lib/Target/ARM/ARMJITInfo.cpp

   1 //===-- ARMJITInfo.cpp - Implement the JIT interfaces for the ARM target --===//
   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 implements the JIT interfaces for the ARM target.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #define DEBUG_TYPE "jit"
  15 #include "ARMJITInfo.h"
  16 #include "ARMInstrInfo.h"
  17 #include "ARMConstantPoolValue.h"
  18 #include "ARMRelocations.h"
  19 #include "ARMSubtarget.h"
  20 #include "llvm/Function.h"
  21 #include "llvm/CodeGen/JITCodeEmitter.h"
  22 #include "llvm/Support/Debug.h"
  23 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  24 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  25 #include "llvm/System/Memory.h"
  26 #include <cstdlib>
  27 using namespace llvm;
  28
  29 void ARMJITInfo::replaceMachineCodeForFunction(void *Old, void *New) {
  30   llvm_report_error("ARMJITInfo::replaceMachineCodeForFunction");
  31 }
  32
  33 /// JITCompilerFunction - This contains the address of the JIT function used to
  34 /// compile a function lazily.
  35 static TargetJITInfo::JITCompilerFn JITCompilerFunction;
  36
  37 // Get the ASMPREFIX for the current host.  This is often '_'.
  38 #ifndef __USER_LABEL_PREFIX__
  39 #define __USER_LABEL_PREFIX__
  40 #endif
  41 #define GETASMPREFIX2(X) #X
  42 #define GETASMPREFIX(X) GETASMPREFIX2(X)
  43 #define ASMPREFIX GETASMPREFIX(__USER_LABEL_PREFIX__)
  44
  45 // CompilationCallback stub - We can't use a C function with inline assembly in
  46 // it, because we the prolog/epilog inserted by GCC won't work for us (we need
  47 // to preserve more context and manipulate the stack directly).  Instead,
  48 // write our own wrapper, which does things our way, so we have complete
  49 // control over register saving and restoring.
  50 extern "C" {
  51 #if defined(__arm__)
  52   void ARMCompilationCallback();
  53   asm(
  54     ".text\n"
  55     ".align 2\n"
  56     ".globl " ASMPREFIX "ARMCompilationCallback\n"
  57     ASMPREFIX "ARMCompilationCallback:\n"
  58     // Save caller saved registers since they may contain stuff
  59     // for the real target function right now. We have to act as if this
  60     // whole compilation callback doesn't exist as far as the caller is
  61     // concerned, so we can't just preserve the callee saved regs.
  62     "stmdb sp!, {r0, r1, r2, r3, lr}\n"
  63 #ifndef __SOFTFP__
  64     "fstmfdd sp!, {d0, d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7}\n"
  65 #endif
  66     // The LR contains the address of the stub function on entry.
  67     // pass it as the argument to the C part of the callback
  68     "mov  r0, lr\n"
  69     "sub  sp, sp, #4\n"
  70     // Call the C portion of the callback
  71     "bl   " ASMPREFIX "ARMCompilationCallbackC\n"
  72     "add  sp, sp, #4\n"
  73     // Restoring the LR to the return address of the function that invoked
  74     // the stub and de-allocating the stack space for it requires us to
  75     // swap the two saved LR values on the stack, as they're backwards
  76     // for what we need since the pop instruction has a pre-determined
  77     // order for the registers.
  78     //      +--------+
  79     //   0  | LR     | Original return address
  80     //      +--------+
  81     //   1  | LR     | Stub address (start of stub)
  82     // 2-5  | R3..R0 | Saved registers (we need to preserve all regs)
  83     // 6-20 | D0..D7 | Saved VFP registers
  84     //      +--------+
  85     //
  86 #ifndef __SOFTFP__
  87     // Restore VFP caller-saved registers.
  88     "fldmfdd sp!, {d0, d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7}\n"
  89 #endif
  90     //
  91     //      We need to exchange the values in slots 0 and 1 so we can
  92     //      return to the address in slot 1 with the address in slot 0
  93     //      restored to the LR.
  94     "ldr  r0, [sp,#20]\n"
  95     "ldr  r1, [sp,#16]\n"
  96     "str  r1, [sp,#20]\n"
  97     "str  r0, [sp,#16]\n"
  98     // Return to the (newly modified) stub to invoke the real function.
