tt>" as
1032     well as "<tt>(fadd (fmul X, Y), Z)</tt>", without the target author having
1033     to specially handle this case.</li>
1034 <li>It has a full strength type-inferencing system.  In particular, you should
1035     rarely have to explicitly tell the system what type parts of your patterns
1036     are.  In the FMADDS case above, we didn't have to tell tblgen that all of
1037     the nodes in the pattern are of type 'f32'.  It was able to infer and
1038     propagate this knowledge from the fact that F4RC has type 'f32'.</li>
1039 <li>Targets can define their own (and rely on built-in) "pattern fragments".
1040     Pattern fragments are chunks of reusable patterns that get inlined into your
1041     patterns during compiler-compiler time.  For example, the integer "(not x)"
1042     operation is actually defined as a pattern fragment that expands as
1043     "(xor x, -1)", since the SelectionDAG does not have a native 'not'
1044     operation.  Targets can define their own short-hand fragments as they see
1045     fit.  See the definition of 'not' and 'ineg' for examples.</li>
1046 <li>In addition to instructions, targets can specify arbitrary patterns that
1047     map to one or more instructions, using the 'Pat' definition.  For example,
1048     the PowerPC has no way of loading an arbitrary integer immediate into a
1049     register in one instruction. To tell tblgen how to do this, it defines:
1050
1051     <pre>
1052     // Arbitrary immediate support.  Implement in terms of LIS/ORI.
1053     def : Pat&lt;(i32 imm:$imm),
1054               (ORI (LIS (HI16 imm:$imm)), (LO16 imm:$imm))&gt;;
1055     </pre>
1056
1057     If none of the single-instruction patterns for loading an immediate into a
1058     register match, this will be used.  This rule says "match an arbitrary i32
1059     immediate, turning it into an ORI ('or a 16-bit immediate') and an LIS
1060     ('load 16-bit immediate, where the immediate is shifted to the left 16
1061     bits') instruction".  To make this work, the LO16/HI16 node transformations
1062     are used to manipulate the input immediate (in this case, take the high or
1063     low 16-bits of the immediate).
1064     </li>
1065 <li>While the system does automate a lot, it still allows you to write custom
1066     C++ code to match special cases, in case there is something that is hard
1067     to express.</li>
1068 </ul>
1069
1070 <p>
1071 While it has many strengths, the system currently has some limitations,
1072 primarily because it is a work in progress and is not yet finished:
1073 </p>
1074
1075 <ul>
1076 <li>Overall, there is no way to define or match SelectionDAG nodes that define
1077     multiple values (e.g. ADD_PARTS, LOAD, CALL, etc).  This is the biggest
1078     reason that you currently still <i>have to</i> write custom C++ code for
1079     your instruction selector.</li>
1080 <li>There is no great way to support match complex addressing modes yet.  In the
1081     future, we will extend pattern fragments to allow them to define multiple
1082     values (e.g. the four operands of the <a href="#x86_memory">X86 addressing
1083     mode</a>).  In addition, we'll extend fragments so that a fragment can match
1084     multiple different patterns.</li>
1085 <li>We don't automatically infer flags like isStore/isLoad yet.</li>
1086 <li>We don't automatically generate the set of supported registers and
1087     operations for the <a href="#"selectiondag_legalize>Legalizer</a> yet.</li>
1088 <li>We don't have a way of tying in custom legalized nodes yet.</li>
1089 </li>
1090
1091 <p>Despite these limitations, the instruction selector generator is still quite
1092 useful for most of the binary and logical operations in typical instruction
1093 sets.  If you run into any problems or can't figure out how to do something,
1094 please let Chris know!</p>
1095
1096 </div>
1097
1098 <!-- _______________________________________________________________________ -->
1099 <div class="doc_subsubsection">
1100   <a name="selectiondag_sched">SelectionDAG Scheduling and Formation Phase</a>
1101 </div>
1102
1103 <div class="doc_text">
1104
1105 <p>The scheduling phase takes the DAG of target instructions from the selection
1106 phase and assigns an order.  The scheduler can pick an order depending on
1107 various constraints of the machines (i.e. order for minimal register pressure or
1108 try to cover instruction latencies).  Once an order is established, the DAG is
