Fix up ARM constant island pass for Thumb2.
[oota-llvm.git] / lib / Target / ARM / ARMConstantIslandPass.cpp
1 //===-- ARMConstantIslandPass.cpp - ARM constant islands --------*- C++ -*-===//
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 // This file contains a pass that splits the constant pool up into 'islands'
11 // which are scattered through-out the function.  This is required due to the
12 // limited pc-relative displacements that ARM has.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #define DEBUG_TYPE "arm-cp-islands"
17 #include "ARM.h"
18 #include "ARMAddressingModes.h"
19 #include "ARMMachineFunctionInfo.h"
20 #include "ARMInstrInfo.h"
21 #include "llvm/CodeGen/MachineConstantPool.h"
22 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
23 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
24 #include "llvm/Target/TargetData.h"
25 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
26 #include "llvm/Support/Compiler.h"
27 #include "llvm/Support/Debug.h"
28 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
29 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
30 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
31 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
32 using namespace llvm;
33
34 STATISTIC(NumCPEs,     "Number of constpool entries");
35 STATISTIC(NumSplit,    "Number of uncond branches inserted");
36 STATISTIC(NumCBrFixed, "Number of cond branches fixed");
37 STATISTIC(NumUBrFixed, "Number of uncond branches fixed");
38
39 namespace {
40   /// ARMConstantIslands - Due to limited PC-relative displacements, ARM
41   /// requires constant pool entries to be scattered among the instructions
42   /// inside a function.  To do this, it completely ignores the normal LLVM
43   /// constant pool; instead, it places constants wherever it feels like with
44   /// special instructions.
45   ///
46   /// The terminology used in this pass includes:
47   ///   Islands - Clumps of constants placed in the function.
48   ///   Water   - Potential places where an island could be formed.
49   ///   CPE     - A constant pool entry that has been placed somewhere, which
50   ///             tracks a list of users.
51   class VISIBILITY_HIDDEN ARMConstantIslands : public MachineFunctionPass {
52     /// BBSizes - The size of each MachineBasicBlock in bytes of code, indexed
53     /// by MBB Number.  The two-byte pads required for Thumb alignment are
54     /// counted as part of the following block (i.e., the offset and size for
55     /// a padded block will both be ==2 mod 4).
56     std::vector<unsigned> BBSizes;
57
58     /// BBOffsets - the offset of each MBB in bytes, starting from 0.
59     /// The two-byte pads required for Thumb alignment are counted as part of
60     /// the following block.
61     std::vector<unsigned> BBOffsets;
62
63     /// WaterList - A sorted list of basic blocks where islands could be placed
64     /// (i.e. blocks that don't fall through to the following block, due
65     /// to a return, unreachable, or unconditional branch).
66     std::vector<MachineBasicBlock*> WaterList;
67
68     /// CPUser - One user of a constant pool, keeping the machine instruction
69     /// pointer, the constant pool being referenced, and the max displacement
70     /// allowed from the instruction to the CP.
71     struct CPUser {
72       MachineInstr *MI;
73       MachineInstr *CPEMI;
74       unsigned MaxDisp;
75       bool NegOk;
76       bool IsSoImm;
77       CPUser(MachineInstr *mi, MachineInstr *cpemi, unsigned maxdisp,
78              bool neg, bool soimm)
79         : MI(mi), CPEMI(cpemi), MaxDisp(maxdisp), NegOk(neg), IsSoImm(soimm) {}
80     };
81
82     /// CPUsers - Keep track of all of the machine instructions that use various
83     /// constant pools and their max displacement.
84     std::vector<CPUser> CPUsers;
85
86     /// CPEntry - One per constant pool entry, keeping the machine instruction
87     /// pointer, the constpool index, and the number of CPUser's which
88     /// reference this entry.
89     struct CPEntry {
90       MachineInstr *CPEMI;
91       unsigned CPI;
92       unsigned RefCount;
93       CPEntry(MachineInstr *cpemi, unsigned cpi, unsigned rc = 0)
94         : CPEMI(cpemi), CPI(cpi), RefCount(rc) {}
95     };
96
97     /// CPEntries - Keep track of all of the constant pool entry machine
98     /// instructions. For each original constpool index (i.e. those that
99     /// existed upon entry to this pass), it keeps a vector of entries.
100     /// Original elements are cloned as we go along; the clones are
101     /// put in the vector of the original element, but have distinct CPIs.
102     std::vector<std::vector<CPEntry> > CPEntries;
103
104     /// ImmBranch - One per immediate branch, keeping the machine instruction
105     /// pointer, conditional or unconditional, the max displacement,
106     /// and (if isCond is true) the corresponding unconditional branch
107     /// opcode.
108     struct ImmBranch {
109       MachineInstr *MI;
110       unsigned MaxDisp : 31;
111       bool isCond : 1;
112       int UncondBr;
113       ImmBranch(MachineInstr *mi, unsigned maxdisp, bool cond, int ubr)
114         : MI(mi), MaxDisp(maxdisp), isCond(cond), UncondBr(ubr) {}
115     };
116
117     /// ImmBranches - Keep track of all the immediate branch instructions.
118     ///
119     std::vector<ImmBranch> ImmBranches;
120
121     /// PushPopMIs - Keep track of all the Thumb push / pop instructions.
122     ///
123     SmallVector<MachineInstr*, 4> PushPopMIs;
124
125     /// HasFarJump - True if any far jump instruction has been emitted during
126     /// the branch fix up pass.
127     bool HasFarJump;
128
129     const TargetInstrInfo *TII;
130     ARMFunctionInfo *AFI;
131     bool isThumb;
132     bool isThumb1;
133     bool isThumb2;
134   public:
135     static char ID;
136     ARMConstantIslands() : MachineFunctionPass(&ID) {}
137
138     virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn);
139
140     virtual const char *getPassName() const {
141       return "ARM constant island placement and branch shortening pass";
142     }
143
144   private:
145     void DoInitialPlacement(MachineFunction &Fn,
146                             std::vector<MachineInstr*> &CPEMIs);
147     CPEntry *findConstPoolEntry(unsigned CPI, const MachineInstr *CPEMI);
148     void InitialFunctionScan(MachineFunction &Fn,
149                              const std::vector<MachineInstr*> &CPEMIs);
150     MachineBasicBlock *SplitBlockBeforeInstr(MachineInstr *MI);
151     void UpdateForInsertedWaterBlock(MachineBasicBlock *NewBB);
152     void AdjustBBOffsetsAfter(MachineBasicBlock *BB, int delta);
153     bool DecrementOldEntry(unsigned CPI, MachineInstr* CPEMI);
154     int LookForExistingCPEntry(CPUser& U, unsigned UserOffset);
155     bool LookForWater(CPUser&U, unsigned UserOffset,
156                       MachineBasicBlock** NewMBB);
157     MachineBasicBlock* AcceptWater(MachineBasicBlock *WaterBB,
158                         std::vector<MachineBasicBlock*>::iterator IP);
159     void CreateNewWater(unsigned CPUserIndex, unsigned UserOffset,
160                       MachineBasicBlock** NewMBB);
161     bool HandleConstantPoolUser(MachineFunction &Fn, unsigned CPUserIndex);
162     void RemoveDeadCPEMI(MachineInstr *CPEMI);
163     bool RemoveUnusedCPEntries();
164     bool CPEIsInRange(MachineInstr *MI, unsigned UserOffset,
165                       MachineInstr *CPEMI, unsigned Disp, bool NegOk,
166                       bool DoDump = false);
167     bool WaterIsInRange(unsigned UserOffset, MachineBasicBlock *Water,
168                         CPUser &U);
169     bool OffsetIsInRange(unsigned UserOffset, unsigned TrialOffset,
170                          unsigned Disp, bool NegativeOK, bool IsSoImm = false);
171     bool BBIsInRange(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *BB, unsigned Disp);
172     bool FixUpImmediateBr(MachineFunction &Fn, ImmBranch &Br);
173     bool FixUpConditionalBr(MachineFunction &Fn, ImmBranch &Br);
174     bool FixUpUnconditionalBr(MachineFunction &Fn, ImmBranch &Br);
175     bool UndoLRSpillRestore();
176
177     unsigned GetOffsetOf(MachineInstr *MI) const;
178     void dumpBBs();
179     void verify(MachineFunction &Fn);
180   };
181   char ARMConstantIslands::ID = 0;
182 }
183
184 /// verify - check BBOffsets, BBSizes, alignment of islands
185 void ARMConstantIslands::verify(MachineFunction &Fn) {
186   assert(BBOffsets.size() == BBSizes.size());
187   for (unsigned i = 1, e = BBOffsets.size(); i != e; ++i)
188     assert(BBOffsets[i-1]+BBSizes[i-1] == BBOffsets[i]);
189   if (!isThumb)
190     return;
191 #ifndef NDEBUG
192   for (MachineFunction::iterator MBBI = Fn.begin(), E = Fn.end();
193        MBBI != E; ++MBBI) {
194     MachineBasicBlock *MBB = MBBI;
195     if (!MBB->empty() &&
196         MBB->begin()->getOpcode() == ARM::CONSTPOOL_ENTRY) {
197       unsigned MBBId = MBB->getNumber();
198       assert((BBOffsets[MBBId]%4 == 0 && BBSizes[MBBId]%4 == 0) ||
199              (BBOffsets[MBBId]%4 != 0 && BBSizes[MBBId]%4 != 0));
200     }
201   }
202 #endif
203 }
204
205 /// print block size and offset information - debugging
206 void ARMConstantIslands::dumpBBs() {
207   for (unsigned J = 0, E = BBOffsets.size(); J !=E; ++J) {
208     DOUT << "block " << J << " offset " << BBOffsets[J] <<
209                             " size " << BBSizes[J] << "\n";
210   }
211 }
212
213 /// createARMConstantIslandPass - returns an instance of the constpool
214 /// island pass.
