docs/ExtendingLLVM.html

   1 <!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN"
   2                       "http://www.w3.org/TR/html4/strict.dtd">
   3 <html>
   4 <head>
   5   <title>Extending LLVM: Adding instructions, intrinsics, types, etc.</title>
   6   <link rel="stylesheet" href="llvm.css" type="text/css">
   7 </head>
   8
   9 <body>
  10
  11 <div class="doc_title">
  12   Extending LLVM: Adding instructions, intrinsics, types, etc.
  13 </div>
  14
  15 <ol>
  16   <li><a href="#introduction">Introduction and Warning</a></li>
  17   <li><a href="#intrinsic">Adding a new intrinsic function</a></li>
  18   <li><a href="#instruction">Adding a new instruction</a></li>
  19   <li><a href="#type">Adding a new type</a>
  20   <ol>
  21     <li><a href="#fund_type">Adding a new fundamental type</a></li>
  22     <li><a href="#derived_type">Adding a new derived type</a></li>
  23   </ol></li>
  24 </ol>
  25
  26 <div class="doc_author">
  27   <p>Written by <a href="http://misha.brukman.net">Misha Brukman</a> and
  28   Brad Jones</p>
  29 </div>
  30
  31 <!-- *********************************************************************** -->
  32 <div class="doc_section">
  33   <a name="introduction">Introduction and Warning</a>
  34 </div>
  35 <!-- *********************************************************************** -->
  36
  37 <div class="doc_text">
  38
  39 <p>During the course of using LLVM, you may wish to customize it for your
  40 research project or for experimentation. At this point, you may realize that
  41 you need to add something to LLVM, whether it be a new fundamental type, a new
  42 intrinsic function, or a whole new instruction.</p>
  43
  44 <p>When you come to this realization, stop and think. Do you really need to
  45 extend LLVM? Is it a new fundamental capability that LLVM does not support at
  46 its current incarnation or can it be synthesized from already pre-existing LLVM
  47 elements? If you are not sure, ask on the <a
  48 href="http://mail.cs.uiuc.edu/mailman/listinfo/llvmdev">LLVM-dev</a> list. The
  49 reason is that extending LLVM will get involved as you need to update all the
  50 different passes that you intend to use with your extension, and there are
  51 <em>many</em> LLVM analyses and transformations, so it may be quite a bit of
  52 work.</p>
  53
  54 <p>Adding an <a href="#intrinsic">intrinsic function</a> is easier than adding
  55 an instruction, and is transparent to optimization passes which treat it as an
  56 unanalyzable function.  If your added functionality can be expressed as a
  57 function call, an intrinsic function is the method of choice for LLVM
  58 extension.</p>
  59
  60 <p>Before you invest a significant amount of effort into a non-trivial
  61 extension, <span class="doc_warning">ask on the list</span> if what you are
  62 looking to do can be done with already-existing infrastructure, or if maybe
  63 someone else is already working on it. You will save yourself a lot of time and
  64 effort by doing so.</p>
  65
  66 </div>
  67
  68 <!-- *********************************************************************** -->
  69 <div class="doc_section">
  70   <a name="intrinsic">Adding a new intrinsic function</a>
  71 </div>
  72 <!-- *********************************************************************** -->
  73
  74 <div class="doc_text">
  75
  76 <p>Adding a new intrinsic function to LLVM is much easier than adding a new
  77 instruction.  Almost all extensions to LLVM should start as an intrinsic
  78 function and then be turned into an instruction if warranted.</p>
  79
  80 <ol>
  81 <li><tt>llvm/docs/LangRef.html</tt>:
  82     Document the intrinsic.  Decide whether it is code generator specific and
