lib/Target/PowerPC/MCTargetDesc/PPCMachObjectWriter.cpp

   1 //===-- PPCMachObjectWriter.cpp - PPC Mach-O Writer -----------------------===//
   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 #include "MCTargetDesc/PPCMCTargetDesc.h"
  11 #include "MCTargetDesc/PPCFixupKinds.h"
  12 #include "llvm/ADT/Twine.h"
  13 #include "llvm/MC/MCAsmLayout.h"
  14 #include "llvm/MC/MCAssembler.h"
  15 #include "llvm/MC/MCContext.h"
  16 #include "llvm/MC/MCMachObjectWriter.h"
  17 #include "llvm/MC/MCSectionMachO.h"
  18 #include "llvm/MC/MCValue.h"
  19 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  20 #include "llvm/Support/Format.h"
  21 #include "llvm/Support/MachO.h"
  22
  23 using namespace llvm;
  24
  25 namespace {
  26 class PPCMachObjectWriter : public MCMachObjectTargetWriter {
  27   bool RecordScatteredRelocation(MachObjectWriter *Writer,
  28                                  const MCAssembler &Asm,
  29                                  const MCAsmLayout &Layout,
  30                                  const MCFragment *Fragment,
  31                                  const MCFixup &Fixup, MCValue Target,
  32                                  unsigned Log2Size, uint64_t &FixedValue);
  33
  34   void RecordPPCRelocation(MachObjectWriter *Writer, const MCAssembler &Asm,
  35                            const MCAsmLayout &Layout,
  36                            const MCFragment *Fragment, const MCFixup &Fixup,
  37                            MCValue Target, uint64_t &FixedValue);
  38
  39 public:
  40   PPCMachObjectWriter(bool Is64Bit, uint32_t CPUType, uint32_t CPUSubtype)
  41       : MCMachObjectTargetWriter(Is64Bit, CPUType, CPUSubtype,
  42                                  /*UseAggressiveSymbolFolding=*/Is64Bit) {}
  43
  44   void RecordRelocation(MachObjectWriter *Writer, MCAssembler &Asm,
  45                         const MCAsmLayout &Layout, const MCFragment *Fragment,
  46                         const MCFixup &Fixup, MCValue Target,
  47                         uint64_t &FixedValue) override {
  48     if (Writer->is64Bit()) {
  49       report_fatal_error("Relocation emission for MachO/PPC64 unimplemented.");
  50     } else
  51       RecordPPCRelocation(Writer, Asm, Layout, Fragment, Fixup, Target,
  52                           FixedValue);
  53   }
  54 };
  55 }
  56
  57 /// computes the log2 of the size of the relocation,
  58 /// used for relocation_info::r_length.
  59 static unsigned getFixupKindLog2Size(unsigned Kind) {
  60   switch (Kind) {
  61   default:
  62     report_fatal_error("log2size(FixupKind): Unhandled fixup kind!");
  63   case FK_PCRel_1:
  64   case FK_Data_1:
  65     return 0;
  66   case FK_PCRel_2:
  67   case FK_Data_2:
  68     return 1;
  69   case FK_PCRel_4:
  70   case PPC::fixup_ppc_brcond14:
  71   case PPC::fixup_ppc_half16:
  72   case PPC::fixup_ppc_br24:
  73   case FK_Data_4:
  74     return 2;
  75   case FK_PCRel_8:
  76   case FK_Data_8:
  77     return 3;
  78   }
  79   return 0;
  80 }
  81
  82 /// Translates generic PPC fixup kind to Mach-O/PPC relocation type enum.
  83 /// Outline based on PPCELFObjectWriter::GetRelocType().
