Add a 2 byte safety margin in offset computations.
[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       /// Conservatively subtract 2 bytes to handle weird alignment effects.
213       unsigned getMaxDisp() const {
214         return (KnownAlignment ? MaxDisp : MaxDisp - 2) - 2;
215       }
216     };
217
218     /// CPUsers - Keep track of all of the machine instructions that use various
219     /// constant pools and their max displacement.
220     std::vector<CPUser> CPUsers;
221
222     /// CPEntry - One per constant pool entry, keeping the machine instruction
223     /// pointer, the constpool index, and the number of CPUser's which
224     /// reference this entry.
225     struct CPEntry {
226       MachineInstr *CPEMI;
227       unsigned CPI;
228       unsigned RefCount;
229       CPEntry(MachineInstr *cpemi, unsigned cpi, unsigned rc = 0)
230         : CPEMI(cpemi), CPI(cpi), RefCount(rc) {}
231     };
232
233     /// CPEntries - Keep track of all of the constant pool entry machine
234     /// instructions. For each original constpool index (i.e. those that
235     /// existed upon entry to this pass), it keeps a vector of entries.
236     /// Original elements are cloned as we go along; the clones are
237     /// put in the vector of the original element, but have distinct CPIs.
238     std::vector<std::vector<CPEntry> > CPEntries;
239
240     /// ImmBranch - One per immediate branch, keeping the machine instruction
241     /// pointer, conditional or unconditional, the max displacement,
242     /// and (if isCond is true) the corresponding unconditional branch
243     /// opcode.
244     struct ImmBranch {
245       MachineInstr *MI;
246       unsigned MaxDisp : 31;
247       bool isCond : 1;
248       int UncondBr;
249       ImmBranch(MachineInstr *mi, unsigned maxdisp, bool cond, int ubr)
250         : MI(mi), MaxDisp(maxdisp), isCond(cond), UncondBr(ubr) {}
251     };
252
253     /// ImmBranches - Keep track of all the immediate branch instructions.
254     ///
255     std::vector<ImmBranch> ImmBranches;
256
257     /// PushPopMIs - Keep track of all the Thumb push / pop instructions.
258     ///
259     SmallVector<MachineInstr*, 4> PushPopMIs;
260
261     /// T2JumpTables - Keep track of all the Thumb2 jumptable instructions.
262     SmallVector<MachineInstr*, 4> T2JumpTables;
263
264     /// HasFarJump - True if any far jump instruction has been emitted during
265     /// the branch fix up pass.
266     bool HasFarJump;
267
268     MachineFunction *MF;
269     MachineConstantPool *MCP;
270     const ARMBaseInstrInfo *TII;
271     const ARMSubtarget *STI;
272     ARMFunctionInfo *AFI;
273     bool isThumb;
274     bool isThumb1;
275     bool isThumb2;
276   public:
277     static char ID;
278     ARMConstantIslands() : MachineFunctionPass(ID) {}
279
280     virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
281
282     virtual const char *getPassName() const {
283       return "ARM constant island placement and branch shortening pass";
284     }
285
286   private:
287     void doInitialPlacement(std::vector<MachineInstr*> &CPEMIs);
288     CPEntry *findConstPoolEntry(unsigned CPI, const MachineInstr *CPEMI);
289     unsigned getCPELogAlign(const MachineInstr *CPEMI);
290     void scanFunctionJumpTables();
291     void initializeFunctionInfo(const std::vector<MachineInstr*> &CPEMIs);
292     MachineBasicBlock *splitBlockBeforeInstr(MachineInstr *MI);
293     void updateForInsertedWaterBlock(MachineBasicBlock *NewBB);
294     void adjustBBOffsetsAfter(MachineBasicBlock *BB);
295     bool decrementCPEReferenceCount(unsigned CPI, MachineInstr* CPEMI);
296     int findInRangeCPEntry(CPUser& U, unsigned UserOffset);
297     bool findAvailableWater(CPUser&U, unsigned UserOffset,
298                             water_iterator &WaterIter);
299     void createNewWater(unsigned CPUserIndex, unsigned UserOffset,
300                         MachineBasicBlock *&NewMBB);
301     bool handleConstantPoolUser(unsigned CPUserIndex);
302     void removeDeadCPEMI(MachineInstr *CPEMI);
303     bool removeUnusedCPEntries();
304     bool isCPEntryInRange(MachineInstr *MI, unsigned UserOffset,
305                           MachineInstr *CPEMI, unsigned Disp, bool NegOk,
306                           bool DoDump = false);
307     bool isWaterInRange(unsigned UserOffset, MachineBasicBlock *Water,
308                         CPUser &U, unsigned &Growth);
309     bool isBBInRange(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *BB, unsigned Disp);
310     bool fixupImmediateBr(ImmBranch &Br);
311     bool fixupConditionalBr(ImmBranch &Br);
312     bool fixupUnconditionalBr(ImmBranch &Br);
313     bool undoLRSpillRestore();
314     bool mayOptimizeThumb2Instruction(const MachineInstr *MI) const;
315     bool optimizeThumb2Instructions();
316     bool optimizeThumb2Branches();
317     bool reorderThumb2JumpTables();
318     bool optimizeThumb2JumpTables();
319     MachineBasicBlock *adjustJTTargetBlockForward(MachineBasicBlock *BB,
320                                                   MachineBasicBlock *JTBB);
321
322     void computeBlockSize(MachineBasicBlock *MBB);
323     unsigned getOffsetOf(MachineInstr *MI) const;
324     unsigned getUserOffset(CPUser&) const;
325     void dumpBBs();
326     void verify();
327
328     bool isOffsetInRange(unsigned UserOffset, unsigned TrialOffset,
329                          unsigned Disp, bool NegativeOK, bool IsSoImm = false);
330     bool isOffsetInRange(unsigned UserOffset, unsigned TrialOffset,
331                          const CPUser &U) {
332       return isOffsetInRange(UserOffset, TrialOffset,
333                              U.getMaxDisp(), U.NegOk, U.IsSoImm);
334     }
335   };
336   char ARMConstantIslands::ID = 0;
337 }
338
339 /// verify - check BBOffsets, BBSizes, alignment of islands
340 void ARMConstantIslands::verify() {
341 #ifndef NDEBUG
342   for (MachineFunction::iterator MBBI = MF->begin(), E = MF->end();
343        MBBI != E; ++MBBI) {
344     MachineBasicBlock *MBB = MBBI;
345     unsigned Align = MBB->getAlignment();
346     unsigned MBBId = MBB->getNumber();
347     assert(BBInfo[MBBId].Offset % (1u << Align) == 0);
348     assert(!MBBId || BBInfo[MBBId - 1].postOffset() <= BBInfo[MBBId].Offset);
349   }
350   DEBUG(dbgs() << "Verifying " << CPUsers.size() << " CP users.\n");
351   for (unsigned i = 0, e = CPUsers.size(); i != e; ++i) {
352     CPUser &U = CPUsers[i];
353     unsigned UserOffset = getUserOffset(U);
354     // Verify offset using the real max displacement without the safety
355     // adjustment.
356     if (isCPEntryInRange(U.MI, UserOffset, U.CPEMI, U.getMaxDisp()+2, U.NegOk,
357                          /* DoDump = */ true)) {
358       DEBUG(dbgs() << "OK\n");
359       continue;
360     }
361     DEBUG(dbgs() << "Out of range.\n");
362     dumpBBs();
363     DEBUG(MF->dump());
364     llvm_unreachable("Constant pool entry out of range!");
365   }
366 #endif
367 }
368
369 /// print block size and offset information - debugging
370 void ARMConstantIslands::dumpBBs() {
371   DEBUG({
372     for (unsigned J = 0, E = BBInfo.size(); J !=E; ++J) {
373       const BasicBlockInfo &BBI = BBInfo[J];
374       dbgs() << format("%08x BB#%u\t", BBI.Offset, J)
375              << " kb=" << unsigned(BBI.KnownBits)
376              << " ua=" << unsigned(BBI.Unalign)
377              << " pa=" << unsigned(BBI.PostAlign)
378              << format(" size=%#x\n", BBInfo[J].Size);
379     }
380   });
381 }
382
383 /// createARMConstantIslandPass - returns an instance of the constpool
384 /// island pass.
385 FunctionPass *llvm::createARMConstantIslandPass() {
386   return new ARMConstantIslands();
387 }
388
389 bool ARMConstantIslands::runOnMachineFunction(MachineFunction &mf) {
390   MF = &mf;
391   MCP = mf.getConstantPool();
392
393   DEBUG(dbgs() << "***** ARMConstantIslands: "
394                << MCP->getConstants().size() << " CP entries, aligned to "
395                << MCP->getConstantPoolAlignment() << " bytes *****\n");
396
397   TII = (const ARMBaseInstrInfo*)MF->getTarget().getInstrInfo();
398   AFI = MF->getInfo<ARMFunctionInfo>();
399   STI = &MF->getTarget().getSubtarget<ARMSubtarget>();
400
401   isThumb = AFI->isThumbFunction();
402   isThumb1 = AFI->isThumb1OnlyFunction();
403   isThumb2 = AFI->isThumb2Function();
404
405   HasFarJump = false;
406
407   // This pass invalidates liveness information when it splits basic blocks.
408   MF->getRegInfo().invalidateLiveness();
409
410   // Renumber all of the machine basic blocks in the function, guaranteeing that
411   // the numbers agree with the position of the block in the function.
412   MF->RenumberBlocks();
413
414   // Try to reorder and otherwise adjust the block layout to make good use
415   // of the TB[BH] instructions.
416   bool MadeChange = false;
417   if (isThumb2 && AdjustJumpTableBlocks) {
418     scanFunctionJumpTables();
419     MadeChange |= reorderThumb2JumpTables();
420     // Data is out of date, so clear it. It'll be re-computed later.
421     T2JumpTables.clear();
422     // Blocks may have shifted around. Keep the numbering up to date.
423     MF->RenumberBlocks();
424   }
425
426   // Thumb1 functions containing constant pools get 4-byte alignment.
427   // This is so we can keep exact track of where the alignment padding goes.
428
429   // ARM and Thumb2 functions need to be 4-byte aligned.
430   if (!isThumb1)
431     MF->EnsureAlignment(2);  // 2 = log2(4)
432
433   // Perform the initial placement of the constant pool entries.  To start with,
434   // we put them all at the end of the function.
435   std::vector<MachineInstr*> CPEMIs;
436   if (!MCP->isEmpty())
437     doInitialPlacement(CPEMIs);
438
439   /// The next UID to take is the first unused one.
440   AFI->initPICLabelUId(CPEMIs.size());
441
442   // Do the initial scan of the function, building up information about the
443   // sizes of each block, the location of all the water, and finding all of the
444   // constant pool users.
445   initializeFunctionInfo(CPEMIs);
446   CPEMIs.clear();
447   DEBUG(dumpBBs());
448
449
450   /// Remove dead constant pool entries.
