lib/Target/PowerPC/PPCJITInfo.cpp

   1 //===-- PPCJITInfo.cpp - Implement the JIT interfaces for the PowerPC -----===//
   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 32-bit PowerPC target.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #define DEBUG_TYPE "jit"
  15 #include "PPCJITInfo.h"
  16 #include "PPCRelocations.h"
  17 #include "PPCTargetMachine.h"
  18 #include "llvm/Function.h"
  19 #include "llvm/System/Memory.h"
  20 #include "llvm/Support/Debug.h"
  21 using namespace llvm;
  22
  23 static TargetJITInfo::JITCompilerFn JITCompilerFunction;
  24
  25 #define BUILD_ADDIS(RD,RS,IMM16) \
  26   ((15 << 26) | ((RD) << 21) | ((RS) << 16) | ((IMM16) & 65535))
  27 #define BUILD_ORI(RD,RS,UIMM16) \
  28   ((24 << 26) | ((RS) << 21) | ((RD) << 16) | ((UIMM16) & 65535))
  29 #define BUILD_ORIS(RD,RS,UIMM16) \
  30   ((25 << 26) | ((RS) << 21) | ((RD) << 16) | ((UIMM16) & 65535))
  31 #define BUILD_RLDICR(RD,RS,SH,ME) \
  32   ((30 << 26) | ((RS) << 21) | ((RD) << 16) | (((SH) & 31) << 11) | \
  33    (((ME) & 63) << 6) | (1 << 2) | ((((SH) >> 5) & 1) << 1))
  34 #define BUILD_MTSPR(RS,SPR)      \
  35   ((31 << 26) | ((RS) << 21) | ((SPR) << 16) | (467 << 1))
  36 #define BUILD_BCCTRx(BO,BI,LINK) \
  37   ((19 << 26) | ((BO) << 21) | ((BI) << 16) | (528 << 1) | ((LINK) & 1))
  38 #define BUILD_B(TARGET, LINK) \
  39   ((18 << 26) | (((TARGET) & 0x00FFFFFF) << 2) | ((LINK) & 1))
  40
  41 // Pseudo-ops
  42 #define BUILD_LIS(RD,IMM16)    BUILD_ADDIS(RD,0,IMM16)
  43 #define BUILD_SLDI(RD,RS,IMM6) BUILD_RLDICR(RD,RS,IMM6,63-IMM6)
  44 #define BUILD_MTCTR(RS)        BUILD_MTSPR(RS,9)
  45 #define BUILD_BCTR(LINK)       BUILD_BCCTRx(20,0,LINK)
  46
  47 static void EmitBranchToAt(uint64_t At, uint64_t To, bool isCall, bool is64Bit){
  48   intptr_t Offset = ((intptr_t)To - (intptr_t)At) >> 2;
  49   unsigned *AtI = (unsigned*)(intptr_t)At;
  50
  51   if (Offset >= -(1 << 23) && Offset < (1 << 23)) {   // In range?
  52     AtI[0] = BUILD_B(Offset, isCall);     // b/bl target
  53   } else if (!is64Bit) {
  54     AtI[0] = BUILD_LIS(12, To >> 16);     // lis r12, hi16(address)
  55     AtI[1] = BUILD_ORI(12, 12, To);       // ori r12, r12, lo16(address)
  56     AtI[2] = BUILD_MTCTR(12);             // mtctr r12
  57     AtI[3] = BUILD_BCTR(isCall);          // bctr/bctrl
  58   } else {
  59     AtI[0] = BUILD_LIS(12, To >> 48);      // lis r12, hi16(address)
  60     AtI[1] = BUILD_ORI(12, 12, To >> 32);  // ori r12, r12, lo16(address)
  61     AtI[2] = BUILD_SLDI(12, 12, 32);       // sldi r12, r12, 32
  62     AtI[3] = BUILD_ORIS(12, 12, To >> 16); // oris r12, r12, hi16(address)
  63     AtI[4] = BUILD_ORI(12, 12, To);        // ori r12, r12, lo16(address)
  64     AtI[5] = BUILD_MTCTR(12);              // mtctr r12
  65     AtI[6] = BUILD_BCTR(isCall);           // bctr/bctrl
  66   }
  67 }
  68
  69 extern "C" void PPC32CompilationCallback();
  70 extern "C" void PPC64CompilationCallback();
  71
  72 #if (defined(__POWERPC__) || defined (__ppc__) || defined(_POWER)) && \
  73     !(defined(__ppc64__) || defined(__FreeBSD__))
  74 // CompilationCallback stub - We can't use a C function with inline assembly in
  75 // it, because we the prolog/epilog inserted by GCC won't work for us.  Instead,
  76 // write our own wrapper, which does things our way, so we have complete control
  77 // over register saving and restoring.
