lib/Target/ARM/Thumb2SizeReduction.cpp

   1 //===-- Thumb2SizeReduction.cpp - Thumb2 code size reduction pass -*- 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 #define DEBUG_TYPE "t2-reduce-size"
  11 #include "ARM.h"
  12 #include "ARMAddressingModes.h"
  13 #include "ARMBaseRegisterInfo.h"
  14 #include "ARMBaseInstrInfo.h"
  15 #include "Thumb2InstrInfo.h"
  16 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
  17 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
  18 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
  19 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  20 #include "llvm/Support/Debug.h"
  21 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  22 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
  23 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  24 using namespace llvm;
  25
  26 STATISTIC(NumNarrows,  "Number of 32-bit instrs reduced to 16-bit ones");
  27 STATISTIC(Num2Addrs,   "Number of 32-bit instrs reduced to 2addr 16-bit ones");
  28 STATISTIC(NumLdSts,    "Number of 32-bit load / store reduced to 16-bit ones");
  29
  30 static cl::opt<int> ReduceLimit("t2-reduce-limit",
  31                                 cl::init(-1), cl::Hidden);
  32 static cl::opt<int> ReduceLimit2Addr("t2-reduce-limit2",
  33                                      cl::init(-1), cl::Hidden);
  34 static cl::opt<int> ReduceLimitLdSt("t2-reduce-limit3",
  35                                      cl::init(-1), cl::Hidden);
  36
  37 namespace {
  38   /// ReduceTable - A static table with information on mapping from wide
  39   /// opcodes to narrow
  40   struct ReduceEntry {
  41     unsigned WideOpc;      // Wide opcode
  42     unsigned NarrowOpc1;   // Narrow opcode to transform to
  43     unsigned NarrowOpc2;   // Narrow opcode when it's two-address
  44     uint8_t  Imm1Limit;    // Limit of immediate field (bits)
  45     uint8_t  Imm2Limit;    // Limit of immediate field when it's two-address
  46     unsigned LowRegs1 : 1; // Only possible if low-registers are used
  47     unsigned LowRegs2 : 1; // Only possible if low-registers are used (2addr)
  48     unsigned PredCC1  : 2; // 0 - If predicated, cc is on and vice versa.
  49                            // 1 - No cc field.
  50                            // 2 - Always set CPSR.
  51     unsigned PredCC2  : 2;
  52     unsigned Special  : 1; // Needs to be dealt with specially
  53   };
  54
  55   static const ReduceEntry ReduceTable[] = {
  56     // Wide,        Narrow1,      Narrow2,     imm1,imm2,  lo1, lo2, P/C, S
  57     { ARM::t2ADCrr, 0,            ARM::tADC,     0,   0,    0,   1,  0,0, 0 },
  58     { ARM::t2ADDri, ARM::tADDi3,  ARM::tADDi8,   3,   8,    1,   1,  0,0, 0 },
  59     { ARM::t2ADDrr, ARM::tADDrr,  ARM::tADDhirr, 0,   0,    1,   0,  0,1, 0 },
  60     // Note: immediate scale is 4.
  61     { ARM::t2ADDrSPi,ARM::tADDrSPi,0,            8,   0,    1,   0,  1,0, 1 },
  62     { ARM::t2ADDSri,ARM::tADDi3,  ARM::tADDi8,   3,   8,    1,   1,  2,2, 1 },
  63     { ARM::t2ADDSrr,ARM::tADDrr,  0,             0,   0,    1,   0,  2,0, 1 },
  64     { ARM::t2ANDrr, 0,            ARM::tAND,     0,   0,    0,   1,  0,0, 0 },
  65     { ARM::t2ASRri, ARM::tASRri,  0,             5,   0,    1,   0,  0,0, 0 },
  66     { ARM::t2ASRrr, 0,            ARM::tASRrr,   0,   0,    0,   1,  0,0, 0 },
  67     { ARM::t2BICrr, 0,            ARM::tBIC,     0,   0,    0,   1,  0,0, 0 },
  68     //FIXME: Disable CMN, as CCodes are backwards from compare expectations
  69     //{ ARM::t2CMNrr, ARM::tCMN,    0,             0,   0,    1,   0,  2,0, 0 },
  70     { ARM::t2CMPri, ARM::tCMPi8,  0,             8,   0,    1,   0,  2,0, 0 },
  71     { ARM::t2CMPrr, ARM::tCMPhir, 0,             0,   0,    0,   0,  2,0, 0 },
  72     { ARM::t2CMPzri,ARM::tCMPzi8, 0,             8,   0,    1,   0,  2,0, 0 },
  73     { ARM::t2CMPzrr,ARM::tCMPzhir,0,             0,   0,    0,   0,  2,0, 1 },
  74     { ARM::t2EORrr, 0,            ARM::tEOR,     0,   0,    0,   1,  0,0, 0 },
  75     // FIXME: adr.n immediate offset must be multiple of 4.
