lib/Target/X86/X86CodeEmitter.cpp

   1 //===-- X86/X86CodeEmitter.cpp - Convert X86 code to machine code ---------===//
   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 contains the pass that transforms the X86 machine instructions into
  11 // relocatable machine code.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #define DEBUG_TYPE "x86-emitter"
  16 #include "X86InstrInfo.h"
  17 #include "X86JITInfo.h"
  18 #include "X86Subtarget.h"
  19 #include "X86TargetMachine.h"
  20 #include "X86Relocations.h"
  21 #include "X86.h"
  22 #include "llvm/LLVMContext.h"
  23 #include "llvm/PassManager.h"
  24 #include "llvm/CodeGen/JITCodeEmitter.h"
  25 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
  26 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
  27 #include "llvm/CodeGen/MachineModuleInfo.h"
  28 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  29 #include "llvm/Function.h"
  30 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  31 #include "llvm/MC/MCCodeEmitter.h"
  32 #include "llvm/MC/MCExpr.h"
  33 #include "llvm/MC/MCInst.h"
  34 #include "llvm/Support/Debug.h"
  35 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  36 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  37 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
  38 using namespace llvm;
  39
  40 STATISTIC(NumEmitted, "Number of machine instructions emitted");
  41
  42 namespace {
  43   template<class CodeEmitter>
  44   class Emitter : public MachineFunctionPass {
  45     const X86InstrInfo  *II;
  46     const TargetData    *TD;
  47     X86TargetMachine    &TM;
  48     CodeEmitter         &MCE;
  49     MachineModuleInfo   *MMI;
  50     intptr_t PICBaseOffset;
  51     bool Is64BitMode;
  52     bool IsPIC;
  53   public:
  54     static char ID;
  55     explicit Emitter(X86TargetMachine &tm, CodeEmitter &mce)
  56       : MachineFunctionPass(&ID), II(0), TD(0), TM(tm),
  57       MCE(mce), PICBaseOffset(0), Is64BitMode(false),
  58       IsPIC(TM.getRelocationModel() == Reloc::PIC_) {}
  59     Emitter(X86TargetMachine &tm, CodeEmitter &mce,
  60             const X86InstrInfo &ii, const TargetData &td, bool is64)
  61       : MachineFunctionPass(&ID), II(&ii), TD(&td), TM(tm),
  62       MCE(mce), PICBaseOffset(0), Is64BitMode(is64),
  63       IsPIC(TM.getRelocationModel() == Reloc::PIC_) {}
  64
  65     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
  66
  67     virtual const char *getPassName() const {
  68       return "X86 Machine Code Emitter";
  69     }
  70
  71     void emitInstruction(const MachineInstr &MI,
  72                          const TargetInstrDesc *Desc);
  73
  74     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  75       AU.setPreservesAll();
  76       AU.addRequired<MachineModuleInfo>();
  77       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
  78     }
  79
  80   private:
  81     void emitPCRelativeBlockAddress(MachineBasicBlock *MBB);
  82     void emitGlobalAddress(const GlobalValue *GV, unsigned Reloc,
  83                            intptr_t Disp = 0, intptr_t PCAdj = 0,
  84                            bool Indirect = false);
  85     void emitExternalSymbolAddress(const char *ES, unsigned Reloc);
  86     void emitConstPoolAddress(unsigned CPI, unsigned Reloc, intptr_t Disp = 0,
  87                               intptr_t PCAdj = 0);
  88     void emitJumpTableAddress(unsigned JTI, unsigned Reloc,
  89                               intptr_t PCAdj = 0);
  90
  91     void emitDisplacementField(const MachineOperand *RelocOp, int DispVal,
  92                                intptr_t Adj = 0, bool IsPCRel = true);
  93
  94     void emitRegModRMByte(unsigned ModRMReg, unsigned RegOpcodeField);
  95     void emitRegModRMByte(unsigned RegOpcodeField);
  96     void emitSIBByte(unsigned SS, unsigned Index, unsigned Base);
  97     void emitConstant(uint64_t Val, unsigned Size);
  98
  99     void emitMemModRMByte(const MachineInstr &MI,
 100                           unsigned Op, unsigned RegOpcodeField,
 101                           intptr_t PCAdj = 0);
 102
 103     unsigned getX86RegNum(unsigned RegNo) const;
 104   };
 105
 106 template<class CodeEmitter>
 107   char Emitter<CodeEmitter>::ID = 0;
 108 } // end anonymous namespace.
 109
 110 /// createX86CodeEmitterPass - Return a pass that emits the collected X86 code
 111 /// to the specified templated MachineCodeEmitter object.
 112 FunctionPass *llvm::createX86JITCodeEmitterPass(X86TargetMachine &TM,
 113                                                 JITCodeEmitter &JCE) {
 114   return new Emitter<JITCodeEmitter>(TM, JCE);
 115 }
 116
 117 template<class CodeEmitter>
 118 bool Emitter<CodeEmitter>::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
 119   MMI = &getAnalysis<MachineModuleInfo>();
 120   MCE.setModuleInfo(MMI);
 121
 122   II = TM.getInstrInfo();
 123   TD = TM.getTargetData();
 124   Is64BitMode = TM.getSubtarget<X86Subtarget>().is64Bit();
 125   IsPIC = TM.getRelocationModel() == Reloc::PIC_;
 126
 127   do {
 128     DEBUG(dbgs() << "JITTing function '"
 129           << MF.getFunction()->getName() << "'\n");
 130     MCE.startFunction(MF);
 131     for (MachineFunction::iterator MBB = MF.begin(), E = MF.end();
 132          MBB != E; ++MBB) {
 133       MCE.StartMachineBasicBlock(MBB);
 134       for (MachineBasicBlock::const_iterator I = MBB->begin(), E = MBB->end();
 135            I != E; ++I) {
 136         const TargetInstrDesc &Desc = I->getDesc();
 137         emitInstruction(*I, &Desc);
 138         // MOVPC32r is basically a call plus a pop instruction.
