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/MC/MCValue.h"
  28 #include "llvm/Support/Debug.h"
  29 #include "llvm/Support/ELF.h"
  30 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  31 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  32 #include "llvm/Target/TargetAsmBackend.h"
  33 #include "llvm/Target/TargetAsmInfo.h"
  34
  35 using namespace llvm;
  36
  37 namespace {
  38
  39 static void SetBinding(MCSymbolData &SD, unsigned Binding) {
  40   assert(Binding == ELF::STB_LOCAL || Binding == ELF::STB_GLOBAL ||
  41          Binding == ELF::STB_WEAK);
  42   uint32_t OtherFlags = SD.getFlags() & ~(0xf << ELF_STB_Shift);
  43   SD.setFlags(OtherFlags | (Binding << ELF_STB_Shift));
  44 }
  45
  46 static unsigned GetBinding(const MCSymbolData &SD) {
  47   uint32_t Binding = (SD.getFlags() & (0xf << ELF_STB_Shift)) >> ELF_STB_Shift;
  48   assert(Binding == ELF::STB_LOCAL || Binding == ELF::STB_GLOBAL ||
  49          Binding == ELF::STB_WEAK);
  50   return Binding;
  51 }
  52
  53 static void SetType(MCSymbolData &SD, unsigned Type) {
  54   assert(Type == ELF::STT_NOTYPE || Type == ELF::STT_OBJECT ||
  55          Type == ELF::STT_FUNC || Type == ELF::STT_SECTION ||
  56          Type == ELF::STT_FILE || Type == ELF::STT_COMMON ||
  57          Type == ELF::STT_TLS);
  58
  59   uint32_t OtherFlags = SD.getFlags() & ~(0xf << ELF_STT_Shift);
  60   SD.setFlags(OtherFlags | (Type << ELF_STT_Shift));
  61 }
  62
  63 static void SetVisibility(MCSymbolData &SD, unsigned Visibility) {
  64   assert(Visibility == ELF::STV_DEFAULT || Visibility == ELF::STV_INTERNAL ||
  65          Visibility == ELF::STV_HIDDEN || Visibility == ELF::STV_PROTECTED);
  66
  67   uint32_t OtherFlags = SD.getFlags() & ~(0xf << ELF_STV_Shift);
  68   SD.setFlags(OtherFlags | (Visibility << ELF_STV_Shift));
  69 }
  70
  71 class MCELFStreamer : public MCObjectStreamer {
  72 public:
  73   MCELFStreamer(MCContext &Context, TargetAsmBackend &TAB,
  74                   raw_ostream &OS, MCCodeEmitter *Emitter)
  75     : MCObjectStreamer(Context, TAB, OS, Emitter) {}
  76
  77   ~MCELFStreamer() {}
  78
  79   /// @name MCStreamer Interface
  80   /// @{
  81
  82   virtual void InitSections();
  83   virtual void EmitLabel(MCSymbol *Symbol);
  84   virtual void EmitAssemblerFlag(MCAssemblerFlag Flag);
  85   virtual void EmitThumbFunc(MCSymbol *Func);
  86   virtual void EmitAssignment(MCSymbol *Symbol, const MCExpr *Value);
  87   virtual void EmitWeakReference(MCSymbol *Alias, const MCSymbol *Symbol);
  88   virtual void SwitchSection(const MCSection *Section);
  89   virtual void EmitSymbolAttribute(MCSymbol *Symbol, MCSymbolAttr Attribute);
  90   virtual void EmitSymbolDesc(MCSymbol *Symbol, unsigned DescValue) {
  91     assert(0 && "ELF doesn't support this directive");
  92   }
  93   virtual void EmitCommonSymbol(MCSymbol *Symbol, uint64_t Size,
  94                                 unsigned ByteAlignment);
  95   virtual void BeginCOFFSymbolDef(const MCSymbol *Symbol) {
  96     assert(0 && "ELF doesn't support this directive");
  97   }
  98
  99   virtual void EmitCOFFSymbolStorageClass(int StorageClass) {
