lib/MC/MCAssembler.cpp

   1 //===- lib/MC/MCAssembler.cpp - Assembler Backend Implementation ----------===//
   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 #define DEBUG_TYPE "assembler"
  11 #include "llvm/MC/MCAssembler.h"
  12 #include "llvm/MC/MCAsmLayout.h"
  13 #include "llvm/MC/MCCodeEmitter.h"
  14 #include "llvm/MC/MCContext.h"
  15 #include "llvm/MC/MCExpr.h"
  16 #include "llvm/MC/MCFixupKindInfo.h"
  17 #include "llvm/MC/MCObjectWriter.h"
  18 #include "llvm/MC/MCSection.h"
  19 #include "llvm/MC/MCSymbol.h"
  20 #include "llvm/MC/MCValue.h"
  21 #include "llvm/MC/MCDwarf.h"
  22 #include "llvm/MC/MCAsmBackend.h"
  23 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  24 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
  25 #include "llvm/ADT/Twine.h"
  26 #include "llvm/Support/Debug.h"
  27 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  28 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  29 #include "llvm/Support/TargetRegistry.h"
  30 #include "llvm/Support/LEB128.h"
  31
  32 using namespace llvm;
  33
  34 namespace {
  35 namespace stats {
  36 STATISTIC(EmittedFragments, "Number of emitted assembler fragments");
  37 STATISTIC(evaluateFixup, "Number of evaluated fixups");
  38 STATISTIC(FragmentLayouts, "Number of fragment layouts");
  39 STATISTIC(ObjectBytes, "Number of emitted object file bytes");
  40 STATISTIC(RelaxationSteps, "Number of assembler layout and relaxation steps");
  41 STATISTIC(RelaxedInstructions, "Number of relaxed instructions");
  42 }
  43 }
  44
  45 // FIXME FIXME FIXME: There are number of places in this file where we convert
  46 // what is a 64-bit assembler value used for computation into a value in the
  47 // object file, which may truncate it. We should detect that truncation where
  48 // invalid and report errors back.
  49
  50 /* *** */
  51
  52 MCAsmLayout::MCAsmLayout(MCAssembler &Asm)
  53   : Assembler(Asm), LastValidFragment()
  54  {
  55   // Compute the section layout order. Virtual sections must go last.
  56   for (MCAssembler::iterator it = Asm.begin(), ie = Asm.end(); it != ie; ++it)
  57     if (!it->getSection().isVirtualSection())
  58       SectionOrder.push_back(&*it);
  59   for (MCAssembler::iterator it = Asm.begin(), ie = Asm.end(); it != ie; ++it)
  60     if (it->getSection().isVirtualSection())
  61       SectionOrder.push_back(&*it);
  62 }
  63
  64 bool MCAsmLayout::isFragmentUpToDate(const MCFragment *F) const {
  65   const MCSectionData &SD = *F->getParent();
  66   const MCFragment *LastValid = LastValidFragment.lookup(&SD);
  67   if (!LastValid)
  68     return false;
  69   assert(LastValid->getParent() == F->getParent());
  70   return F->getLayoutOrder() <= LastValid->getLayoutOrder();
  71 }
  72
  73 void MCAsmLayout::Invalidate(MCFragment *F) {
  74   // If this fragment wasn't already up-to-date, we don't need to do anything.
  75   if (!isFragmentUpToDate(F))
  76     return;
  77
  78   // Otherwise, reset the last valid fragment to this fragment.
  79   const MCSectionData &SD = *F->getParent();
  80   LastValidFragment[&SD] = F;
  81 }
  82
  83 void MCAsmLayout::EnsureValid(const MCFragment *F) const {
  84   MCSectionData &SD = *F->getParent();
  85
  86   MCFragment *Cur = LastValidFragment[&SD];
  87   if (!Cur)
  88     Cur = &*SD.begin();
  89   else
  90     Cur = Cur->getNextNode();
  91
  92   // Advance the layout position until the fragment is up-to-date.
  93   while (!isFragmentUpToDate(F)) {
  94     const_cast<MCAsmLayout*>(this)->LayoutFragment(Cur);
  95     Cur = Cur->getNextNode();
  96   }
  97 }
  98
  99 uint64_t MCAsmLayout::getFragmentOffset(const MCFragment *F) const {
 100   EnsureValid(F);
 101   assert(F->Offset != ~UINT64_C(0) && "Address not set!");
 102   return F->Offset;
 103 }
 104
 105 uint64_t MCAsmLayout::getSymbolOffset(const MCSymbolData *SD) const {
 106   const MCSymbol &S = SD->getSymbol();
 107
 108   // If this is a variable, then recursively evaluate now.
 109   if (S.isVariable()) {
 110     MCValue Target;
 111     if (!S.getVariableValue()->EvaluateAsRelocatable(Target, *this))
 112       report_fatal_error("unable to evaluate offset for variable '" +
 113                          S.getName() + "'");
 114
 115     // Verify that any used symbols are defined.