  84 static unsigned getRelocType(const MCValue &Target,
  85                              const MCFixupKind FixupKind, // from
  86                                                           // Fixup.getKind()
  87                              const bool IsPCRel) {
  88   const MCSymbolRefExpr::VariantKind Modifier =
  89       Target.isAbsolute() ? MCSymbolRefExpr::VK_None
  90                           : Target.getSymA()->getKind();
  91   // determine the type of the relocation
  92   unsigned Type = MachO::GENERIC_RELOC_VANILLA;
  93   if (IsPCRel) { // relative to PC
  94     switch ((unsigned)FixupKind) {
  95     default:
  96       report_fatal_error("Unimplemented fixup kind (relative)");
  97     case PPC::fixup_ppc_br24:
  98       Type = MachO::PPC_RELOC_BR24; // R_PPC_REL24
  99       break;
 100     case PPC::fixup_ppc_brcond14:
 101       Type = MachO::PPC_RELOC_BR14;
 102       break;
 103     case PPC::fixup_ppc_half16:
 104       switch (Modifier) {
 105       default:
 106         llvm_unreachable("Unsupported modifier for half16 fixup");
 107       case MCSymbolRefExpr::VK_PPC_HA:
 108         Type = MachO::PPC_RELOC_HA16;
 109         break;
 110       case MCSymbolRefExpr::VK_PPC_LO:
 111         Type = MachO::PPC_RELOC_LO16;
 112         break;
 113       case MCSymbolRefExpr::VK_PPC_HI:
 114         Type = MachO::PPC_RELOC_HI16;
 115         break;
 116       }
 117       break;
 118     }
 119   } else {
 120     switch ((unsigned)FixupKind) {
 121     default:
 122       report_fatal_error("Unimplemented fixup kind (absolute)!");
 123     case PPC::fixup_ppc_half16:
 124       switch (Modifier) {
 125       default:
 126         llvm_unreachable("Unsupported modifier for half16 fixup");
 127       case MCSymbolRefExpr::VK_PPC_HA:
 128         Type = MachO::PPC_RELOC_HA16_SECTDIFF;
 129         break;
 130       case MCSymbolRefExpr::VK_PPC_LO:
 131         Type = MachO::PPC_RELOC_LO16_SECTDIFF;
 132         break;
 133       case MCSymbolRefExpr::VK_PPC_HI:
 134         Type = MachO::PPC_RELOC_HI16_SECTDIFF;
 135         break;
 136       }
 137       break;
 138     case FK_Data_4:
 139       break;
 140     case FK_Data_2:
 141       break;
 142     }
 143   }
 144   return Type;
 145 }
 146
 147 static void makeRelocationInfo(MachO::any_relocation_info &MRE,
 148                                const uint32_t FixupOffset, const uint32_t Index,
 149                                const unsigned IsPCRel, const unsigned Log2Size,
 150                                const unsigned IsExtern, const unsigned Type) {
 151   MRE.r_word0 = FixupOffset;
 152   // The bitfield offsets that work (as determined by trial-and-error)
 153   // are different than what is documented in the mach-o manuals.
 154   // This appears to be an endianness issue; reversing the order of the
 155   // documented bitfields in <llvm/Support/MachO.h> fixes this (but
 156   // breaks x86/ARM assembly).
 157   MRE.r_word1 = ((Index << 8) |    // was << 0
 158                  (IsPCRel << 7) |  // was << 24
 159                  (Log2Size << 5) | // was << 25
 160                  (IsExtern << 4) | // was << 27
 161                  (Type << 0));     // was << 28
 162 }
 163
 164 static void
 165 makeScatteredRelocationInfo(MachO::any_relocation_info &MRE,
 166                             const uint32_t Addr, const unsigned Type,
 167                             const unsigned Log2Size, const unsigned IsPCRel,
 168                             const uint32_t Value2) {
 169   // For notes on bitfield positions and endianness, see:
 170   // https://developer.apple.com/library/mac/documentation/developertools/conceptual/MachORuntime/Reference/reference.html#//apple_ref/doc/uid/20001298-scattered_relocation_entry
 171   MRE.r_word0 = ((Addr << 0) | (Type << 24) | (Log2Size << 28) |
 172                  (IsPCRel << 30) | MachO::R_SCATTERED);
 173   MRE.r_word1 = Value2;
 174 }
 175
 176 /// Compute fixup offset (address).
 177 static uint32_t getFixupOffset(const MCAsmLayout &Layout,
 178                                const MCFragment *Fragment,
 179                                const MCFixup &Fixup) {
 180   uint32_t FixupOffset = Layout.getFragmentOffset(Fragment) + Fixup.getOffset();
 181   // On Mach-O, ppc_fixup_half16 relocations must refer to the
 182   // start of the instruction, not the second halfword, as ELF does
 183   if (unsigned(Fixup.getKind()) == PPC::fixup_ppc_half16)
 184     FixupOffset &= ~uint32_t(3);
 185   return FixupOffset;
 186 }
 187
 188 /// \return false if falling back to using non-scattered relocation,
 189 /// otherwise true for normal scattered relocation.
 190 /// based on X86MachObjectWriter::RecordScatteredRelocation
 191 /// and ARMMachObjectWriter::RecordScatteredRelocation
 192 bool PPCMachObjectWriter::RecordScatteredRelocation(
 193     MachObjectWriter *Writer, const MCAssembler &Asm, const MCAsmLayout &Layout,
 194     const MCFragment *Fragment, const MCFixup &Fixup, MCValue Target,
 195     unsigned Log2Size, uint64_t &FixedValue) {
 196   // caller already computes these, can we just pass and reuse?