215 FunctionPass *llvm::createARMConstantIslandPass() {
216   return new ARMConstantIslands();
217 }
218
219 bool ARMConstantIslands::runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn) {
220   MachineConstantPool &MCP = *Fn.getConstantPool();
221
222   TII = Fn.getTarget().getInstrInfo();
223   AFI = Fn.getInfo<ARMFunctionInfo>();
224   isThumb = AFI->isThumbFunction();
225   isThumb1 = AFI->isThumb1OnlyFunction();
226   isThumb2 = AFI->isThumb2Function();
227
228   HasFarJump = false;
229
230   // Renumber all of the machine basic blocks in the function, guaranteeing that
231   // the numbers agree with the position of the block in the function.
232   Fn.RenumberBlocks();
233
234   // Thumb1 functions containing constant pools get 2-byte alignment.
235   // This is so we can keep exact track of where the alignment padding goes.
236
237   // Set default. Thumb1 function is 1-byte aligned, ARM and Thumb2 are 2-byte
238   // aligned.
239   AFI->setAlign(isThumb1 ? 1U : 2U);
240
241   // Perform the initial placement of the constant pool entries.  To start with,
242   // we put them all at the end of the function.
243   std::vector<MachineInstr*> CPEMIs;
244   if (!MCP.isEmpty()) {
245     DoInitialPlacement(Fn, CPEMIs);
246     if (isThumb1)
247       AFI->setAlign(2U);
248   }
249
250   /// The next UID to take is the first unused one.
251   AFI->initConstPoolEntryUId(CPEMIs.size());
252
253   // Do the initial scan of the function, building up information about the
254   // sizes of each block, the location of all the water, and finding all of the
255   // constant pool users.
256   InitialFunctionScan(Fn, CPEMIs);
257   CPEMIs.clear();
258
259   /// Remove dead constant pool entries.
260   RemoveUnusedCPEntries();
261
262   // Iteratively place constant pool entries and fix up branches until there
263   // is no change.
264   bool MadeChange = false;
265   while (true) {
266     bool Change = false;
267     for (unsigned i = 0, e = CPUsers.size(); i != e; ++i)
268       Change |= HandleConstantPoolUser(Fn, i);
269     DEBUG(dumpBBs());
270     for (unsigned i = 0, e = ImmBranches.size(); i != e; ++i)
271       Change |= FixUpImmediateBr(Fn, ImmBranches[i]);
272     DEBUG(dumpBBs());
273     if (!Change)
274       break;
275     MadeChange = true;
276   }
277
278   // After a while, this might be made debug-only, but it is not expensive.
279   verify(Fn);
280
281   // If LR has been forced spilled and no far jumps (i.e. BL) has been issued.
282   // Undo the spill / restore of LR if possible.
283   if (!HasFarJump && AFI->isLRSpilledForFarJump() && isThumb)
284     MadeChange |= UndoLRSpillRestore();
285
286   BBSizes.clear();
287   BBOffsets.clear();
288   WaterList.clear();
289   CPUsers.clear();
290   CPEntries.clear();
291   ImmBranches.clear();
292   PushPopMIs.clear();
293
294   return MadeChange;
295 }
296
297 /// DoInitialPlacement - Perform the initial placement of the constant pool
298 /// entries.  To start with, we put them all at the end of the function.
299 void ARMConstantIslands::DoInitialPlacement(MachineFunction &Fn,
300                                         std::vector<MachineInstr*> &CPEMIs) {
301   // Create the basic block to hold the CPE's.
302   MachineBasicBlock *BB = Fn.CreateMachineBasicBlock();
303   Fn.push_back(BB);
304
305   // Add all of the constants from the constant pool to the end block, use an
306   // identity mapping of CPI's to CPE's.
307   const std::vector<MachineConstantPoolEntry> &CPs =
308     Fn.getConstantPool()->getConstants();
309
310   const TargetData &TD = *Fn.getTarget().getTargetData();
311   for (unsigned i = 0, e = CPs.size(); i != e; ++i) {
312     unsigned Size = TD.getTypeAllocSize(CPs[i].getType());
313     // Verify that all constant pool entries are a multiple of 4 bytes.  If not,
314     // we would have to pad them out or something so that instructions stay
315     // aligned.
316     assert((Size & 3) == 0 && "CP Entry not multiple of 4 bytes!");
317     MachineInstr *CPEMI =
318       BuildMI(BB, DebugLoc::getUnknownLoc(), TII->get(ARM::CONSTPOOL_ENTRY))
319                            .addImm(i).addConstantPoolIndex(i).addImm(Size);
320     CPEMIs.push_back(CPEMI);
321
322     // Add a new CPEntry, but no corresponding CPUser yet.
323     std::vector<CPEntry> CPEs;
324     CPEs.push_back(CPEntry(CPEMI, i));
325     CPEntries.push_back(CPEs);
326     NumCPEs++;
327     DOUT << "Moved CPI#" << i << " to end of function as #" << i << "\n";
328   }
329 }
330
331 /// BBHasFallthrough - Return true if the specified basic block can fallthrough
332 /// into the block immediately after it.
333 static bool BBHasFallthrough(MachineBasicBlock *MBB) {
334   // Get the next machine basic block in the function.
335   MachineFunction::iterator MBBI = MBB;
336   if (next(MBBI) == MBB->getParent()->end())  // Can't fall off end of function.
337     return false;
338
339   MachineBasicBlock *NextBB = next(MBBI);
340   for (MachineBasicBlock::succ_iterator I = MBB->succ_begin(),
341        E = MBB->succ_end(); I != E; ++I)
342     if (*I == NextBB)
343       return true;
344
345   return false;
346 }
347
348 /// findConstPoolEntry - Given the constpool index and CONSTPOOL_ENTRY MI,
349 /// look up the corresponding CPEntry.