  78 asm(
  79     ".text\n"
  80     ".align 2\n"
  81     ".globl _PPC32CompilationCallback\n"
  82 "_PPC32CompilationCallback:\n"
  83     // Make space for 8 ints r[3-10] and 13 doubles f[1-13] and the
  84     // FIXME: need to save v[0-19] for altivec?
  85     // FIXME: could shrink frame
  86     // Set up a proper stack frame
  87     // FIXME Layout
  88     //   PowerPC64 ABI linkage    -  24 bytes
  89     //                 parameters -  32 bytes
  90     //   13 double registers      - 104 bytes
  91     //   8 int registers          -  32 bytes
  92     "mflr r0\n"
  93     "stw r0,  8(r1)\n"
  94     "stwu r1, -208(r1)\n"
  95     // Save all int arg registers
  96     "stw r10, 204(r1)\n"    "stw r9,  200(r1)\n"
  97     "stw r8,  196(r1)\n"    "stw r7,  192(r1)\n"
  98     "stw r6,  188(r1)\n"    "stw r5,  184(r1)\n"
  99     "stw r4,  180(r1)\n"    "stw r3,  176(r1)\n"
 100     // Save all call-clobbered FP regs.
 101     "stfd f13, 168(r1)\n"   "stfd f12, 160(r1)\n"
 102     "stfd f11, 152(r1)\n"   "stfd f10, 144(r1)\n"
 103     "stfd f9,  136(r1)\n"   "stfd f8,  128(r1)\n"
 104     "stfd f7,  120(r1)\n"   "stfd f6,  112(r1)\n"
 105     "stfd f5,  104(r1)\n"   "stfd f4,   96(r1)\n"
 106     "stfd f3,   88(r1)\n"   "stfd f2,   80(r1)\n"
 107     "stfd f1,   72(r1)\n"
 108     // Arguments to Compilation Callback:
 109     // r3 - our lr (address of the call instruction in stub plus 4)
 110     // r4 - stub's lr (address of instruction that called the stub plus 4)
 111     // r5 - is64Bit - always 0.
 112     "mr   r3, r0\n"
 113     "lwz  r2, 208(r1)\n" // stub's frame
 114     "lwz  r4, 8(r2)\n" // stub's lr
 115     "li   r5, 0\n"       // 0 == 32 bit
 116     "bl _PPCCompilationCallbackC\n"
 117     "mtctr r3\n"
 118     // Restore all int arg registers
 119     "lwz r10, 204(r1)\n"    "lwz r9,  200(r1)\n"
 120     "lwz r8,  196(r1)\n"    "lwz r7,  192(r1)\n"
 121     "lwz r6,  188(r1)\n"    "lwz r5,  184(r1)\n"
 122     "lwz r4,  180(r1)\n"    "lwz r3,  176(r1)\n"
 123     // Restore all FP arg registers
 124     "lfd f13, 168(r1)\n"    "lfd f12, 160(r1)\n"
 125     "lfd f11, 152(r1)\n"    "lfd f10, 144(r1)\n"
 126     "lfd f9,  136(r1)\n"    "lfd f8,  128(r1)\n"
 127     "lfd f7,  120(r1)\n"    "lfd f6,  112(r1)\n"
 128     "lfd f5,  104(r1)\n"    "lfd f4,   96(r1)\n"
 129     "lfd f3,   88(r1)\n"    "lfd f2,   80(r1)\n"
 130     "lfd f1,   72(r1)\n"
 131     // Pop 3 frames off the stack and branch to target
 132     "lwz  r1, 208(r1)\n"
 133     "lwz  r2, 8(r1)\n"
 134     "mtlr r2\n"
 135     "bctr\n"
 136     );
 137
 138 #elif defined(__PPC__) && !defined(__ppc64__)
 139 // Linux & FreeBSD / PPC 32 support
 140
 141 // CompilationCallback stub - We can't use a C function with inline assembly in
 142 // it, because we the prolog/epilog inserted by GCC won't work for us.  Instead,
 143 // write our own wrapper, which does things our way, so we have complete control
 144 // over register saving and restoring.
