Consider unknown alignment caused by OptimizeThumb2Instructions().
[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 "ARMInstrInfo.h"
20 #include "Thumb2InstrInfo.h"
21 #include "MCTargetDesc/ARMAddressingModes.h"
22 #include "llvm/CodeGen/MachineConstantPool.h"
23 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
24 #include "llvm/CodeGen/MachineJumpTableInfo.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 ARMInstrInfo *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 JumpTableFunctionScan();
290     void InitialFunctionScan(const std::vector<MachineInstr*> &CPEMIs);
291     MachineBasicBlock *SplitBlockBeforeInstr(MachineInstr *MI);
292     void UpdateForInsertedWaterBlock(MachineBasicBlock *NewBB);
293     void AdjustBBOffsetsAfter(MachineBasicBlock *BB);
294     bool DecrementOldEntry(unsigned CPI, MachineInstr* CPEMI);
295     int LookForExistingCPEntry(CPUser& U, unsigned UserOffset);
296     bool LookForWater(CPUser&U, unsigned UserOffset, water_iterator &WaterIter);
297     void CreateNewWater(unsigned CPUserIndex, unsigned UserOffset,
298                         MachineBasicBlock *&NewMBB);
299     bool HandleConstantPoolUser(unsigned CPUserIndex);
300     void RemoveDeadCPEMI(MachineInstr *CPEMI);
301     bool RemoveUnusedCPEntries();
302     bool CPEIsInRange(MachineInstr *MI, unsigned UserOffset,
303                       MachineInstr *CPEMI, unsigned Disp, bool NegOk,
304                       bool DoDump = false);
305     bool WaterIsInRange(unsigned UserOffset, MachineBasicBlock *Water,
306                         CPUser &U, unsigned &Growth);
307     bool BBIsInRange(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *BB, unsigned Disp);
308     bool FixUpImmediateBr(ImmBranch &Br);
309     bool FixUpConditionalBr(ImmBranch &Br);
310     bool FixUpUnconditionalBr(ImmBranch &Br);
311     bool UndoLRSpillRestore();
312     bool mayOptimizeThumb2Instruction(const MachineInstr *MI) const;
313     bool OptimizeThumb2Instructions();
314     bool OptimizeThumb2Branches();
315     bool ReorderThumb2JumpTables();
316     bool OptimizeThumb2JumpTables();
317     MachineBasicBlock *AdjustJTTargetBlockForward(MachineBasicBlock *BB,
318                                                   MachineBasicBlock *JTBB);
319
320     void ComputeBlockSize(MachineBasicBlock *MBB);
321     unsigned GetOffsetOf(MachineInstr *MI) const;
322     unsigned GetUserOffset(CPUser&) const;
323     void dumpBBs();
324     void verify();
325
326     bool OffsetIsInRange(unsigned UserOffset, unsigned TrialOffset,
327                          unsigned Disp, bool NegativeOK, bool IsSoImm = false);
328     bool OffsetIsInRange(unsigned UserOffset, unsigned TrialOffset,
329                          const CPUser &U) {
330       return OffsetIsInRange(UserOffset, TrialOffset,
331                              U.getMaxDisp(), U.NegOk, U.IsSoImm);
332     }
333   };
334   char ARMConstantIslands::ID = 0;
335 }
336
337 /// verify - check BBOffsets, BBSizes, alignment of islands
338 void ARMConstantIslands::verify() {
339 #ifndef NDEBUG
340   for (MachineFunction::iterator MBBI = MF->begin(), E = MF->end();
341        MBBI != E; ++MBBI) {
342     MachineBasicBlock *MBB = MBBI;
343     unsigned Align = MBB->getAlignment();
344     unsigned MBBId = MBB->getNumber();
345     assert(BBInfo[MBBId].Offset % (1u << Align) == 0);
346     assert(!MBBId || BBInfo[MBBId - 1].postOffset() <= BBInfo[MBBId].Offset);
347   }
348   for (unsigned i = 0, e = CPUsers.size(); i != e; ++i) {
349     CPUser &U = CPUsers[i];
350     unsigned UserOffset = GetUserOffset(U);
351     assert(CPEIsInRange(U.MI, UserOffset, U.CPEMI, U.getMaxDisp(), U.NegOk) &&
352            "Constant pool entry out of range!");
353   }
354 #endif
355 }
356
357 /// print block size and offset information - debugging
358 void ARMConstantIslands::dumpBBs() {
359   DEBUG({
360     for (unsigned J = 0, E = BBInfo.size(); J !=E; ++J) {
361       const BasicBlockInfo &BBI = BBInfo[J];
362       dbgs() << format("%08x BB#%u\t", BBI.Offset, J)
363              << " kb=" << unsigned(BBI.KnownBits)
364              << " ua=" << unsigned(BBI.Unalign)
365              << " pa=" << unsigned(BBI.PostAlign)
366              << format(" size=%#x\n", BBInfo[J].Size);
367     }
368   });
369 }
370
371 /// createARMConstantIslandPass - returns an instance of the constpool
372 /// island pass.
373 FunctionPass *llvm::createARMConstantIslandPass() {
374   return new ARMConstantIslands();
375 }
376
377 bool ARMConstantIslands::runOnMachineFunction(MachineFunction &mf) {
378   MF = &mf;
379   MCP = mf.getConstantPool();
380
381   DEBUG(dbgs() << "***** ARMConstantIslands: "
382                << MCP->getConstants().size() << " CP entries, aligned to "
383                << MCP->getConstantPoolAlignment() << " bytes *****\n");
384
385   TII = (const ARMInstrInfo*)MF->getTarget().getInstrInfo();
386   AFI = MF->getInfo<ARMFunctionInfo>();
387   STI = &MF->getTarget().getSubtarget<ARMSubtarget>();
388
389   isThumb = AFI->isThumbFunction();
390   isThumb1 = AFI->isThumb1OnlyFunction();
391   isThumb2 = AFI->isThumb2Function();
392
393   HasFarJump = false;
394
395   // Renumber all of the machine basic blocks in the function, guaranteeing that
396   // the numbers agree with the position of the block in the function.
397   MF->RenumberBlocks();
398
399   // Try to reorder and otherwise adjust the block layout to make good use
400   // of the TB[BH] instructions.
401   bool MadeChange = false;
402   if (isThumb2 && AdjustJumpTableBlocks) {
403     JumpTableFunctionScan();
404     MadeChange |= ReorderThumb2JumpTables();
405     // Data is out of date, so clear it. It'll be re-computed later.
406     T2JumpTables.clear();
407     // Blocks may have shifted around. Keep the numbering up to date.
408     MF->RenumberBlocks();
409   }
410
411   // Thumb1 functions containing constant pools get 4-byte alignment.
412   // This is so we can keep exact track of where the alignment padding goes.
413
414   // ARM and Thumb2 functions need to be 4-byte aligned.
415   if (!isThumb1)
416     MF->EnsureAlignment(2);  // 2 = log2(4)
417
418   // Perform the initial placement of the constant pool entries.  To start with,
419   // we put them all at the end of the function.
420   std::vector<MachineInstr*> CPEMIs;
421   if (!MCP->isEmpty())
422     DoInitialPlacement(CPEMIs);
423
424   /// The next UID to take is the first unused one.
425   AFI->initPICLabelUId(CPEMIs.size());
426
427   // Do the initial scan of the function, building up information about the
428   // sizes of each block, the location of all the water, and finding all of the
429   // constant pool users.
430   InitialFunctionScan(CPEMIs);
431   CPEMIs.clear();
432   DEBUG(dumpBBs());
433
434
435   /// Remove dead constant pool entries.
436   MadeChange |= RemoveUnusedCPEntries();
437
438   // Iteratively place constant pool entries and fix up branches until there
439   // is no change.
440   unsigned NoCPIters = 0, NoBRIters = 0;
441   while (true) {
442     DEBUG(dbgs() << "Beginning CP iteration #" << NoCPIters << '\n');
443     bool CPChange = false;
444     for (unsigned i = 0, e = CPUsers.size(); i != e; ++i)
445       CPChange |= HandleConstantPoolUser(i);
446     if (CPChange && ++NoCPIters > 30)
447       report_fatal_error("Constant Island pass failed to converge!");
448     DEBUG(dumpBBs());
449
450     // Clear NewWaterList now.  If we split a block for branches, it should
451     // appear as "new water" for the next iteration of constant pool placement.
452     NewWaterList.clear();
453
454     DEBUG(dbgs() << "Beginning BR iteration #" << NoBRIters << '\n');
455     bool BRChange = false;
456     for (unsigned i = 0, e = ImmBranches.size(); i != e; ++i)
457       BRChange |= FixUpImmediateBr(ImmBranches[i]);
458     if (BRChange && ++NoBRIters > 30)
459       report_fatal_error("Branch Fix Up pass failed to converge!");
460     DEBUG(dumpBBs());
461
462     if (!CPChange && !BRChange)
463       break;
464     MadeChange = true;
465   }
466
467   // Shrink 32-bit Thumb2 branch, load, and store instructions.
468   if (isThumb2 && !STI->prefers32BitThumb())
469     MadeChange |= OptimizeThumb2Instructions();
470
471   // After a while, this might be made debug-only, but it is not expensive.
472   verify();
473
474   // If LR has been forced spilled and no far jump (i.e. BL) has been issued,
475   // undo the spill / restore of LR if possible.
476   if (isThumb && !HasFarJump && AFI->isLRSpilledForFarJump())
477     MadeChange |= UndoLRSpillRestore();
478
479   // Save the mapping between original and cloned constpool entries.
480   for (unsigned i = 0, e = CPEntries.size(); i != e; ++i) {
481     for (unsigned j = 0, je = CPEntries[i].size(); j != je; ++j) {
482       const CPEntry & CPE = CPEntries[i][j];
483       AFI->recordCPEClone(i, CPE.CPI);
484     }
485   }
486
487   DEBUG(dbgs() << '\n'; dumpBBs());
488
489   BBInfo.clear();
490   WaterList.clear();
491   CPUsers.clear();
492   CPEntries.clear();
493   ImmBranches.clear();
494   PushPopMIs.clear();
495   T2JumpTables.clear();
496
497   return MadeChange;
498 }
499
500 /// DoInitialPlacement - Perform the initial placement of the constant pool
501 /// entries.  To start with, we put them all at the end of the function.
502 void
503 ARMConstantIslands::DoInitialPlacement(std::vector<MachineInstr*> &CPEMIs) {
504   // Create the basic block to hold the CPE's.