451   MadeChange |= removeUnusedCPEntries();
452
453   // Iteratively place constant pool entries and fix up branches until there
454   // is no change.
455   unsigned NoCPIters = 0, NoBRIters = 0;
456   while (true) {
457     DEBUG(dbgs() << "Beginning CP iteration #" << NoCPIters << '\n');
458     bool CPChange = false;
459     for (unsigned i = 0, e = CPUsers.size(); i != e; ++i)
460       CPChange |= handleConstantPoolUser(i);
461     if (CPChange && ++NoCPIters > 30)
462       report_fatal_error("Constant Island pass failed to converge!");
463     DEBUG(dumpBBs());
464
465     // Clear NewWaterList now.  If we split a block for branches, it should
466     // appear as "new water" for the next iteration of constant pool placement.
467     NewWaterList.clear();
468
469     DEBUG(dbgs() << "Beginning BR iteration #" << NoBRIters << '\n');
470     bool BRChange = false;
471     for (unsigned i = 0, e = ImmBranches.size(); i != e; ++i)
472       BRChange |= fixupImmediateBr(ImmBranches[i]);
473     if (BRChange && ++NoBRIters > 30)
474       report_fatal_error("Branch Fix Up pass failed to converge!");
475     DEBUG(dumpBBs());
476
477     if (!CPChange && !BRChange)
478       break;
479     MadeChange = true;
480   }
481
482   // Shrink 32-bit Thumb2 branch, load, and store instructions.
483   if (isThumb2 && !STI->prefers32BitThumb())
484     MadeChange |= optimizeThumb2Instructions();
485
486   // After a while, this might be made debug-only, but it is not expensive.
487   verify();
488
489   // If LR has been forced spilled and no far jump (i.e. BL) has been issued,
490   // undo the spill / restore of LR if possible.
491   if (isThumb && !HasFarJump && AFI->isLRSpilledForFarJump())
492     MadeChange |= undoLRSpillRestore();
493
494   // Save the mapping between original and cloned constpool entries.
495   for (unsigned i = 0, e = CPEntries.size(); i != e; ++i) {
496     for (unsigned j = 0, je = CPEntries[i].size(); j != je; ++j) {
497       const CPEntry & CPE = CPEntries[i][j];
498       AFI->recordCPEClone(i, CPE.CPI);
499     }
500   }
501
502   DEBUG(dbgs() << '\n'; dumpBBs());
503
504   BBInfo.clear();
505   WaterList.clear();
506   CPUsers.clear();
507   CPEntries.clear();
508   ImmBranches.clear();
509   PushPopMIs.clear();
510   T2JumpTables.clear();
511
512   return MadeChange;
513 }
514
515 /// doInitialPlacement - Perform the initial placement of the constant pool
516 /// entries.  To start with, we put them all at the end of the function.
517 void
518 ARMConstantIslands::doInitialPlacement(std::vector<MachineInstr*> &CPEMIs) {
519   // Create the basic block to hold the CPE's.
520   MachineBasicBlock *BB = MF->CreateMachineBasicBlock();
521   MF->push_back(BB);
522
523   // MachineConstantPool measures alignment in bytes. We measure in log2(bytes).
524   unsigned MaxAlign = Log2_32(MCP->getConstantPoolAlignment());
525
526   // Mark the basic block as required by the const-pool.
527   // If AlignConstantIslands isn't set, use 4-byte alignment for everything.
528   BB->setAlignment(AlignConstantIslands ? MaxAlign : 2);
529
530   // The function needs to be as aligned as the basic blocks. The linker may
531   // move functions around based on their alignment.
532   MF->EnsureAlignment(BB->getAlignment());
533
534   // Order the entries in BB by descending alignment.  That ensures correct
535   // alignment of all entries as long as BB is sufficiently aligned.  Keep
536   // track of the insertion point for each alignment.  We are going to bucket
537   // sort the entries as they are created.
538   SmallVector<MachineBasicBlock::iterator, 8> InsPoint(MaxAlign + 1, BB->end());
539
540   // Add all of the constants from the constant pool to the end block, use an
541   // identity mapping of CPI's to CPE's.
542   const std::vector<MachineConstantPoolEntry> &CPs = MCP->getConstants();
543
544   const TargetData &TD = *MF->getTarget().getTargetData();
545   for (unsigned i = 0, e = CPs.size(); i != e; ++i) {
546     unsigned Size = TD.getTypeAllocSize(CPs[i].getType());
547     assert(Size >= 4 && "Too small constant pool entry");
548     unsigned Align = CPs[i].getAlignment();
549     assert(isPowerOf2_32(Align) && "Invalid alignment");
550     // Verify that all constant pool entries are a multiple of their alignment.
551     // If not, we would have to pad them out so that instructions stay aligned.
552     assert((Size % Align) == 0 && "CP Entry not multiple of 4 bytes!");
553
554     // Insert CONSTPOOL_ENTRY before entries with a smaller alignment.
555     unsigned LogAlign = Log2_32(Align);
556     MachineBasicBlock::iterator InsAt = InsPoint[LogAlign];
557     MachineInstr *CPEMI =
558       BuildMI(*BB, InsAt, DebugLoc(), TII->get(ARM::CONSTPOOL_ENTRY))
559         .addImm(i).addConstantPoolIndex(i).addImm(Size);
560     CPEMIs.push_back(CPEMI);
561
562     // Ensure that future entries with higher alignment get inserted before
563     // CPEMI. This is bucket sort with iterators.
564     for (unsigned a = LogAlign + 1; a <= MaxAlign; ++a)
565       if (InsPoint[a] == InsAt)
566         InsPoint[a] = CPEMI;
567
568     // Add a new CPEntry, but no corresponding CPUser yet.
569     std::vector<CPEntry> CPEs;
570     CPEs.push_back(CPEntry(CPEMI, i));
571     CPEntries.push_back(CPEs);
572     ++NumCPEs;
573     DEBUG(dbgs() << "Moved CPI#" << i << " to end of function, size = "
574                  << Size << ", align = " << Align <<'\n');
575   }
576   DEBUG(BB->dump());
577 }
578
579 /// BBHasFallthrough - Return true if the specified basic block can fallthrough
580 /// into the block immediately after it.
581 static bool BBHasFallthrough(MachineBasicBlock *MBB) {
582   // Get the next machine basic block in the function.
583   MachineFunction::iterator MBBI = MBB;
584   // Can't fall off end of function.
585   if (llvm::next(MBBI) == MBB->getParent()->end())
586     return false;
587
588   MachineBasicBlock *NextBB = llvm::next(MBBI);
589   for (MachineBasicBlock::succ_iterator I = MBB->succ_begin(),
590        E = MBB->succ_end(); I != E; ++I)
591     if (*I == NextBB)
592       return true;
593
594   return false;
595 }
596
597 /// findConstPoolEntry - Given the constpool index and CONSTPOOL_ENTRY MI,
598 /// look up the corresponding CPEntry.
599 ARMConstantIslands::CPEntry
600 *ARMConstantIslands::findConstPoolEntry(unsigned CPI,
601                                         const MachineInstr *CPEMI) {
602   std::vector<CPEntry> &CPEs = CPEntries[CPI];
603   // Number of entries per constpool index should be small, just do a
604   // linear search.
605   for (unsigned i = 0, e = CPEs.size(); i != e; ++i) {
606     if (CPEs[i].CPEMI == CPEMI)
607       return &CPEs[i];
608   }
609   return NULL;
610 }
611
612 /// getCPELogAlign - Returns the required alignment of the constant pool entry
613 /// represented by CPEMI.  Alignment is measured in log2(bytes) units.
614 unsigned ARMConstantIslands::getCPELogAlign(const MachineInstr *CPEMI) {
615   assert(CPEMI && CPEMI->getOpcode() == ARM::CONSTPOOL_ENTRY);
616
617   // Everything is 4-byte aligned unless AlignConstantIslands is set.
618   if (!AlignConstantIslands)
619     return 2;
620
621   unsigned CPI = CPEMI->getOperand(1).getIndex();
622   assert(CPI < MCP->getConstants().size() && "Invalid constant pool index.");
623   unsigned Align = MCP->getConstants()[CPI].getAlignment();
624   assert(isPowerOf2_32(Align) && "Invalid CPE alignment");
625   return Log2_32(Align);
626 }
627
628 /// scanFunctionJumpTables - Do a scan of the function, building up
629 /// information about the sizes of each block and the locations of all
630 /// the jump tables.
631 void ARMConstantIslands::scanFunctionJumpTables() {
632   for (MachineFunction::iterator MBBI = MF->begin(), E = MF->end();
633        MBBI != E; ++MBBI) {
634     MachineBasicBlock &MBB = *MBBI;
635
636     for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB.begin(), E = MBB.end();
637          I != E; ++I)
638       if (I->isBranch() && I->getOpcode() == ARM::t2BR_JT)
639         T2JumpTables.push_back(I);
640   }
641 }
642
643 /// initializeFunctionInfo - Do the initial scan of the function, building up
644 /// information about the sizes of each block, the location of all the water,
645 /// and finding all of the constant pool users.
646 void ARMConstantIslands::
647 initializeFunctionInfo(const std::vector<MachineInstr*> &CPEMIs) {
648   BBInfo.clear();
649   BBInfo.resize(MF->getNumBlockIDs());
650
651   // First thing, compute the size of all basic blocks, and see if the function
652   // has any inline assembly in it. If so, we have to be conservative about
653   // alignment assumptions, as we don't know for sure the size of any
654   // instructions in the inline assembly.
655   for (MachineFunction::iterator I = MF->begin(), E = MF->end(); I != E; ++I)
656     computeBlockSize(I);
657
658   // The known bits of the entry block offset are determined by the function
659   // alignment.
660   BBInfo.front().KnownBits = MF->getAlignment();
661
662   // Compute block offsets and known bits.
663   adjustBBOffsetsAfter(MF->begin());
664
665   // Now go back through the instructions and build up our data structures.
666   for (MachineFunction::iterator MBBI = MF->begin(), E = MF->end();
667        MBBI != E; ++MBBI) {
668     MachineBasicBlock &MBB = *MBBI;
669
670     // If this block doesn't fall through into the next MBB, then this is
671     // 'water' that a constant pool island could be placed.
672     if (!BBHasFallthrough(&MBB))
673       WaterList.push_back(&MBB);
674
675     for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB.begin(), E = MBB.end();
676          I != E; ++I) {
677       if (I->isDebugValue())
678         continue;
679
680       int Opc = I->getOpcode();
681       if (I->isBranch()) {
682         bool isCond = false;
683         unsigned Bits = 0;
684         unsigned Scale = 1;
685         int UOpc = Opc;
686         switch (Opc) {
687         default:
688           continue;  // Ignore other JT branches
689         case ARM::t2BR_JT:
690           T2JumpTables.push_back(I);
691           continue;   // Does not get an entry in ImmBranches
692         case ARM::Bcc:
693           isCond = true;
694           UOpc = ARM::B;
695           // Fallthrough
696         case ARM::B:
697           Bits = 24;
698           Scale = 4;
699           break;
700         case ARM::tBcc:
701           isCond = true;
702           UOpc = ARM::tB;
703           Bits = 8;
704           Scale = 2;
705           break;
706         case ARM::tB:
707           Bits = 11;
708           Scale = 2;
709           break;
710         case ARM::t2Bcc:
711           isCond = true;
712           UOpc = ARM::t2B;
713           Bits = 20;
714           Scale = 2;
715           break;
716         case ARM::t2B:
717           Bits = 24;
718           Scale = 2;
719           break;
720         }
721
722         // Record this immediate branch.
