Add more debugging output to ARMConstantIslandPass.
[oota-llvm.git] / lib / Target / ARM / ARMConstantIslandPass.cpp
1 //===-- ARMConstantIslandPass.cpp - ARM constant islands ------------------===//
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 contains a pass that splits the constant pool up into 'islands'
11 // which are scattered through-out the function.  This is required due to the
12 // limited pc-relative displacements that ARM has.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #define DEBUG_TYPE "arm-cp-islands"
17 #include "ARM.h"
18 #include "ARMMachineFunctionInfo.h"
19 #include "Thumb2InstrInfo.h"
20 #include "MCTargetDesc/ARMAddressingModes.h"
21 #include "llvm/CodeGen/MachineConstantPool.h"
22 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
23 #include "llvm/CodeGen/MachineJumpTableInfo.h"
24 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
25 #include "llvm/Target/TargetData.h"
26 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
27 #include "llvm/Support/Debug.h"
28 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
29 #include "llvm/Support/Format.h"
30 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
31 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
32 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
33 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
34 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
35 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
36 #include <algorithm>
37 using namespace llvm;
38
39 STATISTIC(NumCPEs,       "Number of constpool entries");
40 STATISTIC(NumSplit,      "Number of uncond branches inserted");
41 STATISTIC(NumCBrFixed,   "Number of cond branches fixed");
42 STATISTIC(NumUBrFixed,   "Number of uncond branches fixed");
43 STATISTIC(NumTBs,        "Number of table branches generated");
44 STATISTIC(NumT2CPShrunk, "Number of Thumb2 constantpool instructions shrunk");
45 STATISTIC(NumT2BrShrunk, "Number of Thumb2 immediate branches shrunk");
46 STATISTIC(NumCBZ,        "Number of CBZ / CBNZ formed");
47 STATISTIC(NumJTMoved,    "Number of jump table destination blocks moved");
48 STATISTIC(NumJTInserted, "Number of jump table intermediate blocks inserted");
49
50
51 static cl::opt<bool>
52 AdjustJumpTableBlocks("arm-adjust-jump-tables", cl::Hidden, cl::init(true),
53           cl::desc("Adjust basic block layout to better use TB[BH]"));
54
55 // FIXME: This option should be removed once it has received sufficient testing.
56 static cl::opt<bool>
57 AlignConstantIslands("arm-align-constant-islands", cl::Hidden, cl::init(true),
58           cl::desc("Align constant islands in code"));
59
60 /// UnknownPadding - Return the worst case padding that could result from
61 /// unknown offset bits.  This does not include alignment padding caused by
62 /// known offset bits.
63 ///
64 /// @param LogAlign log2(alignment)
65 /// @param KnownBits Number of known low offset bits.
66 static inline unsigned UnknownPadding(unsigned LogAlign, unsigned KnownBits) {
67   if (KnownBits < LogAlign)
68     return (1u << LogAlign) - (1u << KnownBits);
69   return 0;
70 }
71
72 /// WorstCaseAlign - Assuming only the low KnownBits bits in Offset are exact,
73 /// add padding such that:
74 ///
75 /// 1. The result is aligned to 1 << LogAlign.
76 ///
77 /// 2. No other value of the unknown bits would require more padding.
78 ///
79 /// This may add more padding than is required to satisfy just one of the
80 /// constraints.  It is necessary to compute alignment this way to guarantee
81 /// that we don't underestimate the padding before an aligned block.  If the
82 /// real padding before a block is larger than we think, constant pool entries
83 /// may go out of range.
84 static inline unsigned WorstCaseAlign(unsigned Offset, unsigned LogAlign,
85                                       unsigned KnownBits) {
86   // Add the worst possible padding that the unknown bits could cause.
87   Offset += UnknownPadding(LogAlign, KnownBits);
88
89   // Then align the result.
90   return RoundUpToAlignment(Offset, 1u << LogAlign);
91 }
92
93 namespace {
94   /// ARMConstantIslands - Due to limited PC-relative displacements, ARM
95   /// requires constant pool entries to be scattered among the instructions
96   /// inside a function.  To do this, it completely ignores the normal LLVM
97   /// constant pool; instead, it places constants wherever it feels like with
98   /// special instructions.
99   ///
100   /// The terminology used in this pass includes:
101   ///   Islands - Clumps of constants placed in the function.
102   ///   Water   - Potential places where an island could be formed.
103   ///   CPE     - A constant pool entry that has been placed somewhere, which
104   ///             tracks a list of users.
105   class ARMConstantIslands : public MachineFunctionPass {
106     /// BasicBlockInfo - Information about the offset and size of a single
107     /// basic block.
108     struct BasicBlockInfo {
109       /// Offset - Distance from the beginning of the function to the beginning
110       /// of this basic block.
111       ///
112       /// The offset is always aligned as required by the basic block.
113       unsigned Offset;
114
115       /// Size - Size of the basic block in bytes.  If the block contains
116       /// inline assembly, this is a worst case estimate.
117       ///
118       /// The size does not include any alignment padding whether from the
119       /// beginning of the block, or from an aligned jump table at the end.
120       unsigned Size;
121
122       /// KnownBits - The number of low bits in Offset that are known to be
123       /// exact.  The remaining bits of Offset are an upper bound.
124       uint8_t KnownBits;
125
126       /// Unalign - When non-zero, the block contains instructions (inline asm)
127       /// of unknown size.  The real size may be smaller than Size bytes by a
128       /// multiple of 1 << Unalign.
129       uint8_t Unalign;
130
131       /// PostAlign - When non-zero, the block terminator contains a .align
132       /// directive, so the end of the block is aligned to 1 << PostAlign
133       /// bytes.
134       uint8_t PostAlign;
135
136       BasicBlockInfo() : Offset(0), Size(0), KnownBits(0), Unalign(0),
137         PostAlign(0) {}
138
139       /// Compute the number of known offset bits internally to this block.
140       /// This number should be used to predict worst case padding when
141       /// splitting the block.
142       unsigned internalKnownBits() const {
143         return Unalign ? Unalign : KnownBits;
144       }
145
146       /// Compute the offset immediately following this block.  If LogAlign is
147       /// specified, return the offset the successor block will get if it has
148       /// this alignment.
149       unsigned postOffset(unsigned LogAlign = 0) const {
150         unsigned PO = Offset + Size;
151         unsigned LA = std::max(unsigned(PostAlign), LogAlign);
152         if (!LA)
153           return PO;
154         // Add alignment padding from the terminator.
155         return WorstCaseAlign(PO, LA, internalKnownBits());
156       }
157
158       /// Compute the number of known low bits of postOffset.  If this block
159       /// contains inline asm, the number of known bits drops to the
160       /// instruction alignment.  An aligned terminator may increase the number
161       /// of know bits.
162       /// If LogAlign is given, also consider the alignment of the next block.
163       unsigned postKnownBits(unsigned LogAlign = 0) const {
164         return std::max(std::max(unsigned(PostAlign), LogAlign),
165                         internalKnownBits());
166       }
167     };
168
169     std::vector<BasicBlockInfo> BBInfo;
170
171     /// WaterList - A sorted list of basic blocks where islands could be placed
172     /// (i.e. blocks that don't fall through to the following block, due
173     /// to a return, unreachable, or unconditional branch).
174     std::vector<MachineBasicBlock*> WaterList;
175
176     /// NewWaterList - The subset of WaterList that was created since the
177     /// previous iteration by inserting unconditional branches.
178     SmallSet<MachineBasicBlock*, 4> NewWaterList;
179
180     typedef std::vector<MachineBasicBlock*>::iterator water_iterator;
181
182     /// CPUser - One user of a constant pool, keeping the machine instruction
183     /// pointer, the constant pool being referenced, and the max displacement
184     /// allowed from the instruction to the CP.  The HighWaterMark records the
185     /// highest basic block where a new CPEntry can be placed.  To ensure this
186     /// pass terminates, the CP entries are initially placed at the end of the
187     /// function and then move monotonically to lower addresses.  The
188     /// exception to this rule is when the current CP entry for a particular
189     /// CPUser is out of range, but there is another CP entry for the same
190     /// constant value in range.  We want to use the existing in-range CP
191     /// entry, but if it later moves out of range, the search for new water
192     /// should resume where it left off.  The HighWaterMark is used to record
193     /// that point.
194     struct CPUser {
195       MachineInstr *MI;
196       MachineInstr *CPEMI;
197       MachineBasicBlock *HighWaterMark;
198     private:
199       unsigned MaxDisp;
200     public:
201       bool NegOk;
202       bool IsSoImm;
203       bool KnownAlignment;
204       CPUser(MachineInstr *mi, MachineInstr *cpemi, unsigned maxdisp,
205              bool neg, bool soimm)
206         : MI(mi), CPEMI(cpemi), MaxDisp(maxdisp), NegOk(neg), IsSoImm(soimm),
207           KnownAlignment(false) {
208         HighWaterMark = CPEMI->getParent();
209       }
210       /// getMaxDisp - Returns the maximum displacement supported by MI.
211       /// Correct for unknown alignment.
212       unsigned getMaxDisp() const {
213         return KnownAlignment ? MaxDisp : MaxDisp - 2;
214       }
215     };
216
217     /// CPUsers - Keep track of all of the machine instructions that use various
218     /// constant pools and their max displacement.
219     std::vector<CPUser> CPUsers;
220
221     /// CPEntry - One per constant pool entry, keeping the machine instruction
222     /// pointer, the constpool index, and the number of CPUser's which
223     /// reference this entry.
224     struct CPEntry {
225       MachineInstr *CPEMI;
226       unsigned CPI;
227       unsigned RefCount;
228       CPEntry(MachineInstr *cpemi, unsigned cpi, unsigned rc = 0)
229         : CPEMI(cpemi), CPI(cpi), RefCount(rc) {}
230     };
231
232     /// CPEntries - Keep track of all of the constant pool entry machine
233     /// instructions. For each original constpool index (i.e. those that
234     /// existed upon entry to this pass), it keeps a vector of entries.
235     /// Original elements are cloned as we go along; the clones are
236     /// put in the vector of the original element, but have distinct CPIs.
237     std::vector<std::vector<CPEntry> > CPEntries;
238
239     /// ImmBranch - One per immediate branch, keeping the machine instruction
240     /// pointer, conditional or unconditional, the max displacement,
241     /// and (if isCond is true) the corresponding unconditional branch
242     /// opcode.
243     struct ImmBranch {
244       MachineInstr *MI;
245       unsigned MaxDisp : 31;
246       bool isCond : 1;
247       int UncondBr;
248       ImmBranch(MachineInstr *mi, unsigned maxdisp, bool cond, int ubr)
249         : MI(mi), MaxDisp(maxdisp), isCond(cond), UncondBr(ubr) {}
250     };
251
252     /// ImmBranches - Keep track of all the immediate branch instructions.
253     ///
254     std::vector<ImmBranch> ImmBranches;
255
256     /// PushPopMIs - Keep track of all the Thumb push / pop instructions.
257     ///
258     SmallVector<MachineInstr*, 4> PushPopMIs;
259
260     /// T2JumpTables - Keep track of all the Thumb2 jumptable instructions.
261     SmallVector<MachineInstr*, 4> T2JumpTables;
262
263     /// HasFarJump - True if any far jump instruction has been emitted during
264     /// the branch fix up pass.