505   MachineBasicBlock *BB = MF->CreateMachineBasicBlock();
506   MF->push_back(BB);
507
508   // MachineConstantPool measures alignment in bytes. We measure in log2(bytes).
509   unsigned MaxAlign = Log2_32(MCP->getConstantPoolAlignment());
510
511   // Mark the basic block as required by the const-pool.
512   // If AlignConstantIslands isn't set, use 4-byte alignment for everything.
513   BB->setAlignment(AlignConstantIslands ? MaxAlign : 2);
514
515   // The function needs to be as aligned as the basic blocks. The linker may
516   // move functions around based on their alignment.
517   MF->EnsureAlignment(BB->getAlignment());
518
519   // Order the entries in BB by descending alignment.  That ensures correct
520   // alignment of all entries as long as BB is sufficiently aligned.  Keep
521   // track of the insertion point for each alignment.  We are going to bucket
522   // sort the entries as they are created.
523   SmallVector<MachineBasicBlock::iterator, 8> InsPoint(MaxAlign + 1, BB->end());
524
525   // Add all of the constants from the constant pool to the end block, use an
526   // identity mapping of CPI's to CPE's.
527   const std::vector<MachineConstantPoolEntry> &CPs = MCP->getConstants();
528
529   const TargetData &TD = *MF->getTarget().getTargetData();
530   for (unsigned i = 0, e = CPs.size(); i != e; ++i) {
531     unsigned Size = TD.getTypeAllocSize(CPs[i].getType());
532     assert(Size >= 4 && "Too small constant pool entry");
533     unsigned Align = CPs[i].getAlignment();
534     assert(isPowerOf2_32(Align) && "Invalid alignment");
535     // Verify that all constant pool entries are a multiple of their alignment.
536     // If not, we would have to pad them out so that instructions stay aligned.
537     assert((Size % Align) == 0 && "CP Entry not multiple of 4 bytes!");
538
539     // Insert CONSTPOOL_ENTRY before entries with a smaller alignment.
540     unsigned LogAlign = Log2_32(Align);
541     MachineBasicBlock::iterator InsAt = InsPoint[LogAlign];
542     MachineInstr *CPEMI =
543       BuildMI(*BB, InsAt, DebugLoc(), TII->get(ARM::CONSTPOOL_ENTRY))
544         .addImm(i).addConstantPoolIndex(i).addImm(Size);
545     CPEMIs.push_back(CPEMI);
546
547     // Ensure that future entries with higher alignment get inserted before
548     // CPEMI. This is bucket sort with iterators.
549     for (unsigned a = LogAlign + 1; a <= MaxAlign; ++a)
550       if (InsPoint[a] == InsAt)
551         InsPoint[a] = CPEMI;
552
553     // Add a new CPEntry, but no corresponding CPUser yet.
554     std::vector<CPEntry> CPEs;
555     CPEs.push_back(CPEntry(CPEMI, i));
556     CPEntries.push_back(CPEs);
557     ++NumCPEs;
558     DEBUG(dbgs() << "Moved CPI#" << i << " to end of function, size = "
559                  << Size << ", align = " << Align <<'\n');
560   }
561   DEBUG(BB->dump());
562 }
563
564 /// BBHasFallthrough - Return true if the specified basic block can fallthrough
565 /// into the block immediately after it.
566 static bool BBHasFallthrough(MachineBasicBlock *MBB) {
567   // Get the next machine basic block in the function.
568   MachineFunction::iterator MBBI = MBB;
569   // Can't fall off end of function.
570   if (llvm::next(MBBI) == MBB->getParent()->end())
571     return false;
572
573   MachineBasicBlock *NextBB = llvm::next(MBBI);
574   for (MachineBasicBlock::succ_iterator I = MBB->succ_begin(),
575        E = MBB->succ_end(); I != E; ++I)
576     if (*I == NextBB)
577       return true;
578
579   return false;
580 }
581
582 /// findConstPoolEntry - Given the constpool index and CONSTPOOL_ENTRY MI,
583 /// look up the corresponding CPEntry.
584 ARMConstantIslands::CPEntry
585 *ARMConstantIslands::findConstPoolEntry(unsigned CPI,
586                                         const MachineInstr *CPEMI) {
587   std::vector<CPEntry> &CPEs = CPEntries[CPI];
588   // Number of entries per constpool index should be small, just do a
589   // linear search.
590   for (unsigned i = 0, e = CPEs.size(); i != e; ++i) {
591     if (CPEs[i].CPEMI == CPEMI)
592       return &CPEs[i];
593   }
594   return NULL;
595 }
596
597 /// getCPELogAlign - Returns the required alignment of the constant pool entry
598 /// represented by CPEMI.  Alignment is measured in log2(bytes) units.
599 unsigned ARMConstantIslands::getCPELogAlign(const MachineInstr *CPEMI) {
600   assert(CPEMI && CPEMI->getOpcode() == ARM::CONSTPOOL_ENTRY);
601
602   // Everything is 4-byte aligned unless AlignConstantIslands is set.
603   if (!AlignConstantIslands)
604     return 2;
605
606   unsigned CPI = CPEMI->getOperand(1).getIndex();
607   assert(CPI < MCP->getConstants().size() && "Invalid constant pool index.");
608   unsigned Align = MCP->getConstants()[CPI].getAlignment();
609   assert(isPowerOf2_32(Align) && "Invalid CPE alignment");
610   return Log2_32(Align);
611 }
612
613 /// JumpTableFunctionScan - Do a scan of the function, building up
614 /// information about the sizes of each block and the locations of all
615 /// the jump tables.
616 void ARMConstantIslands::JumpTableFunctionScan() {
617   for (MachineFunction::iterator MBBI = MF->begin(), E = MF->end();
618        MBBI != E; ++MBBI) {
619     MachineBasicBlock &MBB = *MBBI;
620
621     for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB.begin(), E = MBB.end();
622          I != E; ++I)
623       if (I->isBranch() && I->getOpcode() == ARM::t2BR_JT)
624         T2JumpTables.push_back(I);
625   }
626 }
627
628 /// InitialFunctionScan - Do the initial scan of the function, building up
629 /// information about the sizes of each block, the location of all the water,
630 /// and finding all of the constant pool users.
631 void ARMConstantIslands::
632 InitialFunctionScan(const std::vector<MachineInstr*> &CPEMIs) {
633   BBInfo.clear();
634   BBInfo.resize(MF->getNumBlockIDs());
635
636   // First thing, compute the size of all basic blocks, and see if the function
637   // has any inline assembly in it. If so, we have to be conservative about
638   // alignment assumptions, as we don't know for sure the size of any
639   // instructions in the inline assembly.
640   for (MachineFunction::iterator I = MF->begin(), E = MF->end(); I != E; ++I)
641     ComputeBlockSize(I);
642
643   // The known bits of the entry block offset are determined by the function
644   // alignment.
645   BBInfo.front().KnownBits = MF->getAlignment();
646
647   // Compute block offsets and known bits.
648   AdjustBBOffsetsAfter(MF->begin());
649
650   // Now go back through the instructions and build up our data structures.
651   for (MachineFunction::iterator MBBI = MF->begin(), E = MF->end();
652        MBBI != E; ++MBBI) {
653     MachineBasicBlock &MBB = *MBBI;
654
655     // If this block doesn't fall through into the next MBB, then this is
656     // 'water' that a constant pool island could be placed.
657     if (!BBHasFallthrough(&MBB))
658       WaterList.push_back(&MBB);
659
660     for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB.begin(), E = MBB.end();
661          I != E; ++I) {
662       if (I->isDebugValue())
663         continue;
664
665       int Opc = I->getOpcode();
666       if (I->isBranch()) {
667         bool isCond = false;
668         unsigned Bits = 0;
669         unsigned Scale = 1;
670         int UOpc = Opc;
671         switch (Opc) {
672         default:
673           continue;  // Ignore other JT branches
674         case ARM::t2BR_JT:
675           T2JumpTables.push_back(I);
676           continue;   // Does not get an entry in ImmBranches
677         case ARM::Bcc:
678           isCond = true;
679           UOpc = ARM::B;
680           // Fallthrough
681         case ARM::B:
682           Bits = 24;
683           Scale = 4;
684           break;
685         case ARM::tBcc:
686           isCond = true;
687           UOpc = ARM::tB;
688           Bits = 8;
689           Scale = 2;
690           break;
691         case ARM::tB:
692           Bits = 11;
693           Scale = 2;
694           break;
695         case ARM::t2Bcc:
696           isCond = true;
697           UOpc = ARM::t2B;
698           Bits = 20;
699           Scale = 2;
700           break;
701         case ARM::t2B:
702           Bits = 24;
703           Scale = 2;
704           break;
705         }
706
707         // Record this immediate branch.
708         unsigned MaxOffs = ((1 << (Bits-1))-1) * Scale;
709         ImmBranches.push_back(ImmBranch(I, MaxOffs, isCond, UOpc));
710       }
711
712       if (Opc == ARM::tPUSH || Opc == ARM::tPOP_RET)
713         PushPopMIs.push_back(I);
714
715       if (Opc == ARM::CONSTPOOL_ENTRY)
716         continue;
717
718       // Scan the instructions for constant pool operands.
719       for (unsigned op = 0, e = I->getNumOperands(); op != e; ++op)
720         if (I->getOperand(op).isCPI()) {
721           // We found one.  The addressing mode tells us the max displacement
722           // from the PC that this instruction permits.
723
724           // Basic size info comes from the TSFlags field.
725           unsigned Bits = 0;
726           unsigned Scale = 1;
727           bool NegOk = false;
728           bool IsSoImm = false;
729
730           switch (Opc) {
731           default:
732             llvm_unreachable("Unknown addressing mode for CP reference!");
733             break;
734
735           // Taking the address of a CP entry.
736           case ARM::LEApcrel:
737             // This takes a SoImm, which is 8 bit immediate rotated. We'll
738             // pretend the maximum offset is 255 * 4. Since each instruction
739             // 4 byte wide, this is always correct. We'll check for other
740             // displacements that fits in a SoImm as well.