 139         if (Desc.getOpcode() == X86::MOVPC32r)
 140           emitInstruction(*I, &II->get(X86::POP32r));
 141         ++NumEmitted;  // Keep track of the # of mi's emitted
 142       }
 143     }
 144   } while (MCE.finishFunction(MF));
 145
 146   return false;
 147 }
 148
 149 /// determineREX - Determine if the MachineInstr has to be encoded with a X86-64
 150 /// REX prefix which specifies 1) 64-bit instructions, 2) non-default operand
 151 /// size, and 3) use of X86-64 extended registers.
 152 static unsigned determineREX(const MachineInstr &MI) {
 153   unsigned REX = 0;
 154   const TargetInstrDesc &Desc = MI.getDesc();
 155
 156   // Pseudo instructions do not need REX prefix byte.
 157   if ((Desc.TSFlags & X86II::FormMask) == X86II::Pseudo)
 158     return 0;
 159   if (Desc.TSFlags & X86II::REX_W)
 160     REX |= 1 << 3;
 161
 162   unsigned NumOps = Desc.getNumOperands();
 163   if (NumOps) {
 164     bool isTwoAddr = NumOps > 1 &&
 165     Desc.getOperandConstraint(1, TOI::TIED_TO) != -1;
 166
 167     // If it accesses SPL, BPL, SIL, or DIL, then it requires a 0x40 REX prefix.
 168     unsigned i = isTwoAddr ? 1 : 0;
 169     for (unsigned e = NumOps; i != e; ++i) {
 170       const MachineOperand& MO = MI.getOperand(i);
 171       if (MO.isReg()) {
 172         unsigned Reg = MO.getReg();
 173         if (X86InstrInfo::isX86_64NonExtLowByteReg(Reg))
 174           REX |= 0x40;
 175       }
 176     }
 177
 178     switch (Desc.TSFlags & X86II::FormMask) {
 179       case X86II::MRMInitReg:
 180         if (X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MI.getOperand(0)))
 181           REX |= (1 << 0) | (1 << 2);
 182         break;
 183       case X86II::MRMSrcReg: {
 184         if (X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MI.getOperand(0)))
 185           REX |= 1 << 2;
 186         i = isTwoAddr ? 2 : 1;
 187         for (unsigned e = NumOps; i != e; ++i) {
 188           const MachineOperand& MO = MI.getOperand(i);
 189           if (X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MO))
 190             REX |= 1 << 0;
 191         }
 192         break;
 193       }
 194       case X86II::MRMSrcMem: {
 195         if (X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MI.getOperand(0)))
 196           REX |= 1 << 2;
 197         unsigned Bit = 0;
 198         i = isTwoAddr ? 2 : 1;
 199         for (; i != NumOps; ++i) {
 200           const MachineOperand& MO = MI.getOperand(i);
 201           if (MO.isReg()) {
 202             if (X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MO))
 203               REX |= 1 << Bit;
 204             Bit++;
 205           }
 206         }
 207         break;
 208       }
 209       case X86II::MRM0m: case X86II::MRM1m:
 210       case X86II::MRM2m: case X86II::MRM3m:
 211       case X86II::MRM4m: case X86II::MRM5m:
 212       case X86II::MRM6m: case X86II::MRM7m:
 213       case X86II::MRMDestMem: {
 214         unsigned e = (isTwoAddr ? X86::AddrNumOperands+1 : X86::AddrNumOperands);
 215         i = isTwoAddr ? 1 : 0;
 216         if (NumOps > e && X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MI.getOperand(e)))
 217           REX |= 1 << 2;
 218         unsigned Bit = 0;
 219         for (; i != e; ++i) {
 220           const MachineOperand& MO = MI.getOperand(i);
 221           if (MO.isReg()) {
 222             if (X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MO))
 223               REX |= 1 << Bit;
 224             Bit++;
 225           }
 226         }
 227         break;
 228       }
 229       default: {
 230         if (X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MI.getOperand(0)))
 231           REX |= 1 << 0;
 232         i = isTwoAddr ? 2 : 1;
 233         for (unsigned e = NumOps; i != e; ++i) {
 234           const MachineOperand& MO = MI.getOperand(i);
 235           if (X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MO))
 236             REX |= 1 << 2;
 237         }
 238         break;
 239       }
 240     }
 241   }
 242   return REX;
 243 }
 244
 245
 246 /// emitPCRelativeBlockAddress - This method keeps track of the information
 247 /// necessary to resolve the address of this block later and emits a dummy
 248 /// value.
 249 ///
 250 template<class CodeEmitter>
 251 void Emitter<CodeEmitter>::emitPCRelativeBlockAddress(MachineBasicBlock *MBB) {
 252   // Remember where this reference was and where it is to so we can
 253   // deal with it later.
 254   MCE.addRelocation(MachineRelocation::getBB(MCE.getCurrentPCOffset(),
 255                                              X86::reloc_pcrel_word, MBB));
 256   MCE.emitWordLE(0);
 257 }
 258
 259 /// emitGlobalAddress - Emit the specified address to the code stream assuming
 260 /// this is part of a "take the address of a global" instruction.