265     bool HasFarJump;
266
267     MachineFunction *MF;
268     MachineConstantPool *MCP;
269     const ARMBaseInstrInfo *TII;
270     const ARMSubtarget *STI;
271     ARMFunctionInfo *AFI;
272     bool isThumb;
273     bool isThumb1;
274     bool isThumb2;
275   public:
276     static char ID;
277     ARMConstantIslands() : MachineFunctionPass(ID) {}
278
279     virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
280
281     virtual const char *getPassName() const {
282       return "ARM constant island placement and branch shortening pass";
283     }
284
285   private:
286     void doInitialPlacement(std::vector<MachineInstr*> &CPEMIs);
287     CPEntry *findConstPoolEntry(unsigned CPI, const MachineInstr *CPEMI);
288     unsigned getCPELogAlign(const MachineInstr *CPEMI);
289     void scanFunctionJumpTables();
290     void initializeFunctionInfo(const std::vector<MachineInstr*> &CPEMIs);
291     MachineBasicBlock *splitBlockBeforeInstr(MachineInstr *MI);
292     void updateForInsertedWaterBlock(MachineBasicBlock *NewBB);
293     void adjustBBOffsetsAfter(MachineBasicBlock *BB);
294     bool decrementCPEReferenceCount(unsigned CPI, MachineInstr* CPEMI);
295     int findInRangeCPEntry(CPUser& U, unsigned UserOffset);
296     bool findAvailableWater(CPUser&U, unsigned UserOffset,
297                             water_iterator &WaterIter);
298     void createNewWater(unsigned CPUserIndex, unsigned UserOffset,
299                         MachineBasicBlock *&NewMBB);
300     bool handleConstantPoolUser(unsigned CPUserIndex);
301     void removeDeadCPEMI(MachineInstr *CPEMI);
302     bool removeUnusedCPEntries();
303     bool isCPEntryInRange(MachineInstr *MI, unsigned UserOffset,
304                           MachineInstr *CPEMI, unsigned Disp, bool NegOk,
305                           bool DoDump = false);
306     bool isWaterInRange(unsigned UserOffset, MachineBasicBlock *Water,
307                         CPUser &U, unsigned &Growth);
308     bool isBBInRange(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *BB, unsigned Disp);
309     bool fixupImmediateBr(ImmBranch &Br);
310     bool fixupConditionalBr(ImmBranch &Br);
311     bool fixupUnconditionalBr(ImmBranch &Br);
312     bool undoLRSpillRestore();
313     bool mayOptimizeThumb2Instruction(const MachineInstr *MI) const;
314     bool optimizeThumb2Instructions();
315     bool optimizeThumb2Branches();
316     bool reorderThumb2JumpTables();
317     bool optimizeThumb2JumpTables();
318     MachineBasicBlock *adjustJTTargetBlockForward(MachineBasicBlock *BB,
319                                                   MachineBasicBlock *JTBB);
320
321     void computeBlockSize(MachineBasicBlock *MBB);
322     unsigned getOffsetOf(MachineInstr *MI) const;
323     unsigned getUserOffset(CPUser&) const;
324     void dumpBBs();
325     void verify();
326
327     bool isOffsetInRange(unsigned UserOffset, unsigned TrialOffset,
328                          unsigned Disp, bool NegativeOK, bool IsSoImm = false);
329     bool isOffsetInRange(unsigned UserOffset, unsigned TrialOffset,
330                          const CPUser &U) {
331       return isOffsetInRange(UserOffset, TrialOffset,
332                              U.getMaxDisp(), U.NegOk, U.IsSoImm);
333     }
334   };
335   char ARMConstantIslands::ID = 0;
336 }
337
338 /// verify - check BBOffsets, BBSizes, alignment of islands
339 void ARMConstantIslands::verify() {
340 #ifndef NDEBUG
341   for (MachineFunction::iterator MBBI = MF->begin(), E = MF->end();
342        MBBI != E; ++MBBI) {
343     MachineBasicBlock *MBB = MBBI;
344     unsigned Align = MBB->getAlignment();
345     unsigned MBBId = MBB->getNumber();
346     assert(BBInfo[MBBId].Offset % (1u << Align) == 0);
347     assert(!MBBId || BBInfo[MBBId - 1].postOffset() <= BBInfo[MBBId].Offset);
348   }
349   DEBUG(dbgs() << "Verifying " << CPUsers.size() << " CP users.\n");
350   for (unsigned i = 0, e = CPUsers.size(); i != e; ++i) {
351     CPUser &U = CPUsers[i];
352     unsigned UserOffset = getUserOffset(U);
353     if (isCPEntryInRange(U.MI, UserOffset, U.CPEMI, U.getMaxDisp(), U.NegOk,
354                          /* DoDump = */ true)) {
355       DEBUG(dbgs() << "OK\n");
356       continue;
357     }
358     DEBUG(dbgs() << "Out of range.\n");
359     dumpBBs();
360     DEBUG(MF->dump());
361     llvm_unreachable("Constant pool entry out of range!");
362   }
363 #endif
364 }
365
366 /// print block size and offset information - debugging
367 void ARMConstantIslands::dumpBBs() {
368   DEBUG({
369     for (unsigned J = 0, E = BBInfo.size(); J !=E; ++J) {
370       const BasicBlockInfo &BBI = BBInfo[J];
371       dbgs() << format("%08x BB#%u\t", BBI.Offset, J)
372              << " kb=" << unsigned(BBI.KnownBits)
373              << " ua=" << unsigned(BBI.Unalign)
374              << " pa=" << unsigned(BBI.PostAlign)
375              << format(" size=%#x\n", BBInfo[J].Size);
376     }
377   });
378 }
379
380 /// createARMConstantIslandPass - returns an instance of the constpool
381 /// island pass.
382 FunctionPass *llvm::createARMConstantIslandPass() {
383   return new ARMConstantIslands();
384 }
385
386 bool ARMConstantIslands::runOnMachineFunction(MachineFunction &mf) {
387   MF = &mf;
388   MCP = mf.getConstantPool();
389
390   DEBUG(dbgs() << "***** ARMConstantIslands: "
391                << MCP->getConstants().size() << " CP entries, aligned to "
392                << MCP->getConstantPoolAlignment() << " bytes *****\n");
393
394   TII = (const ARMBaseInstrInfo*)MF->getTarget().getInstrInfo();
395   AFI = MF->getInfo<ARMFunctionInfo>();
396   STI = &MF->getTarget().getSubtarget<ARMSubtarget>();
397
398   isThumb = AFI->isThumbFunction();
399   isThumb1 = AFI->isThumb1OnlyFunction();
400   isThumb2 = AFI->isThumb2Function();
401
402   HasFarJump = false;
403
404   // This pass invalidates liveness information when it splits basic blocks.
405   MF->getRegInfo().invalidateLiveness();
406
407   // Renumber all of the machine basic blocks in the function, guaranteeing that
408   // the numbers agree with the position of the block in the function.
409   MF->RenumberBlocks();
410
411   // Try to reorder and otherwise adjust the block layout to make good use
412   // of the TB[BH] instructions.
413   bool MadeChange = false;
414   if (isThumb2 && AdjustJumpTableBlocks) {
415     scanFunctionJumpTables();
416     MadeChange |= reorderThumb2JumpTables();
417     // Data is out of date, so clear it. It'll be re-computed later.
418     T2JumpTables.clear();
419     // Blocks may have shifted around. Keep the numbering up to date.
420     MF->RenumberBlocks();
421   }
422
423   // Thumb1 functions containing constant pools get 4-byte alignment.
424   // This is so we can keep exact track of where the alignment padding goes.
425
426   // ARM and Thumb2 functions need to be 4-byte aligned.
427   if (!isThumb1)
428     MF->EnsureAlignment(2);  // 2 = log2(4)
429
430   // Perform the initial placement of the constant pool entries.  To start with,
431   // we put them all at the end of the function.
432   std::vector<MachineInstr*> CPEMIs;
433   if (!MCP->isEmpty())
434     doInitialPlacement(CPEMIs);
435
436   /// The next UID to take is the first unused one.
437   AFI->initPICLabelUId(CPEMIs.size());
438
439   // Do the initial scan of the function, building up information about the
440   // sizes of each block, the location of all the water, and finding all of the
441   // constant pool users.
442   initializeFunctionInfo(CPEMIs);
443   CPEMIs.clear();
444   DEBUG(dumpBBs());
445
446
447   /// Remove dead constant pool entries.
448   MadeChange |= removeUnusedCPEntries();
449
450   // Iteratively place constant pool entries and fix up branches until there
451   // is no change.
452   unsigned NoCPIters = 0, NoBRIters = 0;
453   while (true) {
454     DEBUG(dbgs() << "Beginning CP iteration #" << NoCPIters << '\n');
455     bool CPChange = false;
456     for (unsigned i = 0, e = CPUsers.size(); i != e; ++i)
457       CPChange |= handleConstantPoolUser(i);
458     if (CPChange && ++NoCPIters > 30)
459       report_fatal_error("Constant Island pass failed to converge!");
460     DEBUG(dumpBBs());
461
462     // Clear NewWaterList now.  If we split a block for branches, it should
463     // appear as "new water" for the next iteration of constant pool placement.
464     NewWaterList.clear();
465
466     DEBUG(dbgs() << "Beginning BR iteration #" << NoBRIters << '\n');
467     bool BRChange = false;
468     for (unsigned i = 0, e = ImmBranches.size(); i != e; ++i)
469       BRChange |= fixupImmediateBr(ImmBranches[i]);
470     if (BRChange && ++NoBRIters > 30)
471       report_fatal_error("Branch Fix Up pass failed to converge!");
472     DEBUG(dumpBBs());
473
474     if (!CPChange && !BRChange)
475       break;
476     MadeChange = true;
477   }
478
479   // Shrink 32-bit Thumb2 branch, load, and store instructions.
480   if (isThumb2 && !STI->prefers32BitThumb())
481     MadeChange |= optimizeThumb2Instructions();
482
483   // After a while, this might be made debug-only, but it is not expensive.
484   verify();
485
486   // If LR has been forced spilled and no far jump (i.e. BL) has been issued,
487   // undo the spill / restore of LR if possible.
488   if (isThumb && !HasFarJump && AFI->isLRSpilledForFarJump())
489     MadeChange |= undoLRSpillRestore();
490
491   // Save the mapping between original and cloned constpool entries.
492   for (unsigned i = 0, e = CPEntries.size(); i != e; ++i) {
493     for (unsigned j = 0, je = CPEntries[i].size(); j != je; ++j) {
494       const CPEntry & CPE = CPEntries[i][j];
495       AFI->recordCPEClone(i, CPE.CPI);
496     }
497   }
498
499   DEBUG(dbgs() << '\n'; dumpBBs());
500
501   BBInfo.clear();
502   WaterList.clear();
503   CPUsers.clear();
504   CPEntries.clear();
505   ImmBranches.clear();
506   PushPopMIs.clear();
507   T2JumpTables.clear();
508
509   return MadeChange;
510 }
511
512 /// doInitialPlacement - Perform the initial placement of the constant pool
513 /// entries.  To start with, we put them all at the end of the function.
514 void
515 ARMConstantIslands::doInitialPlacement(std::vector<MachineInstr*> &CPEMIs) {
516   // Create the basic block to hold the CPE's.
517   MachineBasicBlock *BB = MF->CreateMachineBasicBlock();
518   MF->push_back(BB);
519
520   // MachineConstantPool measures alignment in bytes. We measure in log2(bytes).
521   unsigned MaxAlign = Log2_32(MCP->getConstantPoolAlignment());
522
523   // Mark the basic block as required by the const-pool.
524   // If AlignConstantIslands isn't set, use 4-byte alignment for everything.
525   BB->setAlignment(AlignConstantIslands ? MaxAlign : 2);
526
527   // The function needs to be as aligned as the basic blocks. The linker may
528   // move functions around based on their alignment.
529   MF->EnsureAlignment(BB->getAlignment());
530
531   // Order the entries in BB by descending alignment.  That ensures correct
532   // alignment of all entries as long as BB is sufficiently aligned.  Keep
533   // track of the insertion point for each alignment.  We are going to bucket
534   // sort the entries as they are created.
535   SmallVector<MachineBasicBlock::iterator, 8> InsPoint(MaxAlign + 1, BB->end());
536
537   // Add all of the constants from the constant pool to the end block, use an
538   // identity mapping of CPI's to CPE's.
539   const std::vector<MachineConstantPoolEntry> &CPs = MCP->getConstants();
540
541   const TargetData &TD = *MF->getTarget().getTargetData();
542   for (unsigned i = 0, e = CPs.size(); i != e; ++i) {
543     unsigned Size = TD.getTypeAllocSize(CPs[i].getType());
544     assert(Size >= 4 && "Too small constant pool entry");
545     unsigned Align = CPs[i].getAlignment();
546     assert(isPowerOf2_32(Align) && "Invalid alignment");
547     // Verify that all constant pool entries are a multiple of their alignment.
