lib/MC/MCAssembler.cpp

   1 //===- lib/MC/MCAssembler.cpp - Assembler Backend Implementation ----------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9
  10 #define DEBUG_TYPE "assembler"
  11 #include "llvm/MC/MCAssembler.h"
  12 #include "llvm/MC/MCAsmLayout.h"
  13 #include "llvm/MC/MCCodeEmitter.h"
  14 #include "llvm/MC/MCExpr.h"
  15 #include "llvm/MC/MCObjectWriter.h"
  16 #include "llvm/MC/MCSection.h"
  17 #include "llvm/MC/MCSymbol.h"
  18 #include "llvm/MC/MCValue.h"
  19 #include "llvm/MC/MCDwarf.h"
  20 #include "llvm/ADT/OwningPtr.h"
  21 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  22 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
  23 #include "llvm/ADT/Twine.h"
  24 #include "llvm/Support/Debug.h"
  25 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  26 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  27 #include "llvm/Target/TargetRegistry.h"
  28 #include "llvm/Target/TargetAsmBackend.h"
  29
  30 #include <vector>
  31 using namespace llvm;
  32
  33 namespace {
  34 namespace stats {
  35 STATISTIC(EmittedFragments, "Number of emitted assembler fragments");
  36 STATISTIC(EvaluateFixup, "Number of evaluated fixups");
  37 STATISTIC(FragmentLayouts, "Number of fragment layouts");
  38 STATISTIC(ObjectBytes, "Number of emitted object file bytes");
  39 STATISTIC(RelaxationSteps, "Number of assembler layout and relaxation steps");
  40 STATISTIC(RelaxedInstructions, "Number of relaxed instructions");
  41 STATISTIC(SectionLayouts, "Number of section layouts");
  42 }
  43 }
  44
  45 // FIXME FIXME FIXME: There are number of places in this file where we convert
  46 // what is a 64-bit assembler value used for computation into a value in the
  47 // object file, which may truncate it. We should detect that truncation where
  48 // invalid and report errors back.
  49
  50 /* *** */
  51
  52 MCAsmLayout::MCAsmLayout(MCAssembler &Asm)
  53   : Assembler(Asm), LastValidFragment(0)
  54  {
  55   // Compute the section layout order. Virtual sections must go last.
  56   for (MCAssembler::iterator it = Asm.begin(), ie = Asm.end(); it != ie; ++it)
  57     if (!Asm.getBackend().isVirtualSection(it->getSection()))
  58       SectionOrder.push_back(&*it);
  59   for (MCAssembler::iterator it = Asm.begin(), ie = Asm.end(); it != ie; ++it)
  60     if (Asm.getBackend().isVirtualSection(it->getSection()))
  61       SectionOrder.push_back(&*it);
  62 }
  63
  64 bool MCAsmLayout::isSectionUpToDate(const MCSectionData *SD) const {
  65   // The first section is always up-to-date.
  66   unsigned Index = SD->getLayoutOrder();
  67   if (!Index)
  68     return true;
  69
  70   // Otherwise, sections are always implicitly computed when the preceeding
  71   // fragment is layed out.
  72   const MCSectionData *Prev = getSectionOrder()[Index - 1];
  73   return isFragmentUpToDate(&(Prev->getFragmentList().back()));
  74 }
  75
  76 bool MCAsmLayout::isFragmentUpToDate(const MCFragment *F) const {
  77   return (LastValidFragment &&
  78           F->getLayoutOrder() <= LastValidFragment->getLayoutOrder());
  79 }
  80
  81 void MCAsmLayout::UpdateForSlide(MCFragment *F, int SlideAmount) {
  82   // If this fragment wasn't already up-to-date, we don't need to do anything.
  83   if (!isFragmentUpToDate(F))
  84     return;
  85
  86   // Otherwise, reset the last valid fragment to the predecessor of the
  87   // invalidated fragment.
  88   LastValidFragment = F->getPrevNode();
  89   if (!LastValidFragment) {
  90     unsigned Index = F->getParent()->getLayoutOrder();
  91     if (Index != 0) {
  92       MCSectionData *Prev = getSectionOrder()[Index - 1];
  93       LastValidFragment = &(Prev->getFragmentList().back());
  94     }
  95   }
  96 }
  97
  98 void MCAsmLayout::EnsureValid(const MCFragment *F) const {
  99   // Advance the layout position until the fragment is up-to-date.
 100   while (!isFragmentUpToDate(F)) {
 101     // Advance to the next fragment.
 102     MCFragment *Cur = LastValidFragment;
 103     if (Cur)
 104       Cur = Cur->getNextNode();
 105     if (!Cur) {
 106       unsigned NextIndex = 0;
 107       if (LastValidFragment)
 108         NextIndex = LastValidFragment->getParent()->getLayoutOrder() + 1;
 109       Cur = SectionOrder[NextIndex]->begin();
 110     }
 111
 112     const_cast<MCAsmLayout*>(this)->LayoutFragment(Cur);
 113   }
 114 }
 115
 116 void MCAsmLayout::FragmentReplaced(MCFragment *Src, MCFragment *Dst) {
 117   if (LastValidFragment == Src)
 118     LastValidFragment = Dst;
 119
 120   Dst->Offset = Src->Offset;
 121   Dst->EffectiveSize = Src->EffectiveSize;
 122 }
 123
 124 uint64_t MCAsmLayout::getFragmentAddress(const MCFragment *F) const {
 125   assert(F->getParent() && "Missing section()!");
 126   return getSectionAddress(F->getParent()) + getFragmentOffset(F);
 127 }
 128
 129 uint64_t MCAsmLayout::getFragmentEffectiveSize(const MCFragment *F) const {
 130   EnsureValid(F);
 131   assert(F->EffectiveSize != ~UINT64_C(0) && "Address not set!");
 132   return F->EffectiveSize;
 133 }
 134
 135 uint64_t MCAsmLayout::getFragmentOffset(const MCFragment *F) const {
 136   EnsureValid(F);
 137   assert(F->Offset != ~UINT64_C(0) && "Address not set!");
 138   return F->Offset;
 139 }
 140
 141 uint64_t MCAsmLayout::getSymbolAddress(const MCSymbolData *SD) const {
 142   assert(SD->getFragment() && "Invalid getAddress() on undefined symbol!");
 143   return getFragmentAddress(SD->getFragment()) + SD->getOffset();
 144 }
 145
 146 uint64_t MCAsmLayout::getSectionAddress(const MCSectionData *SD) const {
 147   EnsureValid(SD->begin());
 148   assert(SD->Address != ~UINT64_C(0) && "Address not set!");
 149   return SD->Address;
 150 }
 151
 152 uint64_t MCAsmLayout::getSectionAddressSize(const MCSectionData *SD) const {
 153   // The size is the last fragment's end offset.