  99     // The above twiddling of the saved return addresses allows us to
 100     // deallocate everything, including the LR the stub saved, all in one
 101     // pop instruction.
 102     "ldmia  sp!, {r0, r1, r2, r3, lr, pc}\n"
 103       );
 104 #else  // Not an ARM host
 105   void ARMCompilationCallback() {
 106     llvm_unreachable("Cannot call ARMCompilationCallback() on a non-ARM arch!");
 107   }
 108 #endif
 109 }
 110
 111 /// ARMCompilationCallbackC - This is the target-specific function invoked
 112 /// by the function stub when we did not know the real target of a call.
 113 /// This function must locate the start of the stub or call site and pass
 114 /// it into the JIT compiler function.
 115 extern "C" void ARMCompilationCallbackC(intptr_t StubAddr) {
 116   // Get the address of the compiled code for this function.
 117   intptr_t NewVal = (intptr_t)JITCompilerFunction((void*)StubAddr);
 118
 119   // Rewrite the call target... so that we don't end up here every time we
 120   // execute the call. We're replacing the first two instructions of the
 121   // stub with:
 122   //   ldr pc, [pc,#-4]
 123   //   <addr>
 124   if (!sys::Memory::setRangeWritable((void*)StubAddr, 8)) {
 125     llvm_unreachable("ERROR: Unable to mark stub writable");
 126   }
 127   *(intptr_t *)StubAddr = 0xe51ff004;  // ldr pc, [pc, #-4]
 128   *(intptr_t *)(StubAddr+4) = NewVal;
 129   if (!sys::Memory::setRangeExecutable((void*)StubAddr, 8)) {
 130     llvm_unreachable("ERROR: Unable to mark stub executable");
 131   }
 132 }
 133
 134 TargetJITInfo::LazyResolverFn
 135 ARMJITInfo::getLazyResolverFunction(JITCompilerFn F) {
 136   JITCompilerFunction = F;
 137   return ARMCompilationCallback;
 138 }
 139
 140 void *ARMJITInfo::emitGlobalValueIndirectSym(const GlobalValue *GV, void *Ptr,
 141                                              JITCodeEmitter &JCE) {
 142   MachineCodeEmitter::BufferState BS;
 143   JCE.startGVStub(BS, GV, 4, 4);
 144   intptr_t Addr = (intptr_t)JCE.getCurrentPCValue();
 145   if (!sys::Memory::setRangeWritable((void*)Addr, 4)) {
 146     llvm_unreachable("ERROR: Unable to mark indirect symbol writable");
 147   }
 148   JCE.emitWordLE((intptr_t)Ptr);
 149   if (!sys::Memory::setRangeExecutable((void*)Addr, 4)) {
 150     llvm_unreachable("ERROR: Unable to mark indirect symbol executable");
 151   }
 152   void *PtrAddr = JCE.finishGVStub(BS);
 153   addIndirectSymAddr(Ptr, (intptr_t)PtrAddr);
 154   return PtrAddr;
 155 }
 156
 157 void *ARMJITInfo::emitFunctionStub(const Function* F, void *Fn,
 158                                    JITCodeEmitter &JCE) {
 159   MachineCodeEmitter::BufferState BS;
 160   // If this is just a call to an external function, emit a branch instead of a
 161   // call.  The code is the same except for one bit of the last instruction.
 162   if (Fn != (void*)(intptr_t)ARMCompilationCallback) {
 163     // Branch to the corresponding function addr.
 164     if (IsPIC) {
 165       // The stub is 8-byte size and 4-aligned.
 166       intptr_t LazyPtr = getIndirectSymAddr(Fn);
 167       if (!LazyPtr) {
 168         // In PIC mode, the function stub is loading a lazy-ptr.