548     // If not, we would have to pad them out so that instructions stay aligned.
549     assert((Size % Align) == 0 && "CP Entry not multiple of 4 bytes!");
550
551     // Insert CONSTPOOL_ENTRY before entries with a smaller alignment.
552     unsigned LogAlign = Log2_32(Align);
553     MachineBasicBlock::iterator InsAt = InsPoint[LogAlign];
554     MachineInstr *CPEMI =
555       BuildMI(*BB, InsAt, DebugLoc(), TII->get(ARM::CONSTPOOL_ENTRY))
556         .addImm(i).addConstantPoolIndex(i).addImm(Size);
557     CPEMIs.push_back(CPEMI);
558
559     // Ensure that future entries with higher alignment get inserted before
560     // CPEMI. This is bucket sort with iterators.
561     for (unsigned a = LogAlign + 1; a <= MaxAlign; ++a)
562       if (InsPoint[a] == InsAt)
563         InsPoint[a] = CPEMI;
564
565     // Add a new CPEntry, but no corresponding CPUser yet.
566     std::vector<CPEntry> CPEs;
567     CPEs.push_back(CPEntry(CPEMI, i));
568     CPEntries.push_back(CPEs);
569     ++NumCPEs;
570     DEBUG(dbgs() << "Moved CPI#" << i << " to end of function, size = "
571                  << Size << ", align = " << Align <<'\n');
572   }
573   DEBUG(BB->dump());
574 }
575
576 /// BBHasFallthrough - Return true if the specified basic block can fallthrough
577 /// into the block immediately after it.
578 static bool BBHasFallthrough(MachineBasicBlock *MBB) {
579   // Get the next machine basic block in the function.
580   MachineFunction::iterator MBBI = MBB;
581   // Can't fall off end of function.
582   if (llvm::next(MBBI) == MBB->getParent()->end())
583     return false;
584
585   MachineBasicBlock *NextBB = llvm::next(MBBI);
586   for (MachineBasicBlock::succ_iterator I = MBB->succ_begin(),
587        E = MBB->succ_end(); I != E; ++I)
588     if (*I == NextBB)
589       return true;
590
591   return false;
592 }
593
594 /// findConstPoolEntry - Given the constpool index and CONSTPOOL_ENTRY MI,
595 /// look up the corresponding CPEntry.
596 ARMConstantIslands::CPEntry
597 *ARMConstantIslands::findConstPoolEntry(unsigned CPI,
598                                         const MachineInstr *CPEMI) {
599   std::vector<CPEntry> &CPEs = CPEntries[CPI];
600   // Number of entries per constpool index should be small, just do a
601   // linear search.
602   for (unsigned i = 0, e = CPEs.size(); i != e; ++i) {
603     if (CPEs[i].CPEMI == CPEMI)
604       return &CPEs[i];
605   }
606   return NULL;
607 }
608
609 /// getCPELogAlign - Returns the required alignment of the constant pool entry
610 /// represented by CPEMI.  Alignment is measured in log2(bytes) units.
611 unsigned ARMConstantIslands::getCPELogAlign(const MachineInstr *CPEMI) {
612   assert(CPEMI && CPEMI->getOpcode() == ARM::CONSTPOOL_ENTRY);
613
614   // Everything is 4-byte aligned unless AlignConstantIslands is set.
615   if (!AlignConstantIslands)
616     return 2;
617
618   unsigned CPI = CPEMI->getOperand(1).getIndex();
619   assert(CPI < MCP->getConstants().size() && "Invalid constant pool index.");
620   unsigned Align = MCP->getConstants()[CPI].getAlignment();
621   assert(isPowerOf2_32(Align) && "Invalid CPE alignment");
622   return Log2_32(Align);
623 }
624
625 /// scanFunctionJumpTables - Do a scan of the function, building up
626 /// information about the sizes of each block and the locations of all
627 /// the jump tables.
628 void ARMConstantIslands::scanFunctionJumpTables() {
629   for (MachineFunction::iterator MBBI = MF->begin(), E = MF->end();
630        MBBI != E; ++MBBI) {
631     MachineBasicBlock &MBB = *MBBI;
632
633     for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB.begin(), E = MBB.end();
634          I != E; ++I)
635       if (I->isBranch() && I->getOpcode() == ARM::t2BR_JT)
636         T2JumpTables.push_back(I);
637   }
638 }
639
640 /// initializeFunctionInfo - Do the initial scan of the function, building up
641 /// information about the sizes of each block, the location of all the water,
642 /// and finding all of the constant pool users.
643 void ARMConstantIslands::
644 initializeFunctionInfo(const std::vector<MachineInstr*> &CPEMIs) {
645   BBInfo.clear();
646   BBInfo.resize(MF->getNumBlockIDs());
647
648   // First thing, compute the size of all basic blocks, and see if the function
649   // has any inline assembly in it. If so, we have to be conservative about
650   // alignment assumptions, as we don't know for sure the size of any
651   // instructions in the inline assembly.
652   for (MachineFunction::iterator I = MF->begin(), E = MF->end(); I != E; ++I)
653     computeBlockSize(I);
654
655   // The known bits of the entry block offset are determined by the function
656   // alignment.
657   BBInfo.front().KnownBits = MF->getAlignment();
658
659   // Compute block offsets and known bits.
660   adjustBBOffsetsAfter(MF->begin());
661
662   // Now go back through the instructions and build up our data structures.
663   for (MachineFunction::iterator MBBI = MF->begin(), E = MF->end();
664        MBBI != E; ++MBBI) {
665     MachineBasicBlock &MBB = *MBBI;
666
667     // If this block doesn't fall through into the next MBB, then this is
668     // 'water' that a constant pool island could be placed.
669     if (!BBHasFallthrough(&MBB))
670       WaterList.push_back(&MBB);
671
672     for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB.begin(), E = MBB.end();
673          I != E; ++I) {
674       if (I->isDebugValue())
675         continue;
676
677       int Opc = I->getOpcode();
678       if (I->isBranch()) {
679         bool isCond = false;
680         unsigned Bits = 0;
681         unsigned Scale = 1;
682         int UOpc = Opc;
683         switch (Opc) {
684         default:
685           continue;  // Ignore other JT branches
686         case ARM::t2BR_JT:
687           T2JumpTables.push_back(I);
688           continue;   // Does not get an entry in ImmBranches
689         case ARM::Bcc:
690           isCond = true;
691           UOpc = ARM::B;
692           // Fallthrough
693         case ARM::B:
694           Bits = 24;
695           Scale = 4;
696           break;
697         case ARM::tBcc:
698           isCond = true;
699           UOpc = ARM::tB;
700           Bits = 8;
701           Scale = 2;
702           break;
703         case ARM::tB:
704           Bits = 11;
705           Scale = 2;
706           break;
707         case ARM::t2Bcc:
708           isCond = true;
709           UOpc = ARM::t2B;
710           Bits = 20;
711           Scale = 2;
712           break;
713         case ARM::t2B:
714           Bits = 24;
715           Scale = 2;
716           break;
717         }
718
719         // Record this immediate branch.
720         unsigned MaxOffs = ((1 << (Bits-1))-1) * Scale;
721         ImmBranches.push_back(ImmBranch(I, MaxOffs, isCond, UOpc));
722       }
723
724       if (Opc == ARM::tPUSH || Opc == ARM::tPOP_RET)
725         PushPopMIs.push_back(I);
726
727       if (Opc == ARM::CONSTPOOL_ENTRY)
728         continue;
729
730       // Scan the instructions for constant pool operands.
731       for (unsigned op = 0, e = I->getNumOperands(); op != e; ++op)
732         if (I->getOperand(op).isCPI()) {
733           // We found one.  The addressing mode tells us the max displacement
734           // from the PC that this instruction permits.
735
736           // Basic size info comes from the TSFlags field.
737           unsigned Bits = 0;
738           unsigned Scale = 1;
739           bool NegOk = false;
740           bool IsSoImm = false;
741
742           switch (Opc) {
743           default:
744             llvm_unreachable("Unknown addressing mode for CP reference!");
745
746           // Taking the address of a CP entry.
747           case ARM::LEApcrel:
748             // This takes a SoImm, which is 8 bit immediate rotated. We'll
749             // pretend the maximum offset is 255 * 4. Since each instruction
750             // 4 byte wide, this is always correct. We'll check for other
751             // displacements that fits in a SoImm as well.
752             Bits = 8;
753             Scale = 4;
754             NegOk = true;
755             IsSoImm = true;
756             break;
757           case ARM::t2LEApcrel:
758             Bits = 12;
759             NegOk = true;
760             break;
761           case ARM::tLEApcrel:
762             Bits = 8;
763             Scale = 4;
764             break;
765
766           case ARM::LDRi12:
767           case ARM::LDRcp:
768           case ARM::t2LDRpci:
769             Bits = 12;  // +-offset_12
770             NegOk = true;
771             break;
772
773           case ARM::tLDRpci:
774             Bits = 8;
775             Scale = 4;  // +(offset_8*4)
776             break;
777
778           case ARM::VLDRD:
779           case ARM::VLDRS:
780             Bits = 8;
781             Scale = 4;  // +-(offset_8*4)
782             NegOk = true;
783             break;
784           }
785
786           // Remember that this is a user of a CP entry.
787           unsigned CPI = I->getOperand(op).getIndex();
788           MachineInstr *CPEMI = CPEMIs[CPI];
789           unsigned MaxOffs = ((1 << Bits)-1) * Scale;
790           CPUsers.push_back(CPUser(I, CPEMI, MaxOffs, NegOk, IsSoImm));
791
792           // Increment corresponding CPEntry reference count.
793           CPEntry *CPE = findConstPoolEntry(CPI, CPEMI);
794           assert(CPE && "Cannot find a corresponding CPEntry!");
795           CPE->RefCount++;
796
797           // Instructions can only use one CP entry, don't bother scanning the
798           // rest of the operands.
799           break;
800         }
801     }
802   }
803 }
804
805 /// computeBlockSize - Compute the size and some alignment information for MBB.
806 /// This function updates BBInfo directly.
807 void ARMConstantIslands::computeBlockSize(MachineBasicBlock *MBB) {
808   BasicBlockInfo &BBI = BBInfo[MBB->getNumber()];
809   BBI.Size = 0;
810   BBI.Unalign = 0;
811   BBI.PostAlign = 0;
812
813   for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB->begin(), E = MBB->end(); I != E;
814        ++I) {
815     BBI.Size += TII->GetInstSizeInBytes(I);
816     // For inline asm, GetInstSizeInBytes returns a conservative estimate.
817     // The actual size may be smaller, but still a multiple of the instr size.
818     if (I->isInlineAsm())
819       BBI.Unalign = isThumb ? 1 : 2;
820     // Also consider instructions that may be shrunk later.
821     else if (isThumb && mayOptimizeThumb2Instruction(I))
822       BBI.Unalign = 1;
823   }
824
825   // tBR_JTr contains a .align 2 directive.
826   if (!MBB->empty() && MBB->back().getOpcode() == ARM::tBR_JTr) {
827     BBI.PostAlign = 2;
828     MBB->getParent()->EnsureAlignment(2);
829   }
830 }
831
832 /// getOffsetOf - Return the current offset of the specified machine instruction
833 /// from the start of the function.  This offset changes as stuff is moved
834 /// around inside the function.
835 unsigned ARMConstantIslands::getOffsetOf(MachineInstr *MI) const {
836   MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
837
838   // The offset is composed of two things: the sum of the sizes of all MBB's
839   // before this instruction's block, and the offset from the start of the block
840   // it is in.
841   unsigned Offset = BBInfo[MBB->getNumber()].Offset;
842
843   // Sum instructions before MI in MBB.