 261 ///
 262 template<class CodeEmitter>
 263 void Emitter<CodeEmitter>::emitGlobalAddress(const GlobalValue *GV,
 264                                 unsigned Reloc,
 265                                 intptr_t Disp /* = 0 */,
 266                                 intptr_t PCAdj /* = 0 */,
 267                                 bool Indirect /* = false */) {
 268   intptr_t RelocCST = Disp;
 269   if (Reloc == X86::reloc_picrel_word)
 270     RelocCST = PICBaseOffset;
 271   else if (Reloc == X86::reloc_pcrel_word)
 272     RelocCST = PCAdj;
 273   MachineRelocation MR = Indirect
 274     ? MachineRelocation::getIndirectSymbol(MCE.getCurrentPCOffset(), Reloc,
 275                                            const_cast<GlobalValue *>(GV),
 276                                            RelocCST, false)
 277     : MachineRelocation::getGV(MCE.getCurrentPCOffset(), Reloc,
 278                                const_cast<GlobalValue *>(GV), RelocCST, false);
 279   MCE.addRelocation(MR);
 280   // The relocated value will be added to the displacement
 281   if (Reloc == X86::reloc_absolute_dword)
 282     MCE.emitDWordLE(Disp);
 283   else
 284     MCE.emitWordLE((int32_t)Disp);
 285 }
 286
 287 /// emitExternalSymbolAddress - Arrange for the address of an external symbol to
 288 /// be emitted to the current location in the function, and allow it to be PC
 289 /// relative.
 290 template<class CodeEmitter>
 291 void Emitter<CodeEmitter>::emitExternalSymbolAddress(const char *ES,
 292                                                      unsigned Reloc) {
 293   intptr_t RelocCST = (Reloc == X86::reloc_picrel_word) ? PICBaseOffset : 0;
 294
 295   // X86 never needs stubs because instruction selection will always pick
 296   // an instruction sequence that is large enough to hold any address
 297   // to a symbol.
 298   // (see X86ISelLowering.cpp, near 2039: X86TargetLowering::LowerCall)
 299   bool NeedStub = false;
 300   MCE.addRelocation(MachineRelocation::getExtSym(MCE.getCurrentPCOffset(),
 301                                                  Reloc, ES, RelocCST,
 302                                                  0, NeedStub));
 303   if (Reloc == X86::reloc_absolute_dword)
 304     MCE.emitDWordLE(0);
 305   else
 306     MCE.emitWordLE(0);
 307 }
 308
 309 /// emitConstPoolAddress - Arrange for the address of an constant pool
 310 /// to be emitted to the current location in the function, and allow it to be PC
 311 /// relative.
 312 template<class CodeEmitter>
 313 void Emitter<CodeEmitter>::emitConstPoolAddress(unsigned CPI, unsigned Reloc,
 314                                    intptr_t Disp /* = 0 */,
 315                                    intptr_t PCAdj /* = 0 */) {
 316   intptr_t RelocCST = 0;
 317   if (Reloc == X86::reloc_picrel_word)
 318     RelocCST = PICBaseOffset;
 319   else if (Reloc == X86::reloc_pcrel_word)
 320     RelocCST = PCAdj;
 321   MCE.addRelocation(MachineRelocation::getConstPool(MCE.getCurrentPCOffset(),
 322                                                     Reloc, CPI, RelocCST));
 323   // The relocated value will be added to the displacement
 324   if (Reloc == X86::reloc_absolute_dword)
 325     MCE.emitDWordLE(Disp);
 326   else
 327     MCE.emitWordLE((int32_t)Disp);
 328 }
 329
 330 /// emitJumpTableAddress - Arrange for the address of a jump table to
 331 /// be emitted to the current location in the function, and allow it to be PC
 332 /// relative.
 333 template<class CodeEmitter>
 334 void Emitter<CodeEmitter>::emitJumpTableAddress(unsigned JTI, unsigned Reloc,
 335                                    intptr_t PCAdj /* = 0 */) {
 336   intptr_t RelocCST = 0;
 337   if (Reloc == X86::reloc_picrel_word)
 338     RelocCST = PICBaseOffset;
 339   else if (Reloc == X86::reloc_pcrel_word)
 340     RelocCST = PCAdj;
 341   MCE.addRelocation(MachineRelocation::getJumpTable(MCE.getCurrentPCOffset(),
 342                                                     Reloc, JTI, RelocCST));
 343   // The relocated value will be added to the displacement
 344   if (Reloc == X86::reloc_absolute_dword)
 345     MCE.emitDWordLE(0);
 346   else
 347     MCE.emitWordLE(0);
 348 }
 349
 350 template<class CodeEmitter>
 351 unsigned Emitter<CodeEmitter>::getX86RegNum(unsigned RegNo) const {
 352   return X86RegisterInfo::getX86RegNum(RegNo);
 353 }
 354
 355 inline static unsigned char ModRMByte(unsigned Mod, unsigned RegOpcode,
 356                                       unsigned RM) {
 357   assert(Mod < 4 && RegOpcode < 8 && RM < 8 && "ModRM Fields out of range!");
 358   return RM | (RegOpcode << 3) | (Mod << 6);
 359 }
 360
 361 template<class CodeEmitter>
 362 void Emitter<CodeEmitter>::emitRegModRMByte(unsigned ModRMReg,
 363                                             unsigned RegOpcodeFld){
 364   MCE.emitByte(ModRMByte(3, RegOpcodeFld, getX86RegNum(ModRMReg)));
 365 }
 366
 367 template<class CodeEmitter>
 368 void Emitter<CodeEmitter>::emitRegModRMByte(unsigned RegOpcodeFld) {
 369   MCE.emitByte(ModRMByte(3, RegOpcodeFld, 0));
 370 }
 371
 372 template<class CodeEmitter>
 373 void Emitter<CodeEmitter>::emitSIBByte(unsigned SS,
 374                                        unsigned Index,
 375                                        unsigned Base) {
 376   // SIB byte is in the same format as the ModRMByte...
 377   MCE.emitByte(ModRMByte(SS, Index, Base));
 378 }
 379
 380 template<class CodeEmitter>
 381 void Emitter<CodeEmitter>::emitConstant(uint64_t Val, unsigned Size) {
 382   // Output the constant in little endian byte order...