 154   const MCFragment &F = SD->getFragmentList().back();
 155   return getFragmentOffset(&F) + getFragmentEffectiveSize(&F);
 156 }
 157
 158 uint64_t MCAsmLayout::getSectionFileSize(const MCSectionData *SD) const {
 159   // Virtual sections have no file size.
 160   if (getAssembler().getBackend().isVirtualSection(SD->getSection()))
 161     return 0;
 162
 163   // Otherwise, the file size is the same as the address space size.
 164   return getSectionAddressSize(SD);
 165 }
 166
 167 uint64_t MCAsmLayout::getSectionSize(const MCSectionData *SD) const {
 168   // The logical size is the address space size minus any tail padding.
 169   uint64_t Size = getSectionAddressSize(SD);
 170   const MCAlignFragment *AF =
 171     dyn_cast<MCAlignFragment>(&(SD->getFragmentList().back()));
 172   if (AF && AF->hasOnlyAlignAddress())
 173     Size -= getFragmentEffectiveSize(AF);
 174
 175   return Size;
 176 }
 177
 178 /* *** */
 179
 180 MCFragment::MCFragment() : Kind(FragmentType(~0)) {
 181 }
 182
 183 MCFragment::~MCFragment() {
 184 }
 185
 186 MCFragment::MCFragment(FragmentType _Kind, MCSectionData *_Parent)
 187   : Kind(_Kind), Parent(_Parent), Atom(0), Offset(~UINT64_C(0)),
 188     EffectiveSize(~UINT64_C(0))
 189 {
 190   if (Parent)
 191     Parent->getFragmentList().push_back(this);
 192 }
 193
 194 /* *** */
 195
 196 MCSectionData::MCSectionData() : Section(0) {}
 197
 198 MCSectionData::MCSectionData(const MCSection &_Section, MCAssembler *A)
 199   : Section(&_Section),
 200     Alignment(1),
 201     Address(~UINT64_C(0)),
 202     HasInstructions(false)
 203 {
 204   if (A)
 205     A->getSectionList().push_back(this);
 206 }
 207
 208 /* *** */
 209
 210 MCSymbolData::MCSymbolData() : Symbol(0) {}
 211
 212 MCSymbolData::MCSymbolData(const MCSymbol &_Symbol, MCFragment *_Fragment,
 213                            uint64_t _Offset, MCAssembler *A)
 214   : Symbol(&_Symbol), Fragment(_Fragment), Offset(_Offset),
 215     IsExternal(false), IsPrivateExtern(false),
 216     CommonSize(0), SymbolSize(0), CommonAlign(0),
 217     Flags(0), Index(0)
 218 {
 219   if (A)
 220     A->getSymbolList().push_back(this);
 221 }
 222
 223 /* *** */
 224
 225 MCAssembler::MCAssembler(MCContext &_Context, TargetAsmBackend &_Backend,
 226                          MCCodeEmitter &_Emitter, bool _PadSectionToAlignment,
 227                          raw_ostream &_OS)
 228   : Context(_Context), Backend(_Backend), Emitter(_Emitter),
 229     OS(_OS), RelaxAll(false), SubsectionsViaSymbols(false),
 230     PadSectionToAlignment(_PadSectionToAlignment)
 231 {
 232 }
 233
 234 MCAssembler::~MCAssembler() {
 235 }
 236
 237 bool MCAssembler::isSymbolLinkerVisible(const MCSymbol &Symbol) const {
 238   // Non-temporary labels should always be visible to the linker.
 239   if (!Symbol.isTemporary())
 240     return true;
 241
 242   // Absolute temporary labels are never visible.
 243   if (!Symbol.isInSection())
 244     return false;
 245
 246   // Otherwise, check if the section requires symbols even for temporary labels.
 247   return getBackend().doesSectionRequireSymbols(Symbol.getSection());
 248 }
 249
 250 const MCSymbolData *MCAssembler::getAtom(const MCSymbolData *SD) const {
 251   // Linker visible symbols define atoms.
 252   if (isSymbolLinkerVisible(SD->getSymbol()))
 253     return SD;
 254
 255   // Absolute and undefined symbols have no defining atom.
 256   if (!SD->getFragment())
 257     return 0;
 258
 259   // Non-linker visible symbols in sections which can't be atomized have no
 260   // defining atom.
 261   if (!getBackend().isSectionAtomizable(
 262         SD->getFragment()->getParent()->getSection()))
 263     return 0;
 264
 265   // Otherwise, return the atom for the containing fragment.
 266   return SD->getFragment()->getAtom();
 267 }
 268
 269 bool MCAssembler::EvaluateFixup(const MCObjectWriter &Writer,
 270                                 const MCAsmLayout &Layout,
 271                                 const MCFixup &Fixup, const MCFragment *DF,
 272                                 MCValue &Target, uint64_t &Value) const {
 273   ++stats::EvaluateFixup;
 274
 275   if (!Fixup.getValue()->EvaluateAsRelocatable(Target, &Layout))
 276     report_fatal_error("expected relocatable expression");
 277
 278   // FIXME: How do non-scattered symbols work in ELF? I presume the linker
 279   // doesn't support small relocations, but then under what criteria does the
 280   // assembler allow symbol differences?
