lib/CodeGen/LLVMTargetMachine.cpp

   1 //===-- LLVMTargetMachine.cpp - Implement the LLVMTargetMachine class -----===//
   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 implements the LLVMTargetMachine class.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  15 #include "llvm/PassManager.h"
  16 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
  17 #include "llvm/Analysis/Verifier.h"
  18 #include "llvm/Assembly/PrintModulePass.h"
  19 #include "llvm/CodeGen/AsmPrinter.h"
  20 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionAnalysis.h"
  21 #include "llvm/CodeGen/MachineModuleInfo.h"
  22 #include "llvm/CodeGen/GCStrategy.h"
  23 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  24 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
  25 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
  26 #include "llvm/MC/MCAsmInfo.h"
  27 #include "llvm/MC/MCInstrInfo.h"
  28 #include "llvm/MC/MCStreamer.h"
  29 #include "llvm/MC/MCSubtargetInfo.h"
  30 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  31 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  32 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
  33 #include "llvm/Target/TargetLoweringObjectFile.h"
  34 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
  35 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
  36 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  37 #include "llvm/ADT/OwningPtr.h"
  38 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  39 #include "llvm/Support/Debug.h"
  40 #include "llvm/Support/FormattedStream.h"
  41 #include "llvm/Support/TargetRegistry.h"
  42 using namespace llvm;
  43
  44 namespace llvm {
  45   bool EnableFastISel;
  46 }
  47
  48 static cl::opt<bool> DisablePostRA("disable-post-ra", cl::Hidden,
  49     cl::desc("Disable Post Regalloc"));
  50 static cl::opt<bool> DisableBranchFold("disable-branch-fold", cl::Hidden,
  51     cl::desc("Disable branch folding"));
  52 static cl::opt<bool> DisableTailDuplicate("disable-tail-duplicate", cl::Hidden,
  53     cl::desc("Disable tail duplication"));
  54 static cl::opt<bool> DisableEarlyTailDup("disable-early-taildup", cl::Hidden,
  55     cl::desc("Disable pre-register allocation tail duplication"));
  56 static cl::opt<bool> EnableBlockPlacement("enable-block-placement",
  57     cl::Hidden, cl::desc("Enable probability-driven block placement"));
  58 static cl::opt<bool> DisableCodePlace("disable-code-place", cl::Hidden,
  59     cl::desc("Disable code placement"));
  60 static cl::opt<bool> DisableSSC("disable-ssc", cl::Hidden,
  61     cl::desc("Disable Stack Slot Coloring"));
  62 static cl::opt<bool> DisableMachineDCE("disable-machine-dce", cl::Hidden,
  63     cl::desc("Disable Machine Dead Code Elimination"));
  64 static cl::opt<bool> DisableMachineLICM("disable-machine-licm", cl::Hidden,
  65     cl::desc("Disable Machine LICM"));
  66 static cl::opt<bool> DisableMachineCSE("disable-machine-cse", cl::Hidden,
  67     cl::desc("Disable Machine Common Subexpression Elimination"));
  68 static cl::opt<bool> DisablePostRAMachineLICM("disable-postra-machine-licm",
  69     cl::Hidden,
  70     cl::desc("Disable Machine LICM"));
  71 static cl::opt<bool> DisableMachineSink("disable-machine-sink", cl::Hidden,
  72     cl::desc("Disable Machine Sinking"));
  73 static cl::opt<bool> DisableLSR("disable-lsr", cl::Hidden,
  74     cl::desc("Disable Loop Strength Reduction Pass"));
  75 static cl::opt<bool> DisableCGP("disable-cgp", cl::Hidden,
  76     cl::desc("Disable Codegen Prepare"));
  77 static cl::opt<bool> PrintLSR("print-lsr-output", cl::Hidden,