 383   for (unsigned i = 0; i != Size; ++i) {
 384     MCE.emitByte(Val & 255);
 385     Val >>= 8;
 386   }
 387 }
 388
 389 /// isDisp8 - Return true if this signed displacement fits in a 8-bit
 390 /// sign-extended field.
 391 static bool isDisp8(int Value) {
 392   return Value == (signed char)Value;
 393 }
 394
 395 static bool gvNeedsNonLazyPtr(const MachineOperand &GVOp,
 396                               const TargetMachine &TM) {
 397   // For Darwin-64, simulate the linktime GOT by using the same non-lazy-pointer
 398   // mechanism as 32-bit mode.
 399   if (TM.getSubtarget<X86Subtarget>().is64Bit() &&
 400       !TM.getSubtarget<X86Subtarget>().isTargetDarwin())
 401     return false;
 402
 403   // Return true if this is a reference to a stub containing the address of the
 404   // global, not the global itself.
 405   return isGlobalStubReference(GVOp.getTargetFlags());
 406 }
 407
 408 template<class CodeEmitter>
 409 void Emitter<CodeEmitter>::emitDisplacementField(const MachineOperand *RelocOp,
 410                                                  int DispVal,
 411                                                  intptr_t Adj /* = 0 */,
 412                                                  bool IsPCRel /* = true */) {
 413   // If this is a simple integer displacement that doesn't require a relocation,
 414   // emit it now.
 415   if (!RelocOp) {
 416     emitConstant(DispVal, 4);
 417     return;
 418   }
 419
 420   // Otherwise, this is something that requires a relocation.  Emit it as such
 421   // now.
 422   unsigned RelocType = Is64BitMode ?
 423     (IsPCRel ? X86::reloc_pcrel_word : X86::reloc_absolute_word_sext)
 424     : (IsPIC ? X86::reloc_picrel_word : X86::reloc_absolute_word);
 425   if (RelocOp->isGlobal()) {
 426     // In 64-bit static small code model, we could potentially emit absolute.
 427     // But it's probably not beneficial. If the MCE supports using RIP directly
 428     // do it, otherwise fallback to absolute (this is determined by IsPCRel).
 429     //  89 05 00 00 00 00     mov    %eax,0(%rip)  # PC-relative
 430     //  89 04 25 00 00 00 00  mov    %eax,0x0      # Absolute
 431     bool Indirect = gvNeedsNonLazyPtr(*RelocOp, TM);
 432     emitGlobalAddress(RelocOp->getGlobal(), RelocType, RelocOp->getOffset(),
 433                       Adj, Indirect);
 434   } else if (RelocOp->isSymbol()) {
 435     emitExternalSymbolAddress(RelocOp->getSymbolName(), RelocType);
 436   } else if (RelocOp->isCPI()) {
 437     emitConstPoolAddress(RelocOp->getIndex(), RelocType,
 438                          RelocOp->getOffset(), Adj);
 439   } else {
 440     assert(RelocOp->isJTI() && "Unexpected machine operand!");
 441     emitJumpTableAddress(RelocOp->getIndex(), RelocType, Adj);
 442   }
 443 }
 444
 445 template<class CodeEmitter>
 446 void Emitter<CodeEmitter>::emitMemModRMByte(const MachineInstr &MI,
 447                                             unsigned Op,unsigned RegOpcodeField,
 448                                             intptr_t PCAdj) {
 449   const MachineOperand &Op3 = MI.getOperand(Op+3);
 450   int DispVal = 0;
 451   const MachineOperand *DispForReloc = 0;
 452
 453   // Figure out what sort of displacement we have to handle here.
 454   if (Op3.isGlobal()) {
 455     DispForReloc = &Op3;
 456   } else if (Op3.isSymbol()) {
 457     DispForReloc = &Op3;
 458   } else if (Op3.isCPI()) {
 459     if (!MCE.earlyResolveAddresses() || Is64BitMode || IsPIC) {
 460       DispForReloc = &Op3;
 461     } else {
 462       DispVal += MCE.getConstantPoolEntryAddress(Op3.getIndex());
 463       DispVal += Op3.getOffset();
 464     }
 465   } else if (Op3.isJTI()) {
 466     if (!MCE.earlyResolveAddresses() || Is64BitMode || IsPIC) {
 467       DispForReloc = &Op3;
 468     } else {
 469       DispVal += MCE.getJumpTableEntryAddress(Op3.getIndex());
 470     }
 471   } else {
 472     DispVal = Op3.getImm();
 473   }
 474
 475   const MachineOperand &Base     = MI.getOperand(Op);
 476   const MachineOperand &Scale    = MI.getOperand(Op+1);
 477   const MachineOperand &IndexReg = MI.getOperand(Op+2);
 478
 479   unsigned BaseReg = Base.getReg();
 480
 481   // Handle %rip relative addressing.
 482   if (BaseReg == X86::RIP ||
 483       (Is64BitMode && DispForReloc)) { // [disp32+RIP] in X86-64 mode
 484     assert(IndexReg.getReg() == 0 && Is64BitMode &&
 485            "Invalid rip-relative address");
 486     MCE.emitByte(ModRMByte(0, RegOpcodeField, 5));
 487     emitDisplacementField(DispForReloc, DispVal, PCAdj, true);
 488     return;
 489   }
 490
 491   // Indicate that the displacement will use an pcrel or absolute reference
 492   // by default. MCEs able to resolve addresses on-the-fly use pcrel by default
 493   // while others, unless explicit asked to use RIP, use absolute references.
 494   bool IsPCRel = MCE.earlyResolveAddresses() ? true : false;
 495
 496   // Is a SIB byte needed?