 100     assert(0 && "ELF doesn't support this directive");
 101   }
 102
 103   virtual void EmitCOFFSymbolType(int Type) {
 104     assert(0 && "ELF doesn't support this directive");
 105   }
 106
 107   virtual void EndCOFFSymbolDef() {
 108     assert(0 && "ELF doesn't support this directive");
 109   }
 110
 111   virtual void EmitELFSize(MCSymbol *Symbol, const MCExpr *Value) {
 112      MCSymbolData &SD = getAssembler().getOrCreateSymbolData(*Symbol);
 113      SD.setSize(Value);
 114   }
 115
 116   virtual void EmitLocalCommonSymbol(MCSymbol *Symbol, uint64_t Size);
 117
 118   virtual void EmitZerofill(const MCSection *Section, MCSymbol *Symbol = 0,
 119                             unsigned Size = 0, unsigned ByteAlignment = 0) {
 120     assert(0 && "ELF doesn't support this directive");
 121   }
 122   virtual void EmitTBSSSymbol(const MCSection *Section, MCSymbol *Symbol,
 123                               uint64_t Size, unsigned ByteAlignment = 0) {
 124     assert(0 && "ELF doesn't support this directive");
 125   }
 126   virtual void EmitBytes(StringRef Data, unsigned AddrSpace);
 127   virtual void EmitValueToAlignment(unsigned ByteAlignment, int64_t Value = 0,
 128                                     unsigned ValueSize = 1,
 129                                     unsigned MaxBytesToEmit = 0);
 130   virtual void EmitCodeAlignment(unsigned ByteAlignment,
 131                                  unsigned MaxBytesToEmit = 0);
 132
 133   virtual void EmitFileDirective(StringRef Filename);
 134
 135   virtual void Finish();
 136
 137 private:
 138   virtual void EmitInstToFragment(const MCInst &Inst);
 139   virtual void EmitInstToData(const MCInst &Inst);
 140
 141   void fixSymbolsInTLSFixups(const MCExpr *expr);
 142
 143   struct LocalCommon {
 144     MCSymbolData *SD;
 145     uint64_t Size;
 146     unsigned ByteAlignment;
 147   };
 148   std::vector<LocalCommon> LocalCommons;
 149
 150   SmallPtrSet<MCSymbol *, 16> BindingExplicitlySet;
 151   /// @}
 152   void SetSection(StringRef Section, unsigned Type, unsigned Flags,
 153                   SectionKind Kind) {
 154     SwitchSection(getContext().getELFSection(Section, Type, Flags, Kind));
 155   }
 156
 157   void SetSectionData() {
 158     SetSection(".data", MCSectionELF::SHT_PROGBITS,
 159                MCSectionELF::SHF_WRITE |MCSectionELF::SHF_ALLOC,
 160                SectionKind::getDataRel());
 161     EmitCodeAlignment(4, 0);
 162   }
 163   void SetSectionText() {
 164     SetSection(".text", MCSectionELF::SHT_PROGBITS,
 165                MCSectionELF::SHF_EXECINSTR |
 166                MCSectionELF::SHF_ALLOC, SectionKind::getText());
 167     EmitCodeAlignment(4, 0);
 168   }
 169   void SetSectionBss() {
 170     SetSection(".bss", MCSectionELF::SHT_NOBITS,
 171                MCSectionELF::SHF_WRITE |
 172                MCSectionELF::SHF_ALLOC, SectionKind::getBSS());
 173     EmitCodeAlignment(4, 0);
 174   }
 175 };
 176
 177 } // end anonymous namespace.
 178
 179 void MCELFStreamer::InitSections() {
 180   // This emulates the same behavior of GNU as. This makes it easier
 181   // to compare the output as the major sections are in the same order.