741             Bits = 8;
742             Scale = 4;
743             NegOk = true;
744             IsSoImm = true;
745             break;
746           case ARM::t2LEApcrel:
747             Bits = 12;
748             NegOk = true;
749             break;
750           case ARM::tLEApcrel:
751             Bits = 8;
752             Scale = 4;
753             break;
754
755           case ARM::LDRi12:
756           case ARM::LDRcp:
757           case ARM::t2LDRpci:
758             Bits = 12;  // +-offset_12
759             NegOk = true;
760             break;
761
762           case ARM::tLDRpci:
763             Bits = 8;
764             Scale = 4;  // +(offset_8*4)
765             break;
766
767           case ARM::VLDRD:
768           case ARM::VLDRS:
769             Bits = 8;
770             Scale = 4;  // +-(offset_8*4)
771             NegOk = true;
772             break;
773           }
774
775           // Remember that this is a user of a CP entry.
776           unsigned CPI = I->getOperand(op).getIndex();
777           MachineInstr *CPEMI = CPEMIs[CPI];
778           unsigned MaxOffs = ((1 << Bits)-1) * Scale;
779           CPUsers.push_back(CPUser(I, CPEMI, MaxOffs, NegOk, IsSoImm));
780
781           // Increment corresponding CPEntry reference count.
782           CPEntry *CPE = findConstPoolEntry(CPI, CPEMI);
783           assert(CPE && "Cannot find a corresponding CPEntry!");
784           CPE->RefCount++;
785
786           // Instructions can only use one CP entry, don't bother scanning the
787           // rest of the operands.
788           break;
789         }
790     }
791   }
792 }
793
794 /// ComputeBlockSize - Compute the size and some alignment information for MBB.
795 /// This function updates BBInfo directly.
796 void ARMConstantIslands::ComputeBlockSize(MachineBasicBlock *MBB) {
797   BasicBlockInfo &BBI = BBInfo[MBB->getNumber()];
798   BBI.Size = 0;
799   BBI.Unalign = 0;
800   BBI.PostAlign = 0;
801
802   for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB->begin(), E = MBB->end(); I != E;
803        ++I) {
804     BBI.Size += TII->GetInstSizeInBytes(I);
805     // For inline asm, GetInstSizeInBytes returns a conservative estimate.
806     // The actual size may be smaller, but still a multiple of the instr size.
807     if (I->isInlineAsm())
808       BBI.Unalign = isThumb ? 1 : 2;
809     // Also consider instructions that may be shrunk later.
810     else if (isThumb && mayOptimizeThumb2Instruction(I))
811       BBI.Unalign = 1;
812   }
813
814   // tBR_JTr contains a .align 2 directive.
815   if (!MBB->empty() && MBB->back().getOpcode() == ARM::tBR_JTr) {
816     BBI.PostAlign = 2;
817     MBB->getParent()->EnsureAlignment(2);
818   }
819 }
820
821 /// GetOffsetOf - Return the current offset of the specified machine instruction
822 /// from the start of the function.  This offset changes as stuff is moved
823 /// around inside the function.
824 unsigned ARMConstantIslands::GetOffsetOf(MachineInstr *MI) const {
825   MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
826
827   // The offset is composed of two things: the sum of the sizes of all MBB's
828   // before this instruction's block, and the offset from the start of the block
829   // it is in.
830   unsigned Offset = BBInfo[MBB->getNumber()].Offset;
831
832   // Sum instructions before MI in MBB.
833   for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB->begin(); ; ++I) {
834     assert(I != MBB->end() && "Didn't find MI in its own basic block?");
835     if (&*I == MI) return Offset;
836     Offset += TII->GetInstSizeInBytes(I);
837   }
838 }
839
840 /// CompareMBBNumbers - Little predicate function to sort the WaterList by MBB
841 /// ID.
842 static bool CompareMBBNumbers(const MachineBasicBlock *LHS,
843                               const MachineBasicBlock *RHS) {
844   return LHS->getNumber() < RHS->getNumber();
845 }
846
847 /// UpdateForInsertedWaterBlock - When a block is newly inserted into the
848 /// machine function, it upsets all of the block numbers.  Renumber the blocks
849 /// and update the arrays that parallel this numbering.
850 void ARMConstantIslands::UpdateForInsertedWaterBlock(MachineBasicBlock *NewBB) {
851   // Renumber the MBB's to keep them consecutive.
852   NewBB->getParent()->RenumberBlocks(NewBB);
853
854   // Insert an entry into BBInfo to align it properly with the (newly
855   // renumbered) block numbers.
856   BBInfo.insert(BBInfo.begin() + NewBB->getNumber(), BasicBlockInfo());
857
858   // Next, update WaterList.  Specifically, we need to add NewMBB as having
859   // available water after it.
860   water_iterator IP =
861     std::lower_bound(WaterList.begin(), WaterList.end(), NewBB,
862                      CompareMBBNumbers);
863   WaterList.insert(IP, NewBB);
864 }
865
866
867 /// Split the basic block containing MI into two blocks, which are joined by
868 /// an unconditional branch.  Update data structures and renumber blocks to
869 /// account for this change and returns the newly created block.
870 MachineBasicBlock *ARMConstantIslands::SplitBlockBeforeInstr(MachineInstr *MI) {
871   MachineBasicBlock *OrigBB = MI->getParent();
872
873   // Create a new MBB for the code after the OrigBB.
874   MachineBasicBlock *NewBB =
875     MF->CreateMachineBasicBlock(OrigBB->getBasicBlock());
876   MachineFunction::iterator MBBI = OrigBB; ++MBBI;
877   MF->insert(MBBI, NewBB);
878
879   // Splice the instructions starting with MI over to NewBB.
880   NewBB->splice(NewBB->end(), OrigBB, MI, OrigBB->end());
881
882   // Add an unconditional branch from OrigBB to NewBB.
883   // Note the new unconditional branch is not being recorded.
884   // There doesn't seem to be meaningful DebugInfo available; this doesn't
885   // correspond to anything in the source.
886   unsigned Opc = isThumb ? (isThumb2 ? ARM::t2B : ARM::tB) : ARM::B;
887   if (!isThumb)
888     BuildMI(OrigBB, DebugLoc(), TII->get(Opc)).addMBB(NewBB);
889   else
890     BuildMI(OrigBB, DebugLoc(), TII->get(Opc)).addMBB(NewBB)
891             .addImm(ARMCC::AL).addReg(0);
892   ++NumSplit;
893
894   // Update the CFG.  All succs of OrigBB are now succs of NewBB.
895   NewBB->transferSuccessors(OrigBB);
896
897   // OrigBB branches to NewBB.
898   OrigBB->addSuccessor(NewBB);
899
900   // Update internal data structures to account for the newly inserted MBB.
901   // This is almost the same as UpdateForInsertedWaterBlock, except that
902   // the Water goes after OrigBB, not NewBB.
903   MF->RenumberBlocks(NewBB);
904
905   // Insert an entry into BBInfo to align it properly with the (newly
906   // renumbered) block numbers.
907   BBInfo.insert(BBInfo.begin() + NewBB->getNumber(), BasicBlockInfo());
908
909   // Next, update WaterList.  Specifically, we need to add OrigMBB as having
910   // available water after it (but not if it's already there, which happens
911   // when splitting before a conditional branch that is followed by an
912   // unconditional branch - in that case we want to insert NewBB).
913   water_iterator IP =
914     std::lower_bound(WaterList.begin(), WaterList.end(), OrigBB,
915                      CompareMBBNumbers);
916   MachineBasicBlock* WaterBB = *IP;
917   if (WaterBB == OrigBB)
918     WaterList.insert(llvm::next(IP), NewBB);
919   else
920     WaterList.insert(IP, OrigBB);
921   NewWaterList.insert(OrigBB);
922
923   // Figure out how large the OrigBB is.  As the first half of the original
924   // block, it cannot contain a tablejump.  The size includes
925   // the new jump we added.  (It should be possible to do this without
926   // recounting everything, but it's very confusing, and this is rarely
927   // executed.)
928   ComputeBlockSize(OrigBB);
929
930   // Figure out how large the NewMBB is.  As the second half of the original
931   // block, it may contain a tablejump.
932   ComputeBlockSize(NewBB);
933
934   // All BBOffsets following these blocks must be modified.
935   AdjustBBOffsetsAfter(OrigBB);
936
937   return NewBB;
938 }
939
940 /// GetUserOffset - Compute the offset of U.MI as seen by the hardware
941 /// displacement computation.  Update U.KnownAlignment to match its current
942 /// basic block location.
943 unsigned ARMConstantIslands::GetUserOffset(CPUser &U) const {
944   unsigned UserOffset = GetOffsetOf(U.MI);
945   const BasicBlockInfo &BBI = BBInfo[U.MI->getParent()->getNumber()];
946   unsigned KnownBits = BBI.internalKnownBits();
947
948   // The value read from PC is offset from the actual instruction address.
949   UserOffset += (isThumb ? 4 : 8);
950
951   // Because of inline assembly, we may not know the alignment (mod 4) of U.MI.
952   // Make sure U.getMaxDisp() returns a constrained range.
953   U.KnownAlignment = (KnownBits >= 2);
954
955   // On Thumb, offsets==2 mod 4 are rounded down by the hardware for
956   // purposes of the displacement computation; compensate for that here.
957   // For unknown alignments, getMaxDisp() constrains the range instead.
958   if (isThumb && U.KnownAlignment)
959     UserOffset &= ~3u;
960
961   return UserOffset;
962 }
963
964 /// OffsetIsInRange - Checks whether UserOffset (the location of a constant pool
965 /// reference) is within MaxDisp of TrialOffset (a proposed location of a
966 /// constant pool entry).
967 /// UserOffset is computed by GetUserOffset above to include PC adjustments. If
968 /// the mod 4 alignment of UserOffset is not known, the uncertainty must be
969 /// subtracted from MaxDisp instead. CPUser::getMaxDisp() does that.
970 bool ARMConstantIslands::OffsetIsInRange(unsigned UserOffset,
971                                          unsigned TrialOffset, unsigned MaxDisp,
972                                          bool NegativeOK, bool IsSoImm) {
973   if (UserOffset <= TrialOffset) {
974     // User before the Trial.
975     if (TrialOffset - UserOffset <= MaxDisp)
976       return true;
977     // FIXME: Make use full range of soimm values.
978   } else if (NegativeOK) {
979     if (UserOffset - TrialOffset <= MaxDisp)
980       return true;
981     // FIXME: Make use full range of soimm values.
982   }
983   return false;
984 }
985
986 /// WaterIsInRange - Returns true if a CPE placed after the specified
987 /// Water (a basic block) will be in range for the specific MI.
988 ///
989 /// Compute how much the function will grow by inserting a CPE after Water.