 497   // If no BaseReg, issue a RIP relative instruction only if the MCE can
 498   // resolve addresses on-the-fly, otherwise use SIB (Intel Manual 2A, table
 499   // 2-7) and absolute references.
 500   unsigned BaseRegNo = -1U;
 501   if (BaseReg != 0 && BaseReg != X86::RIP)
 502     BaseRegNo = getX86RegNum(BaseReg);
 503
 504   if (// The SIB byte must be used if there is an index register.
 505       IndexReg.getReg() == 0 &&
 506       // The SIB byte must be used if the base is ESP/RSP/R12, all of which
 507       // encode to an R/M value of 4, which indicates that a SIB byte is
 508       // present.
 509       BaseRegNo != N86::ESP &&
 510       // If there is no base register and we're in 64-bit mode, we need a SIB
 511       // byte to emit an addr that is just 'disp32' (the non-RIP relative form).
 512       (!Is64BitMode || BaseReg != 0)) {
 513     if (BaseReg == 0 ||          // [disp32]     in X86-32 mode
 514         BaseReg == X86::RIP) {   // [disp32+RIP] in X86-64 mode
 515       MCE.emitByte(ModRMByte(0, RegOpcodeField, 5));
 516       emitDisplacementField(DispForReloc, DispVal, PCAdj, true);
 517       return;
 518     }
 519
 520     // If the base is not EBP/ESP and there is no displacement, use simple
 521     // indirect register encoding, this handles addresses like [EAX].  The
 522     // encoding for [EBP] with no displacement means [disp32] so we handle it
 523     // by emitting a displacement of 0 below.
 524     if (!DispForReloc && DispVal == 0 && BaseRegNo != N86::EBP) {
 525       MCE.emitByte(ModRMByte(0, RegOpcodeField, BaseRegNo));
 526       return;
 527     }
 528
 529     // Otherwise, if the displacement fits in a byte, encode as [REG+disp8].
 530     if (!DispForReloc && isDisp8(DispVal)) {
 531       MCE.emitByte(ModRMByte(1, RegOpcodeField, BaseRegNo));
 532       emitConstant(DispVal, 1);
 533       return;
 534     }
 535
 536     // Otherwise, emit the most general non-SIB encoding: [REG+disp32]
 537     MCE.emitByte(ModRMByte(2, RegOpcodeField, BaseRegNo));
 538     emitDisplacementField(DispForReloc, DispVal, PCAdj, IsPCRel);
 539     return;
 540   }
 541
 542   // Otherwise we need a SIB byte, so start by outputting the ModR/M byte first.
 543   assert(IndexReg.getReg() != X86::ESP &&
 544          IndexReg.getReg() != X86::RSP && "Cannot use ESP as index reg!");
 545
 546   bool ForceDisp32 = false;
 547   bool ForceDisp8  = false;
 548   if (BaseReg == 0) {
 549     // If there is no base register, we emit the special case SIB byte with
 550     // MOD=0, BASE=4, to JUST get the index, scale, and displacement.
 551     MCE.emitByte(ModRMByte(0, RegOpcodeField, 4));
 552     ForceDisp32 = true;
 553   } else if (DispForReloc) {
 554     // Emit the normal disp32 encoding.
 555     MCE.emitByte(ModRMByte(2, RegOpcodeField, 4));
 556     ForceDisp32 = true;
 557   } else if (DispVal == 0 && BaseRegNo != N86::EBP) {
 558     // Emit no displacement ModR/M byte
 559     MCE.emitByte(ModRMByte(0, RegOpcodeField, 4));
 560   } else if (isDisp8(DispVal)) {
 561     // Emit the disp8 encoding...
 562     MCE.emitByte(ModRMByte(1, RegOpcodeField, 4));
 563     ForceDisp8 = true;           // Make sure to force 8 bit disp if Base=EBP
 564   } else {
 565     // Emit the normal disp32 encoding...
 566     MCE.emitByte(ModRMByte(2, RegOpcodeField, 4));
 567   }
 568
 569   // Calculate what the SS field value should be...
 570   static const unsigned SSTable[] = { ~0, 0, 1, ~0, 2, ~0, ~0, ~0, 3 };
 571   unsigned SS = SSTable[Scale.getImm()];
 572
 573   if (BaseReg == 0) {
 574     // Handle the SIB byte for the case where there is no base, see Intel
 575     // Manual 2A, table 2-7. The displacement has already been output.
 576     unsigned IndexRegNo;
 577     if (IndexReg.getReg())
 578       IndexRegNo = getX86RegNum(IndexReg.getReg());
 579     else // Examples: [ESP+1*<noreg>+4] or [scaled idx]+disp32 (MOD=0,BASE=5)
 580       IndexRegNo = 4;
 581     emitSIBByte(SS, IndexRegNo, 5);
 582   } else {
 583     unsigned BaseRegNo = getX86RegNum(BaseReg);
 584     unsigned IndexRegNo;
 585     if (IndexReg.getReg())
 586       IndexRegNo = getX86RegNum(IndexReg.getReg());
 587     else
 588       IndexRegNo = 4;   // For example [ESP+1*<noreg>+4]
 589     emitSIBByte(SS, IndexRegNo, BaseRegNo);
 590   }
 591
 592   // Do we need to output a displacement?
 593   if (ForceDisp8) {
 594     emitConstant(DispVal, 1);
 595   } else if (DispVal != 0 || ForceDisp32) {
 596     emitDisplacementField(DispForReloc, DispVal, PCAdj, IsPCRel);
 597   }
 598 }
 599
 600 template<class CodeEmitter>
 601 void Emitter<CodeEmitter>::emitInstruction(const MachineInstr &MI,
 602                                            const TargetInstrDesc *Desc) {
 603   DEBUG(dbgs() << MI);
 604
 605   MCE.processDebugLoc(MI.getDebugLoc(), true);
 606
 607   unsigned Opcode = Desc->Opcode;
 608
 609   // Emit the lock opcode prefix as needed.