350 ARMConstantIslands::CPEntry
351 *ARMConstantIslands::findConstPoolEntry(unsigned CPI,
352                                         const MachineInstr *CPEMI) {
353   std::vector<CPEntry> &CPEs = CPEntries[CPI];
354   // Number of entries per constpool index should be small, just do a
355   // linear search.
356   for (unsigned i = 0, e = CPEs.size(); i != e; ++i) {
357     if (CPEs[i].CPEMI == CPEMI)
358       return &CPEs[i];
359   }
360   return NULL;
361 }
362
363 /// InitialFunctionScan - Do the initial scan of the function, building up
364 /// information about the sizes of each block, the location of all the water,
365 /// and finding all of the constant pool users.
366 void ARMConstantIslands::InitialFunctionScan(MachineFunction &Fn,
367                                  const std::vector<MachineInstr*> &CPEMIs) {
368   unsigned Offset = 0;
369   for (MachineFunction::iterator MBBI = Fn.begin(), E = Fn.end();
370        MBBI != E; ++MBBI) {
371     MachineBasicBlock &MBB = *MBBI;
372
373     // If this block doesn't fall through into the next MBB, then this is
374     // 'water' that a constant pool island could be placed.
375     if (!BBHasFallthrough(&MBB))
376       WaterList.push_back(&MBB);
377
378     unsigned MBBSize = 0;
379     for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB.begin(), E = MBB.end();
380          I != E; ++I) {
381       // Add instruction size to MBBSize.
382       MBBSize += TII->GetInstSizeInBytes(I);
383
384       int Opc = I->getOpcode();
385       if (I->getDesc().isBranch()) {
386         bool isCond = false;
387         unsigned Bits = 0;
388         unsigned Scale = 1;
389         int UOpc = Opc;
390         switch (Opc) {
391         case ARM::tBR_JTr:
392         case ARM::t2BR_JTr:
393         case ARM::t2BR_JTm:
394         case ARM::t2BR_JTadd:
395           // A Thumb table jump may involve padding; for the offsets to
396           // be right, functions containing these must be 4-byte aligned.
397           AFI->setAlign(2U);
398           if ((Offset+MBBSize)%4 != 0)
399             MBBSize += 2;           // padding
400           continue;   // Does not get an entry in ImmBranches
401         default:
402           continue;  // Ignore other JT branches
403         case ARM::Bcc:
404           isCond = true;
405           UOpc = ARM::B;
406           // Fallthrough
407         case ARM::B:
408           Bits = 24;
409           Scale = 4;
410           break;
411         case ARM::tBcc:
412           isCond = true;
413           UOpc = ARM::tB;
414           Bits = 8;
415           Scale = 2;
416           break;
417         case ARM::tB:
418           Bits = 11;
419           Scale = 2;
420           break;
421         case ARM::t2Bcc:
422           isCond = true;
423           UOpc = ARM::t2B;
424           Bits = 20;
425           Scale = 2;
426           break;
427         case ARM::t2B:
428           Bits = 24;
429           Scale = 2;
430           break;
431         }
432
433         // Record this immediate branch.
434         unsigned MaxOffs = ((1 << (Bits-1))-1) * Scale;
435         ImmBranches.push_back(ImmBranch(I, MaxOffs, isCond, UOpc));
436       }
437
438       if (Opc == ARM::tPUSH || Opc == ARM::tPOP_RET)
439         PushPopMIs.push_back(I);
440
441       if (Opc == ARM::CONSTPOOL_ENTRY)
442         continue;
443
444       // Scan the instructions for constant pool operands.
445       for (unsigned op = 0, e = I->getNumOperands(); op != e; ++op)
446         if (I->getOperand(op).isCPI()) {
447           // We found one.  The addressing mode tells us the max displacement
448           // from the PC that this instruction permits.
449
450           // Basic size info comes from the TSFlags field.
451           unsigned Bits = 0;
452           unsigned Scale = 1;
453           bool NegOk = false;
454           bool IsSoImm = false;
455
456           switch (Opc) {
457           default:
458             llvm_unreachable("Unknown addressing mode for CP reference!");
459             break;
460
461           // Taking the address of a CP entry.
462           case ARM::LEApcrel:
463             // This takes a SoImm, which is 8 bit immediate rotated. We'll
464             // pretend the maximum offset is 255 * 4. Since each instruction
465             // 4 byte wide, this is always correct. We'llc heck for other
466             // displacements that fits in a SoImm as well.
467             Bits = 8;
468             Scale = 4;
469             NegOk = true;
470             IsSoImm = true;
471             break;
472           case ARM::t2LEApcrel:
473             Bits = 12;
474             NegOk = true;
475             break;
476           case ARM::tLEApcrel:
477             Bits = 8;
478             Scale = 4;
479             break;
480
481           case ARM::LDR:
482           case ARM::LDRcp:
483           case ARM::t2LDRpci:
484             Bits = 12;  // +-offset_12
485             NegOk = true;
486             break;
487
488           case ARM::tLDRpci:
489           case ARM::tLDRcp:
490             Bits = 8;
491             Scale = 4;  // +(offset_8*4)
492             break;
493
494           case ARM::FLDD:
495           case ARM::FLDS:
496             Bits = 8;
497             Scale = 4;  // +-(offset_8*4)
498             NegOk = true;
499             break;
500           }
501
502           // Remember that this is a user of a CP entry.
503           unsigned CPI = I->getOperand(op).getIndex();
504           MachineInstr *CPEMI = CPEMIs[CPI];
505           unsigned MaxOffs = ((1 << Bits)-1) * Scale;
506           CPUsers.push_back(CPUser(I, CPEMI, MaxOffs, NegOk, IsSoImm));
507
508           // Increment corresponding CPEntry reference count.
509           CPEntry *CPE = findConstPoolEntry(CPI, CPEMI);
510           assert(CPE && "Cannot find a corresponding CPEntry!");
511           CPE->RefCount++;
512
513           // Instructions can only use one CP entry, don't bother scanning the
514           // rest of the operands.
515           break;
516         }
517     }
518
519     // In thumb mode, if this block is a constpool island, we may need padding
520     // so it's aligned on 4 byte boundary.
521     if (isThumb &&
522         !MBB.empty() &&
523         MBB.begin()->getOpcode() == ARM::CONSTPOOL_ENTRY &&
524         (Offset%4) != 0)
525       MBBSize += 2;
526
527     BBSizes.push_back(MBBSize);
528     BBOffsets.push_back(Offset);
529     Offset += MBBSize;
530   }
531 }
532
533 /// GetOffsetOf - Return the current offset of the specified machine instruction
534 /// from the start of the function.  This offset changes as stuff is moved
535 /// around inside the function.
536 unsigned ARMConstantIslands::GetOffsetOf(MachineInstr *MI) const {
537   MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
538
539   // The offset is composed of two things: the sum of the sizes of all MBB's
540   // before this instruction's block, and the offset from the start of the block
541   // it is in.
542   unsigned Offset = BBOffsets[MBB->getNumber()];
543
544   // If we're looking for a CONSTPOOL_ENTRY in Thumb, see if this block has
545   // alignment padding, and compensate if so.
546   if (isThumb &&
547       MI->getOpcode() == ARM::CONSTPOOL_ENTRY &&
548       Offset%4 != 0)
549     Offset += 2;
550
551   // Sum instructions before MI in MBB.