990 bool ARMConstantIslands::WaterIsInRange(unsigned UserOffset,
991                                         MachineBasicBlock* Water, CPUser &U,
992                                         unsigned &Growth) {
993   unsigned CPELogAlign = getCPELogAlign(U.CPEMI);
994   unsigned CPEOffset = BBInfo[Water->getNumber()].postOffset(CPELogAlign);
995   unsigned NextBlockOffset, NextBlockAlignment;
996   MachineFunction::const_iterator NextBlock = Water;
997   if (++NextBlock == MF->end()) {
998     NextBlockOffset = BBInfo[Water->getNumber()].postOffset();
999     NextBlockAlignment = 0;
1000   } else {
1001     NextBlockOffset = BBInfo[NextBlock->getNumber()].Offset;
1002     NextBlockAlignment = NextBlock->getAlignment();
1003   }
1004   unsigned Size = U.CPEMI->getOperand(2).getImm();
1005   unsigned CPEEnd = CPEOffset + Size;
1006
1007   // The CPE may be able to hide in the alignment padding before the next
1008   // block. It may also cause more padding to be required if it is more aligned
1009   // that the next block.
1010   if (CPEEnd > NextBlockOffset) {
1011     Growth = CPEEnd - NextBlockOffset;
1012     // Compute the padding that would go at the end of the CPE to align the next
1013     // block.
1014     Growth += OffsetToAlignment(CPEEnd, 1u << NextBlockAlignment);
1015
1016     // If the CPE is to be inserted before the instruction, that will raise
1017     // the offset of the instruction.  Also account for unknown alignment padding
1018     // in blocks between CPE and the user.
1019     if (CPEOffset < UserOffset)
1020       UserOffset += Growth + UnknownPadding(MF->getAlignment(), CPELogAlign);
1021   } else
1022     // CPE fits in existing padding.
1023     Growth = 0;
1024
1025   return OffsetIsInRange(UserOffset, CPEOffset, U);
1026 }
1027
1028 /// CPEIsInRange - Returns true if the distance between specific MI and
1029 /// specific ConstPool entry instruction can fit in MI's displacement field.
1030 bool ARMConstantIslands::CPEIsInRange(MachineInstr *MI, unsigned UserOffset,
1031                                       MachineInstr *CPEMI, unsigned MaxDisp,
1032                                       bool NegOk, bool DoDump) {
1033   unsigned CPEOffset  = GetOffsetOf(CPEMI);
1034   assert(CPEOffset % 4 == 0 && "Misaligned CPE");
1035
1036   if (DoDump) {
1037     DEBUG({
1038       unsigned Block = MI->getParent()->getNumber();
1039       const BasicBlockInfo &BBI = BBInfo[Block];
1040       dbgs() << "User of CPE#" << CPEMI->getOperand(0).getImm()
1041              << " max delta=" << MaxDisp
1042              << format(" insn address=%#x", UserOffset)
1043              << " in BB#" << Block << ": "
1044              << format("%#x-%x\t", BBI.Offset, BBI.postOffset()) << *MI
1045              << format("CPE address=%#x offset=%+d: ", CPEOffset,
1046                        int(CPEOffset-UserOffset));
1047     });
1048   }
1049
1050   return OffsetIsInRange(UserOffset, CPEOffset, MaxDisp, NegOk);
1051 }
1052
1053 #ifndef NDEBUG
1054 /// BBIsJumpedOver - Return true of the specified basic block's only predecessor
1055 /// unconditionally branches to its only successor.
1056 static bool BBIsJumpedOver(MachineBasicBlock *MBB) {
1057   if (MBB->pred_size() != 1 || MBB->succ_size() != 1)
1058     return false;
1059
1060   MachineBasicBlock *Succ = *MBB->succ_begin();
1061   MachineBasicBlock *Pred = *MBB->pred_begin();
1062   MachineInstr *PredMI = &Pred->back();
1063   if (PredMI->getOpcode() == ARM::B || PredMI->getOpcode() == ARM::tB
1064       || PredMI->getOpcode() == ARM::t2B)
1065     return PredMI->getOperand(0).getMBB() == Succ;
1066   return false;
1067 }
1068 #endif // NDEBUG
1069
1070 void ARMConstantIslands::AdjustBBOffsetsAfter(MachineBasicBlock *BB) {
1071   unsigned BBNum = BB->getNumber();
1072   for(unsigned i = BBNum + 1, e = MF->getNumBlockIDs(); i < e; ++i) {
1073     // Get the offset and known bits at the end of the layout predecessor.
1074     // Include the alignment of the current block.
1075     unsigned LogAlign = MF->getBlockNumbered(i)->getAlignment();
1076     unsigned Offset = BBInfo[i - 1].postOffset(LogAlign);
1077     unsigned KnownBits = BBInfo[i - 1].postKnownBits(LogAlign);
1078
1079     // This is where block i begins.  Stop if the offset is already correct,
1080     // and we have updated 2 blocks.  This is the maximum number of blocks
1081     // changed before calling this function.
1082     if (i > BBNum + 2 &&
1083         BBInfo[i].Offset == Offset &&
1084         BBInfo[i].KnownBits == KnownBits)
1085       break;
1086
1087     BBInfo[i].Offset = Offset;
1088     BBInfo[i].KnownBits = KnownBits;
1089   }
1090 }
1091
1092 /// DecrementOldEntry - find the constant pool entry with index CPI
1093 /// and instruction CPEMI, and decrement its refcount.  If the refcount
1094 /// becomes 0 remove the entry and instruction.  Returns true if we removed
1095 /// the entry, false if we didn't.
1096
1097 bool ARMConstantIslands::DecrementOldEntry(unsigned CPI, MachineInstr *CPEMI) {
1098   // Find the old entry. Eliminate it if it is no longer used.
1099   CPEntry *CPE = findConstPoolEntry(CPI, CPEMI);
1100   assert(CPE && "Unexpected!");
1101   if (--CPE->RefCount == 0) {
1102     RemoveDeadCPEMI(CPEMI);
1103     CPE->CPEMI = NULL;
1104     --NumCPEs;
1105     return true;
1106   }
1107   return false;
1108 }
1109
1110 /// LookForCPEntryInRange - see if the currently referenced CPE is in range;
1111 /// if not, see if an in-range clone of the CPE is in range, and if so,
1112 /// change the data structures so the user references the clone.  Returns:
1113 /// 0 = no existing entry found
1114 /// 1 = entry found, and there were no code insertions or deletions
1115 /// 2 = entry found, and there were code insertions or deletions
1116 int ARMConstantIslands::LookForExistingCPEntry(CPUser& U, unsigned UserOffset)
1117 {
1118   MachineInstr *UserMI = U.MI;
1119   MachineInstr *CPEMI  = U.CPEMI;
1120
1121   // Check to see if the CPE is already in-range.
1122   if (CPEIsInRange(UserMI, UserOffset, CPEMI, U.getMaxDisp(), U.NegOk, true)) {
1123     DEBUG(dbgs() << "In range\n");
1124     return 1;
1125   }
1126
1127   // No.  Look for previously created clones of the CPE that are in range.
1128   unsigned CPI = CPEMI->getOperand(1).getIndex();
1129   std::vector<CPEntry> &CPEs = CPEntries[CPI];
1130   for (unsigned i = 0, e = CPEs.size(); i != e; ++i) {
1131     // We already tried this one
1132     if (CPEs[i].CPEMI == CPEMI)
1133       continue;
1134     // Removing CPEs can leave empty entries, skip
1135     if (CPEs[i].CPEMI == NULL)
1136       continue;
1137     if (CPEIsInRange(UserMI, UserOffset, CPEs[i].CPEMI, U.getMaxDisp(),
1138                      U.NegOk)) {
1139       DEBUG(dbgs() << "Replacing CPE#" << CPI << " with CPE#"
1140                    << CPEs[i].CPI << "\n");
1141       // Point the CPUser node to the replacement
1142       U.CPEMI = CPEs[i].CPEMI;
1143       // Change the CPI in the instruction operand to refer to the clone.
1144       for (unsigned j = 0, e = UserMI->getNumOperands(); j != e; ++j)
1145         if (UserMI->getOperand(j).isCPI()) {
1146           UserMI->getOperand(j).setIndex(CPEs[i].CPI);
1147           break;
1148         }
1149       // Adjust the refcount of the clone...
1150       CPEs[i].RefCount++;
1151       // ...and the original.  If we didn't remove the old entry, none of the
1152       // addresses changed, so we don't need another pass.
1153       return DecrementOldEntry(CPI, CPEMI) ? 2 : 1;
1154     }
1155   }
1156   return 0;
1157 }
1158
1159 /// getUnconditionalBrDisp - Returns the maximum displacement that can fit in
1160 /// the specific unconditional branch instruction.
1161 static inline unsigned getUnconditionalBrDisp(int Opc) {
1162   switch (Opc) {
1163   case ARM::tB:
1164     return ((1<<10)-1)*2;
1165   case ARM::t2B:
1166     return ((1<<23)-1)*2;
1167   default:
1168     break;
1169   }
1170
1171   return ((1<<23)-1)*4;
1172 }
1173
1174 /// LookForWater - Look for an existing entry in the WaterList in which
1175 /// we can place the CPE referenced from U so it's within range of U's MI.
1176 /// Returns true if found, false if not.  If it returns true, WaterIter
1177 /// is set to the WaterList entry.  For Thumb, prefer water that will not
1178 /// introduce padding to water that will.  To ensure that this pass
1179 /// terminates, the CPE location for a particular CPUser is only allowed to
1180 /// move to a lower address, so search backward from the end of the list and
1181 /// prefer the first water that is in range.
1182 bool ARMConstantIslands::LookForWater(CPUser &U, unsigned UserOffset,
1183                                       water_iterator &WaterIter) {
1184   if (WaterList.empty())
1185     return false;
1186
1187   unsigned BestGrowth = ~0u;
1188   for (water_iterator IP = prior(WaterList.end()), B = WaterList.begin();;
1189        --IP) {
1190     MachineBasicBlock* WaterBB = *IP;
1191     // Check if water is in range and is either at a lower address than the
1192     // current "high water mark" or a new water block that was created since
1193     // the previous iteration by inserting an unconditional branch.  In the
1194     // latter case, we want to allow resetting the high water mark back to
1195     // this new water since we haven't seen it before.  Inserting branches
1196     // should be relatively uncommon and when it does happen, we want to be
1197     // sure to take advantage of it for all the CPEs near that block, so that
1198     // we don't insert more branches than necessary.
