docs/ExtendingLLVM.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>Extending LLVM: Adding instructions, intrinsics, types, etc.</title>
   6   <link rel="stylesheet" href="llvm.css" type="text/css">
   7 </head>
   8
   9 <body>
  10
  11 <div class="doc_title">
  12   Extending LLVM: Adding instructions, intrinsics, types, etc.
  13 </div>
  14
  15 <ol>
  16   <li><a href="#introduction">Introduction and Warning</a></li>
  17   <li><a href="#intrinsic">Adding a new intrinsic function</a></li>
  18   <li><a href="#instruction">Adding a new instruction</a></li>
  19   <li><a href="#type">Adding a new type</a>
  20   <ol>
  21     <li><a href="#fund_type">Adding a new fundamental type</a></li>
  22     <li><a href="#derived_type">Adding a new derived type</a></li>
  23   </ol></li>
  24 </ol>
  25
  26 <div class="doc_author">
  27   <p>Written by <a href="http://misha.brukman.net">Misha Brukman</a> and
  28   Brad Jones</p>
  29 </div>
  30
  31 <!-- *********************************************************************** -->
  32 <div class="doc_section">
  33   <a name="introduction">Introduction and Warning</a>
  34 </div>
  35 <!-- *********************************************************************** -->
  36
  37 <div class="doc_text">
  38
  39 <p>During the course of using LLVM, you may wish to customize it for your
  40 research project or for experimentation. At this point, you may realize that
  41 you need to add something to LLVM, whether it be a new fundamental type, a new
  42 intrinsic function, or a whole new instruction.</p>
  43
  44 <p>When you come to this realization, stop and think. Do you really need to
  45 extend LLVM? Is it a new fundamental capability that LLVM does not support at
  46 its current incarnation or can it be synthesized from already pre-existing LLVM
  47 elements? If you are not sure, ask on the <a
  48 href="http://mail.cs.uiuc.edu/mailman/listinfo/llvmdev">LLVM-dev</a> list. The
  49 reason is that extending LLVM will get involved as you need to update all the
  50 different passes that you intend to use with your extension, and there are
  51 <em>many</em> LLVM analyses and transformations, so it may be quite a bit of
  52 work.</p>
  53
  54 <p>Adding an <a href="#intrinsic">intrinsic function</a> is easier than adding
  55 an instruction, and is transparent to optimization passes which treat it as an
  56 unanalyzable function.  If your added functionality can be expressed as a
  57 function call, an intrinsic function is the method of choice for LLVM
  58 extension.</p>
  59
  60 <p>Before you invest a significant amount of effort into a non-trivial
  61 extension, <span class="doc_warning">ask on the list</span> if what you are
  62 looking to do can be done with already-existing infrastructure, or if maybe
  63 someone else is already working on it. You will save yourself a lot of time and
  64 effort by doing so.</p>
  65
  66 </div>
  67
  68 <!-- *********************************************************************** -->
  69 <div class="doc_section">
  70   <a name="intrinsic">Adding a new intrinsic function</a>
  71 </div>
  72 <!-- *********************************************************************** -->
  73
  74 <div class="doc_text">
  75
  76 <p>Adding a new intrinsic function to LLVM is much easier than adding a new
  77 instruction.  Almost all extensions to LLVM should start as an intrinsic
  78 function and then be turned into an instruction if warranted.</p>
  79
  80 <ol>
  81 <li><tt>llvm/docs/LangRef.html</tt>:
  82     Document the intrinsic.  Decide whether it is code generator specific and
  83     what the restrictions are.  Talk to other people about it so that you are