 182   SetSectionText();
 183   SetSectionData();
 184   SetSectionBss();
 185   SetSectionText();
 186 }
 187
 188 void MCELFStreamer::EmitLabel(MCSymbol *Symbol) {
 189   assert(Symbol->isUndefined() && "Cannot define a symbol twice!");
 190
 191   MCObjectStreamer::EmitLabel(Symbol);
 192
 193   const MCSectionELF &Section =
 194     static_cast<const MCSectionELF&>(Symbol->getSection());
 195   MCSymbolData &SD = getAssembler().getSymbolData(*Symbol);
 196   if (Section.getFlags() & MCSectionELF::SHF_TLS)
 197     SetType(SD, ELF::STT_TLS);
 198 }
 199
 200 void MCELFStreamer::EmitAssemblerFlag(MCAssemblerFlag Flag) {
 201   switch (Flag) {
 202   case MCAF_SyntaxUnified: return; // no-op here.
 203   case MCAF_Code16: return; // no-op here.
 204   case MCAF_Code32: return; // no-op here.
 205   case MCAF_SubsectionsViaSymbols:
 206     getAssembler().setSubsectionsViaSymbols(true);
 207     return;
 208   }
 209
 210   assert(0 && "invalid assembler flag!");
 211 }
 212
 213 void MCELFStreamer::EmitThumbFunc(MCSymbol *Func) {
 214   // FIXME: Anything needed here to flag the function as thumb?
 215 }
 216
 217 void MCELFStreamer::EmitAssignment(MCSymbol *Symbol, const MCExpr *Value) {
 218   // TODO: This is exactly the same as WinCOFFStreamer. Consider merging into
 219   // MCObjectStreamer.
 220   // FIXME: Lift context changes into super class.
 221   getAssembler().getOrCreateSymbolData(*Symbol);
 222   Symbol->setVariableValue(AddValueSymbols(Value));
 223 }
 224
 225 void MCELFStreamer::SwitchSection(const MCSection *Section) {
 226   const MCSymbol *Grp = static_cast<const MCSectionELF *>(Section)->getGroup();
 227   if (Grp)
 228     getAssembler().getOrCreateSymbolData(*Grp);
 229   this->MCObjectStreamer::SwitchSection(Section);
 230 }
 231
 232 void MCELFStreamer::EmitWeakReference(MCSymbol *Alias, const MCSymbol *Symbol) {
 233   getAssembler().getOrCreateSymbolData(*Symbol);
 234   MCSymbolData &AliasSD = getAssembler().getOrCreateSymbolData(*Alias);
 235   AliasSD.setFlags(AliasSD.getFlags() | ELF_Other_Weakref);
 236   const MCExpr *Value = MCSymbolRefExpr::Create(Symbol, getContext());
 237   Alias->setVariableValue(Value);
 238 }
 239
 240 void MCELFStreamer::EmitSymbolAttribute(MCSymbol *Symbol,
 241                                           MCSymbolAttr Attribute) {
 242   // Indirect symbols are handled differently, to match how 'as' handles
 243   // them. This makes writing matching .o files easier.
 244   if (Attribute == MCSA_IndirectSymbol) {
 245     // Note that we intentionally cannot use the symbol data here; this is
 246     // important for matching the string table that 'as' generates.
 247     IndirectSymbolData ISD;
 248     ISD.Symbol = Symbol;
 249     ISD.SectionData = getCurrentSectionData();
 250     getAssembler().getIndirectSymbols().push_back(ISD);
 251     return;
 252   }
 253
 254   // Adding a symbol attribute always introduces the symbol, note that an
 255   // important side effect of calling getOrCreateSymbolData here is to register
 256   // the symbol with the assembler.
 257   MCSymbolData &SD = getAssembler().getOrCreateSymbolData(*Symbol);
 258
 259   // The implementation of symbol attributes is designed to match 'as', but it
 260   // leaves much to desired. It doesn't really make sense to arbitrarily add and
 261   // remove flags, but 'as' allows this (in particular, see .desc).
 262   //
 263   // In the future it might be worth trying to make these operations more well
 264   // defined.
