lib/Target/X86/X86AsmBackend.cpp

   1 //===-- X86AsmBackend.cpp - X86 Assembler Backend -------------------------===//
   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 "llvm/Target/TargetAsmBackend.h"
  11 #include "X86.h"
  12 #include "X86FixupKinds.h"
  13 #include "llvm/ADT/Twine.h"
  14 #include "llvm/MC/MCAssembler.h"
  15 #include "llvm/MC/MCExpr.h"
  16 #include "llvm/MC/MCObjectWriter.h"
  17 #include "llvm/MC/MCSectionELF.h"
  18 #include "llvm/MC/MCSectionMachO.h"
  19 #include "llvm/MC/MachObjectWriter.h"
  20 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  21 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  22 #include "llvm/Target/TargetRegistry.h"
  23 #include "llvm/Target/TargetAsmBackend.h"
  24 using namespace llvm;
  25
  26
  27 static unsigned getFixupKindLog2Size(unsigned Kind) {
  28   switch (Kind) {
  29   default: assert(0 && "invalid fixup kind!");
  30   case X86::reloc_pcrel_1byte:
  31   case FK_Data_1: return 0;
  32   case X86::reloc_pcrel_2byte:
  33   case FK_Data_2: return 1;
  34   case X86::reloc_pcrel_4byte:
  35   case X86::reloc_riprel_4byte:
  36   case X86::reloc_riprel_4byte_movq_load:
  37   case FK_Data_4: return 2;
  38   case FK_Data_8: return 3;
  39   }
  40 }
  41
  42 namespace {
  43 class X86AsmBackend : public TargetAsmBackend {
  44 public:
  45   X86AsmBackend(const Target &T)
  46     : TargetAsmBackend(T) {}
  47
  48   void ApplyFixup(const MCFixup &Fixup, MCDataFragment &DF,
  49                   uint64_t Value) const {
  50     unsigned Size = 1 << getFixupKindLog2Size(Fixup.getKind());
  51
  52     assert(Fixup.getOffset() + Size <= DF.getContents().size() &&
  53            "Invalid fixup offset!");
  54     for (unsigned i = 0; i != Size; ++i)
  55       DF.getContents()[Fixup.getOffset() + i] = uint8_t(Value >> (i * 8));
  56   }
  57
  58   bool MayNeedRelaxation(const MCInst &Inst) const;
  59
  60   void RelaxInstruction(const MCInst &Inst, MCInst &Res) const;
  61
  62   bool WriteNopData(uint64_t Count, MCObjectWriter *OW) const;
  63 };
  64 } // end anonymous namespace
  65
  66 static unsigned getRelaxedOpcode(unsigned Op) {
  67   switch (Op) {
  68   default:
  69     return Op;
  70
  71   case X86::JAE_1: return X86::JAE_4;
  72   case X86::JA_1:  return X86::JA_4;
  73   case X86::JBE_1: return X86::JBE_4;
  74   case X86::JB_1:  return X86::JB_4;
  75   case X86::JE_1:  return X86::JE_4;
  76   case X86::JGE_1: return X86::JGE_4;
  77   case X86::JG_1:  return X86::JG_4;
  78   case X86::JLE_1: return X86::JLE_4;
  79   case X86::JL_1:  return X86::JL_4;
  80   case X86::TAILJMP_1:
  81   case X86::JMP_1: return X86::JMP_4;
  82   case X86::JNE_1: return X86::JNE_4;
  83   case X86::JNO_1: return X86::JNO_4;
  84   case X86::JNP_1: return X86::JNP_4;
  85   case X86::JNS_1: return X86::JNS_4;
  86   case X86::JO_1:  return X86::JO_4;
  87   case X86::JP_1:  return X86::JP_4;
  88   case X86::JS_1:  return X86::JS_4;
  89   }
  90 }
  91
  92 bool X86AsmBackend::MayNeedRelaxation(const MCInst &Inst) const {
  93   // Check if this instruction is ever relaxable.
  94   if (getRelaxedOpcode(Inst.getOpcode()) == Inst.getOpcode())
  95     return false;
  96
  97   // If so, just assume it can be relaxed. Once we support relaxing more complex
  98   // instructions we should check that the instruction actually has symbolic
  99   // operands before doing this, but we need to be careful about things like
 100   // PCrel.
 101   return true;
 102 }
 103
 104 // FIXME: Can tblgen help at all here to verify there aren't other instructions
 105 // we can relax?
 106 void X86AsmBackend::RelaxInstruction(const MCInst &Inst, MCInst &Res) const {
 107   // The only relaxations X86 does is from a 1byte pcrel to a 4byte pcrel.