  84     sure it's a good idea.</li>
  85
  86 <li><tt>llvm/include/llvm/Intrinsics.h</tt>:
  87     add an enum in the <tt>llvm::Intrinsic</tt> namespace</li>
  88
  89 <li><tt>llvm/lib/CodeGen/IntrinsicLowering.cpp</tt>:
  90     implement the lowering for this intrinsic</li>
  91
  92 <li><tt>llvm/lib/VMCore/Verifier.cpp</tt>:
  93     Add code to check the invariants of the intrinsic are respected.</li>
  94
  95 <li><tt>llvm/lib/VMCore/Function.cpp (<tt>Function::getIntrinsicID()</tt>)</tt>:
  96     Identify the new intrinsic function, returning the enum for the intrinsic
  97     that you added.</li>
  98
  99 <li><tt>llvm/lib/Analysis/BasicAliasAnalysis.cpp</tt>: If the new intrinsic does
 100     not access memory or does not write to memory, add it to the relevant list
 101     of functions.</li>
 102
 103 <li><tt>llvm/lib/Transforms/Utils/Local.cpp</tt>: If it is possible to constant
 104     propagate your intrinsic, add support to it in the
 105     <tt>canConstantFoldCallTo</tt> and <tt>ConstantFoldCall</tt> functions.</li>
 106
 107 <li>Test your intrinsic</li>
 108 <li><tt>llvm/test/Regression/*</tt>: add your test cases to the test suite.</li>
 109 </ol>
 110
 111 <p>If this intrinsic requires code generator support (i.e., it cannot be
 112 lowered), you should also add support to the code generator in question.</p>
 113
 114 </div>
 115
 116 <!-- *********************************************************************** -->
 117 <div class="doc_section">
 118   <a name="instruction">Adding a new instruction</a>
 119 </div>
 120 <!-- *********************************************************************** -->
 121
 122 <div class="doc_text">
 123
 124 <p><span class="doc_warning">WARNING: adding instructions changes the bytecode
 125 format, and it will take some effort to maintain compatibility with
 126 the previous version.</span> Only add an instruction if it is absolutely
 127 necessary.</p>
 128
 129 <ol>
 130
 131 <li><tt>llvm/include/llvm/Instruction.def</tt>:
 132     add a number for your instruction and an enum name</li>
 133
 134 <li><tt>llvm/include/llvm/Instructions.h</tt>:
 135     add a definition for the class that will represent your instruction</li>
 136
 137 <li><tt>llvm/include/llvm/Support/InstVisitor.h</tt>:
 138     add a prototype for a visitor to your new instruction type</li>
 139
 140 <li><tt>llvm/lib/AsmParser/Lexer.l</tt>:
 141     add a new token to parse your instruction from assembly text file</li>
 142
 143 <li><tt>llvm/lib/AsmParser/llvmAsmParser.y</tt>:
 144     add the grammar on how your instruction can be read and what it will
 145     construct as a result</li>
 146
 147 <li><tt>llvm/lib/Bytecode/Reader/Reader.cpp</tt>:
 148     add a case for your instruction and how it will be parsed from bytecode</li>
 149
 150 <li><tt>llvm/lib/VMCore/Instruction.cpp</tt>:
 151     add a case for how your instruction will be printed out to assembly</li>
 152
 153 <li><tt>llvm/lib/VMCore/Instructions.cpp</tt>:
 154     implement the class you defined in
 155     <tt>llvm/include/llvm/Instructions.h</tt></li>
 156
 157 </ol>
 158
 159 <p>Also, you need to implement (or modify) any analyses or passes that you want
 160 to understand this new instruction.</p>
 161
 162 </div>
 163
 164
 165 <!-- *********************************************************************** -->
 166 <div class="doc_section">
 167   <a name="type">Adding a new type</a>
 168 </div>
 169 <!-- *********************************************************************** -->
 170
 171 <div class="doc_text">
 172
 173 <p><span class="doc_warning">WARNING: adding new types changes the bytecode