  76     //{ ARM::t2LEApcrelJT,ARM::tLEApcrelJT, 0,     0,   0,    1,   0,  1,0, 0 },
  77     { ARM::t2LSLri, ARM::tLSLri,  0,             5,   0,    1,   0,  0,0, 0 },
  78     { ARM::t2LSLrr, 0,            ARM::tLSLrr,   0,   0,    0,   1,  0,0, 0 },
  79     { ARM::t2LSRri, ARM::tLSRri,  0,             5,   0,    1,   0,  0,0, 0 },
  80     { ARM::t2LSRrr, 0,            ARM::tLSRrr,   0,   0,    0,   1,  0,0, 0 },
  81     { ARM::t2MOVi,  ARM::tMOVi8,  0,             8,   0,    1,   0,  0,0, 0 },
  82     { ARM::t2MOVi16,ARM::tMOVi8,  0,             8,   0,    1,   0,  0,0, 1 },
  83     // FIXME: Do we need the 16-bit 'S' variant?
  84     { ARM::t2MOVr,ARM::tMOVgpr2gpr,0,            0,   0,    0,   0,  1,0, 0 },
  85     { ARM::t2MOVCCr,0,            ARM::tMOVCCr,  0,   0,    0,   0,  0,1, 0 },
  86     { ARM::t2MOVCCi,0,            ARM::tMOVCCi,  0,   8,    0,   1,  0,1, 0 },
  87     { ARM::t2MUL,   0,            ARM::tMUL,     0,   0,    0,   1,  0,0, 0 },
  88     { ARM::t2MVNr,  ARM::tMVN,    0,             0,   0,    1,   0,  0,0, 0 },
  89     { ARM::t2ORRrr, 0,            ARM::tORR,     0,   0,    0,   1,  0,0, 0 },
  90     { ARM::t2REV,   ARM::tREV,    0,             0,   0,    1,   0,  1,0, 0 },
  91     { ARM::t2REV16, ARM::tREV16,  0,             0,   0,    1,   0,  1,0, 0 },
  92     { ARM::t2REVSH, ARM::tREVSH,  0,             0,   0,    1,   0,  1,0, 0 },
  93     { ARM::t2RORrr, 0,            ARM::tROR,     0,   0,    0,   1,  0,0, 0 },
  94     { ARM::t2RSBri, ARM::tRSB,    0,             0,   0,    1,   0,  0,0, 1 },
  95     { ARM::t2RSBSri,ARM::tRSB,    0,             0,   0,    1,   0,  2,0, 1 },
  96     { ARM::t2SBCrr, 0,            ARM::tSBC,     0,   0,    0,   1,  0,0, 0 },
  97     { ARM::t2SUBri, ARM::tSUBi3,  ARM::tSUBi8,   3,   8,    1,   1,  0,0, 0 },
  98     { ARM::t2SUBrr, ARM::tSUBrr,  0,             0,   0,    1,   0,  0,0, 0 },
  99     { ARM::t2SUBSri,ARM::tSUBi3,  ARM::tSUBi8,   3,   8,    1,   1,  2,2, 0 },
 100     { ARM::t2SUBSrr,ARM::tSUBrr,  0,             0,   0,    1,   0,  2,0, 0 },
 101     { ARM::t2SXTBr, ARM::tSXTB,   0,             0,   0,    1,   0,  1,0, 0 },
 102     { ARM::t2SXTHr, ARM::tSXTH,   0,             0,   0,    1,   0,  1,0, 0 },
 103     { ARM::t2TSTrr, ARM::tTST,    0,             0,   0,    1,   0,  2,0, 0 },
 104     { ARM::t2UXTBr, ARM::tUXTB,   0,             0,   0,    1,   0,  1,0, 0 },
 105     { ARM::t2UXTHr, ARM::tUXTH,   0,             0,   0,    1,   0,  1,0, 0 },
 106
 107     // FIXME: Clean this up after splitting each Thumb load / store opcode
 108     // into multiple ones.
