[Modules] Fix potential ODR violations by sinking the DEBUG_TYPE
[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 #include "ARM.h"
17 #include "ARMMachineFunctionInfo.h"
18 #include "MCTargetDesc/ARMAddressingModes.h"
19 #include "Thumb2InstrInfo.h"
20 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
21 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
22 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
23 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
24 #include "llvm/CodeGen/MachineConstantPool.h"
25 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
26 #include "llvm/CodeGen/MachineJumpTableInfo.h"
27 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
28 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
29 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
30 #include "llvm/Support/Debug.h"
31 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
32 #include "llvm/Support/Format.h"
33 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
34 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
35 #include <algorithm>
36 using namespace llvm;
37
38 #define DEBUG_TYPE "arm-cp-islands"
39
40 STATISTIC(NumCPEs,       "Number of constpool entries");
41 STATISTIC(NumSplit,      "Number of uncond branches inserted");
42 STATISTIC(NumCBrFixed,   "Number of cond branches fixed");
43 STATISTIC(NumUBrFixed,   "Number of uncond branches fixed");
44 STATISTIC(NumTBs,        "Number of table branches generated");
45 STATISTIC(NumT2CPShrunk, "Number of Thumb2 constantpool instructions shrunk");
46 STATISTIC(NumT2BrShrunk, "Number of Thumb2 immediate branches shrunk");
47 STATISTIC(NumCBZ,        "Number of CBZ / CBNZ formed");
48 STATISTIC(NumJTMoved,    "Number of jump table destination blocks moved");
49 STATISTIC(NumJTInserted, "Number of jump table intermediate blocks inserted");
50
51
52 static cl::opt<bool>
53 AdjustJumpTableBlocks("arm-adjust-jump-tables", cl::Hidden, cl::init(true),
54           cl::desc("Adjust basic block layout to better use TB[BH]"));
55
56 // FIXME: This option should be removed once it has received sufficient testing.
57 static cl::opt<bool>
58 AlignConstantIslands("arm-align-constant-islands", cl::Hidden, cl::init(true),
59           cl::desc("Align constant islands in code"));
60
61 /// UnknownPadding - Return the worst case padding that could result from
62 /// unknown offset bits.  This does not include alignment padding caused by
63 /// known offset bits.
64 ///
65 /// @param LogAlign log2(alignment)
66 /// @param KnownBits Number of known low offset bits.
67 static inline unsigned UnknownPadding(unsigned LogAlign, unsigned KnownBits) {
68   if (KnownBits < LogAlign)
69     return (1u << LogAlign) - (1u << KnownBits);
70   return 0;
71 }
72
73 namespace {
74   /// ARMConstantIslands - Due to limited PC-relative displacements, ARM
75   /// requires constant pool entries to be scattered among the instructions
76   /// inside a function.  To do this, it completely ignores the normal LLVM
77   /// constant pool; instead, it places constants wherever it feels like with
78   /// special instructions.
79   ///
80   /// The terminology used in this pass includes:
81   ///   Islands - Clumps of constants placed in the function.
82   ///   Water   - Potential places where an island could be formed.
83   ///   CPE     - A constant pool entry that has been placed somewhere, which
84   ///             tracks a list of users.
85   class ARMConstantIslands : public MachineFunctionPass {
86     /// BasicBlockInfo - Information about the offset and size of a single
87     /// basic block.
88     struct BasicBlockInfo {
89       /// Offset - Distance from the beginning of the function to the beginning
90       /// of this basic block.
91       ///
92       /// Offsets are computed assuming worst case padding before an aligned
93       /// block. This means that subtracting basic block offsets always gives a
94       /// conservative estimate of the real distance which may be smaller.
95       ///
96       /// Because worst case padding is used, the computed offset of an aligned
97       /// block may not actually be aligned.
98       unsigned Offset;
99
100       /// Size - Size of the basic block in bytes.  If the block contains
101       /// inline assembly, this is a worst case estimate.
102       ///
103       /// The size does not include any alignment padding whether from the
104       /// beginning of the block, or from an aligned jump table at the end.
105       unsigned Size;
106
107       /// KnownBits - The number of low bits in Offset that are known to be
108       /// exact.  The remaining bits of Offset are an upper bound.
109       uint8_t KnownBits;
110
111       /// Unalign - When non-zero, the block contains instructions (inline asm)
112       /// of unknown size.  The real size may be smaller than Size bytes by a
113       /// multiple of 1 << Unalign.
114       uint8_t Unalign;
115
116       /// PostAlign - When non-zero, the block terminator contains a .align
117       /// directive, so the end of the block is aligned to 1 << PostAlign
118       /// bytes.
119       uint8_t PostAlign;
120
121       BasicBlockInfo() : Offset(0), Size(0), KnownBits(0), Unalign(0),
122         PostAlign(0) {}
123
124       /// Compute the number of known offset bits internally to this block.
125       /// This number should be used to predict worst case padding when
126       /// splitting the block.