  78     cl::desc("Print LLVM IR produced by the loop-reduce pass"));
  79 static cl::opt<bool> PrintISelInput("print-isel-input", cl::Hidden,
  80     cl::desc("Print LLVM IR input to isel pass"));
  81 static cl::opt<bool> PrintGCInfo("print-gc", cl::Hidden,
  82     cl::desc("Dump garbage collector data"));
  83 static cl::opt<bool> ShowMCEncoding("show-mc-encoding", cl::Hidden,
  84     cl::desc("Show encoding in .s output"));
  85 static cl::opt<bool> ShowMCInst("show-mc-inst", cl::Hidden,
  86     cl::desc("Show instruction structure in .s output"));
  87 static cl::opt<bool> EnableMCLogging("enable-mc-api-logging", cl::Hidden,
  88     cl::desc("Enable MC API logging"));
  89 static cl::opt<bool> VerifyMachineCode("verify-machineinstrs", cl::Hidden,
  90     cl::desc("Verify generated machine code"),
  91     cl::init(getenv("LLVM_VERIFY_MACHINEINSTRS")!=NULL));
  92
  93 static cl::opt<cl::boolOrDefault>
  94 AsmVerbose("asm-verbose", cl::desc("Add comments to directives."),
  95            cl::init(cl::BOU_UNSET));
  96
  97 static bool getVerboseAsm() {
  98   switch (AsmVerbose) {
  99   default:
 100   case cl::BOU_UNSET: return TargetMachine::getAsmVerbosityDefault();
 101   case cl::BOU_TRUE:  return true;
 102   case cl::BOU_FALSE: return false;
 103   }
 104 }
 105
 106 // Enable or disable FastISel. Both options are needed, because
 107 // FastISel is enabled by default with -fast, and we wish to be
 108 // able to enable or disable fast-isel independently from -O0.
 109 static cl::opt<cl::boolOrDefault>
 110 EnableFastISelOption("fast-isel", cl::Hidden,
 111   cl::desc("Enable the \"fast\" instruction selector"));
 112
 113 LLVMTargetMachine::LLVMTargetMachine(const Target &T, StringRef Triple,
 114                                      StringRef CPU, StringRef FS,
 115                                      Reloc::Model RM, CodeModel::Model CM)
 116   : TargetMachine(T, Triple, CPU, FS) {
 117   CodeGenInfo = T.createMCCodeGenInfo(Triple, RM, CM);
 118   AsmInfo = T.createMCAsmInfo(Triple);
 119   // TargetSelect.h moved to a different directory between LLVM 2.9 and 3.0,
 120   // and if the old one gets included then MCAsmInfo will be NULL and
 121   // we'll crash later.
 122   // Provide the user with a useful error message about what's wrong.
 123   assert(AsmInfo && "MCAsmInfo not initialized."
 124          "Make sure you include the correct TargetSelect.h"
 125          "and that InitializeAllTargetMCs() is being invoked!");
 126 }
 127
 128 bool LLVMTargetMachine::addPassesToEmitFile(PassManagerBase &PM,
 129                                             formatted_raw_ostream &Out,
 130                                             CodeGenFileType FileType,
 131                                             CodeGenOpt::Level OptLevel,
 132                                             bool DisableVerify) {
 133   // Add common CodeGen passes.
 134   MCContext *Context = 0;
 135   if (addCommonCodeGenPasses(PM, OptLevel, DisableVerify, Context))
 136     return true;
 137   assert(Context != 0 && "Failed to get MCContext");
 138
 139   if (hasMCSaveTempLabels())
 140     Context->setAllowTemporaryLabels(false);
 141
 142   const MCAsmInfo &MAI = *getMCAsmInfo();
 143   const MCSubtargetInfo &STI = getSubtarget<MCSubtargetInfo>();
 144   OwningPtr<MCStreamer> AsmStreamer;
 145
 146   switch (FileType) {
 147   default: return true;
 148   case CGFT_AssemblyFile: {
 149     MCInstPrinter *InstPrinter =
 150       getTarget().createMCInstPrinter(MAI.getAssemblerDialect(), MAI, STI);
 151
 152     // Create a code emitter if asked to show the encoding.