844   for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB->begin(); &*I != MI; ++I) {
845     assert(I != MBB->end() && "Didn't find MI in its own basic block?");
846     Offset += TII->GetInstSizeInBytes(I);
847   }
848   return Offset;
849 }
850
851 /// CompareMBBNumbers - Little predicate function to sort the WaterList by MBB
852 /// ID.
853 static bool CompareMBBNumbers(const MachineBasicBlock *LHS,
854                               const MachineBasicBlock *RHS) {
855   return LHS->getNumber() < RHS->getNumber();
856 }
857
858 /// updateForInsertedWaterBlock - When a block is newly inserted into the
859 /// machine function, it upsets all of the block numbers.  Renumber the blocks
860 /// and update the arrays that parallel this numbering.
861 void ARMConstantIslands::updateForInsertedWaterBlock(MachineBasicBlock *NewBB) {
862   // Renumber the MBB's to keep them consecutive.
863   NewBB->getParent()->RenumberBlocks(NewBB);
864
865   // Insert an entry into BBInfo to align it properly with the (newly
866   // renumbered) block numbers.
867   BBInfo.insert(BBInfo.begin() + NewBB->getNumber(), BasicBlockInfo());
868
869   // Next, update WaterList.  Specifically, we need to add NewMBB as having
870   // available water after it.
871   water_iterator IP =
872     std::lower_bound(WaterList.begin(), WaterList.end(), NewBB,
873                      CompareMBBNumbers);
874   WaterList.insert(IP, NewBB);
875 }
876
877
878 /// Split the basic block containing MI into two blocks, which are joined by
879 /// an unconditional branch.  Update data structures and renumber blocks to
880 /// account for this change and returns the newly created block.
881 MachineBasicBlock *ARMConstantIslands::splitBlockBeforeInstr(MachineInstr *MI) {
882   MachineBasicBlock *OrigBB = MI->getParent();
883
884   // Create a new MBB for the code after the OrigBB.
885   MachineBasicBlock *NewBB =
886     MF->CreateMachineBasicBlock(OrigBB->getBasicBlock());
887   MachineFunction::iterator MBBI = OrigBB; ++MBBI;
888   MF->insert(MBBI, NewBB);
889
890   // Splice the instructions starting with MI over to NewBB.
891   NewBB->splice(NewBB->end(), OrigBB, MI, OrigBB->end());
892
893   // Add an unconditional branch from OrigBB to NewBB.
894   // Note the new unconditional branch is not being recorded.
895   // There doesn't seem to be meaningful DebugInfo available; this doesn't
896   // correspond to anything in the source.
897   unsigned Opc = isThumb ? (isThumb2 ? ARM::t2B : ARM::tB) : ARM::B;
898   if (!isThumb)
899     BuildMI(OrigBB, DebugLoc(), TII->get(Opc)).addMBB(NewBB);
900   else
901     BuildMI(OrigBB, DebugLoc(), TII->get(Opc)).addMBB(NewBB)
902             .addImm(ARMCC::AL).addReg(0);
903   ++NumSplit;
904
905   // Update the CFG.  All succs of OrigBB are now succs of NewBB.
906   NewBB->transferSuccessors(OrigBB);
907
908   // OrigBB branches to NewBB.
909   OrigBB->addSuccessor(NewBB);
910
911   // Update internal data structures to account for the newly inserted MBB.
912   // This is almost the same as updateForInsertedWaterBlock, except that
913   // the Water goes after OrigBB, not NewBB.
914   MF->RenumberBlocks(NewBB);
915
916   // Insert an entry into BBInfo to align it properly with the (newly
917   // renumbered) block numbers.
918   BBInfo.insert(BBInfo.begin() + NewBB->getNumber(), BasicBlockInfo());
919
920   // Next, update WaterList.  Specifically, we need to add OrigMBB as having
921   // available water after it (but not if it's already there, which happens
922   // when splitting before a conditional branch that is followed by an
923   // unconditional branch - in that case we want to insert NewBB).
924   water_iterator IP =
925     std::lower_bound(WaterList.begin(), WaterList.end(), OrigBB,
926                      CompareMBBNumbers);
927   MachineBasicBlock* WaterBB = *IP;
928   if (WaterBB == OrigBB)
929     WaterList.insert(llvm::next(IP), NewBB);
930   else
931     WaterList.insert(IP, OrigBB);
932   NewWaterList.insert(OrigBB);
933
934   // Figure out how large the OrigBB is.  As the first half of the original
935   // block, it cannot contain a tablejump.  The size includes
936   // the new jump we added.  (It should be possible to do this without
937   // recounting everything, but it's very confusing, and this is rarely
938   // executed.)
939   computeBlockSize(OrigBB);
940
941   // Figure out how large the NewMBB is.  As the second half of the original
942   // block, it may contain a tablejump.
943   computeBlockSize(NewBB);
944
945   // All BBOffsets following these blocks must be modified.
946   adjustBBOffsetsAfter(OrigBB);
947
948   return NewBB;
949 }
950
951 /// getUserOffset - Compute the offset of U.MI as seen by the hardware
952 /// displacement computation.  Update U.KnownAlignment to match its current
953 /// basic block location.
954 unsigned ARMConstantIslands::getUserOffset(CPUser &U) const {
955   unsigned UserOffset = getOffsetOf(U.MI);
956   const BasicBlockInfo &BBI = BBInfo[U.MI->getParent()->getNumber()];
957   unsigned KnownBits = BBI.internalKnownBits();
958
959   // The value read from PC is offset from the actual instruction address.
960   UserOffset += (isThumb ? 4 : 8);
961
962   // Because of inline assembly, we may not know the alignment (mod 4) of U.MI.
963   // Make sure U.getMaxDisp() returns a constrained range.
964   U.KnownAlignment = (KnownBits >= 2);
965
966   // On Thumb, offsets==2 mod 4 are rounded down by the hardware for
967   // purposes of the displacement computation; compensate for that here.
968   // For unknown alignments, getMaxDisp() constrains the range instead.
969   if (isThumb && U.KnownAlignment)
970     UserOffset &= ~3u;
971
972   return UserOffset;
973 }
974
975 /// isOffsetInRange - Checks whether UserOffset (the location of a constant pool
976 /// reference) is within MaxDisp of TrialOffset (a proposed location of a
977 /// constant pool entry).
978 /// UserOffset is computed by getUserOffset above to include PC adjustments. If
979 /// the mod 4 alignment of UserOffset is not known, the uncertainty must be
980 /// subtracted from MaxDisp instead. CPUser::getMaxDisp() does that.
981 bool ARMConstantIslands::isOffsetInRange(unsigned UserOffset,
982                                          unsigned TrialOffset, unsigned MaxDisp,
983                                          bool NegativeOK, bool IsSoImm) {
984   if (UserOffset <= TrialOffset) {
985     // User before the Trial.
986     if (TrialOffset - UserOffset <= MaxDisp)
987       return true;
988     // FIXME: Make use full range of soimm values.
989   } else if (NegativeOK) {
990     if (UserOffset - TrialOffset <= MaxDisp)
991       return true;
992     // FIXME: Make use full range of soimm values.
993   }
994   return false;
995 }
996
997 /// isWaterInRange - Returns true if a CPE placed after the specified
998 /// Water (a basic block) will be in range for the specific MI.
999 ///
1000 /// Compute how much the function will grow by inserting a CPE after Water.
1001 bool ARMConstantIslands::isWaterInRange(unsigned UserOffset,
1002                                         MachineBasicBlock* Water, CPUser &U,
1003                                         unsigned &Growth) {
1004   unsigned CPELogAlign = getCPELogAlign(U.CPEMI);
1005   unsigned CPEOffset = BBInfo[Water->getNumber()].postOffset(CPELogAlign);
1006   unsigned NextBlockOffset, NextBlockAlignment;
1007   MachineFunction::const_iterator NextBlock = Water;
1008   if (++NextBlock == MF->end()) {
1009     NextBlockOffset = BBInfo[Water->getNumber()].postOffset();
1010     NextBlockAlignment = 0;
1011   } else {
1012     NextBlockOffset = BBInfo[NextBlock->getNumber()].Offset;
1013     NextBlockAlignment = NextBlock->getAlignment();
1014   }
1015   unsigned Size = U.CPEMI->getOperand(2).getImm();
1016   unsigned CPEEnd = CPEOffset + Size;
1017
1018   // The CPE may be able to hide in the alignment padding before the next
1019   // block. It may also cause more padding to be required if it is more aligned
1020   // that the next block.
1021   if (CPEEnd > NextBlockOffset) {
1022     Growth = CPEEnd - NextBlockOffset;
1023     // Compute the padding that would go at the end of the CPE to align the next
1024     // block.
1025     Growth += OffsetToAlignment(CPEEnd, 1u << NextBlockAlignment);
1026
1027     // If the CPE is to be inserted before the instruction, that will raise
1028     // the offset of the instruction. Also account for unknown alignment padding
1029     // in blocks between CPE and the user.
1030     if (CPEOffset < UserOffset)
1031       UserOffset += Growth + UnknownPadding(MF->getAlignment(), CPELogAlign);
1032   } else
1033     // CPE fits in existing padding.
1034     Growth = 0;
1035
1036   return isOffsetInRange(UserOffset, CPEOffset, U);
1037 }
1038
1039 /// isCPEntryInRange - Returns true if the distance between specific MI and
1040 /// specific ConstPool entry instruction can fit in MI's displacement field.
1041 bool ARMConstantIslands::isCPEntryInRange(MachineInstr *MI, unsigned UserOffset,
1042                                       MachineInstr *CPEMI, unsigned MaxDisp,
1043                                       bool NegOk, bool DoDump) {
1044   unsigned CPEOffset  = getOffsetOf(CPEMI);
1045   assert(CPEOffset % 4 == 0 && "Misaligned CPE");
1046
1047   if (DoDump) {
1048     DEBUG({
1049       unsigned Block = MI->getParent()->getNumber();
1050       const BasicBlockInfo &BBI = BBInfo[Block];
1051       dbgs() << "User of CPE#" << CPEMI->getOperand(0).getImm()
1052              << " max delta=" << MaxDisp
1053              << format(" insn address=%#x", UserOffset)
1054              << " in BB#" << Block << ": "
1055              << format("%#x-%x\t", BBI.Offset, BBI.postOffset()) << *MI
1056              << format("CPE address=%#x offset=%+d: ", CPEOffset,
1057                        int(CPEOffset-UserOffset));
1058     });
1059   }
1060
1061   return isOffsetInRange(UserOffset, CPEOffset, MaxDisp, NegOk);
1062 }
1063
1064 #ifndef NDEBUG
1065 /// BBIsJumpedOver - Return true of the specified basic block's only predecessor
1066 /// unconditionally branches to its only successor.
1067 static bool BBIsJumpedOver(MachineBasicBlock *MBB) {
1068   if (MBB->pred_size() != 1 || MBB->succ_size() != 1)
1069     return false;
1070
1071   MachineBasicBlock *Succ = *MBB->succ_begin();
1072   MachineBasicBlock *Pred = *MBB->pred_begin();
1073   MachineInstr *PredMI = &Pred->back();
1074   if (PredMI->getOpcode() == ARM::B || PredMI->getOpcode() == ARM::tB
1075       || PredMI->getOpcode() == ARM::t2B)
1076     return PredMI->getOperand(0).getMBB() == Succ;
1077   return false;
1078 }
1079 #endif // NDEBUG
1080
1081 void ARMConstantIslands::adjustBBOffsetsAfter(MachineBasicBlock *BB) {
1082   unsigned BBNum = BB->getNumber();
1083   for(unsigned i = BBNum + 1, e = MF->getNumBlockIDs(); i < e; ++i) {
1084     // Get the offset and known bits at the end of the layout predecessor.
1085     // Include the alignment of the current block.
1086     unsigned LogAlign = MF->getBlockNumbered(i)->getAlignment();
1087     unsigned Offset = BBInfo[i - 1].postOffset(LogAlign);
1088     unsigned KnownBits = BBInfo[i - 1].postKnownBits(LogAlign);
1089
1090     // This is where block i begins.  Stop if the offset is already correct,
1091     // and we have updated 2 blocks.  This is the maximum number of blocks
1092     // changed before calling this function.