552   for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB->begin(); ; ++I) {
553     assert(I != MBB->end() && "Didn't find MI in its own basic block?");
554     if (&*I == MI) return Offset;
555     Offset += TII->GetInstSizeInBytes(I);
556   }
557 }
558
559 /// CompareMBBNumbers - Little predicate function to sort the WaterList by MBB
560 /// ID.
561 static bool CompareMBBNumbers(const MachineBasicBlock *LHS,
562                               const MachineBasicBlock *RHS) {
563   return LHS->getNumber() < RHS->getNumber();
564 }
565
566 /// UpdateForInsertedWaterBlock - When a block is newly inserted into the
567 /// machine function, it upsets all of the block numbers.  Renumber the blocks
568 /// and update the arrays that parallel this numbering.
569 void ARMConstantIslands::UpdateForInsertedWaterBlock(MachineBasicBlock *NewBB) {
570   // Renumber the MBB's to keep them consequtive.
571   NewBB->getParent()->RenumberBlocks(NewBB);
572
573   // Insert a size into BBSizes to align it properly with the (newly
574   // renumbered) block numbers.
575   BBSizes.insert(BBSizes.begin()+NewBB->getNumber(), 0);
576
577   // Likewise for BBOffsets.
578   BBOffsets.insert(BBOffsets.begin()+NewBB->getNumber(), 0);
579
580   // Next, update WaterList.  Specifically, we need to add NewMBB as having
581   // available water after it.
582   std::vector<MachineBasicBlock*>::iterator IP =
583     std::lower_bound(WaterList.begin(), WaterList.end(), NewBB,
584                      CompareMBBNumbers);
585   WaterList.insert(IP, NewBB);
586 }
587
588
589 /// Split the basic block containing MI into two blocks, which are joined by
590 /// an unconditional branch.  Update datastructures and renumber blocks to
591 /// account for this change and returns the newly created block.
592 MachineBasicBlock *ARMConstantIslands::SplitBlockBeforeInstr(MachineInstr *MI) {
593   MachineBasicBlock *OrigBB = MI->getParent();
594   MachineFunction &MF = *OrigBB->getParent();
595
596   // Create a new MBB for the code after the OrigBB.
597   MachineBasicBlock *NewBB =
598     MF.CreateMachineBasicBlock(OrigBB->getBasicBlock());
599   MachineFunction::iterator MBBI = OrigBB; ++MBBI;
600   MF.insert(MBBI, NewBB);
601
602   // Splice the instructions starting with MI over to NewBB.
603   NewBB->splice(NewBB->end(), OrigBB, MI, OrigBB->end());
604
605   // Add an unconditional branch from OrigBB to NewBB.
606   // Note the new unconditional branch is not being recorded.
607   // There doesn't seem to be meaningful DebugInfo available; this doesn't
608   // correspond to anything in the source.
609   unsigned Opc = isThumb ? (isThumb2 ? ARM::t2B : ARM::tB) : ARM::B;
610   BuildMI(OrigBB, DebugLoc::getUnknownLoc(), TII->get(Opc)).addMBB(NewBB);
611   NumSplit++;
612
613   // Update the CFG.  All succs of OrigBB are now succs of NewBB.
614   while (!OrigBB->succ_empty()) {
615     MachineBasicBlock *Succ = *OrigBB->succ_begin();
616     OrigBB->removeSuccessor(Succ);
617     NewBB->addSuccessor(Succ);
618
619     // This pass should be run after register allocation, so there should be no
620     // PHI nodes to update.
621     assert((Succ->empty() || Succ->begin()->getOpcode() != TargetInstrInfo::PHI)
622            && "PHI nodes should be eliminated by now!");
623   }
624
625   // OrigBB branches to NewBB.
626   OrigBB->addSuccessor(NewBB);
627
628   // Update internal data structures to account for the newly inserted MBB.
629   // This is almost the same as UpdateForInsertedWaterBlock, except that
630   // the Water goes after OrigBB, not NewBB.
631   MF.RenumberBlocks(NewBB);
632
633   // Insert a size into BBSizes to align it properly with the (newly
634   // renumbered) block numbers.
635   BBSizes.insert(BBSizes.begin()+NewBB->getNumber(), 0);
636
637   // Likewise for BBOffsets.
638   BBOffsets.insert(BBOffsets.begin()+NewBB->getNumber(), 0);
639
640   // Next, update WaterList.  Specifically, we need to add OrigMBB as having
641   // available water after it (but not if it's already there, which happens
642   // when splitting before a conditional branch that is followed by an
643   // unconditional branch - in that case we want to insert NewBB).
644   std::vector<MachineBasicBlock*>::iterator IP =
645     std::lower_bound(WaterList.begin(), WaterList.end(), OrigBB,
646                      CompareMBBNumbers);
647   MachineBasicBlock* WaterBB = *IP;
648   if (WaterBB == OrigBB)
649     WaterList.insert(next(IP), NewBB);
650   else
651     WaterList.insert(IP, OrigBB);
652
653   // Figure out how large the first NewMBB is.  (It cannot
654   // contain a constpool_entry or tablejump.)
655   unsigned NewBBSize = 0;
656   for (MachineBasicBlock::iterator I = NewBB->begin(), E = NewBB->end();
657        I != E; ++I)
658     NewBBSize += TII->GetInstSizeInBytes(I);
659
660   unsigned OrigBBI = OrigBB->getNumber();
661   unsigned NewBBI = NewBB->getNumber();
662   // Set the size of NewBB in BBSizes.
663   BBSizes[NewBBI] = NewBBSize;
664
665   // We removed instructions from UserMBB, subtract that off from its size.
666   // Add 2 or 4 to the block to count the unconditional branch we added to it.
667   unsigned delta = isThumb1 ? 2 : 4;
668   BBSizes[OrigBBI] -= NewBBSize - delta;
669
670   // ...and adjust BBOffsets for NewBB accordingly.
671   BBOffsets[NewBBI] = BBOffsets[OrigBBI] + BBSizes[OrigBBI];
672
673   // All BBOffsets following these blocks must be modified.
674   AdjustBBOffsetsAfter(NewBB, delta);
675
676   return NewBB;
677 }
678
679 /// OffsetIsInRange - Checks whether UserOffset (the location of a constant pool
680 /// reference) is within MaxDisp of TrialOffset (a proposed location of a
681 /// constant pool entry).
682 bool ARMConstantIslands::OffsetIsInRange(unsigned UserOffset,
683                                          unsigned TrialOffset, unsigned MaxDisp,
684                                          bool NegativeOK, bool IsSoImm) {
685   // On Thumb offsets==2 mod 4 are rounded down by the hardware for
686   // purposes of the displacement computation; compensate for that here.
687   // Effectively, the valid range of displacements is 2 bytes smaller for such
688   // references.
689   if (isThumb && UserOffset%4 !=0)
690     UserOffset -= 2;
691   // CPEs will be rounded up to a multiple of 4.
692   if (isThumb && TrialOffset%4 != 0)
693     TrialOffset += 2;
694
695   if (UserOffset <= TrialOffset) {
696     // User before the Trial.
697     if (TrialOffset - UserOffset <= MaxDisp)
698       return true;
699     if (IsSoImm && ARM_AM::getSOImmVal(TrialOffset - UserOffset) != -1)
700       return true;
701   } else if (NegativeOK) {
702     if (UserOffset - TrialOffset <= MaxDisp)
703       return true;
704     if (IsSoImm && ARM_AM::getSOImmVal(~(TrialOffset - UserOffset)) != -1)
705       return true;
706   }
707   return false;
708 }
709
710 /// WaterIsInRange - Returns true if a CPE placed after the specified
711 /// Water (a basic block) will be in range for the specific MI.