 153     MCCodeEmitter *MCE = 0;
 154     MCAsmBackend *MAB = 0;
 155     if (ShowMCEncoding) {
 156       const MCSubtargetInfo &STI = getSubtarget<MCSubtargetInfo>();
 157       MCE = getTarget().createMCCodeEmitter(*getInstrInfo(), STI, *Context);
 158       MAB = getTarget().createMCAsmBackend(getTargetTriple());
 159     }
 160
 161     MCStreamer *S = getTarget().createAsmStreamer(*Context, Out,
 162                                                   getVerboseAsm(),
 163                                                   hasMCUseLoc(),
 164                                                   hasMCUseCFI(),
 165                                                   hasMCUseDwarfDirectory(),
 166                                                   InstPrinter,
 167                                                   MCE, MAB,
 168                                                   ShowMCInst);
 169     AsmStreamer.reset(S);
 170     break;
 171   }
 172   case CGFT_ObjectFile: {
 173     // Create the code emitter for the target if it exists.  If not, .o file
 174     // emission fails.
 175     MCCodeEmitter *MCE = getTarget().createMCCodeEmitter(*getInstrInfo(), STI,
 176                                                          *Context);
 177     MCAsmBackend *MAB = getTarget().createMCAsmBackend(getTargetTriple());
 178     if (MCE == 0 || MAB == 0)
 179       return true;
 180
 181     AsmStreamer.reset(getTarget().createMCObjectStreamer(getTargetTriple(),
 182                                                          *Context, *MAB, Out,
 183                                                          MCE, hasMCRelaxAll(),
 184                                                          hasMCNoExecStack()));
 185     AsmStreamer.get()->InitSections();
 186     break;
 187   }
 188   case CGFT_Null:
 189     // The Null output is intended for use for performance analysis and testing,
 190     // not real users.
 191     AsmStreamer.reset(createNullStreamer(*Context));
 192     break;
 193   }
 194
 195   if (EnableMCLogging)
 196     AsmStreamer.reset(createLoggingStreamer(AsmStreamer.take(), errs()));
 197
 198   // Create the AsmPrinter, which takes ownership of AsmStreamer if successful.
 199   FunctionPass *Printer = getTarget().createAsmPrinter(*this, *AsmStreamer);
 200   if (Printer == 0)
 201     return true;
 202
 203   // If successful, createAsmPrinter took ownership of AsmStreamer.
 204   AsmStreamer.take();
 205
 206   PM.add(Printer);
 207
 208   PM.add(createGCInfoDeleter());
 209   return false;
 210 }
 211
 212 /// addPassesToEmitMachineCode - Add passes to the specified pass manager to
 213 /// get machine code emitted.  This uses a JITCodeEmitter object to handle
 214 /// actually outputting the machine code and resolving things like the address
 215 /// of functions.  This method should returns true if machine code emission is
 216 /// not supported.
 217 ///
 218 bool LLVMTargetMachine::addPassesToEmitMachineCode(PassManagerBase &PM,
 219                                                    JITCodeEmitter &JCE,
 220                                                    CodeGenOpt::Level OptLevel,
 221                                                    bool DisableVerify) {
 222   // Add common CodeGen passes.
 223   MCContext *Ctx = 0;
 224   if (addCommonCodeGenPasses(PM, OptLevel, DisableVerify, Ctx))
 225     return true;
 226
 227   addCodeEmitter(PM, OptLevel, JCE);
 228   PM.add(createGCInfoDeleter());
 229
 230   return false; // success!
 231 }
 232
 233 /// addPassesToEmitMC - Add passes to the specified pass manager to get
 234 /// machine code emitted with the MCJIT. This method returns true if machine
 235 /// code is not supported. It fills the MCContext Ctx pointer which can be
 236 /// used to build custom MCStreamer.
 237 ///
 238 bool LLVMTargetMachine::addPassesToEmitMC(PassManagerBase &PM,
 239                                           MCContext *&Ctx,
 240                                           raw_ostream &Out,
 241                                           CodeGenOpt::Level OptLevel,
 242                                           bool DisableVerify) {
 243   // Add common CodeGen passes.