127       unsigned internalKnownBits() const {
128         unsigned Bits = Unalign ? Unalign : KnownBits;
129         // If the block size isn't a multiple of the known bits, assume the
130         // worst case padding.
131         if (Size & ((1u << Bits) - 1))
132           Bits = countTrailingZeros(Size);
133         return Bits;
134       }
135
136       /// Compute the offset immediately following this block.  If LogAlign is
137       /// specified, return the offset the successor block will get if it has
138       /// this alignment.
139       unsigned postOffset(unsigned LogAlign = 0) const {
140         unsigned PO = Offset + Size;
141         unsigned LA = std::max(unsigned(PostAlign), LogAlign);
142         if (!LA)
143           return PO;
144         // Add alignment padding from the terminator.
145         return PO + UnknownPadding(LA, internalKnownBits());
146       }
147
148       /// Compute the number of known low bits of postOffset.  If this block
149       /// contains inline asm, the number of known bits drops to the
150       /// instruction alignment.  An aligned terminator may increase the number
151       /// of know bits.
152       /// If LogAlign is given, also consider the alignment of the next block.
153       unsigned postKnownBits(unsigned LogAlign = 0) const {
154         return std::max(std::max(unsigned(PostAlign), LogAlign),
155                         internalKnownBits());
156       }
157     };
158
159     std::vector<BasicBlockInfo> BBInfo;
160
161     /// WaterList - A sorted list of basic blocks where islands could be placed
162     /// (i.e. blocks that don't fall through to the following block, due
163     /// to a return, unreachable, or unconditional branch).
164     std::vector<MachineBasicBlock*> WaterList;
165
166     /// NewWaterList - The subset of WaterList that was created since the
167     /// previous iteration by inserting unconditional branches.
168     SmallSet<MachineBasicBlock*, 4> NewWaterList;
169
170     typedef std::vector<MachineBasicBlock*>::iterator water_iterator;
171
172     /// CPUser - One user of a constant pool, keeping the machine instruction
173     /// pointer, the constant pool being referenced, and the max displacement
174     /// allowed from the instruction to the CP.  The HighWaterMark records the
175     /// highest basic block where a new CPEntry can be placed.  To ensure this
176     /// pass terminates, the CP entries are initially placed at the end of the
177     /// function and then move monotonically to lower addresses.  The
178     /// exception to this rule is when the current CP entry for a particular
179     /// CPUser is out of range, but there is another CP entry for the same
180     /// constant value in range.  We want to use the existing in-range CP
181     /// entry, but if it later moves out of range, the search for new water
182     /// should resume where it left off.  The HighWaterMark is used to record
183     /// that point.
184     struct CPUser {
185       MachineInstr *MI;
186       MachineInstr *CPEMI;
187       MachineBasicBlock *HighWaterMark;
188     private:
189       unsigned MaxDisp;
190     public:
191       bool NegOk;
192       bool IsSoImm;
193       bool KnownAlignment;
194       CPUser(MachineInstr *mi, MachineInstr *cpemi, unsigned maxdisp,
195              bool neg, bool soimm)
196         : MI(mi), CPEMI(cpemi), MaxDisp(maxdisp), NegOk(neg), IsSoImm(soimm),
197           KnownAlignment(false) {
198         HighWaterMark = CPEMI->getParent();
199       }
200       /// getMaxDisp - Returns the maximum displacement supported by MI.
201       /// Correct for unknown alignment.
202       /// Conservatively subtract 2 bytes to handle weird alignment effects.
203       unsigned getMaxDisp() const {
204         return (KnownAlignment ? MaxDisp : MaxDisp - 2) - 2;
205       }
206     };
207
208     /// CPUsers - Keep track of all of the machine instructions that use various
209     /// constant pools and their max displacement.
210     std::vector<CPUser> CPUsers;
211
212     /// CPEntry - One per constant pool entry, keeping the machine instruction
213     /// pointer, the constpool index, and the number of CPUser's which
214     /// reference this entry.
215     struct CPEntry {
216       MachineInstr *CPEMI;
217       unsigned CPI;
218       unsigned RefCount;
219       CPEntry(MachineInstr *cpemi, unsigned cpi, unsigned rc = 0)
220         : CPEMI(cpemi), CPI(cpi), RefCount(rc) {}
221     };
222
223     /// CPEntries - Keep track of all of the constant pool entry machine
224     /// instructions. For each original constpool index (i.e. those that
225     /// existed upon entry to this pass), it keeps a vector of entries.
226     /// Original elements are cloned as we go along; the clones are
227     /// put in the vector of the original element, but have distinct CPIs.
228     std::vector<std::vector<CPEntry> > CPEntries;
229
230     /// ImmBranch - One per immediate branch, keeping the machine instruction
231     /// pointer, conditional or unconditional, the max displacement,
232     /// and (if isCond is true) the corresponding unconditional branch
233     /// opcode.