723         unsigned MaxOffs = ((1 << (Bits-1))-1) * Scale;
724         ImmBranches.push_back(ImmBranch(I, MaxOffs, isCond, UOpc));
725       }
726
727       if (Opc == ARM::tPUSH || Opc == ARM::tPOP_RET)
728         PushPopMIs.push_back(I);
729
730       if (Opc == ARM::CONSTPOOL_ENTRY)
731         continue;
732
733       // Scan the instructions for constant pool operands.
734       for (unsigned op = 0, e = I->getNumOperands(); op != e; ++op)
735         if (I->getOperand(op).isCPI()) {
736           // We found one.  The addressing mode tells us the max displacement
737           // from the PC that this instruction permits.
738
739           // Basic size info comes from the TSFlags field.
740           unsigned Bits = 0;
741           unsigned Scale = 1;
742           bool NegOk = false;
743           bool IsSoImm = false;
744
745           switch (Opc) {
746           default:
747             llvm_unreachable("Unknown addressing mode for CP reference!");
748
749           // Taking the address of a CP entry.
750           case ARM::LEApcrel:
751             // This takes a SoImm, which is 8 bit immediate rotated. We'll
752             // pretend the maximum offset is 255 * 4. Since each instruction
753             // 4 byte wide, this is always correct. We'll check for other
754             // displacements that fits in a SoImm as well.
755             Bits = 8;
756             Scale = 4;
757             NegOk = true;
758             IsSoImm = true;
759             break;
760           case ARM::t2LEApcrel:
761             Bits = 12;
762             NegOk = true;
763             break;
764           case ARM::tLEApcrel:
765             Bits = 8;
766             Scale = 4;
767             break;
768
769           case ARM::LDRi12:
770           case ARM::LDRcp:
771           case ARM::t2LDRpci:
772             Bits = 12;  // +-offset_12
773             NegOk = true;
774             break;
775
776           case ARM::tLDRpci:
777             Bits = 8;
778             Scale = 4;  // +(offset_8*4)
779             break;
780
781           case ARM::VLDRD:
782           case ARM::VLDRS:
783             Bits = 8;
784             Scale = 4;  // +-(offset_8*4)
785             NegOk = true;
786             break;
787           }
788
789           // Remember that this is a user of a CP entry.
790           unsigned CPI = I->getOperand(op).getIndex();
791           MachineInstr *CPEMI = CPEMIs[CPI];
792           unsigned MaxOffs = ((1 << Bits)-1) * Scale;
793           CPUsers.push_back(CPUser(I, CPEMI, MaxOffs, NegOk, IsSoImm));
794
795           // Increment corresponding CPEntry reference count.
796           CPEntry *CPE = findConstPoolEntry(CPI, CPEMI);
797           assert(CPE && "Cannot find a corresponding CPEntry!");
798           CPE->RefCount++;
799
800           // Instructions can only use one CP entry, don't bother scanning the
801           // rest of the operands.
802           break;
803         }
804     }
805   }
806 }
807
808 /// computeBlockSize - Compute the size and some alignment information for MBB.
809 /// This function updates BBInfo directly.
810 void ARMConstantIslands::computeBlockSize(MachineBasicBlock *MBB) {
811   BasicBlockInfo &BBI = BBInfo[MBB->getNumber()];
812   BBI.Size = 0;
813   BBI.Unalign = 0;
814   BBI.PostAlign = 0;
815
816   for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB->begin(), E = MBB->end(); I != E;
817        ++I) {
818     BBI.Size += TII->GetInstSizeInBytes(I);
819     // For inline asm, GetInstSizeInBytes returns a conservative estimate.
820     // The actual size may be smaller, but still a multiple of the instr size.
821     if (I->isInlineAsm())
822       BBI.Unalign = isThumb ? 1 : 2;
823     // Also consider instructions that may be shrunk later.
824     else if (isThumb && mayOptimizeThumb2Instruction(I))
825       BBI.Unalign = 1;
826   }
827
828   // tBR_JTr contains a .align 2 directive.
829   if (!MBB->empty() && MBB->back().getOpcode() == ARM::tBR_JTr) {
830     BBI.PostAlign = 2;
831     MBB->getParent()->EnsureAlignment(2);
832   }
833 }
834
835 /// getOffsetOf - Return the current offset of the specified machine instruction
836 /// from the start of the function.  This offset changes as stuff is moved
837 /// around inside the function.
838 unsigned ARMConstantIslands::getOffsetOf(MachineInstr *MI) const {
839   MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
840
841   // The offset is composed of two things: the sum of the sizes of all MBB's
842   // before this instruction's block, and the offset from the start of the block
843   // it is in.
844   unsigned Offset = BBInfo[MBB->getNumber()].Offset;
845
846   // Sum instructions before MI in MBB.
847   for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB->begin(); &*I != MI; ++I) {
848     assert(I != MBB->end() && "Didn't find MI in its own basic block?");
849     Offset += TII->GetInstSizeInBytes(I);
850   }
851   return Offset;
852 }
853
854 /// CompareMBBNumbers - Little predicate function to sort the WaterList by MBB
855 /// ID.
856 static bool CompareMBBNumbers(const MachineBasicBlock *LHS,
857                               const MachineBasicBlock *RHS) {
858   return LHS->getNumber() < RHS->getNumber();
859 }
860
861 /// updateForInsertedWaterBlock - When a block is newly inserted into the
862 /// machine function, it upsets all of the block numbers.  Renumber the blocks
863 /// and update the arrays that parallel this numbering.
864 void ARMConstantIslands::updateForInsertedWaterBlock(MachineBasicBlock *NewBB) {
865   // Renumber the MBB's to keep them consecutive.
866   NewBB->getParent()->RenumberBlocks(NewBB);
867
868   // Insert an entry into BBInfo to align it properly with the (newly
869   // renumbered) block numbers.
870   BBInfo.insert(BBInfo.begin() + NewBB->getNumber(), BasicBlockInfo());
871
872   // Next, update WaterList.  Specifically, we need to add NewMBB as having
873   // available water after it.
874   water_iterator IP =
875     std::lower_bound(WaterList.begin(), WaterList.end(), NewBB,
876                      CompareMBBNumbers);
877   WaterList.insert(IP, NewBB);
878 }
879
880
881 /// Split the basic block containing MI into two blocks, which are joined by
882 /// an unconditional branch.  Update data structures and renumber blocks to
883 /// account for this change and returns the newly created block.
884 MachineBasicBlock *ARMConstantIslands::splitBlockBeforeInstr(MachineInstr *MI) {
885   MachineBasicBlock *OrigBB = MI->getParent();
886
887   // Create a new MBB for the code after the OrigBB.
888   MachineBasicBlock *NewBB =
889     MF->CreateMachineBasicBlock(OrigBB->getBasicBlock());
890   MachineFunction::iterator MBBI = OrigBB; ++MBBI;
891   MF->insert(MBBI, NewBB);
892
893   // Splice the instructions starting with MI over to NewBB.
894   NewBB->splice(NewBB->end(), OrigBB, MI, OrigBB->end());
895
896   // Add an unconditional branch from OrigBB to NewBB.
897   // Note the new unconditional branch is not being recorded.
898   // There doesn't seem to be meaningful DebugInfo available; this doesn't
899   // correspond to anything in the source.
900   unsigned Opc = isThumb ? (isThumb2 ? ARM::t2B : ARM::tB) : ARM::B;
901   if (!isThumb)
902     BuildMI(OrigBB, DebugLoc(), TII->get(Opc)).addMBB(NewBB);
903   else
904     BuildMI(OrigBB, DebugLoc(), TII->get(Opc)).addMBB(NewBB)
905             .addImm(ARMCC::AL).addReg(0);
906   ++NumSplit;
907
908   // Update the CFG.  All succs of OrigBB are now succs of NewBB.
909   NewBB->transferSuccessors(OrigBB);
910
911   // OrigBB branches to NewBB.
912   OrigBB->addSuccessor(NewBB);
913
914   // Update internal data structures to account for the newly inserted MBB.
915   // This is almost the same as updateForInsertedWaterBlock, except that
916   // the Water goes after OrigBB, not NewBB.
917   MF->RenumberBlocks(NewBB);
918
919   // Insert an entry into BBInfo to align it properly with the (newly
920   // renumbered) block numbers.
921   BBInfo.insert(BBInfo.begin() + NewBB->getNumber(), BasicBlockInfo());
922
923   // Next, update WaterList.  Specifically, we need to add OrigMBB as having
924   // available water after it (but not if it's already there, which happens
925   // when splitting before a conditional branch that is followed by an
926   // unconditional branch - in that case we want to insert NewBB).
927   water_iterator IP =
928     std::lower_bound(WaterList.begin(), WaterList.end(), OrigBB,
929                      CompareMBBNumbers);
930   MachineBasicBlock* WaterBB = *IP;
931   if (WaterBB == OrigBB)
932     WaterList.insert(llvm::next(IP), NewBB);
933   else
934     WaterList.insert(IP, OrigBB);
935   NewWaterList.insert(OrigBB);
936
937   // Figure out how large the OrigBB is.  As the first half of the original
938   // block, it cannot contain a tablejump.  The size includes
939   // the new jump we added.  (It should be possible to do this without
940   // recounting everything, but it's very confusing, and this is rarely
941   // executed.)
942   computeBlockSize(OrigBB);
943
944   // Figure out how large the NewMBB is.  As the second half of the original
945   // block, it may contain a tablejump.
946   computeBlockSize(NewBB);
947
948   // All BBOffsets following these blocks must be modified.
949   adjustBBOffsetsAfter(OrigBB);
950
951   return NewBB;
952 }
953
954 /// getUserOffset - Compute the offset of U.MI as seen by the hardware
955 /// displacement computation.  Update U.KnownAlignment to match its current
956 /// basic block location.
957 unsigned ARMConstantIslands::getUserOffset(CPUser &U) const {
958   unsigned UserOffset = getOffsetOf(U.MI);
959   const BasicBlockInfo &BBI = BBInfo[U.MI->getParent()->getNumber()];
960   unsigned KnownBits = BBI.internalKnownBits();
961
962   // The value read from PC is offset from the actual instruction address.
963   UserOffset += (isThumb ? 4 : 8);
964
965   // Because of inline assembly, we may not know the alignment (mod 4) of U.MI.