 244   if (addCommonCodeGenPasses(PM, OptLevel, DisableVerify, Ctx))
 245     return true;
 246
 247   if (hasMCSaveTempLabels())
 248     Ctx->setAllowTemporaryLabels(false);
 249
 250   // Create the code emitter for the target if it exists.  If not, .o file
 251   // emission fails.
 252   const MCSubtargetInfo &STI = getSubtarget<MCSubtargetInfo>();
 253   MCCodeEmitter *MCE = getTarget().createMCCodeEmitter(*getInstrInfo(),STI, *Ctx);
 254   MCAsmBackend *MAB = getTarget().createMCAsmBackend(getTargetTriple());
 255   if (MCE == 0 || MAB == 0)
 256     return true;
 257
 258   OwningPtr<MCStreamer> AsmStreamer;
 259   AsmStreamer.reset(getTarget().createMCObjectStreamer(getTargetTriple(), *Ctx,
 260                                                        *MAB, Out, MCE,
 261                                                        hasMCRelaxAll(),
 262                                                        hasMCNoExecStack()));
 263   AsmStreamer.get()->InitSections();
 264
 265   // Create the AsmPrinter, which takes ownership of AsmStreamer if successful.
 266   FunctionPass *Printer = getTarget().createAsmPrinter(*this, *AsmStreamer);
 267   if (Printer == 0)
 268     return true;
 269
 270   // If successful, createAsmPrinter took ownership of AsmStreamer.
 271   AsmStreamer.take();
 272
 273   PM.add(Printer);
 274
 275   return false; // success!
 276 }
 277
 278 static void printNoVerify(PassManagerBase &PM, const char *Banner) {
 279   if (PrintMachineCode)
 280     PM.add(createMachineFunctionPrinterPass(dbgs(), Banner));
 281 }
 282
 283 static void printAndVerify(PassManagerBase &PM,
 284                            const char *Banner) {
 285   if (PrintMachineCode)
 286     PM.add(createMachineFunctionPrinterPass(dbgs(), Banner));
 287
 288   if (VerifyMachineCode)
 289     PM.add(createMachineVerifierPass(Banner));
 290 }
 291
 292 /// addCommonCodeGenPasses - Add standard LLVM codegen passes used for both
 293 /// emitting to assembly files or machine code output.
 294 ///
 295 bool LLVMTargetMachine::addCommonCodeGenPasses(PassManagerBase &PM,
 296                                                CodeGenOpt::Level OptLevel,
 297                                                bool DisableVerify,
 298                                                MCContext *&OutContext) {
 299   // Standard LLVM-Level Passes.
 300
 301   // Basic AliasAnalysis support.
 302   // Add TypeBasedAliasAnalysis before BasicAliasAnalysis so that
 303   // BasicAliasAnalysis wins if they disagree. This is intended to help
 304   // support "obvious" type-punning idioms.
 305   PM.add(createTypeBasedAliasAnalysisPass());
 306   PM.add(createBasicAliasAnalysisPass());
 307
 308   // Before running any passes, run the verifier to determine if the input
 309   // coming from the front-end and/or optimizer is valid.
 310   if (!DisableVerify)
 311     PM.add(createVerifierPass());
 312
 313   // Run loop strength reduction before anything else.
 314   if (OptLevel != CodeGenOpt::None && !DisableLSR) {
 315     PM.add(createLoopStrengthReducePass(getTargetLowering()));
 316     if (PrintLSR)
 317       PM.add(createPrintFunctionPass("\n\n*** Code after LSR ***\n", &dbgs()));
 318   }
 319
 320   PM.add(createGCLoweringPass());
 321
 322   // Make sure that no unreachable blocks are instruction selected.
 323   PM.add(createUnreachableBlockEliminationPass());
 324
 325   // Turn exception handling constructs into something the code generators can
 326   // handle.