 265   switch (Attribute) {
 266   case MCSA_LazyReference:
 267   case MCSA_Reference:
 268   case MCSA_NoDeadStrip:
 269   case MCSA_SymbolResolver:
 270   case MCSA_PrivateExtern:
 271   case MCSA_WeakDefinition:
 272   case MCSA_WeakDefAutoPrivate:
 273   case MCSA_Invalid:
 274   case MCSA_ELF_TypeIndFunction:
 275   case MCSA_IndirectSymbol:
 276     assert(0 && "Invalid symbol attribute for ELF!");
 277     break;
 278
 279   case MCSA_ELF_TypeGnuUniqueObject:
 280     // Ignore for now.
 281     break;
 282
 283   case MCSA_Global:
 284     SetBinding(SD, ELF::STB_GLOBAL);
 285     SD.setExternal(true);
 286     BindingExplicitlySet.insert(Symbol);
 287     break;
 288
 289   case MCSA_WeakReference:
 290   case MCSA_Weak:
 291     SetBinding(SD, ELF::STB_WEAK);
 292     SD.setExternal(true);
 293     BindingExplicitlySet.insert(Symbol);
 294     break;
 295
 296   case MCSA_Local:
 297     SetBinding(SD, ELF::STB_LOCAL);
 298     SD.setExternal(false);
 299     BindingExplicitlySet.insert(Symbol);
 300     break;
 301
 302   case MCSA_ELF_TypeFunction:
 303     SetType(SD, ELF::STT_FUNC);
 304     break;
 305
 306   case MCSA_ELF_TypeObject:
 307     SetType(SD, ELF::STT_OBJECT);
 308     break;
 309
 310   case MCSA_ELF_TypeTLS:
 311     SetType(SD, ELF::STT_TLS);
 312     break;
 313
 314   case MCSA_ELF_TypeCommon:
 315     SetType(SD, ELF::STT_COMMON);
 316     break;
 317
 318   case MCSA_ELF_TypeNoType:
 319     SetType(SD, ELF::STT_NOTYPE);
 320     break;
 321
 322   case MCSA_Protected:
 323     SetVisibility(SD, ELF::STV_PROTECTED);
 324     break;
 325
 326   case MCSA_Hidden:
 327     SetVisibility(SD, ELF::STV_HIDDEN);
 328     break;
 329
 330   case MCSA_Internal:
 331     SetVisibility(SD, ELF::STV_INTERNAL);
 332     break;
 333   }
 334 }
 335
 336 void MCELFStreamer::EmitCommonSymbol(MCSymbol *Symbol, uint64_t Size,
 337                                        unsigned ByteAlignment) {
 338   MCSymbolData &SD = getAssembler().getOrCreateSymbolData(*Symbol);
 339
 340   if (!BindingExplicitlySet.count(Symbol)) {
 341     SetBinding(SD, ELF::STB_GLOBAL);
 342     SD.setExternal(true);
 343   }
 344
 345   SetType(SD, ELF::STT_OBJECT);
 346
 347   if (GetBinding(SD) == ELF_STB_Local) {
 348     const MCSection *Section = getAssembler().getContext().getELFSection(".bss",
 349                                                                     MCSectionELF::SHT_NOBITS,
 350                                                                     MCSectionELF::SHF_WRITE |
 351                                                                     MCSectionELF::SHF_ALLOC,
 352                                                                     SectionKind::getBSS());
 353     Symbol->setSection(*Section);
 354
 355     struct LocalCommon L = {&SD, Size, ByteAlignment};
 356     LocalCommons.push_back(L);
 357   } else {
 358     SD.setCommon(Size, ByteAlignment);
 359   }
 360
 361   SD.setSize(MCConstantExpr::Create(Size, getContext()));
 362 }
 363
 364 void MCELFStreamer::EmitLocalCommonSymbol(MCSymbol *Symbol, uint64_t Size) {
 365   // FIXME: Should this be caught and done earlier?
