lib/MC/MCELFStreamer.cpp

   1 //===- lib/MC/MCELFStreamer.cpp - ELF Object Output ------------===//
   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 assembles .s files and emits ELF .o object files.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #include "llvm/MC/MCStreamer.h"
  15
  16 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
  17 #include "llvm/MC/MCAssembler.h"
  18 #include "llvm/MC/MCContext.h"
  19 #include "llvm/MC/MCCodeEmitter.h"
  20 #include "llvm/MC/MCELFSymbolFlags.h"
  21 #include "llvm/MC/MCExpr.h"
  22 #include "llvm/MC/MCInst.h"
  23 #include "llvm/MC/MCObjectStreamer.h"
  24 #include "llvm/MC/MCSection.h"
  25 #include "llvm/MC/MCSectionELF.h"
  26 #include "llvm/MC/MCSymbol.h"
  27 #include "llvm/Support/Debug.h"
  28 #include "llvm/Support/ELF.h"
  29 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  30 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  31 #include "llvm/Target/TargetAsmBackend.h"
  32
  33 using namespace llvm;
  34
  35 namespace {
  36
  37 class MCELFStreamer : public MCObjectStreamer {
  38   void EmitInstToFragment(const MCInst &Inst);
  39   void EmitInstToData(const MCInst &Inst);
  40 public:
  41   MCELFStreamer(MCContext &Context, TargetAsmBackend &TAB,
  42                   raw_ostream &OS, MCCodeEmitter *Emitter)
  43     : MCObjectStreamer(Context, TAB, OS, Emitter, false) {}
  44
  45   ~MCELFStreamer() {}
  46
  47   /// @name MCStreamer Interface
  48   /// @{
  49
  50   virtual void InitSections();
  51   virtual void EmitLabel(MCSymbol *Symbol);
  52   virtual void EmitAssemblerFlag(MCAssemblerFlag Flag);
  53   virtual void EmitAssignment(MCSymbol *Symbol, const MCExpr *Value);
  54   virtual void EmitSymbolAttribute(MCSymbol *Symbol, MCSymbolAttr Attribute);
  55   virtual void EmitSymbolDesc(MCSymbol *Symbol, unsigned DescValue) {
  56     assert(0 && "ELF doesn't support this directive");
  57   }
  58   virtual void EmitCommonSymbol(MCSymbol *Symbol, uint64_t Size,
  59                                 unsigned ByteAlignment);
  60   virtual void BeginCOFFSymbolDef(const MCSymbol *Symbol) {
  61     assert(0 && "ELF doesn't support this directive");
  62   }
  63
  64   virtual void EmitCOFFSymbolStorageClass(int StorageClass) {
  65     assert(0 && "ELF doesn't support this directive");
  66   }
  67
  68   virtual void EmitCOFFSymbolType(int Type) {
  69     assert(0 && "ELF doesn't support this directive");
  70   }
  71
  72   virtual void EndCOFFSymbolDef() {
  73     assert(0 && "ELF doesn't support this directive");
  74   }
  75
  76   virtual void EmitELFSize(MCSymbol *Symbol, const MCExpr *Value) {
  77      MCSymbolData &SD = getAssembler().getOrCreateSymbolData(*Symbol);
  78      SD.setSize(Value);
  79   }
  80
  81   virtual void EmitLocalCommonSymbol(MCSymbol *Symbol, uint64_t Size) {
  82     assert(0 && "ELF doesn't support this directive");
  83   }
  84   virtual void EmitZerofill(const MCSection *Section, MCSymbol *Symbol = 0,
  85                             unsigned Size = 0, unsigned ByteAlignment = 0) {
  86     assert(0 && "ELF doesn't support this directive");
  87   }
  88   virtual void EmitTBSSSymbol(const MCSection *Section, MCSymbol *Symbol,
  89                               uint64_t Size, unsigned ByteAlignment = 0) {
  90     assert(0 && "ELF doesn't support this directive");
  91   }
  92   virtual void EmitBytes(StringRef Data, unsigned AddrSpace);