 116     if (Target.getSymA() && Target.getSymA()->getSymbol().isUndefined())
 117       report_fatal_error("unable to evaluate offset to undefined symbol '" +
 118                          Target.getSymA()->getSymbol().getName() + "'");
 119     if (Target.getSymB() && Target.getSymB()->getSymbol().isUndefined())
 120       report_fatal_error("unable to evaluate offset to undefined symbol '" +
 121                          Target.getSymB()->getSymbol().getName() + "'");
 122
 123     uint64_t Offset = Target.getConstant();
 124     if (Target.getSymA())
 125       Offset += getSymbolOffset(&Assembler.getSymbolData(
 126                                   Target.getSymA()->getSymbol()));
 127     if (Target.getSymB())
 128       Offset -= getSymbolOffset(&Assembler.getSymbolData(
 129                                   Target.getSymB()->getSymbol()));
 130     return Offset;
 131   }
 132
 133   assert(SD->getFragment() && "Invalid getOffset() on undefined symbol!");
 134   return getFragmentOffset(SD->getFragment()) + SD->getOffset();
 135 }
 136
 137 uint64_t MCAsmLayout::getSectionAddressSize(const MCSectionData *SD) const {
 138   // The size is the last fragment's end offset.
 139   const MCFragment &F = SD->getFragmentList().back();
 140   return getFragmentOffset(&F) + getAssembler().computeFragmentSize(*this, F);
 141 }
 142
 143 uint64_t MCAsmLayout::getSectionFileSize(const MCSectionData *SD) const {
 144   // Virtual sections have no file size.
 145   if (SD->getSection().isVirtualSection())
 146     return 0;
 147
 148   // Otherwise, the file size is the same as the address space size.
 149   return getSectionAddressSize(SD);
 150 }
 151
 152 /* *** */
 153
 154 MCFragment::MCFragment() : Kind(FragmentType(~0)) {
 155 }
 156
 157 MCFragment::~MCFragment() {
 158 }
 159
 160 MCFragment::MCFragment(FragmentType _Kind, MCSectionData *_Parent)
 161   : Kind(_Kind), Parent(_Parent), Atom(0), Offset(~UINT64_C(0))
 162 {
 163   if (Parent)
 164     Parent->getFragmentList().push_back(this);
 165 }
 166
 167 /* *** */
 168
 169 MCSectionData::MCSectionData() : Section(0) {}
 170
 171 MCSectionData::MCSectionData(const MCSection &_Section, MCAssembler *A)
 172   : Section(&_Section),
 173     Ordinal(~UINT32_C(0)),
 174     Alignment(1),
 175     HasInstructions(false)
 176 {
 177   if (A)
 178     A->getSectionList().push_back(this);
 179 }
 180
 181 /* *** */
 182
 183 MCSymbolData::MCSymbolData() : Symbol(0) {}
 184
 185 MCSymbolData::MCSymbolData(const MCSymbol &_Symbol, MCFragment *_Fragment,
 186                            uint64_t _Offset, MCAssembler *A)
 187   : Symbol(&_Symbol), Fragment(_Fragment), Offset(_Offset),
 188     IsExternal(false), IsPrivateExtern(false),
 189     CommonSize(0), SymbolSize(0), CommonAlign(0),
 190     Flags(0), Index(0)
 191 {
 192   if (A)
 193     A->getSymbolList().push_back(this);
 194 }
 195
 196 /* *** */
 197
 198 MCAssembler::MCAssembler(MCContext &Context_, MCAsmBackend &Backend_,
 199                          MCCodeEmitter &Emitter_, MCObjectWriter &Writer_,
 200                          raw_ostream &OS_)
 201   : Context(Context_), Backend(Backend_), Emitter(Emitter_), Writer(Writer_),
 202     OS(OS_), RelaxAll(false), NoExecStack(false), SubsectionsViaSymbols(false)
 203 {
 204 }
 205
 206 MCAssembler::~MCAssembler() {
 207 }
 208
 209 bool MCAssembler::isSymbolLinkerVisible(const MCSymbol &Symbol) const {
 210   // Non-temporary labels should always be visible to the linker.
 211   if (!Symbol.isTemporary())
 212     return true;
 213
 214   // Absolute temporary labels are never visible.
 215   if (!Symbol.isInSection())
 216     return false;
 217
 218   // Otherwise, check if the section requires symbols even for temporary labels.
 219   return getBackend().doesSectionRequireSymbols(Symbol.getSection());
 220 }
 221
 222 const MCSymbolData *MCAssembler::getAtom(const MCSymbolData *SD) const {
 223   // Linker visible symbols define atoms.
 224   if (isSymbolLinkerVisible(SD->getSymbol()))
 225     return SD;
 226
 227   // Absolute and undefined symbols have no defining atom.
 228   if (!SD->getFragment())
 229     return 0;
 230
 231   // Non-linker visible symbols in sections which can't be atomized have no
 232   // defining atom.
 233   if (!getBackend().isSectionAtomizable(
 234         SD->getFragment()->getParent()->getSection()))
 235     return 0;
 236
 237   // Otherwise, return the atom for the containing fragment.