  83     what the restrictions are.  Talk to other people about it so that you are
  84     sure it's a good idea.</li>
  85
  86 <li><tt>llvm/include/llvm/Intrinsics.h</tt>:
  87     add an enum in the <tt>llvm::Intrinsic</tt> namespace</li>
  88
  89 <li><tt>llvm/lib/CodeGen/IntrinsicLowering.cpp</tt>:
  90     implement the lowering for this intrinsic</li>
  91
  92 <li><tt>llvm/lib/VMCore/Verifier.cpp</tt>:
  93     Add code to check the invariants of the intrinsic are respected.</li>
  94
  95 <li><tt>llvm/lib/VMCore/Function.cpp (<tt>Function::getIntrinsicID()</tt>)</tt>:
  96     Identify the new intrinsic function, returning the enum for the intrinsic
  97     that you added.</li>
  98
  99 <li><tt>llvm/lib/Analysis/BasicAliasAnalysis.cpp</tt>: If the new intrinsic does
 100     not access memory or does not write to memory, add it to the relevant list
 101     of functions.</li>
 102
 103 <li><tt>llvm/lib/Transforms/Utils/Local.cpp</tt>: If it is possible to
 104     constant-propagate your intrinsic, add support to it in the
 105     <tt>canConstantFoldCallTo</tt> and <tt>ConstantFoldCall</tt> functions.</li>
 106
 107 <li>Test your intrinsic</li>
 108
 109 <li><tt>llvm/test/Regression/*</tt>: add your test cases to the test suite</li>
 110 </ol>
 111
 112 <p>If this intrinsic requires code generator support (i.e., it cannot be
 113 lowered), you should also add support to the code generator in question.</p>
 114
 115 </div>
 116
 117 <!-- *********************************************************************** -->
 118 <div class="doc_section">
 119   <a name="instruction">Adding a new instruction</a>
 120 </div>
 121 <!-- *********************************************************************** -->
 122
 123 <div class="doc_text">
 124
 125 <p><span class="doc_warning">WARNING: adding instructions changes the bytecode
 126 format, and it will take some effort to maintain compatibility with
 127 the previous version.</span> Only add an instruction if it is absolutely
 128 necessary.</p>
 129
 130 <ol>
 131
 132 <li><tt>llvm/include/llvm/Instruction.def</tt>:
 133     add a number for your instruction and an enum name</li>
 134
 135 <li><tt>llvm/include/llvm/Instructions.h</tt>:
 136     add a definition for the class that will represent your instruction</li>
 137
 138 <li><tt>llvm/include/llvm/Support/InstVisitor.h</tt>:
 139     add a prototype for a visitor to your new instruction type</li>
 140
 141 <li><tt>llvm/lib/AsmParser/Lexer.l</tt>:
 142     add a new token to parse your instruction from assembly text file</li>
 143
 144 <li><tt>llvm/lib/AsmParser/llvmAsmParser.y</tt>:
 145     add the grammar on how your instruction can be read and what it will
 146     construct as a result</li>
 147
 148 <li><tt>llvm/lib/Bytecode/Reader/Reader.cpp</tt>:
 149     add a case for your instruction and how it will be parsed from bytecode</li>
 150
 151 <li><tt>llvm/lib/VMCore/Instruction.cpp</tt>:
 152     add a case for how your instruction will be printed out to assembly</li>
 153
 154 <li><tt>llvm/lib/VMCore/Instructions.cpp</tt>:
 155     implement the class you defined in
 156     <tt>llvm/include/llvm/Instructions.h</tt></li>
 157
 158 <li>Test your instruction</li>
 159
 160 <li><tt>llvm/lib/Target/*</tt>:
 161     Add support for your instruction to code generators, or add a lowering
 162     pass.</li>
 163
 164 <li><tt>llvm/test/Regression/*</tt>: add your test cases to the test suite.</li>
 165
 166 </ol>
 167
 168 <p>Also, you need to implement (or modify) any analyses or passes that you want
 169 to understand this new instruction.</p>
 170
 171 </div>
 172
 173
 174 <!-- *********************************************************************** -->
 175 <div class="doc_section">
