3c207cb5de3df944271aa1df308ef02ac2a54541
[oota-llvm.git] / lib / Target / Mips / Mips16InstrInfo.cpp
1
2 //===-- Mips16InstrInfo.cpp - Mips16 Instruction Information --------------===//
3 //
4 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
5 //
6 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
7 // License. See LICENSE.TXT for details.
8 //
9 //===----------------------------------------------------------------------===//
10 //
11 // This file contains the Mips16 implementation of the TargetInstrInfo class.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14 #include "Mips16InstrInfo.h"
15 #include "InstPrinter/MipsInstPrinter.h"
16 #include "MipsMachineFunction.h"
17 #include "MipsTargetMachine.h"
18 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
19 #include "llvm/ADT/StringRef.h"
20 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
21 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
22 #include "llvm/CodeGen/RegisterScavenging.h"
23 #include "llvm/MC/MCAsmInfo.h"
24 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
25 #include "llvm/Support/Debug.h"
26 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
27 #include "llvm/Support/TargetRegistry.h"
28 #include <cctype>
29
30 using namespace llvm;
31
32 #define DEBUG_TYPE "mips16-instrinfo"
33
34 Mips16InstrInfo::Mips16InstrInfo(MipsTargetMachine &tm)
35   : MipsInstrInfo(tm, Mips::Bimm16),
36     RI(*tm.getSubtargetImpl()) {}
37
38 const MipsRegisterInfo &Mips16InstrInfo::getRegisterInfo() const {
39   return RI;
40 }
41
42 /// isLoadFromStackSlot - If the specified machine instruction is a direct
43 /// load from a stack slot, return the virtual or physical register number of
44 /// the destination along with the FrameIndex of the loaded stack slot.  If
45 /// not, return 0.  This predicate must return 0 if the instruction has
46 /// any side effects other than loading from the stack slot.
47 unsigned Mips16InstrInfo::isLoadFromStackSlot(const MachineInstr *MI,
48                                               int &FrameIndex) const {
49   return 0;
50 }
51
52 /// isStoreToStackSlot - If the specified machine instruction is a direct
53 /// store to a stack slot, return the virtual or physical register number of
54 /// the source reg along with the FrameIndex of the loaded stack slot.  If
55 /// not, return 0.  This predicate must return 0 if the instruction has
56 /// any side effects other than storing to the stack slot.
57 unsigned Mips16InstrInfo::isStoreToStackSlot(const MachineInstr *MI,
58                                              int &FrameIndex) const {
59   return 0;
60 }
61
62 void Mips16InstrInfo::copyPhysReg(MachineBasicBlock &MBB,
63                                   MachineBasicBlock::iterator I, DebugLoc DL,
64                                   unsigned DestReg, unsigned SrcReg,
65                                   bool KillSrc) const {
66   unsigned Opc = 0;
67
68   if (Mips::CPU16RegsRegClass.contains(DestReg) &&
69       Mips::GPR32RegClass.contains(SrcReg))
70     Opc = Mips::MoveR3216;
71   else if (Mips::GPR32RegClass.contains(DestReg) &&
72            Mips::CPU16RegsRegClass.contains(SrcReg))
73     Opc = Mips::Move32R16;
74   else if ((SrcReg == Mips::HI0) &&
75            (Mips::CPU16RegsRegClass.contains(DestReg)))
76     Opc = Mips::Mfhi16, SrcReg = 0;
77
78   else if ((SrcReg == Mips::LO0) &&
79            (Mips::CPU16RegsRegClass.contains(DestReg)))
80     Opc = Mips::Mflo16, SrcReg = 0;
81
82
83   assert(Opc && "Cannot copy registers");
84
85   MachineInstrBuilder MIB = BuildMI(MBB, I, DL, get(Opc));
86
87   if (DestReg)
88     MIB.addReg(DestReg, RegState::Define);
89
90   if (SrcReg)
91     MIB.addReg(SrcReg, getKillRegState(KillSrc));
92 }
93
94 void Mips16InstrInfo::storeRegToStack(MachineBasicBlock &MBB,
95                                       MachineBasicBlock::iterator I,
96                                       unsigned SrcReg, bool isKill, int FI,
97                                       const TargetRegisterClass *RC,
98                                       const TargetRegisterInfo *TRI,
99                                       int64_t Offset) const {
100   DebugLoc DL;
101   if (I != MBB.end()) DL = I->getDebugLoc();
102   MachineMemOperand *MMO = GetMemOperand(MBB, FI, MachineMemOperand::MOStore);
103   unsigned Opc = 0;
104   if (Mips::CPU16RegsRegClass.hasSubClassEq(RC))
105     Opc = Mips::SwRxSpImmX16;
106   assert(Opc && "Register class not handled!");