 281
 282   Value = Target.getConstant();
 283
 284   bool IsPCRel = Emitter.getFixupKindInfo(
 285     Fixup.getKind()).Flags & MCFixupKindInfo::FKF_IsPCRel;
 286   bool IsResolved = true;
 287   if (const MCSymbolRefExpr *A = Target.getSymA()) {
 288     if (A->getSymbol().isDefined())
 289       Value += Layout.getSymbolAddress(&getSymbolData(A->getSymbol()));
 290     else
 291       IsResolved = false;
 292   }
 293   if (const MCSymbolRefExpr *B = Target.getSymB()) {
 294     if (B->getSymbol().isDefined())
 295       Value -= Layout.getSymbolAddress(&getSymbolData(B->getSymbol()));
 296     else
 297       IsResolved = false;
 298   }
 299
 300   if (IsResolved)
 301     IsResolved = Writer.IsFixupFullyResolved(*this, Target, IsPCRel, DF);
 302
 303   if (IsPCRel)
 304     Value -= Layout.getFragmentAddress(DF) + Fixup.getOffset();
 305
 306   return IsResolved;
 307 }
 308
 309 uint64_t MCAssembler::ComputeFragmentSize(MCAsmLayout &Layout,
 310                                           const MCFragment &F,
 311                                           uint64_t SectionAddress,
 312                                           uint64_t FragmentOffset) const {
 313   switch (F.getKind()) {
 314   case MCFragment::FT_Data:
 315     return cast<MCDataFragment>(F).getContents().size();
 316   case MCFragment::FT_Fill:
 317     return cast<MCFillFragment>(F).getSize();
 318   case MCFragment::FT_Inst:
 319     return cast<MCInstFragment>(F).getInstSize();
 320
 321   case MCFragment::FT_LEB:
 322     return cast<MCLEBFragment>(F).getSize();
 323
 324   case MCFragment::FT_Align: {
 325     const MCAlignFragment &AF = cast<MCAlignFragment>(F);
 326
 327     assert((!AF.hasOnlyAlignAddress() || !AF.getNextNode()) &&
 328            "Invalid OnlyAlignAddress bit, not the last fragment!");
 329
 330     uint64_t Size = OffsetToAlignment(SectionAddress + FragmentOffset,
 331                                       AF.getAlignment());
 332
 333     // Honor MaxBytesToEmit.
 334     if (Size > AF.getMaxBytesToEmit())
 335       return 0;
 336
 337     return Size;
 338   }
 339
 340   case MCFragment::FT_Org:
 341     return cast<MCOrgFragment>(F).getSize();
 342
 343   case MCFragment::FT_Dwarf:
 344     return cast<MCDwarfLineAddrFragment>(F).getSize();
 345   }
 346
 347   assert(0 && "invalid fragment kind");
 348   return 0;
 349 }
 350
 351 void MCAsmLayout::LayoutFile() {
 352   // Initialize the first section and set the valid fragment layout point. All
 353   // actual layout computations are done lazily.
 354   LastValidFragment = 0;
 355   if (!getSectionOrder().empty())
 356     getSectionOrder().front()->Address = 0;
 357 }
 358
 359 void MCAsmLayout::LayoutFragment(MCFragment *F) {
 360   MCFragment *Prev = F->getPrevNode();
 361
 362   // We should never try to recompute something which is up-to-date.
 363   assert(!isFragmentUpToDate(F) && "Attempt to recompute up-to-date fragment!");
 364   // We should never try to compute the fragment layout if the section isn't
 365   // up-to-date.
 366   assert(isSectionUpToDate(F->getParent()) &&
 367          "Attempt to compute fragment before it's section!");
 368   // We should never try to compute the fragment layout if it's predecessor
 369   // isn't up-to-date.
 370   assert((!Prev || isFragmentUpToDate(Prev)) &&
 371          "Attempt to compute fragment before it's predecessor!");
 372
 373   ++stats::FragmentLayouts;
 374
 375   // Compute the fragment start address.
 376   uint64_t StartAddress = F->getParent()->Address;
 377   uint64_t Address = StartAddress;
 378   if (Prev)
 379     Address += Prev->Offset + Prev->EffectiveSize;
 380
 381   // Compute fragment offset and size.
 382   F->Offset = Address - StartAddress;
 383   F->EffectiveSize = getAssembler().ComputeFragmentSize(*this, *F, StartAddress,
 384                                                         F->Offset);
 385   LastValidFragment = F;
 386
 387   // If this is the last fragment in a section, update the next section address.
 388   if (!F->getNextNode()) {
 389     unsigned NextIndex = F->getParent()->getLayoutOrder() + 1;
 390     if (NextIndex != getSectionOrder().size())
 391       LayoutSection(getSectionOrder()[NextIndex]);
 392   }
 393 }
 394
 395 void MCAsmLayout::LayoutSection(MCSectionData *SD) {
 396   unsigned SectionOrderIndex = SD->getLayoutOrder();
 397
 398   ++stats::SectionLayouts;
 399
 400   // Compute the section start address.
 401   uint64_t StartAddress = 0;
 402   if (SectionOrderIndex) {
 403     MCSectionData *Prev = getSectionOrder()[SectionOrderIndex - 1];
 404     StartAddress = getSectionAddress(Prev) + getSectionAddressSize(Prev);
 405   }
 406
 407   // Honor the section alignment requirements.
 408   StartAddress = RoundUpToAlignment(StartAddress, SD->getAlignment());
 409
 410   // Set the section address.
 411   SD->Address = StartAddress;
 412 }
 413
 414 /// WriteFragmentData - Write the \arg F data to the output file.