  93   virtual void EmitValue(const MCExpr *Value, unsigned Size,unsigned AddrSpace);
  94   virtual void EmitGPRel32Value(const MCExpr *Value) {
  95     assert(0 && "ELF doesn't support this directive");
  96   }
  97   virtual void EmitValueToAlignment(unsigned ByteAlignment, int64_t Value = 0,
  98                                     unsigned ValueSize = 1,
  99                                     unsigned MaxBytesToEmit = 0);
 100   virtual void EmitCodeAlignment(unsigned ByteAlignment,
 101                                  unsigned MaxBytesToEmit = 0);
 102   virtual void EmitValueToOffset(const MCExpr *Offset,
 103                                  unsigned char Value = 0);
 104
 105   virtual void EmitFileDirective(StringRef Filename);
 106   virtual void EmitDwarfFileDirective(unsigned FileNo, StringRef Filename) {
 107     DEBUG(dbgs() << "FIXME: MCELFStreamer:EmitDwarfFileDirective not implemented\n");
 108   }
 109
 110   virtual void EmitInstruction(const MCInst &Inst);
 111   virtual void Finish();
 112
 113 private:
 114   struct LocalCommon {
 115     MCSymbolData *SD;
 116     uint64_t Size;
 117     unsigned ByteAlignment;
 118   };
 119   std::vector<LocalCommon> LocalCommons;
 120
 121   SmallPtrSet<MCSymbol *, 16> BindingExplicitlySet;
 122   /// @}
 123   void SetSection(StringRef Section, unsigned Type, unsigned Flags,
 124                   SectionKind Kind) {
 125     SwitchSection(getContext().getELFSection(Section, Type, Flags, Kind));
 126   }
 127
 128   void SetSectionData() {
 129     SetSection(".data", MCSectionELF::SHT_PROGBITS,
 130                MCSectionELF::SHF_WRITE |MCSectionELF::SHF_ALLOC,
 131                SectionKind::getDataRel());
 132     EmitCodeAlignment(4, 0);
 133   }
 134   void SetSectionText() {
 135     SetSection(".text", MCSectionELF::SHT_PROGBITS,
 136                MCSectionELF::SHF_EXECINSTR |
 137                MCSectionELF::SHF_ALLOC, SectionKind::getText());
 138     EmitCodeAlignment(4, 0);
 139   }
 140   void SetSectionBss() {
 141     SetSection(".bss", MCSectionELF::SHT_NOBITS,
 142                MCSectionELF::SHF_WRITE |
 143                MCSectionELF::SHF_ALLOC, SectionKind::getBSS());
 144     EmitCodeAlignment(4, 0);
 145   }
 146 };
 147
 148 } // end anonymous namespace.
 149
 150 void MCELFStreamer::InitSections() {
 151   // This emulates the same behavior of GNU as. This makes it easier
 152   // to compare the output as the major sections are in the same order.
 153   SetSectionText();
 154   SetSectionData();
 155   SetSectionBss();
 156   SetSectionText();
 157 }
 158
 159 void MCELFStreamer::EmitLabel(MCSymbol *Symbol) {
 160   assert(Symbol->isUndefined() && "Cannot define a symbol twice!");
 161
 162   Symbol->setSection(*CurSection);
 163
 164   MCSymbolData &SD = getAssembler().getOrCreateSymbolData(*Symbol);
 165
 166   // FIXME: This is wasteful, we don't necessarily need to create a data
 167   // fragment. Instead, we should mark the symbol as pointing into the data
 168   // fragment if it exists, otherwise we should just queue the label and set its
 169   // fragment pointer when we emit the next fragment.
 170   MCDataFragment *F = getOrCreateDataFragment();
 171
 172   assert(!SD.getFragment() && "Unexpected fragment on symbol data!");
 173   SD.setFragment(F);
 174   SD.setOffset(F->getContents().size());
 175 }
 176
 177 void MCELFStreamer::EmitAssemblerFlag(MCAssemblerFlag Flag) {
 178   switch (Flag) {
 179   case MCAF_SyntaxUnified:  return; // no-op here?