 109     { ARM::t2LDRi12,ARM::tLDRi,   ARM::tLDRspi,  5,   8,    1,   0,  0,0, 1 },
 110     { ARM::t2LDRs,  ARM::tLDR,    0,             0,   0,    1,   0,  0,0, 1 },
 111     { ARM::t2LDRBi12,ARM::tLDRBi, 0,             5,   0,    1,   0,  0,0, 1 },
 112     { ARM::t2LDRBs, ARM::tLDRB,   0,             0,   0,    1,   0,  0,0, 1 },
 113     { ARM::t2LDRHi12,ARM::tLDRHi, 0,             5,   0,    1,   0,  0,0, 1 },
 114     { ARM::t2LDRHs, ARM::tLDRH,   0,             0,   0,    1,   0,  0,0, 1 },
 115     { ARM::t2LDRSBs,ARM::tLDRSB,  0,             0,   0,    1,   0,  0,0, 1 },
 116     { ARM::t2LDRSHs,ARM::tLDRSH,  0,             0,   0,    1,   0,  0,0, 1 },
 117     { ARM::t2STRi12,ARM::tSTRi,   ARM::tSTRspi,  5,   8,    1,   0,  0,0, 1 },
 118     { ARM::t2STRs,  ARM::tSTR,    0,             0,   0,    1,   0,  0,0, 1 },
 119     { ARM::t2STRBi12,ARM::tSTRBi, 0,             5,   0,    1,   0,  0,0, 1 },
 120     { ARM::t2STRBs, ARM::tSTRB,   0,             0,   0,    1,   0,  0,0, 1 },
 121     { ARM::t2STRHi12,ARM::tSTRHi, 0,             5,   0,    1,   0,  0,0, 1 },
 122     { ARM::t2STRHs, ARM::tSTRH,   0,             0,   0,    1,   0,  0,0, 1 },
 123
 124     { ARM::t2LDMIA, ARM::tLDMIA,  0,             0,   0,    1,   1,  1,1, 1 },
 125     { ARM::t2LDMIA_RET,0,         ARM::tPOP_RET, 0,   0,    1,   1,  1,1, 1 },
 126     { ARM::t2LDMIA_UPD,ARM::tLDMIA_UPD,ARM::tPOP,0,   0,    1,   1,  1,1, 1 },
 127     // ARM::t2STM (with no basereg writeback) has no Thumb1 equivalent
 128     { ARM::t2STMIA_UPD,ARM::tSTMIA_UPD, 0,       0,   0,    1,   1,  1,1, 1 },
 129     { ARM::t2STMDB_UPD, 0,        ARM::tPUSH,    0,   0,    1,   1,  1,1, 1 },
 130   };
 131
 132   class Thumb2SizeReduce : public MachineFunctionPass {
 133   public:
 134     static char ID;
 135     Thumb2SizeReduce();
 136
 137     const Thumb2InstrInfo *TII;
 138
 139     virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
 140
 141     virtual const char *getPassName() const {
 142       return "Thumb2 instruction size reduction pass";
 143     }
 144
 145   private:
 146     /// ReduceOpcodeMap - Maps wide opcode to index of entry in ReduceTable.
 147     DenseMap<unsigned, unsigned> ReduceOpcodeMap;
 148
 149     bool VerifyPredAndCC(MachineInstr *MI, const ReduceEntry &Entry,
 150                          bool is2Addr, ARMCC::CondCodes Pred,
 151                          bool LiveCPSR, bool &HasCC, bool &CCDead);
 152
 153     bool ReduceLoadStore(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
 154                          const ReduceEntry &Entry);
 155
 156     bool ReduceSpecial(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
 157                        const ReduceEntry &Entry, bool LiveCPSR);
 158
 159     /// ReduceTo2Addr - Reduce a 32-bit instruction to a 16-bit two-address
 160     /// instruction.
 161     bool ReduceTo2Addr(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
 162                        const ReduceEntry &Entry,
 163                        bool LiveCPSR);
 164
 165     /// ReduceToNarrow - Reduce a 32-bit instruction to a 16-bit
 166     /// non-two-address instruction.
 167     bool ReduceToNarrow(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
 168                         const ReduceEntry &Entry,
 169                         bool LiveCPSR);
 170
 171     /// ReduceMBB - Reduce width of instructions in the specified basic block.
 172     bool ReduceMBB(MachineBasicBlock &MBB);
 173   };
 174   char Thumb2SizeReduce::ID = 0;
 175 }
 176
 177 Thumb2SizeReduce::Thumb2SizeReduce() : MachineFunctionPass(ID) {
 178   for (unsigned i = 0, e = array_lengthof(ReduceTable); i != e; ++i) {
 179     unsigned FromOpc = ReduceTable[i].WideOpc;
 180     if (!ReduceOpcodeMap.insert(std::make_pair(FromOpc, i)).second)
 181       assert(false && "Duplicated entries?");
 182   }
 183 }
 184
 185 static bool HasImplicitCPSRDef(const TargetInstrDesc &TID) {
 186   for (const unsigned *Regs = TID.ImplicitDefs; *Regs; ++Regs)
 187     if (*Regs == ARM::CPSR)
 188       return true;
 189   return false;
 190 }
 191
 192 bool
 193 Thumb2SizeReduce::VerifyPredAndCC(MachineInstr *MI, const ReduceEntry &Entry,
 194                                   bool is2Addr, ARMCC::CondCodes Pred,
 195                                   bool LiveCPSR, bool &HasCC, bool &CCDead) {
 196   if ((is2Addr  && Entry.PredCC2 == 0) ||
 197       (!is2Addr && Entry.PredCC1 == 0)) {
 198     if (Pred == ARMCC::AL) {
 199       // Not predicated, must set CPSR.
 200       if (!HasCC) {
 201         // Original instruction was not setting CPSR, but CPSR is not
 202         // currently live anyway. It's ok to set it. The CPSR def is
 203         // dead though.