107   BuildMI(MBB, I, DL, get(Opc)).addReg(SrcReg, getKillRegState(isKill)).
108       addFrameIndex(FI).addImm(Offset)
109       .addMemOperand(MMO);
110 }
111
112 void Mips16InstrInfo::loadRegFromStack(MachineBasicBlock &MBB,
113                                        MachineBasicBlock::iterator I,
114                                        unsigned DestReg, int FI,
115                                        const TargetRegisterClass *RC,
116                                        const TargetRegisterInfo *TRI,
117                                        int64_t Offset) const {
118   DebugLoc DL;
119   if (I != MBB.end()) DL = I->getDebugLoc();
120   MachineMemOperand *MMO = GetMemOperand(MBB, FI, MachineMemOperand::MOLoad);
121   unsigned Opc = 0;
122
123   if (Mips::CPU16RegsRegClass.hasSubClassEq(RC))
124     Opc = Mips::LwRxSpImmX16;
125   assert(Opc && "Register class not handled!");
126   BuildMI(MBB, I, DL, get(Opc), DestReg).addFrameIndex(FI).addImm(Offset)
127     .addMemOperand(MMO);
128 }
129
130 bool Mips16InstrInfo::expandPostRAPseudo(MachineBasicBlock::iterator MI) const {
131   MachineBasicBlock &MBB = *MI->getParent();
132   switch(MI->getDesc().getOpcode()) {
133   default:
134     return false;
135   case Mips::RetRA16:
136     ExpandRetRA16(MBB, MI, Mips::JrcRa16);
137     break;
138   }
139
140   MBB.erase(MI);
141   return true;
142 }
143
144 /// GetOppositeBranchOpc - Return the inverse of the specified
145 /// opcode, e.g. turning BEQ to BNE.
146 unsigned Mips16InstrInfo::getOppositeBranchOpc(unsigned Opc) const {
147   switch (Opc) {
148   default:  llvm_unreachable("Illegal opcode!");
149   case Mips::BeqzRxImmX16: return Mips::BnezRxImmX16;
150   case Mips::BnezRxImmX16: return Mips::BeqzRxImmX16;
151   case Mips::BeqzRxImm16: return Mips::BnezRxImm16;
152   case Mips::BnezRxImm16: return Mips::BeqzRxImm16;
153   case Mips::BteqzT8CmpX16: return Mips::BtnezT8CmpX16;
154   case Mips::BteqzT8SltX16: return Mips::BtnezT8SltX16;
155   case Mips::BteqzT8SltiX16: return Mips::BtnezT8SltiX16;
156   case Mips::Btnez16: return Mips::Bteqz16;
157   case Mips::BtnezX16: return Mips::BteqzX16;
158   case Mips::BtnezT8CmpiX16: return Mips::BteqzT8CmpiX16;
159   case Mips::BtnezT8SltuX16: return Mips::BteqzT8SltuX16;
160   case Mips::BtnezT8SltiuX16: return Mips::BteqzT8SltiuX16;
161   case Mips::Bteqz16: return Mips::Btnez16;
162   case Mips::BteqzX16: return Mips::BtnezX16;
163   case Mips::BteqzT8CmpiX16: return Mips::BtnezT8CmpiX16;
164   case Mips::BteqzT8SltuX16: return Mips::BtnezT8SltuX16;
165   case Mips::BteqzT8SltiuX16: return Mips::BtnezT8SltiuX16;
166   case Mips::BtnezT8CmpX16: return Mips::BteqzT8CmpX16;
167   case Mips::BtnezT8SltX16: return Mips::BteqzT8SltX16;
168   case Mips::BtnezT8SltiX16: return Mips::BteqzT8SltiX16;
169   }
170   assert(false && "Implement this function.");
171   return 0;
172 }
173
174 static void addSaveRestoreRegs(MachineInstrBuilder &MIB,
175                                const std::vector<CalleeSavedInfo> &CSI,
176                                unsigned Flags = 0) {
177   for (unsigned i = 0, e = CSI.size(); i != e; ++i) {
178     // Add the callee-saved register as live-in. Do not add if the register is
179     // RA and return address is taken, because it has already been added in
180     // method MipsTargetLowering::LowerRETURNADDR.