 415 static void WriteFragmentData(const MCAssembler &Asm, const MCAsmLayout &Layout,
 416                               const MCFragment &F, MCObjectWriter *OW) {
 417   uint64_t Start = OW->getStream().tell();
 418   (void) Start;
 419
 420   ++stats::EmittedFragments;
 421
 422   // FIXME: Embed in fragments instead?
 423   uint64_t FragmentSize = Layout.getFragmentEffectiveSize(&F);
 424   switch (F.getKind()) {
 425   case MCFragment::FT_Align: {
 426     MCAlignFragment &AF = cast<MCAlignFragment>(F);
 427     uint64_t Count = FragmentSize / AF.getValueSize();
 428
 429     assert(AF.getValueSize() && "Invalid virtual align in concrete fragment!");
 430
 431     // FIXME: This error shouldn't actually occur (the front end should emit
 432     // multiple .align directives to enforce the semantics it wants), but is
 433     // severe enough that we want to report it. How to handle this?
 434     if (Count * AF.getValueSize() != FragmentSize)
 435       report_fatal_error("undefined .align directive, value size '" +
 436                         Twine(AF.getValueSize()) +
 437                         "' is not a divisor of padding size '" +
 438                         Twine(FragmentSize) + "'");
 439
 440     // See if we are aligning with nops, and if so do that first to try to fill
 441     // the Count bytes.  Then if that did not fill any bytes or there are any
 442     // bytes left to fill use the the Value and ValueSize to fill the rest.
 443     // If we are aligning with nops, ask that target to emit the right data.
 444     if (AF.hasEmitNops()) {
 445       if (!Asm.getBackend().WriteNopData(Count, OW))
 446         report_fatal_error("unable to write nop sequence of " +
 447                           Twine(Count) + " bytes");
 448       break;
 449     }
 450
 451     // Otherwise, write out in multiples of the value size.
 452     for (uint64_t i = 0; i != Count; ++i) {
 453       switch (AF.getValueSize()) {
 454       default:
 455         assert(0 && "Invalid size!");
 456       case 1: OW->Write8 (uint8_t (AF.getValue())); break;
 457       case 2: OW->Write16(uint16_t(AF.getValue())); break;
 458       case 4: OW->Write32(uint32_t(AF.getValue())); break;
 459       case 8: OW->Write64(uint64_t(AF.getValue())); break;
 460       }
 461     }
 462     break;
 463   }
 464
 465   case MCFragment::FT_Data: {
 466     MCDataFragment &DF = cast<MCDataFragment>(F);
 467     assert(FragmentSize == DF.getContents().size() && "Invalid size!");
 468     OW->WriteBytes(DF.getContents().str());
 469     break;
 470   }
 471
 472   case MCFragment::FT_Fill: {
 473     MCFillFragment &FF = cast<MCFillFragment>(F);
 474
 475     assert(FF.getValueSize() && "Invalid virtual align in concrete fragment!");
 476
 477     for (uint64_t i = 0, e = FF.getSize() / FF.getValueSize(); i != e; ++i) {
 478       switch (FF.getValueSize()) {
 479       default:
 480         assert(0 && "Invalid size!");
 481       case 1: OW->Write8 (uint8_t (FF.getValue())); break;
 482       case 2: OW->Write16(uint16_t(FF.getValue())); break;
 483       case 4: OW->Write32(uint32_t(FF.getValue())); break;
 484       case 8: OW->Write64(uint64_t(FF.getValue())); break;
 485       }
 486     }
 487     break;
 488   }
 489
 490   case MCFragment::FT_Inst:
 491     llvm_unreachable("unexpected inst fragment after lowering");
 492     break;
 493
 494   case MCFragment::FT_LEB: {
 495     MCLEBFragment &LF = cast<MCLEBFragment>(F);
 496
 497     // FIXME: It is probably better if we don't call EvaluateAsAbsolute in
 498     // here.
 499     int64_t Value;
 500     LF.getValue().EvaluateAsAbsolute(Value, &Layout);
 501     SmallString<32> Tmp;
 502     raw_svector_ostream OSE(Tmp);
 503     if (LF.isSigned())
 504       MCObjectWriter::EncodeSLEB128(Value, OSE);
 505     else
 506       MCObjectWriter::EncodeULEB128(Value, OSE);
 507     OW->WriteBytes(OSE.str());
 508     break;
 509   }
 510
 511   case MCFragment::FT_Org: {
 512     MCOrgFragment &OF = cast<MCOrgFragment>(F);
 513
 514     for (uint64_t i = 0, e = FragmentSize; i != e; ++i)
 515       OW->Write8(uint8_t(OF.getValue()));
 516
 517     break;
 518   }
 519
 520   case MCFragment::FT_Dwarf: {
 521     const MCDwarfLineAddrFragment &OF = cast<MCDwarfLineAddrFragment>(F);
 522
 523     // The AddrDelta is really unsigned and it can only increase.
 524     int64_t AddrDelta;
 525     OF.getAddrDelta().EvaluateAsAbsolute(AddrDelta, &Layout);
 526
 527     int64_t LineDelta;
 528     LineDelta = OF.getLineDelta();
 529
 530     MCDwarfLineAddr::Write(OW, LineDelta, (uint64_t)AddrDelta);
 531     break;
 532   }
 533   }
 534
 535   assert(OW->getStream().tell() - Start == FragmentSize);
 536 }
 537
 538 void MCAssembler::WriteSectionData(const MCSectionData *SD,
 539                                    const MCAsmLayout &Layout,
 540                                    MCObjectWriter *OW) const {
 541   // Ignore virtual sections.
 542   if (getBackend().isVirtualSection(SD->getSection())) {
 543     assert(Layout.getSectionFileSize(SD) == 0 && "Invalid size for section!");
 544
 545     // Check that contents are only things legal inside a virtual section.