 610   if (Desc->TSFlags & X86II::LOCK)
 611     MCE.emitByte(0xF0);
 612
 613   // Emit segment override opcode prefix as needed.
 614   switch (Desc->TSFlags & X86II::SegOvrMask) {
 615   case X86II::FS:
 616     MCE.emitByte(0x64);
 617     break;
 618   case X86II::GS:
 619     MCE.emitByte(0x65);
 620     break;
 621   default: llvm_unreachable("Invalid segment!");
 622   case 0: break;  // No segment override!
 623   }
 624
 625   // Emit the repeat opcode prefix as needed.
 626   if ((Desc->TSFlags & X86II::Op0Mask) == X86II::REP)
 627     MCE.emitByte(0xF3);
 628
 629   // Emit the operand size opcode prefix as needed.
 630   if (Desc->TSFlags & X86II::OpSize)
 631     MCE.emitByte(0x66);
 632
 633   // Emit the address size opcode prefix as needed.
 634   if (Desc->TSFlags & X86II::AdSize)
 635     MCE.emitByte(0x67);
 636
 637   bool Need0FPrefix = false;
 638   switch (Desc->TSFlags & X86II::Op0Mask) {
 639   case X86II::TB:  // Two-byte opcode prefix
 640   case X86II::T8:  // 0F 38
 641   case X86II::TA:  // 0F 3A
 642     Need0FPrefix = true;
 643     break;
 644   case X86II::TF: // F2 0F 38
 645     MCE.emitByte(0xF2);
 646     Need0FPrefix = true;
 647     break;
 648   case X86II::REP: break; // already handled.
 649   case X86II::XS:   // F3 0F
 650     MCE.emitByte(0xF3);
 651     Need0FPrefix = true;
 652     break;
 653   case X86II::XD:   // F2 0F
 654     MCE.emitByte(0xF2);
 655     Need0FPrefix = true;
 656     break;
 657   case X86II::D8: case X86II::D9: case X86II::DA: case X86II::DB:
 658   case X86II::DC: case X86II::DD: case X86II::DE: case X86II::DF:
 659     MCE.emitByte(0xD8+
 660                  (((Desc->TSFlags & X86II::Op0Mask)-X86II::D8)
 661                                    >> X86II::Op0Shift));
 662     break; // Two-byte opcode prefix
 663   default: llvm_unreachable("Invalid prefix!");
 664   case 0: break;  // No prefix!
 665   }
 666
 667   // Handle REX prefix.
 668   if (Is64BitMode) {
 669     if (unsigned REX = determineREX(MI))
 670       MCE.emitByte(0x40 | REX);
 671   }
 672
 673   // 0x0F escape code must be emitted just before the opcode.
 674   if (Need0FPrefix)
 675     MCE.emitByte(0x0F);
 676
 677   switch (Desc->TSFlags & X86II::Op0Mask) {
 678   case X86II::TF:    // F2 0F 38
 679   case X86II::T8:    // 0F 38
 680     MCE.emitByte(0x38);
 681     break;
 682   case X86II::TA:    // 0F 3A
 683     MCE.emitByte(0x3A);
 684     break;
 685   }
 686
 687   // If this is a two-address instruction, skip one of the register operands.
 688   unsigned NumOps = Desc->getNumOperands();
 689   unsigned CurOp = 0;
 690   if (NumOps > 1 && Desc->getOperandConstraint(1, TOI::TIED_TO) != -1)
 691     ++CurOp;
 692   else if (NumOps > 2 && Desc->getOperandConstraint(NumOps-1, TOI::TIED_TO)== 0)
 693     // Skip the last source operand that is tied_to the dest reg. e.g. LXADD32
 694     --NumOps;
 695
 696   unsigned char BaseOpcode = X86II::getBaseOpcodeFor(Desc->TSFlags);
 697   switch (Desc->TSFlags & X86II::FormMask) {
 698   default:
 699     llvm_unreachable("Unknown FormMask value in X86 MachineCodeEmitter!");
 700   case X86II::Pseudo:
 701     // Remember the current PC offset, this is the PIC relocation
 702     // base address.
 703     switch (Opcode) {
 704     default:
 705       llvm_unreachable("psuedo instructions should be removed before code"
 706                        " emission");
 707       break;
 708     case TargetOpcode::INLINEASM:
 709       // We allow inline assembler nodes with empty bodies - they can
 710       // implicitly define registers, which is ok for JIT.
 711       if (MI.getOperand(0).getSymbolName()[0])
 712         report_fatal_error("JIT does not support inline asm!");
 713       break;
 714     case TargetOpcode::PROLOG_LABEL:
 715     case TargetOpcode::GC_LABEL:
 716     case TargetOpcode::EH_LABEL:
 717       MCE.emitLabel(MI.getOperand(0).getMCSymbol());
 718       break;
 719
 720     case TargetOpcode::IMPLICIT_DEF:
 721     case TargetOpcode::KILL:
 722       break;
 723     case X86::MOVPC32r: {
 724       // This emits the "call" portion of this pseudo instruction.
 725       MCE.emitByte(BaseOpcode);
 726       emitConstant(0, X86II::getSizeOfImm(Desc->TSFlags));
 727       // Remember PIC base.