 238   return SD->getFragment()->getAtom();
 239 }
 240
 241 bool MCAssembler::evaluateFixup(const MCAsmLayout &Layout,
 242                                 const MCFixup &Fixup, const MCFragment *DF,
 243                                 MCValue &Target, uint64_t &Value) const {
 244   ++stats::evaluateFixup;
 245
 246   if (!Fixup.getValue()->EvaluateAsRelocatable(Target, Layout))
 247     getContext().FatalError(Fixup.getLoc(), "expected relocatable expression");
 248
 249   bool IsPCRel = Backend.getFixupKindInfo(
 250     Fixup.getKind()).Flags & MCFixupKindInfo::FKF_IsPCRel;
 251
 252   bool IsResolved;
 253   if (IsPCRel) {
 254     if (Target.getSymB()) {
 255       IsResolved = false;
 256     } else if (!Target.getSymA()) {
 257       IsResolved = false;
 258     } else {
 259       const MCSymbolRefExpr *A = Target.getSymA();
 260       const MCSymbol &SA = A->getSymbol();
 261       if (A->getKind() != MCSymbolRefExpr::VK_None ||
 262           SA.AliasedSymbol().isUndefined()) {
 263         IsResolved = false;
 264       } else {
 265         const MCSymbolData &DataA = getSymbolData(SA);
 266         IsResolved =
 267           getWriter().IsSymbolRefDifferenceFullyResolvedImpl(*this, DataA,
 268                                                              *DF, false, true);
 269       }
 270     }
 271   } else {
 272     IsResolved = Target.isAbsolute();
 273   }
 274
 275   Value = Target.getConstant();
 276
 277   if (const MCSymbolRefExpr *A = Target.getSymA()) {
 278     const MCSymbol &Sym = A->getSymbol().AliasedSymbol();
 279     if (Sym.isDefined())
 280       Value += Layout.getSymbolOffset(&getSymbolData(Sym));
 281   }
 282   if (const MCSymbolRefExpr *B = Target.getSymB()) {
 283     const MCSymbol &Sym = B->getSymbol().AliasedSymbol();
 284     if (Sym.isDefined())
 285       Value -= Layout.getSymbolOffset(&getSymbolData(Sym));
 286   }
 287
 288
 289   bool ShouldAlignPC = Backend.getFixupKindInfo(Fixup.getKind()).Flags &
 290                          MCFixupKindInfo::FKF_IsAlignedDownTo32Bits;
 291   assert((ShouldAlignPC ? IsPCRel : true) &&
 292     "FKF_IsAlignedDownTo32Bits is only allowed on PC-relative fixups!");
 293
 294   if (IsPCRel) {
 295     uint32_t Offset = Layout.getFragmentOffset(DF) + Fixup.getOffset();
 296
 297     // A number of ARM fixups in Thumb mode require that the effective PC
 298     // address be determined as the 32-bit aligned version of the actual offset.
 299     if (ShouldAlignPC) Offset &= ~0x3;
 300     Value -= Offset;
 301   }
 302
 303   // Let the backend adjust the fixup value if necessary, including whether
 304   // we need a relocation.
 305   Backend.processFixupValue(*this, Layout, Fixup, DF, Target, Value,
 306                             IsResolved);
 307
 308   return IsResolved;
 309 }
 310
 311 uint64_t MCAssembler::computeFragmentSize(const MCAsmLayout &Layout,
 312                                           const MCFragment &F) const {
 313   switch (F.getKind()) {
 314   case MCFragment::FT_Data:
 315     return cast<MCDataFragment>(F).getContents().size();
 316   case MCFragment::FT_Fill:
 317     return cast<MCFillFragment>(F).getSize();
 318   case MCFragment::FT_Inst:
 319     return cast<MCInstFragment>(F).getInstSize();
 320
 321   case MCFragment::FT_LEB:
 322     return cast<MCLEBFragment>(F).getContents().size();
 323
 324   case MCFragment::FT_Align: {
 325     const MCAlignFragment &AF = cast<MCAlignFragment>(F);
 326     unsigned Offset = Layout.getFragmentOffset(&AF);
 327     unsigned Size = OffsetToAlignment(Offset, AF.getAlignment());
 328     if (Size > AF.getMaxBytesToEmit())
 329       return 0;
 330     return Size;
 331   }
 332
 333   case MCFragment::FT_Org: {
 334     MCOrgFragment &OF = cast<MCOrgFragment>(F);
 335     int64_t TargetLocation;
 336     if (!OF.getOffset().EvaluateAsAbsolute(TargetLocation, Layout))
 337       report_fatal_error("expected assembly-time absolute expression");
 338
 339     // FIXME: We need a way to communicate this error.
 340     uint64_t FragmentOffset = Layout.getFragmentOffset(&OF);
 341     int64_t Size = TargetLocation - FragmentOffset;
 342     if (Size < 0 || Size >= 0x40000000)
 343       report_fatal_error("invalid .org offset '" + Twine(TargetLocation) +
 344                          "' (at offset '" + Twine(FragmentOffset) + "')");
 345     return Size;
 346   }
 347
 348   case MCFragment::FT_Dwarf:
 349     return cast<MCDwarfLineAddrFragment>(F).getContents().size();
 350   case MCFragment::FT_DwarfFrame:
 351     return cast<MCDwarfCallFrameFragment>(F).getContents().size();
 352   }
 353
 354   llvm_unreachable("invalid fragment kind");
 355 }
 356
 357 void MCAsmLayout::LayoutFragment(MCFragment *F) {
 358   MCFragment *Prev = F->getPrevNode();
 359
 360   // We should never try to recompute something which is up-to-date.
 361   assert(!isFragmentUpToDate(F) && "Attempt to recompute up-to-date fragment!");
 362   // We should never try to compute the fragment layout if it's predecessor
 363   // isn't up-to-date.
