Add new AVX vmaskmov instructions, and also fix the VEX encoding bits to support it
[oota-llvm.git] / lib / Target / X86 / X86MCCodeEmitter.cpp
index f533b1572c65dcb42dc181c25b21ffa41452923e..230c9d041807182a4ee86c6a61ad7d3a14422645 100644 (file)
@@ -30,7 +30,7 @@ class X86MCCodeEmitter : public MCCodeEmitter {
   MCContext &Ctx;
   bool Is64BitMode;
 public:
-  X86MCCodeEmitter(TargetMachine &tm, MCContext &ctx, bool is64Bit) 
+  X86MCCodeEmitter(TargetMachine &tm, MCContext &ctx, bool is64Bit)
     : TM(tm), TII(*TM.getInstrInfo()), Ctx(ctx) {
     Is64BitMode = is64Bit;
   }
@@ -38,17 +38,18 @@ public:
   ~X86MCCodeEmitter() {}
 
   unsigned getNumFixupKinds() const {
-    return 4;
+    return 5;
   }
 
   const MCFixupKindInfo &getFixupKindInfo(MCFixupKind Kind) const {
     const static MCFixupKindInfo Infos[] = {
-      { "reloc_pcrel_4byte", 0, 4 * 8 },
-      { "reloc_pcrel_1byte", 0, 1 * 8 },
-      { "reloc_riprel_4byte", 0, 4 * 8 },
-      { "reloc_riprel_4byte_movq_load", 0, 4 * 8 }
+      { "reloc_pcrel_4byte", 0, 4 * 8, MCFixupKindInfo::FKF_IsPCRel },
+      { "reloc_pcrel_1byte", 0, 1 * 8, MCFixupKindInfo::FKF_IsPCRel },
+      { "reloc_pcrel_2byte", 0, 2 * 8, MCFixupKindInfo::FKF_IsPCRel },
+      { "reloc_riprel_4byte", 0, 4 * 8, MCFixupKindInfo::FKF_IsPCRel },
+      { "reloc_riprel_4byte_movq_load", 0, 4 * 8, MCFixupKindInfo::FKF_IsPCRel }
     };
-    
+
     if (Kind < FirstTargetFixupKind)
       return MCCodeEmitter::getFixupKindInfo(Kind);
 
@@ -56,16 +57,38 @@ public:
            "Invalid kind!");
     return Infos[Kind - FirstTargetFixupKind];
   }
-  
+
   static unsigned GetX86RegNum(const MCOperand &MO) {
     return X86RegisterInfo::getX86RegNum(MO.getReg());
   }
-  
+
+  // On regular x86, both XMM0-XMM7 and XMM8-XMM15 are encoded in the range
+  // 0-7 and the difference between the 2 groups is given by the REX prefix.
+  // In the VEX prefix, registers are seen sequencially from 0-15 and encoded
+  // in 1's complement form, example:
+  //
+  //  ModRM field => XMM9 => 1
+  //  VEX.VVVV    => XMM9 => ~9
+  //
+  // See table 4-35 of Intel AVX Programming Reference for details.
+  static unsigned char getVEXRegisterEncoding(const MCInst &MI,
+                                              unsigned OpNum) {
+    unsigned SrcReg = MI.getOperand(OpNum).getReg();
+    unsigned SrcRegNum = GetX86RegNum(MI.getOperand(OpNum));
+    if ((SrcReg >= X86::XMM8 && SrcReg <= X86::XMM15) ||
+        (SrcReg >= X86::YMM8 && SrcReg <= X86::YMM15))
+      SrcRegNum += 8;
+
+    // The registers represented through VEX_VVVV should
+    // be encoded in 1's complement form.
+    return (~SrcRegNum) & 0xf;
+  }
+
   void EmitByte(unsigned char C, unsigned &CurByte, raw_ostream &OS) const {
     OS << (char)C;
     ++CurByte;
   }
-  
+
   void EmitConstant(uint64_t Val, unsigned Size, unsigned &CurByte,
                     raw_ostream &OS) const {
     // Output the constant in little endian byte order.
@@ -75,38 +98,49 @@ public:
     }
   }
 
-  void EmitImmediate(const MCOperand &Disp, 
+  void EmitImmediate(const MCOperand &Disp,
                      unsigned ImmSize, MCFixupKind FixupKind,
                      unsigned &CurByte, raw_ostream &OS,
                      SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups,
                      int ImmOffset = 0) const;
-  
+
   inline static unsigned char ModRMByte(unsigned Mod, unsigned RegOpcode,
                                         unsigned RM) {
     assert(Mod < 4 && RegOpcode < 8 && RM < 8 && "ModRM Fields out of range!");
     return RM | (RegOpcode << 3) | (Mod << 6);
   }
-  
+
   void EmitRegModRMByte(const MCOperand &ModRMReg, unsigned RegOpcodeFld,
                         unsigned &CurByte, raw_ostream &OS) const {
     EmitByte(ModRMByte(3, RegOpcodeFld, GetX86RegNum(ModRMReg)), CurByte, OS);
   }
-  
+
   void EmitSIBByte(unsigned SS, unsigned Index, unsigned Base,
                    unsigned &CurByte, raw_ostream &OS) const {
     // SIB byte is in the same format as the ModRMByte.