181     // It's killed at the spill, unless the register is RA and return address
182     // is taken.
183     unsigned Reg = CSI[e-i-1].getReg();
184     switch (Reg) {
185     case Mips::RA:
186     case Mips::S0:
187     case Mips::S1:
188       MIB.addReg(Reg, Flags);
189       break;
190     case Mips::S2:
191       break;
192     default:
193       llvm_unreachable("unexpected mips16 callee saved register");
194
195     }
196   }
197 }
198 // Adjust SP by FrameSize bytes. Save RA, S0, S1
199 void Mips16InstrInfo::makeFrame(unsigned SP, int64_t FrameSize,
200                                 MachineBasicBlock &MBB,
201                                 MachineBasicBlock::iterator I) const {
202   DebugLoc DL = I != MBB.end() ? I->getDebugLoc() : DebugLoc();
203   MachineFunction &MF = *MBB.getParent();
204   MachineFrameInfo *MFI    = MF.getFrameInfo();
205   const BitVector Reserved = RI.getReservedRegs(MF);
206   bool SaveS2 = Reserved[Mips::S2];
207   MachineInstrBuilder MIB;
208   unsigned Opc = ((FrameSize <= 128) && !SaveS2)? Mips::Save16:Mips::SaveX16;
209   MIB = BuildMI(MBB, I, DL, get(Opc));
210   const std::vector<CalleeSavedInfo> &CSI = MFI->getCalleeSavedInfo();
211   addSaveRestoreRegs(MIB, CSI);
212   if (SaveS2)
213     MIB.addReg(Mips::S2);
214   if (isUInt<11>(FrameSize))
215     MIB.addImm(FrameSize);
216   else {
217     int Base = 2040; // should create template function like isUInt that
218                      // returns largest possible n bit unsigned integer
219     int64_t Remainder = FrameSize - Base;
220     MIB.addImm(Base);
221     if (isInt<16>(-Remainder))
222       BuildAddiuSpImm(MBB, I, -Remainder);
223     else
224       adjustStackPtrBig(SP, -Remainder, MBB, I, Mips::V0, Mips::V1);
225   }
226 }
227
228 // Adjust SP by FrameSize bytes. Restore RA, S0, S1
229 void Mips16InstrInfo::restoreFrame(unsigned SP, int64_t FrameSize,
230                                    MachineBasicBlock &MBB,
231                                    MachineBasicBlock::iterator I) const {
232   DebugLoc DL = I != MBB.end() ? I->getDebugLoc() : DebugLoc();
233   MachineFunction *MF = MBB.getParent();
234   MachineFrameInfo *MFI    = MF->getFrameInfo();
235   const BitVector Reserved = RI.getReservedRegs(*MF);
236   bool SaveS2 = Reserved[Mips::S2];
237   MachineInstrBuilder MIB;
238   unsigned Opc = ((FrameSize <= 128) && !SaveS2)?
239     Mips::Restore16:Mips::RestoreX16;
240
241   if (!isUInt<11>(FrameSize)) {
242     unsigned Base = 2040;
243     int64_t Remainder = FrameSize - Base;
244     FrameSize = Base; // should create template function like isUInt that
245                      // returns largest possible n bit unsigned integer
246
247     if (isInt<16>(Remainder))
248       BuildAddiuSpImm(MBB, I, Remainder);
249     else
250       adjustStackPtrBig(SP, Remainder, MBB, I, Mips::A0, Mips::A1);
251   }
252   MIB = BuildMI(MBB, I, DL, get(Opc));
253   const std::vector<CalleeSavedInfo> &CSI = MFI->getCalleeSavedInfo();
254   addSaveRestoreRegs(MIB, CSI, RegState::Define);
255   if (SaveS2)
256     MIB.addReg(Mips::S2, RegState::Define);
257   MIB.addImm(FrameSize);
258 }
259
260 // Adjust SP by Amount bytes where bytes can be up to 32bit number.