234     struct ImmBranch {
235       MachineInstr *MI;
236       unsigned MaxDisp : 31;
237       bool isCond : 1;
238       int UncondBr;
239       ImmBranch(MachineInstr *mi, unsigned maxdisp, bool cond, int ubr)
240         : MI(mi), MaxDisp(maxdisp), isCond(cond), UncondBr(ubr) {}
241     };
242
243     /// ImmBranches - Keep track of all the immediate branch instructions.
244     ///
245     std::vector<ImmBranch> ImmBranches;
246
247     /// PushPopMIs - Keep track of all the Thumb push / pop instructions.
248     ///
249     SmallVector<MachineInstr*, 4> PushPopMIs;
250
251     /// T2JumpTables - Keep track of all the Thumb2 jumptable instructions.
252     SmallVector<MachineInstr*, 4> T2JumpTables;
253
254     /// HasFarJump - True if any far jump instruction has been emitted during
255     /// the branch fix up pass.
256     bool HasFarJump;
257
258     MachineFunction *MF;
259     MachineConstantPool *MCP;
260     const ARMBaseInstrInfo *TII;
261     const ARMSubtarget *STI;
262     ARMFunctionInfo *AFI;
263     bool isThumb;
264     bool isThumb1;
265     bool isThumb2;
266   public:
267     static char ID;
268     ARMConstantIslands() : MachineFunctionPass(ID) {}
269
270     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) override;
271
272     const char *getPassName() const override {
273       return "ARM constant island placement and branch shortening pass";
274     }
275
276   private:
277     void doInitialPlacement(std::vector<MachineInstr*> &CPEMIs);
278     CPEntry *findConstPoolEntry(unsigned CPI, const MachineInstr *CPEMI);
279     unsigned getCPELogAlign(const MachineInstr *CPEMI);
280     void scanFunctionJumpTables();
281     void initializeFunctionInfo(const std::vector<MachineInstr*> &CPEMIs);
282     MachineBasicBlock *splitBlockBeforeInstr(MachineInstr *MI);
283     void updateForInsertedWaterBlock(MachineBasicBlock *NewBB);
284     void adjustBBOffsetsAfter(MachineBasicBlock *BB);
285     bool decrementCPEReferenceCount(unsigned CPI, MachineInstr* CPEMI);
286     int findInRangeCPEntry(CPUser& U, unsigned UserOffset);
287     bool findAvailableWater(CPUser&U, unsigned UserOffset,
288                             water_iterator &WaterIter);
289     void createNewWater(unsigned CPUserIndex, unsigned UserOffset,
290                         MachineBasicBlock *&NewMBB);
291     bool handleConstantPoolUser(unsigned CPUserIndex);
292     void removeDeadCPEMI(MachineInstr *CPEMI);
293     bool removeUnusedCPEntries();
294     bool isCPEntryInRange(MachineInstr *MI, unsigned UserOffset,
295                           MachineInstr *CPEMI, unsigned Disp, bool NegOk,
296                           bool DoDump = false);
297     bool isWaterInRange(unsigned UserOffset, MachineBasicBlock *Water,
298                         CPUser &U, unsigned &Growth);
299     bool isBBInRange(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *BB, unsigned Disp);
300     bool fixupImmediateBr(ImmBranch &Br);
301     bool fixupConditionalBr(ImmBranch &Br);
302     bool fixupUnconditionalBr(ImmBranch &Br);
303     bool undoLRSpillRestore();
304     bool mayOptimizeThumb2Instruction(const MachineInstr *MI) const;
305     bool optimizeThumb2Instructions();
306     bool optimizeThumb2Branches();
307     bool reorderThumb2JumpTables();
308     bool optimizeThumb2JumpTables();
309     MachineBasicBlock *adjustJTTargetBlockForward(MachineBasicBlock *BB,
310                                                   MachineBasicBlock *JTBB);
311
312     void computeBlockSize(MachineBasicBlock *MBB);
313     unsigned getOffsetOf(MachineInstr *MI) const;
314     unsigned getUserOffset(CPUser&) const;
315     void dumpBBs();
316     void verify();
317
318     bool isOffsetInRange(unsigned UserOffset, unsigned TrialOffset,
319                          unsigned Disp, bool NegativeOK, bool IsSoImm = false);
320     bool isOffsetInRange(unsigned UserOffset, unsigned TrialOffset,
321                          const CPUser &U) {
322       return isOffsetInRange(UserOffset, TrialOffset,
323                              U.getMaxDisp(), U.NegOk, U.IsSoImm);
324     }
325   };
326   char ARMConstantIslands::ID = 0;
327 }
328
329 /// verify - check BBOffsets, BBSizes, alignment of islands
330 void ARMConstantIslands::verify() {
331 #ifndef NDEBUG
332   for (MachineFunction::iterator MBBI = MF->begin(), E = MF->end();
333        MBBI != E; ++MBBI) {
334     MachineBasicBlock *MBB = MBBI;
335     unsigned MBBId = MBB->getNumber();
336     assert(!MBBId || BBInfo[MBBId - 1].postOffset() <= BBInfo[MBBId].Offset);
337   }
338   DEBUG(dbgs() << "Verifying " << CPUsers.size() << " CP users.\n");
339   for (unsigned i = 0, e = CPUsers.size(); i != e; ++i) {
340     CPUser &U = CPUsers[i];
341     unsigned UserOffset = getUserOffset(U);
342     // Verify offset using the real max displacement without the safety
343     // adjustment.