 197   const uint32_t FixupOffset = getFixupOffset(Layout, Fragment, Fixup);
 198   const MCFixupKind FK = Fixup.getKind();
 199   const unsigned IsPCRel = Writer->isFixupKindPCRel(Asm, FK);
 200   const unsigned Type = getRelocType(Target, FK, IsPCRel);
 201
 202   // Is this a local or SECTDIFF relocation entry?
 203   // SECTDIFF relocation entries have symbol subtractions,
 204   // and require two entries, the first for the add-symbol value,
 205   // the second for the subtract-symbol value.
 206
 207   // See <reloc.h>.
 208   const MCSymbol *A = &Target.getSymA()->getSymbol();
 209
 210   if (!A->getFragment())
 211     report_fatal_error("symbol '" + A->getName() +
 212                        "' can not be undefined in a subtraction expression");
 213
 214   uint32_t Value = Writer->getSymbolAddress(*A, Layout);
 215   uint64_t SecAddr = Writer->getSectionAddress(A->getFragment()->getParent());
 216   FixedValue += SecAddr;
 217   uint32_t Value2 = 0;
 218
 219   if (const MCSymbolRefExpr *B = Target.getSymB()) {
 220     const MCSymbol *SB = &B->getSymbol();
 221
 222     if (!SB->getFragment())
 223       report_fatal_error("symbol '" + B->getSymbol().getName() +
 224                          "' can not be undefined in a subtraction expression");
 225
 226     // FIXME: is Type correct? see include/llvm/Support/MachO.h
 227     Value2 = Writer->getSymbolAddress(B->getSymbol(), Layout);
 228     FixedValue -= Writer->getSectionAddress(SB->getFragment()->getParent());
 229   }
 230   // FIXME: does FixedValue get used??
 231
 232   // Relocations are written out in reverse order, so the PAIR comes first.
 233   if (Type == MachO::PPC_RELOC_SECTDIFF ||
 234       Type == MachO::PPC_RELOC_HI16_SECTDIFF ||
 235       Type == MachO::PPC_RELOC_LO16_SECTDIFF ||
 236       Type == MachO::PPC_RELOC_HA16_SECTDIFF ||
 237       Type == MachO::PPC_RELOC_LO14_SECTDIFF ||
 238       Type == MachO::PPC_RELOC_LOCAL_SECTDIFF) {
 239     // X86 had this piece, but ARM does not
 240     // If the offset is too large to fit in a scattered relocation,
 241     // we're hosed. It's an unfortunate limitation of the MachO format.
 242     if (FixupOffset > 0xffffff) {
 243       char Buffer[32];
 244       format("0x%x", FixupOffset).print(Buffer, sizeof(Buffer));
 245       Asm.getContext().reportFatalError(Fixup.getLoc(),
 246                                   Twine("Section too large, can't encode "
 247                                         "r_address (") +
 248                                       Buffer + ") into 24 bits of scattered "
 249                                                "relocation entry.");
 250       llvm_unreachable("fatal error returned?!");
 251     }
 252
 253     // Is this supposed to follow MCTarget/PPCAsmBackend.cpp:adjustFixupValue()?
 254     // see PPCMCExpr::evaluateAsRelocatableImpl()
 255     uint32_t other_half = 0;
 256     switch (Type) {
 257     case MachO::PPC_RELOC_LO16_SECTDIFF:
 258       other_half = (FixedValue >> 16) & 0xffff;
 259       // applyFixupOffset longer extracts the high part because it now assumes
 260       // this was already done.
 261       // It looks like this is not true for the FixedValue needed with Mach-O
 262       // relocs.
 263       // So we need to adjust FixedValue again here.
 264       FixedValue &= 0xffff;
 265       break;
 266     case MachO::PPC_RELOC_HA16_SECTDIFF:
 267       other_half = FixedValue & 0xffff;
 268       FixedValue =
 269           ((FixedValue >> 16) + ((FixedValue & 0x8000) ? 1 : 0)) & 0xffff;
 270       break;
 271     case MachO::PPC_RELOC_HI16_SECTDIFF:
 272       other_half = FixedValue & 0xffff;
 273       FixedValue = (FixedValue >> 16) & 0xffff;
 274       break;
 275     default:
 276       llvm_unreachable("Invalid PPC scattered relocation type.");
 277       break;
 278     }
 279
 280     MachO::any_relocation_info MRE;
 281     makeScatteredRelocationInfo(MRE, other_half, MachO::GENERIC_RELOC_PAIR,
 282                                 Log2Size, IsPCRel, Value2);
 283     Writer->addRelocation(nullptr, Fragment->getParent(), MRE);
 284   } else {
 285     // If the offset is more than 24-bits, it won't fit in a scattered
 286     // relocation offset field, so we fall back to using a non-scattered
 287     // relocation. This is a bit risky, as if the offset reaches out of
 288     // the block and the linker is doing scattered loading on this
 289     // symbol, things can go badly.