 728       PICBaseOffset = (intptr_t) MCE.getCurrentPCOffset();
 729       X86JITInfo *JTI = TM.getJITInfo();
 730       JTI->setPICBase(MCE.getCurrentPCValue());
 731       break;
 732     }
 733     }
 734     CurOp = NumOps;
 735     break;
 736   case X86II::RawFrm: {
 737     MCE.emitByte(BaseOpcode);
 738
 739     if (CurOp == NumOps)
 740       break;
 741
 742     const MachineOperand &MO = MI.getOperand(CurOp++);
 743
 744     DEBUG(dbgs() << "RawFrm CurOp " << CurOp << "\n");
 745     DEBUG(dbgs() << "isMBB " << MO.isMBB() << "\n");
 746     DEBUG(dbgs() << "isGlobal " << MO.isGlobal() << "\n");
 747     DEBUG(dbgs() << "isSymbol " << MO.isSymbol() << "\n");
 748     DEBUG(dbgs() << "isImm " << MO.isImm() << "\n");
 749
 750     if (MO.isMBB()) {
 751       emitPCRelativeBlockAddress(MO.getMBB());
 752       break;
 753     }
 754
 755     if (MO.isGlobal()) {
 756       emitGlobalAddress(MO.getGlobal(), X86::reloc_pcrel_word,
 757                         MO.getOffset(), 0);
 758       break;
 759     }
 760
 761     if (MO.isSymbol()) {
 762       emitExternalSymbolAddress(MO.getSymbolName(), X86::reloc_pcrel_word);
 763       break;
 764     }
 765
 766     // FIXME: Only used by hackish MCCodeEmitter, remove when dead.
 767     if (MO.isJTI()) {
 768       emitJumpTableAddress(MO.getIndex(), X86::reloc_pcrel_word);
 769       break;
 770     }
 771
 772     assert(MO.isImm() && "Unknown RawFrm operand!");
 773     if (Opcode == X86::CALLpcrel32 || Opcode == X86::CALL64pcrel32) {
 774       // Fix up immediate operand for pc relative calls.
 775       intptr_t Imm = (intptr_t)MO.getImm();
 776       Imm = Imm - MCE.getCurrentPCValue() - 4;
 777       emitConstant(Imm, X86II::getSizeOfImm(Desc->TSFlags));
 778     } else
 779       emitConstant(MO.getImm(), X86II::getSizeOfImm(Desc->TSFlags));
 780     break;
 781   }
 782
 783   case X86II::AddRegFrm: {
 784     MCE.emitByte(BaseOpcode + getX86RegNum(MI.getOperand(CurOp++).getReg()));
 785
 786     if (CurOp == NumOps)
 787       break;
 788
 789     const MachineOperand &MO1 = MI.getOperand(CurOp++);
 790     unsigned Size = X86II::getSizeOfImm(Desc->TSFlags);
 791     if (MO1.isImm()) {
 792       emitConstant(MO1.getImm(), Size);
 793       break;
 794     }
 795
 796     unsigned rt = Is64BitMode ? X86::reloc_pcrel_word
 797       : (IsPIC ? X86::reloc_picrel_word : X86::reloc_absolute_word);
 798     if (Opcode == X86::MOV64ri64i32)
 799       rt = X86::reloc_absolute_word;  // FIXME: add X86II flag?
 800     // This should not occur on Darwin for relocatable objects.
 801     if (Opcode == X86::MOV64ri)
 802       rt = X86::reloc_absolute_dword;  // FIXME: add X86II flag?
 803     if (MO1.isGlobal()) {
 804       bool Indirect = gvNeedsNonLazyPtr(MO1, TM);
 805       emitGlobalAddress(MO1.getGlobal(), rt, MO1.getOffset(), 0,
 806                         Indirect);
 807     } else if (MO1.isSymbol())
 808       emitExternalSymbolAddress(MO1.getSymbolName(), rt);
 809     else if (MO1.isCPI())
 810       emitConstPoolAddress(MO1.getIndex(), rt);
 811     else if (MO1.isJTI())
 812       emitJumpTableAddress(MO1.getIndex(), rt);
 813     break;
 814   }
 815
 816   case X86II::MRMDestReg: {
 817     MCE.emitByte(BaseOpcode);
 818     emitRegModRMByte(MI.getOperand(CurOp).getReg(),
 819                      getX86RegNum(MI.getOperand(CurOp+1).getReg()));
 820     CurOp += 2;
 821     if (CurOp != NumOps)
 822       emitConstant(MI.getOperand(CurOp++).getImm(),
 823                    X86II::getSizeOfImm(Desc->TSFlags));
 824     break;
 825   }
 826   case X86II::MRMDestMem: {
 827     MCE.emitByte(BaseOpcode);
 828     emitMemModRMByte(MI, CurOp,
 829                      getX86RegNum(MI.getOperand(CurOp + X86::AddrNumOperands)
 830                                   .getReg()));
 831     CurOp +=  X86::AddrNumOperands + 1;
 832     if (CurOp != NumOps)
 833       emitConstant(MI.getOperand(CurOp++).getImm(),
 834                    X86II::getSizeOfImm(Desc->TSFlags));
 835     break;
 836   }
 837
 838   case X86II::MRMSrcReg:
 839     MCE.emitByte(BaseOpcode);
 840     emitRegModRMByte(MI.getOperand(CurOp+1).getReg(),
 841                      getX86RegNum(MI.getOperand(CurOp).getReg()));
 842     CurOp += 2;
 843     if (CurOp != NumOps)
 844       emitConstant(MI.getOperand(CurOp++).getImm(),
 845                    X86II::getSizeOfImm(Desc->TSFlags));
 846     break;
 847
 848   case X86II::MRMSrcMem: {
 849     int AddrOperands = X86::AddrNumOperands;
 850
 851     intptr_t PCAdj = (CurOp + AddrOperands + 1 != NumOps) ?