344     if (isCPEntryInRange(U.MI, UserOffset, U.CPEMI, U.getMaxDisp()+2, U.NegOk,
345                          /* DoDump = */ true)) {
346       DEBUG(dbgs() << "OK\n");
347       continue;
348     }
349     DEBUG(dbgs() << "Out of range.\n");
350     dumpBBs();
351     DEBUG(MF->dump());
352     llvm_unreachable("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 ARMBaseInstrInfo*)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   // This pass invalidates liveness information when it splits basic blocks.
396   MF->getRegInfo().invalidateLiveness();
397
398   // Renumber all of the machine basic blocks in the function, guaranteeing that
399   // the numbers agree with the position of the block in the function.
400   MF->RenumberBlocks();
401
402   // Try to reorder and otherwise adjust the block layout to make good use
403   // of the TB[BH] instructions.
404   bool MadeChange = false;
405   if (isThumb2 && AdjustJumpTableBlocks) {
406     scanFunctionJumpTables();
407     MadeChange |= reorderThumb2JumpTables();
408     // Data is out of date, so clear it. It'll be re-computed later.
409     T2JumpTables.clear();
410     // Blocks may have shifted around. Keep the numbering up to date.
411     MF->RenumberBlocks();
412   }
413
414   // Thumb1 functions containing constant pools get 4-byte alignment.
415   // This is so we can keep exact track of where the alignment padding goes.
416
417   // ARM and Thumb2 functions need to be 4-byte aligned.
418   if (!isThumb1)
419     MF->ensureAlignment(2);  // 2 = log2(4)
420
421   // Perform the initial placement of the constant pool entries.  To start with,
422   // we put them all at the end of the function.
423   std::vector<MachineInstr*> CPEMIs;
424   if (!MCP->isEmpty())
425     doInitialPlacement(CPEMIs);
426
427   /// The next UID to take is the first unused one.
428   AFI->initPICLabelUId(CPEMIs.size());
429
430   // Do the initial scan of the function, building up information about the
431   // sizes of each block, the location of all the water, and finding all of the
432   // constant pool users.
433   initializeFunctionInfo(CPEMIs);
434   CPEMIs.clear();
435   DEBUG(dumpBBs());
436
437
438   /// Remove dead constant pool entries.
439   MadeChange |= removeUnusedCPEntries();
440
441   // Iteratively place constant pool entries and fix up branches until there
442   // is no change.
443   unsigned NoCPIters = 0, NoBRIters = 0;
444   while (true) {
445     DEBUG(dbgs() << "Beginning CP iteration #" << NoCPIters << '\n');
446     bool CPChange = false;
447     for (unsigned i = 0, e = CPUsers.size(); i != e; ++i)
448       CPChange |= handleConstantPoolUser(i);
449     if (CPChange && ++NoCPIters > 30)
450       report_fatal_error("Constant Island pass failed to converge!");
451     DEBUG(dumpBBs());
452
453     // Clear NewWaterList now.  If we split a block for branches, it should
454     // appear as "new water" for the next iteration of constant pool placement.
455     NewWaterList.clear();
456
457     DEBUG(dbgs() << "Beginning BR iteration #" << NoBRIters << '\n');
458     bool BRChange = false;
459     for (unsigned i = 0, e = ImmBranches.size(); i != e; ++i)
460       BRChange |= fixupImmediateBr(ImmBranches[i]);
461     if (BRChange && ++NoBRIters > 30)
462       report_fatal_error("Branch Fix Up pass failed to converge!");
463     DEBUG(dumpBBs());
464
465     if (!CPChange && !BRChange)
466       break;
467     MadeChange = true;
468   }
469
470   // Shrink 32-bit Thumb2 branch, load, and store instructions.
471   if (isThumb2 && !STI->prefers32BitThumb())
472     MadeChange |= optimizeThumb2Instructions();
473
474   // After a while, this might be made debug-only, but it is not expensive.
475   verify();
476
477   // If LR has been forced spilled and no far jump (i.e. BL) has been issued,
478   // undo the spill / restore of LR if possible.
479   if (isThumb && !HasFarJump && AFI->isLRSpilledForFarJump())
480     MadeChange |= undoLRSpillRestore();
481
482   // Save the mapping between original and cloned constpool entries.