 108   unsigned RelaxedOp = getRelaxedOpcode(Inst.getOpcode());
 109
 110   if (RelaxedOp == Inst.getOpcode()) {
 111     SmallString<256> Tmp;
 112     raw_svector_ostream OS(Tmp);
 113     Inst.dump_pretty(OS);
 114     OS << "\n";
 115     report_fatal_error("unexpected instruction to relax: " + OS.str());
 116   }
 117
 118   Res = Inst;
 119   Res.setOpcode(RelaxedOp);
 120 }
 121
 122 /// WriteNopData - Write optimal nops to the output file for the \arg Count
 123 /// bytes.  This returns the number of bytes written.  It may return 0 if
 124 /// the \arg Count is more than the maximum optimal nops.
 125 ///
 126 /// FIXME this is X86 32-bit specific and should move to a better place.
 127 bool X86AsmBackend::WriteNopData(uint64_t Count, MCObjectWriter *OW) const {
 128   static const uint8_t Nops[16][16] = {
 129     // nop
 130     {0x90},
 131     // xchg %ax,%ax
 132     {0x66, 0x90},
 133     // nopl (%[re]ax)
 134     {0x0f, 0x1f, 0x00},
 135     // nopl 0(%[re]ax)
 136     {0x0f, 0x1f, 0x40, 0x00},
 137     // nopl 0(%[re]ax,%[re]ax,1)
 138     {0x0f, 0x1f, 0x44, 0x00, 0x00},
 139     // nopw 0(%[re]ax,%[re]ax,1)
 140     {0x66, 0x0f, 0x1f, 0x44, 0x00, 0x00},
 141     // nopl 0L(%[re]ax)
 142     {0x0f, 0x1f, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00},
 143     // nopl 0L(%[re]ax,%[re]ax,1)
 144     {0x0f, 0x1f, 0x84, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00},
 145     // nopw 0L(%[re]ax,%[re]ax,1)
 146     {0x66, 0x0f, 0x1f, 0x84, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00},
 147     // nopw %cs:0L(%[re]ax,%[re]ax,1)
 148     {0x66, 0x2e, 0x0f, 0x1f, 0x84, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00},
 149     // nopl 0(%[re]ax,%[re]ax,1)
 150     // nopw 0(%[re]ax,%[re]ax,1)
 151     {0x0f, 0x1f, 0x44, 0x00, 0x00,
 152      0x66, 0x0f, 0x1f, 0x44, 0x00, 0x00},
 153     // nopw 0(%[re]ax,%[re]ax,1)
 154     // nopw 0(%[re]ax,%[re]ax,1)
 155     {0x66, 0x0f, 0x1f, 0x44, 0x00, 0x00,
 156      0x66, 0x0f, 0x1f, 0x44, 0x00, 0x00},
 157     // nopw 0(%[re]ax,%[re]ax,1)
 158     // nopl 0L(%[re]ax) */
 159     {0x66, 0x0f, 0x1f, 0x44, 0x00, 0x00,
 160      0x0f, 0x1f, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00},
 161     // nopl 0L(%[re]ax)
 162     // nopl 0L(%[re]ax)
 163     {0x0f, 0x1f, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
 164      0x0f, 0x1f, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00},
 165     // nopl 0L(%[re]ax)
 166     // nopl 0L(%[re]ax,%[re]ax,1)
 167     {0x0f, 0x1f, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
 168      0x0f, 0x1f, 0x84, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}
 169   };
 170
 171   // Write an optimal sequence for the first 15 bytes.
 172   uint64_t OptimalCount = (Count < 16) ? Count : 15;
 173   for (uint64_t i = 0, e = OptimalCount; i != e; i++)
 174     OW->Write8(Nops[OptimalCount - 1][i]);
 175
 176   // Finish with single byte nops.