 546     for (MCSectionData::const_iterator it = SD->begin(),
 547            ie = SD->end(); it != ie; ++it) {
 548       switch (it->getKind()) {
 549       default:
 550         assert(0 && "Invalid fragment in virtual section!");
 551       case MCFragment::FT_Data: {
 552         // Check that we aren't trying to write a non-zero contents (or fixups)
 553         // into a virtual section. This is to support clients which use standard
 554         // directives to fill the contents of virtual sections.
 555         MCDataFragment &DF = cast<MCDataFragment>(*it);
 556         assert(DF.fixup_begin() == DF.fixup_end() &&
 557                "Cannot have fixups in virtual section!");
 558         for (unsigned i = 0, e = DF.getContents().size(); i != e; ++i)
 559           assert(DF.getContents()[i] == 0 &&
 560                  "Invalid data value for virtual section!");
 561         break;
 562       }
 563       case MCFragment::FT_Align:
 564         // Check that we aren't trying to write a non-zero value into a virtual
 565         // section.
 566         assert((!cast<MCAlignFragment>(it)->getValueSize() ||
 567                 !cast<MCAlignFragment>(it)->getValue()) &&
 568                "Invalid align in virtual section!");
 569         break;
 570       case MCFragment::FT_Fill:
 571         assert(!cast<MCFillFragment>(it)->getValueSize() &&
 572                "Invalid fill in virtual section!");
 573         break;
 574       }
 575     }
 576
 577     return;
 578   }
 579
 580   uint64_t Start = OW->getStream().tell();
 581   (void) Start;
 582
 583   for (MCSectionData::const_iterator it = SD->begin(),
 584          ie = SD->end(); it != ie; ++it)
 585     WriteFragmentData(*this, Layout, *it, OW);
 586
 587   assert(OW->getStream().tell() - Start == Layout.getSectionFileSize(SD));
 588 }
 589
 590 void MCAssembler::AddSectionToTheEnd(const MCObjectWriter &Writer,
 591                                      MCSectionData &SD, MCAsmLayout &Layout) {
 592   // Create dummy fragments and assign section ordinals.
 593   unsigned SectionIndex = 0;
 594   for (MCAssembler::iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it)
 595     SectionIndex++;
 596
 597   SD.setOrdinal(SectionIndex);
 598
 599   // Assign layout order indices to sections and fragments.
 600   unsigned FragmentIndex = 0;
 601   unsigned i = 0;
 602   for (unsigned e = Layout.getSectionOrder().size(); i != e; ++i) {
 603     MCSectionData *SD = Layout.getSectionOrder()[i];
 604
 605     for (MCSectionData::iterator it2 = SD->begin(),
 606            ie2 = SD->end(); it2 != ie2; ++it2)
 607       FragmentIndex++;
 608   }
 609
 610   SD.setLayoutOrder(i);
 611   for (MCSectionData::iterator it2 = SD.begin(),
 612          ie2 = SD.end(); it2 != ie2; ++it2) {
 613     it2->setLayoutOrder(FragmentIndex++);
 614   }
 615   Layout.getSectionOrder().push_back(&SD);
 616
 617   Layout.LayoutSection(&SD);
 618
 619   // Layout until everything fits.
 620   while (LayoutOnce(Writer, Layout))
 621     continue;
 622
 623 }
 624
 625 void MCAssembler::Finish(MCObjectWriter *Writer) {
 626   DEBUG_WITH_TYPE("mc-dump", {
 627       llvm::errs() << "assembler backend - pre-layout\n--\n";
 628       dump(); });
 629
 630   // Create the layout object.
 631   MCAsmLayout Layout(*this);
 632
 633   // Insert additional align fragments for concrete sections to explicitly pad
 634   // the previous section to match their alignment requirements. This is for
 635   // 'gas' compatibility, it shouldn't strictly be necessary.
 636   if (PadSectionToAlignment) {
 637     for (unsigned i = 1, e = Layout.getSectionOrder().size(); i < e; ++i) {
 638       MCSectionData *SD = Layout.getSectionOrder()[i];
 639
 640       // Ignore sections without alignment requirements.
 641       unsigned Align = SD->getAlignment();
 642       if (Align <= 1)
 643         continue;
 644
 645       // Ignore virtual sections, they don't cause file size modifications.
 646       if (getBackend().isVirtualSection(SD->getSection()))
 647         continue;
 648
 649       // Otherwise, create a new align fragment at the end of the previous
 650       // section.
 651       MCAlignFragment *AF = new MCAlignFragment(Align, 0, 1, Align,
 652                                                 Layout.getSectionOrder()[i - 1]);
 653       AF->setOnlyAlignAddress(true);
 654     }
 655   }
 656
 657   // Create dummy fragments and assign section ordinals.
 658   unsigned SectionIndex = 0;
 659   for (MCAssembler::iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
 660     // Create dummy fragments to eliminate any empty sections, this simplifies
 661     // layout.
 662     if (it->getFragmentList().empty())
 663       new MCDataFragment(it);
 664
 665     it->setOrdinal(SectionIndex++);
 666   }
 667
 668   // Assign layout order indices to sections and fragments.
 669   unsigned FragmentIndex = 0;
 670   for (unsigned i = 0, e = Layout.getSectionOrder().size(); i != e; ++i) {
 671     MCSectionData *SD = Layout.getSectionOrder()[i];
 672     SD->setLayoutOrder(i);
 673
 674     for (MCSectionData::iterator it2 = SD->begin(),
 675            ie2 = SD->end(); it2 != ie2; ++it2)
 676       it2->setLayoutOrder(FragmentIndex++);
 677   }
 678
 679   llvm::OwningPtr<MCObjectWriter> OwnWriter(0);
 680   if (Writer == 0) {
 681     //no custom Writer_ : create the default one life-managed by OwningPtr
 682     OwnWriter.reset(getBackend().createObjectWriter(OS));
 683     Writer = OwnWriter.get();
 684     if (!Writer)
 685       report_fatal_error("unable to create object writer!");
 686   }
 687
 688   // Layout until everything fits.