712
713 bool ARMConstantIslands::WaterIsInRange(unsigned UserOffset,
714                                         MachineBasicBlock* Water, CPUser &U) {
715   unsigned MaxDisp = U.MaxDisp;
716   unsigned CPEOffset = BBOffsets[Water->getNumber()] +
717                        BBSizes[Water->getNumber()];
718
719   // If the CPE is to be inserted before the instruction, that will raise
720   // the offset of the instruction.  (Currently applies only to ARM, so
721   // no alignment compensation attempted here.)
722   if (CPEOffset < UserOffset)
723     UserOffset += U.CPEMI->getOperand(2).getImm();
724
725   return OffsetIsInRange(UserOffset, CPEOffset, MaxDisp, U.NegOk, U.IsSoImm);
726 }
727
728 /// CPEIsInRange - Returns true if the distance between specific MI and
729 /// specific ConstPool entry instruction can fit in MI's displacement field.
730 bool ARMConstantIslands::CPEIsInRange(MachineInstr *MI, unsigned UserOffset,
731                                       MachineInstr *CPEMI, unsigned MaxDisp,
732                                       bool NegOk, bool DoDump) {
733   unsigned CPEOffset  = GetOffsetOf(CPEMI);
734   assert(CPEOffset%4 == 0 && "Misaligned CPE");
735
736   if (DoDump) {
737     DOUT << "User of CPE#" << CPEMI->getOperand(0).getImm()
738          << " max delta=" << MaxDisp
739          << " insn address=" << UserOffset
740          << " CPE address=" << CPEOffset
741          << " offset=" << int(CPEOffset-UserOffset) << "\t" << *MI;
742   }
743
744   return OffsetIsInRange(UserOffset, CPEOffset, MaxDisp, NegOk);
745 }
746
747 #ifndef NDEBUG
748 /// BBIsJumpedOver - Return true of the specified basic block's only predecessor
749 /// unconditionally branches to its only successor.
750 static bool BBIsJumpedOver(MachineBasicBlock *MBB) {
751   if (MBB->pred_size() != 1 || MBB->succ_size() != 1)
752     return false;
753
754   MachineBasicBlock *Succ = *MBB->succ_begin();
755   MachineBasicBlock *Pred = *MBB->pred_begin();
756   MachineInstr *PredMI = &Pred->back();
757   if (PredMI->getOpcode() == ARM::B || PredMI->getOpcode() == ARM::tB
758       || PredMI->getOpcode() == ARM::t2B)
759     return PredMI->getOperand(0).getMBB() == Succ;
760   return false;
761 }
762 #endif // NDEBUG
763
764 void ARMConstantIslands::AdjustBBOffsetsAfter(MachineBasicBlock *BB,
765                                               int delta) {
766   MachineFunction::iterator MBBI = BB; MBBI = next(MBBI);
767   for(unsigned i = BB->getNumber()+1, e = BB->getParent()->getNumBlockIDs();
768       i < e; ++i) {
769     BBOffsets[i] += delta;
770     // If some existing blocks have padding, adjust the padding as needed, a
771     // bit tricky.  delta can be negative so don't use % on that.
772     if (!isThumb)
773       continue;
774     MachineBasicBlock *MBB = MBBI;
775     if (!MBB->empty()) {
776       // Constant pool entries require padding.
777       if (MBB->begin()->getOpcode() == ARM::CONSTPOOL_ENTRY) {
778         unsigned oldOffset = BBOffsets[i] - delta;
779         if (oldOffset%4==0 && BBOffsets[i]%4!=0) {
780           // add new padding
781           BBSizes[i] += 2;
782           delta += 2;
783         } else if (oldOffset%4!=0 && BBOffsets[i]%4==0) {
784           // remove existing padding
785           BBSizes[i] -=2;
786           delta -= 2;
787         }
788       }
789       // Thumb1 jump tables require padding.  They should be at the end;
790       // following unconditional branches are removed by AnalyzeBranch.
791       MachineInstr *ThumbJTMI = NULL;
792       if (prior(MBB->end())->getOpcode() == ARM::tBR_JTr)
793         ThumbJTMI = prior(MBB->end());
794       if (ThumbJTMI) {
795         unsigned newMIOffset = GetOffsetOf(ThumbJTMI);
796         unsigned oldMIOffset = newMIOffset - delta;
797         if (oldMIOffset%4 == 0 && newMIOffset%4 != 0) {
798           // remove existing padding
799           BBSizes[i] -= 2;
800           delta -= 2;
801         } else if (oldMIOffset%4 != 0 && newMIOffset%4 == 0) {
802           // add new padding
803           BBSizes[i] += 2;
804           delta += 2;
805         }
806       }
807       if (delta==0)
808         return;
809     }
810     MBBI = next(MBBI);
811   }
812 }
813
814 /// DecrementOldEntry - find the constant pool entry with index CPI
815 /// and instruction CPEMI, and decrement its refcount.  If the refcount
816 /// becomes 0 remove the entry and instruction.  Returns true if we removed
817 /// the entry, false if we didn't.
818
819 bool ARMConstantIslands::DecrementOldEntry(unsigned CPI, MachineInstr *CPEMI) {
820   // Find the old entry. Eliminate it if it is no longer used.
821   CPEntry *CPE = findConstPoolEntry(CPI, CPEMI);
822   assert(CPE && "Unexpected!");
823   if (--CPE->RefCount == 0) {
824     RemoveDeadCPEMI(CPEMI);
825     CPE->CPEMI = NULL;
826     NumCPEs--;
827     return true;
828   }
829   return false;
830 }
831
832 /// LookForCPEntryInRange - see if the currently referenced CPE is in range;
833 /// if not, see if an in-range clone of the CPE is in range, and if so,
834 /// change the data structures so the user references the clone.  Returns:
835 /// 0 = no existing entry found
836 /// 1 = entry found, and there were no code insertions or deletions
837 /// 2 = entry found, and there were code insertions or deletions
838 int ARMConstantIslands::LookForExistingCPEntry(CPUser& U, unsigned UserOffset)
839 {
840   MachineInstr *UserMI = U.MI;
841   MachineInstr *CPEMI  = U.CPEMI;
842
843   // Check to see if the CPE is already in-range.
844   if (CPEIsInRange(UserMI, UserOffset, CPEMI, U.MaxDisp, U.NegOk, true)) {
845     DOUT << "In range\n";
846     return 1;
847   }
848
849   // No.  Look for previously created clones of the CPE that are in range.
850   unsigned CPI = CPEMI->getOperand(1).getIndex();
851   std::vector<CPEntry> &CPEs = CPEntries[CPI];
852   for (unsigned i = 0, e = CPEs.size(); i != e; ++i) {
853     // We already tried this one
854     if (CPEs[i].CPEMI == CPEMI)
855       continue;
856     // Removing CPEs can leave empty entries, skip
857     if (CPEs[i].CPEMI == NULL)
858       continue;
859     if (CPEIsInRange(UserMI, UserOffset, CPEs[i].CPEMI, U.MaxDisp, U.NegOk)) {
860       DOUT << "Replacing CPE#" << CPI << " with CPE#" << CPEs[i].CPI << "\n";
861       // Point the CPUser node to the replacement
862       U.CPEMI = CPEs[i].CPEMI;
863       // Change the CPI in the instruction operand to refer to the clone.
864       for (unsigned j = 0, e = UserMI->getNumOperands(); j != e; ++j)
865         if (UserMI->getOperand(j).isCPI()) {
866           UserMI->getOperand(j).setIndex(CPEs[i].CPI);
867           break;
868         }
869       // Adjust the refcount of the clone...
870       CPEs[i].RefCount++;
871       // ...and the original.  If we didn't remove the old entry, none of the
872       // addresses changed, so we don't need another pass.
873       return DecrementOldEntry(CPI, CPEMI) ? 2 : 1;
874     }
875   }
876   return 0;
877 }
878
879 /// getUnconditionalBrDisp - Returns the maximum displacement that can fit in
880 /// the specific unconditional branch instruction.
