lib/Target/X86/X86InstrInfo.cpp

   1 //===- X86InstrInfo.cpp - X86 Instruction Information -----------*- C++ -*-===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
   6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file contains the X86 implementation of the TargetInstrInfo class.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #include "X86InstrInfo.h"
  15 #include "X86.h"
  16 #include "X86GenInstrInfo.inc"
  17 #include "X86InstrBuilder.h"
  18 #include "X86Subtarget.h"
  19 #include "X86TargetMachine.h"
  20 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
  21 using namespace llvm;
  22
  23 X86InstrInfo::X86InstrInfo(X86TargetMachine &tm)
  24   : TargetInstrInfo(X86Insts, sizeof(X86Insts)/sizeof(X86Insts[0])),
  25     TM(tm), RI(tm, *this) {
  26 }
  27
  28 /// getDWARF_LABELOpcode - Return the opcode of the target's DWARF_LABEL
  29 /// instruction if it has one.  This is used by codegen passes that update
  30 /// DWARF line number info as they modify the code.
  31 unsigned X86InstrInfo::getDWARF_LABELOpcode() const {
  32   return X86::DWARF_LABEL;
  33 }
  34
  35
  36 bool X86InstrInfo::isMoveInstr(const MachineInstr& MI,
  37                                unsigned& sourceReg,
  38                                unsigned& destReg) const {
  39   MachineOpCode oc = MI.getOpcode();
  40   if (oc == X86::MOV8rr || oc == X86::MOV16rr ||
  41       oc == X86::MOV32rr || oc == X86::MOV64rr ||
  42       oc == X86::MOV16to16_ || oc == X86::MOV32to32_ ||
  43       oc == X86::FpMOV  || oc == X86::MOVSSrr || oc == X86::MOVSDrr ||
  44       oc == X86::FsMOVAPSrr || oc == X86::FsMOVAPDrr ||
  45       oc == X86::MOVAPSrr || oc == X86::MOVAPDrr ||
  46       oc == X86::MOVSS2PSrr || oc == X86::MOVSD2PDrr ||
  47       oc == X86::MOVPS2SSrr || oc == X86::MOVPD2SDrr ||
  48       oc == X86::MOVDI2PDIrr || oc == X86::MOVQI2PQIrr ||
  49       oc == X86::MOVPDI2DIrr) {
  50       assert(MI.getNumOperands() == 2 &&
  51              MI.getOperand(0).isRegister() &&
  52              MI.getOperand(1).isRegister() &&
  53              "invalid register-register move instruction");
  54       sourceReg = MI.getOperand(1).getReg();
  55       destReg = MI.getOperand(0).getReg();
  56       return true;
  57   }
  58   return false;
  59 }
  60
  61 unsigned X86InstrInfo::isLoadFromStackSlot(MachineInstr *MI,
  62                                            int &FrameIndex) const {
  63   switch (MI->getOpcode()) {
  64   default: break;
  65   case X86::MOV8rm:
  66   case X86::MOV16rm:
  67   case X86::MOV16_rm:
  68   case X86::MOV32rm:
  69   case X86::MOV32_rm:
  70   case X86::MOV64rm:
  71   case X86::FpLD64m:
  72   case X86::MOVSSrm:
  73   case X86::MOVSDrm:
  74   case X86::MOVAPSrm:
  75   case X86::MOVAPDrm:
  76     if (MI->getOperand(1).isFrameIndex() && MI->getOperand(2).isImmediate() &&
  77         MI->getOperand(3).isRegister() && MI->getOperand(4).isImmediate() &&
  78         MI->getOperand(2).getImmedValue() == 1 &&
  79         MI->getOperand(3).getReg() == 0 &&
  80         MI->getOperand(4).getImmedValue() == 0) {
  81       FrameIndex = MI->getOperand(1).getFrameIndex();
  82       return MI->getOperand(0).getReg();
  83     }
  84     break;
  85   }
  86   return 0;
  87 }
  88
  89 unsigned X86InstrInfo::isStoreToStackSlot(MachineInstr *MI,
  90                                           int &FrameIndex) const {
  91   switch (MI->getOpcode()) {
  92   default: break;
  93   case X86::MOV8mr:
  94   case X86::MOV16mr:
  95   case X86::MOV16_mr:
  96   case X86::MOV32mr:
  97   case X86::MOV32_mr:
  98   case X86::MOV64mr:
  99   case X86::FpSTP64m:
 100   case X86::MOVSSmr:
 101   case X86::MOVSDmr:
 102   case X86::MOVAPSmr:
 103   case X86::MOVAPDmr:
 104     if (MI->getOperand(0).isFrameIndex() && MI->getOperand(1).isImmediate() &&
 105         MI->getOperand(2).isRegister() && MI->getOperand(3).isImmediate() &&
 106         MI->getOperand(1).getImmedValue() == 1 &&
 107         MI->getOperand(2).getReg() == 0 &&
 108         MI->getOperand(3).getImmedValue() == 0) {
 109       FrameIndex = MI->getOperand(0).getFrameIndex();
 110       return MI->getOperand(4).getReg();
 111     }
 112     break;
 113   }
 114   return 0;
 115 }
 116
 117
 118 /// convertToThreeAddress - This method must be implemented by targets that
 119 /// set the M_CONVERTIBLE_TO_3_ADDR flag.  When this flag is set, the target
 120 /// may be able to convert a two-address instruction into a true
 121 /// three-address instruction on demand.  This allows the X86 target (for
 122 /// example) to convert ADD and SHL instructions into LEA instructions if they
 123 /// would require register copies due to two-addressness.