 327   switch (getMCAsmInfo()->getExceptionHandlingType()) {
 328   case ExceptionHandling::SjLj:
 329     // SjLj piggy-backs on dwarf for this bit. The cleanups done apply to both
 330     // Dwarf EH prepare needs to be run after SjLj prepare. Otherwise,
 331     // catch info can get misplaced when a selector ends up more than one block
 332     // removed from the parent invoke(s). This could happen when a landing
 333     // pad is shared by multiple invokes and is also a target of a normal
 334     // edge from elsewhere.
 335     PM.add(createSjLjEHPass(getTargetLowering()));
 336     // FALLTHROUGH
 337   case ExceptionHandling::DwarfCFI:
 338   case ExceptionHandling::ARM:
 339   case ExceptionHandling::Win64:
 340     PM.add(createDwarfEHPass(this));
 341     break;
 342   case ExceptionHandling::None:
 343     PM.add(createLowerInvokePass(getTargetLowering()));
 344
 345     // The lower invoke pass may create unreachable code. Remove it.
 346     PM.add(createUnreachableBlockEliminationPass());
 347     break;
 348   }
 349
 350   if (OptLevel != CodeGenOpt::None && !DisableCGP)
 351     PM.add(createCodeGenPreparePass(getTargetLowering()));
 352
 353   PM.add(createStackProtectorPass(getTargetLowering()));
 354
 355   addPreISel(PM, OptLevel);
 356
 357   if (PrintISelInput)
 358     PM.add(createPrintFunctionPass("\n\n"
 359                                    "*** Final LLVM Code input to ISel ***\n",
 360                                    &dbgs()));
 361
 362   // All passes which modify the LLVM IR are now complete; run the verifier
 363   // to ensure that the IR is valid.
 364   if (!DisableVerify)
 365     PM.add(createVerifierPass());
 366
 367   // Standard Lower-Level Passes.
 368
 369   // Install a MachineModuleInfo class, which is an immutable pass that holds
 370   // all the per-module stuff we're generating, including MCContext.
 371   MachineModuleInfo *MMI = new MachineModuleInfo(*getMCAsmInfo(),
 372                                                  *getRegisterInfo(),
 373                                      &getTargetLowering()->getObjFileLowering());
 374   PM.add(MMI);
 375   OutContext = &MMI->getContext(); // Return the MCContext specifically by-ref.
 376
 377   // Set up a MachineFunction for the rest of CodeGen to work on.
 378   PM.add(new MachineFunctionAnalysis(*this, OptLevel));
 379
 380   // Enable FastISel with -fast, but allow that to be overridden.
 381   if (EnableFastISelOption == cl::BOU_TRUE ||
 382       (OptLevel == CodeGenOpt::None && EnableFastISelOption != cl::BOU_FALSE))
 383     EnableFastISel = true;
 384
 385   // Ask the target for an isel.
 386   if (addInstSelector(PM, OptLevel))
 387     return true;
 388
 389   // Print the instruction selected machine code...
 390   printAndVerify(PM, "After Instruction Selection");
 391
 392   // Expand pseudo-instructions emitted by ISel.
 393   PM.add(createExpandISelPseudosPass());
 394
 395   // Pre-ra tail duplication.
 396   if (OptLevel != CodeGenOpt::None && !DisableEarlyTailDup) {
 397     PM.add(createTailDuplicatePass(true));
 398     printAndVerify(PM, "After Pre-RegAlloc TailDuplicate");
 399   }
 400
 401   // Optimize PHIs before DCE: removing dead PHI cycles may make more
 402   // instructions dead.
 403   if (OptLevel != CodeGenOpt::None)
 404     PM.add(createOptimizePHIsPass());
 405
 406   // If the target requests it, assign local variables to stack slots relative
 407   // to one another and simplify frame index references where possible.
 408   PM.add(createLocalStackSlotAllocationPass());
 409
 410   if (OptLevel != CodeGenOpt::None) {
 411     // With optimization, dead code should already be eliminated. However
 412     // there is one known exception: lowered code for arguments that are only
 413     // used by tail calls, where the tail calls reuse the incoming stack
 414     // arguments directly (see t11 in test/CodeGen/X86/sibcall.ll).