881 static inline unsigned getUnconditionalBrDisp(int Opc) {
882   switch (Opc) {
883   case ARM::tB:
884     return ((1<<10)-1)*2;
885   case ARM::t2B:
886     return ((1<<23)-1)*2;
887   default:
888     break;
889   }
890   
891   return ((1<<23)-1)*4;
892 }
893
894 /// AcceptWater - Small amount of common code factored out of the following.
895
896 MachineBasicBlock* ARMConstantIslands::AcceptWater(MachineBasicBlock *WaterBB,
897                           std::vector<MachineBasicBlock*>::iterator IP) {
898   DOUT << "found water in range\n";
899   // Remove the original WaterList entry; we want subsequent
900   // insertions in this vicinity to go after the one we're
901   // about to insert.  This considerably reduces the number
902   // of times we have to move the same CPE more than once.
903   WaterList.erase(IP);
904   // CPE goes before following block (NewMBB).
905   return next(MachineFunction::iterator(WaterBB));
906 }
907
908 /// LookForWater - look for an existing entry in the WaterList in which
909 /// we can place the CPE referenced from U so it's within range of U's MI.
910 /// Returns true if found, false if not.  If it returns true, *NewMBB
911 /// is set to the WaterList entry.
912 /// For ARM, we prefer the water that's farthest away. For Thumb, prefer
913 /// water that will not introduce padding to water that will; within each
914 /// group, prefer the water that's farthest away.
915 bool ARMConstantIslands::LookForWater(CPUser &U, unsigned UserOffset,
916                                       MachineBasicBlock** NewMBB) {
917   std::vector<MachineBasicBlock*>::iterator IPThatWouldPad;
918   MachineBasicBlock* WaterBBThatWouldPad = NULL;
919   if (!WaterList.empty()) {
920     for (std::vector<MachineBasicBlock*>::iterator IP = prior(WaterList.end()),
921            B = WaterList.begin();; --IP) {
922       MachineBasicBlock* WaterBB = *IP;
923       if (WaterIsInRange(UserOffset, WaterBB, U)) {
924         unsigned WBBId = WaterBB->getNumber();
925         if (isThumb &&
926             (BBOffsets[WBBId] + BBSizes[WBBId])%4 != 0) {
927           // This is valid Water, but would introduce padding.  Remember
928           // it in case we don't find any Water that doesn't do this.
929           if (!WaterBBThatWouldPad) {
930             WaterBBThatWouldPad = WaterBB;
931             IPThatWouldPad = IP;
932           }
933         } else {
934           *NewMBB = AcceptWater(WaterBB, IP);
935           return true;
936         }
937       }
938       if (IP == B)
939         break;
940     }
941   }
942   if (isThumb && WaterBBThatWouldPad) {
943     *NewMBB = AcceptWater(WaterBBThatWouldPad, IPThatWouldPad);
944     return true;
945   }
946   return false;
947 }
948
949 /// CreateNewWater - No existing WaterList entry will work for
950 /// CPUsers[CPUserIndex], so create a place to put the CPE.  The end of the
951 /// block is used if in range, and the conditional branch munged so control
952 /// flow is correct.  Otherwise the block is split to create a hole with an
953 /// unconditional branch around it.  In either case *NewMBB is set to a
954 /// block following which the new island can be inserted (the WaterList
955 /// is not adjusted).
956
957 void ARMConstantIslands::CreateNewWater(unsigned CPUserIndex,
958                         unsigned UserOffset, MachineBasicBlock** NewMBB) {
959   CPUser &U = CPUsers[CPUserIndex];
960   MachineInstr *UserMI = U.MI;
961   MachineInstr *CPEMI  = U.CPEMI;
962   MachineBasicBlock *UserMBB = UserMI->getParent();
963   unsigned OffsetOfNextBlock = BBOffsets[UserMBB->getNumber()] +
964                                BBSizes[UserMBB->getNumber()];
965   assert(OffsetOfNextBlock== BBOffsets[UserMBB->getNumber()+1]);
966
967   // If the use is at the end of the block, or the end of the block
968   // is within range, make new water there.  (The addition below is
969   // for the unconditional branch we will be adding:  4 bytes on ARM + Thumb2,
970   // 2 on Thumb1.  Possible Thumb1 alignment padding is allowed for
971   // inside OffsetIsInRange.
972   // If the block ends in an unconditional branch already, it is water,
973   // and is known to be out of range, so we'll always be adding a branch.)
974   if (&UserMBB->back() == UserMI ||
975       OffsetIsInRange(UserOffset, OffsetOfNextBlock + (isThumb1 ? 2: 4),
976                       U.MaxDisp, U.NegOk, U.IsSoImm)) {
977     DOUT << "Split at end of block\n";
978     if (&UserMBB->back() == UserMI)
979       assert(BBHasFallthrough(UserMBB) && "Expected a fallthrough BB!");
980     *NewMBB = next(MachineFunction::iterator(UserMBB));
981     // Add an unconditional branch from UserMBB to fallthrough block.
982     // Record it for branch lengthening; this new branch will not get out of
983     // range, but if the preceding conditional branch is out of range, the
984     // targets will be exchanged, and the altered branch may be out of
985     // range, so the machinery has to know about it.
986     int UncondBr = isThumb ? ((isThumb2) ? ARM::t2B : ARM::tB) : ARM::B;
987     BuildMI(UserMBB, DebugLoc::getUnknownLoc(),
988             TII->get(UncondBr)).addMBB(*NewMBB);
989     unsigned MaxDisp = getUnconditionalBrDisp(UncondBr);
990     ImmBranches.push_back(ImmBranch(&UserMBB->back(),
991                           MaxDisp, false, UncondBr));
992     int delta = isThumb1 ? 2 : 4;
993     BBSizes[UserMBB->getNumber()] += delta;
994     AdjustBBOffsetsAfter(UserMBB, delta);
995   } else {
996     // What a big block.  Find a place within the block to split it.
997     // This is a little tricky on Thumb1 since instructions are 2 bytes
998     // and constant pool entries are 4 bytes: if instruction I references
999     // island CPE, and instruction I+1 references CPE', it will
1000     // not work well to put CPE as far forward as possible, since then
1001     // CPE' cannot immediately follow it (that location is 2 bytes
1002     // farther away from I+1 than CPE was from I) and we'd need to create
1003     // a new island.  So, we make a first guess, then walk through the
1004     // instructions between the one currently being looked at and the
1005     // possible insertion point, and make sure any other instructions
1006     // that reference CPEs will be able to use the same island area;
1007     // if not, we back up the insertion point.
1008
1009     // The 4 in the following is for the unconditional branch we'll be
1010     // inserting (allows for long branch on Thumb1).  Alignment of the
1011     // island is handled inside OffsetIsInRange.
1012     unsigned BaseInsertOffset = UserOffset + U.MaxDisp -4;
1013     // This could point off the end of the block if we've already got
1014     // constant pool entries following this block; only the last one is
1015     // in the water list.  Back past any possible branches (allow for a
1016     // conditional and a maximally long unconditional).