1199     unsigned Growth;
1200     if (WaterIsInRange(UserOffset, WaterBB, U, Growth) &&
1201         (WaterBB->getNumber() < U.HighWaterMark->getNumber() ||
1202          NewWaterList.count(WaterBB)) && Growth < BestGrowth) {
1203       // This is the least amount of required padding seen so far.
1204       BestGrowth = Growth;
1205       WaterIter = IP;
1206       DEBUG(dbgs() << "Found water after BB#" << WaterBB->getNumber()
1207                    << " Growth=" << Growth << '\n');
1208
1209       // Keep looking unless it is perfect.
1210       if (BestGrowth == 0)
1211         return true;
1212     }
1213     if (IP == B)
1214       break;
1215   }
1216   return BestGrowth != ~0u;
1217 }
1218
1219 /// CreateNewWater - No existing WaterList entry will work for
1220 /// CPUsers[CPUserIndex], so create a place to put the CPE.  The end of the
1221 /// block is used if in range, and the conditional branch munged so control
1222 /// flow is correct.  Otherwise the block is split to create a hole with an
1223 /// unconditional branch around it.  In either case NewMBB is set to a
1224 /// block following which the new island can be inserted (the WaterList
1225 /// is not adjusted).
1226 void ARMConstantIslands::CreateNewWater(unsigned CPUserIndex,
1227                                         unsigned UserOffset,
1228                                         MachineBasicBlock *&NewMBB) {
1229   CPUser &U = CPUsers[CPUserIndex];
1230   MachineInstr *UserMI = U.MI;
1231   MachineInstr *CPEMI  = U.CPEMI;
1232   unsigned CPELogAlign = getCPELogAlign(CPEMI);
1233   MachineBasicBlock *UserMBB = UserMI->getParent();
1234   const BasicBlockInfo &UserBBI = BBInfo[UserMBB->getNumber()];
1235
1236   // If the block does not end in an unconditional branch already, and if the
1237   // end of the block is within range, make new water there.  (The addition
1238   // below is for the unconditional branch we will be adding: 4 bytes on ARM +
1239   // Thumb2, 2 on Thumb1.
1240   if (BBHasFallthrough(UserMBB)) {
1241     // Size of branch to insert.
1242     unsigned Delta = isThumb1 ? 2 : 4;
1243     // End of UserBlock after adding a branch.
1244     unsigned UserBlockEnd = UserBBI.postOffset() + Delta;
1245     // Compute the offset where the CPE will begin.
1246     unsigned CPEOffset = WorstCaseAlign(UserBlockEnd, CPELogAlign,
1247                                         UserBBI.postKnownBits());
1248
1249     if (OffsetIsInRange(UserOffset, CPEOffset, U)) {
1250       DEBUG(dbgs() << "Split at end of BB#" << UserMBB->getNumber()
1251             << format(", expected CPE offset %#x\n", CPEOffset));
1252       NewMBB = llvm::next(MachineFunction::iterator(UserMBB));
1253       // Add an unconditional branch from UserMBB to fallthrough block.  Record
1254       // it for branch lengthening; this new branch will not get out of range,
1255       // but if the preceding conditional branch is out of range, the targets
1256       // will be exchanged, and the altered branch may be out of range, so the
1257       // machinery has to know about it.
1258       int UncondBr = isThumb ? ((isThumb2) ? ARM::t2B : ARM::tB) : ARM::B;
1259       if (!isThumb)
1260         BuildMI(UserMBB, DebugLoc(), TII->get(UncondBr)).addMBB(NewMBB);
1261       else
1262         BuildMI(UserMBB, DebugLoc(), TII->get(UncondBr)).addMBB(NewMBB)
1263           .addImm(ARMCC::AL).addReg(0);
1264       unsigned MaxDisp = getUnconditionalBrDisp(UncondBr);
1265       ImmBranches.push_back(ImmBranch(&UserMBB->back(),
1266                                       MaxDisp, false, UncondBr));
1267       BBInfo[UserMBB->getNumber()].Size += Delta;
1268       AdjustBBOffsetsAfter(UserMBB);
1269       return;
1270     }
1271   }
1272
1273   // What a big block.  Find a place within the block to split it.  This is a
1274   // little tricky on Thumb1 since instructions are 2 bytes and constant pool
1275   // entries are 4 bytes: if instruction I references island CPE, and
1276   // instruction I+1 references CPE', it will not work well to put CPE as far
1277   // forward as possible, since then CPE' cannot immediately follow it (that
1278   // location is 2 bytes farther away from I+1 than CPE was from I) and we'd
1279   // need to create a new island.  So, we make a first guess, then walk through
1280   // the instructions between the one currently being looked at and the
1281   // possible insertion point, and make sure any other instructions that
1282   // reference CPEs will be able to use the same island area; if not, we back
1283   // up the insertion point.
1284
1285   // Try to split the block so it's fully aligned.  Compute the latest split
1286   // point where we can add a 4-byte branch instruction, and then
1287   // WorstCaseAlign to LogAlign.
1288   unsigned LogAlign = MF->getAlignment();
1289   assert(LogAlign >= CPELogAlign && "Over-aligned constant pool entry");
1290   unsigned KnownBits = UserBBI.internalKnownBits();
1291   unsigned UPad = UnknownPadding(LogAlign, KnownBits);
1292   unsigned BaseInsertOffset = UserOffset + U.getMaxDisp();
1293   DEBUG(dbgs() << format("Split in middle of big block before %#x",
1294                          BaseInsertOffset));
1295
1296   // Account for alignment and unknown padding.
1297   BaseInsertOffset &= ~((1u << LogAlign) - 1);
1298   BaseInsertOffset -= UPad;
1299
1300   // The 4 in the following is for the unconditional branch we'll be inserting
1301   // (allows for long branch on Thumb1).  Alignment of the island is handled
1302   // inside OffsetIsInRange.
1303   BaseInsertOffset -= 4;
1304
1305   DEBUG(dbgs() << format(", adjusted to %#x", BaseInsertOffset)
1306                << " la=" << LogAlign
1307                << " kb=" << KnownBits
1308                << " up=" << UPad << '\n');
1309
1310   // This could point off the end of the block if we've already got constant
1311   // pool entries following this block; only the last one is in the water list.
1312   // Back past any possible branches (allow for a conditional and a maximally
1313   // long unconditional).
1314   if (BaseInsertOffset >= BBInfo[UserMBB->getNumber()+1].Offset)
1315     BaseInsertOffset = BBInfo[UserMBB->getNumber()+1].Offset -
1316       (isThumb1 ? 6 : 8);
1317   unsigned EndInsertOffset =
1318     WorstCaseAlign(BaseInsertOffset + 4, LogAlign, KnownBits) +
1319     CPEMI->getOperand(2).getImm();
1320   MachineBasicBlock::iterator MI = UserMI;
1321   ++MI;
1322   unsigned CPUIndex = CPUserIndex+1;
1323   unsigned NumCPUsers = CPUsers.size();
1324   MachineInstr *LastIT = 0;
1325   for (unsigned Offset = UserOffset+TII->GetInstSizeInBytes(UserMI);
1326        Offset < BaseInsertOffset;
1327        Offset += TII->GetInstSizeInBytes(MI),
1328        MI = llvm::next(MI)) {
1329     if (CPUIndex < NumCPUsers && CPUsers[CPUIndex].MI == MI) {
1330       CPUser &U = CPUsers[CPUIndex];
1331       if (!OffsetIsInRange(Offset, EndInsertOffset, U)) {
1332         // Shift intertion point by one unit of alignment so it is within reach.
1333         BaseInsertOffset -= 1u << LogAlign;
1334         EndInsertOffset  -= 1u << LogAlign;
1335       }
1336       // This is overly conservative, as we don't account for CPEMIs being
1337       // reused within the block, but it doesn't matter much.  Also assume CPEs
1338       // are added in order with alignment padding.  We may eventually be able
1339       // to pack the aligned CPEs better.
1340       EndInsertOffset = RoundUpToAlignment(EndInsertOffset,
1341                                            1u << getCPELogAlign(U.CPEMI)) +
1342         U.CPEMI->getOperand(2).getImm();
1343       CPUIndex++;
1344     }
1345
1346     // Remember the last IT instruction.
1347     if (MI->getOpcode() == ARM::t2IT)
1348       LastIT = MI;
1349   }
1350
1351   --MI;
1352
1353   // Avoid splitting an IT block.
1354   if (LastIT) {
1355     unsigned PredReg = 0;
1356     ARMCC::CondCodes CC = llvm::getITInstrPredicate(MI, PredReg);
1357     if (CC != ARMCC::AL)
1358       MI = LastIT;
1359   }
1360   NewMBB = SplitBlockBeforeInstr(MI);
1361 }
1362
1363 /// HandleConstantPoolUser - Analyze the specified user, checking to see if it
1364 /// is out-of-range.  If so, pick up the constant pool value and move it some
1365 /// place in-range.  Return true if we changed any addresses (thus must run
1366 /// another pass of branch lengthening), false otherwise.
1367 bool ARMConstantIslands::HandleConstantPoolUser(unsigned CPUserIndex) {
1368   CPUser &U = CPUsers[CPUserIndex];
1369   MachineInstr *UserMI = U.MI;
1370   MachineInstr *CPEMI  = U.CPEMI;
1371   unsigned CPI = CPEMI->getOperand(1).getIndex();
1372   unsigned Size = CPEMI->getOperand(2).getImm();
1373   // Compute this only once, it's expensive.
1374   unsigned UserOffset = GetUserOffset(U);
1375
1376   // See if the current entry is within range, or there is a clone of it
1377   // in range.
1378   int result = LookForExistingCPEntry(U, UserOffset);
1379   if (result==1) return false;
1380   else if (result==2) return true;
1381
1382   // No existing clone of this CPE is within range.
1383   // We will be generating a new clone.  Get a UID for it.
1384   unsigned ID = AFI->createPICLabelUId();
1385
1386   // Look for water where we can place this CPE.
1387   MachineBasicBlock *NewIsland = MF->CreateMachineBasicBlock();
1388   MachineBasicBlock *NewMBB;
1389   water_iterator IP;
1390   if (LookForWater(U, UserOffset, IP)) {
1391     DEBUG(dbgs() << "Found water in range\n");
1392     MachineBasicBlock *WaterBB = *IP;
1393
1394     // If the original WaterList entry was "new water" on this iteration,
1395     // propagate that to the new island.  This is just keeping NewWaterList
1396     // updated to match the WaterList, which will be updated below.