 364   assert((!Prev || isFragmentUpToDate(Prev)) &&
 365          "Attempt to compute fragment before it's predecessor!");
 366
 367   ++stats::FragmentLayouts;
 368
 369   // Compute fragment offset and size.
 370   uint64_t Offset = 0;
 371   if (Prev)
 372     Offset += Prev->Offset + getAssembler().computeFragmentSize(*this, *Prev);
 373
 374   F->Offset = Offset;
 375   LastValidFragment[F->getParent()] = F;
 376 }
 377
 378 /// WriteFragmentData - Write the \arg F data to the output file.
 379 static void WriteFragmentData(const MCAssembler &Asm, const MCAsmLayout &Layout,
 380                               const MCFragment &F) {
 381   MCObjectWriter *OW = &Asm.getWriter();
 382   uint64_t Start = OW->getStream().tell();
 383   (void) Start;
 384
 385   ++stats::EmittedFragments;
 386
 387   // FIXME: Embed in fragments instead?
 388   uint64_t FragmentSize = Asm.computeFragmentSize(Layout, F);
 389   switch (F.getKind()) {
 390   case MCFragment::FT_Align: {
 391     MCAlignFragment &AF = cast<MCAlignFragment>(F);
 392     uint64_t Count = FragmentSize / AF.getValueSize();
 393
 394     assert(AF.getValueSize() && "Invalid virtual align in concrete fragment!");
 395
 396     // FIXME: This error shouldn't actually occur (the front end should emit
 397     // multiple .align directives to enforce the semantics it wants), but is
 398     // severe enough that we want to report it. How to handle this?
 399     if (Count * AF.getValueSize() != FragmentSize)
 400       report_fatal_error("undefined .align directive, value size '" +
 401                         Twine(AF.getValueSize()) +
 402                         "' is not a divisor of padding size '" +
 403                         Twine(FragmentSize) + "'");
 404
 405     // See if we are aligning with nops, and if so do that first to try to fill
 406     // the Count bytes.  Then if that did not fill any bytes or there are any
 407     // bytes left to fill use the Value and ValueSize to fill the rest.
 408     // If we are aligning with nops, ask that target to emit the right data.
 409     if (AF.hasEmitNops()) {
 410       if (!Asm.getBackend().writeNopData(Count, OW))
 411         report_fatal_error("unable to write nop sequence of " +
 412                           Twine(Count) + " bytes");
 413       break;
 414     }
 415
 416     // Otherwise, write out in multiples of the value size.
 417     for (uint64_t i = 0; i != Count; ++i) {
 418       switch (AF.getValueSize()) {
 419       default: llvm_unreachable("Invalid size!");
 420       case 1: OW->Write8 (uint8_t (AF.getValue())); break;
 421       case 2: OW->Write16(uint16_t(AF.getValue())); break;
 422       case 4: OW->Write32(uint32_t(AF.getValue())); break;
 423       case 8: OW->Write64(uint64_t(AF.getValue())); break;
 424       }
 425     }
 426     break;
 427   }
 428
 429   case MCFragment::FT_Data: {
 430     MCDataFragment &DF = cast<MCDataFragment>(F);
 431     assert(FragmentSize == DF.getContents().size() && "Invalid size!");
 432     OW->WriteBytes(DF.getContents().str());
 433     break;
 434   }
 435
 436   case MCFragment::FT_Fill: {
 437     MCFillFragment &FF = cast<MCFillFragment>(F);
 438
 439     assert(FF.getValueSize() && "Invalid virtual align in concrete fragment!");
 440
 441     for (uint64_t i = 0, e = FF.getSize() / FF.getValueSize(); i != e; ++i) {
 442       switch (FF.getValueSize()) {
 443       default: llvm_unreachable("Invalid size!");
 444       case 1: OW->Write8 (uint8_t (FF.getValue())); break;
 445       case 2: OW->Write16(uint16_t(FF.getValue())); break;
 446       case 4: OW->Write32(uint32_t(FF.getValue())); break;
 447       case 8: OW->Write64(uint64_t(FF.getValue())); break;
 448       }
 449     }
 450     break;
 451   }
 452
 453   case MCFragment::FT_Inst: {
 454     MCInstFragment &IF = cast<MCInstFragment>(F);
 455     OW->WriteBytes(StringRef(IF.getCode().begin(), IF.getCode().size()));
 456     break;
 457   }
 458
 459   case MCFragment::FT_LEB: {
 460     MCLEBFragment &LF = cast<MCLEBFragment>(F);
 461     OW->WriteBytes(LF.getContents().str());
 462     break;
 463   }
 464
 465   case MCFragment::FT_Org: {
 466     MCOrgFragment &OF = cast<MCOrgFragment>(F);
 467
 468     for (uint64_t i = 0, e = FragmentSize; i != e; ++i)
 469       OW->Write8(uint8_t(OF.getValue()));
 470
 471     break;
 472   }
 473
 474   case MCFragment::FT_Dwarf: {
 475     const MCDwarfLineAddrFragment &OF = cast<MCDwarfLineAddrFragment>(F);
 476     OW->WriteBytes(OF.getContents().str());
 477     break;
 478   }
 479   case MCFragment::FT_DwarfFrame: {
 480     const MCDwarfCallFrameFragment &CF = cast<MCDwarfCallFrameFragment>(F);
 481     OW->WriteBytes(CF.getContents().str());
 482     break;
 483   }
 484   }
 485
 486   assert(OW->getStream().tell() - Start == FragmentSize);
 487 }
 488
 489 void MCAssembler::writeSectionData(const MCSectionData *SD,
 490                                    const MCAsmLayout &Layout) const {
 491   // Ignore virtual sections.