     EmitByte(ModRMByte(SS, Index, Base), CurByte, OS);
   }
-  
-  
+
+
   void EmitMemModRMByte(const MCInst &MI, unsigned Op,
-                        unsigned RegOpcodeField, 
-                        unsigned TSFlags, unsigned &CurByte, raw_ostream &OS,
+                        unsigned RegOpcodeField,
+                        uint64_t TSFlags, unsigned &CurByte, raw_ostream &OS,
                         SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const;
-  
+
   void EncodeInstruction(const MCInst &MI, raw_ostream &OS,
                          SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const;
-  
+
+  void EmitVEXOpcodePrefix(uint64_t TSFlags, unsigned &CurByte, int MemOperand,
+                           const MCInst &MI, const TargetInstrDesc &Desc,
+                           raw_ostream &OS) const;
+
+  void EmitSegmentOverridePrefix(uint64_t TSFlags, unsigned &CurByte,
+                                 int MemOperand, const MCInst &MI,
+                                 raw_ostream &OS) const;
+
+  void EmitOpcodePrefix(uint64_t TSFlags, unsigned &CurByte, int MemOperand,
+                        const MCInst &MI, const TargetInstrDesc &Desc,
+                        raw_ostream &OS) const;
 };
 
 } // end anonymous namespace
@@ -124,24 +158,23 @@ MCCodeEmitter *llvm::createX86_64MCCodeEmitter(const Target &,
   return new X86MCCodeEmitter(TM, Ctx, true);
 }
 
-
-/// isDisp8 - Return true if this signed displacement fits in a 8-bit 
-/// sign-extended field. 
+/// isDisp8 - Return true if this signed displacement fits in a 8-bit
+/// sign-extended field.
 static bool isDisp8(int Value) {
   return Value == (signed char)Value;
 }
 
 /// getImmFixupKind - Return the appropriate fixup kind to use for an immediate
 /// in an instruction with the specified TSFlags.
-static MCFixupKind getImmFixupKind(unsigned TSFlags) {
+static MCFixupKind getImmFixupKind(uint64_t TSFlags) {
   unsigned Size = X86II::getSizeOfImm(TSFlags);
   bool isPCRel = X86II::isImmPCRel(TSFlags);
-  
+
   switch (Size) {
   default: assert(0 && "Unknown immediate size");
   case 1: return isPCRel ? MCFixupKind(X86::reloc_pcrel_1byte) : FK_Data_1;
+  case 2: return isPCRel ? MCFixupKind(X86::reloc_pcrel_2byte) : FK_Data_2;
   case 4: return isPCRel ? MCFixupKind(X86::reloc_pcrel_4byte) : FK_Data_4;
-  case 2: assert(!isPCRel); return FK_Data_2;
   case 8: assert(!isPCRel); return FK_Data_8;
   }
 }
@@ -162,28 +195,30 @@ EmitImmediate(const MCOperand &DispOp, unsigned Size, MCFixupKind FixupKind,
 
   // If we have an immoffset, add it to the expression.
   const MCExpr *Expr = DispOp.getExpr();
-  
+
   // If the fixup is pc-relative, we need to bias the value to be relative to
   // the start of the field, not the end of the field.
   if (FixupKind == MCFixupKind(X86::reloc_pcrel_4byte) ||
-      FixupKind == MCFixupKind(X86::reloc_riprel_4byte))
+      FixupKind == MCFixupKind(X86::reloc_riprel_4byte) ||
+      FixupKind == MCFixupKind(X86::reloc_riprel_4byte_movq_load))
     ImmOffset -= 4;
+  if (FixupKind == MCFixupKind(X86::reloc_pcrel_2byte))
+    ImmOffset -= 2;
   if (FixupKind == MCFixupKind(X86::reloc_pcrel_1byte))
     ImmOffset -= 1;
-  
+
   if (ImmOffset)
     Expr = MCBinaryExpr::CreateAdd(Expr, MCConstantExpr::Create(ImmOffset, Ctx),
                                    Ctx);
-  
+
   // Emit a symbolic constant as a fixup and 4 zeros.
   Fixups.push_back(MCFixup::Create(CurByte, Expr, FixupKind));
   EmitConstant(0, Size, CurByte, OS);
 }
 
-
 void X86MCCodeEmitter::EmitMemModRMByte(const MCInst &MI, unsigned Op,
                                         unsigned RegOpcodeField,
-                                        unsigned TSFlags, unsigned &CurByte,
+                                        uint64_t TSFlags, unsigned &CurByte,
                                         raw_ostream &OS,
                                         SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const{
   const MCOperand &Disp     = MI.getOperand(Op+3);
@@ -191,42 +226,43 @@ void X86MCCodeEmitter::EmitMemModRMByte(const MCInst &MI, unsigned Op,
   const MCOperand &Scale    = MI.getOperand(Op+1);
   const MCOperand &IndexReg = MI.getOperand(Op+2);
   unsigned BaseReg = Base.getReg();
-  
+
   // Handle %rip relative addressing.
   if (BaseReg == X86::RIP) {    // [disp32+RIP] in X86-64 mode
-    assert(IndexReg.getReg() == 0 && Is64BitMode &&
-           "Invalid rip-relative address");
+    assert(Is64BitMode && "Rip-relative addressing requires 64-bit mode");
+    assert(IndexReg.getReg() == 0 && "Invalid rip-relative address");
     EmitByte(ModRMByte(0, RegOpcodeField, 5), CurByte, OS);
-    
+
     unsigned FixupKind = X86::reloc_riprel_4byte;
-    
+
     // movq loads are handled with a special relocation form which allows the
     // linker to eliminate some loads for GOT references which end up in the
     // same linkage unit.