 145 asm(
 146     ".text\n"
 147     ".align 2\n"
 148     ".globl PPC32CompilationCallback\n"
 149 "PPC32CompilationCallback:\n"
 150     // Make space for 8 ints r[3-10] and 8 doubles f[1-8] and the
 151     // FIXME: need to save v[0-19] for altivec?
 152     // FIXME: could shrink frame
 153     // Set up a proper stack frame
 154     // FIXME Layout
 155     //   8 double registers       -  64 bytes
 156     //   8 int registers          -  32 bytes
 157     "mflr 0\n"
 158     "stw 0,  4(1)\n"
 159     "stwu 1, -104(1)\n"
 160     // Save all int arg registers
 161     "stw 10, 100(1)\n"   "stw 9,  96(1)\n"
 162     "stw 8,  92(1)\n"    "stw 7,  88(1)\n"
 163     "stw 6,  84(1)\n"    "stw 5,  80(1)\n"
 164     "stw 4,  76(1)\n"    "stw 3,  72(1)\n"
 165     // Save all call-clobbered FP regs.
 166     "stfd 8,  64(1)\n"
 167     "stfd 7,  56(1)\n"   "stfd 6,  48(1)\n"
 168     "stfd 5,  40(1)\n"   "stfd 4,  32(1)\n"
 169     "stfd 3,  24(1)\n"   "stfd 2,  16(1)\n"
 170     "stfd 1,  8(1)\n"
 171     // Arguments to Compilation Callback:
 172     // r3 - our lr (address of the call instruction in stub plus 4)
 173     // r4 - stub's lr (address of instruction that called the stub plus 4)
 174     // r5 - is64Bit - always 0.
 175     "mr   3, 0\n"
 176     "lwz  5, 104(1)\n" // stub's frame
 177     "lwz  4, 4(5)\n" // stub's lr
 178     "li   5, 0\n"       // 0 == 32 bit
 179     "bl PPCCompilationCallbackC\n"
 180     "mtctr 3\n"
 181     // Restore all int arg registers
 182     "lwz 10, 100(1)\n"   "lwz 9,  96(1)\n"
 183     "lwz 8,  92(1)\n"    "lwz 7,  88(1)\n"
 184     "lwz 6,  84(1)\n"    "lwz 5,  80(1)\n"
 185     "lwz 4,  76(1)\n"    "lwz 3,  72(1)\n"
 186     // Restore all FP arg registers
 187     "lfd 8,  64(1)\n"
 188     "lfd 7,  56(1)\n"    "lfd 6,  48(1)\n"
 189     "lfd 5,  40(1)\n"    "lfd 4,  32(1)\n"
 190     "lfd 3,  24(1)\n"    "lfd 2,  16(1)\n"
 191     "lfd 1,  8(1)\n"
 192     // Pop 3 frames off the stack and branch to target
 193     "lwz  1, 104(1)\n"
 194     "lwz  0, 4(1)\n"
 195     "mtlr 0\n"
 196     "bctr\n"
 197     );
 198 #else
 199 void PPC32CompilationCallback() {
 200   assert(0 && "This is not a power pc, you can't execute this!");
 201   abort();
 202 }
 203 #endif
 204
 205 #if (defined(__POWERPC__) || defined (__ppc__) || defined(_POWER)) && \
 206     defined(__ppc64__)
 207 asm(
 208     ".text\n"
 209     ".align 2\n"
 210     ".globl _PPC64CompilationCallback\n"
 211 "_PPC64CompilationCallback:\n"
 212     // Make space for 8 ints r[3-10] and 13 doubles f[1-13] and the
 213     // FIXME: need to save v[0-19] for altivec?