966   // Make sure U.getMaxDisp() returns a constrained range.
967   U.KnownAlignment = (KnownBits >= 2);
968
969   // On Thumb, offsets==2 mod 4 are rounded down by the hardware for
970   // purposes of the displacement computation; compensate for that here.
971   // For unknown alignments, getMaxDisp() constrains the range instead.
972   if (isThumb && U.KnownAlignment)
973     UserOffset &= ~3u;
974
975   return UserOffset;
976 }
977
978 /// isOffsetInRange - Checks whether UserOffset (the location of a constant pool
979 /// reference) is within MaxDisp of TrialOffset (a proposed location of a
980 /// constant pool entry).
981 /// UserOffset is computed by getUserOffset above to include PC adjustments. If
982 /// the mod 4 alignment of UserOffset is not known, the uncertainty must be
983 /// subtracted from MaxDisp instead. CPUser::getMaxDisp() does that.
984 bool ARMConstantIslands::isOffsetInRange(unsigned UserOffset,
985                                          unsigned TrialOffset, unsigned MaxDisp,
986                                          bool NegativeOK, bool IsSoImm) {
987   if (UserOffset <= TrialOffset) {
988     // User before the Trial.
989     if (TrialOffset - UserOffset <= MaxDisp)
990       return true;
991     // FIXME: Make use full range of soimm values.
992   } else if (NegativeOK) {
993     if (UserOffset - TrialOffset <= MaxDisp)
994       return true;
995     // FIXME: Make use full range of soimm values.
996   }
997   return false;
998 }
999
1000 /// isWaterInRange - Returns true if a CPE placed after the specified
1001 /// Water (a basic block) will be in range for the specific MI.
1002 ///
1003 /// Compute how much the function will grow by inserting a CPE after Water.
1004 bool ARMConstantIslands::isWaterInRange(unsigned UserOffset,
1005                                         MachineBasicBlock* Water, CPUser &U,
1006                                         unsigned &Growth) {
1007   unsigned CPELogAlign = getCPELogAlign(U.CPEMI);
1008   unsigned CPEOffset = BBInfo[Water->getNumber()].postOffset(CPELogAlign);
1009   unsigned NextBlockOffset, NextBlockAlignment;
1010   MachineFunction::const_iterator NextBlock = Water;
1011   if (++NextBlock == MF->end()) {
1012     NextBlockOffset = BBInfo[Water->getNumber()].postOffset();
1013     NextBlockAlignment = 0;
1014   } else {
1015     NextBlockOffset = BBInfo[NextBlock->getNumber()].Offset;
1016     NextBlockAlignment = NextBlock->getAlignment();
1017   }
1018   unsigned Size = U.CPEMI->getOperand(2).getImm();
1019   unsigned CPEEnd = CPEOffset + Size;
1020
1021   // The CPE may be able to hide in the alignment padding before the next
1022   // block. It may also cause more padding to be required if it is more aligned
1023   // that the next block.
1024   if (CPEEnd > NextBlockOffset) {
1025     Growth = CPEEnd - NextBlockOffset;
1026     // Compute the padding that would go at the end of the CPE to align the next
1027     // block.
1028     Growth += OffsetToAlignment(CPEEnd, 1u << NextBlockAlignment);
1029
1030     // If the CPE is to be inserted before the instruction, that will raise
1031     // the offset of the instruction. Also account for unknown alignment padding
1032     // in blocks between CPE and the user.
1033     if (CPEOffset < UserOffset)
1034       UserOffset += Growth + UnknownPadding(MF->getAlignment(), CPELogAlign);
1035   } else
1036     // CPE fits in existing padding.
1037     Growth = 0;
1038
1039   return isOffsetInRange(UserOffset, CPEOffset, U);
1040 }
1041
1042 /// isCPEntryInRange - Returns true if the distance between specific MI and
1043 /// specific ConstPool entry instruction can fit in MI's displacement field.
1044 bool ARMConstantIslands::isCPEntryInRange(MachineInstr *MI, unsigned UserOffset,
1045                                       MachineInstr *CPEMI, unsigned MaxDisp,
1046                                       bool NegOk, bool DoDump) {
1047   unsigned CPEOffset  = getOffsetOf(CPEMI);
1048   assert(CPEOffset % 4 == 0 && "Misaligned CPE");
1049
1050   if (DoDump) {
1051     DEBUG({
1052       unsigned Block = MI->getParent()->getNumber();
1053       const BasicBlockInfo &BBI = BBInfo[Block];
1054       dbgs() << "User of CPE#" << CPEMI->getOperand(0).getImm()
1055              << " max delta=" << MaxDisp
1056              << format(" insn address=%#x", UserOffset)
1057              << " in BB#" << Block << ": "
1058              << format("%#x-%x\t", BBI.Offset, BBI.postOffset()) << *MI
1059              << format("CPE address=%#x offset=%+d: ", CPEOffset,
1060                        int(CPEOffset-UserOffset));
1061     });
1062   }
1063
1064   return isOffsetInRange(UserOffset, CPEOffset, MaxDisp, NegOk);
1065 }
1066
1067 #ifndef NDEBUG
1068 /// BBIsJumpedOver - Return true of the specified basic block's only predecessor
1069 /// unconditionally branches to its only successor.
1070 static bool BBIsJumpedOver(MachineBasicBlock *MBB) {
1071   if (MBB->pred_size() != 1 || MBB->succ_size() != 1)
1072     return false;
1073
1074   MachineBasicBlock *Succ = *MBB->succ_begin();
1075   MachineBasicBlock *Pred = *MBB->pred_begin();
1076   MachineInstr *PredMI = &Pred->back();
1077   if (PredMI->getOpcode() == ARM::B || PredMI->getOpcode() == ARM::tB
1078       || PredMI->getOpcode() == ARM::t2B)
1079     return PredMI->getOperand(0).getMBB() == Succ;
1080   return false;
1081 }
1082 #endif // NDEBUG
1083
1084 void ARMConstantIslands::adjustBBOffsetsAfter(MachineBasicBlock *BB) {
1085   unsigned BBNum = BB->getNumber();
1086   for(unsigned i = BBNum + 1, e = MF->getNumBlockIDs(); i < e; ++i) {
1087     // Get the offset and known bits at the end of the layout predecessor.
1088     // Include the alignment of the current block.
1089     unsigned LogAlign = MF->getBlockNumbered(i)->getAlignment();
1090     unsigned Offset = BBInfo[i - 1].postOffset(LogAlign);
1091     unsigned KnownBits = BBInfo[i - 1].postKnownBits(LogAlign);
1092
1093     // This is where block i begins.  Stop if the offset is already correct,
1094     // and we have updated 2 blocks.  This is the maximum number of blocks
1095     // changed before calling this function.
1096     if (i > BBNum + 2 &&
1097         BBInfo[i].Offset == Offset &&
1098         BBInfo[i].KnownBits == KnownBits)
1099       break;
1100
1101     BBInfo[i].Offset = Offset;
1102     BBInfo[i].KnownBits = KnownBits;
1103   }
1104 }
1105
1106 /// decrementCPEReferenceCount - find the constant pool entry with index CPI
1107 /// and instruction CPEMI, and decrement its refcount.  If the refcount
1108 /// becomes 0 remove the entry and instruction.  Returns true if we removed
1109 /// the entry, false if we didn't.
1110
1111 bool ARMConstantIslands::decrementCPEReferenceCount(unsigned CPI,
1112                                                     MachineInstr *CPEMI) {
1113   // Find the old entry. Eliminate it if it is no longer used.
1114   CPEntry *CPE = findConstPoolEntry(CPI, CPEMI);
1115   assert(CPE && "Unexpected!");
1116   if (--CPE->RefCount == 0) {
1117     removeDeadCPEMI(CPEMI);
1118     CPE->CPEMI = NULL;
1119     --NumCPEs;
1120     return true;
1121   }
1122   return false;
1123 }
1124
1125 /// LookForCPEntryInRange - see if the currently referenced CPE is in range;
1126 /// if not, see if an in-range clone of the CPE is in range, and if so,
1127 /// change the data structures so the user references the clone.  Returns:
1128 /// 0 = no existing entry found
1129 /// 1 = entry found, and there were no code insertions or deletions
1130 /// 2 = entry found, and there were code insertions or deletions
1131 int ARMConstantIslands::findInRangeCPEntry(CPUser& U, unsigned UserOffset)
1132 {
1133   MachineInstr *UserMI = U.MI;
1134   MachineInstr *CPEMI  = U.CPEMI;
1135
1136   // Check to see if the CPE is already in-range.
1137   if (isCPEntryInRange(UserMI, UserOffset, CPEMI, U.getMaxDisp(), U.NegOk,
1138                        true)) {
1139     DEBUG(dbgs() << "In range\n");
1140     return 1;
1141   }
1142
1143   // No.  Look for previously created clones of the CPE that are in range.
1144   unsigned CPI = CPEMI->getOperand(1).getIndex();
1145   std::vector<CPEntry> &CPEs = CPEntries[CPI];
1146   for (unsigned i = 0, e = CPEs.size(); i != e; ++i) {
1147     // We already tried this one
1148     if (CPEs[i].CPEMI == CPEMI)
1149       continue;
1150     // Removing CPEs can leave empty entries, skip
1151     if (CPEs[i].CPEMI == NULL)
1152       continue;
1153     if (isCPEntryInRange(UserMI, UserOffset, CPEs[i].CPEMI, U.getMaxDisp(),
1154                      U.NegOk)) {
1155       DEBUG(dbgs() << "Replacing CPE#" << CPI << " with CPE#"
1156                    << CPEs[i].CPI << "\n");
1157       // Point the CPUser node to the replacement
1158       U.CPEMI = CPEs[i].CPEMI;
1159       // Change the CPI in the instruction operand to refer to the clone.
1160       for (unsigned j = 0, e = UserMI->getNumOperands(); j != e; ++j)
1161         if (UserMI->getOperand(j).isCPI()) {
1162           UserMI->getOperand(j).setIndex(CPEs[i].CPI);
1163           break;
1164         }
1165       // Adjust the refcount of the clone...
1166       CPEs[i].RefCount++;
1167       // ...and the original.  If we didn't remove the old entry, none of the
1168       // addresses changed, so we don't need another pass.
1169       return decrementCPEReferenceCount(CPI, CPEMI) ? 2 : 1;
1170     }
1171   }
1172   return 0;
1173 }
1174
1175 /// getUnconditionalBrDisp - Returns the maximum displacement that can fit in
1176 /// the specific unconditional branch instruction.
1177 static inline unsigned getUnconditionalBrDisp(int Opc) {
1178   switch (Opc) {
1179   case ARM::tB:
1180     return ((1<<10)-1)*2;
1181   case ARM::t2B:
1182     return ((1<<23)-1)*2;
1183   default:
1184     break;
1185   }
1186
1187   return ((1<<23)-1)*4;
1188 }
1189
1190 /// findAvailableWater - Look for an existing entry in the WaterList in which
1191 /// we can place the CPE referenced from U so it's within range of U's MI.