-    if (MI.getOpcode() == X86::MOV64rm_TC)
+    if (MI.getOpcode() == X86::MOV64rm ||
+        MI.getOpcode() == X86::MOV64rm_TC)
       FixupKind = X86::reloc_riprel_4byte_movq_load;
-    
+
     // rip-relative addressing is actually relative to the *next* instruction.
     // Since an immediate can follow the mod/rm byte for an instruction, this
     // means that we need to bias the immediate field of the instruction with
     // the size of the immediate field.  If we have this case, add it into the
     // expression to emit.
     int ImmSize = X86II::hasImm(TSFlags) ? X86II::getSizeOfImm(TSFlags) : 0;
-    
+
     EmitImmediate(Disp, 4, MCFixupKind(FixupKind),
                   CurByte, OS, Fixups, -ImmSize);
     return;
   }
-  
+
   unsigned BaseRegNo = BaseReg ? GetX86RegNum(Base) : -1U;
-  
+
   // Determine whether a SIB byte is needed.
-  // If no BaseReg, issue a RIP relative instruction only if the MCE can 
+  // If no BaseReg, issue a RIP relative instruction only if the MCE can
   // resolve addresses on-the-fly, otherwise use SIB (Intel Manual 2A, table
   // 2-7) and absolute references.
 
   if (// The SIB byte must be used if there is an index register.
-      IndexReg.getReg() == 0 && 
+      IndexReg.getReg() == 0 &&
       // The SIB byte must be used if the base is ESP/RSP/R12, all of which
       // encode to an R/M value of 4, which indicates that a SIB byte is
       // present.
@@ -240,7 +276,7 @@ void X86MCCodeEmitter::EmitMemModRMByte(const MCInst &MI, unsigned Op,
       EmitImmediate(Disp, 4, FK_Data_4, CurByte, OS, Fixups);
       return;
     }
-    
+
     // If the base is not EBP/ESP and there is no displacement, use simple
     // indirect register encoding, this handles addresses like [EAX].  The
     // encoding for [EBP] with no displacement means [disp32] so we handle it
@@ -249,24 +285,24 @@ void X86MCCodeEmitter::EmitMemModRMByte(const MCInst &MI, unsigned Op,
       EmitByte(ModRMByte(0, RegOpcodeField, BaseRegNo), CurByte, OS);
       return;
     }
-    
+
     // Otherwise, if the displacement fits in a byte, encode as [REG+disp8].
     if (Disp.isImm() && isDisp8(Disp.getImm())) {
       EmitByte(ModRMByte(1, RegOpcodeField, BaseRegNo), CurByte, OS);
       EmitImmediate(Disp, 1, FK_Data_1, CurByte, OS, Fixups);
       return;
     }
-    
+
     // Otherwise, emit the most general non-SIB encoding: [REG+disp32]
     EmitByte(ModRMByte(2, RegOpcodeField, BaseRegNo), CurByte, OS);
     EmitImmediate(Disp, 4, FK_Data_4, CurByte, OS, Fixups);
     return;
   }
-    
+
   // We need a SIB byte, so start by outputting the ModR/M byte first
   assert(IndexReg.getReg() != X86::ESP &&
          IndexReg.getReg() != X86::RSP && "Cannot use ESP as index reg!");
-  
+
   bool ForceDisp32 = false;
   bool ForceDisp8  = false;
   if (BaseReg == 0) {
@@ -292,13 +328,13 @@ void X86MCCodeEmitter::EmitMemModRMByte(const MCInst &MI, unsigned Op,
     // Emit the normal disp32 encoding.
     EmitByte(ModRMByte(2, RegOpcodeField, 4), CurByte, OS);
   }
-  
+
   // Calculate what the SS field value should be...
   static const unsigned SSTable[] = { ~0, 0, 1, ~0, 2, ~0, ~0, ~0, 3 };
   unsigned SS = SSTable[Scale.getImm()];
-  
+
   if (BaseReg == 0) {
-    // Handle the SIB byte for the case where there is no base, see Intel 
+    // Handle the SIB byte for the case where there is no base, see Intel
     // Manual 2A, table 2-7. The displacement has already been output.
     unsigned IndexRegNo;
     if (IndexReg.getReg())
@@ -314,7 +350,7 @@ void X86MCCodeEmitter::EmitMemModRMByte(const MCInst &MI, unsigned Op,
       IndexRegNo = 4;   // For example [ESP+1*<noreg>+4]
     EmitSIBByte(SS, IndexRegNo, GetX86RegNum(Base), CurByte, OS);
   }
-  
+
   // Do we need to output a displacement?
   if (ForceDisp8)
     EmitImmediate(Disp, 1, FK_Data_1, CurByte, OS, Fixups);
@@ -322,26 +358,225 @@ void X86MCCodeEmitter::EmitMemModRMByte(const MCInst &MI, unsigned Op,
     EmitImmediate(Disp, 4, FK_Data_4, CurByte, OS, Fixups);
 }
 
+/// EmitVEXOpcodePrefix - AVX instructions are encoded using a opcode prefix
+/// called VEX.