 180   case MCAF_SubsectionsViaSymbols:
 181     getAssembler().setSubsectionsViaSymbols(true);
 182     return;
 183   }
 184
 185   assert(0 && "invalid assembler flag!");
 186 }
 187
 188 void MCELFStreamer::EmitAssignment(MCSymbol *Symbol, const MCExpr *Value) {
 189   // TODO: This is exactly the same as WinCOFFStreamer. Consider merging into
 190   // MCObjectStreamer.
 191   // FIXME: Lift context changes into super class.
 192   getAssembler().getOrCreateSymbolData(*Symbol);
 193   Symbol->setVariableValue(AddValueSymbols(Value));
 194 }
 195
 196 static void SetBinding(MCSymbolData &SD, unsigned Binding) {
 197   assert(Binding == ELF::STB_LOCAL || Binding == ELF::STB_GLOBAL ||
 198          Binding == ELF::STB_WEAK);
 199   uint32_t OtherFlags = SD.getFlags() & ~(0xf << ELF_STB_Shift);
 200   SD.setFlags(OtherFlags | (Binding << ELF_STB_Shift));
 201 }
 202
 203 static unsigned GetBinding(const MCSymbolData &SD) {
 204   uint32_t Binding = (SD.getFlags() & (0xf << ELF_STB_Shift)) >> ELF_STB_Shift;
 205   assert(Binding == ELF::STB_LOCAL || Binding == ELF::STB_GLOBAL ||
 206          Binding == ELF::STB_WEAK);
 207   return Binding;
 208 }
 209
 210 static void SetType(MCSymbolData &SD, unsigned Type) {
 211   assert(Type == ELF::STT_NOTYPE || Type == ELF::STT_OBJECT ||
 212          Type == ELF::STT_FUNC || Type == ELF::STT_SECTION ||
 213          Type == ELF::STT_FILE || Type == ELF::STT_COMMON ||
 214          Type == ELF::STT_TLS);
 215
 216   uint32_t OtherFlags = SD.getFlags() & ~(0xf << ELF_STT_Shift);
 217   SD.setFlags(OtherFlags | (Type << ELF_STT_Shift));
 218 }
 219
 220 static void SetVisibility(MCSymbolData &SD, unsigned Visibility) {
 221   assert(Visibility == ELF::STV_DEFAULT || Visibility == ELF::STV_INTERNAL ||
 222          Visibility == ELF::STV_HIDDEN || Visibility == ELF::STV_PROTECTED);
 223
 224   uint32_t OtherFlags = SD.getFlags() & ~(0xf << ELF_STV_Shift);
 225   SD.setFlags(OtherFlags | (Visibility << ELF_STV_Shift));
 226 }
 227
 228 void MCELFStreamer::EmitSymbolAttribute(MCSymbol *Symbol,
 229                                           MCSymbolAttr Attribute) {
 230   // Indirect symbols are handled differently, to match how 'as' handles
 231   // them. This makes writing matching .o files easier.
 232   if (Attribute == MCSA_IndirectSymbol) {
 233     // Note that we intentionally cannot use the symbol data here; this is
 234     // important for matching the string table that 'as' generates.
 235     IndirectSymbolData ISD;
 236     ISD.Symbol = Symbol;
 237     ISD.SectionData = getCurrentSectionData();
 238     getAssembler().getIndirectSymbols().push_back(ISD);
 239     return;
 240   }
 241
 242   // Adding a symbol attribute always introduces the symbol, note that an
 243   // important side effect of calling getOrCreateSymbolData here is to register
 244   // the symbol with the assembler.
 245   MCSymbolData &SD = getAssembler().getOrCreateSymbolData(*Symbol);
 246
 247   // The implementation of symbol attributes is designed to match 'as', but it
 248   // leaves much to desired. It doesn't really make sense to arbitrarily add and
 249   // remove flags, but 'as' allows this (in particular, see .desc).