1397     if (NewWaterList.count(WaterBB)) {
1398       NewWaterList.erase(WaterBB);
1399       NewWaterList.insert(NewIsland);
1400     }
1401     // The new CPE goes before the following block (NewMBB).
1402     NewMBB = llvm::next(MachineFunction::iterator(WaterBB));
1403
1404   } else {
1405     // No water found.
1406     DEBUG(dbgs() << "No water found\n");
1407     CreateNewWater(CPUserIndex, UserOffset, NewMBB);
1408
1409     // SplitBlockBeforeInstr adds to WaterList, which is important when it is
1410     // called while handling branches so that the water will be seen on the
1411     // next iteration for constant pools, but in this context, we don't want
1412     // it.  Check for this so it will be removed from the WaterList.
1413     // Also remove any entry from NewWaterList.
1414     MachineBasicBlock *WaterBB = prior(MachineFunction::iterator(NewMBB));
1415     IP = std::find(WaterList.begin(), WaterList.end(), WaterBB);
1416     if (IP != WaterList.end())
1417       NewWaterList.erase(WaterBB);
1418
1419     // We are adding new water.  Update NewWaterList.
1420     NewWaterList.insert(NewIsland);
1421   }
1422
1423   // Remove the original WaterList entry; we want subsequent insertions in
1424   // this vicinity to go after the one we're about to insert.  This
1425   // considerably reduces the number of times we have to move the same CPE
1426   // more than once and is also important to ensure the algorithm terminates.
1427   if (IP != WaterList.end())
1428     WaterList.erase(IP);
1429
1430   // Okay, we know we can put an island before NewMBB now, do it!
1431   MF->insert(NewMBB, NewIsland);
1432
1433   // Update internal data structures to account for the newly inserted MBB.
1434   UpdateForInsertedWaterBlock(NewIsland);
1435
1436   // Decrement the old entry, and remove it if refcount becomes 0.
1437   DecrementOldEntry(CPI, CPEMI);
1438
1439   // Now that we have an island to add the CPE to, clone the original CPE and
1440   // add it to the island.
1441   U.HighWaterMark = NewIsland;
1442   U.CPEMI = BuildMI(NewIsland, DebugLoc(), TII->get(ARM::CONSTPOOL_ENTRY))
1443                 .addImm(ID).addConstantPoolIndex(CPI).addImm(Size);
1444   CPEntries[CPI].push_back(CPEntry(U.CPEMI, ID, 1));
1445   ++NumCPEs;
1446
1447   // Mark the basic block as aligned as required by the const-pool entry.
1448   NewIsland->setAlignment(getCPELogAlign(U.CPEMI));
1449
1450   // Increase the size of the island block to account for the new entry.
1451   BBInfo[NewIsland->getNumber()].Size += Size;
1452   AdjustBBOffsetsAfter(llvm::prior(MachineFunction::iterator(NewIsland)));
1453
1454   // Finally, change the CPI in the instruction operand to be ID.
1455   for (unsigned i = 0, e = UserMI->getNumOperands(); i != e; ++i)
1456     if (UserMI->getOperand(i).isCPI()) {
1457       UserMI->getOperand(i).setIndex(ID);
1458       break;
1459     }
1460
1461   DEBUG(dbgs() << "  Moved CPE to #" << ID << " CPI=" << CPI
1462         << format(" offset=%#x\n", BBInfo[NewIsland->getNumber()].Offset));
1463
1464   return true;
1465 }
1466
1467 /// RemoveDeadCPEMI - Remove a dead constant pool entry instruction. Update
1468 /// sizes and offsets of impacted basic blocks.
1469 void ARMConstantIslands::RemoveDeadCPEMI(MachineInstr *CPEMI) {
1470   MachineBasicBlock *CPEBB = CPEMI->getParent();
1471   unsigned Size = CPEMI->getOperand(2).getImm();
1472   CPEMI->eraseFromParent();
1473   BBInfo[CPEBB->getNumber()].Size -= Size;
1474   // All succeeding offsets have the current size value added in, fix this.
1475   if (CPEBB->empty()) {
1476     BBInfo[CPEBB->getNumber()].Size = 0;
1477
1478     // This block no longer needs to be aligned. <rdar://problem/10534709>.
1479     CPEBB->setAlignment(0);
1480   } else
1481     // Entries are sorted by descending alignment, so realign from the front.
1482     CPEBB->setAlignment(getCPELogAlign(CPEBB->begin()));
1483
1484   AdjustBBOffsetsAfter(CPEBB);
1485   // An island has only one predecessor BB and one successor BB. Check if
1486   // this BB's predecessor jumps directly to this BB's successor. This
1487   // shouldn't happen currently.
1488   assert(!BBIsJumpedOver(CPEBB) && "How did this happen?");
1489   // FIXME: remove the empty blocks after all the work is done?
1490 }
1491
1492 /// RemoveUnusedCPEntries - Remove constant pool entries whose refcounts
1493 /// are zero.
1494 bool ARMConstantIslands::RemoveUnusedCPEntries() {
1495   unsigned MadeChange = false;
1496   for (unsigned i = 0, e = CPEntries.size(); i != e; ++i) {
1497       std::vector<CPEntry> &CPEs = CPEntries[i];
1498       for (unsigned j = 0, ee = CPEs.size(); j != ee; ++j) {
1499         if (CPEs[j].RefCount == 0 && CPEs[j].CPEMI) {
1500           RemoveDeadCPEMI(CPEs[j].CPEMI);
1501           CPEs[j].CPEMI = NULL;
1502           MadeChange = true;
1503         }
1504       }
1505   }
1506   return MadeChange;
1507 }
1508
1509 /// BBIsInRange - Returns true if the distance between specific MI and
1510 /// specific BB can fit in MI's displacement field.
1511 bool ARMConstantIslands::BBIsInRange(MachineInstr *MI,MachineBasicBlock *DestBB,
1512                                      unsigned MaxDisp) {
1513   unsigned PCAdj      = isThumb ? 4 : 8;
1514   unsigned BrOffset   = GetOffsetOf(MI) + PCAdj;
1515   unsigned DestOffset = BBInfo[DestBB->getNumber()].Offset;
1516
1517   DEBUG(dbgs() << "Branch of destination BB#" << DestBB->getNumber()
1518                << " from BB#" << MI->getParent()->getNumber()
1519                << " max delta=" << MaxDisp
1520                << " from " << GetOffsetOf(MI) << " to " << DestOffset
1521                << " offset " << int(DestOffset-BrOffset) << "\t" << *MI);
1522
1523   if (BrOffset <= DestOffset) {
1524     // Branch before the Dest.
1525     if (DestOffset-BrOffset <= MaxDisp)
1526       return true;
1527   } else {
1528     if (BrOffset-DestOffset <= MaxDisp)
1529       return true;
1530   }
1531   return false;
1532 }
1533
1534 /// FixUpImmediateBr - Fix up an immediate branch whose destination is too far
1535 /// away to fit in its displacement field.
1536 bool ARMConstantIslands::FixUpImmediateBr(ImmBranch &Br) {
1537   MachineInstr *MI = Br.MI;
1538   MachineBasicBlock *DestBB = MI->getOperand(0).getMBB();
1539
1540   // Check to see if the DestBB is already in-range.
1541   if (BBIsInRange(MI, DestBB, Br.MaxDisp))
1542     return false;
1543
1544   if (!Br.isCond)
1545     return FixUpUnconditionalBr(Br);
1546   return FixUpConditionalBr(Br);
1547 }
1548
1549 /// FixUpUnconditionalBr - Fix up an unconditional branch whose destination is
1550 /// too far away to fit in its displacement field. If the LR register has been
1551 /// spilled in the epilogue, then we can use BL to implement a far jump.
1552 /// Otherwise, add an intermediate branch instruction to a branch.
1553 bool
1554 ARMConstantIslands::FixUpUnconditionalBr(ImmBranch &Br) {
1555   MachineInstr *MI = Br.MI;
1556   MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
1557   if (!isThumb1)
1558     llvm_unreachable("FixUpUnconditionalBr is Thumb1 only!");
1559
1560   // Use BL to implement far jump.
1561   Br.MaxDisp = (1 << 21) * 2;
1562   MI->setDesc(TII->get(ARM::tBfar));
1563   BBInfo[MBB->getNumber()].Size += 2;
1564   AdjustBBOffsetsAfter(MBB);
1565   HasFarJump = true;
1566   ++NumUBrFixed;
1567
1568   DEBUG(dbgs() << "  Changed B to long jump " << *MI);
1569
1570   return true;
1571 }
1572
1573 /// FixUpConditionalBr - Fix up a conditional branch whose destination is too
1574 /// far away to fit in its displacement field. It is converted to an inverse
1575 /// conditional branch + an unconditional branch to the destination.
1576 bool
1577 ARMConstantIslands::FixUpConditionalBr(ImmBranch &Br) {
1578   MachineInstr *MI = Br.MI;
1579   MachineBasicBlock *DestBB = MI->getOperand(0).getMBB();
1580
1581   // Add an unconditional branch to the destination and invert the branch
1582   // condition to jump over it:
1583   // blt L1
1584   // =>
1585   // bge L2
1586   // b   L1
1587   // L2:
1588   ARMCC::CondCodes CC = (ARMCC::CondCodes)MI->getOperand(1).getImm();
1589   CC = ARMCC::getOppositeCondition(CC);
1590   unsigned CCReg = MI->getOperand(2).getReg();
1591
1592   // If the branch is at the end of its MBB and that has a fall-through block,
1593   // direct the updated conditional branch to the fall-through block. Otherwise,
1594   // split the MBB before the next instruction.
1595   MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
1596   MachineInstr *BMI = &MBB->back();
1597   bool NeedSplit = (BMI != MI) || !BBHasFallthrough(MBB);
1598
1599   ++NumCBrFixed;
1600   if (BMI != MI) {
1601     if (llvm::next(MachineBasicBlock::iterator(MI)) == prior(MBB->end()) &&
1602         BMI->getOpcode() == Br.UncondBr) {
1603       // Last MI in the BB is an unconditional branch. Can we simply invert the
1604       // condition and swap destinations:
1605       // beq L1
1606       // b   L2
1607       // =>
1608       // bne L2
1609       // b   L1
1610       MachineBasicBlock *NewDest = BMI->getOperand(0).getMBB();
1611       if (BBIsInRange(MI, NewDest, Br.MaxDisp)) {
1612         DEBUG(dbgs() << "  Invert Bcc condition and swap its destination with "
1613                      << *BMI);
1614         BMI->getOperand(0).setMBB(DestBB);
1615         MI->getOperand(0).setMBB(NewDest);
1616         MI->getOperand(1).setImm(CC);
1617         return true;
1618       }
1619     }
1620   }
1621
1622   if (NeedSplit) {
1623     SplitBlockBeforeInstr(MI);
1624     // No need for the branch to the next block. We're adding an unconditional
1625     // branch to the destination.