 290     //
 291     // Required for 'as' compatibility.
 292     if (FixupOffset > 0xffffff)
 293       return false;
 294   }
 295   MachO::any_relocation_info MRE;
 296   makeScatteredRelocationInfo(MRE, FixupOffset, Type, Log2Size, IsPCRel, Value);
 297   Writer->addRelocation(nullptr, Fragment->getParent(), MRE);
 298   return true;
 299 }
 300
 301 // see PPCELFObjectWriter for a general outline of cases
 302 void PPCMachObjectWriter::RecordPPCRelocation(
 303     MachObjectWriter *Writer, const MCAssembler &Asm, const MCAsmLayout &Layout,
 304     const MCFragment *Fragment, const MCFixup &Fixup, MCValue Target,
 305     uint64_t &FixedValue) {
 306   const MCFixupKind FK = Fixup.getKind(); // unsigned
 307   const unsigned Log2Size = getFixupKindLog2Size(FK);
 308   const bool IsPCRel = Writer->isFixupKindPCRel(Asm, FK);
 309   const unsigned RelocType = getRelocType(Target, FK, IsPCRel);
 310
 311   // If this is a difference or a defined symbol plus an offset, then we need a
 312   // scattered relocation entry. Differences always require scattered
 313   // relocations.
 314   if (Target.getSymB() &&
 315       // Q: are branch targets ever scattered?
 316       RelocType != MachO::PPC_RELOC_BR24 &&
 317       RelocType != MachO::PPC_RELOC_BR14) {
 318     RecordScatteredRelocation(Writer, Asm, Layout, Fragment, Fixup, Target,
 319                               Log2Size, FixedValue);
 320     return;
 321   }
 322
 323   // this doesn't seem right for RIT_PPC_BR24
 324   // Get the symbol data, if any.
 325   const MCSymbol *A = nullptr;
 326   if (Target.getSymA())
 327     A = &Target.getSymA()->getSymbol();
 328
 329   // See <reloc.h>.
 330   const uint32_t FixupOffset = getFixupOffset(Layout, Fragment, Fixup);
 331   unsigned Index = 0;
 332   unsigned Type = RelocType;
 333
 334   const MCSymbol *RelSymbol = nullptr;
 335   if (Target.isAbsolute()) { // constant
 336                              // SymbolNum of 0 indicates the absolute section.
 337                              //
 338     // FIXME: Currently, these are never generated (see code below). I cannot
 339     // find a case where they are actually emitted.
 340     report_fatal_error("FIXME: relocations to absolute targets "
 341                        "not yet implemented");
 342     // the above line stolen from ARM, not sure
 343   } else {
 344     // Resolve constant variables.
 345     if (A->isVariable()) {
 346       int64_t Res;
 347       if (A->getVariableValue()->evaluateAsAbsolute(
 348               Res, Layout, Writer->getSectionAddressMap())) {
 349         FixedValue = Res;
 350         return;
 351       }
 352     }
 353
 354     // Check whether we need an external or internal relocation.
 355     if (Writer->doesSymbolRequireExternRelocation(*A)) {
 356       RelSymbol = A;
 357       // For external relocations, make sure to offset the fixup value to
 358       // compensate for the addend of the symbol address, if it was
 359       // undefined. This occurs with weak definitions, for example.
 360       if (!A->isUndefined())
 361         FixedValue -= Layout.getSymbolOffset(*A);
 362     } else {
 363       // The index is the section ordinal (1-based).
 364       const MCSection &Sec = A->getSection();
 365       Index = Sec.getOrdinal() + 1;
 366       FixedValue += Writer->getSectionAddress(&Sec);
 367     }
 368     if (IsPCRel)
 369       FixedValue -= Writer->getSectionAddress(Fragment->getParent());
 370   }
 371
 372   // struct relocation_info (8 bytes)
 373   MachO::any_relocation_info MRE;
 374   makeRelocationInfo(MRE, FixupOffset, Index, IsPCRel, Log2Size, false, Type);
 375   Writer->addRelocation(RelSymbol, Fragment->getParent(), MRE);
 376 }
 377
 378 MCObjectWriter *llvm::createPPCMachObjectWriter(raw_pwrite_stream &OS,
 379                                                 bool Is64Bit, uint32_t CPUType,
 380                                                 uint32_t CPUSubtype) {
 381   return createMachObjectWriter(
 382       new PPCMachObjectWriter(Is64Bit, CPUType, CPUSubtype), OS,
 383       /*IsLittleEndian=*/false);
 384 }