 124 ///
 125 /// This method returns a null pointer if the transformation cannot be
 126 /// performed, otherwise it returns the new instruction.
 127 ///
 128 MachineInstr *X86InstrInfo::convertToThreeAddress(MachineInstr *MI) const {
 129   // All instructions input are two-addr instructions.  Get the known operands.
 130   unsigned Dest = MI->getOperand(0).getReg();
 131   unsigned Src = MI->getOperand(1).getReg();
 132
 133   MachineInstr *NewMI = NULL;
 134   switch (MI->getOpcode()) {
 135   default: break;
 136   case X86::SHUFPSrri: {
 137     assert(MI->getNumOperands() == 4 && "Unknown shufps instruction!");
 138     const X86Subtarget *Subtarget = &TM.getSubtarget<X86Subtarget>();
 139     unsigned A = MI->getOperand(0).getReg();
 140     unsigned B = MI->getOperand(1).getReg();
 141     unsigned C = MI->getOperand(2).getReg();
 142     unsigned M = MI->getOperand(3).getImmedValue();
 143     if (!Subtarget->hasSSE2() || B != C) return 0;
 144     NewMI = BuildMI(*this, X86::PSHUFDri, 2, A).addReg(B).addImm(M);
 145     NewMI->copyKillDeadInfo(MI);
 146     return NewMI;
 147   }
 148   }
 149
 150   // FIXME: None of these instructions are promotable to LEAs without
 151   // additional information.  In particular, LEA doesn't set the flags that
 152   // add and inc do.  :(
 153   return 0;
 154
 155   // FIXME: 16-bit LEA's are really slow on Athlons, but not bad on P4's.  When
 156   // we have subtarget support, enable the 16-bit LEA generation here.
 157   bool DisableLEA16 = true;
 158
 159   switch (MI->getOpcode()) {
 160   case X86::INC32r:
 161   case X86::INC64_32r:
 162     assert(MI->getNumOperands() == 2 && "Unknown inc instruction!");
 163     NewMI = addRegOffset(BuildMI(*this, X86::LEA32r, 5, Dest), Src, 1);
 164     break;
 165   case X86::INC16r:
 166   case X86::INC64_16r:
 167     if (DisableLEA16) return 0;
 168     assert(MI->getNumOperands() == 2 && "Unknown inc instruction!");
 169     NewMI = addRegOffset(BuildMI(*this, X86::LEA16r, 5, Dest), Src, 1);
 170     break;
 171   case X86::DEC32r:
 172   case X86::DEC64_32r:
 173     assert(MI->getNumOperands() == 2 && "Unknown dec instruction!");
 174     NewMI = addRegOffset(BuildMI(*this, X86::LEA32r, 5, Dest), Src, -1);
 175     break;
 176   case X86::DEC16r:
 177   case X86::DEC64_16r:
 178     if (DisableLEA16) return 0;
 179     assert(MI->getNumOperands() == 2 && "Unknown dec instruction!");
 180     NewMI = addRegOffset(BuildMI(*this, X86::LEA16r, 5, Dest), Src, -1);
 181     break;
 182   case X86::ADD32rr:
 183     assert(MI->getNumOperands() == 3 && "Unknown add instruction!");
 184     NewMI = addRegReg(BuildMI(*this, X86::LEA32r, 5, Dest), Src,
 185                      MI->getOperand(2).getReg());
 186     break;
 187   case X86::ADD16rr:
 188     if (DisableLEA16) return 0;
 189     assert(MI->getNumOperands() == 3 && "Unknown add instruction!");
 190     NewMI = addRegReg(BuildMI(*this, X86::LEA16r, 5, Dest), Src,
 191                      MI->getOperand(2).getReg());
 192     break;
 193   case X86::ADD32ri:
 194   case X86::ADD32ri8:
 195     assert(MI->getNumOperands() == 3 && "Unknown add instruction!");
 196     if (MI->getOperand(2).isImmediate())
 197       NewMI = addRegOffset(BuildMI(*this, X86::LEA32r, 5, Dest), Src,
 198                           MI->getOperand(2).getImmedValue());
 199     break;