 169         LazyPtr= (intptr_t)emitGlobalValueIndirectSym((GlobalValue*)F, Fn, JCE);
 170         DEBUG(if (F)
 171                 errs() << "JIT: Indirect symbol emitted at [" << LazyPtr
 172                        << "] for GV '" << F->getName() << "'\n";
 173               else
 174                 errs() << "JIT: Stub emitted at [" << LazyPtr
 175                        << "] for external function at '" << Fn << "'\n");
 176       }
 177       JCE.startGVStub(BS, F, 16, 4);
 178       intptr_t Addr = (intptr_t)JCE.getCurrentPCValue();
 179       if (!sys::Memory::setRangeWritable((void*)Addr, 16)) {
 180         llvm_unreachable("ERROR: Unable to mark stub writable");
 181       }
 182       JCE.emitWordLE(0xe59fc004);            // ldr ip, [pc, #+4]
 183       JCE.emitWordLE(0xe08fc00c);            // L_func$scv: add ip, pc, ip
 184       JCE.emitWordLE(0xe59cf000);            // ldr pc, [ip]
 185       JCE.emitWordLE(LazyPtr - (Addr+4+8));  // func - (L_func$scv+8)
 186       sys::Memory::InvalidateInstructionCache((void*)Addr, 16);
 187       if (!sys::Memory::setRangeExecutable((void*)Addr, 16)) {
 188         llvm_unreachable("ERROR: Unable to mark stub executable");
 189       }
 190     } else {
 191       // The stub is 8-byte size and 4-aligned.
 192       JCE.startGVStub(BS, F, 8, 4);
 193       intptr_t Addr = (intptr_t)JCE.getCurrentPCValue();
 194       if (!sys::Memory::setRangeWritable((void*)Addr, 8)) {
 195         llvm_unreachable("ERROR: Unable to mark stub writable");
 196       }
 197       JCE.emitWordLE(0xe51ff004);    // ldr pc, [pc, #-4]
 198       JCE.emitWordLE((intptr_t)Fn);  // addr of function
 199       sys::Memory::InvalidateInstructionCache((void*)Addr, 8);
 200       if (!sys::Memory::setRangeExecutable((void*)Addr, 8)) {
 201         llvm_unreachable("ERROR: Unable to mark stub executable");
 202       }
 203     }
 204   } else {
 205     // The compilation callback will overwrite the first two words of this
 206     // stub with indirect branch instructions targeting the compiled code.
 207     // This stub sets the return address to restart the stub, so that
 208     // the new branch will be invoked when we come back.
 209     //
 210     // Branch and link to the compilation callback.
 211     // The stub is 16-byte size and 4-byte aligned.
 212     JCE.startGVStub(BS, F, 16, 4);
 213     intptr_t Addr = (intptr_t)JCE.getCurrentPCValue();
 214     if (!sys::Memory::setRangeWritable((void*)Addr, 16)) {
 215       llvm_unreachable("ERROR: Unable to mark stub writable");
 216     }
 217     // Save LR so the callback can determine which stub called it.
 218     // The compilation callback is responsible for popping this prior
 219     // to returning.
 220     JCE.emitWordLE(0xe92d4000); // push {lr}
 221     // Set the return address to go back to the start of this stub.
 222     JCE.emitWordLE(0xe24fe00c); // sub lr, pc, #12
 223     // Invoke the compilation callback.
 224     JCE.emitWordLE(0xe51ff004); // ldr pc, [pc, #-4]
 225     // The address of the compilation callback.
 226     JCE.emitWordLE((intptr_t)ARMCompilationCallback);
 227     sys::Memory::InvalidateInstructionCache((void*)Addr, 16);
 228     if (!sys::Memory::setRangeExecutable((void*)Addr, 16)) {
 229       llvm_unreachable("ERROR: Unable to mark stub executable");
 230     }
 231   }
 232
 233   return JCE.finishGVStub(BS);
 234 }
 235
 236 intptr_t ARMJITInfo::resolveRelocDestAddr(MachineRelocation *MR) const {
 237   ARM::RelocationType RT = (ARM::RelocationType)MR->getRelocationType();
 238   switch (RT) {
 239   default:
 240     return (intptr_t)(MR->getResultPointer());
 241   case ARM::reloc_arm_pic_jt:
 242     // Destination address - jump table base.
 243     return (intptr_t)(MR->getResultPointer()) - MR->getConstantVal();
 244   case ARM::reloc_arm_jt_base:
 245     // Jump table base address.
 246     return getJumpTableBaseAddr(MR->getJumpTableIndex());
 247   case ARM::reloc_arm_cp_entry:
 248   case ARM::reloc_arm_vfp_cp_entry:
 249     // Constant pool entry address.