 689   while (LayoutOnce(*Writer, Layout))
 690     continue;
 691
 692   DEBUG_WITH_TYPE("mc-dump", {
 693       llvm::errs() << "assembler backend - post-relaxation\n--\n";
 694       dump(); });
 695
 696   // Finalize the layout, including fragment lowering.
 697   FinishLayout(Layout);
 698
 699   DEBUG_WITH_TYPE("mc-dump", {
 700       llvm::errs() << "assembler backend - final-layout\n--\n";
 701       dump(); });
 702
 703   uint64_t StartOffset = OS.tell();
 704
 705   // Allow the object writer a chance to perform post-layout binding (for
 706   // example, to set the index fields in the symbol data).
 707   Writer->ExecutePostLayoutBinding(*this);
 708
 709   // Evaluate and apply the fixups, generating relocation entries as necessary.
 710   for (MCAssembler::iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
 711     for (MCSectionData::iterator it2 = it->begin(),
 712            ie2 = it->end(); it2 != ie2; ++it2) {
 713       MCDataFragment *DF = dyn_cast<MCDataFragment>(it2);
 714       if (!DF)
 715         continue;
 716
 717       for (MCDataFragment::fixup_iterator it3 = DF->fixup_begin(),
 718              ie3 = DF->fixup_end(); it3 != ie3; ++it3) {
 719         MCFixup &Fixup = *it3;
 720
 721         // Evaluate the fixup.
 722         MCValue Target;
 723         uint64_t FixedValue;
 724         if (!EvaluateFixup(*Writer, Layout, Fixup, DF, Target, FixedValue)) {
 725           // The fixup was unresolved, we need a relocation. Inform the object
 726           // writer of the relocation, and give it an opportunity to adjust the
 727           // fixup value if need be.
 728           Writer->RecordRelocation(*this, Layout, DF, Fixup, Target,FixedValue);
 729         }
 730
 731         getBackend().ApplyFixup(Fixup, *DF, FixedValue);
 732       }
 733     }
 734   }
 735
 736   // Write the object file.
 737   Writer->WriteObject(*this, Layout);
 738
 739   stats::ObjectBytes += OS.tell() - StartOffset;
 740 }
 741
 742 bool MCAssembler::FixupNeedsRelaxation(const MCObjectWriter &Writer,
 743                                        const MCFixup &Fixup,
 744                                        const MCFragment *DF,
 745                                        const MCAsmLayout &Layout) const {
 746   if (getRelaxAll())
 747     return true;
 748
 749   // If we cannot resolve the fixup value, it requires relaxation.
 750   MCValue Target;
 751   uint64_t Value;
 752   if (!EvaluateFixup(Writer, Layout, Fixup, DF, Target, Value))
 753     return true;
 754
 755   // Otherwise, relax if the value is too big for a (signed) i8.
 756   //
 757   // FIXME: This is target dependent!
 758   return int64_t(Value) != int64_t(int8_t(Value));
 759 }
 760
 761 bool MCAssembler::FragmentNeedsRelaxation(const MCObjectWriter &Writer,
 762                                           const MCInstFragment *IF,
 763                                           const MCAsmLayout &Layout) const {
 764   // If this inst doesn't ever need relaxation, ignore it. This occurs when we
 765   // are intentionally pushing out inst fragments, or because we relaxed a
 766   // previous instruction to one that doesn't need relaxation.
 767   if (!getBackend().MayNeedRelaxation(IF->getInst()))
 768     return false;
 769
 770   for (MCInstFragment::const_fixup_iterator it = IF->fixup_begin(),
 771          ie = IF->fixup_end(); it != ie; ++it)
 772     if (FixupNeedsRelaxation(Writer, *it, IF, Layout))
 773       return true;
 774
 775   return false;
 776 }
 777
 778 bool MCAssembler::RelaxInstruction(const MCObjectWriter &Writer,
 779                                    MCAsmLayout &Layout,
 780                                    MCInstFragment &IF) {
 781   if (!FragmentNeedsRelaxation(Writer, &IF, Layout))
 782     return false;
 783
 784   ++stats::RelaxedInstructions;
 785
 786   // FIXME-PERF: We could immediately lower out instructions if we can tell
 787   // they are fully resolved, to avoid retesting on later passes.
 788
 789   // Relax the fragment.
 790
 791   MCInst Relaxed;
 792   getBackend().RelaxInstruction(IF.getInst(), Relaxed);
 793
 794   // Encode the new instruction.
 795   //
 796   // FIXME-PERF: If it matters, we could let the target do this. It can
 797   // probably do so more efficiently in many cases.
 798   SmallVector<MCFixup, 4> Fixups;
 799   SmallString<256> Code;
 800   raw_svector_ostream VecOS(Code);
 801   getEmitter().EncodeInstruction(Relaxed, VecOS, Fixups);
 802   VecOS.flush();
 803
 804   // Update the instruction fragment.
 805   int SlideAmount = Code.size() - IF.getInstSize();
 806   IF.setInst(Relaxed);
 807   IF.getCode() = Code;
 808   IF.getFixups().clear();
 809   // FIXME: Eliminate copy.
 810   for (unsigned i = 0, e = Fixups.size(); i != e; ++i)
 811     IF.getFixups().push_back(Fixups[i]);
 812
 813   // Update the layout, and remember that we relaxed.
 814   Layout.UpdateForSlide(&IF, SlideAmount);
 815   return true;
 816 }
 817
 818 bool MCAssembler::RelaxOrg(const MCObjectWriter &Writer,
 819                            MCAsmLayout &Layout,
 820                            MCOrgFragment &OF) {
 821   int64_t TargetLocation;
 822   if (!OF.getOffset().EvaluateAsAbsolute(TargetLocation, &Layout))
 823     report_fatal_error("expected assembly-time absolute expression");
 824
 825   // FIXME: We need a way to communicate this error.