+void X86MCCodeEmitter::EmitVEXOpcodePrefix(uint64_t TSFlags, unsigned &CurByte,
+                                           int MemOperand, const MCInst &MI,
+                                           const TargetInstrDesc &Desc,
+                                           raw_ostream &OS) const {
+  bool HasVEX_4V = false;
+  if (TSFlags & X86II::VEX_4V)
+    HasVEX_4V = true;
+
+  // VEX_R: opcode externsion equivalent to REX.R in
+  // 1's complement (inverted) form
+  //
+  //  1: Same as REX_R=0 (must be 1 in 32-bit mode)
+  //  0: Same as REX_R=1 (64 bit mode only)
+  //
+  unsigned char VEX_R = 0x1;
+
+  // VEX_X: equivalent to REX.X, only used when a
+  // register is used for index in SIB Byte.
+  //
+  //  1: Same as REX.X=0 (must be 1 in 32-bit mode)
+  //  0: Same as REX.X=1 (64-bit mode only)
+  unsigned char VEX_X = 0x1;
+
+  // VEX_B:
+  //
+  //  1: Same as REX_B=0 (ignored in 32-bit mode)
+  //  0: Same as REX_B=1 (64 bit mode only)
+  //
+  unsigned char VEX_B = 0x1;
+
+  // VEX_W: opcode specific (use like REX.W, or used for
+  // opcode extension, or ignored, depending on the opcode byte)
+  unsigned char VEX_W = 0;
+
+  // VEX_5M (VEX m-mmmmm field):
+  //
+  //  0b00000: Reserved for future use
+  //  0b00001: implied 0F leading opcode
+  //  0b00010: implied 0F 38 leading opcode bytes
+  //  0b00011: implied 0F 3A leading opcode bytes
+  //  0b00100-0b11111: Reserved for future use
+  //
+  unsigned char VEX_5M = 0x1;
+
+  // VEX_4V (VEX vvvv field): a register specifier
+  // (in 1's complement form) or 1111 if unused.
+  unsigned char VEX_4V = 0xf;
+
+  // VEX_L (Vector Length):
+  //
+  //  0: scalar or 128-bit vector
+  //  1: 256-bit vector
+  //
+  unsigned char VEX_L = 0;
+
+  // VEX_PP: opcode extension providing equivalent
+  // functionality of a SIMD prefix
+  //
+  //  0b00: None
+  //  0b01: 66
+  //  0b10: F3
+  //  0b11: F2
+  //
+  unsigned char VEX_PP = 0;
+
+  // Encode the operand size opcode prefix as needed.
+  if (TSFlags & X86II::OpSize)
+    VEX_PP = 0x01;
+
+  if (TSFlags & X86II::VEX_W)
+    VEX_W = 1;
+
+  if (TSFlags & X86II::VEX_L)
+    VEX_L = 1;
+
+  switch (TSFlags & X86II::Op0Mask) {
+  default: assert(0 && "Invalid prefix!");
+  case X86II::T8:  // 0F 38
+    VEX_5M = 0x2;
+    break;
+  case X86II::TA:  // 0F 3A
+    VEX_5M = 0x3;
+    break;
+  case X86II::TF:  // F2 0F 38
+    VEX_PP = 0x3;
+    VEX_5M = 0x2;
+    break;
+  case X86II::XS:  // F3 0F
+    VEX_PP = 0x2;
+    break;
+  case X86II::XD:  // F2 0F
+    VEX_PP = 0x3;
+    break;
+  case X86II::TB:  // Bypass: Not used by VEX
+  case 0:
+    break;  // No prefix!
+  }
+
+  // Set the vector length to 256-bit if YMM0-YMM15 is used
+  for (unsigned i = 0; i != MI.getNumOperands(); ++i) {
+    if (!MI.getOperand(i).isReg())
+      continue;
+    unsigned SrcReg = MI.getOperand(i).getReg();
+    if (SrcReg >= X86::YMM0 && SrcReg <= X86::YMM15)
+      VEX_L = 1;
+  }
+
+  unsigned NumOps = MI.getNumOperands();
+  unsigned CurOp = 0;
+  bool IsDestMem = false;
+
+  switch (TSFlags & X86II::FormMask) {
+  case X86II::MRMInitReg: assert(0 && "FIXME: Remove this!");
+  case X86II::MRMDestMem:
+    IsDestMem = true;
+    // The important info for the VEX prefix is never beyond the address
+    // registers. Don't check beyond that.