483   for (unsigned i = 0, e = CPEntries.size(); i != e; ++i) {
484     for (unsigned j = 0, je = CPEntries[i].size(); j != je; ++j) {
485       const CPEntry & CPE = CPEntries[i][j];
486       AFI->recordCPEClone(i, CPE.CPI);
487     }
488   }
489
490   DEBUG(dbgs() << '\n'; dumpBBs());
491
492   BBInfo.clear();
493   WaterList.clear();
494   CPUsers.clear();
495   CPEntries.clear();
496   ImmBranches.clear();
497   PushPopMIs.clear();
498   T2JumpTables.clear();
499
500   return MadeChange;
501 }
502
503 /// doInitialPlacement - Perform the initial placement of the constant pool
504 /// entries.  To start with, we put them all at the end of the function.
505 void
506 ARMConstantIslands::doInitialPlacement(std::vector<MachineInstr*> &CPEMIs) {
507   // Create the basic block to hold the CPE's.
508   MachineBasicBlock *BB = MF->CreateMachineBasicBlock();
509   MF->push_back(BB);
510
511   // MachineConstantPool measures alignment in bytes. We measure in log2(bytes).
512   unsigned MaxAlign = Log2_32(MCP->getConstantPoolAlignment());
513
514   // Mark the basic block as required by the const-pool.
515   // If AlignConstantIslands isn't set, use 4-byte alignment for everything.
516   BB->setAlignment(AlignConstantIslands ? MaxAlign : 2);
517
518   // The function needs to be as aligned as the basic blocks. The linker may
519   // move functions around based on their alignment.
520   MF->ensureAlignment(BB->getAlignment());
521
522   // Order the entries in BB by descending alignment.  That ensures correct
523   // alignment of all entries as long as BB is sufficiently aligned.  Keep
524   // track of the insertion point for each alignment.  We are going to bucket
525   // sort the entries as they are created.
526   SmallVector<MachineBasicBlock::iterator, 8> InsPoint(MaxAlign + 1, BB->end());
527
528   // Add all of the constants from the constant pool to the end block, use an
529   // identity mapping of CPI's to CPE's.
530   const std::vector<MachineConstantPoolEntry> &CPs = MCP->getConstants();
531
532   const DataLayout &TD = *MF->getTarget().getDataLayout();
533   for (unsigned i = 0, e = CPs.size(); i != e; ++i) {
534     unsigned Size = TD.getTypeAllocSize(CPs[i].getType());
535     assert(Size >= 4 && "Too small constant pool entry");
536     unsigned Align = CPs[i].getAlignment();
537     assert(isPowerOf2_32(Align) && "Invalid alignment");
538     // Verify that all constant pool entries are a multiple of their alignment.
539     // If not, we would have to pad them out so that instructions stay aligned.
540     assert((Size % Align) == 0 && "CP Entry not multiple of 4 bytes!");
541
542     // Insert CONSTPOOL_ENTRY before entries with a smaller alignment.
543     unsigned LogAlign = Log2_32(Align);
544     MachineBasicBlock::iterator InsAt = InsPoint[LogAlign];
545     MachineInstr *CPEMI =
546       BuildMI(*BB, InsAt, DebugLoc(), TII->get(ARM::CONSTPOOL_ENTRY))
547         .addImm(i).addConstantPoolIndex(i).addImm(Size);
548     CPEMIs.push_back(CPEMI);
549
550     // Ensure that future entries with higher alignment get inserted before
551     // CPEMI. This is bucket sort with iterators.
552     for (unsigned a = LogAlign + 1; a <= MaxAlign; ++a)
553       if (InsPoint[a] == InsAt)
554         InsPoint[a] = CPEMI;
555
556     // Add a new CPEntry, but no corresponding CPUser yet.
557     std::vector<CPEntry> CPEs;
558     CPEs.push_back(CPEntry(CPEMI, i));
559     CPEntries.push_back(CPEs);
560     ++NumCPEs;
561     DEBUG(dbgs() << "Moved CPI#" << i << " to end of function, size = "
562                  << Size << ", align = " << Align <<'\n');
563   }
564   DEBUG(BB->dump());
565 }
566
567 /// BBHasFallthrough - Return true if the specified basic block can fallthrough
568 /// into the block immediately after it.
569 static bool BBHasFallthrough(MachineBasicBlock *MBB) {
570   // Get the next machine basic block in the function.
571   MachineFunction::iterator MBBI = MBB;
572   // Can't fall off end of function.
573   if (std::next(MBBI) == MBB->getParent()->end())
574     return false;
575
576   MachineBasicBlock *NextBB = std::next(MBBI);
577   for (MachineBasicBlock::succ_iterator I = MBB->succ_begin(),
578        E = MBB->succ_end(); I != E; ++I)
579     if (*I == NextBB)
580       return true;
581
582   return false;
583 }
584
585 /// findConstPoolEntry - Given the constpool index and CONSTPOOL_ENTRY MI,
586 /// look up the corresponding CPEntry.