1017     if (BaseInsertOffset >= BBOffsets[UserMBB->getNumber()+1])
1018       BaseInsertOffset = BBOffsets[UserMBB->getNumber()+1] -
1019                               (isThumb1 ? 6 : 8);
1020     unsigned EndInsertOffset = BaseInsertOffset +
1021            CPEMI->getOperand(2).getImm();
1022     MachineBasicBlock::iterator MI = UserMI;
1023     ++MI;
1024     unsigned CPUIndex = CPUserIndex+1;
1025     for (unsigned Offset = UserOffset+TII->GetInstSizeInBytes(UserMI);
1026          Offset < BaseInsertOffset;
1027          Offset += TII->GetInstSizeInBytes(MI),
1028             MI = next(MI)) {
1029       if (CPUIndex < CPUsers.size() && CPUsers[CPUIndex].MI == MI) {
1030         CPUser &U = CPUsers[CPUIndex];
1031         if (!OffsetIsInRange(Offset, EndInsertOffset,
1032                              U.MaxDisp, U.NegOk, U.IsSoImm)) {
1033           BaseInsertOffset -= (isThumb1 ? 2 : 4);
1034           EndInsertOffset  -= (isThumb1 ? 2 : 4);
1035         }
1036         // This is overly conservative, as we don't account for CPEMIs
1037         // being reused within the block, but it doesn't matter much.
1038         EndInsertOffset += CPUsers[CPUIndex].CPEMI->getOperand(2).getImm();
1039         CPUIndex++;
1040       }
1041     }
1042     DOUT << "Split in middle of big block\n";
1043     *NewMBB = SplitBlockBeforeInstr(prior(MI));
1044   }
1045 }
1046
1047 /// HandleConstantPoolUser - Analyze the specified user, checking to see if it
1048 /// is out-of-range.  If so, pick up the constant pool value and move it some
1049 /// place in-range.  Return true if we changed any addresses (thus must run
1050 /// another pass of branch lengthening), false otherwise.
1051 bool ARMConstantIslands::HandleConstantPoolUser(MachineFunction &Fn,
1052                                                 unsigned CPUserIndex) {
1053   CPUser &U = CPUsers[CPUserIndex];
1054   MachineInstr *UserMI = U.MI;
1055   MachineInstr *CPEMI  = U.CPEMI;
1056   unsigned CPI = CPEMI->getOperand(1).getIndex();
1057   unsigned Size = CPEMI->getOperand(2).getImm();
1058   MachineBasicBlock *NewMBB;
1059   // Compute this only once, it's expensive.  The 4 or 8 is the value the
1060   // hardware keeps in the PC (2 insns ahead of the reference).
1061   unsigned UserOffset = GetOffsetOf(UserMI) + (isThumb ? 4 : 8);
1062
1063   // See if the current entry is within range, or there is a clone of it
1064   // in range.
1065   int result = LookForExistingCPEntry(U, UserOffset);
1066   if (result==1) return false;
1067   else if (result==2) return true;
1068
1069   // No existing clone of this CPE is within range.
1070   // We will be generating a new clone.  Get a UID for it.
1071   unsigned ID = AFI->createConstPoolEntryUId();
1072
1073   // Look for water where we can place this CPE.  We look for the farthest one
1074   // away that will work.  Forward references only for now (although later
1075   // we might find some that are backwards).
1076
1077   if (!LookForWater(U, UserOffset, &NewMBB)) {
1078     // No water found.
1079     DOUT << "No water found\n";
1080     CreateNewWater(CPUserIndex, UserOffset, &NewMBB);
1081   }
1082
1083   // Okay, we know we can put an island before NewMBB now, do it!
1084   MachineBasicBlock *NewIsland = Fn.CreateMachineBasicBlock();
1085   Fn.insert(NewMBB, NewIsland);
1086
1087   // Update internal data structures to account for the newly inserted MBB.
1088   UpdateForInsertedWaterBlock(NewIsland);
1089
1090   // Decrement the old entry, and remove it if refcount becomes 0.
1091   DecrementOldEntry(CPI, CPEMI);
1092
1093   // Now that we have an island to add the CPE to, clone the original CPE and
1094   // add it to the island.
1095   U.CPEMI = BuildMI(NewIsland, DebugLoc::getUnknownLoc(),
1096                     TII->get(ARM::CONSTPOOL_ENTRY))
1097                 .addImm(ID).addConstantPoolIndex(CPI).addImm(Size);
1098   CPEntries[CPI].push_back(CPEntry(U.CPEMI, ID, 1));
1099   NumCPEs++;
1100
1101   BBOffsets[NewIsland->getNumber()] = BBOffsets[NewMBB->getNumber()];
1102   // Compensate for .align 2 in thumb mode.
1103   if (isThumb && BBOffsets[NewIsland->getNumber()]%4 != 0)
1104     Size += 2;
1105   // Increase the size of the island block to account for the new entry.
1106   BBSizes[NewIsland->getNumber()] += Size;
1107   AdjustBBOffsetsAfter(NewIsland, Size);
1108
1109   // Finally, change the CPI in the instruction operand to be ID.
1110   for (unsigned i = 0, e = UserMI->getNumOperands(); i != e; ++i)
1111     if (UserMI->getOperand(i).isCPI()) {
1112       UserMI->getOperand(i).setIndex(ID);
1113       break;
1114     }
1115
1116   DOUT << "  Moved CPE to #" << ID << " CPI=" << CPI << "\t" << *UserMI;
1117
1118   return true;
1119 }
1120
1121 /// RemoveDeadCPEMI - Remove a dead constant pool entry instruction. Update
1122 /// sizes and offsets of impacted basic blocks.
1123 void ARMConstantIslands::RemoveDeadCPEMI(MachineInstr *CPEMI) {
1124   MachineBasicBlock *CPEBB = CPEMI->getParent();
1125   unsigned Size = CPEMI->getOperand(2).getImm();
1126   CPEMI->eraseFromParent();
1127   BBSizes[CPEBB->getNumber()] -= Size;
1128   // All succeeding offsets have the current size value added in, fix this.
1129   if (CPEBB->empty()) {
1130     // In thumb1 mode, the size of island may be padded by two to compensate for
1131     // the alignment requirement.  Then it will now be 2 when the block is
1132     // empty, so fix this.
1133     // All succeeding offsets have the current size value added in, fix this.
1134     if (BBSizes[CPEBB->getNumber()] != 0) {
1135       Size += BBSizes[CPEBB->getNumber()];
1136       BBSizes[CPEBB->getNumber()] = 0;
1137     }
1138   }
1139   AdjustBBOffsetsAfter(CPEBB, -Size);
1140   // An island has only one predecessor BB and one successor BB. Check if
1141   // this BB's predecessor jumps directly to this BB's successor. This
1142   // shouldn't happen currently.
1143   assert(!BBIsJumpedOver(CPEBB) && "How did this happen?");
1144   // FIXME: remove the empty blocks after all the work is done?
1145 }
1146
1147 /// RemoveUnusedCPEntries - Remove constant pool entries whose refcounts
1148 /// are zero.
1149 bool ARMConstantIslands::RemoveUnusedCPEntries() {
1150   unsigned MadeChange = false;
1151   for (unsigned i = 0, e = CPEntries.size(); i != e; ++i) {
1152       std::vector<CPEntry> &CPEs = CPEntries[i];
1153       for (unsigned j = 0, ee = CPEs.size(); j != ee; ++j) {
1154         if (CPEs[j].RefCount == 0 && CPEs[j].CPEMI) {
1155           RemoveDeadCPEMI(CPEs[j].CPEMI);
1156           CPEs[j].CPEMI = NULL;
1157           MadeChange = true;
1158         }
1159       }
1160   }
1161   return MadeChange;
1162 }
1163
1164 /// BBIsInRange - Returns true if the distance between specific MI and
1165 /// specific BB can fit in MI's displacement field.
1166 bool ARMConstantIslands::BBIsInRange(MachineInstr *MI,MachineBasicBlock *DestBB,
1167                                      unsigned MaxDisp) {
1168   unsigned PCAdj      = isThumb ? 4 : 8;
1169   unsigned BrOffset   = GetOffsetOf(MI) + PCAdj;
1170   unsigned DestOffset = BBOffsets[DestBB->getNumber()];
1171
1172   DOUT << "Branch of destination BB#" << DestBB->getNumber()
1173        << " from BB#" << MI->getParent()->getNumber()
1174        << " max delta=" << MaxDisp
1175        << " from " << GetOffsetOf(MI) << " to " << DestOffset
1176        << " offset " << int(DestOffset-BrOffset) << "\t" << *MI;
1177
1178   if (BrOffset <= DestOffset) {
1179     // Branch before the Dest.