+    NumOps = CurOp = X86::AddrNumOperands;
+  case X86II::MRM0m: case X86II::MRM1m:
+  case X86II::MRM2m: case X86II::MRM3m:
+  case X86II::MRM4m: case X86II::MRM5m:
+  case X86II::MRM6m: case X86II::MRM7m:
+  case X86II::MRMSrcMem:
+  case X86II::MRMSrcReg:
+    if (MI.getNumOperands() > CurOp && MI.getOperand(CurOp).isReg() &&
+        X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MI.getOperand(CurOp).getReg()))
+      VEX_R = 0x0;
+    CurOp++;
+
+    if (HasVEX_4V) {
+      VEX_4V = getVEXRegisterEncoding(MI, IsDestMem ? CurOp-1 : CurOp);
+      CurOp++;
+    }
+
+    // To only check operands before the memory address ones, start
+    // the search from the begining
+    if (IsDestMem)
+      CurOp = 0;
+
+    // If the last register should be encoded in the immediate field
+    // do not use any bit from VEX prefix to this register, ignore it
+    if (TSFlags & X86II::VEX_I8IMM)
+      NumOps--;
+
+    for (; CurOp != NumOps; ++CurOp) {
+      const MCOperand &MO = MI.getOperand(CurOp);
+      if (MO.isReg() && X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MO.getReg()))
+        VEX_B = 0x0;
+      if (!VEX_B && MO.isReg() &&
+          ((TSFlags & X86II::FormMask) == X86II::MRMSrcMem) &&
+          X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MO.getReg()))
+        VEX_X = 0x0;
+    }
+    break;
+  default: // MRMDestReg, MRM0r-MRM7r
+    if (MI.getOperand(CurOp).isReg() &&
+        X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MI.getOperand(CurOp).getReg()))
+      VEX_B = 0;
+
+    if (HasVEX_4V)
+      VEX_4V = getVEXRegisterEncoding(MI, CurOp);
+
+    CurOp++;
+    for (; CurOp != NumOps; ++CurOp) {
+      const MCOperand &MO = MI.getOperand(CurOp);
+      if (MO.isReg() && !HasVEX_4V &&
+          X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MO.getReg()))
+        VEX_R = 0x0;
+    }
+    break;
+    assert(0 && "Not implemented!");
+  }
+
+  // Emit segment override opcode prefix as needed.
+  EmitSegmentOverridePrefix(TSFlags, CurByte, MemOperand, MI, OS);
+
+  // VEX opcode prefix can have 2 or 3 bytes
+  //
+  //  3 bytes:
+  //    +-----+ +--------------+ +-------------------+
+  //    | C4h | | RXB | m-mmmm | | W | vvvv | L | pp |
+  //    +-----+ +--------------+ +-------------------+
+  //  2 bytes:
+  //    +-----+ +-------------------+
+  //    | C5h | | R | vvvv | L | pp |
+  //    +-----+ +-------------------+
+  //
+  unsigned char LastByte = VEX_PP | (VEX_L << 2) | (VEX_4V << 3);
+
+  if (VEX_B && VEX_X && !VEX_W && (VEX_5M == 1)) { // 2 byte VEX prefix
+    EmitByte(0xC5, CurByte, OS);
+    EmitByte(LastByte | (VEX_R << 7), CurByte, OS);
+    return;
+  }
+
+  // 3 byte VEX prefix
+  EmitByte(0xC4, CurByte, OS);
+  EmitByte(VEX_R << 7 | VEX_X << 6 | VEX_B << 5 | VEX_5M, CurByte, OS);
+  EmitByte(LastByte | (VEX_W << 7), CurByte, OS);
+}
+
 /// DetermineREXPrefix - Determine if the MCInst has to be encoded with a X86-64
 /// REX prefix which specifies 1) 64-bit instructions, 2) non-default operand
 /// size, and 3) use of X86-64 extended registers.
-static unsigned DetermineREXPrefix(const MCInst &MI, unsigned TSFlags,
+static unsigned DetermineREXPrefix(const MCInst &MI, uint64_t TSFlags,
                                    const TargetInstrDesc &Desc) {
-  // Pseudo instructions never have a rex byte.
-  if ((TSFlags & X86II::FormMask) == X86II::Pseudo)
-    return 0;
-  
   unsigned REX = 0;
   if (TSFlags & X86II::REX_W)
-    REX |= 1 << 3;
-  
+    REX |= 1 << 3; // set REX.W
+
   if (MI.getNumOperands() == 0) return REX;
-  
+
   unsigned NumOps = MI.getNumOperands();
   // FIXME: MCInst should explicitize the two-addrness.
   bool isTwoAddr = NumOps > 1 &&
                       Desc.getOperandConstraint(1, TOI::TIED_TO) != -1;
-  
+
   // If it accesses SPL, BPL, SIL, or DIL, then it requires a 0x40 REX prefix.
   unsigned i = isTwoAddr ? 1 : 0;
   for (; i != NumOps; ++i) {
@@ -351,34 +586,34 @@ static unsigned DetermineREXPrefix(const MCInst &MI, unsigned TSFlags,
     if (!X86InstrInfo::isX86_64NonExtLowByteReg(Reg)) continue;
     // FIXME: The caller of DetermineREXPrefix slaps this prefix onto anything
     // that returns non-zero.