1626     int delta = TII->GetInstSizeInBytes(&MBB->back());
1627     BBInfo[MBB->getNumber()].Size -= delta;
1628     MBB->back().eraseFromParent();
1629     // BBInfo[SplitBB].Offset is wrong temporarily, fixed below
1630   }
1631   MachineBasicBlock *NextBB = llvm::next(MachineFunction::iterator(MBB));
1632
1633   DEBUG(dbgs() << "  Insert B to BB#" << DestBB->getNumber()
1634                << " also invert condition and change dest. to BB#"
1635                << NextBB->getNumber() << "\n");
1636
1637   // Insert a new conditional branch and a new unconditional branch.
1638   // Also update the ImmBranch as well as adding a new entry for the new branch.
1639   BuildMI(MBB, DebugLoc(), TII->get(MI->getOpcode()))
1640     .addMBB(NextBB).addImm(CC).addReg(CCReg);
1641   Br.MI = &MBB->back();
1642   BBInfo[MBB->getNumber()].Size += TII->GetInstSizeInBytes(&MBB->back());
1643   if (isThumb)
1644     BuildMI(MBB, DebugLoc(), TII->get(Br.UncondBr)).addMBB(DestBB)
1645             .addImm(ARMCC::AL).addReg(0);
1646   else
1647     BuildMI(MBB, DebugLoc(), TII->get(Br.UncondBr)).addMBB(DestBB);
1648   BBInfo[MBB->getNumber()].Size += TII->GetInstSizeInBytes(&MBB->back());
1649   unsigned MaxDisp = getUnconditionalBrDisp(Br.UncondBr);
1650   ImmBranches.push_back(ImmBranch(&MBB->back(), MaxDisp, false, Br.UncondBr));
1651
1652   // Remove the old conditional branch.  It may or may not still be in MBB.
1653   BBInfo[MI->getParent()->getNumber()].Size -= TII->GetInstSizeInBytes(MI);
1654   MI->eraseFromParent();
1655   AdjustBBOffsetsAfter(MBB);
1656   return true;
1657 }
1658
1659 /// UndoLRSpillRestore - Remove Thumb push / pop instructions that only spills
1660 /// LR / restores LR to pc. FIXME: This is done here because it's only possible
1661 /// to do this if tBfar is not used.
1662 bool ARMConstantIslands::UndoLRSpillRestore() {
1663   bool MadeChange = false;
1664   for (unsigned i = 0, e = PushPopMIs.size(); i != e; ++i) {
1665     MachineInstr *MI = PushPopMIs[i];
1666     // First two operands are predicates.
1667     if (MI->getOpcode() == ARM::tPOP_RET &&
1668         MI->getOperand(2).getReg() == ARM::PC &&
1669         MI->getNumExplicitOperands() == 3) {
1670       // Create the new insn and copy the predicate from the old.
1671       BuildMI(MI->getParent(), MI->getDebugLoc(), TII->get(ARM::tBX_RET))
1672         .addOperand(MI->getOperand(0))
1673         .addOperand(MI->getOperand(1));
1674       MI->eraseFromParent();
1675       MadeChange = true;
1676     }
1677   }
1678   return MadeChange;
1679 }
1680
1681 // mayOptimizeThumb2Instruction - Returns true if OptimizeThumb2Instructions
1682 // below may shrink MI.
1683 bool
1684 ARMConstantIslands::mayOptimizeThumb2Instruction(const MachineInstr *MI) const {
1685   switch(MI->getOpcode()) {
1686     // OptimizeThumb2Instructions.
1687     case ARM::t2LEApcrel:
1688     case ARM::t2LDRpci:
1689     // OptimizeThumb2Branches.
1690     case ARM::t2B:
1691     case ARM::t2Bcc:
1692     case ARM::tBcc:
1693     // OptimizeThumb2JumpTables.
1694     case ARM::t2BR_JT:
1695       return true;
1696   }
1697   return false;
1698 }
1699
1700 bool ARMConstantIslands::OptimizeThumb2Instructions() {
1701   bool MadeChange = false;
1702
1703   // Shrink ADR and LDR from constantpool.
1704   for (unsigned i = 0, e = CPUsers.size(); i != e; ++i) {
1705     CPUser &U = CPUsers[i];
1706     unsigned Opcode = U.MI->getOpcode();
1707     unsigned NewOpc = 0;
1708     unsigned Scale = 1;
1709     unsigned Bits = 0;
1710     switch (Opcode) {
1711     default: break;
1712     case ARM::t2LEApcrel:
1713       if (isARMLowRegister(U.MI->getOperand(0).getReg())) {
1714         NewOpc = ARM::tLEApcrel;
1715         Bits = 8;
1716         Scale = 4;
1717       }
1718       break;
1719     case ARM::t2LDRpci:
1720       if (isARMLowRegister(U.MI->getOperand(0).getReg())) {
1721         NewOpc = ARM::tLDRpci;
1722         Bits = 8;
1723         Scale = 4;
1724       }
1725       break;
1726     }
1727
1728     if (!NewOpc)
1729       continue;
1730
1731     unsigned UserOffset = GetUserOffset(U);
1732     unsigned MaxOffs = ((1 << Bits) - 1) * Scale;
1733
1734     // Be conservative with inline asm.
1735     if (!U.KnownAlignment)
1736       MaxOffs -= 2;
1737
1738     // FIXME: Check if offset is multiple of scale if scale is not 4.
1739     if (CPEIsInRange(U.MI, UserOffset, U.CPEMI, MaxOffs, false, true)) {
1740       U.MI->setDesc(TII->get(NewOpc));
1741       MachineBasicBlock *MBB = U.MI->getParent();
1742       BBInfo[MBB->getNumber()].Size -= 2;
1743       AdjustBBOffsetsAfter(MBB);
1744       ++NumT2CPShrunk;
1745       MadeChange = true;
1746     }
1747   }
1748
1749   MadeChange |= OptimizeThumb2Branches();
1750   MadeChange |= OptimizeThumb2JumpTables();
1751   return MadeChange;
1752 }
1753
1754 bool ARMConstantIslands::OptimizeThumb2Branches() {
1755   bool MadeChange = false;
1756
1757   for (unsigned i = 0, e = ImmBranches.size(); i != e; ++i) {
1758     ImmBranch &Br = ImmBranches[i];
1759     unsigned Opcode = Br.MI->getOpcode();
1760     unsigned NewOpc = 0;
1761     unsigned Scale = 1;
1762     unsigned Bits = 0;
1763     switch (Opcode) {
1764     default: break;
1765     case ARM::t2B:
1766       NewOpc = ARM::tB;
1767       Bits = 11;
1768       Scale = 2;
1769       break;
1770     case ARM::t2Bcc: {
1771       NewOpc = ARM::tBcc;
1772       Bits = 8;
1773       Scale = 2;
1774       break;
1775     }
1776     }
1777     if (NewOpc) {
1778       unsigned MaxOffs = ((1 << (Bits-1))-1) * Scale;
1779       MachineBasicBlock *DestBB = Br.MI->getOperand(0).getMBB();
1780       if (BBIsInRange(Br.MI, DestBB, MaxOffs)) {
1781         Br.MI->setDesc(TII->get(NewOpc));
1782         MachineBasicBlock *MBB = Br.MI->getParent();
1783         BBInfo[MBB->getNumber()].Size -= 2;
1784         AdjustBBOffsetsAfter(MBB);
1785         ++NumT2BrShrunk;
1786         MadeChange = true;
1787       }
1788     }
1789
1790     Opcode = Br.MI->getOpcode();
1791     if (Opcode != ARM::tBcc)
1792       continue;
1793
1794     NewOpc = 0;
1795     unsigned PredReg = 0;
1796     ARMCC::CondCodes Pred = llvm::getInstrPredicate(Br.MI, PredReg);
1797     if (Pred == ARMCC::EQ)
1798       NewOpc = ARM::tCBZ;
1799     else if (Pred == ARMCC::NE)
1800       NewOpc = ARM::tCBNZ;
1801     if (!NewOpc)
1802       continue;
1803     MachineBasicBlock *DestBB = Br.MI->getOperand(0).getMBB();
1804     // Check if the distance is within 126. Subtract starting offset by 2
1805     // because the cmp will be eliminated.
1806     unsigned BrOffset = GetOffsetOf(Br.MI) + 4 - 2;
1807     unsigned DestOffset = BBInfo[DestBB->getNumber()].Offset;
1808     if (BrOffset < DestOffset && (DestOffset - BrOffset) <= 126) {
1809       MachineBasicBlock::iterator CmpMI = Br.MI;
1810       if (CmpMI != Br.MI->getParent()->begin()) {
1811         --CmpMI;
1812         if (CmpMI->getOpcode() == ARM::tCMPi8) {
1813           unsigned Reg = CmpMI->getOperand(0).getReg();
1814           Pred = llvm::getInstrPredicate(CmpMI, PredReg);
1815           if (Pred == ARMCC::AL &&
1816               CmpMI->getOperand(1).getImm() == 0 &&
1817               isARMLowRegister(Reg)) {
1818             MachineBasicBlock *MBB = Br.MI->getParent();
1819             MachineInstr *NewBR =
1820               BuildMI(*MBB, CmpMI, Br.MI->getDebugLoc(), TII->get(NewOpc))
1821               .addReg(Reg).addMBB(DestBB,Br.MI->getOperand(0).getTargetFlags());
1822             CmpMI->eraseFromParent();
1823             Br.MI->eraseFromParent();
1824             Br.MI = NewBR;
1825             BBInfo[MBB->getNumber()].Size -= 2;
1826             AdjustBBOffsetsAfter(MBB);
1827             ++NumCBZ;
1828             MadeChange = true;
1829           }
1830         }
1831       }
1832     }
1833   }
1834
1835   return MadeChange;
1836 }
1837
1838 /// OptimizeThumb2JumpTables - Use tbb / tbh instructions to generate smaller
1839 /// jumptables when it's possible.
1840 bool ARMConstantIslands::OptimizeThumb2JumpTables() {
1841   bool MadeChange = false;
1842
1843   // FIXME: After the tables are shrunk, can we get rid some of the
1844   // constantpool tables?