261 // This can only be called at times that we know that there is at least one free
262 // register.
263 // This is clearly safe at prologue and epilogue.
264 //
265 void Mips16InstrInfo::adjustStackPtrBig(unsigned SP, int64_t Amount,
266                                         MachineBasicBlock &MBB,
267                                         MachineBasicBlock::iterator I,
268                                         unsigned Reg1, unsigned Reg2) const {
269   DebugLoc DL = I != MBB.end() ? I->getDebugLoc() : DebugLoc();
270   //
271   // li reg1, constant
272   // move reg2, sp
273   // add reg1, reg1, reg2
274   // move sp, reg1
275   //
276   //
277   MachineInstrBuilder MIB1 = BuildMI(MBB, I, DL, get(Mips::LwConstant32), Reg1);
278   MIB1.addImm(Amount).addImm(-1);
279   MachineInstrBuilder MIB2 = BuildMI(MBB, I, DL, get(Mips::MoveR3216), Reg2);
280   MIB2.addReg(Mips::SP, RegState::Kill);
281   MachineInstrBuilder MIB3 = BuildMI(MBB, I, DL, get(Mips::AdduRxRyRz16), Reg1);
282   MIB3.addReg(Reg1);
283   MIB3.addReg(Reg2, RegState::Kill);
284   MachineInstrBuilder MIB4 = BuildMI(MBB, I, DL, get(Mips::Move32R16),
285                                                      Mips::SP);
286   MIB4.addReg(Reg1, RegState::Kill);
287 }
288
289 void Mips16InstrInfo::adjustStackPtrBigUnrestricted(
290     unsigned SP, int64_t Amount, MachineBasicBlock &MBB,
291     MachineBasicBlock::iterator I) const {
292    assert(false && "adjust stack pointer amount exceeded");
293 }
294
295 /// Adjust SP by Amount bytes.
296 void Mips16InstrInfo::adjustStackPtr(unsigned SP, int64_t Amount,
297                                      MachineBasicBlock &MBB,
298                                      MachineBasicBlock::iterator I) const {
299   if (isInt<16>(Amount))  // need to change to addiu sp, ....and isInt<16>
300     BuildAddiuSpImm(MBB, I, Amount);
301   else
302     adjustStackPtrBigUnrestricted(SP, Amount, MBB, I);
303 }
304
305 /// This function generates the sequence of instructions needed to get the
306 /// result of adding register REG and immediate IMM.
307 unsigned Mips16InstrInfo::loadImmediate(unsigned FrameReg, int64_t Imm,
308                                         MachineBasicBlock &MBB,
309                                         MachineBasicBlock::iterator II,
310                                         DebugLoc DL, unsigned &NewImm) const {
311   //
312   // given original instruction is:
313   // Instr rx, T[offset] where offset is too big.
314   //
315   // lo = offset & 0xFFFF
316   // hi = ((offset >> 16) + (lo >> 15)) & 0xFFFF;
317   //
318   // let T = temporary register
319   // li T, hi
320   // shl T, 16
321   // add T, Rx, T
322   //
323   RegScavenger rs;
324   int32_t lo = Imm & 0xFFFF;
325   NewImm = lo;
326   int Reg =0;
327   int SpReg = 0;
328
329   rs.enterBasicBlock(&MBB);
330   rs.forward(II);
331   //
332   // We need to know which registers can be used, in the case where there
333   // are not enough free registers. We exclude all registers that
334   // are used in the instruction that we are helping.
335   //  // Consider all allocatable registers in the register class initially
336   BitVector Candidates =
337       RI.getAllocatableSet
338       (*II->getParent()->getParent(), &Mips::CPU16RegsRegClass);
339   // Exclude all the registers being used by the instruction.
340   for (unsigned i = 0, e = II->getNumOperands(); i != e; ++i) {
341     MachineOperand &MO = II->getOperand(i);
342     if (MO.isReg() && MO.getReg() != 0 && !MO.isDef() &&
343         !TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg()))
344       Candidates.reset(MO.getReg());
345   }
346
347   // If the same register was used and defined in an instruction, then
348   // it will not be in the list of candidates.