 250   //
 251   // In the future it might be worth trying to make these operations more well
 252   // defined.
 253   switch (Attribute) {
 254   case MCSA_LazyReference:
 255   case MCSA_Reference:
 256   case MCSA_NoDeadStrip:
 257   case MCSA_PrivateExtern:
 258   case MCSA_WeakDefinition:
 259   case MCSA_WeakDefAutoPrivate:
 260   case MCSA_Invalid:
 261   case MCSA_ELF_TypeIndFunction:
 262   case MCSA_IndirectSymbol:
 263     assert(0 && "Invalid symbol attribute for ELF!");
 264     break;
 265
 266   case MCSA_Global:
 267     SetBinding(SD, ELF::STB_GLOBAL);
 268     SD.setExternal(true);
 269     BindingExplicitlySet.insert(Symbol);
 270     break;
 271
 272   case MCSA_WeakReference:
 273   case MCSA_Weak:
 274     SetBinding(SD, ELF::STB_WEAK);
 275     BindingExplicitlySet.insert(Symbol);
 276     break;
 277
 278   case MCSA_Local:
 279     SetBinding(SD, ELF::STB_LOCAL);
 280     SD.setExternal(false);
 281     BindingExplicitlySet.insert(Symbol);
 282     break;
 283
 284   case MCSA_ELF_TypeFunction:
 285     SetType(SD, ELF::STT_FUNC);
 286     break;
 287
 288   case MCSA_ELF_TypeObject:
 289     SetType(SD, ELF::STT_OBJECT);
 290     break;
 291
 292   case MCSA_ELF_TypeTLS:
 293     SetType(SD, ELF::STT_TLS);
 294     break;
 295
 296   case MCSA_ELF_TypeCommon:
 297     SetType(SD, ELF::STT_COMMON);
 298     break;
 299
 300   case MCSA_ELF_TypeNoType:
 301     SetType(SD, ELF::STT_NOTYPE);
 302     break;
 303
 304   case MCSA_Protected:
 305     SetVisibility(SD, ELF::STV_PROTECTED);
 306     break;
 307
 308   case MCSA_Hidden:
 309     SetVisibility(SD, ELF::STV_HIDDEN);
 310     break;
 311
 312   case MCSA_Internal:
 313     SetVisibility(SD, ELF::STV_INTERNAL);
 314     break;
 315   }
 316 }
 317
 318 void MCELFStreamer::EmitCommonSymbol(MCSymbol *Symbol, uint64_t Size,
 319                                        unsigned ByteAlignment) {
 320   MCSymbolData &SD = getAssembler().getOrCreateSymbolData(*Symbol);
 321
 322   if (!BindingExplicitlySet.count(Symbol)) {
 323     SetBinding(SD, ELF::STB_GLOBAL);
 324     SD.setExternal(true);
 325   }
 326
 327   if (GetBinding(SD) == ELF_STB_Local) {
 328     const MCSection *Section = getAssembler().getContext().getELFSection(".bss",
 329                                                                     MCSectionELF::SHT_NOBITS,
 330                                                                     MCSectionELF::SHF_WRITE |
 331                                                                     MCSectionELF::SHF_ALLOC,
 332                                                                     SectionKind::getBSS());
 333     Symbol->setSection(*Section);
 334
 335     struct LocalCommon L = {&SD, Size, ByteAlignment};
 336     LocalCommons.push_back(L);
 337   } else {
 338     SD.setCommon(Size, ByteAlignment);
 339   }
 340
 341   SD.setSize(MCConstantExpr::Create(Size, getContext()));
 342 }
 343
 344 void MCELFStreamer::EmitBytes(StringRef Data, unsigned AddrSpace) {
 345   // TODO: This is exactly the same as WinCOFFStreamer. Consider merging into
 346   // MCObjectStreamer.