 177   for (uint64_t i = OptimalCount, e = Count; i != e; ++i)
 178    OW->Write8(0x90);
 179
 180   return true;
 181 }
 182
 183 /* *** */
 184
 185 namespace {
 186 class ELFX86AsmBackend : public X86AsmBackend {
 187 public:
 188   ELFX86AsmBackend(const Target &T)
 189     : X86AsmBackend(T) {
 190     HasAbsolutizedSet = true;
 191     HasScatteredSymbols = true;
 192   }
 193
 194   MCObjectWriter *createObjectWriter(raw_ostream &OS) const {
 195     return 0;
 196   }
 197
 198   bool isVirtualSection(const MCSection &Section) const {
 199     const MCSectionELF &SE = static_cast<const MCSectionELF&>(Section);
 200     return SE.getType() == MCSectionELF::SHT_NOBITS;;
 201   }
 202 };
 203
 204 class ELFX86_32AsmBackend : public ELFX86AsmBackend {
 205 public:
 206   ELFX86_32AsmBackend(const Target &T)
 207     : ELFX86AsmBackend(T) {}
 208 };
 209
 210 class ELFX86_64AsmBackend : public ELFX86AsmBackend {
 211 public:
 212   ELFX86_64AsmBackend(const Target &T)
 213     : ELFX86AsmBackend(T) {}
 214 };
 215
 216 class DarwinX86AsmBackend : public X86AsmBackend {
 217 public:
 218   DarwinX86AsmBackend(const Target &T)
 219     : X86AsmBackend(T) {
 220     HasAbsolutizedSet = true;
 221     HasScatteredSymbols = true;
 222   }
 223
 224   bool isVirtualSection(const MCSection &Section) const {
 225     const MCSectionMachO &SMO = static_cast<const MCSectionMachO&>(Section);
 226     return (SMO.getType() == MCSectionMachO::S_ZEROFILL ||
 227             SMO.getType() == MCSectionMachO::S_GB_ZEROFILL ||
 228             SMO.getType() == MCSectionMachO::S_THREAD_LOCAL_ZEROFILL);
 229   }
 230 };
 231
 232 class DarwinX86_32AsmBackend : public DarwinX86AsmBackend {
 233 public:
 234   DarwinX86_32AsmBackend(const Target &T)
 235     : DarwinX86AsmBackend(T) {}
 236
 237   MCObjectWriter *createObjectWriter(raw_ostream &OS) const {
 238     return new MachObjectWriter(OS, /*Is64Bit=*/false);
 239   }
 240 };
 241
 242 class DarwinX86_64AsmBackend : public DarwinX86AsmBackend {
 243 public:
 244   DarwinX86_64AsmBackend(const Target &T)
 245     : DarwinX86AsmBackend(T) {
 246     HasReliableSymbolDifference = true;
 247   }
 248
 249   MCObjectWriter *createObjectWriter(raw_ostream &OS) const {
 250     return new MachObjectWriter(OS, /*Is64Bit=*/true);
 251   }
 252
 253   virtual bool doesSectionRequireSymbols(const MCSection &Section) const {
 254     // Temporary labels in the string literals sections require symbols. The
 255     // issue is that the x86_64 relocation format does not allow symbol +
 256     // offset, and so the linker does not have enough information to resolve the
 257     // access to the appropriate atom unless an external relocation is used. For
 258     // non-cstring sections, we expect the compiler to use a non-temporary label
 259     // for anything that could have an addend pointing outside the symbol.
 260     //
 261     // See <rdar://problem/4765733>.
 262     const MCSectionMachO &SMO = static_cast<const MCSectionMachO&>(Section);
 263     return SMO.getType() == MCSectionMachO::S_CSTRING_LITERALS;
 264   }
 265
 266   virtual bool isSectionAtomizable(const MCSection &Section) const {
 267     const MCSectionMachO &SMO = static_cast<const MCSectionMachO&>(Section);
 268     // Fixed sized data sections are uniqued, they cannot be diced into atoms.
 269     switch (SMO.getType()) {
 270     default:
 271       return true;
 272
 273     case MCSectionMachO::S_4BYTE_LITERALS:
 274     case MCSectionMachO::S_8BYTE_LITERALS:
 275     case MCSectionMachO::S_16BYTE_LITERALS:
 276     case MCSectionMachO::S_LITERAL_POINTERS:
 277     case MCSectionMachO::S_NON_LAZY_SYMBOL_POINTERS:
 278     case MCSectionMachO::S_LAZY_SYMBOL_POINTERS:
 279     case MCSectionMachO::S_MOD_INIT_FUNC_POINTERS:
 280     case MCSectionMachO::S_MOD_TERM_FUNC_POINTERS:
 281     case MCSectionMachO::S_INTERPOSING:
 282       return false;
 283     }
 284   }
 285 };
 286
 287 } // end anonymous namespace
 288
 289 TargetAsmBackend *llvm::createX86_32AsmBackend(const Target &T,
 290                                                const std::string &TT) {
 291   switch (Triple(TT).getOS()) {
 292   case Triple::Darwin:
 293     return new DarwinX86_32AsmBackend(T);
 294   default:
 295     return new ELFX86_32AsmBackend(T);
 296   }
 297 }
 298
 299 TargetAsmBackend *llvm::createX86_64AsmBackend(const Target &T,
 300                                                const std::string &TT) {
 301   switch (Triple(TT).getOS()) {
 302   case Triple::Darwin:
 303     return new DarwinX86_64AsmBackend(T);
 304   default:
 305     return new ELFX86_64AsmBackend(T);
 306   }
 307 }