349   //
350   // we need to analyze the instruction that we are helping.
351   // we need to know if it defines register x but register x is not
352   // present as an operand of the instruction. this tells
353   // whether the register is live before the instruction. if it's not
354   // then we don't need to save it in case there are no free registers.
355   int DefReg = 0;
356   for (unsigned i = 0, e = II->getNumOperands(); i != e; ++i) {
357     MachineOperand &MO = II->getOperand(i);
358     if (MO.isReg() && MO.isDef()) {
359       DefReg = MO.getReg();
360       break;
361     }
362   }
363
364   BitVector Available = rs.getRegsAvailable(&Mips::CPU16RegsRegClass);
365   Available &= Candidates;
366   //
367   // we use T0 for the first register, if we need to save something away.
368   // we use T1 for the second register, if we need to save something away.
369   //
370   unsigned FirstRegSaved =0, SecondRegSaved=0;
371   unsigned FirstRegSavedTo = 0, SecondRegSavedTo = 0;
372
373   Reg = Available.find_first();
374
375   if (Reg == -1) {
376     Reg = Candidates.find_first();
377     Candidates.reset(Reg);
378     if (DefReg != Reg) {
379       FirstRegSaved = Reg;
380       FirstRegSavedTo = Mips::T0;
381       copyPhysReg(MBB, II, DL, FirstRegSavedTo, FirstRegSaved, true);
382     }
383   }
384   else
385     Available.reset(Reg);
386   BuildMI(MBB, II, DL, get(Mips::LwConstant32), Reg).addImm(Imm).addImm(-1);
387   NewImm = 0;
388   if (FrameReg == Mips::SP) {
389     SpReg = Available.find_first();
390     if (SpReg == -1) {
391       SpReg = Candidates.find_first();
392       // Candidates.reset(SpReg); // not really needed
393       if (DefReg!= SpReg) {
394         SecondRegSaved = SpReg;
395         SecondRegSavedTo = Mips::T1;
396       }
397       if (SecondRegSaved)
398         copyPhysReg(MBB, II, DL, SecondRegSavedTo, SecondRegSaved, true);
399     }
400    else
401      Available.reset(SpReg);
402     copyPhysReg(MBB, II, DL, SpReg, Mips::SP, false);
403     BuildMI(MBB, II, DL, get(Mips::  AdduRxRyRz16), Reg).addReg(SpReg, RegState::Kill)
404       .addReg(Reg);
405   }
406   else
407     BuildMI(MBB, II, DL, get(Mips::  AdduRxRyRz16), Reg).addReg(FrameReg)
408       .addReg(Reg, RegState::Kill);
409   if (FirstRegSaved || SecondRegSaved) {
410     II = std::next(II);
411     if (FirstRegSaved)
412       copyPhysReg(MBB, II, DL, FirstRegSaved, FirstRegSavedTo, true);
413     if (SecondRegSaved)
414       copyPhysReg(MBB, II, DL, SecondRegSaved, SecondRegSavedTo, true);
415   }
416   return Reg;
417 }
418
419 unsigned Mips16InstrInfo::getAnalyzableBrOpc(unsigned Opc) const {
420   return (Opc == Mips::BeqzRxImmX16   || Opc == Mips::BimmX16  ||
421           Opc == Mips::Bimm16  ||
422           Opc == Mips::Bteqz16        || Opc == Mips::Btnez16 ||
423           Opc == Mips::BeqzRxImm16    || Opc == Mips::BnezRxImm16   ||
424           Opc == Mips::BnezRxImmX16   || Opc == Mips::BteqzX16 ||
425           Opc == Mips::BteqzT8CmpX16  || Opc == Mips::BteqzT8CmpiX16 ||
426           Opc == Mips::BteqzT8SltX16  || Opc == Mips::BteqzT8SltuX16  ||
427           Opc == Mips::BteqzT8SltiX16 || Opc == Mips::BteqzT8SltiuX16 ||
428           Opc == Mips::BtnezX16       || Opc == Mips::BtnezT8CmpX16 ||
429           Opc == Mips::BtnezT8CmpiX16 || Opc == Mips::BtnezT8SltX16 ||
430           Opc == Mips::BtnezT8SltuX16 || Opc == Mips::BtnezT8SltiX16 ||
431           Opc == Mips::BtnezT8SltiuX16 ) ? Opc : 0;