587 ARMConstantIslands::CPEntry
588 *ARMConstantIslands::findConstPoolEntry(unsigned CPI,
589                                         const MachineInstr *CPEMI) {
590   std::vector<CPEntry> &CPEs = CPEntries[CPI];
591   // Number of entries per constpool index should be small, just do a
592   // linear search.
593   for (unsigned i = 0, e = CPEs.size(); i != e; ++i) {
594     if (CPEs[i].CPEMI == CPEMI)
595       return &CPEs[i];
596   }
597   return NULL;
598 }
599
600 /// getCPELogAlign - Returns the required alignment of the constant pool entry
601 /// represented by CPEMI.  Alignment is measured in log2(bytes) units.
602 unsigned ARMConstantIslands::getCPELogAlign(const MachineInstr *CPEMI) {
603   assert(CPEMI && CPEMI->getOpcode() == ARM::CONSTPOOL_ENTRY);
604
605   // Everything is 4-byte aligned unless AlignConstantIslands is set.
606   if (!AlignConstantIslands)
607     return 2;
608
609   unsigned CPI = CPEMI->getOperand(1).getIndex();
610   assert(CPI < MCP->getConstants().size() && "Invalid constant pool index.");
611   unsigned Align = MCP->getConstants()[CPI].getAlignment();
612   assert(isPowerOf2_32(Align) && "Invalid CPE alignment");
613   return Log2_32(Align);
614 }
615
616 /// scanFunctionJumpTables - Do a scan of the function, building up
617 /// information about the sizes of each block and the locations of all
618 /// the jump tables.
619 void ARMConstantIslands::scanFunctionJumpTables() {
620   for (MachineFunction::iterator MBBI = MF->begin(), E = MF->end();
621        MBBI != E; ++MBBI) {
622     MachineBasicBlock &MBB = *MBBI;
623
624     for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB.begin(), E = MBB.end();
625          I != E; ++I)
626       if (I->isBranch() && I->getOpcode() == ARM::t2BR_JT)
627         T2JumpTables.push_back(I);
628   }
629 }
630
631 /// initializeFunctionInfo - Do the initial scan of the function, building up
632 /// information about the sizes of each block, the location of all the water,
633 /// and finding all of the constant pool users.
634 void ARMConstantIslands::
635 initializeFunctionInfo(const std::vector<MachineInstr*> &CPEMIs) {
636   BBInfo.clear();
637   BBInfo.resize(MF->getNumBlockIDs());
638
639   // First thing, compute the size of all basic blocks, and see if the function
640   // has any inline assembly in it. If so, we have to be conservative about
641   // alignment assumptions, as we don't know for sure the size of any
642   // instructions in the inline assembly.
643   for (MachineFunction::iterator I = MF->begin(), E = MF->end(); I != E; ++I)
644     computeBlockSize(I);
645
646   // The known bits of the entry block offset are determined by the function
647   // alignment.
648   BBInfo.front().KnownBits = MF->getAlignment();
649
650   // Compute block offsets and known bits.
651   adjustBBOffsetsAfter(MF->begin());
652
653   // Now go back through the instructions and build up our data structures.
654   for (MachineFunction::iterator MBBI = MF->begin(), E = MF->end();
655        MBBI != E; ++MBBI) {
656     MachineBasicBlock &MBB = *MBBI;
657
658     // If this block doesn't fall through into the next MBB, then this is
659     // 'water' that a constant pool island could be placed.
660     if (!BBHasFallthrough(&MBB))
661       WaterList.push_back(&MBB);
662
663     for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB.begin(), E = MBB.end();
664          I != E; ++I) {
665       if (I->isDebugValue())
666         continue;
667
668       int Opc = I->getOpcode();
669       if (I->isBranch()) {
670         bool isCond = false;
671         unsigned Bits = 0;
672         unsigned Scale = 1;
673         int UOpc = Opc;
674         switch (Opc) {
675         default:
676           continue;  // Ignore other JT branches
677         case ARM::t2BR_JT:
678           T2JumpTables.push_back(I);
679           continue;   // Does not get an entry in ImmBranches
680         case ARM::Bcc:
681           isCond = true;
682           UOpc = ARM::B;
683           // Fallthrough
684         case ARM::B:
685           Bits = 24;
686           Scale = 4;
687           break;
688         case ARM::tBcc:
689           isCond = true;
690           UOpc = ARM::tB;
691           Bits = 8;
692           Scale = 2;
693           break;
694         case ARM::tB:
695           Bits = 11;
696           Scale = 2;
697           break;
698         case ARM::t2Bcc:
699           isCond = true;
700           UOpc = ARM::t2B;
701           Bits = 20;
702           Scale = 2;
703           break;
704         case ARM::t2B:
705           Bits = 24;
706           Scale = 2;
707           break;
708         }
709
710         // Record this immediate branch.
711         unsigned MaxOffs = ((1 << (Bits-1))-1) * Scale;
712         ImmBranches.push_back(ImmBranch(I, MaxOffs, isCond, UOpc));
713       }
714
715       if (Opc == ARM::tPUSH || Opc == ARM::tPOP_RET)
716         PushPopMIs.push_back(I);
717
718       if (Opc == ARM::CONSTPOOL_ENTRY)
719         continue;
720
721       // Scan the instructions for constant pool operands.