 204         if (!LiveCPSR) {
 205           HasCC = true;
 206           CCDead = true;
 207           return true;
 208         }
 209         return false;
 210       }
 211     } else {
 212       // Predicated, must not set CPSR.
 213       if (HasCC)
 214         return false;
 215     }
 216   } else if ((is2Addr  && Entry.PredCC2 == 2) ||
 217              (!is2Addr && Entry.PredCC1 == 2)) {
 218     /// Old opcode has an optional def of CPSR.
 219     if (HasCC)
 220       return true;
 221     // If old opcode does not implicitly define CPSR, then it's not ok since
 222     // these new opcodes' CPSR def is not meant to be thrown away. e.g. CMP.
 223     if (!HasImplicitCPSRDef(MI->getDesc()))
 224       return false;
 225     HasCC = true;
 226   } else {
 227     // 16-bit instruction does not set CPSR.
 228     if (HasCC)
 229       return false;
 230   }
 231
 232   return true;
 233 }
 234
 235 static bool VerifyLowRegs(MachineInstr *MI) {
 236   unsigned Opc = MI->getOpcode();
 237   bool isPCOk = (Opc == ARM::t2LDMIA_RET || Opc == ARM::t2LDMIA     ||
 238                  Opc == ARM::t2LDMDB     || Opc == ARM::t2LDMIA_UPD ||
 239                  Opc == ARM::t2LDMDB_UPD);
 240   bool isLROk = (Opc == ARM::t2STMIA_UPD || Opc == ARM::t2STMDB_UPD);
 241   bool isSPOk = isPCOk || isLROk || (Opc == ARM::t2ADDrSPi);
 242   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 243     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
 244     if (!MO.isReg() || MO.isImplicit())
 245       continue;
 246     unsigned Reg = MO.getReg();
 247     if (Reg == 0 || Reg == ARM::CPSR)
 248       continue;
 249     if (isPCOk && Reg == ARM::PC)
 250       continue;
 251     if (isLROk && Reg == ARM::LR)
 252       continue;
 253     if (Reg == ARM::SP) {
 254       if (isSPOk)
 255         continue;
 256       if (i == 1 && (Opc == ARM::t2LDRi12 || Opc == ARM::t2STRi12))
 257         // Special case for these ldr / str with sp as base register.
 258         continue;
 259     }
 260     if (!isARMLowRegister(Reg))
 261       return false;
 262   }
 263   return true;
 264 }
 265
 266 bool
 267 Thumb2SizeReduce::ReduceLoadStore(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
 268                                   const ReduceEntry &Entry) {
 269   if (ReduceLimitLdSt != -1 && ((int)NumLdSts >= ReduceLimitLdSt))
 270     return false;
 271
 272   unsigned Scale = 1;
 273   bool HasImmOffset = false;
 274   bool HasShift = false;
 275   bool HasOffReg = true;
 276   bool isLdStMul = false;
 277   unsigned Opc = Entry.NarrowOpc1;
 278   unsigned OpNum = 3; // First 'rest' of operands.
 279   uint8_t  ImmLimit = Entry.Imm1Limit;
 280
 281   switch (Entry.WideOpc) {
 282   default:
 283     llvm_unreachable("Unexpected Thumb2 load / store opcode!");
 284   case ARM::t2LDRi12:
 285   case ARM::t2STRi12: {
 286     unsigned BaseReg = MI->getOperand(1).getReg();
 287     if (BaseReg == ARM::SP) {
 288       Opc = Entry.NarrowOpc2;
 289       ImmLimit = Entry.Imm2Limit;
 290       HasOffReg = false;
 291     }
 292     Scale = 4;
 293     HasImmOffset = true;
 294     break;
 295   }
 296   case ARM::t2LDRBi12:
 297   case ARM::t2STRBi12:
 298     HasImmOffset = true;
 299     break;
 300   case ARM::t2LDRHi12:
 301   case ARM::t2STRHi12:
 302     Scale = 2;
 303     HasImmOffset = true;
 304     break;
 305   case ARM::t2LDRs:
 306   case ARM::t2LDRBs:
 307   case ARM::t2LDRHs:
 308   case ARM::t2LDRSBs:
 309   case ARM::t2LDRSHs:
 310   case ARM::t2STRs:
 311   case ARM::t2STRBs:
 312   case ARM::t2STRHs:
 313     HasShift = true;
 314     OpNum = 4;
 315     break;
 316   case ARM::t2LDMIA:
 317   case ARM::t2LDMDB: {
 318     unsigned BaseReg = MI->getOperand(0).getReg();
 319     if (!isARMLowRegister(BaseReg) || Entry.WideOpc != ARM::t2LDMIA)
 320       return false;
 321     // For the non-writeback version (this one), the base register must be
 322     // one of the registers being loaded.