 347   getOrCreateDataFragment()->getContents().append(Data.begin(), Data.end());
 348 }
 349
 350 void MCELFStreamer::EmitValue(const MCExpr *Value, unsigned Size,
 351                                 unsigned AddrSpace) {
 352   // TODO: This is exactly the same as WinCOFFStreamer. Consider merging into
 353   // MCObjectStreamer.
 354   MCDataFragment *DF = getOrCreateDataFragment();
 355
 356   // Avoid fixups when possible.
 357   int64_t AbsValue;
 358   if (AddValueSymbols(Value)->EvaluateAsAbsolute(AbsValue)) {
 359     // FIXME: Endianness assumption.
 360     for (unsigned i = 0; i != Size; ++i)
 361       DF->getContents().push_back(uint8_t(AbsValue >> (i * 8)));
 362   } else {
 363     DF->addFixup(MCFixup::Create(DF->getContents().size(), AddValueSymbols(Value),
 364                                  MCFixup::getKindForSize(Size)));
 365     DF->getContents().resize(DF->getContents().size() + Size, 0);
 366   }
 367 }
 368
 369 void MCELFStreamer::EmitValueToAlignment(unsigned ByteAlignment,
 370                                            int64_t Value, unsigned ValueSize,
 371                                            unsigned MaxBytesToEmit) {
 372   // TODO: This is exactly the same as WinCOFFStreamer. Consider merging into
 373   // MCObjectStreamer.
 374   if (MaxBytesToEmit == 0)
 375     MaxBytesToEmit = ByteAlignment;
 376   new MCAlignFragment(ByteAlignment, Value, ValueSize, MaxBytesToEmit,
 377                       getCurrentSectionData());
 378
 379   // Update the maximum alignment on the current section if necessary.
 380   if (ByteAlignment > getCurrentSectionData()->getAlignment())
 381     getCurrentSectionData()->setAlignment(ByteAlignment);
 382 }
 383
 384 void MCELFStreamer::EmitCodeAlignment(unsigned ByteAlignment,
 385                                         unsigned MaxBytesToEmit) {
 386   // TODO: This is exactly the same as WinCOFFStreamer. Consider merging into
 387   // MCObjectStreamer.
 388   if (MaxBytesToEmit == 0)
 389     MaxBytesToEmit = ByteAlignment;
 390   MCAlignFragment *F = new MCAlignFragment(ByteAlignment, 0, 1, MaxBytesToEmit,
 391                                            getCurrentSectionData());
 392   F->setEmitNops(true);
 393
 394   // Update the maximum alignment on the current section if necessary.
 395   if (ByteAlignment > getCurrentSectionData()->getAlignment())
 396     getCurrentSectionData()->setAlignment(ByteAlignment);
 397 }
 398
 399 void MCELFStreamer::EmitValueToOffset(const MCExpr *Offset,
 400                                         unsigned char Value) {
 401   // TODO: This is exactly the same as MCMachOStreamer. Consider merging into
 402   // MCObjectStreamer.
 403   new MCOrgFragment(*Offset, Value, getCurrentSectionData());
 404 }
 405
 406 // Add a symbol for the file name of this module. This is the second
 407 // entry in the module's symbol table (the first being the null symbol).
 408 void MCELFStreamer::EmitFileDirective(StringRef Filename) {
 409   MCSymbol *Symbol = getAssembler().getContext().GetOrCreateSymbol(Filename);
 410   Symbol->setSection(*CurSection);
 411   Symbol->setAbsolute();
 412
 413   MCSymbolData &SD = getAssembler().getOrCreateSymbolData(*Symbol);
 414
 415   SD.setFlags(ELF_STT_File | ELF_STB_Local | ELF_STV_Default);
 416 }
 417
 418 void MCELFStreamer::EmitInstToFragment(const MCInst &Inst) {
 419   MCInstFragment *IF = new MCInstFragment(Inst, getCurrentSectionData());
 420
 421   // Add the fixups and data.
 422   //
 423   // FIXME: Revisit this design decision when relaxation is done, we may be
 424   // able to get away with not storing any extra data in the MCInst.