-    REX |= 0x40;
+    REX |= 0x40; // REX fixed encoding prefix
     break;
   }
-  
+
   switch (TSFlags & X86II::FormMask) {
   case X86II::MRMInitReg: assert(0 && "FIXME: Remove this!");
   case X86II::MRMSrcReg:
     if (MI.getOperand(0).isReg() &&
         X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MI.getOperand(0).getReg()))
-      REX |= 1 << 2;
+      REX |= 1 << 2; // set REX.R
     i = isTwoAddr ? 2 : 1;
     for (; i != NumOps; ++i) {
       const MCOperand &MO = MI.getOperand(i);
       if (MO.isReg() && X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MO.getReg()))
-        REX |= 1 << 0;
+        REX |= 1 << 0; // set REX.B
     }
     break;
   case X86II::MRMSrcMem: {
     if (MI.getOperand(0).isReg() &&
         X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MI.getOperand(0).getReg()))
-      REX |= 1 << 2;
+      REX |= 1 << 2; // set REX.R
     unsigned Bit = 0;
     i = isTwoAddr ? 2 : 1;
     for (; i != NumOps; ++i) {
       const MCOperand &MO = MI.getOperand(i);
       if (MO.isReg()) {
         if (X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MO.getReg()))
-          REX |= 1 << Bit;
+          REX |= 1 << Bit; // set REX.B (Bit=0) and REX.X (Bit=1)
         Bit++;
       }
     }
@@ -389,17 +624,17 @@ static unsigned DetermineREXPrefix(const MCInst &MI, unsigned TSFlags,
   case X86II::MRM4m: case X86II::MRM5m:
   case X86II::MRM6m: case X86II::MRM7m:
   case X86II::MRMDestMem: {
-    unsigned e = (isTwoAddr ? X86AddrNumOperands+1 : X86AddrNumOperands);
+    unsigned e = (isTwoAddr ? X86::AddrNumOperands+1 : X86::AddrNumOperands);
     i = isTwoAddr ? 1 : 0;
     if (NumOps > e && MI.getOperand(e).isReg() &&
         X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MI.getOperand(e).getReg()))
-      REX |= 1 << 2;
+      REX |= 1 << 2; // set REX.R
     unsigned Bit = 0;
     for (; i != e; ++i) {
       const MCOperand &MO = MI.getOperand(i);
       if (MO.isReg()) {
         if (X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MO.getReg()))
-          REX |= 1 << Bit;
+          REX |= 1 << Bit; // REX.B (Bit=0) and REX.X (Bit=1)
         Bit++;
       }
     }
@@ -408,39 +643,40 @@ static unsigned DetermineREXPrefix(const MCInst &MI, unsigned TSFlags,
   default:
     if (MI.getOperand(0).isReg() &&
         X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MI.getOperand(0).getReg()))
-      REX |= 1 << 0;
+      REX |= 1 << 0; // set REX.B
     i = isTwoAddr ? 2 : 1;
     for (unsigned e = NumOps; i != e; ++i) {
       const MCOperand &MO = MI.getOperand(i);
       if (MO.isReg() && X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MO.getReg()))
-        REX |= 1 << 2;
+        REX |= 1 << 2; // set REX.R
     }
     break;
   }
   return REX;
 }
 
-void X86MCCodeEmitter::
-EncodeInstruction(const MCInst &MI, raw_ostream &OS,
-                  SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const {
-  unsigned Opcode = MI.getOpcode();
-  const TargetInstrDesc &Desc = TII.get(Opcode);
-  unsigned TSFlags = Desc.TSFlags;
-
-  // Keep track of the current byte being emitted.
-  unsigned CurByte = 0;
-  
-  // FIXME: We should emit the prefixes in exactly the same order as GAS does,
-  // in order to provide diffability.
-
-  // Emit the lock opcode prefix as needed.
-  if (TSFlags & X86II::LOCK)
-    EmitByte(0xF0, CurByte, OS);
-  
-  // Emit segment override opcode prefix as needed.
+/// EmitSegmentOverridePrefix - Emit segment override opcode prefix as needed
+void X86MCCodeEmitter::EmitSegmentOverridePrefix(uint64_t TSFlags,
+                                        unsigned &CurByte, int MemOperand,
+                                        const MCInst &MI,
+                                        raw_ostream &OS) const {
   switch (TSFlags & X86II::SegOvrMask) {
   default: assert(0 && "Invalid segment!");
-  case 0: break;  // No segment override!
+  case 0:
+    // No segment override, check for explicit one on memory operand.
+    if (MemOperand != -1) {   // If the instruction has a memory operand.
+      switch (MI.getOperand(MemOperand+X86::AddrSegmentReg).getReg()) {
+      default: assert(0 && "Unknown segment register!");
+      case 0: break;
+      case X86::CS: EmitByte(0x2E, CurByte, OS); break;
+      case X86::SS: EmitByte(0x36, CurByte, OS); break;
+      case X86::DS: EmitByte(0x3E, CurByte, OS); break;
+      case X86::ES: EmitByte(0x26, CurByte, OS); break;
+      case X86::FS: EmitByte(0x64, CurByte, OS); break;
+      case X86::GS: EmitByte(0x65, CurByte, OS); break;
+      }
+    }
+    break;
   case X86II::FS:
     EmitByte(0x64, CurByte, OS);
     break;
@@ -448,19 +684,36 @@ EncodeInstruction(const MCInst &MI, raw_ostream &OS,
     EmitByte(0x65, CurByte, OS);
     break;
   }
-  
+}
+
+/// EmitOpcodePrefix - Emit all instruction prefixes prior to the opcode.
+///
+/// MemOperand is the operand # of the start of a memory operand if present.  If
+/// Not present, it is -1.
+void X86MCCodeEmitter::EmitOpcodePrefix(uint64_t TSFlags, unsigned &CurByte,
+                                        int MemOperand, const MCInst &MI,
+                                        const TargetInstrDesc &Desc,
+                                        raw_ostream &OS) const {
+
+  // Emit the lock opcode prefix as needed.
+  if (TSFlags & X86II::LOCK)
+    EmitByte(0xF0, CurByte, OS);
+
+  // Emit segment override opcode prefix as needed.