 214     // Set up a proper stack frame
 215     // Layout
 216     //   PowerPC64 ABI linkage    -  48 bytes
 217     //                 parameters -  64 bytes
 218     //   13 double registers      - 104 bytes
 219     //   8 int registers          -  64 bytes
 220     "mflr r0\n"
 221     "std r0,  16(r1)\n"
 222     "stdu r1, -280(r1)\n"
 223     // Save all int arg registers
 224     "std r10, 272(r1)\n"    "std r9,  264(r1)\n"
 225     "std r8,  256(r1)\n"    "std r7,  248(r1)\n"
 226     "std r6,  240(r1)\n"    "std r5,  232(r1)\n"
 227     "std r4,  224(r1)\n"    "std r3,  216(r1)\n"
 228     // Save all call-clobbered FP regs.
 229     "stfd f13, 208(r1)\n"    "stfd f12, 200(r1)\n"
 230     "stfd f11, 192(r1)\n"    "stfd f10, 184(r1)\n"
 231     "stfd f9,  176(r1)\n"    "stfd f8,  168(r1)\n"
 232     "stfd f7,  160(r1)\n"    "stfd f6,  152(r1)\n"
 233     "stfd f5,  144(r1)\n"    "stfd f4,  136(r1)\n"
 234     "stfd f3,  128(r1)\n"    "stfd f2,  120(r1)\n"
 235     "stfd f1,  112(r1)\n"
 236     // Arguments to Compilation Callback:
 237     // r3 - our lr (address of the call instruction in stub plus 4)
 238     // r4 - stub's lr (address of instruction that called the stub plus 4)
 239     // r5 - is64Bit - always 1.
 240     "mr   r3, r0\n"
 241     "ld   r2, 280(r1)\n" // stub's frame
 242     "ld   r4, 16(r2)\n"  // stub's lr
 243     "li   r5, 1\n"       // 1 == 64 bit
 244     "bl _PPCCompilationCallbackC\n"
 245     "mtctr r3\n"
 246     // Restore all int arg registers
 247     "ld r10, 272(r1)\n"    "ld r9,  264(r1)\n"
 248     "ld r8,  256(r1)\n"    "ld r7,  248(r1)\n"
 249     "ld r6,  240(r1)\n"    "ld r5,  232(r1)\n"
 250     "ld r4,  224(r1)\n"    "ld r3,  216(r1)\n"
 251     // Restore all FP arg registers
 252     "lfd f13, 208(r1)\n"    "lfd f12, 200(r1)\n"
 253     "lfd f11, 192(r1)\n"    "lfd f10, 184(r1)\n"
 254     "lfd f9,  176(r1)\n"    "lfd f8,  168(r1)\n"
 255     "lfd f7,  160(r1)\n"    "lfd f6,  152(r1)\n"
 256     "lfd f5,  144(r1)\n"    "lfd f4,  136(r1)\n"
 257     "lfd f3,  128(r1)\n"    "lfd f2,  120(r1)\n"
 258     "lfd f1,  112(r1)\n"
 259     // Pop 3 frames off the stack and branch to target
 260     "ld  r1, 280(r1)\n"
 261     "ld  r2, 16(r1)\n"
 262     "mtlr r2\n"
 263     "bctr\n"
 264     );
 265 #else
 266 void PPC64CompilationCallback() {
 267   assert(0 && "This is not a power pc, you can't execute this!");
 268   abort();
 269 }
 270 #endif
 271
 272 extern "C" void *PPCCompilationCallbackC(unsigned *StubCallAddrPlus4,
 273                                          unsigned *OrigCallAddrPlus4,
 274                                          bool is64Bit) {
 275   // Adjust the pointer to the address of the call instruction in the stub
 276   // emitted by emitFunctionStub, rather than the instruction after it.
 277   unsigned *StubCallAddr = StubCallAddrPlus4 - 1;
 278   unsigned *OrigCallAddr = OrigCallAddrPlus4 - 1;
 279
 280   void *Target = JITCompilerFunction(StubCallAddr);
 281
 282   // Check to see if *OrigCallAddr is a 'bl' instruction, and if we can rewrite
 283   // it to branch directly to the destination.  If so, rewrite it so it does not
 284   // need to go through the stub anymore.