1109 converted to a list of <a href="#machineinstr">MachineInstr</a>s and the
1110 Selection DAG is destroyed.
1111 </p>
1112
1113 </div>
1114
1115 <!-- _______________________________________________________________________ -->
1116 <div class="doc_subsubsection">
1117   <a name="selectiondag_future">Future directions for the SelectionDAG</a>
1118 </div>
1119
1120 <div class="doc_text">
1121
1122 <ol>
1123 <li>Optional function-at-a-time selection.</li>
1124 <li>Auto-generate entire selector from .td file.</li>
1125 </li>
1126 </ol>
1127
1128 </div>
1129
1130 <!-- ======================================================================= -->
1131 <div class="doc_subsection">
1132   <a name="ssamco">SSA-based Machine Code Optimizations</a>
1133 </div>
1134 <div class="doc_text"><p>To Be Written</p></div>
1135 <!-- ======================================================================= -->
1136 <div class="doc_subsection">
1137   <a name="regalloc">Register Allocation</a>
1138 </div>
1139 <div class="doc_text"><p>To Be Written</p></div>
1140 <!-- ======================================================================= -->
1141 <div class="doc_subsection">
1142   <a name="proepicode">Prolog/Epilog Code Insertion</a>
1143 </div>
1144 <div class="doc_text"><p>To Be Written</p></div>
1145 <!-- ======================================================================= -->
1146 <div class="doc_subsection">
1147   <a name="latemco">Late Machine Code Optimizations</a>
1148 </div>
1149 <div class="doc_text"><p>To Be Written</p></div>
1150 <!-- ======================================================================= -->
1151 <div class="doc_subsection">
1152   <a name="codeemit">Code Emission</a>
1153 </div>
1154
1155
1156 <!-- _______________________________________________________________________ -->
1157 <div class="doc_subsubsection">
1158   <a name="codeemit_asm">Generating Assembly Code</a>
1159 </div>
1160
1161 <div class="doc_text">
1162
1163 </div>
1164
1165
1166 <!-- _______________________________________________________________________ -->
1167 <div class="doc_subsubsection">
1168   <a name="codeemit_bin">Generating Binary Machine Code</a>
1169 </div>
1170
1171 <div class="doc_text">
1172    <p>For the JIT or .o file writer</p>
1173 </div>
1174
1175
1176 <!-- *********************************************************************** -->
1177 <div class="doc_section">
1178   <a name="targetimpls">Target-specific Implementation Notes</a>
1179 </div>
1180 <!-- *********************************************************************** -->
1181
1182 <div class="doc_text">
1183
1184 <p>This section of the document explains features or design decisions that
1185 are specific to the code generator for a particular target.</p>
1186
1187 </div>
1188
1189
1190 <!-- ======================================================================= -->
1191 <div class="doc_subsection">
1192   <a name="x86">The X86 backend</a>
1193 </div>
1194
1195 <div class="doc_text">
1196
1197 <p>
1198 The X86 code generator lives in the <tt>lib/Target/X86</tt> directory.  This
1199 code generator currently targets a generic P6-like processor.  As such, it
1200 produces a few P6-and-above instructions (like conditional moves), but it does
1201 not make use of newer features like MMX or SSE.  In the future, the X86 backend
1202 will have sub-target support added for specific processor families and
1203 implementations.</p>
1204
1205 </div>
1206
1207 <!-- _______________________________________________________________________ -->
1208 <div class="doc_subsubsection">
1209   <a name="x86_tt">X86 Target Triples Supported</a>
1210 </div>
1211
1212 <div class="doc_text">
1213 <p>
1214 The following are the known target triples that are supported by the X86
1215 backend.  This is not an exhaustive list, but it would be useful to add those
1216 that people test.
1217 </p>
1218
1219 <ul>
1220 <li><b>i686-pc-linux-gnu</b> - Linux</li>
1221 <li><b>i386-unknown-freebsd5.3</b> - FreeBSD 5.3</li>
1222 <li><b>i686-pc-cygwin</b> - Cygwin on Win32</li>
1223 <li><b>i686-pc-mingw32</b> - MingW on Win32</li>
1224 <li><b>i686-apple-darwin*</b> - Apple Darwin on X86</li>
1225 </ul>
1226
1227 </div>
1228
1229 <!-- _______________________________________________________________________ -->
1230 <div class="doc_subsubsection">
1231   <a name="x86_memory">Representing X86 addressing modes in MachineInstrs</a>
1232 </div>
1233
1234 <div class="doc_text">
1235
1236 <p>The x86 has a very flexible way of accessing memory.  It is capable of
1237 forming memory addresses of the following expression directly in integer
1238 instructions (which use ModR/M addressing):</p>
1239
1240 <pre>
1241    Base+[1,2,4,8]*IndexReg+Disp32
1242 </pre>
1243
1244 <p>In order to represent this, LLVM tracks no less than 4 operands for each
1245 memory operand of this form.  This means that the "load" form of 'mov' has the
1246 following <tt>MachineOperand</tt>s in this order:</p>
1247
1248 <pre>
1249 Index:        0     |    1        2       3           4
1250 Meaning:   DestReg, | BaseReg,  Scale, IndexReg, Displacement
1251 OperandTy: VirtReg, | VirtReg, UnsImm, VirtReg,   SignExtImm
1252 </pre>
1253
1254 <p>Stores, and all other instructions, treat the four memory operands in the
1255 same way, in the same order.</p>
1256
1257 </div>
1258
1259 <!-- _______________________________________________________________________ -->
1260 <div class="doc_subsubsection">
1261   <a name="x86_names">Instruction naming</a>
1262 </div>
1263
1264 <div class="doc_text">
1265
1266 <p>
1267 An instruction name consists of the base name, a default operand size, and a
1268 a character per operand with an optional special size. For example:</p>
1269
1270 <p>
1271 <tt>ADD8rr</tt> -&gt; add, 8-bit register, 8-bit register<br>
1272 <tt>IMUL16rmi</tt> -&gt; imul, 16-bit register, 16-bit memory, 16-bit immediate<br>
1273 <tt>IMUL16rmi8</tt> -&gt; imul, 16-bit register, 16-bit memory, 8-bit immediate<br>
1274 <tt>MOVSX32rm16</tt> -&gt; movsx, 32-bit register, 16-bit memory
1275 </p>
1276
1277 </div>
1278
1279 <!-- *********************************************************************** -->
1280 <hr>
1281 <address>
1282   <a href="http://jigsaw.w3.org/css-validator/check/referer"><img
1283   src="http://jigsaw.w3.org/css-validator/images/vcss" alt="Valid CSS!"></a>
1284   <a href="http://validator.w3.org/check/referer"><img
1285   src="http://www.w3.org/Icons/valid-html401" alt="Valid HTML 4.01!" /></a>
1286
1287   <a href="mailto:sabre@nondot.org">Chris Lattner</a><br>
1288   <a href="http://llvm.cs.uiuc.edu">The LLVM Compiler Infrastructure</a><br>
1289   Last modified: $Date$
1290 </address>
1291
1292 </body>
1293 </html>