 492   if (SD->getSection().isVirtualSection()) {
 493     assert(Layout.getSectionFileSize(SD) == 0 && "Invalid size for section!");
 494
 495     // Check that contents are only things legal inside a virtual section.
 496     for (MCSectionData::const_iterator it = SD->begin(),
 497            ie = SD->end(); it != ie; ++it) {
 498       switch (it->getKind()) {
 499       default: llvm_unreachable("Invalid fragment in virtual section!");
 500       case MCFragment::FT_Data: {
 501         // Check that we aren't trying to write a non-zero contents (or fixups)
 502         // into a virtual section. This is to support clients which use standard
 503         // directives to fill the contents of virtual sections.
 504         MCDataFragment &DF = cast<MCDataFragment>(*it);
 505         assert(DF.fixup_begin() == DF.fixup_end() &&
 506                "Cannot have fixups in virtual section!");
 507         for (unsigned i = 0, e = DF.getContents().size(); i != e; ++i)
 508           assert(DF.getContents()[i] == 0 &&
 509                  "Invalid data value for virtual section!");
 510         break;
 511       }
 512       case MCFragment::FT_Align:
 513         // Check that we aren't trying to write a non-zero value into a virtual
 514         // section.
 515         assert((!cast<MCAlignFragment>(it)->getValueSize() ||
 516                 !cast<MCAlignFragment>(it)->getValue()) &&
 517                "Invalid align in virtual section!");
 518         break;
 519       case MCFragment::FT_Fill:
 520         assert(!cast<MCFillFragment>(it)->getValueSize() &&
 521                "Invalid fill in virtual section!");
 522         break;
 523       }
 524     }
 525
 526     return;
 527   }
 528
 529   uint64_t Start = getWriter().getStream().tell();
 530   (void) Start;
 531
 532   for (MCSectionData::const_iterator it = SD->begin(),
 533          ie = SD->end(); it != ie; ++it)
 534     WriteFragmentData(*this, Layout, *it);
 535
 536   assert(getWriter().getStream().tell() - Start ==
 537          Layout.getSectionAddressSize(SD));
 538 }
 539
 540
 541 uint64_t MCAssembler::handleFixup(const MCAsmLayout &Layout,
 542                                   MCFragment &F,
 543                                   const MCFixup &Fixup) {
 544    // Evaluate the fixup.
 545    MCValue Target;
 546    uint64_t FixedValue;
 547    if (!evaluateFixup(Layout, Fixup, &F, Target, FixedValue)) {
 548      // The fixup was unresolved, we need a relocation. Inform the object
 549      // writer of the relocation, and give it an opportunity to adjust the
 550      // fixup value if need be.
 551      getWriter().RecordRelocation(*this, Layout, &F, Fixup, Target, FixedValue);
 552    }
 553    return FixedValue;
 554  }
 555
 556 void MCAssembler::Finish() {
 557   DEBUG_WITH_TYPE("mc-dump", {
 558       llvm::errs() << "assembler backend - pre-layout\n--\n";
 559       dump(); });
 560
 561   // Create the layout object.
 562   MCAsmLayout Layout(*this);
 563
 564   // Create dummy fragments and assign section ordinals.
 565   unsigned SectionIndex = 0;
 566   for (MCAssembler::iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
 567     // Create dummy fragments to eliminate any empty sections, this simplifies
 568     // layout.
 569     if (it->getFragmentList().empty())
 570       new MCDataFragment(it);
 571
 572     it->setOrdinal(SectionIndex++);
 573   }
 574
 575   // Assign layout order indices to sections and fragments.
 576   for (unsigned i = 0, e = Layout.getSectionOrder().size(); i != e; ++i) {
 577     MCSectionData *SD = Layout.getSectionOrder()[i];
 578     SD->setLayoutOrder(i);
 579
 580     unsigned FragmentIndex = 0;
 581     for (MCSectionData::iterator it2 = SD->begin(),
 582            ie2 = SD->end(); it2 != ie2; ++it2)
 583       it2->setLayoutOrder(FragmentIndex++);
 584   }
 585
 586   // Layout until everything fits.
 587   while (layoutOnce(Layout))
 588     continue;
 589
 590   DEBUG_WITH_TYPE("mc-dump", {
 591       llvm::errs() << "assembler backend - post-relaxation\n--\n";
 592       dump(); });
 593
 594   // Finalize the layout, including fragment lowering.
 595   finishLayout(Layout);
 596
 597   DEBUG_WITH_TYPE("mc-dump", {
 598       llvm::errs() << "assembler backend - final-layout\n--\n";
 599       dump(); });
 600
 601   uint64_t StartOffset = OS.tell();
 602
 603   // Allow the object writer a chance to perform post-layout binding (for
 604   // example, to set the index fields in the symbol data).
 605   getWriter().ExecutePostLayoutBinding(*this, Layout);
 606
 607   // Evaluate and apply the fixups, generating relocation entries as necessary.