 323     bool isOK = false;
 324     for (unsigned i = 4; i < MI->getNumOperands(); ++i) {
 325       if (MI->getOperand(i).getReg() == BaseReg) {
 326         isOK = true;
 327         break;
 328       }
 329     }
 330     if (!isOK)
 331       return false;
 332
 333     OpNum = 0;
 334     isLdStMul = true;
 335     break;
 336   }
 337   case ARM::t2LDMIA_RET: {
 338     unsigned BaseReg = MI->getOperand(1).getReg();
 339     if (BaseReg != ARM::SP)
 340       return false;
 341     Opc = Entry.NarrowOpc2; // tPOP_RET
 342     OpNum = 2;
 343     isLdStMul = true;
 344     break;
 345   }
 346   case ARM::t2LDMIA_UPD:
 347   case ARM::t2LDMDB_UPD:
 348   case ARM::t2STMIA_UPD:
 349   case ARM::t2STMDB_UPD: {
 350     OpNum = 0;
 351     unsigned BaseReg = MI->getOperand(1).getReg();
 352     if (BaseReg == ARM::SP &&
 353         (Entry.WideOpc == ARM::t2LDMIA_UPD ||
 354          Entry.WideOpc == ARM::t2STMDB_UPD)) {
 355       Opc = Entry.NarrowOpc2; // tPOP or tPUSH
 356       OpNum = 2;
 357     } else if (!isARMLowRegister(BaseReg) ||
 358                (Entry.WideOpc != ARM::t2LDMIA_UPD &&
 359                 Entry.WideOpc != ARM::t2STMIA_UPD)) {
 360       return false;
 361     }
 362     isLdStMul = true;
 363     break;
 364   }
 365   }
 366
 367   unsigned OffsetReg = 0;
 368   bool OffsetKill = false;
 369   if (HasShift) {
 370     OffsetReg  = MI->getOperand(2).getReg();
 371     OffsetKill = MI->getOperand(2).isKill();
 372     if (MI->getOperand(3).getImm())
 373       // Thumb1 addressing mode doesn't support shift.
 374       return false;
 375   }
 376
 377   unsigned OffsetImm = 0;
 378   if (HasImmOffset) {
 379     OffsetImm = MI->getOperand(2).getImm();
 380     unsigned MaxOffset = ((1 << ImmLimit) - 1) * Scale;
 381     if ((OffsetImm & (Scale-1)) || OffsetImm > MaxOffset)
 382       // Make sure the immediate field fits.
 383       return false;
 384   }
 385
 386   // Add the 16-bit load / store instruction.
 387   // FIXME: Thumb1 addressing mode encode both immediate and register offset.
 388   DebugLoc dl = MI->getDebugLoc();
 389   MachineInstrBuilder MIB = BuildMI(MBB, *MI, dl, TII->get(Opc));
 390   if (!isLdStMul) {
 391     MIB.addOperand(MI->getOperand(0)).addOperand(MI->getOperand(1));
 392     if (Opc != ARM::tLDRSB && Opc != ARM::tLDRSH) {
 393       // tLDRSB and tLDRSH do not have an immediate offset field. On the other
 394       // hand, it must have an offset register.
 395       // FIXME: Remove this special case.
 396       MIB.addImm(OffsetImm/Scale);
 397     }
 398     assert((!HasShift || OffsetReg) && "Invalid so_reg load / store address!");
 399
 400     if (HasOffReg)
 401       MIB.addReg(OffsetReg, getKillRegState(OffsetKill));
 402   }
 403
 404   // Transfer the rest of operands.
 405   for (unsigned e = MI->getNumOperands(); OpNum != e; ++OpNum)
 406     MIB.addOperand(MI->getOperand(OpNum));
 407
 408   // Transfer memoperands.
 409   (*MIB).setMemRefs(MI->memoperands_begin(), MI->memoperands_end());
 410
 411   DEBUG(errs() << "Converted 32-bit: " << *MI << "       to 16-bit: " << *MIB);
 412
 413   MBB.erase(MI);
 414   ++NumLdSts;
 415   return true;
 416 }
 417
 418 bool
 419 Thumb2SizeReduce::ReduceSpecial(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
 420                                 const ReduceEntry &Entry,
 421                                 bool LiveCPSR) {
 422   if (Entry.LowRegs1 && !VerifyLowRegs(MI))
 423     return false;
 424
 425   const TargetInstrDesc &TID = MI->getDesc();
 426   if (TID.mayLoad() || TID.mayStore())
 427     return ReduceLoadStore(MBB, MI, Entry);
 428
 429   unsigned Opc = MI->getOpcode();
 430   switch (Opc) {
 431   default: break;
 432   case ARM::t2ADDSri:
 433   case ARM::t2ADDSrr: {
 434     unsigned PredReg = 0;
 435     if (getInstrPredicate(MI, PredReg) == ARMCC::AL) {
 436       switch (Opc) {
 437       default: break;
 438       case ARM::t2ADDSri: {
 439         if (ReduceTo2Addr(MBB, MI, Entry, LiveCPSR))
 440           return true;
 441         // fallthrough
 442       }
 443       case ARM::t2ADDSrr:
 444         return ReduceToNarrow(MBB, MI, Entry, LiveCPSR);
 445       }
 446     }
 447     break;
 448   }
 449   case ARM::t2RSBri:
 450   case ARM::t2RSBSri:
 451     if (MI->getOperand(2).getImm() == 0)
 452       return ReduceToNarrow(MBB, MI, Entry, LiveCPSR);
 453     break;
 454   case ARM::t2MOVi16:
 455     // Can convert only 'pure' immediate operands, not immediates obtained as
 456     // globals' addresses.