1093     if (i > BBNum + 2 &&
1094         BBInfo[i].Offset == Offset &&
1095         BBInfo[i].KnownBits == KnownBits)
1096       break;
1097
1098     BBInfo[i].Offset = Offset;
1099     BBInfo[i].KnownBits = KnownBits;
1100   }
1101 }
1102
1103 /// decrementCPEReferenceCount - find the constant pool entry with index CPI
1104 /// and instruction CPEMI, and decrement its refcount.  If the refcount
1105 /// becomes 0 remove the entry and instruction.  Returns true if we removed
1106 /// the entry, false if we didn't.
1107
1108 bool ARMConstantIslands::decrementCPEReferenceCount(unsigned CPI,
1109                                                     MachineInstr *CPEMI) {
1110   // Find the old entry. Eliminate it if it is no longer used.
1111   CPEntry *CPE = findConstPoolEntry(CPI, CPEMI);
1112   assert(CPE && "Unexpected!");
1113   if (--CPE->RefCount == 0) {
1114     removeDeadCPEMI(CPEMI);
1115     CPE->CPEMI = NULL;
1116     --NumCPEs;
1117     return true;
1118   }
1119   return false;
1120 }
1121
1122 /// LookForCPEntryInRange - see if the currently referenced CPE is in range;
1123 /// if not, see if an in-range clone of the CPE is in range, and if so,
1124 /// change the data structures so the user references the clone.  Returns:
1125 /// 0 = no existing entry found
1126 /// 1 = entry found, and there were no code insertions or deletions
1127 /// 2 = entry found, and there were code insertions or deletions
1128 int ARMConstantIslands::findInRangeCPEntry(CPUser& U, unsigned UserOffset)
1129 {
1130   MachineInstr *UserMI = U.MI;
1131   MachineInstr *CPEMI  = U.CPEMI;
1132
1133   // Check to see if the CPE is already in-range.
1134   if (isCPEntryInRange(UserMI, UserOffset, CPEMI, U.getMaxDisp(), U.NegOk,
1135                        true)) {
1136     DEBUG(dbgs() << "In range\n");
1137     return 1;
1138   }
1139
1140   // No.  Look for previously created clones of the CPE that are in range.
1141   unsigned CPI = CPEMI->getOperand(1).getIndex();
1142   std::vector<CPEntry> &CPEs = CPEntries[CPI];
1143   for (unsigned i = 0, e = CPEs.size(); i != e; ++i) {
1144     // We already tried this one
1145     if (CPEs[i].CPEMI == CPEMI)
1146       continue;
1147     // Removing CPEs can leave empty entries, skip
1148     if (CPEs[i].CPEMI == NULL)
1149       continue;
1150     if (isCPEntryInRange(UserMI, UserOffset, CPEs[i].CPEMI, U.getMaxDisp(),
1151                      U.NegOk)) {
1152       DEBUG(dbgs() << "Replacing CPE#" << CPI << " with CPE#"
1153                    << CPEs[i].CPI << "\n");
1154       // Point the CPUser node to the replacement
1155       U.CPEMI = CPEs[i].CPEMI;
1156       // Change the CPI in the instruction operand to refer to the clone.
1157       for (unsigned j = 0, e = UserMI->getNumOperands(); j != e; ++j)
1158         if (UserMI->getOperand(j).isCPI()) {
1159           UserMI->getOperand(j).setIndex(CPEs[i].CPI);
1160           break;
1161         }
1162       // Adjust the refcount of the clone...
1163       CPEs[i].RefCount++;
1164       // ...and the original.  If we didn't remove the old entry, none of the
1165       // addresses changed, so we don't need another pass.
1166       return decrementCPEReferenceCount(CPI, CPEMI) ? 2 : 1;
1167     }
1168   }
1169   return 0;
1170 }
1171
1172 /// getUnconditionalBrDisp - Returns the maximum displacement that can fit in
1173 /// the specific unconditional branch instruction.
1174 static inline unsigned getUnconditionalBrDisp(int Opc) {
1175   switch (Opc) {
1176   case ARM::tB:
1177     return ((1<<10)-1)*2;
1178   case ARM::t2B:
1179     return ((1<<23)-1)*2;
1180   default:
1181     break;
1182   }
1183
1184   return ((1<<23)-1)*4;
1185 }
1186
1187 /// findAvailableWater - Look for an existing entry in the WaterList in which
1188 /// we can place the CPE referenced from U so it's within range of U's MI.
1189 /// Returns true if found, false if not.  If it returns true, WaterIter
1190 /// is set to the WaterList entry.  For Thumb, prefer water that will not
1191 /// introduce padding to water that will.  To ensure that this pass
1192 /// terminates, the CPE location for a particular CPUser is only allowed to
1193 /// move to a lower address, so search backward from the end of the list and
1194 /// prefer the first water that is in range.
1195 bool ARMConstantIslands::findAvailableWater(CPUser &U, unsigned UserOffset,
1196                                       water_iterator &WaterIter) {
1197   if (WaterList.empty())
1198     return false;
1199
1200   unsigned BestGrowth = ~0u;
1201   for (water_iterator IP = prior(WaterList.end()), B = WaterList.begin();;
1202        --IP) {
1203     MachineBasicBlock* WaterBB = *IP;
1204     // Check if water is in range and is either at a lower address than the
1205     // current "high water mark" or a new water block that was created since
1206     // the previous iteration by inserting an unconditional branch.  In the
1207     // latter case, we want to allow resetting the high water mark back to
1208     // this new water since we haven't seen it before.  Inserting branches
1209     // should be relatively uncommon and when it does happen, we want to be
1210     // sure to take advantage of it for all the CPEs near that block, so that
1211     // we don't insert more branches than necessary.
1212     unsigned Growth;
1213     if (isWaterInRange(UserOffset, WaterBB, U, Growth) &&
1214         (WaterBB->getNumber() < U.HighWaterMark->getNumber() ||
1215          NewWaterList.count(WaterBB)) && Growth < BestGrowth) {
1216       // This is the least amount of required padding seen so far.
1217       BestGrowth = Growth;
1218       WaterIter = IP;
1219       DEBUG(dbgs() << "Found water after BB#" << WaterBB->getNumber()
1220                    << " Growth=" << Growth << '\n');
1221
1222       // Keep looking unless it is perfect.
1223       if (BestGrowth == 0)
1224         return true;
1225     }
1226     if (IP == B)
1227       break;
1228   }
1229   return BestGrowth != ~0u;
1230 }
1231
1232 /// createNewWater - No existing WaterList entry will work for
1233 /// CPUsers[CPUserIndex], so create a place to put the CPE.  The end of the
1234 /// block is used if in range, and the conditional branch munged so control
1235 /// flow is correct.  Otherwise the block is split to create a hole with an
1236 /// unconditional branch around it.  In either case NewMBB is set to a
1237 /// block following which the new island can be inserted (the WaterList
1238 /// is not adjusted).
1239 void ARMConstantIslands::createNewWater(unsigned CPUserIndex,
1240                                         unsigned UserOffset,
1241                                         MachineBasicBlock *&NewMBB) {
1242   CPUser &U = CPUsers[CPUserIndex];
1243   MachineInstr *UserMI = U.MI;
1244   MachineInstr *CPEMI  = U.CPEMI;
1245   unsigned CPELogAlign = getCPELogAlign(CPEMI);
1246   MachineBasicBlock *UserMBB = UserMI->getParent();
1247   const BasicBlockInfo &UserBBI = BBInfo[UserMBB->getNumber()];
1248
1249   // If the block does not end in an unconditional branch already, and if the
1250   // end of the block is within range, make new water there.  (The addition
1251   // below is for the unconditional branch we will be adding: 4 bytes on ARM +
1252   // Thumb2, 2 on Thumb1.
1253   if (BBHasFallthrough(UserMBB)) {
1254     // Size of branch to insert.
1255     unsigned Delta = isThumb1 ? 2 : 4;
1256     // End of UserBlock after adding a branch.
1257     unsigned UserBlockEnd = UserBBI.postOffset() + Delta;
1258     // Compute the offset where the CPE will begin.
1259     unsigned CPEOffset = WorstCaseAlign(UserBlockEnd, CPELogAlign,
1260                                         UserBBI.postKnownBits());
1261
1262     if (isOffsetInRange(UserOffset, CPEOffset, U)) {
1263       DEBUG(dbgs() << "Split at end of BB#" << UserMBB->getNumber()
1264             << format(", expected CPE offset %#x\n", CPEOffset));
1265       NewMBB = llvm::next(MachineFunction::iterator(UserMBB));
1266       // Add an unconditional branch from UserMBB to fallthrough block.  Record
1267       // it for branch lengthening; this new branch will not get out of range,
1268       // but if the preceding conditional branch is out of range, the targets
1269       // will be exchanged, and the altered branch may be out of range, so the
1270       // machinery has to know about it.
1271       int UncondBr = isThumb ? ((isThumb2) ? ARM::t2B : ARM::tB) : ARM::B;
1272       if (!isThumb)
1273         BuildMI(UserMBB, DebugLoc(), TII->get(UncondBr)).addMBB(NewMBB);
1274       else
1275         BuildMI(UserMBB, DebugLoc(), TII->get(UncondBr)).addMBB(NewMBB)
1276           .addImm(ARMCC::AL).addReg(0);
1277       unsigned MaxDisp = getUnconditionalBrDisp(UncondBr);
1278       ImmBranches.push_back(ImmBranch(&UserMBB->back(),
1279                                       MaxDisp, false, UncondBr));
1280       BBInfo[UserMBB->getNumber()].Size += Delta;
1281       adjustBBOffsetsAfter(UserMBB);
1282       return;
1283     }
1284   }
1285
1286   // What a big block.  Find a place within the block to split it.  This is a
1287   // little tricky on Thumb1 since instructions are 2 bytes and constant pool
1288   // entries are 4 bytes: if instruction I references island CPE, and
1289   // instruction I+1 references CPE', it will not work well to put CPE as far
1290   // forward as possible, since then CPE' cannot immediately follow it (that
1291   // location is 2 bytes farther away from I+1 than CPE was from I) and we'd
1292   // need to create a new island.  So, we make a first guess, then walk through
1293   // the instructions between the one currently being looked at and the
1294   // possible insertion point, and make sure any other instructions that
1295   // reference CPEs will be able to use the same island area; if not, we back
1296   // up the insertion point.
1297
1298   // Try to split the block so it's fully aligned.  Compute the latest split
1299   // point where we can add a 4-byte branch instruction, and then
1300   // WorstCaseAlign to LogAlign.
1301   unsigned LogAlign = MF->getAlignment();
1302   assert(LogAlign >= CPELogAlign && "Over-aligned constant pool entry");
1303   unsigned KnownBits = UserBBI.internalKnownBits();
1304   unsigned UPad = UnknownPadding(LogAlign, KnownBits);
1305   unsigned BaseInsertOffset = UserOffset + U.getMaxDisp();
1306   DEBUG(dbgs() << format("Split in middle of big block before %#x",
1307                          BaseInsertOffset));
1308
1309   // Account for alignment and unknown padding.
1310   BaseInsertOffset &= ~((1u << LogAlign) - 1);
1311   BaseInsertOffset -= UPad;
1312
1313   // The 4 in the following is for the unconditional branch we'll be inserting
1314   // (allows for long branch on Thumb1).  Alignment of the island is handled
1315   // inside isOffsetInRange.
1316   BaseInsertOffset -= 4;
1317
1318   DEBUG(dbgs() << format(", adjusted to %#x", BaseInsertOffset)
1319                << " la=" << LogAlign
1320                << " kb=" << KnownBits
1321                << " up=" << UPad << '\n');
1322
1323   // This could point off the end of the block if we've already got constant
1324   // pool entries following this block; only the last one is in the water list.
1325   // Back past any possible branches (allow for a conditional and a maximally
1326   // long unconditional).