 200   case X86::ADD16ri:
 201   case X86::ADD16ri8:
 202     if (DisableLEA16) return 0;
 203     assert(MI->getNumOperands() == 3 && "Unknown add instruction!");
 204     if (MI->getOperand(2).isImmediate())
 205       NewMI = addRegOffset(BuildMI(*this, X86::LEA16r, 5, Dest), Src,
 206                           MI->getOperand(2).getImmedValue());
 207     break;
 208   case X86::SHL16ri:
 209     if (DisableLEA16) return 0;
 210   case X86::SHL32ri:
 211     assert(MI->getNumOperands() == 3 && MI->getOperand(2).isImmediate() &&
 212            "Unknown shl instruction!");
 213     unsigned ShAmt = MI->getOperand(2).getImmedValue();
 214     if (ShAmt == 1 || ShAmt == 2 || ShAmt == 3) {
 215       X86AddressMode AM;
 216       AM.Scale = 1 << ShAmt;
 217       AM.IndexReg = Src;
 218       unsigned Opc = MI->getOpcode() == X86::SHL32ri ? X86::LEA32r :X86::LEA16r;
 219       NewMI = addFullAddress(BuildMI(*this, Opc, 5, Dest), AM);
 220     }
 221     break;
 222   }
 223
 224   if (NewMI)
 225     NewMI->copyKillDeadInfo(MI);
 226   return NewMI;
 227 }
 228
 229 /// commuteInstruction - We have a few instructions that must be hacked on to
 230 /// commute them.
 231 ///
 232 MachineInstr *X86InstrInfo::commuteInstruction(MachineInstr *MI) const {
 233   // FIXME: Can commute cmoves by changing the condition!
 234   switch (MI->getOpcode()) {
 235   case X86::SHRD16rri8: // A = SHRD16rri8 B, C, I -> A = SHLD16rri8 C, B, (16-I)
 236   case X86::SHLD16rri8: // A = SHLD16rri8 B, C, I -> A = SHRD16rri8 C, B, (16-I)
 237   case X86::SHRD32rri8: // A = SHRD32rri8 B, C, I -> A = SHLD32rri8 C, B, (32-I)
 238   case X86::SHLD32rri8:{// A = SHLD32rri8 B, C, I -> A = SHRD32rri8 C, B, (32-I)
 239     unsigned Opc;
 240     unsigned Size;
 241     switch (MI->getOpcode()) {
 242     default: assert(0 && "Unreachable!");
 243     case X86::SHRD16rri8: Size = 16; Opc = X86::SHLD16rri8; break;
 244     case X86::SHLD16rri8: Size = 16; Opc = X86::SHRD16rri8; break;
 245     case X86::SHRD32rri8: Size = 32; Opc = X86::SHLD32rri8; break;
 246     case X86::SHLD32rri8: Size = 32; Opc = X86::SHRD32rri8; break;
 247     }
 248     unsigned Amt = MI->getOperand(3).getImmedValue();
 249     unsigned A = MI->getOperand(0).getReg();
 250     unsigned B = MI->getOperand(1).getReg();
 251     unsigned C = MI->getOperand(2).getReg();
 252     bool BisKill = MI->getOperand(1).isKill();
 253     bool CisKill = MI->getOperand(2).isKill();
 254     return BuildMI(*this, Opc, 3, A).addReg(C, false, false, CisKill)
 255       .addReg(B, false, false, BisKill).addImm(Size-Amt);
 256   }
 257   default:
 258     return TargetInstrInfo::commuteInstruction(MI);
 259   }
 260 }
 261
 262 static X86::CondCode GetCondFromBranchOpc(unsigned BrOpc) {
 263   switch (BrOpc) {
 264   default: return X86::COND_INVALID;
 265   case X86::JE:  return X86::COND_E;
 266   case X86::JNE: return X86::COND_NE;
 267   case X86::JL:  return X86::COND_L;
 268   case X86::JLE: return X86::COND_LE;
 269   case X86::JG:  return X86::COND_G;
 270   case X86::JGE: return X86::COND_GE;
 271   case X86::JB:  return X86::COND_B;
 272   case X86::JBE: return X86::COND_BE;
 273   case X86::JA:  return X86::COND_A;
 274   case X86::JAE: return X86::COND_AE;
 275   case X86::JS:  return X86::COND_S;
 276   case X86::JNS: return X86::COND_NS;
 277   case X86::JP:  return X86::COND_P;