 366   MCSymbolData &SD = getAssembler().getOrCreateSymbolData(*Symbol);
 367   SetBinding(SD, ELF::STB_LOCAL);
 368   SD.setExternal(false);
 369   BindingExplicitlySet.insert(Symbol);
 370   // FIXME: ByteAlignment is not needed here, but is required.
 371   EmitCommonSymbol(Symbol, Size, 1);
 372 }
 373
 374 void MCELFStreamer::EmitBytes(StringRef Data, unsigned AddrSpace) {
 375   // TODO: This is exactly the same as WinCOFFStreamer. Consider merging into
 376   // MCObjectStreamer.
 377   getOrCreateDataFragment()->getContents().append(Data.begin(), Data.end());
 378 }
 379
 380 void MCELFStreamer::EmitValueToAlignment(unsigned ByteAlignment,
 381                                            int64_t Value, unsigned ValueSize,
 382                                            unsigned MaxBytesToEmit) {
 383   // TODO: This is exactly the same as WinCOFFStreamer. Consider merging into
 384   // MCObjectStreamer.
 385   if (MaxBytesToEmit == 0)
 386     MaxBytesToEmit = ByteAlignment;
 387   new MCAlignFragment(ByteAlignment, Value, ValueSize, MaxBytesToEmit,
 388                       getCurrentSectionData());
 389
 390   // Update the maximum alignment on the current section if necessary.
 391   if (ByteAlignment > getCurrentSectionData()->getAlignment())
 392     getCurrentSectionData()->setAlignment(ByteAlignment);
 393 }
 394
 395 void MCELFStreamer::EmitCodeAlignment(unsigned ByteAlignment,
 396                                         unsigned MaxBytesToEmit) {
 397   // TODO: This is exactly the same as WinCOFFStreamer. Consider merging into
 398   // MCObjectStreamer.
 399   if (MaxBytesToEmit == 0)
 400     MaxBytesToEmit = ByteAlignment;
 401   MCAlignFragment *F = new MCAlignFragment(ByteAlignment, 0, 1, MaxBytesToEmit,
 402                                            getCurrentSectionData());
 403   F->setEmitNops(true);
 404
 405   // Update the maximum alignment on the current section if necessary.
 406   if (ByteAlignment > getCurrentSectionData()->getAlignment())
 407     getCurrentSectionData()->setAlignment(ByteAlignment);
 408 }
 409
 410 // Add a symbol for the file name of this module. This is the second
 411 // entry in the module's symbol table (the first being the null symbol).
 412 void MCELFStreamer::EmitFileDirective(StringRef Filename) {
 413   MCSymbol *Symbol = getAssembler().getContext().GetOrCreateSymbol(Filename);
 414   Symbol->setSection(*CurSection);
 415   Symbol->setAbsolute();
 416
 417   MCSymbolData &SD = getAssembler().getOrCreateSymbolData(*Symbol);
 418
 419   SD.setFlags(ELF_STT_File | ELF_STB_Local | ELF_STV_Default);
 420 }
 421
 422 void  MCELFStreamer::fixSymbolsInTLSFixups(const MCExpr *expr) {
 423   switch (expr->getKind()) {
 424   case MCExpr::Target: llvm_unreachable("Can't handle target exprs yet!");
 425   case MCExpr::Constant:
 426     break;
 427
 428   case MCExpr::Binary: {
 429     const MCBinaryExpr *be = cast<MCBinaryExpr>(expr);
 430     fixSymbolsInTLSFixups(be->getLHS());
 431     fixSymbolsInTLSFixups(be->getRHS());
 432     break;
 433   }
 434
 435   case MCExpr::SymbolRef: {
 436     const MCSymbolRefExpr &symRef = *cast<MCSymbolRefExpr>(expr);
 437     switch (symRef.getKind()) {
 438     default:
 439       return;
 440     case MCSymbolRefExpr::VK_NTPOFF:
 441     case MCSymbolRefExpr::VK_GOTNTPOFF:
 442     case MCSymbolRefExpr::VK_TLSGD:
 443     case MCSymbolRefExpr::VK_TLSLDM:
 444     case MCSymbolRefExpr::VK_TPOFF:
 445     case MCSymbolRefExpr::VK_DTPOFF:
 446     case MCSymbolRefExpr::VK_GOTTPOFF:
 447     case MCSymbolRefExpr::VK_TLSLD:
 448     case MCSymbolRefExpr::VK_ARM_TLSGD:
 449       break;
 450     }
 451     MCSymbolData &SD = getAssembler().getOrCreateSymbolData(symRef.getSymbol());
 452     SetType(SD, ELF::STT_TLS);
 453     break;
 454   }
 455
 456   case MCExpr::Unary:
 457     fixSymbolsInTLSFixups(cast<MCUnaryExpr>(expr)->getSubExpr());
 458     break;
 459   }
 460 }
 461
 462 void MCELFStreamer::EmitInstToFragment(const MCInst &Inst) {
 463   this->MCObjectStreamer::EmitInstToFragment(Inst);
 464   MCInstFragment &F = *cast<MCInstFragment>(getCurrentFragment());
 465
 466   for (unsigned i = 0, e = F.getFixups().size(); i != e; ++i)
 467     fixSymbolsInTLSFixups(F.getFixups()[i].getValue());
 468 }
 469
 470 void MCELFStreamer::EmitInstToData(const MCInst &Inst) {
 471   MCDataFragment *DF = getOrCreateDataFragment();
 472
 473   SmallVector<MCFixup, 4> Fixups;
 474   SmallString<256> Code;
 475   raw_svector_ostream VecOS(Code);
 476   getAssembler().getEmitter().EncodeInstruction(Inst, VecOS, Fixups);
 477   VecOS.flush();
 478
 479   for (unsigned i = 0, e = Fixups.size(); i != e; ++i)
 480     fixSymbolsInTLSFixups(Fixups[i].getValue());
 481
 482   // Add the fixups and data.
 483   for (unsigned i = 0, e = Fixups.size(); i != e; ++i) {
 484     Fixups[i].setOffset(Fixups[i].getOffset() + DF->getContents().size());
 485     DF->addFixup(Fixups[i]);
 486   }
 487   DF->getContents().append(Code.begin(), Code.end());
 488 }
 489
 490 void MCELFStreamer::Finish() {
 491   if (getNumFrameInfos())
 492     MCDwarfFrameEmitter::Emit(*this);
 493
 494   for (std::vector<LocalCommon>::const_iterator i = LocalCommons.begin(),
 495                                                 e = LocalCommons.end();
 496        i != e; ++i) {
 497     MCSymbolData *SD = i->SD;
 498     uint64_t Size = i->Size;
 499     unsigned ByteAlignment = i->ByteAlignment;
 500     const MCSymbol &Symbol = SD->getSymbol();
 501     const MCSection &Section = Symbol.getSection();
 502
 503     MCSectionData &SectData = getAssembler().getOrCreateSectionData(Section);
 504     new MCAlignFragment(ByteAlignment, 0, 1, ByteAlignment, &SectData);
 505
 506     MCFragment *F = new MCFillFragment(0, 0, Size, &SectData);
 507     SD->setFragment(F);
 508
 509     // Update the maximum alignment of the section if necessary.
 510     if (ByteAlignment > SectData.getAlignment())
 511       SectData.setAlignment(ByteAlignment);
 512   }
 513
 514   this->MCObjectStreamer::Finish();
 515 }
 516
 517 MCStreamer *llvm::createELFStreamer(MCContext &Context, TargetAsmBackend &TAB,
 518                                       raw_ostream &OS, MCCodeEmitter *CE,
 519                                       bool RelaxAll) {
 520   MCELFStreamer *S = new MCELFStreamer(Context, TAB, OS, CE);
 521   if (RelaxAll)
 522     S->getAssembler().setRelaxAll(true);
 523   return S;
 524 }