1327   if (BaseInsertOffset >= BBInfo[UserMBB->getNumber()+1].Offset)
1328     BaseInsertOffset = BBInfo[UserMBB->getNumber()+1].Offset -
1329       (isThumb1 ? 6 : 8);
1330   unsigned EndInsertOffset =
1331     WorstCaseAlign(BaseInsertOffset + 4, LogAlign, KnownBits) +
1332     CPEMI->getOperand(2).getImm();
1333   MachineBasicBlock::iterator MI = UserMI;
1334   ++MI;
1335   unsigned CPUIndex = CPUserIndex+1;
1336   unsigned NumCPUsers = CPUsers.size();
1337   MachineInstr *LastIT = 0;
1338   for (unsigned Offset = UserOffset+TII->GetInstSizeInBytes(UserMI);
1339        Offset < BaseInsertOffset;
1340        Offset += TII->GetInstSizeInBytes(MI),
1341        MI = llvm::next(MI)) {
1342     if (CPUIndex < NumCPUsers && CPUsers[CPUIndex].MI == MI) {
1343       CPUser &U = CPUsers[CPUIndex];
1344       if (!isOffsetInRange(Offset, EndInsertOffset, U)) {
1345         // Shift intertion point by one unit of alignment so it is within reach.
1346         BaseInsertOffset -= 1u << LogAlign;
1347         EndInsertOffset  -= 1u << LogAlign;
1348       }
1349       // This is overly conservative, as we don't account for CPEMIs being
1350       // reused within the block, but it doesn't matter much.  Also assume CPEs
1351       // are added in order with alignment padding.  We may eventually be able
1352       // to pack the aligned CPEs better.
1353       EndInsertOffset = RoundUpToAlignment(EndInsertOffset,
1354                                            1u << getCPELogAlign(U.CPEMI)) +
1355         U.CPEMI->getOperand(2).getImm();
1356       CPUIndex++;
1357     }
1358
1359     // Remember the last IT instruction.
1360     if (MI->getOpcode() == ARM::t2IT)
1361       LastIT = MI;
1362   }
1363
1364   --MI;
1365
1366   // Avoid splitting an IT block.
1367   if (LastIT) {
1368     unsigned PredReg = 0;
1369     ARMCC::CondCodes CC = getITInstrPredicate(MI, PredReg);
1370     if (CC != ARMCC::AL)
1371       MI = LastIT;
1372   }
1373   NewMBB = splitBlockBeforeInstr(MI);
1374 }
1375
1376 /// handleConstantPoolUser - Analyze the specified user, checking to see if it
1377 /// is out-of-range.  If so, pick up the constant pool value and move it some
1378 /// place in-range.  Return true if we changed any addresses (thus must run
1379 /// another pass of branch lengthening), false otherwise.
1380 bool ARMConstantIslands::handleConstantPoolUser(unsigned CPUserIndex) {
1381   CPUser &U = CPUsers[CPUserIndex];
1382   MachineInstr *UserMI = U.MI;
1383   MachineInstr *CPEMI  = U.CPEMI;
1384   unsigned CPI = CPEMI->getOperand(1).getIndex();
1385   unsigned Size = CPEMI->getOperand(2).getImm();
1386   // Compute this only once, it's expensive.
1387   unsigned UserOffset = getUserOffset(U);
1388
1389   // See if the current entry is within range, or there is a clone of it
1390   // in range.
1391   int result = findInRangeCPEntry(U, UserOffset);
1392   if (result==1) return false;
1393   else if (result==2) return true;
1394
1395   // No existing clone of this CPE is within range.
1396   // We will be generating a new clone.  Get a UID for it.
1397   unsigned ID = AFI->createPICLabelUId();
1398
1399   // Look for water where we can place this CPE.
1400   MachineBasicBlock *NewIsland = MF->CreateMachineBasicBlock();
1401   MachineBasicBlock *NewMBB;
1402   water_iterator IP;
1403   if (findAvailableWater(U, UserOffset, IP)) {
1404     DEBUG(dbgs() << "Found water in range\n");
1405     MachineBasicBlock *WaterBB = *IP;
1406
1407     // If the original WaterList entry was "new water" on this iteration,
1408     // propagate that to the new island.  This is just keeping NewWaterList
1409     // updated to match the WaterList, which will be updated below.
1410     if (NewWaterList.count(WaterBB)) {
1411       NewWaterList.erase(WaterBB);
1412       NewWaterList.insert(NewIsland);
1413     }
1414     // The new CPE goes before the following block (NewMBB).
1415     NewMBB = llvm::next(MachineFunction::iterator(WaterBB));
1416
1417   } else {
1418     // No water found.
1419     DEBUG(dbgs() << "No water found\n");
1420     createNewWater(CPUserIndex, UserOffset, NewMBB);
1421
1422     // splitBlockBeforeInstr adds to WaterList, which is important when it is
1423     // called while handling branches so that the water will be seen on the
1424     // next iteration for constant pools, but in this context, we don't want
1425     // it.  Check for this so it will be removed from the WaterList.
1426     // Also remove any entry from NewWaterList.
1427     MachineBasicBlock *WaterBB = prior(MachineFunction::iterator(NewMBB));
1428     IP = std::find(WaterList.begin(), WaterList.end(), WaterBB);
1429     if (IP != WaterList.end())
1430       NewWaterList.erase(WaterBB);
1431
1432     // We are adding new water.  Update NewWaterList.
1433     NewWaterList.insert(NewIsland);
1434   }
1435
1436   // Remove the original WaterList entry; we want subsequent insertions in
1437   // this vicinity to go after the one we're about to insert.  This
1438   // considerably reduces the number of times we have to move the same CPE
1439   // more than once and is also important to ensure the algorithm terminates.
1440   if (IP != WaterList.end())
1441     WaterList.erase(IP);
1442
1443   // Okay, we know we can put an island before NewMBB now, do it!
1444   MF->insert(NewMBB, NewIsland);
1445
1446   // Update internal data structures to account for the newly inserted MBB.
1447   updateForInsertedWaterBlock(NewIsland);
1448
1449   // Decrement the old entry, and remove it if refcount becomes 0.
1450   decrementCPEReferenceCount(CPI, CPEMI);
1451
1452   // Now that we have an island to add the CPE to, clone the original CPE and
1453   // add it to the island.
1454   U.HighWaterMark = NewIsland;
1455   U.CPEMI = BuildMI(NewIsland, DebugLoc(), TII->get(ARM::CONSTPOOL_ENTRY))
1456                 .addImm(ID).addConstantPoolIndex(CPI).addImm(Size);
1457   CPEntries[CPI].push_back(CPEntry(U.CPEMI, ID, 1));
1458   ++NumCPEs;
1459
1460   // Mark the basic block as aligned as required by the const-pool entry.
1461   NewIsland->setAlignment(getCPELogAlign(U.CPEMI));
1462
1463   // Increase the size of the island block to account for the new entry.
1464   BBInfo[NewIsland->getNumber()].Size += Size;
1465   adjustBBOffsetsAfter(llvm::prior(MachineFunction::iterator(NewIsland)));
1466
1467   // Finally, change the CPI in the instruction operand to be ID.
1468   for (unsigned i = 0, e = UserMI->getNumOperands(); i != e; ++i)
1469     if (UserMI->getOperand(i).isCPI()) {
1470       UserMI->getOperand(i).setIndex(ID);
1471       break;
1472     }
1473
1474   DEBUG(dbgs() << "  Moved CPE to #" << ID << " CPI=" << CPI
1475         << format(" offset=%#x\n", BBInfo[NewIsland->getNumber()].Offset));
1476
1477   return true;
1478 }
1479
1480 /// removeDeadCPEMI - Remove a dead constant pool entry instruction. Update
1481 /// sizes and offsets of impacted basic blocks.
1482 void ARMConstantIslands::removeDeadCPEMI(MachineInstr *CPEMI) {
1483   MachineBasicBlock *CPEBB = CPEMI->getParent();
1484   unsigned Size = CPEMI->getOperand(2).getImm();
1485   CPEMI->eraseFromParent();
1486   BBInfo[CPEBB->getNumber()].Size -= Size;
1487   // All succeeding offsets have the current size value added in, fix this.
1488   if (CPEBB->empty()) {
1489     BBInfo[CPEBB->getNumber()].Size = 0;
1490
1491     // This block no longer needs to be aligned. <rdar://problem/10534709>.
1492     CPEBB->setAlignment(0);
1493   } else
1494     // Entries are sorted by descending alignment, so realign from the front.
1495     CPEBB->setAlignment(getCPELogAlign(CPEBB->begin()));
1496
1497   adjustBBOffsetsAfter(CPEBB);
1498   // An island has only one predecessor BB and one successor BB. Check if
1499   // this BB's predecessor jumps directly to this BB's successor. This
1500   // shouldn't happen currently.
1501   assert(!BBIsJumpedOver(CPEBB) && "How did this happen?");
1502   // FIXME: remove the empty blocks after all the work is done?
1503 }
1504
1505 /// removeUnusedCPEntries - Remove constant pool entries whose refcounts
1506 /// are zero.
1507 bool ARMConstantIslands::removeUnusedCPEntries() {
1508   unsigned MadeChange = false;
1509   for (unsigned i = 0, e = CPEntries.size(); i != e; ++i) {
1510       std::vector<CPEntry> &CPEs = CPEntries[i];
1511       for (unsigned j = 0, ee = CPEs.size(); j != ee; ++j) {
1512         if (CPEs[j].RefCount == 0 && CPEs[j].CPEMI) {
1513           removeDeadCPEMI(CPEs[j].CPEMI);
1514           CPEs[j].CPEMI = NULL;
1515           MadeChange = true;
1516         }
1517       }
1518   }
1519   return MadeChange;
1520 }
1521
1522 /// isBBInRange - Returns true if the distance between specific MI and
1523 /// specific BB can fit in MI's displacement field.
1524 bool ARMConstantIslands::isBBInRange(MachineInstr *MI,MachineBasicBlock *DestBB,
1525                                      unsigned MaxDisp) {
1526   unsigned PCAdj      = isThumb ? 4 : 8;
1527   unsigned BrOffset   = getOffsetOf(MI) + PCAdj;
1528   unsigned DestOffset = BBInfo[DestBB->getNumber()].Offset;
1529
1530   DEBUG(dbgs() << "Branch of destination BB#" << DestBB->getNumber()
1531                << " from BB#" << MI->getParent()->getNumber()
1532                << " max delta=" << MaxDisp
1533                << " from " << getOffsetOf(MI) << " to " << DestOffset
1534                << " offset " << int(DestOffset-BrOffset) << "\t" << *MI);
1535
1536   if (BrOffset <= DestOffset) {
1537     // Branch before the Dest.
1538     if (DestOffset-BrOffset <= MaxDisp)
1539       return true;
1540   } else {
1541     if (BrOffset-DestOffset <= MaxDisp)
1542       return true;
1543   }
1544   return false;
1545 }
1546
1547 /// fixupImmediateBr - Fix up an immediate branch whose destination is too far
1548 /// away to fit in its displacement field.
1549 bool ARMConstantIslands::fixupImmediateBr(ImmBranch &Br) {
1550   MachineInstr *MI = Br.MI;
1551   MachineBasicBlock *DestBB = MI->getOperand(0).getMBB();
1552
1553   // Check to see if the DestBB is already in-range.
1554   if (isBBInRange(MI, DestBB, Br.MaxDisp))
1555     return false;
1556
1557   if (!Br.isCond)
1558     return fixupUnconditionalBr(Br);
1559   return fixupConditionalBr(Br);
1560 }
1561
1562 /// fixupUnconditionalBr - Fix up an unconditional branch whose destination is
1563 /// too far away to fit in its displacement field. If the LR register has been
1564 /// spilled in the epilogue, then we can use BL to implement a far jump.
1565 /// Otherwise, add an intermediate branch instruction to a branch.
1566 bool
1567 ARMConstantIslands::fixupUnconditionalBr(ImmBranch &Br) {
1568   MachineInstr *MI = Br.MI;
1569   MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
1570   if (!isThumb1)
1571     llvm_unreachable("fixupUnconditionalBr is Thumb1 only!");
1572
1573   // Use BL to implement far jump.