 278   case X86::JNP: return X86::COND_NP;
 279   case X86::JO:  return X86::COND_O;
 280   case X86::JNO: return X86::COND_NO;
 281   }
 282 }
 283
 284 unsigned X86::GetCondBranchFromCond(X86::CondCode CC) {
 285   switch (CC) {
 286   default: assert(0 && "Illegal condition code!");
 287   case X86::COND_E:  return X86::JE;
 288   case X86::COND_NE: return X86::JNE;
 289   case X86::COND_L:  return X86::JL;
 290   case X86::COND_LE: return X86::JLE;
 291   case X86::COND_G:  return X86::JG;
 292   case X86::COND_GE: return X86::JGE;
 293   case X86::COND_B:  return X86::JB;
 294   case X86::COND_BE: return X86::JBE;
 295   case X86::COND_A:  return X86::JA;
 296   case X86::COND_AE: return X86::JAE;
 297   case X86::COND_S:  return X86::JS;
 298   case X86::COND_NS: return X86::JNS;
 299   case X86::COND_P:  return X86::JP;
 300   case X86::COND_NP: return X86::JNP;
 301   case X86::COND_O:  return X86::JO;
 302   case X86::COND_NO: return X86::JNO;
 303   }
 304 }
 305
 306 /// GetOppositeBranchCondition - Return the inverse of the specified condition,
 307 /// e.g. turning COND_E to COND_NE.
 308 X86::CondCode X86::GetOppositeBranchCondition(X86::CondCode CC) {
 309   switch (CC) {
 310   default: assert(0 && "Illegal condition code!");
 311   case X86::COND_E:  return X86::COND_NE;
 312   case X86::COND_NE: return X86::COND_E;
 313   case X86::COND_L:  return X86::COND_GE;
 314   case X86::COND_LE: return X86::COND_G;
 315   case X86::COND_G:  return X86::COND_LE;
 316   case X86::COND_GE: return X86::COND_L;
 317   case X86::COND_B:  return X86::COND_AE;
 318   case X86::COND_BE: return X86::COND_A;
 319   case X86::COND_A:  return X86::COND_BE;
 320   case X86::COND_AE: return X86::COND_B;
 321   case X86::COND_S:  return X86::COND_NS;
 322   case X86::COND_NS: return X86::COND_S;
 323   case X86::COND_P:  return X86::COND_NP;
 324   case X86::COND_NP: return X86::COND_P;
 325   case X86::COND_O:  return X86::COND_NO;
 326   case X86::COND_NO: return X86::COND_O;
 327   }
 328 }
 329
 330
 331 bool X86InstrInfo::AnalyzeBranch(MachineBasicBlock &MBB,
 332                                  MachineBasicBlock *&TBB,
 333                                  MachineBasicBlock *&FBB,
 334                                  std::vector<MachineOperand> &Cond) const {
 335   // TODO: If FP_REG_KILL is around, ignore it.
 336
 337   // If the block has no terminators, it just falls into the block after it.
 338   MachineBasicBlock::iterator I = MBB.end();
 339   if (I == MBB.begin() || !isTerminatorInstr((--I)->getOpcode()))
 340     return false;
 341
 342   // Get the last instruction in the block.
 343   MachineInstr *LastInst = I;
 344
 345   // If there is only one terminator instruction, process it.
 346   if (I == MBB.begin() || !isTerminatorInstr((--I)->getOpcode())) {
 347     if (!isBranch(LastInst->getOpcode()))
 348       return true;
 349
 350     // If the block ends with a branch there are 3 possibilities:
 351     // it's an unconditional, conditional, or indirect branch.
 352
 353     if (LastInst->getOpcode() == X86::JMP) {
 354       TBB = LastInst->getOperand(0).getMachineBasicBlock();
 355       return false;
 356     }
 357     X86::CondCode BranchCode = GetCondFromBranchOpc(LastInst->getOpcode());
 358     if (BranchCode == X86::COND_INVALID)
 359       return true;  // Can't handle indirect branch.