 457     if (MI->getOperand(1).isImm())
 458       return ReduceToNarrow(MBB, MI, Entry, LiveCPSR);
 459     break;
 460   case ARM::t2CMPzrr: {
 461     // Try to reduce to the lo-reg only version first. Why there are two
 462     // versions of the instruction is a mystery.
 463     // It would be nice to just have two entries in the master table that
 464     // are prioritized, but the table assumes a unique entry for each
 465     // source insn opcode. So for now, we hack a local entry record to use.
 466     static const ReduceEntry NarrowEntry =
 467       { ARM::t2CMPzrr,ARM::tCMPzr, 0, 0, 0, 1, 1,2, 0, 1 };
 468     if (ReduceToNarrow(MBB, MI, NarrowEntry, LiveCPSR))
 469       return true;
 470     return ReduceToNarrow(MBB, MI, Entry, LiveCPSR);
 471   }
 472   case ARM::t2ADDrSPi: {
 473     static const ReduceEntry NarrowEntry =
 474       { ARM::t2ADDrSPi,ARM::tADDspi, 0, 7, 0, 1, 0, 1, 0, 1 };
 475     if (MI->getOperand(0).getReg() == ARM::SP)
 476       return ReduceToNarrow(MBB, MI, NarrowEntry, LiveCPSR);
 477     return ReduceToNarrow(MBB, MI, Entry, LiveCPSR);
 478   }
 479   }
 480   return false;
 481 }
 482
 483 bool
 484 Thumb2SizeReduce::ReduceTo2Addr(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
 485                                 const ReduceEntry &Entry,
 486                                 bool LiveCPSR) {
 487
 488   if (ReduceLimit2Addr != -1 && ((int)Num2Addrs >= ReduceLimit2Addr))
 489     return false;
 490
 491   unsigned Reg0 = MI->getOperand(0).getReg();
 492   unsigned Reg1 = MI->getOperand(1).getReg();
 493   if (Reg0 != Reg1) {
 494     // Try to commute the operands to make it a 2-address instruction.
 495     unsigned CommOpIdx1, CommOpIdx2;
 496     if (!TII->findCommutedOpIndices(MI, CommOpIdx1, CommOpIdx2) ||
 497         CommOpIdx1 != 1 || MI->getOperand(CommOpIdx2).getReg() != Reg0)
 498       return false;
 499     MachineInstr *CommutedMI = TII->commuteInstruction(MI);
 500     if (!CommutedMI)
 501       return false;
 502   }
 503   if (Entry.LowRegs2 && !isARMLowRegister(Reg0))
 504     return false;
 505   if (Entry.Imm2Limit) {
 506     unsigned Imm = MI->getOperand(2).getImm();
 507     unsigned Limit = (1 << Entry.Imm2Limit) - 1;
 508     if (Imm > Limit)
 509       return false;
 510   } else {
 511     unsigned Reg2 = MI->getOperand(2).getReg();
 512     if (Entry.LowRegs2 && !isARMLowRegister(Reg2))
 513       return false;
 514   }
 515
 516   // Check if it's possible / necessary to transfer the predicate.
 517   const TargetInstrDesc &NewTID = TII->get(Entry.NarrowOpc2);
 518   unsigned PredReg = 0;
 519   ARMCC::CondCodes Pred = getInstrPredicate(MI, PredReg);
 520   bool SkipPred = false;
 521   if (Pred != ARMCC::AL) {
 522     if (!NewTID.isPredicable())
 523       // Can't transfer predicate, fail.
 524       return false;
 525   } else {
 526     SkipPred = !NewTID.isPredicable();
 527   }
 528
 529   bool HasCC = false;
 530   bool CCDead = false;
 531   const TargetInstrDesc &TID = MI->getDesc();
 532   if (TID.hasOptionalDef()) {
 533     unsigned NumOps = TID.getNumOperands();
 534     HasCC = (MI->getOperand(NumOps-1).getReg() == ARM::CPSR);
 535     if (HasCC && MI->getOperand(NumOps-1).isDead())
 536       CCDead = true;
 537   }
 538   if (!VerifyPredAndCC(MI, Entry, true, Pred, LiveCPSR, HasCC, CCDead))
 539     return false;
 540
 541   // Add the 16-bit instruction.