1192 /// Returns true if found, false if not.  If it returns true, WaterIter
1193 /// is set to the WaterList entry.  For Thumb, prefer water that will not
1194 /// introduce padding to water that will.  To ensure that this pass
1195 /// terminates, the CPE location for a particular CPUser is only allowed to
1196 /// move to a lower address, so search backward from the end of the list and
1197 /// prefer the first water that is in range.
1198 bool ARMConstantIslands::findAvailableWater(CPUser &U, unsigned UserOffset,
1199                                       water_iterator &WaterIter) {
1200   if (WaterList.empty())
1201     return false;
1202
1203   unsigned BestGrowth = ~0u;
1204   for (water_iterator IP = prior(WaterList.end()), B = WaterList.begin();;
1205        --IP) {
1206     MachineBasicBlock* WaterBB = *IP;
1207     // Check if water is in range and is either at a lower address than the
1208     // current "high water mark" or a new water block that was created since
1209     // the previous iteration by inserting an unconditional branch.  In the
1210     // latter case, we want to allow resetting the high water mark back to
1211     // this new water since we haven't seen it before.  Inserting branches
1212     // should be relatively uncommon and when it does happen, we want to be
1213     // sure to take advantage of it for all the CPEs near that block, so that
1214     // we don't insert more branches than necessary.
1215     unsigned Growth;
1216     if (isWaterInRange(UserOffset, WaterBB, U, Growth) &&
1217         (WaterBB->getNumber() < U.HighWaterMark->getNumber() ||
1218          NewWaterList.count(WaterBB)) && Growth < BestGrowth) {
1219       // This is the least amount of required padding seen so far.
1220       BestGrowth = Growth;
1221       WaterIter = IP;
1222       DEBUG(dbgs() << "Found water after BB#" << WaterBB->getNumber()
1223                    << " Growth=" << Growth << '\n');
1224
1225       // Keep looking unless it is perfect.
1226       if (BestGrowth == 0)
1227         return true;
1228     }
1229     if (IP == B)
1230       break;
1231   }
1232   return BestGrowth != ~0u;
1233 }
1234
1235 /// createNewWater - No existing WaterList entry will work for
1236 /// CPUsers[CPUserIndex], so create a place to put the CPE.  The end of the
1237 /// block is used if in range, and the conditional branch munged so control
1238 /// flow is correct.  Otherwise the block is split to create a hole with an
1239 /// unconditional branch around it.  In either case NewMBB is set to a
1240 /// block following which the new island can be inserted (the WaterList
1241 /// is not adjusted).
1242 void ARMConstantIslands::createNewWater(unsigned CPUserIndex,
1243                                         unsigned UserOffset,
1244                                         MachineBasicBlock *&NewMBB) {
1245   CPUser &U = CPUsers[CPUserIndex];
1246   MachineInstr *UserMI = U.MI;
1247   MachineInstr *CPEMI  = U.CPEMI;
1248   unsigned CPELogAlign = getCPELogAlign(CPEMI);
1249   MachineBasicBlock *UserMBB = UserMI->getParent();
1250   const BasicBlockInfo &UserBBI = BBInfo[UserMBB->getNumber()];
1251
1252   // If the block does not end in an unconditional branch already, and if the
1253   // end of the block is within range, make new water there.  (The addition
1254   // below is for the unconditional branch we will be adding: 4 bytes on ARM +
1255   // Thumb2, 2 on Thumb1.
1256   if (BBHasFallthrough(UserMBB)) {
1257     // Size of branch to insert.
1258     unsigned Delta = isThumb1 ? 2 : 4;
1259     // End of UserBlock after adding a branch.
1260     unsigned UserBlockEnd = UserBBI.postOffset() + Delta;
1261     // Compute the offset where the CPE will begin.
1262     unsigned CPEOffset = WorstCaseAlign(UserBlockEnd, CPELogAlign,
1263                                         UserBBI.postKnownBits());
1264
1265     if (isOffsetInRange(UserOffset, CPEOffset, U)) {
1266       DEBUG(dbgs() << "Split at end of BB#" << UserMBB->getNumber()
1267             << format(", expected CPE offset %#x\n", CPEOffset));
1268       NewMBB = llvm::next(MachineFunction::iterator(UserMBB));
1269       // Add an unconditional branch from UserMBB to fallthrough block.  Record
1270       // it for branch lengthening; this new branch will not get out of range,
1271       // but if the preceding conditional branch is out of range, the targets
1272       // will be exchanged, and the altered branch may be out of range, so the
1273       // machinery has to know about it.
1274       int UncondBr = isThumb ? ((isThumb2) ? ARM::t2B : ARM::tB) : ARM::B;
1275       if (!isThumb)
1276         BuildMI(UserMBB, DebugLoc(), TII->get(UncondBr)).addMBB(NewMBB);
1277       else
1278         BuildMI(UserMBB, DebugLoc(), TII->get(UncondBr)).addMBB(NewMBB)
1279           .addImm(ARMCC::AL).addReg(0);
1280       unsigned MaxDisp = getUnconditionalBrDisp(UncondBr);
1281       ImmBranches.push_back(ImmBranch(&UserMBB->back(),
1282                                       MaxDisp, false, UncondBr));
1283       BBInfo[UserMBB->getNumber()].Size += Delta;
1284       adjustBBOffsetsAfter(UserMBB);
1285       return;
1286     }
1287   }
1288
1289   // What a big block.  Find a place within the block to split it.  This is a
1290   // little tricky on Thumb1 since instructions are 2 bytes and constant pool
1291   // entries are 4 bytes: if instruction I references island CPE, and
1292   // instruction I+1 references CPE', it will not work well to put CPE as far
1293   // forward as possible, since then CPE' cannot immediately follow it (that
1294   // location is 2 bytes farther away from I+1 than CPE was from I) and we'd
1295   // need to create a new island.  So, we make a first guess, then walk through
1296   // the instructions between the one currently being looked at and the
1297   // possible insertion point, and make sure any other instructions that
1298   // reference CPEs will be able to use the same island area; if not, we back
1299   // up the insertion point.
1300
1301   // Try to split the block so it's fully aligned.  Compute the latest split
1302   // point where we can add a 4-byte branch instruction, and then
1303   // WorstCaseAlign to LogAlign.
1304   unsigned LogAlign = MF->getAlignment();
1305   assert(LogAlign >= CPELogAlign && "Over-aligned constant pool entry");
1306   unsigned KnownBits = UserBBI.internalKnownBits();
1307   unsigned UPad = UnknownPadding(LogAlign, KnownBits);
1308   unsigned BaseInsertOffset = UserOffset + U.getMaxDisp();
1309   DEBUG(dbgs() << format("Split in middle of big block before %#x",
1310                          BaseInsertOffset));
1311
1312   // Account for alignment and unknown padding.
1313   BaseInsertOffset &= ~((1u << LogAlign) - 1);
1314   BaseInsertOffset -= UPad;
1315
1316   // The 4 in the following is for the unconditional branch we'll be inserting
1317   // (allows for long branch on Thumb1).  Alignment of the island is handled
1318   // inside isOffsetInRange.
1319   BaseInsertOffset -= 4;
1320
1321   DEBUG(dbgs() << format(", adjusted to %#x", BaseInsertOffset)
1322                << " la=" << LogAlign
1323                << " kb=" << KnownBits
1324                << " up=" << UPad << '\n');
1325
1326   // This could point off the end of the block if we've already got constant
1327   // pool entries following this block; only the last one is in the water list.
1328   // Back past any possible branches (allow for a conditional and a maximally
1329   // long unconditional).
1330   if (BaseInsertOffset >= BBInfo[UserMBB->getNumber()+1].Offset)
1331     BaseInsertOffset = BBInfo[UserMBB->getNumber()+1].Offset -
1332       (isThumb1 ? 6 : 8);
1333   unsigned EndInsertOffset =
1334     WorstCaseAlign(BaseInsertOffset + 4, LogAlign, KnownBits) +
1335     CPEMI->getOperand(2).getImm();
1336   MachineBasicBlock::iterator MI = UserMI;
1337   ++MI;
1338   unsigned CPUIndex = CPUserIndex+1;
1339   unsigned NumCPUsers = CPUsers.size();
1340   MachineInstr *LastIT = 0;
1341   for (unsigned Offset = UserOffset+TII->GetInstSizeInBytes(UserMI);
1342        Offset < BaseInsertOffset;
1343        Offset += TII->GetInstSizeInBytes(MI),
1344        MI = llvm::next(MI)) {
1345     if (CPUIndex < NumCPUsers && CPUsers[CPUIndex].MI == MI) {
1346       CPUser &U = CPUsers[CPUIndex];
1347       if (!isOffsetInRange(Offset, EndInsertOffset, U)) {
1348         // Shift intertion point by one unit of alignment so it is within reach.
1349         BaseInsertOffset -= 1u << LogAlign;
1350         EndInsertOffset  -= 1u << LogAlign;
1351       }
1352       // This is overly conservative, as we don't account for CPEMIs being
1353       // reused within the block, but it doesn't matter much.  Also assume CPEs
1354       // are added in order with alignment padding.  We may eventually be able
1355       // to pack the aligned CPEs better.
1356       EndInsertOffset = RoundUpToAlignment(EndInsertOffset,
1357                                            1u << getCPELogAlign(U.CPEMI)) +
1358         U.CPEMI->getOperand(2).getImm();
1359       CPUIndex++;
1360     }
1361
1362     // Remember the last IT instruction.
1363     if (MI->getOpcode() == ARM::t2IT)
1364       LastIT = MI;
1365   }
1366
1367   --MI;
1368
1369   // Avoid splitting an IT block.
1370   if (LastIT) {
1371     unsigned PredReg = 0;
1372     ARMCC::CondCodes CC = getITInstrPredicate(MI, PredReg);
1373     if (CC != ARMCC::AL)
1374       MI = LastIT;
1375   }
1376   NewMBB = splitBlockBeforeInstr(MI);
1377 }
1378
1379 /// handleConstantPoolUser - Analyze the specified user, checking to see if it
1380 /// is out-of-range.  If so, pick up the constant pool value and move it some
1381 /// place in-range.  Return true if we changed any addresses (thus must run
1382 /// another pass of branch lengthening), false otherwise.
1383 bool ARMConstantIslands::handleConstantPoolUser(unsigned CPUserIndex) {
1384   CPUser &U = CPUsers[CPUserIndex];
1385   MachineInstr *UserMI = U.MI;
1386   MachineInstr *CPEMI  = U.CPEMI;
1387   unsigned CPI = CPEMI->getOperand(1).getIndex();
1388   unsigned Size = CPEMI->getOperand(2).getImm();
1389   // Compute this only once, it's expensive.
1390   unsigned UserOffset = getUserOffset(U);
1391
1392   // See if the current entry is within range, or there is a clone of it
1393   // in range.