 174 format, and will break compatibility with currently-existing LLVM
 175 installations.</span> Only add new types if it is absolutely necessary.</p>
 176
 177 </div>
 178
 179 <!-- ======================================================================= -->
 180 <div class="doc_subsection">
 181   <a name="fund_type">Adding a fundamental type</a>
 182 </div>
 183
 184 <div class="doc_text">
 185
 186 <ol>
 187
 188 <li><tt>llvm/include/llvm/Type.def</tt>:
 189     add enum for the type</li>
 190
 191 <li><tt>llvm/include/llvm/Type.h</tt>:
 192     add ID number for the new type; add static <tt>Type*</tt> for this type</li>
 193
 194 <li><tt>llvm/lib/VMCore/Type.cpp</tt>:
 195     add mapping from <tt>TypeID</tt> =&gt; <tt>Type*</tt>;
 196     initialize the static <tt>Type*</tt></li>
 197
 198 <li><tt>llvm/lib/AsmReader/Lexer.l</tt>:
 199     add ability to parse in the type from text assembly</li>
 200
 201 <li><tt>llvm/lib/AsmReader/llvmAsmParser.y</tt>:
 202     add a token for that type</li>
 203
 204 </ol>
 205
 206 </div>
 207
 208 <!-- ======================================================================= -->
 209 <div class="doc_subsection">
 210   <a name="derived_type">Adding a derived type</a>
 211 </div>
 212
 213 <div class="doc_text">
 214
 215 <ol>
 216 <li><tt>llvm/include/llvm/Type.def</tt>:
 217     add enum for the type</li>
 218
 219 <li><tt>llvm/include/llvm/Type.h</tt>:
 220     add ID number for the new type; add a forward declaration of the type
 221     also</li>
 222
 223 <li><tt>llvm/include/llvm/DerivedType.h</tt>:
 224     add new class to represent new class in the hierarchy; add forward
 225     declaration to the TypeMap value type</li>
 226
 227 <li><tt>llvm/lib/VMCore/Type.cpp</tt>:
 228     add support for derived type to:
 229 <div class="doc_code">
 230 <pre>
 231 std::string getTypeDescription(const Type &amp;Ty,
 232   std::vector&lt;const Type*&gt; &amp;TypeStack)
 233 bool TypesEqual(const Type *Ty, const Type *Ty2,
 234   std::map&lt;const Type*, const Type*&gt; &amp; EqTypes)
 235 </pre>
 236 </div>
 237     add necessary member functions for type, and factory methods</li>
 238
 239 <li><tt>llvm/lib/AsmReader/Lexer.l</tt>:
 240     add ability to parse in the type from text assembly</li>
 241
 242 <li><tt>llvm/lib/ByteCode/Writer/Writer.cpp</tt>:
 243     modify <tt>void BytecodeWriter::outputType(const Type *T)</tt> to serialize
 244     your type</li>
 245
 246 <li><tt>llvm/lib/ByteCode/Reader/Reader.cpp</tt>:
 247     modify <tt>const Type *BytecodeReader::ParseType()</tt> to read your data
 248     type</li>
 249
 250 <li><tt>llvm/lib/VMCore/AsmWriter.cpp</tt>:
 251     modify
 252 <div class="doc_code">
 253 <pre>
 254 void calcTypeName(const Type *Ty,
 255                   std::vector&lt;const Type*&gt; &amp;TypeStack,
 256                   std::map&lt;const Type*,std::string&gt; &amp;TypeNames,
 257                   std::string &amp; Result)
 258 </pre>
 259 </div>
 260     to output the new derived type
 261 </li>
 262
 263
 264 </ol>
 265
 266 </div>
 267
 268 <!-- *********************************************************************** -->
 269
 270 <hr>
 271 <address>
 272   <a href="http://jigsaw.w3.org/css-validator/check/referer"><img
 273   src="http://jigsaw.w3.org/css-validator/images/vcss" alt="Valid CSS!"></a>
 274   <a href="http://validator.w3.org/check/referer"><img
 275   src="http://www.w3.org/Icons/valid-html401" alt="Valid HTML 4.01!" /></a>
 276
 277   <a href="http://misha.brukman.net">Misha Brukman</a><br>
 278   <a href="http://llvm.cs.uiuc.edu">The LLVM Compiler Infrastructure</a>
 279   <br>
 280   Last modified: $Date$
 281 </address>
 282
 283 </body>
 284 </html>