 285   unsigned OrigCallInst = *OrigCallAddr;
 286   if ((OrigCallInst >> 26) == 18) {     // Direct call.
 287     intptr_t Offset = ((intptr_t)Target - (intptr_t)OrigCallAddr) >> 2;
 288
 289     if (Offset >= -(1 << 23) && Offset < (1 << 23)) {   // In range?
 290       // Clear the original target out.
 291       OrigCallInst &= (63 << 26) | 3;
 292       // Fill in the new target.
 293       OrigCallInst |= (Offset & ((1 << 24)-1)) << 2;
 294       // Replace the call.
 295       *OrigCallAddr = OrigCallInst;
 296     }
 297   }
 298
 299   // Assert that we are coming from a stub that was created with our
 300   // emitFunctionStub.
 301   if ((*StubCallAddr >> 26) == 18)
 302     StubCallAddr -= 3;
 303   else {
 304   assert((*StubCallAddr >> 26) == 19 && "Call in stub is not indirect!");
 305     StubCallAddr -= is64Bit ? 9 : 6;
 306   }
 307
 308   // Rewrite the stub with an unconditional branch to the target, for any users
 309   // who took the address of the stub.
 310   EmitBranchToAt((intptr_t)StubCallAddr, (intptr_t)Target, false, is64Bit);
 311
 312   // Put the address of the target function to call and the address to return to
 313   // after calling the target function in a place that is easy to get on the
 314   // stack after we restore all regs.
 315   return Target;
 316 }
 317
 318
 319
 320 TargetJITInfo::LazyResolverFn
 321 PPCJITInfo::getLazyResolverFunction(JITCompilerFn Fn) {
 322   JITCompilerFunction = Fn;
 323   return is64Bit ? PPC64CompilationCallback : PPC32CompilationCallback;
 324 }
 325
 326 #if (defined(__POWERPC__) || defined (__ppc__) || defined(_POWER)) && \
 327 defined(__APPLE__)
 328 extern "C" void sys_icache_invalidate(const void *Addr, size_t len);
 329 #endif
 330
 331 void *PPCJITInfo::emitFunctionStub(const Function* F, void *Fn,
 332                                    JITCodeEmitter &JCE) {
 333   // If this is just a call to an external function, emit a branch instead of a
 334   // call.  The code is the same except for one bit of the last instruction.
 335   if (Fn != (void*)(intptr_t)PPC32CompilationCallback &&
 336       Fn != (void*)(intptr_t)PPC64CompilationCallback) {
 337     JCE.startGVStub(F, 7*4);
 338     intptr_t Addr = (intptr_t)JCE.getCurrentPCValue();
 339     JCE.emitWordBE(0);
 340     JCE.emitWordBE(0);
 341     JCE.emitWordBE(0);
 342     JCE.emitWordBE(0);
 343     JCE.emitWordBE(0);
 344     JCE.emitWordBE(0);
 345     JCE.emitWordBE(0);
 346     EmitBranchToAt(Addr, (intptr_t)Fn, false, is64Bit);
 347     sys::Memory::InvalidateInstructionCache((void*)Addr, 7*4);
 348     return JCE.finishGVStub(F);
 349   }
 350
 351   JCE.startGVStub(F, 10*4);
 352   intptr_t Addr = (intptr_t)JCE.getCurrentPCValue();
 353   if (is64Bit) {
 354     JCE.emitWordBE(0xf821ffb1);     // stdu r1,-80(r1)
 355     JCE.emitWordBE(0x7d6802a6);     // mflr r11
 356     JCE.emitWordBE(0xf9610060);     // std r11, 96(r1)
 357   } else if (TM.getSubtargetImpl()->isMachoABI()){
 358     JCE.emitWordBE(0x9421ffe0);     // stwu r1,-32(r1)
 359     JCE.emitWordBE(0x7d6802a6);     // mflr r11
 360     JCE.emitWordBE(0x91610028);     // stw r11, 40(r1)
 361   } else {
 362     JCE.emitWordBE(0x9421ffe0);     // stwu r1,-32(r1)
 363     JCE.emitWordBE(0x7d6802a6);     // mflr r11
 364     JCE.emitWordBE(0x91610024);     // stw r11, 36(r1)