1574   Br.MaxDisp = (1 << 21) * 2;
1575   MI->setDesc(TII->get(ARM::tBfar));
1576   BBInfo[MBB->getNumber()].Size += 2;
1577   adjustBBOffsetsAfter(MBB);
1578   HasFarJump = true;
1579   ++NumUBrFixed;
1580
1581   DEBUG(dbgs() << "  Changed B to long jump " << *MI);
1582
1583   return true;
1584 }
1585
1586 /// fixupConditionalBr - Fix up a conditional branch whose destination is too
1587 /// far away to fit in its displacement field. It is converted to an inverse
1588 /// conditional branch + an unconditional branch to the destination.
1589 bool
1590 ARMConstantIslands::fixupConditionalBr(ImmBranch &Br) {
1591   MachineInstr *MI = Br.MI;
1592   MachineBasicBlock *DestBB = MI->getOperand(0).getMBB();
1593
1594   // Add an unconditional branch to the destination and invert the branch
1595   // condition to jump over it:
1596   // blt L1
1597   // =>
1598   // bge L2
1599   // b   L1
1600   // L2:
1601   ARMCC::CondCodes CC = (ARMCC::CondCodes)MI->getOperand(1).getImm();
1602   CC = ARMCC::getOppositeCondition(CC);
1603   unsigned CCReg = MI->getOperand(2).getReg();
1604
1605   // If the branch is at the end of its MBB and that has a fall-through block,
1606   // direct the updated conditional branch to the fall-through block. Otherwise,
1607   // split the MBB before the next instruction.
1608   MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
1609   MachineInstr *BMI = &MBB->back();
1610   bool NeedSplit = (BMI != MI) || !BBHasFallthrough(MBB);
1611
1612   ++NumCBrFixed;
1613   if (BMI != MI) {
1614     if (llvm::next(MachineBasicBlock::iterator(MI)) == prior(MBB->end()) &&
1615         BMI->getOpcode() == Br.UncondBr) {
1616       // Last MI in the BB is an unconditional branch. Can we simply invert the
1617       // condition and swap destinations:
1618       // beq L1
1619       // b   L2
1620       // =>
1621       // bne L2
1622       // b   L1
1623       MachineBasicBlock *NewDest = BMI->getOperand(0).getMBB();
1624       if (isBBInRange(MI, NewDest, Br.MaxDisp)) {
1625         DEBUG(dbgs() << "  Invert Bcc condition and swap its destination with "
1626                      << *BMI);
1627         BMI->getOperand(0).setMBB(DestBB);
1628         MI->getOperand(0).setMBB(NewDest);
1629         MI->getOperand(1).setImm(CC);
1630         return true;
1631       }
1632     }
1633   }
1634
1635   if (NeedSplit) {
1636     splitBlockBeforeInstr(MI);
1637     // No need for the branch to the next block. We're adding an unconditional
1638     // branch to the destination.
1639     int delta = TII->GetInstSizeInBytes(&MBB->back());
1640     BBInfo[MBB->getNumber()].Size -= delta;
1641     MBB->back().eraseFromParent();
1642     // BBInfo[SplitBB].Offset is wrong temporarily, fixed below
1643   }
1644   MachineBasicBlock *NextBB = llvm::next(MachineFunction::iterator(MBB));
1645
1646   DEBUG(dbgs() << "  Insert B to BB#" << DestBB->getNumber()
1647                << " also invert condition and change dest. to BB#"
1648                << NextBB->getNumber() << "\n");
1649
1650   // Insert a new conditional branch and a new unconditional branch.
1651   // Also update the ImmBranch as well as adding a new entry for the new branch.
1652   BuildMI(MBB, DebugLoc(), TII->get(MI->getOpcode()))
1653     .addMBB(NextBB).addImm(CC).addReg(CCReg);
1654   Br.MI = &MBB->back();
1655   BBInfo[MBB->getNumber()].Size += TII->GetInstSizeInBytes(&MBB->back());
1656   if (isThumb)
1657     BuildMI(MBB, DebugLoc(), TII->get(Br.UncondBr)).addMBB(DestBB)
1658             .addImm(ARMCC::AL).addReg(0);
1659   else
1660     BuildMI(MBB, DebugLoc(), TII->get(Br.UncondBr)).addMBB(DestBB);
1661   BBInfo[MBB->getNumber()].Size += TII->GetInstSizeInBytes(&MBB->back());
1662   unsigned MaxDisp = getUnconditionalBrDisp(Br.UncondBr);
1663   ImmBranches.push_back(ImmBranch(&MBB->back(), MaxDisp, false, Br.UncondBr));
1664
1665   // Remove the old conditional branch.  It may or may not still be in MBB.
1666   BBInfo[MI->getParent()->getNumber()].Size -= TII->GetInstSizeInBytes(MI);
1667   MI->eraseFromParent();
1668   adjustBBOffsetsAfter(MBB);
1669   return true;
1670 }
1671
1672 /// undoLRSpillRestore - Remove Thumb push / pop instructions that only spills
1673 /// LR / restores LR to pc. FIXME: This is done here because it's only possible
1674 /// to do this if tBfar is not used.
1675 bool ARMConstantIslands::undoLRSpillRestore() {
1676   bool MadeChange = false;
1677   for (unsigned i = 0, e = PushPopMIs.size(); i != e; ++i) {
1678     MachineInstr *MI = PushPopMIs[i];
1679     // First two operands are predicates.
1680     if (MI->getOpcode() == ARM::tPOP_RET &&
1681         MI->getOperand(2).getReg() == ARM::PC &&
1682         MI->getNumExplicitOperands() == 3) {
1683       // Create the new insn and copy the predicate from the old.
1684       BuildMI(MI->getParent(), MI->getDebugLoc(), TII->get(ARM::tBX_RET))
1685         .addOperand(MI->getOperand(0))
1686         .addOperand(MI->getOperand(1));
1687       MI->eraseFromParent();
1688       MadeChange = true;
1689     }
1690   }
1691   return MadeChange;
1692 }
1693
1694 // mayOptimizeThumb2Instruction - Returns true if optimizeThumb2Instructions
1695 // below may shrink MI.
1696 bool
1697 ARMConstantIslands::mayOptimizeThumb2Instruction(const MachineInstr *MI) const {
1698   switch(MI->getOpcode()) {
1699     // optimizeThumb2Instructions.
1700     case ARM::t2LEApcrel:
1701     case ARM::t2LDRpci:
1702     // optimizeThumb2Branches.
1703     case ARM::t2B:
1704     case ARM::t2Bcc:
1705     case ARM::tBcc:
1706     // optimizeThumb2JumpTables.
1707     case ARM::t2BR_JT:
1708       return true;
1709   }
1710   return false;
1711 }
1712
1713 bool ARMConstantIslands::optimizeThumb2Instructions() {
1714   bool MadeChange = false;
1715
1716   // Shrink ADR and LDR from constantpool.
1717   for (unsigned i = 0, e = CPUsers.size(); i != e; ++i) {
1718     CPUser &U = CPUsers[i];
1719     unsigned Opcode = U.MI->getOpcode();
1720     unsigned NewOpc = 0;
1721     unsigned Scale = 1;
1722     unsigned Bits = 0;
1723     switch (Opcode) {
1724     default: break;
1725     case ARM::t2LEApcrel:
1726       if (isARMLowRegister(U.MI->getOperand(0).getReg())) {
1727         NewOpc = ARM::tLEApcrel;
1728         Bits = 8;
1729         Scale = 4;
1730       }
1731       break;
1732     case ARM::t2LDRpci:
1733       if (isARMLowRegister(U.MI->getOperand(0).getReg())) {
1734         NewOpc = ARM::tLDRpci;
1735         Bits = 8;
1736         Scale = 4;
1737       }
1738       break;
1739     }
1740
1741     if (!NewOpc)
1742       continue;
1743
1744     unsigned UserOffset = getUserOffset(U);
1745     unsigned MaxOffs = ((1 << Bits) - 1) * Scale;
1746
1747     // Be conservative with inline asm.
1748     if (!U.KnownAlignment)
1749       MaxOffs -= 2;
1750
1751     // FIXME: Check if offset is multiple of scale if scale is not 4.
1752     if (isCPEntryInRange(U.MI, UserOffset, U.CPEMI, MaxOffs, false, true)) {
1753       DEBUG(dbgs() << "Shrink: " << *U.MI);
1754       U.MI->setDesc(TII->get(NewOpc));
1755       MachineBasicBlock *MBB = U.MI->getParent();
1756       BBInfo[MBB->getNumber()].Size -= 2;
1757       adjustBBOffsetsAfter(MBB);
1758       ++NumT2CPShrunk;
1759       MadeChange = true;
1760     }
1761   }
1762
1763   MadeChange |= optimizeThumb2Branches();
1764   MadeChange |= optimizeThumb2JumpTables();
1765   return MadeChange;
1766 }
1767
1768 bool ARMConstantIslands::optimizeThumb2Branches() {
1769   bool MadeChange = false;
1770
1771   for (unsigned i = 0, e = ImmBranches.size(); i != e; ++i) {
1772     ImmBranch &Br = ImmBranches[i];
1773     unsigned Opcode = Br.MI->getOpcode();
1774     unsigned NewOpc = 0;
1775     unsigned Scale = 1;
1776     unsigned Bits = 0;
1777     switch (Opcode) {
1778     default: break;
1779     case ARM::t2B:
1780       NewOpc = ARM::tB;
1781       Bits = 11;
1782       Scale = 2;
1783       break;
1784     case ARM::t2Bcc: {
1785       NewOpc = ARM::tBcc;
1786       Bits = 8;
1787       Scale = 2;
1788       break;
1789     }
1790     }
1791     if (NewOpc) {
1792       unsigned MaxOffs = ((1 << (Bits-1))-1) * Scale;
1793       MachineBasicBlock *DestBB = Br.MI->getOperand(0).getMBB();
1794       if (isBBInRange(Br.MI, DestBB, MaxOffs)) {
1795         DEBUG(dbgs() << "Shrink branch: " << *Br.MI);
1796         Br.MI->setDesc(TII->get(NewOpc));
1797         MachineBasicBlock *MBB = Br.MI->getParent();
1798         BBInfo[MBB->getNumber()].Size -= 2;
1799         adjustBBOffsetsAfter(MBB);
1800         ++NumT2BrShrunk;
1801         MadeChange = true;
1802       }
1803     }
1804
1805     Opcode = Br.MI->getOpcode();
1806     if (Opcode != ARM::tBcc)
1807       continue;
1808
1809     // If the conditional branch doesn't kill CPSR, then CPSR can be liveout
1810     // so this transformation is not safe.
1811     if (!Br.MI->killsRegister(ARM::CPSR))
1812       continue;
1813
1814     NewOpc = 0;
1815     unsigned PredReg = 0;
1816     ARMCC::CondCodes Pred = getInstrPredicate(Br.MI, PredReg);
1817     if (Pred == ARMCC::EQ)
1818       NewOpc = ARM::tCBZ;
1819     else if (Pred == ARMCC::NE)
1820       NewOpc = ARM::tCBNZ;
1821     if (!NewOpc)
1822       continue;
1823     MachineBasicBlock *DestBB = Br.MI->getOperand(0).getMBB();
1824     // Check if the distance is within 126. Subtract starting offset by 2
1825     // because the cmp will be eliminated.