 425   SmallVector<MCFixup, 4> Fixups;
 426   SmallString<256> Code;
 427   raw_svector_ostream VecOS(Code);
 428   getAssembler().getEmitter().EncodeInstruction(Inst, VecOS, Fixups);
 429   VecOS.flush();
 430
 431   IF->getCode() = Code;
 432   IF->getFixups() = Fixups;
 433 }
 434
 435 void MCELFStreamer::EmitInstToData(const MCInst &Inst) {
 436   MCDataFragment *DF = getOrCreateDataFragment();
 437
 438   SmallVector<MCFixup, 4> Fixups;
 439   SmallString<256> Code;
 440   raw_svector_ostream VecOS(Code);
 441   getAssembler().getEmitter().EncodeInstruction(Inst, VecOS, Fixups);
 442   VecOS.flush();
 443
 444   // Add the fixups and data.
 445   for (unsigned i = 0, e = Fixups.size(); i != e; ++i) {
 446     Fixups[i].setOffset(Fixups[i].getOffset() + DF->getContents().size());
 447     DF->addFixup(Fixups[i]);
 448   }
 449   DF->getContents().append(Code.begin(), Code.end());
 450 }
 451
 452 void MCELFStreamer::EmitInstruction(const MCInst &Inst) {
 453   // Scan for values.
 454   for (unsigned i = 0; i != Inst.getNumOperands(); ++i)
 455     if (Inst.getOperand(i).isExpr())
 456       AddValueSymbols(Inst.getOperand(i).getExpr());
 457
 458   getCurrentSectionData()->setHasInstructions(true);
 459
 460   // If this instruction doesn't need relaxation, just emit it as data.
 461   if (!getAssembler().getBackend().MayNeedRelaxation(Inst)) {
 462     EmitInstToData(Inst);
 463     return;
 464   }
 465
 466   // Otherwise, if we are relaxing everything, relax the instruction as much as
 467   // possible and emit it as data.
 468   if (getAssembler().getRelaxAll()) {
 469     MCInst Relaxed;
 470     getAssembler().getBackend().RelaxInstruction(Inst, Relaxed);
 471     while (getAssembler().getBackend().MayNeedRelaxation(Relaxed))
 472       getAssembler().getBackend().RelaxInstruction(Relaxed, Relaxed);
 473     EmitInstToData(Relaxed);
 474     return;
 475   }
 476
 477   // Otherwise emit to a separate fragment.
 478   EmitInstToFragment(Inst);
 479 }
 480
 481 void MCELFStreamer::Finish() {
 482   for (std::vector<LocalCommon>::const_iterator i = LocalCommons.begin(),
 483                                                 e = LocalCommons.end();
 484        i != e; ++i) {
 485     MCSymbolData *SD = i->SD;
 486     uint64_t Size = i->Size;
 487     unsigned ByteAlignment = i->ByteAlignment;
 488     const MCSymbol &Symbol = SD->getSymbol();
 489     const MCSection &Section = Symbol.getSection();
 490
 491     MCSectionData &SectData = getAssembler().getOrCreateSectionData(Section);
 492     new MCAlignFragment(ByteAlignment, 0, 1, ByteAlignment, &SectData);
 493
 494     MCFragment *F = new MCFillFragment(0, 0, Size, &SectData);
 495     SD->setFragment(F);
 496
 497     // Update the maximum alignment of the section if necessary.
 498     if (ByteAlignment > SectData.getAlignment())
 499       SectData.setAlignment(ByteAlignment);
 500   }
 501
 502   this->MCObjectStreamer::Finish();
 503 }
 504
 505 MCStreamer *llvm::createELFStreamer(MCContext &Context, TargetAsmBackend &TAB,
 506                                       raw_ostream &OS, MCCodeEmitter *CE,
 507                                       bool RelaxAll) {
 508   MCELFStreamer *S = new MCELFStreamer(Context, TAB, OS, CE);
 509   if (RelaxAll)
 510     S->getAssembler().setRelaxAll(true);
 511   return S;
 512 }