 826   uint64_t FragmentOffset = Layout.getFragmentOffset(&OF);
 827   int64_t Offset = TargetLocation - FragmentOffset;
 828   if (Offset < 0 || Offset >= 0x40000000)
 829     report_fatal_error("invalid .org offset '" + Twine(TargetLocation) +
 830                        "' (at offset '" + Twine(FragmentOffset) + "')");
 831
 832   unsigned OldSize = OF.getSize();
 833   OF.setSize(Offset);
 834   return OldSize != OF.getSize();
 835 }
 836
 837 bool MCAssembler::RelaxLEB(const MCObjectWriter &Writer,
 838                            MCAsmLayout &Layout,
 839                            MCLEBFragment &LF) {
 840   int64_t Value;
 841   LF.getValue().EvaluateAsAbsolute(Value, &Layout);
 842   SmallString<32> Tmp;
 843   raw_svector_ostream OSE(Tmp);
 844   if (LF.isSigned())
 845     MCObjectWriter::EncodeSLEB128(Value, OSE);
 846   else
 847     MCObjectWriter::EncodeULEB128(Value, OSE);
 848   uint64_t OldSize = LF.getSize();
 849   LF.setSize(OSE.GetNumBytesInBuffer());
 850   return OldSize != LF.getSize();
 851 }
 852
 853 bool MCAssembler::RelaxDwarfLineAddr(const MCObjectWriter &Writer,
 854                                      MCAsmLayout &Layout,
 855                                      MCDwarfLineAddrFragment &DF) {
 856   int64_t AddrDelta;
 857   DF.getAddrDelta().EvaluateAsAbsolute(AddrDelta, &Layout);
 858   int64_t LineDelta;
 859   LineDelta = DF.getLineDelta();
 860   uint64_t OldSize = DF.getSize();
 861   DF.setSize(MCDwarfLineAddr::ComputeSize(LineDelta, AddrDelta));
 862   return OldSize != DF.getSize();
 863 }
 864
 865 bool MCAssembler::LayoutOnce(const MCObjectWriter &Writer,
 866                              MCAsmLayout &Layout) {
 867   ++stats::RelaxationSteps;
 868
 869   // Layout the sections in order.
 870   Layout.LayoutFile();
 871
 872   // Scan for fragments that need relaxation.
 873   bool WasRelaxed = false;
 874   for (iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
 875     MCSectionData &SD = *it;
 876
 877     for (MCSectionData::iterator it2 = SD.begin(),
 878            ie2 = SD.end(); it2 != ie2; ++it2) {
 879       // Check if this is an fragment that needs relaxation.
 880       switch(it2->getKind()) {
 881       default:
 882         break;
 883       case MCFragment::FT_Inst:
 884         WasRelaxed |= RelaxInstruction(Writer, Layout,
 885                                        *cast<MCInstFragment>(it2));
 886         break;
 887       case MCFragment::FT_Org:
 888         WasRelaxed |= RelaxOrg(Writer, Layout, *cast<MCOrgFragment>(it2));
 889         break;
 890       case MCFragment::FT_Dwarf:
 891         WasRelaxed |= RelaxDwarfLineAddr(Writer, Layout,
 892                                          *cast<MCDwarfLineAddrFragment>(it2));
 893         break;
 894       case MCFragment::FT_LEB:
 895         WasRelaxed |= RelaxLEB(Writer, Layout, *cast<MCLEBFragment>(it2));
 896         break;
 897       }
 898     }
 899   }
 900
 901   return WasRelaxed;
 902 }
 903
 904 void MCAssembler::FinishLayout(MCAsmLayout &Layout) {
 905   // Lower out any instruction fragments, to simplify the fixup application and
 906   // output.
 907   //
 908   // FIXME-PERF: We don't have to do this, but the assumption is that it is
 909   // cheap (we will mostly end up eliminating fragments and appending on to data
 910   // fragments), so the extra complexity downstream isn't worth it. Evaluate
 911   // this assumption.
 912   for (iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
 913     MCSectionData &SD = *it;
 914
 915     for (MCSectionData::iterator it2 = SD.begin(),
 916            ie2 = SD.end(); it2 != ie2; ++it2) {
 917       MCInstFragment *IF = dyn_cast<MCInstFragment>(it2);
 918       if (!IF)
 919         continue;
 920
 921       // Create a new data fragment for the instruction.
 922       //
 923       // FIXME-PERF: Reuse previous data fragment if possible.
 924       MCDataFragment *DF = new MCDataFragment();
 925       SD.getFragmentList().insert(it2, DF);
 926
 927       // Update the data fragments layout data.
 928       DF->setParent(IF->getParent());
 929       DF->setAtom(IF->getAtom());
 930       DF->setLayoutOrder(IF->getLayoutOrder());
 931       Layout.FragmentReplaced(IF, DF);
 932
 933       // Copy in the data and the fixups.
 934       DF->getContents().append(IF->getCode().begin(), IF->getCode().end());
 935       for (unsigned i = 0, e = IF->getFixups().size(); i != e; ++i)
 936         DF->getFixups().push_back(IF->getFixups()[i]);
 937
 938       // Delete the instruction fragment and update the iterator.