 608   for (MCAssembler::iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
 609     for (MCSectionData::iterator it2 = it->begin(),
 610            ie2 = it->end(); it2 != ie2; ++it2) {
 611       MCDataFragment *DF = dyn_cast<MCDataFragment>(it2);
 612       if (DF) {
 613         for (MCDataFragment::fixup_iterator it3 = DF->fixup_begin(),
 614                ie3 = DF->fixup_end(); it3 != ie3; ++it3) {
 615           MCFixup &Fixup = *it3;
 616           uint64_t FixedValue = handleFixup(Layout, *DF, Fixup);
 617           getBackend().applyFixup(Fixup, DF->getContents().data(),
 618                                   DF->getContents().size(), FixedValue);
 619         }
 620       }
 621       MCInstFragment *IF = dyn_cast<MCInstFragment>(it2);
 622       if (IF) {
 623         for (MCInstFragment::fixup_iterator it3 = IF->fixup_begin(),
 624                ie3 = IF->fixup_end(); it3 != ie3; ++it3) {
 625           MCFixup &Fixup = *it3;
 626           uint64_t FixedValue = handleFixup(Layout, *IF, Fixup);
 627           getBackend().applyFixup(Fixup, IF->getCode().data(),
 628                                   IF->getCode().size(), FixedValue);
 629         }
 630       }
 631     }
 632   }
 633
 634   // Write the object file.
 635   getWriter().WriteObject(*this, Layout);
 636
 637   stats::ObjectBytes += OS.tell() - StartOffset;
 638 }
 639
 640 bool MCAssembler::fixupNeedsRelaxation(const MCFixup &Fixup,
 641                                        const MCInstFragment *DF,
 642                                        const MCAsmLayout &Layout) const {
 643   if (getRelaxAll())
 644     return true;
 645
 646   // If we cannot resolve the fixup value, it requires relaxation.
 647   MCValue Target;
 648   uint64_t Value;
 649   if (!evaluateFixup(Layout, Fixup, DF, Target, Value))
 650     return true;
 651
 652   return getBackend().fixupNeedsRelaxation(Fixup, Value, DF, Layout);
 653 }
 654
 655 bool MCAssembler::fragmentNeedsRelaxation(const MCInstFragment *IF,
 656                                           const MCAsmLayout &Layout) const {
 657   // If this inst doesn't ever need relaxation, ignore it. This occurs when we
 658   // are intentionally pushing out inst fragments, or because we relaxed a
 659   // previous instruction to one that doesn't need relaxation.
 660   if (!getBackend().mayNeedRelaxation(IF->getInst()))
 661     return false;
 662
 663   for (MCInstFragment::const_fixup_iterator it = IF->fixup_begin(),
 664          ie = IF->fixup_end(); it != ie; ++it)
 665     if (fixupNeedsRelaxation(*it, IF, Layout))
 666       return true;
 667
 668   return false;
 669 }
 670
 671 bool MCAssembler::relaxInstruction(MCAsmLayout &Layout,
 672                                    MCInstFragment &IF) {
 673   if (!fragmentNeedsRelaxation(&IF, Layout))
 674     return false;
 675
 676   ++stats::RelaxedInstructions;
 677
 678   // FIXME-PERF: We could immediately lower out instructions if we can tell
 679   // they are fully resolved, to avoid retesting on later passes.
 680
 681   // Relax the fragment.
 682
 683   MCInst Relaxed;
 684   getBackend().relaxInstruction(IF.getInst(), Relaxed);
 685
 686   // Encode the new instruction.
 687   //
 688   // FIXME-PERF: If it matters, we could let the target do this. It can
 689   // probably do so more efficiently in many cases.
 690   SmallVector<MCFixup, 4> Fixups;
 691   SmallString<256> Code;
 692   raw_svector_ostream VecOS(Code);
 693   getEmitter().EncodeInstruction(Relaxed, VecOS, Fixups);
 694   VecOS.flush();
 695
 696   // Update the instruction fragment.
 697   IF.setInst(Relaxed);
 698   IF.getCode() = Code;
 699   IF.getFixups().clear();
 700   // FIXME: Eliminate copy.