722       for (unsigned op = 0, e = I->getNumOperands(); op != e; ++op)
723         if (I->getOperand(op).isCPI()) {
724           // We found one.  The addressing mode tells us the max displacement
725           // from the PC that this instruction permits.
726
727           // Basic size info comes from the TSFlags field.
728           unsigned Bits = 0;
729           unsigned Scale = 1;
730           bool NegOk = false;
731           bool IsSoImm = false;
732
733           switch (Opc) {
734           default:
735             llvm_unreachable("Unknown addressing mode for CP reference!");
736
737           // Taking the address of a CP entry.
738           case ARM::LEApcrel:
739             // This takes a SoImm, which is 8 bit immediate rotated. We'll
740             // pretend the maximum offset is 255 * 4. Since each instruction
741             // 4 byte wide, this is always correct. We'll check for other
742             // displacements that fits in a SoImm as well.
743             Bits = 8;
744             Scale = 4;
745             NegOk = true;
746             IsSoImm = true;
747             break;
748           case ARM::t2LEApcrel:
749             Bits = 12;
750             NegOk = true;
751             break;
752           case ARM::tLEApcrel:
753             Bits = 8;
754             Scale = 4;
755             break;
756
757           case ARM::LDRBi12:
758           case ARM::LDRi12:
759           case ARM::LDRcp:
760           case ARM::t2LDRpci:
761             Bits = 12;  // +-offset_12
762             NegOk = true;
763             break;
764
765           case ARM::tLDRpci:
766             Bits = 8;
767             Scale = 4;  // +(offset_8*4)
768             break;
769
770           case ARM::VLDRD:
771           case ARM::VLDRS:
772             Bits = 8;
773             Scale = 4;  // +-(offset_8*4)
774             NegOk = true;
775             break;
776           }
777
778           // Remember that this is a user of a CP entry.
779           unsigned CPI = I->getOperand(op).getIndex();
780           MachineInstr *CPEMI = CPEMIs[CPI];
781           unsigned MaxOffs = ((1 << Bits)-1) * Scale;
782           CPUsers.push_back(CPUser(I, CPEMI, MaxOffs, NegOk, IsSoImm));
783
784           // Increment corresponding CPEntry reference count.
785           CPEntry *CPE = findConstPoolEntry(CPI, CPEMI);
786           assert(CPE && "Cannot find a corresponding CPEntry!");
787           CPE->RefCount++;
788
789           // Instructions can only use one CP entry, don't bother scanning the
790           // rest of the operands.
791           break;
792         }
793     }
794   }
795 }
796
797 /// computeBlockSize - Compute the size and some alignment information for MBB.
798 /// This function updates BBInfo directly.
799 void ARMConstantIslands::computeBlockSize(MachineBasicBlock *MBB) {
800   BasicBlockInfo &BBI = BBInfo[MBB->getNumber()];
801   BBI.Size = 0;
802   BBI.Unalign = 0;
803   BBI.PostAlign = 0;
804
805   for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB->begin(), E = MBB->end(); I != E;
806        ++I) {
807     BBI.Size += TII->GetInstSizeInBytes(I);
808     // For inline asm, GetInstSizeInBytes returns a conservative estimate.
809     // The actual size may be smaller, but still a multiple of the instr size.
810     if (I->isInlineAsm())
811       BBI.Unalign = isThumb ? 1 : 2;
812     // Also consider instructions that may be shrunk later.
813     else if (isThumb && mayOptimizeThumb2Instruction(I))
814       BBI.Unalign = 1;
815   }
816
817   // tBR_JTr contains a .align 2 directive.
818   if (!MBB->empty() && MBB->back().getOpcode() == ARM::tBR_JTr) {
819     BBI.PostAlign = 2;
820     MBB->getParent()->ensureAlignment(2);
821   }
822 }
823
824 /// getOffsetOf - Return the current offset of the specified machine instruction
825 /// from the start of the function.  This offset changes as stuff is moved
826 /// around inside the function.
827 unsigned ARMConstantIslands::getOffsetOf(MachineInstr *MI) const {
828   MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
829
830   // The offset is composed of two things: the sum of the sizes of all MBB's
831   // before this instruction's block, and the offset from the start of the block
832   // it is in.
833   unsigned Offset = BBInfo[MBB->getNumber()].Offset;
834
835   // Sum instructions before MI in MBB.
836   for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB->begin(); &*I != MI; ++I) {
837     assert(I != MBB->end() && "Didn't find MI in its own basic block?");
838     Offset += TII->GetInstSizeInBytes(I);
839   }
840   return Offset;
841 }
842
843 /// CompareMBBNumbers - Little predicate function to sort the WaterList by MBB
844 /// ID.