1394   int result = findInRangeCPEntry(U, UserOffset);
1395   if (result==1) return false;
1396   else if (result==2) return true;
1397
1398   // No existing clone of this CPE is within range.
1399   // We will be generating a new clone.  Get a UID for it.
1400   unsigned ID = AFI->createPICLabelUId();
1401
1402   // Look for water where we can place this CPE.
1403   MachineBasicBlock *NewIsland = MF->CreateMachineBasicBlock();
1404   MachineBasicBlock *NewMBB;
1405   water_iterator IP;
1406   if (findAvailableWater(U, UserOffset, IP)) {
1407     DEBUG(dbgs() << "Found water in range\n");
1408     MachineBasicBlock *WaterBB = *IP;
1409
1410     // If the original WaterList entry was "new water" on this iteration,
1411     // propagate that to the new island.  This is just keeping NewWaterList
1412     // updated to match the WaterList, which will be updated below.
1413     if (NewWaterList.count(WaterBB)) {
1414       NewWaterList.erase(WaterBB);
1415       NewWaterList.insert(NewIsland);
1416     }
1417     // The new CPE goes before the following block (NewMBB).
1418     NewMBB = llvm::next(MachineFunction::iterator(WaterBB));
1419
1420   } else {
1421     // No water found.
1422     DEBUG(dbgs() << "No water found\n");
1423     createNewWater(CPUserIndex, UserOffset, NewMBB);
1424
1425     // splitBlockBeforeInstr adds to WaterList, which is important when it is
1426     // called while handling branches so that the water will be seen on the
1427     // next iteration for constant pools, but in this context, we don't want
1428     // it.  Check for this so it will be removed from the WaterList.
1429     // Also remove any entry from NewWaterList.
1430     MachineBasicBlock *WaterBB = prior(MachineFunction::iterator(NewMBB));
1431     IP = std::find(WaterList.begin(), WaterList.end(), WaterBB);
1432     if (IP != WaterList.end())
1433       NewWaterList.erase(WaterBB);
1434
1435     // We are adding new water.  Update NewWaterList.
1436     NewWaterList.insert(NewIsland);
1437   }
1438
1439   // Remove the original WaterList entry; we want subsequent insertions in
1440   // this vicinity to go after the one we're about to insert.  This
1441   // considerably reduces the number of times we have to move the same CPE
1442   // more than once and is also important to ensure the algorithm terminates.
1443   if (IP != WaterList.end())
1444     WaterList.erase(IP);
1445
1446   // Okay, we know we can put an island before NewMBB now, do it!
1447   MF->insert(NewMBB, NewIsland);
1448
1449   // Update internal data structures to account for the newly inserted MBB.
1450   updateForInsertedWaterBlock(NewIsland);
1451
1452   // Decrement the old entry, and remove it if refcount becomes 0.
1453   decrementCPEReferenceCount(CPI, CPEMI);
1454
1455   // Now that we have an island to add the CPE to, clone the original CPE and
1456   // add it to the island.
1457   U.HighWaterMark = NewIsland;
1458   U.CPEMI = BuildMI(NewIsland, DebugLoc(), TII->get(ARM::CONSTPOOL_ENTRY))
1459                 .addImm(ID).addConstantPoolIndex(CPI).addImm(Size);
1460   CPEntries[CPI].push_back(CPEntry(U.CPEMI, ID, 1));
1461   ++NumCPEs;
1462
1463   // Mark the basic block as aligned as required by the const-pool entry.
1464   NewIsland->setAlignment(getCPELogAlign(U.CPEMI));
1465
1466   // Increase the size of the island block to account for the new entry.
1467   BBInfo[NewIsland->getNumber()].Size += Size;
1468   adjustBBOffsetsAfter(llvm::prior(MachineFunction::iterator(NewIsland)));
1469
1470   // Finally, change the CPI in the instruction operand to be ID.
1471   for (unsigned i = 0, e = UserMI->getNumOperands(); i != e; ++i)
1472     if (UserMI->getOperand(i).isCPI()) {
1473       UserMI->getOperand(i).setIndex(ID);
1474       break;
1475     }
1476
1477   DEBUG(dbgs() << "  Moved CPE to #" << ID << " CPI=" << CPI
1478         << format(" offset=%#x\n", BBInfo[NewIsland->getNumber()].Offset));
1479
1480   return true;
1481 }
1482
1483 /// removeDeadCPEMI - Remove a dead constant pool entry instruction. Update
1484 /// sizes and offsets of impacted basic blocks.
1485 void ARMConstantIslands::removeDeadCPEMI(MachineInstr *CPEMI) {
1486   MachineBasicBlock *CPEBB = CPEMI->getParent();
1487   unsigned Size = CPEMI->getOperand(2).getImm();
1488   CPEMI->eraseFromParent();
1489   BBInfo[CPEBB->getNumber()].Size -= Size;
1490   // All succeeding offsets have the current size value added in, fix this.
1491   if (CPEBB->empty()) {
1492     BBInfo[CPEBB->getNumber()].Size = 0;
1493
1494     // This block no longer needs to be aligned. <rdar://problem/10534709>.
1495     CPEBB->setAlignment(0);
1496   } else
1497     // Entries are sorted by descending alignment, so realign from the front.
1498     CPEBB->setAlignment(getCPELogAlign(CPEBB->begin()));
1499
1500   adjustBBOffsetsAfter(CPEBB);
1501   // An island has only one predecessor BB and one successor BB. Check if
1502   // this BB's predecessor jumps directly to this BB's successor. This
1503   // shouldn't happen currently.
1504   assert(!BBIsJumpedOver(CPEBB) && "How did this happen?");
1505   // FIXME: remove the empty blocks after all the work is done?
1506 }
1507
1508 /// removeUnusedCPEntries - Remove constant pool entries whose refcounts
1509 /// are zero.
1510 bool ARMConstantIslands::removeUnusedCPEntries() {
1511   unsigned MadeChange = false;
1512   for (unsigned i = 0, e = CPEntries.size(); i != e; ++i) {
1513       std::vector<CPEntry> &CPEs = CPEntries[i];
1514       for (unsigned j = 0, ee = CPEs.size(); j != ee; ++j) {
1515         if (CPEs[j].RefCount == 0 && CPEs[j].CPEMI) {
1516           removeDeadCPEMI(CPEs[j].CPEMI);
1517           CPEs[j].CPEMI = NULL;
1518           MadeChange = true;
1519         }
1520       }
1521   }
1522   return MadeChange;
1523 }
1524
1525 /// isBBInRange - Returns true if the distance between specific MI and
1526 /// specific BB can fit in MI's displacement field.
1527 bool ARMConstantIslands::isBBInRange(MachineInstr *MI,MachineBasicBlock *DestBB,
1528                                      unsigned MaxDisp) {
1529   unsigned PCAdj      = isThumb ? 4 : 8;
1530   unsigned BrOffset   = getOffsetOf(MI) + PCAdj;
1531   unsigned DestOffset = BBInfo[DestBB->getNumber()].Offset;
1532
1533   DEBUG(dbgs() << "Branch of destination BB#" << DestBB->getNumber()
1534                << " from BB#" << MI->getParent()->getNumber()
1535                << " max delta=" << MaxDisp
1536                << " from " << getOffsetOf(MI) << " to " << DestOffset
1537                << " offset " << int(DestOffset-BrOffset) << "\t" << *MI);
1538
1539   if (BrOffset <= DestOffset) {
1540     // Branch before the Dest.
1541     if (DestOffset-BrOffset <= MaxDisp)
1542       return true;
1543   } else {
1544     if (BrOffset-DestOffset <= MaxDisp)
1545       return true;
1546   }
1547   return false;
1548 }
1549
1550 /// fixupImmediateBr - Fix up an immediate branch whose destination is too far
1551 /// away to fit in its displacement field.
1552 bool ARMConstantIslands::fixupImmediateBr(ImmBranch &Br) {
1553   MachineInstr *MI = Br.MI;
1554   MachineBasicBlock *DestBB = MI->getOperand(0).getMBB();
1555
1556   // Check to see if the DestBB is already in-range.
1557   if (isBBInRange(MI, DestBB, Br.MaxDisp))
1558     return false;
1559
1560   if (!Br.isCond)
1561     return fixupUnconditionalBr(Br);
1562   return fixupConditionalBr(Br);
1563 }
1564
1565 /// fixupUnconditionalBr - Fix up an unconditional branch whose destination is
1566 /// too far away to fit in its displacement field. If the LR register has been
1567 /// spilled in the epilogue, then we can use BL to implement a far jump.
1568 /// Otherwise, add an intermediate branch instruction to a branch.
1569 bool
1570 ARMConstantIslands::fixupUnconditionalBr(ImmBranch &Br) {
1571   MachineInstr *MI = Br.MI;
1572   MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
1573   if (!isThumb1)
1574     llvm_unreachable("fixupUnconditionalBr is Thumb1 only!");
1575
1576   // Use BL to implement far jump.
1577   Br.MaxDisp = (1 << 21) * 2;
1578   MI->setDesc(TII->get(ARM::tBfar));
1579   BBInfo[MBB->getNumber()].Size += 2;
1580   adjustBBOffsetsAfter(MBB);
1581   HasFarJump = true;
1582   ++NumUBrFixed;
1583
1584   DEBUG(dbgs() << "  Changed B to long jump " << *MI);
1585
1586   return true;
1587 }
1588
1589 /// fixupConditionalBr - Fix up a conditional branch whose destination is too
1590 /// far away to fit in its displacement field. It is converted to an inverse
1591 /// conditional branch + an unconditional branch to the destination.
1592 bool
1593 ARMConstantIslands::fixupConditionalBr(ImmBranch &Br) {
1594   MachineInstr *MI = Br.MI;
1595   MachineBasicBlock *DestBB = MI->getOperand(0).getMBB();
1596
1597   // Add an unconditional branch to the destination and invert the branch
1598   // condition to jump over it:
1599   // blt L1
1600   // =>
1601   // bge L2
1602   // b   L1
1603   // L2:
1604   ARMCC::CondCodes CC = (ARMCC::CondCodes)MI->getOperand(1).getImm();
1605   CC = ARMCC::getOppositeCondition(CC);
1606   unsigned CCReg = MI->getOperand(2).getReg();
1607
1608   // If the branch is at the end of its MBB and that has a fall-through block,
1609   // direct the updated conditional branch to the fall-through block. Otherwise,
1610   // split the MBB before the next instruction.