 542   DebugLoc dl = MI->getDebugLoc();
 543   MachineInstrBuilder MIB = BuildMI(MBB, *MI, dl, NewTID);
 544   MIB.addOperand(MI->getOperand(0));
 545   if (NewTID.hasOptionalDef()) {
 546     if (HasCC)
 547       AddDefaultT1CC(MIB, CCDead);
 548     else
 549       AddNoT1CC(MIB);
 550   }
 551
 552   // Transfer the rest of operands.
 553   unsigned NumOps = TID.getNumOperands();
 554   for (unsigned i = 1, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 555     if (i < NumOps && TID.OpInfo[i].isOptionalDef())
 556       continue;
 557     if (SkipPred && TID.OpInfo[i].isPredicate())
 558       continue;
 559     MIB.addOperand(MI->getOperand(i));
 560   }
 561
 562   DEBUG(errs() << "Converted 32-bit: " << *MI << "       to 16-bit: " << *MIB);
 563
 564   MBB.erase(MI);
 565   ++Num2Addrs;
 566   return true;
 567 }
 568
 569 bool
 570 Thumb2SizeReduce::ReduceToNarrow(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
 571                                  const ReduceEntry &Entry,
 572                                  bool LiveCPSR) {
 573   if (ReduceLimit != -1 && ((int)NumNarrows >= ReduceLimit))
 574     return false;
 575
 576   unsigned Limit = ~0U;
 577   unsigned Scale = (Entry.WideOpc == ARM::t2ADDrSPi) ? 4 : 1;
 578   if (Entry.Imm1Limit)
 579     Limit = ((1 << Entry.Imm1Limit) - 1) * Scale;
 580
 581   const TargetInstrDesc &TID = MI->getDesc();
 582   for (unsigned i = 0, e = TID.getNumOperands(); i != e; ++i) {
 583     if (TID.OpInfo[i].isPredicate())
 584       continue;
 585     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
 586     if (MO.isReg()) {
 587       unsigned Reg = MO.getReg();
 588       if (!Reg || Reg == ARM::CPSR)
 589         continue;
 590       if (Entry.WideOpc == ARM::t2ADDrSPi && Reg == ARM::SP)
 591         continue;
 592       if (Entry.LowRegs1 && !isARMLowRegister(Reg))
 593         return false;
 594     } else if (MO.isImm() &&
 595                !TID.OpInfo[i].isPredicate()) {
 596       if (((unsigned)MO.getImm()) > Limit || (MO.getImm() & (Scale-1)) != 0)
 597         return false;
 598     }
 599   }
 600
 601   // Check if it's possible / necessary to transfer the predicate.
 602   const TargetInstrDesc &NewTID = TII->get(Entry.NarrowOpc1);
 603   unsigned PredReg = 0;
 604   ARMCC::CondCodes Pred = getInstrPredicate(MI, PredReg);
 605   bool SkipPred = false;
 606   if (Pred != ARMCC::AL) {
 607     if (!NewTID.isPredicable())
 608       // Can't transfer predicate, fail.
 609       return false;
 610   } else {
 611     SkipPred = !NewTID.isPredicable();
 612   }
 613
 614   bool HasCC = false;
 615   bool CCDead = false;
 616   if (TID.hasOptionalDef()) {
 617     unsigned NumOps = TID.getNumOperands();
 618     HasCC = (MI->getOperand(NumOps-1).getReg() == ARM::CPSR);
 619     if (HasCC && MI->getOperand(NumOps-1).isDead())
 620       CCDead = true;
 621   }
 622   if (!VerifyPredAndCC(MI, Entry, false, Pred, LiveCPSR, HasCC, CCDead))
 623     return false;
 624
 625   // Add the 16-bit instruction.
 626   DebugLoc dl = MI->getDebugLoc();
 627   MachineInstrBuilder MIB = BuildMI(MBB, *MI, dl, NewTID);
 628   MIB.addOperand(MI->getOperand(0));
 629   if (NewTID.hasOptionalDef()) {
 630     if (HasCC)
 631       AddDefaultT1CC(MIB, CCDead);
 632     else
 633       AddNoT1CC(MIB);
 634   }
 635
 636   // Transfer the rest of operands.
 637   unsigned NumOps = TID.getNumOperands();
 638   for (unsigned i = 1, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 639     if (i < NumOps && TID.OpInfo[i].isOptionalDef())
 640       continue;
 641     if ((TID.getOpcode() == ARM::t2RSBSri ||
 642          TID.getOpcode() == ARM::t2RSBri) && i == 2)
 643       // Skip the zero immediate operand, it's now implicit.