+  EmitSegmentOverridePrefix(TSFlags, CurByte, MemOperand, MI, OS);
+
   // Emit the repeat opcode prefix as needed.
   if ((TSFlags & X86II::Op0Mask) == X86II::REP)
     EmitByte(0xF3, CurByte, OS);
-  
+
   // Emit the operand size opcode prefix as needed.
   if (TSFlags & X86II::OpSize)
     EmitByte(0x66, CurByte, OS);
-  
+
   // Emit the address size opcode prefix as needed.
   if (TSFlags & X86II::AdSize)
     EmitByte(0x67, CurByte, OS);
-  
+
   bool Need0FPrefix = false;
   switch (TSFlags & X86II::Op0Mask) {
   default: assert(0 && "Invalid prefix!");
@@ -492,18 +745,18 @@ EncodeInstruction(const MCInst &MI, raw_ostream &OS,
   case X86II::DE: EmitByte(0xDE, CurByte, OS); break;
   case X86II::DF: EmitByte(0xDF, CurByte, OS); break;
   }
-  
+
   // Handle REX prefix.
   // FIXME: Can this come before F2 etc to simplify emission?
   if (Is64BitMode) {
     if (unsigned REX = DetermineREXPrefix(MI, TSFlags, Desc))
       EmitByte(0x40 | REX, CurByte, OS);
   }
-  
+
   // 0x0F escape code must be emitted just before the opcode.
   if (Need0FPrefix)
     EmitByte(0x0F, CurByte, OS);
-  
+
   // FIXME: Pull this up into previous switch if REX can be moved earlier.
   switch (TSFlags & X86II::Op0Mask) {
   case X86II::TF:    // F2 0F 38
@@ -514,8 +767,21 @@ EncodeInstruction(const MCInst &MI, raw_ostream &OS,
     EmitByte(0x3A, CurByte, OS);
     break;
   }
-  
+}
+
+void X86MCCodeEmitter::
+EncodeInstruction(const MCInst &MI, raw_ostream &OS,
+                  SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const {
+  unsigned Opcode = MI.getOpcode();
+  const TargetInstrDesc &Desc = TII.get(Opcode);
+  uint64_t TSFlags = Desc.TSFlags;
+
+  // Pseudo instructions don't get encoded.
+  if ((TSFlags & X86II::FormMask) == X86II::Pseudo)
+    return;
+
   // If this is a two-address instruction, skip one of the register operands.
+  // FIXME: This should be handled during MCInst lowering.
   unsigned NumOps = Desc.getNumOperands();
   unsigned CurOp = 0;
   if (NumOps > 1 && Desc.getOperandConstraint(1, TOI::TIED_TO) != -1)
@@ -523,56 +789,90 @@ EncodeInstruction(const MCInst &MI, raw_ostream &OS,
   else if (NumOps > 2 && Desc.getOperandConstraint(NumOps-1, TOI::TIED_TO)== 0)
     // Skip the last source operand that is tied_to the dest reg. e.g. LXADD32
     --NumOps;
-  
+
+  // Keep track of the current byte being emitted.
+  unsigned CurByte = 0;
+
+  // Is this instruction encoded using the AVX VEX prefix?
+  bool HasVEXPrefix = false;
+
+  // It uses the VEX.VVVV field?
+  bool HasVEX_4V = false;
+
+  if (TSFlags & X86II::VEX)
+    HasVEXPrefix = true;
+  if (TSFlags & X86II::VEX_4V)
+    HasVEX_4V = true;
+
+  // Determine where the memory operand starts, if present.
+  int MemoryOperand = X86II::getMemoryOperandNo(TSFlags);
+  if (MemoryOperand != -1) MemoryOperand += CurOp;
+
+  if (!HasVEXPrefix)
+    EmitOpcodePrefix(TSFlags, CurByte, MemoryOperand, MI, Desc, OS);
+  else
+    EmitVEXOpcodePrefix(TSFlags, CurByte, MemoryOperand, MI, Desc, OS);
+
   unsigned char BaseOpcode = X86II::getBaseOpcodeFor(TSFlags);
+  unsigned SrcRegNum = 0;
   switch (TSFlags & X86II::FormMask) {
   case X86II::MRMInitReg:
     assert(0 && "FIXME: Remove this form when the JIT moves to MCCodeEmitter!");
   default: errs() << "FORM: " << (TSFlags & X86II::FormMask) << "\n";
     assert(0 && "Unknown FormMask value in X86MCCodeEmitter!");
-  case X86II::Pseudo: return; // Pseudo instructions encode to nothing.