432 }
433
434 void Mips16InstrInfo::ExpandRetRA16(MachineBasicBlock &MBB,
435                                   MachineBasicBlock::iterator I,
436                                   unsigned Opc) const {
437   BuildMI(MBB, I, I->getDebugLoc(), get(Opc));
438 }
439
440 const MCInstrDesc &Mips16InstrInfo::AddiuSpImm(int64_t Imm) const {
441   if (validSpImm8(Imm))
442     return get(Mips::AddiuSpImm16);
443   else
444     return get(Mips::AddiuSpImmX16);
445 }
446
447 void Mips16InstrInfo::BuildAddiuSpImm
448   (MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator I, int64_t Imm) const {
449   DebugLoc DL = I != MBB.end() ? I->getDebugLoc() : DebugLoc();
450   BuildMI(MBB, I, DL, AddiuSpImm(Imm)).addImm(Imm);
451 }
452
453 const MipsInstrInfo *llvm::createMips16InstrInfo(MipsTargetMachine &TM) {
454   return new Mips16InstrInfo(TM);
455 }
456
457 bool Mips16InstrInfo::validImmediate(unsigned Opcode, unsigned Reg,
458                                      int64_t Amount) {
459   switch (Opcode) {
460   case Mips::LbRxRyOffMemX16:
461   case Mips::LbuRxRyOffMemX16:
462   case Mips::LhRxRyOffMemX16:
463   case Mips::LhuRxRyOffMemX16:
464   case Mips::SbRxRyOffMemX16:
465   case Mips::ShRxRyOffMemX16:
466   case Mips::LwRxRyOffMemX16:
467   case Mips::SwRxRyOffMemX16:
468   case Mips::SwRxSpImmX16:
469   case Mips::LwRxSpImmX16:
470     return isInt<16>(Amount);
471   case Mips::AddiuRxRyOffMemX16:
472     if ((Reg == Mips::PC) || (Reg == Mips::SP))
473       return isInt<16>(Amount);
474     return isInt<15>(Amount);
475   }
476   llvm_unreachable("unexpected Opcode in validImmediate");
477 }
478
479 /// Measure the specified inline asm to determine an approximation of its
480 /// length.
481 /// Comments (which run till the next SeparatorString or newline) do not
482 /// count as an instruction.
483 /// Any other non-whitespace text is considered an instruction, with
484 /// multiple instructions separated by SeparatorString or newlines.
485 /// Variable-length instructions are not handled here; this function
486 /// may be overloaded in the target code to do that.
487 /// We implement the special case of the .space directive taking only an
488 /// integer argument, which is the size in bytes. This is used for creating
489 /// inline code spacing for testing purposes using inline assembly.
490 ///
491 unsigned Mips16InstrInfo::getInlineAsmLength(const char *Str,
492                                              const MCAsmInfo &MAI) const {
493
494   // Count the number of instructions in the asm.
495   bool atInsnStart = true;
496   unsigned Length = 0;
497   for (; *Str; ++Str) {
498     if (*Str == '\n' || strncmp(Str, MAI.getSeparatorString(),
499                                 strlen(MAI.getSeparatorString())) == 0)
500       atInsnStart = true;
501     if (atInsnStart && !std::isspace(static_cast<unsigned char>(*Str))) {
502       if (strncmp(Str, ".space", 6)==0) {
503         char *EStr; int Sz;
504         Sz = strtol(Str+6, &EStr, 10);
505         while (isspace(*EStr)) ++EStr;
506         if (*EStr=='\0') {
507           DEBUG(dbgs() << "parsed .space " << Sz << '\n');
508           return Sz;
509         }
510       }
511       Length += MAI.getMaxInstLength();
512       atInsnStart = false;
513     }
514     if (atInsnStart && strncmp(Str, MAI.getCommentString(),
515                                strlen(MAI.getCommentString())) == 0)
516       atInsnStart = false;
517   }
518
519   return Length;
520 }