 360
 361     // Otherwise, block ends with fall-through condbranch.
 362     TBB = LastInst->getOperand(0).getMachineBasicBlock();
 363     Cond.push_back(MachineOperand::CreateImm(BranchCode));
 364     return false;
 365   }
 366
 367   // Get the instruction before it if it's a terminator.
 368   MachineInstr *SecondLastInst = I;
 369
 370   // If there are three terminators, we don't know what sort of block this is.
 371   if (SecondLastInst && I != MBB.begin() &&
 372       isTerminatorInstr((--I)->getOpcode()))
 373     return true;
 374
 375   // If the block ends with X86::JMP and a conditional branch, handle it.
 376   X86::CondCode BranchCode = GetCondFromBranchOpc(SecondLastInst->getOpcode());
 377   if (BranchCode != X86::COND_INVALID && LastInst->getOpcode() == X86::JMP) {
 378     TBB = SecondLastInst->getOperand(0).getMachineBasicBlock();
 379     Cond.push_back(MachineOperand::CreateImm(BranchCode));
 380     FBB = LastInst->getOperand(0).getMachineBasicBlock();
 381     return false;
 382   }
 383
 384   // Otherwise, can't handle this.
 385   return true;
 386 }
 387
 388 void X86InstrInfo::RemoveBranch(MachineBasicBlock &MBB) const {
 389   MachineBasicBlock::iterator I = MBB.end();
 390   if (I == MBB.begin()) return;
 391   --I;
 392   if (I->getOpcode() != X86::JMP &&
 393       GetCondFromBranchOpc(I->getOpcode()) == X86::COND_INVALID)
 394     return;
 395
 396   // Remove the branch.
 397   I->eraseFromParent();
 398
 399   I = MBB.end();
 400
 401   if (I == MBB.begin()) return;
 402   --I;
 403   if (GetCondFromBranchOpc(I->getOpcode()) == X86::COND_INVALID)
 404     return;
 405
 406   // Remove the branch.
 407   I->eraseFromParent();
 408 }
 409
 410 void X86InstrInfo::InsertBranch(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock *TBB,
 411                                 MachineBasicBlock *FBB,
 412                                 const std::vector<MachineOperand> &Cond) const {
 413   // Shouldn't be a fall through.
 414   assert(TBB && "InsertBranch must not be told to insert a fallthrough");
 415   assert((Cond.size() == 1 || Cond.size() == 0) &&
 416          "X86 branch conditions have one component!");
 417
 418   if (FBB == 0) { // One way branch.
 419     if (Cond.empty()) {
 420       // Unconditional branch?
 421       BuildMI(&MBB, X86::JMP, 1).addMBB(TBB);
 422     } else {
 423       // Conditional branch.
 424       unsigned Opc = GetCondBranchFromCond((X86::CondCode)Cond[0].getImm());
 425       BuildMI(&MBB, Opc, 1).addMBB(TBB);
 426     }
 427     return;
 428   }
 429
 430   // Two-way Conditional branch.
 431   unsigned Opc = GetCondBranchFromCond((X86::CondCode)Cond[0].getImm());
 432   BuildMI(&MBB, Opc, 1).addMBB(TBB);
 433   BuildMI(&MBB, X86::JMP, 1).addMBB(FBB);
 434 }
 435
 436 bool X86InstrInfo::BlockHasNoFallThrough(MachineBasicBlock &MBB) const {
 437   if (MBB.empty()) return false;
 438
 439   switch (MBB.back().getOpcode()) {
 440   case X86::JMP:     // Uncond branch.
 441   case X86::JMP32r:  // Indirect branch.
 442   case X86::JMP32m:  // Indirect branch through mem.
 443     return true;
 444   default: return false;
 445   }
 446 }
 447
 448 bool X86InstrInfo::
 449 ReverseBranchCondition(std::vector<MachineOperand> &Cond) const {
 450   assert(Cond.size() == 1 && "Invalid X86 branch condition!");
 451   Cond[0].setImm(GetOppositeBranchCondition((X86::CondCode)Cond[0].getImm()));
 452   return false;
 453 }
 454
 455 const TargetRegisterClass *X86InstrInfo::getPointerRegClass() const {
 456   const X86Subtarget *Subtarget = &TM.getSubtarget<X86Subtarget>();
 457   if (Subtarget->is64Bit())
 458     return &X86::GR64RegClass;
 459   else
 460     return &X86::GR32RegClass;
 461 }