 701   for (unsigned i = 0, e = Fixups.size(); i != e; ++i)
 702     IF.getFixups().push_back(Fixups[i]);
 703
 704   return true;
 705 }
 706
 707 bool MCAssembler::relaxLEB(MCAsmLayout &Layout, MCLEBFragment &LF) {
 708   int64_t Value = 0;
 709   uint64_t OldSize = LF.getContents().size();
 710   bool IsAbs = LF.getValue().EvaluateAsAbsolute(Value, Layout);
 711   (void)IsAbs;
 712   assert(IsAbs);
 713   SmallString<8> &Data = LF.getContents();
 714   Data.clear();
 715   raw_svector_ostream OSE(Data);
 716   if (LF.isSigned())
 717     encodeSLEB128(Value, OSE);
 718   else
 719     encodeULEB128(Value, OSE);
 720   OSE.flush();
 721   return OldSize != LF.getContents().size();
 722 }
 723
 724 bool MCAssembler::relaxDwarfLineAddr(MCAsmLayout &Layout,
 725                                      MCDwarfLineAddrFragment &DF) {
 726   int64_t AddrDelta = 0;
 727   uint64_t OldSize = DF.getContents().size();
 728   bool IsAbs = DF.getAddrDelta().EvaluateAsAbsolute(AddrDelta, Layout);
 729   (void)IsAbs;
 730   assert(IsAbs);
 731   int64_t LineDelta;
 732   LineDelta = DF.getLineDelta();
 733   SmallString<8> &Data = DF.getContents();
 734   Data.clear();
 735   raw_svector_ostream OSE(Data);
 736   MCDwarfLineAddr::Encode(LineDelta, AddrDelta, OSE);
 737   OSE.flush();
 738   return OldSize != Data.size();
 739 }
 740
 741 bool MCAssembler::relaxDwarfCallFrameFragment(MCAsmLayout &Layout,
 742                                               MCDwarfCallFrameFragment &DF) {
 743   int64_t AddrDelta = 0;
 744   uint64_t OldSize = DF.getContents().size();
 745   bool IsAbs = DF.getAddrDelta().EvaluateAsAbsolute(AddrDelta, Layout);
 746   (void)IsAbs;
 747   assert(IsAbs);
 748   SmallString<8> &Data = DF.getContents();
 749   Data.clear();
 750   raw_svector_ostream OSE(Data);
 751   MCDwarfFrameEmitter::EncodeAdvanceLoc(AddrDelta, OSE);
 752   OSE.flush();
 753   return OldSize != Data.size();
 754 }
 755
 756 bool MCAssembler::layoutSectionOnce(MCAsmLayout &Layout,
 757                                     MCSectionData &SD) {
 758   MCFragment *FirstInvalidFragment = NULL;
 759   // Scan for fragments that need relaxation.
 760   for (MCSectionData::iterator it2 = SD.begin(),
 761          ie2 = SD.end(); it2 != ie2; ++it2) {
 762     // Check if this is an fragment that needs relaxation.
 763     bool relaxedFrag = false;
 764     switch(it2->getKind()) {
 765     default:
 766           break;
 767     case MCFragment::FT_Inst:
 768       relaxedFrag = relaxInstruction(Layout, *cast<MCInstFragment>(it2));
 769       break;
 770     case MCFragment::FT_Dwarf:
 771       relaxedFrag = relaxDwarfLineAddr(Layout,
 772                                        *cast<MCDwarfLineAddrFragment>(it2));
 773       break;
 774     case MCFragment::FT_DwarfFrame:
 775       relaxedFrag =
 776         relaxDwarfCallFrameFragment(Layout,
 777                                     *cast<MCDwarfCallFrameFragment>(it2));
 778       break;
 779     case MCFragment::FT_LEB:
 780       relaxedFrag = relaxLEB(Layout, *cast<MCLEBFragment>(it2));
 781       break;
 782     }
 783     // Update the layout, and remember that we relaxed.
 784     if (relaxedFrag && !FirstInvalidFragment)
 785       FirstInvalidFragment = it2;
 786   }
 787   if (FirstInvalidFragment) {
 788     Layout.Invalidate(FirstInvalidFragment);
 789     return true;
 790   }
 791   return false;
 792 }
 793
 794 bool MCAssembler::layoutOnce(MCAsmLayout &Layout) {
 795   ++stats::RelaxationSteps;
 796
 797   bool WasRelaxed = false;
 798   for (iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
 799     MCSectionData &SD = *it;
 800     while(layoutSectionOnce(Layout, SD))
 801       WasRelaxed = true;
 802   }
 803
 804   return WasRelaxed;
 805 }
 806
 807 void MCAssembler::finishLayout(MCAsmLayout &Layout) {
 808   // The layout is done. Mark every fragment as valid.
 809   for (unsigned int i = 0, n = Layout.getSectionOrder().size(); i != n; ++i) {
 810     Layout.getFragmentOffset(&*Layout.getSectionOrder()[i]->rbegin());
 811   }
 812 }
 813
 814 // Debugging methods
 815
 816 namespace llvm {
 817
 818 raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const MCFixup &AF) {
 819   OS << "<MCFixup" << " Offset:" << AF.getOffset()
 820      << " Value:" << *AF.getValue()
 821      << " Kind:" << AF.getKind() << ">";
 822   return OS;
 823 }
 824
 825 }
 826
 827 void MCFragment::dump() {
 828   raw_ostream &OS = llvm::errs();
 829
 830   OS << "<";
 831   switch (getKind()) {
 832   case MCFragment::FT_Align: OS << "MCAlignFragment"; break;
 833   case MCFragment::FT_Data:  OS << "MCDataFragment"; break;
 834   case MCFragment::FT_Fill:  OS << "MCFillFragment"; break;
 835   case MCFragment::FT_Inst:  OS << "MCInstFragment"; break;
 836   case MCFragment::FT_Org:   OS << "MCOrgFragment"; break;
 837   case MCFragment::FT_Dwarf: OS << "MCDwarfFragment"; break;