 939       SD.getFragmentList().erase(IF);
 940       it2 = DF;
 941     }
 942   }
 943 }
 944
 945 // Debugging methods
 946
 947 namespace llvm {
 948
 949 raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const MCFixup &AF) {
 950   OS << "<MCFixup" << " Offset:" << AF.getOffset()
 951      << " Value:" << *AF.getValue()
 952      << " Kind:" << AF.getKind() << ">";
 953   return OS;
 954 }
 955
 956 }
 957
 958 void MCFragment::dump() {
 959   raw_ostream &OS = llvm::errs();
 960
 961   OS << "<";
 962   switch (getKind()) {
 963   case MCFragment::FT_Align: OS << "MCAlignFragment"; break;
 964   case MCFragment::FT_Data:  OS << "MCDataFragment"; break;
 965   case MCFragment::FT_Fill:  OS << "MCFillFragment"; break;
 966   case MCFragment::FT_Inst:  OS << "MCInstFragment"; break;
 967   case MCFragment::FT_Org:   OS << "MCOrgFragment"; break;
 968   case MCFragment::FT_Dwarf: OS << "MCDwarfFragment"; break;
 969   case MCFragment::FT_LEB:   OS << "MCLEBFragment"; break;
 970   }
 971
 972   OS << "<MCFragment " << (void*) this << " LayoutOrder:" << LayoutOrder
 973      << " Offset:" << Offset << " EffectiveSize:" << EffectiveSize << ">";
 974
 975   switch (getKind()) {
 976   case MCFragment::FT_Align: {
 977     const MCAlignFragment *AF = cast<MCAlignFragment>(this);
 978     if (AF->hasEmitNops())
 979       OS << " (emit nops)";
 980     if (AF->hasOnlyAlignAddress())
 981       OS << " (only align section)";
 982     OS << "\n       ";
 983     OS << " Alignment:" << AF->getAlignment()
 984        << " Value:" << AF->getValue() << " ValueSize:" << AF->getValueSize()
 985        << " MaxBytesToEmit:" << AF->getMaxBytesToEmit() << ">";
 986     break;
 987   }
 988   case MCFragment::FT_Data:  {
 989     const MCDataFragment *DF = cast<MCDataFragment>(this);
 990     OS << "\n       ";
 991     OS << " Contents:[";
 992     const SmallVectorImpl<char> &Contents = DF->getContents();
 993     for (unsigned i = 0, e = Contents.size(); i != e; ++i) {
 994       if (i) OS << ",";
 995       OS << hexdigit((Contents[i] >> 4) & 0xF) << hexdigit(Contents[i] & 0xF);
 996     }
 997     OS << "] (" << Contents.size() << " bytes)";
 998
 999     if (!DF->getFixups().empty()) {
1000       OS << ",\n       ";
1001       OS << " Fixups:[";
1002       for (MCDataFragment::const_fixup_iterator it = DF->fixup_begin(),
1003              ie = DF->fixup_end(); it != ie; ++it) {
1004         if (it != DF->fixup_begin()) OS << ",\n                ";
1005         OS << *it;
1006       }
1007       OS << "]";
1008     }
1009     break;
1010   }
1011   case MCFragment::FT_Fill:  {
1012     const MCFillFragment *FF = cast<MCFillFragment>(this);
1013     OS << " Value:" << FF->getValue() << " ValueSize:" << FF->getValueSize()
1014        << " Size:" << FF->getSize();
1015     break;
1016   }
1017   case MCFragment::FT_Inst:  {
1018     const MCInstFragment *IF = cast<MCInstFragment>(this);
1019     OS << "\n       ";
1020     OS << " Inst:";
1021     IF->getInst().dump_pretty(OS);
1022     break;
1023   }
1024   case MCFragment::FT_Org:  {
1025     const MCOrgFragment *OF = cast<MCOrgFragment>(this);
1026     OS << "\n       ";
1027     OS << " Offset:" << OF->getOffset() << " Value:" << OF->getValue();
1028     break;
1029   }
1030   case MCFragment::FT_Dwarf:  {
1031     const MCDwarfLineAddrFragment *OF = cast<MCDwarfLineAddrFragment>(this);
1032     OS << "\n       ";
1033     OS << " AddrDelta:" << OF->getAddrDelta()
1034        << " LineDelta:" << OF->getLineDelta();
1035     break;
1036   }
1037   case MCFragment::FT_LEB: {
1038     const MCLEBFragment *LF = cast<MCLEBFragment>(this);
1039     OS << "\n       ";
1040     OS << " Value:" << LF->getValue() << " Signed:" << LF->isSigned();
1041     break;
1042   }
1043   }
1044   OS << ">";
1045 }
1046
1047 void MCSectionData::dump() {
1048   raw_ostream &OS = llvm::errs();
1049
1050   OS << "<MCSectionData";
1051   OS << " Alignment:" << getAlignment() << " Address:" << Address
1052      << " Fragments:[\n      ";
1053   for (iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
1054     if (it != begin()) OS << ",\n      ";
1055     it->dump();
1056   }
1057   OS << "]>";
1058 }
1059
1060 void MCSymbolData::dump() {
1061   raw_ostream &OS = llvm::errs();
1062
1063   OS << "<MCSymbolData Symbol:" << getSymbol()
1064      << " Fragment:" << getFragment() << " Offset:" << getOffset()
1065      << " Flags:" << getFlags() << " Index:" << getIndex();
1066   if (isCommon())
1067     OS << " (common, size:" << getCommonSize()
1068        << " align: " << getCommonAlignment() << ")";
1069   if (isExternal())
1070     OS << " (external)";
1071   if (isPrivateExtern())
1072     OS << " (private extern)";
1073   OS << ">";
1074 }
1075
1076 void MCAssembler::dump() {
1077   raw_ostream &OS = llvm::errs();
1078
1079   OS << "<MCAssembler\n";
1080   OS << "  Sections:[\n    ";
1081   for (iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
1082     if (it != begin()) OS << ",\n    ";
1083     it->dump();
1084   }
1085   OS << "],\n";
1086   OS << "  Symbols:[";
1087
1088   for (symbol_iterator it = symbol_begin(), ie = symbol_end(); it != ie; ++it) {
1089     if (it != symbol_begin()) OS << ",\n           ";
1090     it->dump();
1091   }
1092   OS << "]>\n";
1093 }