1180     if (DestOffset-BrOffset <= MaxDisp)
1181       return true;
1182   } else {
1183     if (BrOffset-DestOffset <= MaxDisp)
1184       return true;
1185   }
1186   return false;
1187 }
1188
1189 /// FixUpImmediateBr - Fix up an immediate branch whose destination is too far
1190 /// away to fit in its displacement field.
1191 bool ARMConstantIslands::FixUpImmediateBr(MachineFunction &Fn, ImmBranch &Br) {
1192   MachineInstr *MI = Br.MI;
1193   MachineBasicBlock *DestBB = MI->getOperand(0).getMBB();
1194
1195   // Check to see if the DestBB is already in-range.
1196   if (BBIsInRange(MI, DestBB, Br.MaxDisp))
1197     return false;
1198
1199   if (!Br.isCond)
1200     return FixUpUnconditionalBr(Fn, Br);
1201   return FixUpConditionalBr(Fn, Br);
1202 }
1203
1204 /// FixUpUnconditionalBr - Fix up an unconditional branch whose destination is
1205 /// too far away to fit in its displacement field. If the LR register has been
1206 /// spilled in the epilogue, then we can use BL to implement a far jump.
1207 /// Otherwise, add an intermediate branch instruction to a branch.
1208 bool
1209 ARMConstantIslands::FixUpUnconditionalBr(MachineFunction &Fn, ImmBranch &Br) {
1210   MachineInstr *MI = Br.MI;
1211   MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
1212   assert(isThumb && !isThumb2 && "Expected a Thumb1 function!");
1213
1214   // Use BL to implement far jump.
1215   Br.MaxDisp = (1 << 21) * 2;
1216   MI->setDesc(TII->get(ARM::tBfar));
1217   BBSizes[MBB->getNumber()] += 2;
1218   AdjustBBOffsetsAfter(MBB, 2);
1219   HasFarJump = true;
1220   NumUBrFixed++;
1221
1222   DOUT << "  Changed B to long jump " << *MI;
1223
1224   return true;
1225 }
1226
1227 /// FixUpConditionalBr - Fix up a conditional branch whose destination is too
1228 /// far away to fit in its displacement field. It is converted to an inverse
1229 /// conditional branch + an unconditional branch to the destination.
1230 bool
1231 ARMConstantIslands::FixUpConditionalBr(MachineFunction &Fn, ImmBranch &Br) {
1232   MachineInstr *MI = Br.MI;
1233   MachineBasicBlock *DestBB = MI->getOperand(0).getMBB();
1234
1235   // Add an unconditional branch to the destination and invert the branch
1236   // condition to jump over it:
1237   // blt L1
1238   // =>
1239   // bge L2
1240   // b   L1
1241   // L2:
1242   ARMCC::CondCodes CC = (ARMCC::CondCodes)MI->getOperand(1).getImm();
1243   CC = ARMCC::getOppositeCondition(CC);
1244   unsigned CCReg = MI->getOperand(2).getReg();
1245
1246   // If the branch is at the end of its MBB and that has a fall-through block,
1247   // direct the updated conditional branch to the fall-through block. Otherwise,
1248   // split the MBB before the next instruction.
1249   MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
1250   MachineInstr *BMI = &MBB->back();
1251   bool NeedSplit = (BMI != MI) || !BBHasFallthrough(MBB);
1252
1253   NumCBrFixed++;
1254   if (BMI != MI) {
1255     if (next(MachineBasicBlock::iterator(MI)) == prior(MBB->end()) &&
1256         BMI->getOpcode() == Br.UncondBr) {
1257       // Last MI in the BB is an unconditional branch. Can we simply invert the
1258       // condition and swap destinations:
1259       // beq L1
1260       // b   L2
1261       // =>
1262       // bne L2
1263       // b   L1
1264       MachineBasicBlock *NewDest = BMI->getOperand(0).getMBB();
1265       if (BBIsInRange(MI, NewDest, Br.MaxDisp)) {
1266         DOUT << "  Invert Bcc condition and swap its destination with " << *BMI;
1267         BMI->getOperand(0).setMBB(DestBB);
1268         MI->getOperand(0).setMBB(NewDest);
1269         MI->getOperand(1).setImm(CC);
1270         return true;
1271       }
1272     }
1273   }
1274
1275   if (NeedSplit) {
1276     SplitBlockBeforeInstr(MI);
1277     // No need for the branch to the next block. We're adding an unconditional
1278     // branch to the destination.
1279     int delta = TII->GetInstSizeInBytes(&MBB->back());
1280     BBSizes[MBB->getNumber()] -= delta;
1281     MachineBasicBlock* SplitBB = next(MachineFunction::iterator(MBB));
1282     AdjustBBOffsetsAfter(SplitBB, -delta);
1283     MBB->back().eraseFromParent();
1284     // BBOffsets[SplitBB] is wrong temporarily, fixed below
1285   }
1286   MachineBasicBlock *NextBB = next(MachineFunction::iterator(MBB));
1287
1288   DOUT << "  Insert B to BB#" << DestBB->getNumber()
1289        << " also invert condition and change dest. to BB#"
1290        << NextBB->getNumber() << "\n";
1291
1292   // Insert a new conditional branch and a new unconditional branch.
1293   // Also update the ImmBranch as well as adding a new entry for the new branch.
1294   BuildMI(MBB, DebugLoc::getUnknownLoc(),
1295           TII->get(MI->getOpcode()))
1296     .addMBB(NextBB).addImm(CC).addReg(CCReg);
1297   Br.MI = &MBB->back();
1298   BBSizes[MBB->getNumber()] += TII->GetInstSizeInBytes(&MBB->back());
1299   BuildMI(MBB, DebugLoc::getUnknownLoc(), TII->get(Br.UncondBr)).addMBB(DestBB);
1300   BBSizes[MBB->getNumber()] += TII->GetInstSizeInBytes(&MBB->back());
1301   unsigned MaxDisp = getUnconditionalBrDisp(Br.UncondBr);
1302   ImmBranches.push_back(ImmBranch(&MBB->back(), MaxDisp, false, Br.UncondBr));
1303
1304   // Remove the old conditional branch.  It may or may not still be in MBB.
1305   BBSizes[MI->getParent()->getNumber()] -= TII->GetInstSizeInBytes(MI);
1306   MI->eraseFromParent();
1307
1308   // The net size change is an addition of one unconditional branch.
1309   int delta = TII->GetInstSizeInBytes(&MBB->back());
1310   AdjustBBOffsetsAfter(MBB, delta);
1311   return true;
1312 }
1313
1314 /// UndoLRSpillRestore - Remove Thumb push / pop instructions that only spills
1315 /// LR / restores LR to pc.
1316 bool ARMConstantIslands::UndoLRSpillRestore() {
1317   bool MadeChange = false;
1318   for (unsigned i = 0, e = PushPopMIs.size(); i != e; ++i) {
1319     MachineInstr *MI = PushPopMIs[i];
1320     if (MI->getOpcode() == ARM::tPOP_RET &&
1321         MI->getOperand(0).getReg() == ARM::PC &&
1322         MI->getNumExplicitOperands() == 1) {
1323       BuildMI(MI->getParent(), MI->getDebugLoc(), TII->get(ARM::tBX_RET));
1324       MI->eraseFromParent();
1325       MadeChange = true;
1326     }
1327   }
1328   return MadeChange;
1329 }