1845   MachineJumpTableInfo *MJTI = MF->getJumpTableInfo();
1846   if (MJTI == 0) return false;
1847
1848   const std::vector<MachineJumpTableEntry> &JT = MJTI->getJumpTables();
1849   for (unsigned i = 0, e = T2JumpTables.size(); i != e; ++i) {
1850     MachineInstr *MI = T2JumpTables[i];
1851     const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
1852     unsigned NumOps = MCID.getNumOperands();
1853     unsigned JTOpIdx = NumOps - (MI->isPredicable() ? 3 : 2);
1854     MachineOperand JTOP = MI->getOperand(JTOpIdx);
1855     unsigned JTI = JTOP.getIndex();
1856     assert(JTI < JT.size());
1857
1858     bool ByteOk = true;
1859     bool HalfWordOk = true;
1860     unsigned JTOffset = GetOffsetOf(MI) + 4;
1861     const std::vector<MachineBasicBlock*> &JTBBs = JT[JTI].MBBs;
1862     for (unsigned j = 0, ee = JTBBs.size(); j != ee; ++j) {
1863       MachineBasicBlock *MBB = JTBBs[j];
1864       unsigned DstOffset = BBInfo[MBB->getNumber()].Offset;
1865       // Negative offset is not ok. FIXME: We should change BB layout to make
1866       // sure all the branches are forward.
1867       if (ByteOk && (DstOffset - JTOffset) > ((1<<8)-1)*2)
1868         ByteOk = false;
1869       unsigned TBHLimit = ((1<<16)-1)*2;
1870       if (HalfWordOk && (DstOffset - JTOffset) > TBHLimit)
1871         HalfWordOk = false;
1872       if (!ByteOk && !HalfWordOk)
1873         break;
1874     }
1875
1876     if (ByteOk || HalfWordOk) {
1877       MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
1878       unsigned BaseReg = MI->getOperand(0).getReg();
1879       bool BaseRegKill = MI->getOperand(0).isKill();
1880       if (!BaseRegKill)
1881         continue;
1882       unsigned IdxReg = MI->getOperand(1).getReg();
1883       bool IdxRegKill = MI->getOperand(1).isKill();
1884
1885       // Scan backwards to find the instruction that defines the base
1886       // register. Due to post-RA scheduling, we can't count on it
1887       // immediately preceding the branch instruction.
1888       MachineBasicBlock::iterator PrevI = MI;
1889       MachineBasicBlock::iterator B = MBB->begin();
1890       while (PrevI != B && !PrevI->definesRegister(BaseReg))
1891         --PrevI;
1892
1893       // If for some reason we didn't find it, we can't do anything, so
1894       // just skip this one.
1895       if (!PrevI->definesRegister(BaseReg))
1896         continue;
1897
1898       MachineInstr *AddrMI = PrevI;
1899       bool OptOk = true;
1900       // Examine the instruction that calculates the jumptable entry address.
1901       // Make sure it only defines the base register and kills any uses
1902       // other than the index register.
1903       for (unsigned k = 0, eee = AddrMI->getNumOperands(); k != eee; ++k) {
1904         const MachineOperand &MO = AddrMI->getOperand(k);
1905         if (!MO.isReg() || !MO.getReg())
1906           continue;
1907         if (MO.isDef() && MO.getReg() != BaseReg) {
1908           OptOk = false;
1909           break;
1910         }
1911         if (MO.isUse() && !MO.isKill() && MO.getReg() != IdxReg) {
1912           OptOk = false;
1913           break;
1914         }
1915       }
1916       if (!OptOk)
1917         continue;
1918
1919       // Now scan back again to find the tLEApcrel or t2LEApcrelJT instruction
1920       // that gave us the initial base register definition.
1921       for (--PrevI; PrevI != B && !PrevI->definesRegister(BaseReg); --PrevI)
1922         ;
1923
1924       // The instruction should be a tLEApcrel or t2LEApcrelJT; we want
1925       // to delete it as well.
1926       MachineInstr *LeaMI = PrevI;
1927       if ((LeaMI->getOpcode() != ARM::tLEApcrelJT &&
1928            LeaMI->getOpcode() != ARM::t2LEApcrelJT) ||
1929           LeaMI->getOperand(0).getReg() != BaseReg)
1930         OptOk = false;
1931
1932       if (!OptOk)
1933         continue;
1934
1935       unsigned Opc = ByteOk ? ARM::t2TBB_JT : ARM::t2TBH_JT;
1936       MachineInstr *NewJTMI = BuildMI(MBB, MI->getDebugLoc(), TII->get(Opc))
1937         .addReg(IdxReg, getKillRegState(IdxRegKill))
1938         .addJumpTableIndex(JTI, JTOP.getTargetFlags())
1939         .addImm(MI->getOperand(JTOpIdx+1).getImm());
1940       // FIXME: Insert an "ALIGN" instruction to ensure the next instruction
1941       // is 2-byte aligned. For now, asm printer will fix it up.
1942       unsigned NewSize = TII->GetInstSizeInBytes(NewJTMI);
1943       unsigned OrigSize = TII->GetInstSizeInBytes(AddrMI);
1944       OrigSize += TII->GetInstSizeInBytes(LeaMI);
1945       OrigSize += TII->GetInstSizeInBytes(MI);
1946
1947       AddrMI->eraseFromParent();
1948       LeaMI->eraseFromParent();
1949       MI->eraseFromParent();
1950
1951       int delta = OrigSize - NewSize;
1952       BBInfo[MBB->getNumber()].Size -= delta;
1953       AdjustBBOffsetsAfter(MBB);
1954
1955       ++NumTBs;
1956       MadeChange = true;
1957     }
1958   }
1959
1960   return MadeChange;
1961 }
1962
1963 /// ReorderThumb2JumpTables - Adjust the function's block layout to ensure that
1964 /// jump tables always branch forwards, since that's what tbb and tbh need.
1965 bool ARMConstantIslands::ReorderThumb2JumpTables() {
1966   bool MadeChange = false;
1967
1968   MachineJumpTableInfo *MJTI = MF->getJumpTableInfo();
1969   if (MJTI == 0) return false;
1970
1971   const std::vector<MachineJumpTableEntry> &JT = MJTI->getJumpTables();
1972   for (unsigned i = 0, e = T2JumpTables.size(); i != e; ++i) {
1973     MachineInstr *MI = T2JumpTables[i];
1974     const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
1975     unsigned NumOps = MCID.getNumOperands();
1976     unsigned JTOpIdx = NumOps - (MI->isPredicable() ? 3 : 2);
1977     MachineOperand JTOP = MI->getOperand(JTOpIdx);
1978     unsigned JTI = JTOP.getIndex();
1979     assert(JTI < JT.size());
1980
1981     // We prefer if target blocks for the jump table come after the jump
1982     // instruction so we can use TB[BH]. Loop through the target blocks
1983     // and try to adjust them such that that's true.
1984     int JTNumber = MI->getParent()->getNumber();
1985     const std::vector<MachineBasicBlock*> &JTBBs = JT[JTI].MBBs;
1986     for (unsigned j = 0, ee = JTBBs.size(); j != ee; ++j) {
1987       MachineBasicBlock *MBB = JTBBs[j];
1988       int DTNumber = MBB->getNumber();
1989
1990       if (DTNumber < JTNumber) {
1991         // The destination precedes the switch. Try to move the block forward
1992         // so we have a positive offset.
1993         MachineBasicBlock *NewBB =
1994           AdjustJTTargetBlockForward(MBB, MI->getParent());
1995         if (NewBB)
1996           MJTI->ReplaceMBBInJumpTable(JTI, JTBBs[j], NewBB);
1997         MadeChange = true;
1998       }
1999     }
2000   }
2001
2002   return MadeChange;
2003 }
2004
2005 MachineBasicBlock *ARMConstantIslands::
2006 AdjustJTTargetBlockForward(MachineBasicBlock *BB, MachineBasicBlock *JTBB)
2007 {
2008   // If the destination block is terminated by an unconditional branch,
2009   // try to move it; otherwise, create a new block following the jump
2010   // table that branches back to the actual target. This is a very simple
2011   // heuristic. FIXME: We can definitely improve it.
2012   MachineBasicBlock *TBB = 0, *FBB = 0;
2013   SmallVector<MachineOperand, 4> Cond;
2014   SmallVector<MachineOperand, 4> CondPrior;
2015   MachineFunction::iterator BBi = BB;
2016   MachineFunction::iterator OldPrior = prior(BBi);
2017
2018   // If the block terminator isn't analyzable, don't try to move the block
2019   bool B = TII->AnalyzeBranch(*BB, TBB, FBB, Cond);
2020
2021   // If the block ends in an unconditional branch, move it. The prior block
2022   // has to have an analyzable terminator for us to move this one. Be paranoid
2023   // and make sure we're not trying to move the entry block of the function.
2024   if (!B && Cond.empty() && BB != MF->begin() &&
2025       !TII->AnalyzeBranch(*OldPrior, TBB, FBB, CondPrior)) {
2026     BB->moveAfter(JTBB);
2027     OldPrior->updateTerminator();
2028     BB->updateTerminator();
2029     // Update numbering to account for the block being moved.
2030     MF->RenumberBlocks();
2031     ++NumJTMoved;
2032     return NULL;
2033   }
2034
2035   // Create a new MBB for the code after the jump BB.
2036   MachineBasicBlock *NewBB =
2037     MF->CreateMachineBasicBlock(JTBB->getBasicBlock());
2038   MachineFunction::iterator MBBI = JTBB; ++MBBI;
2039   MF->insert(MBBI, NewBB);
2040
2041   // Add an unconditional branch from NewBB to BB.
2042   // There doesn't seem to be meaningful DebugInfo available; this doesn't
2043   // correspond directly to anything in the source.
2044   assert (isThumb2 && "Adjusting for TB[BH] but not in Thumb2?");
2045   BuildMI(NewBB, DebugLoc(), TII->get(ARM::t2B)).addMBB(BB)
2046           .addImm(ARMCC::AL).addReg(0);
2047
2048   // Update internal data structures to account for the newly inserted MBB.
2049   MF->RenumberBlocks(NewBB);
2050
2051   // Update the CFG.
2052   NewBB->addSuccessor(BB);
2053   JTBB->removeSuccessor(BB);
2054   JTBB->addSuccessor(NewBB);
2055
2056   ++NumJTInserted;
2057   return NewBB;
2058 }