 176   <a name="type">Adding a new type</a>
 177 </div>
 178 <!-- *********************************************************************** -->
 179
 180 <div class="doc_text">
 181
 182 <p><span class="doc_warning">WARNING: adding new types changes the bytecode
 183 format, and will break compatibility with currently-existing LLVM
 184 installations.</span> Only add new types if it is absolutely necessary.</p>
 185
 186 </div>
 187
 188 <!-- ======================================================================= -->
 189 <div class="doc_subsection">
 190   <a name="fund_type">Adding a fundamental type</a>
 191 </div>
 192
 193 <div class="doc_text">
 194
 195 <ol>
 196
 197 <li><tt>llvm/include/llvm/Type.h</tt>:
 198     add enum for the new type; add static <tt>Type*</tt> for this type</li>
 199
 200 <li><tt>llvm/lib/VMCore/Type.cpp</tt>:
 201     add mapping from <tt>TypeID</tt> =&gt; <tt>Type*</tt>;
 202     initialize the static <tt>Type*</tt></li>
 203
 204 <li><tt>llvm/lib/AsmReader/Lexer.l</tt>:
 205     add ability to parse in the type from text assembly</li>
 206
 207 <li><tt>llvm/lib/AsmReader/llvmAsmParser.y</tt>:
 208     add a token for that type</li>
 209
 210 </ol>
 211
 212 </div>
 213
 214 <!-- ======================================================================= -->
 215 <div class="doc_subsection">
 216   <a name="derived_type">Adding a derived type</a>
 217 </div>
 218
 219 <div class="doc_text">
 220
 221 <ol>
 222 <li><tt>llvm/include/llvm/Type.h</tt>:
 223     add enum for the new type; add a forward declaration of the type
 224     also</li>
 225
 226 <li><tt>llvm/include/llvm/DerivedType.h</tt>:
 227     add new class to represent new class in the hierarchy; add forward
 228     declaration to the TypeMap value type</li>
 229
 230 <li><tt>llvm/lib/VMCore/Type.cpp</tt>:
 231     add support for derived type to:
 232 <div class="doc_code">
 233 <pre>
 234 std::string getTypeDescription(const Type &amp;Ty,
 235   std::vector&lt;const Type*&gt; &amp;TypeStack)
 236 bool TypesEqual(const Type *Ty, const Type *Ty2,
 237   std::map&lt;const Type*, const Type*&gt; &amp; EqTypes)
 238 </pre>
 239 </div>
 240     add necessary member functions for type, and factory methods</li>
 241
 242 <li><tt>llvm/lib/AsmReader/Lexer.l</tt>:
 243     add ability to parse in the type from text assembly</li>
 244
 245 <li><tt>llvm/lib/ByteCode/Writer/Writer.cpp</tt>:
 246     modify <tt>void BytecodeWriter::outputType(const Type *T)</tt> to serialize
 247     your type</li>
 248
 249 <li><tt>llvm/lib/ByteCode/Reader/Reader.cpp</tt>:
 250     modify <tt>const Type *BytecodeReader::ParseType()</tt> to read your data
 251     type</li>
 252
 253 <li><tt>llvm/lib/VMCore/AsmWriter.cpp</tt>:
 254     modify
 255 <div class="doc_code">
 256 <pre>
 257 void calcTypeName(const Type *Ty,
 258                   std::vector&lt;const Type*&gt; &amp;TypeStack,
 259                   std::map&lt;const Type*,std::string&gt; &amp;TypeNames,
 260                   std::string &amp; Result)
 261 </pre>
 262 </div>
 263     to output the new derived type
 264 </li>
 265
 266
 267 </ol>
 268
 269 </div>
 270
 271 <!-- *********************************************************************** -->
 272
 273 <hr>
 274 <address>
 275   <a href="http://jigsaw.w3.org/css-validator/check/referer"><img
 276   src="http://jigsaw.w3.org/css-validator/images/vcss" alt="Valid CSS!"></a>
 277   <a href="http://validator.w3.org/check/referer"><img
 278   src="http://www.w3.org/Icons/valid-html401" alt="Valid HTML 4.01!" /></a>
 279
 280   <a href="http://misha.brukman.net">Misha Brukman</a><br>
 281   <a href="http://llvm.cs.uiuc.edu">The LLVM Compiler Infrastructure</a>
 282   <br>
 283   Last modified: $Date$
 284 </address>
 285
 286 </body>
 287 </html>