+  case X86II::Pseudo:
+    assert(0 && "Pseudo instruction shouldn't be emitted");
   case X86II::RawFrm:
     EmitByte(BaseOpcode, CurByte, OS);
     break;
-      
+
   case X86II::AddRegFrm:
     EmitByte(BaseOpcode + GetX86RegNum(MI.getOperand(CurOp++)), CurByte, OS);
     break;
-      
+
   case X86II::MRMDestReg:
     EmitByte(BaseOpcode, CurByte, OS);
     EmitRegModRMByte(MI.getOperand(CurOp),
                      GetX86RegNum(MI.getOperand(CurOp+1)), CurByte, OS);
     CurOp += 2;
     break;
-  
+
   case X86II::MRMDestMem:
     EmitByte(BaseOpcode, CurByte, OS);
+    SrcRegNum = CurOp + X86::AddrNumOperands;
+
+    if (HasVEX_4V) // Skip 1st src (which is encoded in VEX_VVVV)
+      SrcRegNum++;
+
     EmitMemModRMByte(MI, CurOp,
-                     GetX86RegNum(MI.getOperand(CurOp + X86AddrNumOperands)),
+                     GetX86RegNum(MI.getOperand(SrcRegNum)),
                      TSFlags, CurByte, OS, Fixups);
-    CurOp += X86AddrNumOperands + 1;
+    CurOp = SrcRegNum + 1;
     break;
-      
+
   case X86II::MRMSrcReg:
     EmitByte(BaseOpcode, CurByte, OS);
-    EmitRegModRMByte(MI.getOperand(CurOp+1), GetX86RegNum(MI.getOperand(CurOp)),
-                     CurByte, OS);
-    CurOp += 2;
+    SrcRegNum = CurOp + 1;
+
+    if (HasVEX_4V) // Skip 1st src (which is encoded in VEX_VVVV)
+      SrcRegNum++;
+
+    EmitRegModRMByte(MI.getOperand(SrcRegNum),
+                     GetX86RegNum(MI.getOperand(CurOp)), CurByte, OS);
+    CurOp = SrcRegNum + 1;
     break;
-    
+
   case X86II::MRMSrcMem: {
+    int AddrOperands = X86::AddrNumOperands;
+    unsigned FirstMemOp = CurOp+1;
+    if (HasVEX_4V) {
+      ++AddrOperands;
+      ++FirstMemOp;  // Skip the register source (which is encoded in VEX_VVVV).
+    }
+
     EmitByte(BaseOpcode, CurByte, OS);
 
-    // FIXME: Maybe lea should have its own form?  This is a horrible hack.
-    int AddrOperands;
-    if (Opcode == X86::LEA64r || Opcode == X86::LEA64_32r ||
-        Opcode == X86::LEA16r || Opcode == X86::LEA32r)
-      AddrOperands = X86AddrNumOperands - 1; // No segment register
-    else
-      AddrOperands = X86AddrNumOperands;
-    
-    EmitMemModRMByte(MI, CurOp+1, GetX86RegNum(MI.getOperand(CurOp)),
+    EmitMemModRMByte(MI, FirstMemOp, GetX86RegNum(MI.getOperand(CurOp)),
                      TSFlags, CurByte, OS, Fixups);
     CurOp += AddrOperands + 1;
     break;
@@ -582,6 +882,8 @@ EncodeInstruction(const MCInst &MI, raw_ostream &OS,
   case X86II::MRM2r: case X86II::MRM3r:
   case X86II::MRM4r: case X86II::MRM5r:
   case X86II::MRM6r: case X86II::MRM7r:
+    if (HasVEX_4V) // Skip the register dst (which is encoded in VEX_VVVV).
+      CurOp++;
     EmitByte(BaseOpcode, CurByte, OS);
     EmitRegModRMByte(MI.getOperand(CurOp++),
                      (TSFlags & X86II::FormMask)-X86II::MRM0r,
@@ -594,7 +896,7 @@ EncodeInstruction(const MCInst &MI, raw_ostream &OS,
     EmitByte(BaseOpcode, CurByte, OS);
     EmitMemModRMByte(MI, CurOp, (TSFlags & X86II::FormMask)-X86II::MRM0m,
                      TSFlags, CurByte, OS, Fixups);
-    CurOp += X86AddrNumOperands;
+    CurOp += X86::AddrNumOperands;
     break;
   case X86II::MRM_C1:
     EmitByte(BaseOpcode, CurByte, OS);
@@ -637,14 +939,27 @@ EncodeInstruction(const MCInst &MI, raw_ostream &OS,
     EmitByte(0xF9, CurByte, OS);
     break;
   }
-  
+
   // If there is a remaining operand, it must be a trailing immediate.  Emit it
   // according to the right size for the instruction.
-  if (CurOp != NumOps)
-    EmitImmediate(MI.getOperand(CurOp++),
-                  X86II::getSizeOfImm(TSFlags), getImmFixupKind(TSFlags),
-                  CurByte, OS, Fixups);
-  
+  if (CurOp != NumOps) {
+    // The last source register of a 4 operand instruction in AVX is encoded
+    // in bits[7:4] of a immediate byte, and bits[3:0] are ignored.
+    if (TSFlags & X86II::VEX_I8IMM) {
+      const MCOperand &MO = MI.getOperand(CurOp++);
+      bool IsExtReg =
+        X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MO.getReg());
+      unsigned RegNum = (IsExtReg ? (1 << 7) : 0);
+      RegNum |= GetX86RegNum(MO) << 4;
+      EmitImmediate(MCOperand::CreateImm(RegNum), 1, FK_Data_1, CurByte, OS,
+                    Fixups);
+    } else
+      EmitImmediate(MI.getOperand(CurOp++),
+                    X86II::getSizeOfImm(TSFlags), getImmFixupKind(TSFlags),
+                    CurByte, OS, Fixups);
+  }
+
+
 #ifndef NDEBUG
   // FIXME: Verify.
   if (/*!Desc.isVariadic() &&*/ CurOp != NumOps) {