 250     return getConstantPoolEntryAddr(MR->getConstantPoolIndex());
 251   case ARM::reloc_arm_machine_cp_entry: {
 252     ARMConstantPoolValue *ACPV = (ARMConstantPoolValue*)MR->getConstantVal();
 253     assert((!ACPV->hasModifier() && !ACPV->mustAddCurrentAddress()) &&
 254            "Can't handle this machine constant pool entry yet!");
 255     intptr_t Addr = (intptr_t)(MR->getResultPointer());
 256     Addr -= getPCLabelAddr(ACPV->getLabelId()) + ACPV->getPCAdjustment();
 257     return Addr;
 258   }
 259   }
 260 }
 261
 262 /// relocate - Before the JIT can run a block of code that has been emitted,
 263 /// it must rewrite the code to contain the actual addresses of any
 264 /// referenced global symbols.
 265 void ARMJITInfo::relocate(void *Function, MachineRelocation *MR,
 266                           unsigned NumRelocs, unsigned char* GOTBase) {
 267   for (unsigned i = 0; i != NumRelocs; ++i, ++MR) {
 268     void *RelocPos = (char*)Function + MR->getMachineCodeOffset();
 269     intptr_t ResultPtr = resolveRelocDestAddr(MR);
 270     switch ((ARM::RelocationType)MR->getRelocationType()) {
 271     case ARM::reloc_arm_cp_entry:
 272     case ARM::reloc_arm_vfp_cp_entry:
 273     case ARM::reloc_arm_relative: {
 274       // It is necessary to calculate the correct PC relative value. We
 275       // subtract the base addr from the target addr to form a byte offset.
 276       ResultPtr = ResultPtr - (intptr_t)RelocPos - 8;
 277       // If the result is positive, set bit U(23) to 1.
 278       if (ResultPtr >= 0)
 279         *((intptr_t*)RelocPos) |= 1 << ARMII::U_BitShift;
 280       else {
 281         // Otherwise, obtain the absolute value and set bit U(23) to 0.
 282         *((intptr_t*)RelocPos) &= ~(1 << ARMII::U_BitShift);
 283         ResultPtr = - ResultPtr;
 284       }
 285       // Set the immed value calculated.
 286       // VFP immediate offset is multiplied by 4.
 287       if (MR->getRelocationType() == ARM::reloc_arm_vfp_cp_entry)
 288         ResultPtr = ResultPtr >> 2;
 289       *((intptr_t*)RelocPos) |= ResultPtr;
 290       // Set register Rn to PC.
 291       *((intptr_t*)RelocPos) |=
 292         ARMRegisterInfo::getRegisterNumbering(ARM::PC) << ARMII::RegRnShift;
 293       break;
 294     }
 295     case ARM::reloc_arm_pic_jt:
 296     case ARM::reloc_arm_machine_cp_entry:
 297     case ARM::reloc_arm_absolute: {
 298       // These addresses have already been resolved.
 299       *((intptr_t*)RelocPos) |= (intptr_t)ResultPtr;
 300       break;
 301     }
 302     case ARM::reloc_arm_branch: {
 303       // It is necessary to calculate the correct value of signed_immed_24
 304       // field. We subtract the base addr from the target addr to form a
 305       // byte offset, which must be inside the range -33554432 and +33554428.
 306       // Then, we set the signed_immed_24 field of the instruction to bits
 307       // [25:2] of the byte offset. More details ARM-ARM p. A4-11.
 308       ResultPtr = ResultPtr - (intptr_t)RelocPos - 8;
 309       ResultPtr = (ResultPtr & 0x03FFFFFC) >> 2;
 310       assert(ResultPtr >= -33554432 && ResultPtr <= 33554428);
 311       *((intptr_t*)RelocPos) |= ResultPtr;
 312       break;
 313     }
 314     case ARM::reloc_arm_jt_base: {
 315       // JT base - (instruction addr + 8)
 316       ResultPtr = ResultPtr - (intptr_t)RelocPos - 8;
 317       *((intptr_t*)RelocPos) |= ResultPtr;
 318       break;
 319     }
 320     }
 321   }
 322 }