1611   MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
1612   MachineInstr *BMI = &MBB->back();
1613   bool NeedSplit = (BMI != MI) || !BBHasFallthrough(MBB);
1614
1615   ++NumCBrFixed;
1616   if (BMI != MI) {
1617     if (llvm::next(MachineBasicBlock::iterator(MI)) == prior(MBB->end()) &&
1618         BMI->getOpcode() == Br.UncondBr) {
1619       // Last MI in the BB is an unconditional branch. Can we simply invert the
1620       // condition and swap destinations:
1621       // beq L1
1622       // b   L2
1623       // =>
1624       // bne L2
1625       // b   L1
1626       MachineBasicBlock *NewDest = BMI->getOperand(0).getMBB();
1627       if (isBBInRange(MI, NewDest, Br.MaxDisp)) {
1628         DEBUG(dbgs() << "  Invert Bcc condition and swap its destination with "
1629                      << *BMI);
1630         BMI->getOperand(0).setMBB(DestBB);
1631         MI->getOperand(0).setMBB(NewDest);
1632         MI->getOperand(1).setImm(CC);
1633         return true;
1634       }
1635     }
1636   }
1637
1638   if (NeedSplit) {
1639     splitBlockBeforeInstr(MI);
1640     // No need for the branch to the next block. We're adding an unconditional
1641     // branch to the destination.
1642     int delta = TII->GetInstSizeInBytes(&MBB->back());
1643     BBInfo[MBB->getNumber()].Size -= delta;
1644     MBB->back().eraseFromParent();
1645     // BBInfo[SplitBB].Offset is wrong temporarily, fixed below
1646   }
1647   MachineBasicBlock *NextBB = llvm::next(MachineFunction::iterator(MBB));
1648
1649   DEBUG(dbgs() << "  Insert B to BB#" << DestBB->getNumber()
1650                << " also invert condition and change dest. to BB#"
1651                << NextBB->getNumber() << "\n");
1652
1653   // Insert a new conditional branch and a new unconditional branch.
1654   // Also update the ImmBranch as well as adding a new entry for the new branch.
1655   BuildMI(MBB, DebugLoc(), TII->get(MI->getOpcode()))
1656     .addMBB(NextBB).addImm(CC).addReg(CCReg);
1657   Br.MI = &MBB->back();
1658   BBInfo[MBB->getNumber()].Size += TII->GetInstSizeInBytes(&MBB->back());
1659   if (isThumb)
1660     BuildMI(MBB, DebugLoc(), TII->get(Br.UncondBr)).addMBB(DestBB)
1661             .addImm(ARMCC::AL).addReg(0);
1662   else
1663     BuildMI(MBB, DebugLoc(), TII->get(Br.UncondBr)).addMBB(DestBB);
1664   BBInfo[MBB->getNumber()].Size += TII->GetInstSizeInBytes(&MBB->back());
1665   unsigned MaxDisp = getUnconditionalBrDisp(Br.UncondBr);
1666   ImmBranches.push_back(ImmBranch(&MBB->back(), MaxDisp, false, Br.UncondBr));
1667
1668   // Remove the old conditional branch.  It may or may not still be in MBB.
1669   BBInfo[MI->getParent()->getNumber()].Size -= TII->GetInstSizeInBytes(MI);
1670   MI->eraseFromParent();
1671   adjustBBOffsetsAfter(MBB);
1672   return true;
1673 }
1674
1675 /// undoLRSpillRestore - Remove Thumb push / pop instructions that only spills
1676 /// LR / restores LR to pc. FIXME: This is done here because it's only possible
1677 /// to do this if tBfar is not used.
1678 bool ARMConstantIslands::undoLRSpillRestore() {
1679   bool MadeChange = false;
1680   for (unsigned i = 0, e = PushPopMIs.size(); i != e; ++i) {
1681     MachineInstr *MI = PushPopMIs[i];
1682     // First two operands are predicates.
1683     if (MI->getOpcode() == ARM::tPOP_RET &&
1684         MI->getOperand(2).getReg() == ARM::PC &&
1685         MI->getNumExplicitOperands() == 3) {
1686       // Create the new insn and copy the predicate from the old.
1687       BuildMI(MI->getParent(), MI->getDebugLoc(), TII->get(ARM::tBX_RET))
1688         .addOperand(MI->getOperand(0))
1689         .addOperand(MI->getOperand(1));
1690       MI->eraseFromParent();
1691       MadeChange = true;
1692     }
1693   }
1694   return MadeChange;
1695 }
1696
1697 // mayOptimizeThumb2Instruction - Returns true if optimizeThumb2Instructions
1698 // below may shrink MI.
1699 bool
1700 ARMConstantIslands::mayOptimizeThumb2Instruction(const MachineInstr *MI) const {
1701   switch(MI->getOpcode()) {
1702     // optimizeThumb2Instructions.
1703     case ARM::t2LEApcrel:
1704     case ARM::t2LDRpci:
1705     // optimizeThumb2Branches.
1706     case ARM::t2B:
1707     case ARM::t2Bcc:
1708     case ARM::tBcc:
1709     // optimizeThumb2JumpTables.
1710     case ARM::t2BR_JT:
1711       return true;
1712   }
1713   return false;
1714 }
1715
1716 bool ARMConstantIslands::optimizeThumb2Instructions() {
1717   bool MadeChange = false;
1718
1719   // Shrink ADR and LDR from constantpool.
1720   for (unsigned i = 0, e = CPUsers.size(); i != e; ++i) {
1721     CPUser &U = CPUsers[i];
1722     unsigned Opcode = U.MI->getOpcode();
1723     unsigned NewOpc = 0;
1724     unsigned Scale = 1;
1725     unsigned Bits = 0;
1726     switch (Opcode) {
1727     default: break;
1728     case ARM::t2LEApcrel:
1729       if (isARMLowRegister(U.MI->getOperand(0).getReg())) {
1730         NewOpc = ARM::tLEApcrel;
1731         Bits = 8;
1732         Scale = 4;
1733       }
1734       break;
1735     case ARM::t2LDRpci:
1736       if (isARMLowRegister(U.MI->getOperand(0).getReg())) {
1737         NewOpc = ARM::tLDRpci;
1738         Bits = 8;
1739         Scale = 4;
1740       }
1741       break;
1742     }
1743
1744     if (!NewOpc)
1745       continue;
1746
1747     unsigned UserOffset = getUserOffset(U);
1748     unsigned MaxOffs = ((1 << Bits) - 1) * Scale;
1749
1750     // Be conservative with inline asm.
1751     if (!U.KnownAlignment)
1752       MaxOffs -= 2;
1753
1754     // FIXME: Check if offset is multiple of scale if scale is not 4.
1755     if (isCPEntryInRange(U.MI, UserOffset, U.CPEMI, MaxOffs, false, true)) {
1756       DEBUG(dbgs() << "Shrink: " << *U.MI);
1757       U.MI->setDesc(TII->get(NewOpc));
1758       MachineBasicBlock *MBB = U.MI->getParent();
1759       BBInfo[MBB->getNumber()].Size -= 2;
1760       adjustBBOffsetsAfter(MBB);
1761       ++NumT2CPShrunk;
1762       MadeChange = true;
1763     }
1764   }
1765
1766   MadeChange |= optimizeThumb2Branches();
1767   MadeChange |= optimizeThumb2JumpTables();
1768   return MadeChange;
1769 }
1770
1771 bool ARMConstantIslands::optimizeThumb2Branches() {
1772   bool MadeChange = false;
1773
1774   for (unsigned i = 0, e = ImmBranches.size(); i != e; ++i) {
1775     ImmBranch &Br = ImmBranches[i];
1776     unsigned Opcode = Br.MI->getOpcode();
1777     unsigned NewOpc = 0;
1778     unsigned Scale = 1;
1779     unsigned Bits = 0;
1780     switch (Opcode) {
1781     default: break;
1782     case ARM::t2B:
1783       NewOpc = ARM::tB;
1784       Bits = 11;
1785       Scale = 2;
1786       break;
1787     case ARM::t2Bcc: {
1788       NewOpc = ARM::tBcc;
1789       Bits = 8;
1790       Scale = 2;
1791       break;
1792     }
1793     }
1794     if (NewOpc) {
1795       unsigned MaxOffs = ((1 << (Bits-1))-1) * Scale;
1796       MachineBasicBlock *DestBB = Br.MI->getOperand(0).getMBB();
1797       if (isBBInRange(Br.MI, DestBB, MaxOffs)) {
1798         DEBUG(dbgs() << "Shrink branch: " << *Br.MI);
1799         Br.MI->setDesc(TII->get(NewOpc));
1800         MachineBasicBlock *MBB = Br.MI->getParent();
1801         BBInfo[MBB->getNumber()].Size -= 2;
1802         adjustBBOffsetsAfter(MBB);
1803         ++NumT2BrShrunk;
1804         MadeChange = true;
1805       }
1806     }
1807
1808     Opcode = Br.MI->getOpcode();
1809     if (Opcode != ARM::tBcc)
1810       continue;
1811
1812     // If the conditional branch doesn't kill CPSR, then CPSR can be liveout
1813     // so this transformation is not safe.
1814     if (!Br.MI->killsRegister(ARM::CPSR))
1815       continue;
1816
1817     NewOpc = 0;
1818     unsigned PredReg = 0;
1819     ARMCC::CondCodes Pred = getInstrPredicate(Br.MI, PredReg);
1820     if (Pred == ARMCC::EQ)
1821       NewOpc = ARM::tCBZ;
1822     else if (Pred == ARMCC::NE)
1823       NewOpc = ARM::tCBNZ;
1824     if (!NewOpc)
1825       continue;
1826     MachineBasicBlock *DestBB = Br.MI->getOperand(0).getMBB();
1827     // Check if the distance is within 126. Subtract starting offset by 2
1828     // because the cmp will be eliminated.
1829     unsigned BrOffset = getOffsetOf(Br.MI) + 4 - 2;
1830     unsigned DestOffset = BBInfo[DestBB->getNumber()].Offset;
1831     if (BrOffset < DestOffset && (DestOffset - BrOffset) <= 126) {
1832       MachineBasicBlock::iterator CmpMI = Br.MI;
1833       if (CmpMI != Br.MI->getParent()->begin()) {
1834         --CmpMI;
1835         if (CmpMI->getOpcode() == ARM::tCMPi8) {
1836           unsigned Reg = CmpMI->getOperand(0).getReg();
1837           Pred = getInstrPredicate(CmpMI, PredReg);
1838           if (Pred == ARMCC::AL &&
1839               CmpMI->getOperand(1).getImm() == 0 &&
1840               isARMLowRegister(Reg)) {
1841             MachineBasicBlock *MBB = Br.MI->getParent();
1842             DEBUG(dbgs() << "Fold: " << *CmpMI << " and: " << *Br.MI);
1843             MachineInstr *NewBR =
1844               BuildMI(*MBB, CmpMI, Br.MI->getDebugLoc(), TII->get(NewOpc))
1845               .addReg(Reg).addMBB(DestBB,Br.MI->getOperand(0).getTargetFlags());
1846             CmpMI->eraseFromParent();
1847             Br.MI->eraseFromParent();
1848             Br.MI = NewBR;
1849             BBInfo[MBB->getNumber()].Size -= 2;
1850             adjustBBOffsetsAfter(MBB);
1851             ++NumCBZ;
1852             MadeChange = true;
1853           }
1854         }
1855       }
1856     }
1857   }
1858
1859   return MadeChange;
1860 }
1861
1862 /// optimizeThumb2JumpTables - Use tbb / tbh instructions to generate smaller
1863 /// jumptables when it's possible.