 838   case MCFragment::FT_DwarfFrame: OS << "MCDwarfCallFrameFragment"; break;
 839   case MCFragment::FT_LEB:   OS << "MCLEBFragment"; break;
 840   }
 841
 842   OS << "<MCFragment " << (void*) this << " LayoutOrder:" << LayoutOrder
 843      << " Offset:" << Offset << ">";
 844
 845   switch (getKind()) {
 846   case MCFragment::FT_Align: {
 847     const MCAlignFragment *AF = cast<MCAlignFragment>(this);
 848     if (AF->hasEmitNops())
 849       OS << " (emit nops)";
 850     OS << "\n       ";
 851     OS << " Alignment:" << AF->getAlignment()
 852        << " Value:" << AF->getValue() << " ValueSize:" << AF->getValueSize()
 853        << " MaxBytesToEmit:" << AF->getMaxBytesToEmit() << ">";
 854     break;
 855   }
 856   case MCFragment::FT_Data:  {
 857     const MCDataFragment *DF = cast<MCDataFragment>(this);
 858     OS << "\n       ";
 859     OS << " Contents:[";
 860     const SmallVectorImpl<char> &Contents = DF->getContents();
 861     for (unsigned i = 0, e = Contents.size(); i != e; ++i) {
 862       if (i) OS << ",";
 863       OS << hexdigit((Contents[i] >> 4) & 0xF) << hexdigit(Contents[i] & 0xF);
 864     }
 865     OS << "] (" << Contents.size() << " bytes)";
 866
 867     if (!DF->getFixups().empty()) {
 868       OS << ",\n       ";
 869       OS << " Fixups:[";
 870       for (MCDataFragment::const_fixup_iterator it = DF->fixup_begin(),
 871              ie = DF->fixup_end(); it != ie; ++it) {
 872         if (it != DF->fixup_begin()) OS << ",\n                ";
 873         OS << *it;
 874       }
 875       OS << "]";
 876     }
 877     break;
 878   }
 879   case MCFragment::FT_Fill:  {
 880     const MCFillFragment *FF = cast<MCFillFragment>(this);
 881     OS << " Value:" << FF->getValue() << " ValueSize:" << FF->getValueSize()
 882        << " Size:" << FF->getSize();
 883     break;
 884   }
 885   case MCFragment::FT_Inst:  {
 886     const MCInstFragment *IF = cast<MCInstFragment>(this);
 887     OS << "\n       ";
 888     OS << " Inst:";
 889     IF->getInst().dump_pretty(OS);
 890     break;
 891   }
 892   case MCFragment::FT_Org:  {
 893     const MCOrgFragment *OF = cast<MCOrgFragment>(this);
 894     OS << "\n       ";
 895     OS << " Offset:" << OF->getOffset() << " Value:" << OF->getValue();
 896     break;
 897   }
 898   case MCFragment::FT_Dwarf:  {
 899     const MCDwarfLineAddrFragment *OF = cast<MCDwarfLineAddrFragment>(this);
 900     OS << "\n       ";
 901     OS << " AddrDelta:" << OF->getAddrDelta()
 902        << " LineDelta:" << OF->getLineDelta();
 903     break;
 904   }
 905   case MCFragment::FT_DwarfFrame:  {
 906     const MCDwarfCallFrameFragment *CF = cast<MCDwarfCallFrameFragment>(this);
 907     OS << "\n       ";
 908     OS << " AddrDelta:" << CF->getAddrDelta();
 909     break;
 910   }
 911   case MCFragment::FT_LEB: {
 912     const MCLEBFragment *LF = cast<MCLEBFragment>(this);
 913     OS << "\n       ";
 914     OS << " Value:" << LF->getValue() << " Signed:" << LF->isSigned();
 915     break;
 916   }
 917   }
 918   OS << ">";
 919 }
 920
 921 void MCSectionData::dump() {
 922   raw_ostream &OS = llvm::errs();
 923
 924   OS << "<MCSectionData";
 925   OS << " Alignment:" << getAlignment() << " Fragments:[\n      ";
 926   for (iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
 927     if (it != begin()) OS << ",\n      ";
 928     it->dump();
 929   }
 930   OS << "]>";
 931 }
 932
 933 void MCSymbolData::dump() {
 934   raw_ostream &OS = llvm::errs();
 935
 936   OS << "<MCSymbolData Symbol:" << getSymbol()
 937      << " Fragment:" << getFragment() << " Offset:" << getOffset()
 938      << " Flags:" << getFlags() << " Index:" << getIndex();
 939   if (isCommon())
 940     OS << " (common, size:" << getCommonSize()
 941        << " align: " << getCommonAlignment() << ")";
 942   if (isExternal())
 943     OS << " (external)";
 944   if (isPrivateExtern())
 945     OS << " (private extern)";
 946   OS << ">";
 947 }
 948
 949 void MCAssembler::dump() {
 950   raw_ostream &OS = llvm::errs();
 951
 952   OS << "<MCAssembler\n";
 953   OS << "  Sections:[\n    ";
 954   for (iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
 955     if (it != begin()) OS << ",\n    ";
 956     it->dump();
 957   }
 958   OS << "],\n";
 959   OS << "  Symbols:[";
 960
 961   for (symbol_iterator it = symbol_begin(), ie = symbol_end(); it != ie; ++it) {
 962     if (it != symbol_begin()) OS << ",\n           ";
 963     it->dump();
 964   }
 965   OS << "]>\n";
 966 }
 967
 968 // anchors for MC*Fragment vtables
 969 void MCDataFragment::anchor() { }
 970 void MCInstFragment::anchor() { }
 971 void MCAlignFragment::anchor() { }
 972 void MCFillFragment::anchor() { }
 973 void MCOrgFragment::anchor() { }
 974 void MCLEBFragment::anchor() { }
 975 void MCDwarfLineAddrFragment::anchor() { }
 976 void MCDwarfCallFrameFragment::anchor() { }