 365   }
 366   intptr_t BranchAddr = (intptr_t)JCE.getCurrentPCValue();
 367   JCE.emitWordBE(0);
 368   JCE.emitWordBE(0);
 369   JCE.emitWordBE(0);
 370   JCE.emitWordBE(0);
 371   JCE.emitWordBE(0);
 372   JCE.emitWordBE(0);
 373   JCE.emitWordBE(0);
 374   EmitBranchToAt(BranchAddr, (intptr_t)Fn, true, is64Bit);
 375   sys::Memory::InvalidateInstructionCache((void*)Addr, 10*4);
 376   return JCE.finishGVStub(F);
 377 }
 378
 379
 380 void PPCJITInfo::relocate(void *Function, MachineRelocation *MR,
 381                           unsigned NumRelocs, unsigned char* GOTBase) {
 382   for (unsigned i = 0; i != NumRelocs; ++i, ++MR) {
 383     unsigned *RelocPos = (unsigned*)Function + MR->getMachineCodeOffset()/4;
 384     intptr_t ResultPtr = (intptr_t)MR->getResultPointer();
 385     switch ((PPC::RelocationType)MR->getRelocationType()) {
 386     default: assert(0 && "Unknown relocation type!");
 387     case PPC::reloc_pcrel_bx:
 388       // PC-relative relocation for b and bl instructions.
 389       ResultPtr = (ResultPtr-(intptr_t)RelocPos) >> 2;
 390       assert(ResultPtr >= -(1 << 23) && ResultPtr < (1 << 23) &&
 391              "Relocation out of range!");
 392       *RelocPos |= (ResultPtr & ((1 << 24)-1))  << 2;
 393       break;
 394     case PPC::reloc_pcrel_bcx:
 395       // PC-relative relocation for BLT,BLE,BEQ,BGE,BGT,BNE, or other
 396       // bcx instructions.
 397       ResultPtr = (ResultPtr-(intptr_t)RelocPos) >> 2;
 398       assert(ResultPtr >= -(1 << 13) && ResultPtr < (1 << 13) &&
 399              "Relocation out of range!");
 400       *RelocPos |= (ResultPtr & ((1 << 14)-1))  << 2;
 401       break;
 402     case PPC::reloc_absolute_high:     // high bits of ref -> low 16 of instr
 403     case PPC::reloc_absolute_low: {    // low bits of ref  -> low 16 of instr
 404       ResultPtr += MR->getConstantVal();
 405
 406       // If this is a high-part access, get the high-part.
 407       if (MR->getRelocationType() == PPC::reloc_absolute_high) {
 408         // If the low part will have a carry (really a borrow) from the low
 409         // 16-bits into the high 16, add a bit to borrow from.
 410         if (((int)ResultPtr << 16) < 0)
 411           ResultPtr += 1 << 16;
 412         ResultPtr >>= 16;
 413       }
 414
 415       // Do the addition then mask, so the addition does not overflow the 16-bit
 416       // immediate section of the instruction.
 417       unsigned LowBits  = (*RelocPos + ResultPtr) & 65535;
 418       unsigned HighBits = *RelocPos & ~65535;
 419       *RelocPos = LowBits | HighBits;  // Slam into low 16-bits
 420       break;
 421     }
 422     case PPC::reloc_absolute_low_ix: {  // low bits of ref  -> low 14 of instr
 423       ResultPtr += MR->getConstantVal();
 424       // Do the addition then mask, so the addition does not overflow the 16-bit
 425       // immediate section of the instruction.
 426       unsigned LowBits  = (*RelocPos + ResultPtr) & 0xFFFC;
 427       unsigned HighBits = *RelocPos & 0xFFFF0003;
 428       *RelocPos = LowBits | HighBits;  // Slam into low 14-bits.
 429       break;
 430     }
 431     }
 432   }
 433 }
 434
 435 void PPCJITInfo::replaceMachineCodeForFunction(void *Old, void *New) {
 436   EmitBranchToAt((intptr_t)Old, (intptr_t)New, false, is64Bit);
 437 }