1826     unsigned BrOffset = getOffsetOf(Br.MI) + 4 - 2;
1827     unsigned DestOffset = BBInfo[DestBB->getNumber()].Offset;
1828     if (BrOffset < DestOffset && (DestOffset - BrOffset) <= 126) {
1829       MachineBasicBlock::iterator CmpMI = Br.MI;
1830       if (CmpMI != Br.MI->getParent()->begin()) {
1831         --CmpMI;
1832         if (CmpMI->getOpcode() == ARM::tCMPi8) {
1833           unsigned Reg = CmpMI->getOperand(0).getReg();
1834           Pred = getInstrPredicate(CmpMI, PredReg);
1835           if (Pred == ARMCC::AL &&
1836               CmpMI->getOperand(1).getImm() == 0 &&
1837               isARMLowRegister(Reg)) {
1838             MachineBasicBlock *MBB = Br.MI->getParent();
1839             DEBUG(dbgs() << "Fold: " << *CmpMI << " and: " << *Br.MI);
1840             MachineInstr *NewBR =
1841               BuildMI(*MBB, CmpMI, Br.MI->getDebugLoc(), TII->get(NewOpc))
1842               .addReg(Reg).addMBB(DestBB,Br.MI->getOperand(0).getTargetFlags());
1843             CmpMI->eraseFromParent();
1844             Br.MI->eraseFromParent();
1845             Br.MI = NewBR;
1846             BBInfo[MBB->getNumber()].Size -= 2;
1847             adjustBBOffsetsAfter(MBB);
1848             ++NumCBZ;
1849             MadeChange = true;
1850           }
1851         }
1852       }
1853     }
1854   }
1855
1856   return MadeChange;
1857 }
1858
1859 /// optimizeThumb2JumpTables - Use tbb / tbh instructions to generate smaller
1860 /// jumptables when it's possible.
1861 bool ARMConstantIslands::optimizeThumb2JumpTables() {
1862   bool MadeChange = false;
1863
1864   // FIXME: After the tables are shrunk, can we get rid some of the
1865   // constantpool tables?
1866   MachineJumpTableInfo *MJTI = MF->getJumpTableInfo();
1867   if (MJTI == 0) return false;
1868
1869   const std::vector<MachineJumpTableEntry> &JT = MJTI->getJumpTables();
1870   for (unsigned i = 0, e = T2JumpTables.size(); i != e; ++i) {
1871     MachineInstr *MI = T2JumpTables[i];
1872     const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
1873     unsigned NumOps = MCID.getNumOperands();
1874     unsigned JTOpIdx = NumOps - (MI->isPredicable() ? 3 : 2);
1875     MachineOperand JTOP = MI->getOperand(JTOpIdx);
1876     unsigned JTI = JTOP.getIndex();
1877     assert(JTI < JT.size());
1878
1879     bool ByteOk = true;
1880     bool HalfWordOk = true;
1881     unsigned JTOffset = getOffsetOf(MI) + 4;
1882     const std::vector<MachineBasicBlock*> &JTBBs = JT[JTI].MBBs;
1883     for (unsigned j = 0, ee = JTBBs.size(); j != ee; ++j) {
1884       MachineBasicBlock *MBB = JTBBs[j];
1885       unsigned DstOffset = BBInfo[MBB->getNumber()].Offset;
1886       // Negative offset is not ok. FIXME: We should change BB layout to make
1887       // sure all the branches are forward.
1888       if (ByteOk && (DstOffset - JTOffset) > ((1<<8)-1)*2)
1889         ByteOk = false;
1890       unsigned TBHLimit = ((1<<16)-1)*2;
1891       if (HalfWordOk && (DstOffset - JTOffset) > TBHLimit)
1892         HalfWordOk = false;
1893       if (!ByteOk && !HalfWordOk)
1894         break;
1895     }
1896
1897     if (ByteOk || HalfWordOk) {
1898       MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
1899       unsigned BaseReg = MI->getOperand(0).getReg();
1900       bool BaseRegKill = MI->getOperand(0).isKill();
1901       if (!BaseRegKill)
1902         continue;
1903       unsigned IdxReg = MI->getOperand(1).getReg();
1904       bool IdxRegKill = MI->getOperand(1).isKill();
1905
1906       // Scan backwards to find the instruction that defines the base
1907       // register. Due to post-RA scheduling, we can't count on it
1908       // immediately preceding the branch instruction.
1909       MachineBasicBlock::iterator PrevI = MI;
1910       MachineBasicBlock::iterator B = MBB->begin();
1911       while (PrevI != B && !PrevI->definesRegister(BaseReg))
1912         --PrevI;
1913
1914       // If for some reason we didn't find it, we can't do anything, so
1915       // just skip this one.
1916       if (!PrevI->definesRegister(BaseReg))
1917         continue;
1918
1919       MachineInstr *AddrMI = PrevI;
1920       bool OptOk = true;
1921       // Examine the instruction that calculates the jumptable entry address.
1922       // Make sure it only defines the base register and kills any uses
1923       // other than the index register.
1924       for (unsigned k = 0, eee = AddrMI->getNumOperands(); k != eee; ++k) {
1925         const MachineOperand &MO = AddrMI->getOperand(k);
1926         if (!MO.isReg() || !MO.getReg())
1927           continue;
1928         if (MO.isDef() && MO.getReg() != BaseReg) {
1929           OptOk = false;
1930           break;
1931         }
1932         if (MO.isUse() && !MO.isKill() && MO.getReg() != IdxReg) {
1933           OptOk = false;
1934           break;
1935         }
1936       }
1937       if (!OptOk)
1938         continue;
1939
1940       // Now scan back again to find the tLEApcrel or t2LEApcrelJT instruction
1941       // that gave us the initial base register definition.
1942       for (--PrevI; PrevI != B && !PrevI->definesRegister(BaseReg); --PrevI)
1943         ;
1944
1945       // The instruction should be a tLEApcrel or t2LEApcrelJT; we want
1946       // to delete it as well.
1947       MachineInstr *LeaMI = PrevI;
1948       if ((LeaMI->getOpcode() != ARM::tLEApcrelJT &&
1949            LeaMI->getOpcode() != ARM::t2LEApcrelJT) ||
1950           LeaMI->getOperand(0).getReg() != BaseReg)
1951         OptOk = false;
1952
1953       if (!OptOk)
1954         continue;
1955
1956       DEBUG(dbgs() << "Shrink JT: " << *MI << "     addr: " << *AddrMI
1957                    << "      lea: " << *LeaMI);
1958       unsigned Opc = ByteOk ? ARM::t2TBB_JT : ARM::t2TBH_JT;
1959       MachineInstr *NewJTMI = BuildMI(MBB, MI->getDebugLoc(), TII->get(Opc))
1960         .addReg(IdxReg, getKillRegState(IdxRegKill))
1961         .addJumpTableIndex(JTI, JTOP.getTargetFlags())
1962         .addImm(MI->getOperand(JTOpIdx+1).getImm());
1963       DEBUG(dbgs() << "BB#" << MBB->getNumber() << ": " << *NewJTMI);
1964       // FIXME: Insert an "ALIGN" instruction to ensure the next instruction
1965       // is 2-byte aligned. For now, asm printer will fix it up.
1966       unsigned NewSize = TII->GetInstSizeInBytes(NewJTMI);
1967       unsigned OrigSize = TII->GetInstSizeInBytes(AddrMI);
1968       OrigSize += TII->GetInstSizeInBytes(LeaMI);
1969       OrigSize += TII->GetInstSizeInBytes(MI);
1970
1971       AddrMI->eraseFromParent();
1972       LeaMI->eraseFromParent();
1973       MI->eraseFromParent();
1974
1975       int delta = OrigSize - NewSize;
1976       BBInfo[MBB->getNumber()].Size -= delta;
1977       adjustBBOffsetsAfter(MBB);
1978
1979       ++NumTBs;
1980       MadeChange = true;
1981     }
1982   }
1983
1984   return MadeChange;
1985 }
1986
1987 /// reorderThumb2JumpTables - Adjust the function's block layout to ensure that
1988 /// jump tables always branch forwards, since that's what tbb and tbh need.
1989 bool ARMConstantIslands::reorderThumb2JumpTables() {
1990   bool MadeChange = false;
1991
1992   MachineJumpTableInfo *MJTI = MF->getJumpTableInfo();
1993   if (MJTI == 0) return false;
1994
1995   const std::vector<MachineJumpTableEntry> &JT = MJTI->getJumpTables();
1996   for (unsigned i = 0, e = T2JumpTables.size(); i != e; ++i) {
1997     MachineInstr *MI = T2JumpTables[i];
1998     const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
1999     unsigned NumOps = MCID.getNumOperands();
2000     unsigned JTOpIdx = NumOps - (MI->isPredicable() ? 3 : 2);
2001     MachineOperand JTOP = MI->getOperand(JTOpIdx);
2002     unsigned JTI = JTOP.getIndex();
2003     assert(JTI < JT.size());
2004
2005     // We prefer if target blocks for the jump table come after the jump
2006     // instruction so we can use TB[BH]. Loop through the target blocks
2007     // and try to adjust them such that that's true.
2008     int JTNumber = MI->getParent()->getNumber();
2009     const std::vector<MachineBasicBlock*> &JTBBs = JT[JTI].MBBs;
2010     for (unsigned j = 0, ee = JTBBs.size(); j != ee; ++j) {
2011       MachineBasicBlock *MBB = JTBBs[j];
2012       int DTNumber = MBB->getNumber();
2013
2014       if (DTNumber < JTNumber) {
2015         // The destination precedes the switch. Try to move the block forward
2016         // so we have a positive offset.
2017         MachineBasicBlock *NewBB =
2018           adjustJTTargetBlockForward(MBB, MI->getParent());
2019         if (NewBB)
2020           MJTI->ReplaceMBBInJumpTable(JTI, JTBBs[j], NewBB);
2021         MadeChange = true;
2022       }
2023     }
2024   }
2025
2026   return MadeChange;
2027 }
2028
2029 MachineBasicBlock *ARMConstantIslands::
2030 adjustJTTargetBlockForward(MachineBasicBlock *BB, MachineBasicBlock *JTBB) {
2031   // If the destination block is terminated by an unconditional branch,
2032   // try to move it; otherwise, create a new block following the jump
2033   // table that branches back to the actual target. This is a very simple
2034   // heuristic. FIXME: We can definitely improve it.
2035   MachineBasicBlock *TBB = 0, *FBB = 0;
2036   SmallVector<MachineOperand, 4> Cond;
2037   SmallVector<MachineOperand, 4> CondPrior;
2038   MachineFunction::iterator BBi = BB;
2039   MachineFunction::iterator OldPrior = prior(BBi);
2040
2041   // If the block terminator isn't analyzable, don't try to move the block
2042   bool B = TII->AnalyzeBranch(*BB, TBB, FBB, Cond);
2043
2044   // If the block ends in an unconditional branch, move it. The prior block
2045   // has to have an analyzable terminator for us to move this one. Be paranoid
2046   // and make sure we're not trying to move the entry block of the function.
2047   if (!B && Cond.empty() && BB != MF->begin() &&
2048       !TII->AnalyzeBranch(*OldPrior, TBB, FBB, CondPrior)) {
2049     BB->moveAfter(JTBB);
2050     OldPrior->updateTerminator();
2051     BB->updateTerminator();
2052     // Update numbering to account for the block being moved.
2053     MF->RenumberBlocks();
2054     ++NumJTMoved;
2055     return NULL;
2056   }
2057
2058   // Create a new MBB for the code after the jump BB.
2059   MachineBasicBlock *NewBB =
2060     MF->CreateMachineBasicBlock(JTBB->getBasicBlock());
2061   MachineFunction::iterator MBBI = JTBB; ++MBBI;
2062   MF->insert(MBBI, NewBB);
2063
2064   // Add an unconditional branch from NewBB to BB.
2065   // There doesn't seem to be meaningful DebugInfo available; this doesn't
2066   // correspond directly to anything in the source.
2067   assert (isThumb2 && "Adjusting for TB[BH] but not in Thumb2?");
2068   BuildMI(NewBB, DebugLoc(), TII->get(ARM::t2B)).addMBB(BB)
2069           .addImm(ARMCC::AL).addReg(0);
2070
2071   // Update internal data structures to account for the newly inserted MBB.
2072   MF->RenumberBlocks(NewBB);
2073
2074   // Update the CFG.
2075   NewBB->addSuccessor(BB);
2076   JTBB->removeSuccessor(BB);
2077   JTBB->addSuccessor(NewBB);
2078
2079   ++NumJTInserted;
2080   return NewBB;
2081 }