 415     if (!DisableMachineDCE)
 416       PM.add(createDeadMachineInstructionElimPass());
 417     printAndVerify(PM, "After codegen DCE pass");
 418
 419     if (!DisableMachineLICM)
 420       PM.add(createMachineLICMPass());
 421     if (!DisableMachineCSE)
 422       PM.add(createMachineCSEPass());
 423     if (!DisableMachineSink)
 424       PM.add(createMachineSinkingPass());
 425     printAndVerify(PM, "After Machine LICM, CSE and Sinking passes");
 426
 427     PM.add(createPeepholeOptimizerPass());
 428     printAndVerify(PM, "After codegen peephole optimization pass");
 429   }
 430
 431   // Run pre-ra passes.
 432   if (addPreRegAlloc(PM, OptLevel))
 433     printAndVerify(PM, "After PreRegAlloc passes");
 434
 435   // Perform register allocation.
 436   PM.add(createRegisterAllocator(OptLevel));
 437   printAndVerify(PM, "After Register Allocation");
 438
 439   // Perform stack slot coloring and post-ra machine LICM.
 440   if (OptLevel != CodeGenOpt::None) {
 441     // FIXME: Re-enable coloring with register when it's capable of adding
 442     // kill markers.
 443     if (!DisableSSC)
 444       PM.add(createStackSlotColoringPass(false));
 445
 446     // Run post-ra machine LICM to hoist reloads / remats.
 447     if (!DisablePostRAMachineLICM)
 448       PM.add(createMachineLICMPass(false));
 449
 450     printAndVerify(PM, "After StackSlotColoring and postra Machine LICM");
 451   }
 452
 453   // Run post-ra passes.
 454   if (addPostRegAlloc(PM, OptLevel))
 455     printAndVerify(PM, "After PostRegAlloc passes");
 456
 457   PM.add(createExpandPostRAPseudosPass());
 458   printAndVerify(PM, "After ExpandPostRAPseudos");
 459
 460   // Insert prolog/epilog code.  Eliminate abstract frame index references...
 461   PM.add(createPrologEpilogCodeInserter());
 462   printAndVerify(PM, "After PrologEpilogCodeInserter");
 463
 464   // Run pre-sched2 passes.
 465   if (addPreSched2(PM, OptLevel))
 466     printAndVerify(PM, "After PreSched2 passes");
 467
 468   // Second pass scheduler.
 469   if (OptLevel != CodeGenOpt::None && !DisablePostRA) {
 470     PM.add(createPostRAScheduler(OptLevel));
 471     printAndVerify(PM, "After PostRAScheduler");
 472   }
 473
 474   // Branch folding must be run after regalloc and prolog/epilog insertion.
 475   if (OptLevel != CodeGenOpt::None && !DisableBranchFold) {
 476     PM.add(createBranchFoldingPass(getEnableTailMergeDefault()));
 477     printNoVerify(PM, "After BranchFolding");
 478   }
 479
 480   // Tail duplication.
 481   if (OptLevel != CodeGenOpt::None && !DisableTailDuplicate) {
 482     PM.add(createTailDuplicatePass(false));
 483     printNoVerify(PM, "After TailDuplicate");
 484   }
 485
 486   PM.add(createGCMachineCodeAnalysisPass());
 487
 488   if (PrintGCInfo)
 489     PM.add(createGCInfoPrinter(dbgs()));
 490
 491   if (OptLevel != CodeGenOpt::None && !DisableCodePlace) {
 492     if (EnableBlockPlacement) {
 493       // MachineBlockPlacement is an experimental pass which is disabled by
 494       // default currently. Eventually it should subsume CodePlacementOpt, so
 495       // when enabled, the other is disabled.
 496       PM.add(createMachineBlockPlacementPass());
 497       printNoVerify(PM, "After MachineBlockPlacement");
 498     } else {
 499       PM.add(createCodePlacementOptPass());
 500       printNoVerify(PM, "After CodePlacementOpt");
 501     }
 502   }
 503
 504   if (addPreEmitPass(PM, OptLevel))
 505     printNoVerify(PM, "After PreEmit passes");
 506
 507   return false;
 508 }