 852       X86II::getSizeOfImm(Desc->TSFlags) : 0;
 853
 854     MCE.emitByte(BaseOpcode);
 855     emitMemModRMByte(MI, CurOp+1, getX86RegNum(MI.getOperand(CurOp).getReg()),
 856                      PCAdj);
 857     CurOp += AddrOperands + 1;
 858     if (CurOp != NumOps)
 859       emitConstant(MI.getOperand(CurOp++).getImm(),
 860                    X86II::getSizeOfImm(Desc->TSFlags));
 861     break;
 862   }
 863
 864   case X86II::MRM0r: case X86II::MRM1r:
 865   case X86II::MRM2r: case X86II::MRM3r:
 866   case X86II::MRM4r: case X86II::MRM5r:
 867   case X86II::MRM6r: case X86II::MRM7r: {
 868     MCE.emitByte(BaseOpcode);
 869     emitRegModRMByte(MI.getOperand(CurOp++).getReg(),
 870                      (Desc->TSFlags & X86II::FormMask)-X86II::MRM0r);
 871
 872     if (CurOp == NumOps)
 873       break;
 874
 875     const MachineOperand &MO1 = MI.getOperand(CurOp++);
 876     unsigned Size = X86II::getSizeOfImm(Desc->TSFlags);
 877     if (MO1.isImm()) {
 878       emitConstant(MO1.getImm(), Size);
 879       break;
 880     }
 881
 882     unsigned rt = Is64BitMode ? X86::reloc_pcrel_word
 883       : (IsPIC ? X86::reloc_picrel_word : X86::reloc_absolute_word);
 884     if (Opcode == X86::MOV64ri32)
 885       rt = X86::reloc_absolute_word_sext;  // FIXME: add X86II flag?
 886     if (MO1.isGlobal()) {
 887       bool Indirect = gvNeedsNonLazyPtr(MO1, TM);
 888       emitGlobalAddress(MO1.getGlobal(), rt, MO1.getOffset(), 0,
 889                         Indirect);
 890     } else if (MO1.isSymbol())
 891       emitExternalSymbolAddress(MO1.getSymbolName(), rt);
 892     else if (MO1.isCPI())
 893       emitConstPoolAddress(MO1.getIndex(), rt);
 894     else if (MO1.isJTI())
 895       emitJumpTableAddress(MO1.getIndex(), rt);
 896     break;
 897   }
 898
 899   case X86II::MRM0m: case X86II::MRM1m:
 900   case X86II::MRM2m: case X86II::MRM3m:
 901   case X86II::MRM4m: case X86II::MRM5m:
 902   case X86II::MRM6m: case X86II::MRM7m: {
 903     intptr_t PCAdj = (CurOp + X86::AddrNumOperands != NumOps) ?
 904       (MI.getOperand(CurOp+X86::AddrNumOperands).isImm() ?
 905           X86II::getSizeOfImm(Desc->TSFlags) : 4) : 0;
 906
 907     MCE.emitByte(BaseOpcode);
 908     emitMemModRMByte(MI, CurOp, (Desc->TSFlags & X86II::FormMask)-X86II::MRM0m,
 909                      PCAdj);
 910     CurOp += X86::AddrNumOperands;
 911
 912     if (CurOp == NumOps)
 913       break;
 914
 915     const MachineOperand &MO = MI.getOperand(CurOp++);
 916     unsigned Size = X86II::getSizeOfImm(Desc->TSFlags);
 917     if (MO.isImm()) {
 918       emitConstant(MO.getImm(), Size);
 919       break;
 920     }
 921
 922     unsigned rt = Is64BitMode ? X86::reloc_pcrel_word
 923       : (IsPIC ? X86::reloc_picrel_word : X86::reloc_absolute_word);
 924     if (Opcode == X86::MOV64mi32)
 925       rt = X86::reloc_absolute_word_sext;  // FIXME: add X86II flag?
 926     if (MO.isGlobal()) {
 927       bool Indirect = gvNeedsNonLazyPtr(MO, TM);
 928       emitGlobalAddress(MO.getGlobal(), rt, MO.getOffset(), 0,
 929                         Indirect);
 930     } else if (MO.isSymbol())
 931       emitExternalSymbolAddress(MO.getSymbolName(), rt);
 932     else if (MO.isCPI())
 933       emitConstPoolAddress(MO.getIndex(), rt);
 934     else if (MO.isJTI())
 935       emitJumpTableAddress(MO.getIndex(), rt);
 936     break;
 937   }
 938
 939   case X86II::MRMInitReg:
 940     MCE.emitByte(BaseOpcode);
 941     // Duplicate register, used by things like MOV8r0 (aka xor reg,reg).
 942     emitRegModRMByte(MI.getOperand(CurOp).getReg(),
 943                      getX86RegNum(MI.getOperand(CurOp).getReg()));
 944     ++CurOp;
 945     break;
 946
 947   case X86II::MRM_C1:
 948     MCE.emitByte(BaseOpcode);
 949     MCE.emitByte(0xC1);
 950     break;
 951   case X86II::MRM_C8:
 952     MCE.emitByte(BaseOpcode);
 953     MCE.emitByte(0xC8);
 954     break;
 955   case X86II::MRM_C9:
 956     MCE.emitByte(BaseOpcode);
 957     MCE.emitByte(0xC9);
 958     break;
 959   case X86II::MRM_E8:
 960     MCE.emitByte(BaseOpcode);
 961     MCE.emitByte(0xE8);
 962     break;
 963   case X86II::MRM_F0:
 964     MCE.emitByte(BaseOpcode);
 965     MCE.emitByte(0xF0);
 966     break;
 967   }
 968
 969   if (!Desc->isVariadic() && CurOp != NumOps) {
 970 #ifndef NDEBUG
 971     dbgs() << "Cannot encode all operands of: " << MI << "\n";
 972 #endif
 973     llvm_unreachable(0);
 974   }
 975
 976   MCE.processDebugLoc(MI.getDebugLoc(), false);
 977 }