 644       continue;
 645     bool isPred = (i < NumOps && TID.OpInfo[i].isPredicate());
 646     if (SkipPred && isPred)
 647         continue;
 648     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
 649     if (Scale > 1 && !isPred && MO.isImm())
 650       MIB.addImm(MO.getImm() / Scale);
 651     else {
 652       if (MO.isReg() && MO.isImplicit() && MO.getReg() == ARM::CPSR)
 653         // Skip implicit def of CPSR. Either it's modeled as an optional
 654         // def now or it's already an implicit def on the new instruction.
 655         continue;
 656       MIB.addOperand(MO);
 657     }
 658   }
 659   if (!TID.isPredicable() && NewTID.isPredicable())
 660     AddDefaultPred(MIB);
 661
 662   DEBUG(errs() << "Converted 32-bit: " << *MI << "       to 16-bit: " << *MIB);
 663
 664   MBB.erase(MI);
 665   ++NumNarrows;
 666   return true;
 667 }
 668
 669 static bool UpdateCPSRDef(MachineInstr &MI, bool LiveCPSR) {
 670   bool HasDef = false;
 671   for (unsigned i = 0, e = MI.getNumOperands(); i != e; ++i) {
 672     const MachineOperand &MO = MI.getOperand(i);
 673     if (!MO.isReg() || MO.isUndef() || MO.isUse())
 674       continue;
 675     if (MO.getReg() != ARM::CPSR)
 676       continue;
 677     if (!MO.isDead())
 678       HasDef = true;
 679   }
 680
 681   return HasDef || LiveCPSR;
 682 }
 683
 684 static bool UpdateCPSRUse(MachineInstr &MI, bool LiveCPSR) {
 685   for (unsigned i = 0, e = MI.getNumOperands(); i != e; ++i) {
 686     const MachineOperand &MO = MI.getOperand(i);
 687     if (!MO.isReg() || MO.isUndef() || MO.isDef())
 688       continue;
 689     if (MO.getReg() != ARM::CPSR)
 690       continue;
 691     assert(LiveCPSR && "CPSR liveness tracking is wrong!");
 692     if (MO.isKill()) {
 693       LiveCPSR = false;
 694       break;
 695     }
 696   }
 697
 698   return LiveCPSR;
 699 }
 700
 701 bool Thumb2SizeReduce::ReduceMBB(MachineBasicBlock &MBB) {
 702   bool Modified = false;
 703
 704   // Yes, CPSR could be livein.
 705   bool LiveCPSR = MBB.isLiveIn(ARM::CPSR);
 706
 707   MachineBasicBlock::iterator MII = MBB.begin(), E = MBB.end();
 708   MachineBasicBlock::iterator NextMII;
 709   for (; MII != E; MII = NextMII) {
 710     NextMII = llvm::next(MII);
 711
 712     MachineInstr *MI = &*MII;
 713     LiveCPSR = UpdateCPSRUse(*MI, LiveCPSR);
 714
 715     unsigned Opcode = MI->getOpcode();
 716     DenseMap<unsigned, unsigned>::iterator OPI = ReduceOpcodeMap.find(Opcode);
 717     if (OPI != ReduceOpcodeMap.end()) {
 718       const ReduceEntry &Entry = ReduceTable[OPI->second];
 719       // Ignore "special" cases for now.
 720       if (Entry.Special) {
 721         if (ReduceSpecial(MBB, MI, Entry, LiveCPSR)) {
 722           Modified = true;
 723           MachineBasicBlock::iterator I = prior(NextMII);
 724           MI = &*I;
 725         }
 726         goto ProcessNext;
 727       }
 728
 729       // Try to transform to a 16-bit two-address instruction.
 730       if (Entry.NarrowOpc2 && ReduceTo2Addr(MBB, MI, Entry, LiveCPSR)) {
 731         Modified = true;
 732         MachineBasicBlock::iterator I = prior(NextMII);
 733         MI = &*I;
 734         goto ProcessNext;
 735       }
 736
 737       // Try to transform to a 16-bit non-two-address instruction.
 738       if (Entry.NarrowOpc1 && ReduceToNarrow(MBB, MI, Entry, LiveCPSR)) {
 739         Modified = true;
 740         MachineBasicBlock::iterator I = prior(NextMII);
 741         MI = &*I;
 742       }
 743     }
 744
 745   ProcessNext:
 746     LiveCPSR = UpdateCPSRDef(*MI, LiveCPSR);
 747   }
 748
 749   return Modified;
 750 }
 751
 752 bool Thumb2SizeReduce::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
 753   const TargetMachine &TM = MF.getTarget();
 754   TII = static_cast<const Thumb2InstrInfo*>(TM.getInstrInfo());
 755
 756   bool Modified = false;
 757   for (MachineFunction::iterator I = MF.begin(), E = MF.end(); I != E; ++I)
 758     Modified |= ReduceMBB(*I);
 759   return Modified;
 760 }
 761
 762 /// createThumb2SizeReductionPass - Returns an instance of the Thumb2 size
 763 /// reduction pass.
 764 FunctionPass *llvm::createThumb2SizeReductionPass() {
 765   return new Thumb2SizeReduce();
 766 }