1864 bool ARMConstantIslands::optimizeThumb2JumpTables() {
1865   bool MadeChange = false;
1866
1867   // FIXME: After the tables are shrunk, can we get rid some of the
1868   // constantpool tables?
1869   MachineJumpTableInfo *MJTI = MF->getJumpTableInfo();
1870   if (MJTI == 0) return false;
1871
1872   const std::vector<MachineJumpTableEntry> &JT = MJTI->getJumpTables();
1873   for (unsigned i = 0, e = T2JumpTables.size(); i != e; ++i) {
1874     MachineInstr *MI = T2JumpTables[i];
1875     const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
1876     unsigned NumOps = MCID.getNumOperands();
1877     unsigned JTOpIdx = NumOps - (MI->isPredicable() ? 3 : 2);
1878     MachineOperand JTOP = MI->getOperand(JTOpIdx);
1879     unsigned JTI = JTOP.getIndex();
1880     assert(JTI < JT.size());
1881
1882     bool ByteOk = true;
1883     bool HalfWordOk = true;
1884     unsigned JTOffset = getOffsetOf(MI) + 4;
1885     const std::vector<MachineBasicBlock*> &JTBBs = JT[JTI].MBBs;
1886     for (unsigned j = 0, ee = JTBBs.size(); j != ee; ++j) {
1887       MachineBasicBlock *MBB = JTBBs[j];
1888       unsigned DstOffset = BBInfo[MBB->getNumber()].Offset;
1889       // Negative offset is not ok. FIXME: We should change BB layout to make
1890       // sure all the branches are forward.
1891       if (ByteOk && (DstOffset - JTOffset) > ((1<<8)-1)*2)
1892         ByteOk = false;
1893       unsigned TBHLimit = ((1<<16)-1)*2;
1894       if (HalfWordOk && (DstOffset - JTOffset) > TBHLimit)
1895         HalfWordOk = false;
1896       if (!ByteOk && !HalfWordOk)
1897         break;
1898     }
1899
1900     if (ByteOk || HalfWordOk) {
1901       MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
1902       unsigned BaseReg = MI->getOperand(0).getReg();
1903       bool BaseRegKill = MI->getOperand(0).isKill();
1904       if (!BaseRegKill)
1905         continue;
1906       unsigned IdxReg = MI->getOperand(1).getReg();
1907       bool IdxRegKill = MI->getOperand(1).isKill();
1908
1909       // Scan backwards to find the instruction that defines the base
1910       // register. Due to post-RA scheduling, we can't count on it
1911       // immediately preceding the branch instruction.
1912       MachineBasicBlock::iterator PrevI = MI;
1913       MachineBasicBlock::iterator B = MBB->begin();
1914       while (PrevI != B && !PrevI->definesRegister(BaseReg))
1915         --PrevI;
1916
1917       // If for some reason we didn't find it, we can't do anything, so
1918       // just skip this one.
1919       if (!PrevI->definesRegister(BaseReg))
1920         continue;
1921
1922       MachineInstr *AddrMI = PrevI;
1923       bool OptOk = true;
1924       // Examine the instruction that calculates the jumptable entry address.
1925       // Make sure it only defines the base register and kills any uses
1926       // other than the index register.
1927       for (unsigned k = 0, eee = AddrMI->getNumOperands(); k != eee; ++k) {
1928         const MachineOperand &MO = AddrMI->getOperand(k);
1929         if (!MO.isReg() || !MO.getReg())
1930           continue;
1931         if (MO.isDef() && MO.getReg() != BaseReg) {
1932           OptOk = false;
1933           break;
1934         }
1935         if (MO.isUse() && !MO.isKill() && MO.getReg() != IdxReg) {
1936           OptOk = false;
1937           break;
1938         }
1939       }
1940       if (!OptOk)
1941         continue;
1942
1943       // Now scan back again to find the tLEApcrel or t2LEApcrelJT instruction
1944       // that gave us the initial base register definition.
1945       for (--PrevI; PrevI != B && !PrevI->definesRegister(BaseReg); --PrevI)
1946         ;
1947
1948       // The instruction should be a tLEApcrel or t2LEApcrelJT; we want
1949       // to delete it as well.
1950       MachineInstr *LeaMI = PrevI;
1951       if ((LeaMI->getOpcode() != ARM::tLEApcrelJT &&
1952            LeaMI->getOpcode() != ARM::t2LEApcrelJT) ||
1953           LeaMI->getOperand(0).getReg() != BaseReg)
1954         OptOk = false;
1955
1956       if (!OptOk)
1957         continue;
1958
1959       DEBUG(dbgs() << "Shrink JT: " << *MI << "     addr: " << *AddrMI
1960                    << "      lea: " << *LeaMI);
1961       unsigned Opc = ByteOk ? ARM::t2TBB_JT : ARM::t2TBH_JT;
1962       MachineInstr *NewJTMI = BuildMI(MBB, MI->getDebugLoc(), TII->get(Opc))
1963         .addReg(IdxReg, getKillRegState(IdxRegKill))
1964         .addJumpTableIndex(JTI, JTOP.getTargetFlags())
1965         .addImm(MI->getOperand(JTOpIdx+1).getImm());
1966       DEBUG(dbgs() << "BB#" << MBB->getNumber() << ": " << *NewJTMI);
1967       // FIXME: Insert an "ALIGN" instruction to ensure the next instruction
1968       // is 2-byte aligned. For now, asm printer will fix it up.
1969       unsigned NewSize = TII->GetInstSizeInBytes(NewJTMI);
1970       unsigned OrigSize = TII->GetInstSizeInBytes(AddrMI);
1971       OrigSize += TII->GetInstSizeInBytes(LeaMI);
1972       OrigSize += TII->GetInstSizeInBytes(MI);
1973
1974       AddrMI->eraseFromParent();
1975       LeaMI->eraseFromParent();
1976       MI->eraseFromParent();
1977
1978       int delta = OrigSize - NewSize;
1979       BBInfo[MBB->getNumber()].Size -= delta;
1980       adjustBBOffsetsAfter(MBB);
1981
1982       ++NumTBs;
1983       MadeChange = true;
1984     }
1985   }
1986
1987   return MadeChange;
1988 }
1989
1990 /// reorderThumb2JumpTables - Adjust the function's block layout to ensure that
1991 /// jump tables always branch forwards, since that's what tbb and tbh need.
1992 bool ARMConstantIslands::reorderThumb2JumpTables() {
1993   bool MadeChange = false;
1994
1995   MachineJumpTableInfo *MJTI = MF->getJumpTableInfo();
1996   if (MJTI == 0) return false;
1997
1998   const std::vector<MachineJumpTableEntry> &JT = MJTI->getJumpTables();
1999   for (unsigned i = 0, e = T2JumpTables.size(); i != e; ++i) {
2000     MachineInstr *MI = T2JumpTables[i];
2001     const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
2002     unsigned NumOps = MCID.getNumOperands();
2003     unsigned JTOpIdx = NumOps - (MI->isPredicable() ? 3 : 2);
2004     MachineOperand JTOP = MI->getOperand(JTOpIdx);
2005     unsigned JTI = JTOP.getIndex();
2006     assert(JTI < JT.size());
2007
2008     // We prefer if target blocks for the jump table come after the jump
2009     // instruction so we can use TB[BH]. Loop through the target blocks
2010     // and try to adjust them such that that's true.
2011     int JTNumber = MI->getParent()->getNumber();
2012     const std::vector<MachineBasicBlock*> &JTBBs = JT[JTI].MBBs;
2013     for (unsigned j = 0, ee = JTBBs.size(); j != ee; ++j) {
2014       MachineBasicBlock *MBB = JTBBs[j];
2015       int DTNumber = MBB->getNumber();
2016
2017       if (DTNumber < JTNumber) {
2018         // The destination precedes the switch. Try to move the block forward
2019         // so we have a positive offset.
2020         MachineBasicBlock *NewBB =
2021           adjustJTTargetBlockForward(MBB, MI->getParent());
2022         if (NewBB)
2023           MJTI->ReplaceMBBInJumpTable(JTI, JTBBs[j], NewBB);
2024         MadeChange = true;
2025       }
2026     }
2027   }
2028
2029   return MadeChange;
2030 }
2031
2032 MachineBasicBlock *ARMConstantIslands::
2033 adjustJTTargetBlockForward(MachineBasicBlock *BB, MachineBasicBlock *JTBB) {
2034   // If the destination block is terminated by an unconditional branch,
2035   // try to move it; otherwise, create a new block following the jump
2036   // table that branches back to the actual target. This is a very simple
2037   // heuristic. FIXME: We can definitely improve it.
2038   MachineBasicBlock *TBB = 0, *FBB = 0;
2039   SmallVector<MachineOperand, 4> Cond;
2040   SmallVector<MachineOperand, 4> CondPrior;
2041   MachineFunction::iterator BBi = BB;
2042   MachineFunction::iterator OldPrior = prior(BBi);
2043
2044   // If the block terminator isn't analyzable, don't try to move the block
2045   bool B = TII->AnalyzeBranch(*BB, TBB, FBB, Cond);
2046
2047   // If the block ends in an unconditional branch, move it. The prior block
2048   // has to have an analyzable terminator for us to move this one. Be paranoid
2049   // and make sure we're not trying to move the entry block of the function.
2050   if (!B && Cond.empty() && BB != MF->begin() &&
2051       !TII->AnalyzeBranch(*OldPrior, TBB, FBB, CondPrior)) {
2052     BB->moveAfter(JTBB);
2053     OldPrior->updateTerminator();
2054     BB->updateTerminator();
2055     // Update numbering to account for the block being moved.
2056     MF->RenumberBlocks();
2057     ++NumJTMoved;
2058     return NULL;
2059   }
2060
2061   // Create a new MBB for the code after the jump BB.
2062   MachineBasicBlock *NewBB =
2063     MF->CreateMachineBasicBlock(JTBB->getBasicBlock());
2064   MachineFunction::iterator MBBI = JTBB; ++MBBI;
2065   MF->insert(MBBI, NewBB);
2066
2067   // Add an unconditional branch from NewBB to BB.
2068   // There doesn't seem to be meaningful DebugInfo available; this doesn't
2069   // correspond directly to anything in the source.
2070   assert (isThumb2 && "Adjusting for TB[BH] but not in Thumb2?");
2071   BuildMI(NewBB, DebugLoc(), TII->get(ARM::t2B)).addMBB(BB)
2072           .addImm(ARMCC::AL).addReg(0);
2073
2074   // Update internal data structures to account for the newly inserted MBB.
2075   MF->RenumberBlocks(NewBB);
2076
2077   // Update the CFG.
2078   NewBB->addSuccessor(BB);
2079   JTBB->removeSuccessor(BB);
2080   JTBB->addSuccessor(NewBB);
2081
2082   ++NumJTInserted;
2083   return NewBB;
2084 }