845 static bool CompareMBBNumbers(const MachineBasicBlock *LHS,
846                               const MachineBasicBlock *RHS) {
847   return LHS->getNumber() < RHS->getNumber();
848 }
849
850 /// updateForInsertedWaterBlock - When a block is newly inserted into the
851 /// machine function, it upsets all of the block numbers.  Renumber the blocks
852 /// and update the arrays that parallel this numbering.
853 void ARMConstantIslands::updateForInsertedWaterBlock(MachineBasicBlock *NewBB) {
854   // Renumber the MBB's to keep them consecutive.
855   NewBB->getParent()->RenumberBlocks(NewBB);
856
857   // Insert an entry into BBInfo to align it properly with the (newly
858   // renumbered) block numbers.
859   BBInfo.insert(BBInfo.begin() + NewBB->getNumber(), BasicBlockInfo());
860
861   // Next, update WaterList.  Specifically, we need to add NewMBB as having
862   // available water after it.
863   water_iterator IP =
864     std::lower_bound(WaterList.begin(), WaterList.end(), NewBB,
865                      CompareMBBNumbers);
866   WaterList.insert(IP, NewBB);
867 }
868
869
870 /// Split the basic block containing MI into two blocks, which are joined by
871 /// an unconditional branch.  Update data structures and renumber blocks to
872 /// account for this change and returns the newly created block.
873 MachineBasicBlock *ARMConstantIslands::splitBlockBeforeInstr(MachineInstr *MI) {
874   MachineBasicBlock *OrigBB = MI->getParent();
875
876   // Create a new MBB for the code after the OrigBB.
877   MachineBasicBlock *NewBB =
878     MF->CreateMachineBasicBlock(OrigBB->getBasicBlock());
879   MachineFunction::iterator MBBI = OrigBB; ++MBBI;
880   MF->insert(MBBI, NewBB);
881
882   // Splice the instructions starting with MI over to NewBB.
883   NewBB->splice(NewBB->end(), OrigBB, MI, OrigBB->end());
884
885   // Add an unconditional branch from OrigBB to NewBB.
886   // Note the new unconditional branch is not being recorded.
887   // There doesn't seem to be meaningful DebugInfo available; this doesn't
888   // correspond to anything in the source.
889   unsigned Opc = isThumb ? (isThumb2 ? ARM::t2B : ARM::tB) : ARM::B;
890   if (!isThumb)
891     BuildMI(OrigBB, DebugLoc(), TII->get(Opc)).addMBB(NewBB);
892   else
893     BuildMI(OrigBB, DebugLoc(), TII->get(Opc)).addMBB(NewBB)
894             .addImm(ARMCC::AL).addReg(0);
895   ++NumSplit;
896
897   // Update the CFG.  All succs of OrigBB are now succs of NewBB.
898   NewBB->transferSuccessors(OrigBB);
899
900   // OrigBB branches to NewBB.
901   OrigBB->addSuccessor(NewBB);
902
903   // Update internal data structures to account for the newly inserted MBB.
904   // This is almost the same as updateForInsertedWaterBlock, except that
905   // the Water goes after OrigBB, not NewBB.
906   MF->RenumberBlocks(NewBB);
907
908   // Insert an entry into BBInfo to align it properly with the (newly
909   // renumbered) block numbers.
910   BBInfo.insert(BBInfo.begin() + NewBB->getNumber(), BasicBlockInfo());
911
912   // Next, update WaterList.  Specifically, we need to add OrigMBB as having
913   // available water after it (but not if it's already there, which happens
914   // when splitting before a conditional branch that is followed by an
915   // unconditional branch - in that case we want to insert NewBB).
916   water_iterator IP =
917     std::lower_bound(WaterList.begin(), WaterList.end(), OrigBB,
918                      CompareMBBNumbers);
919   MachineBasicBlock* WaterBB = *IP;
920   if (WaterBB == OrigBB)
921     WaterList.insert(std::next(IP), NewBB);
922   else
923     WaterList.insert(IP, OrigBB);
924   NewWaterList.insert(OrigBB);
925
926   // Figure out how large the OrigBB is.  As the first half of the original
927   // block, it cannot contain a tablejump.  The size includes
928   // the new jump we added.  (It should be possible to do this without
929   // recounting everything, but it's very confusing, and this is rarely
930   // executed.)
931   computeBlockSize(OrigBB);
932
933   // Figure out how large the NewMBB is.  As the second half of the original
934   // block, it may contain a tablejump.
935   computeBlockSize(NewBB);
936
937   // All BBOffsets following these blocks must be modified.
938   adjustBBOffsetsAfter(OrigBB);
939
940   return NewBB;
941 }
942
943 /// getUserOffset - Compute the offset of U.MI as seen by the hardware
944 /// displacement computation.  Update U.KnownAlignment to match its current
945 /// basic block location.
946 unsigned ARMConstantIslands::getUserOffset(CPUser &U) const {
947   unsigned UserOffset = getOffsetOf(U.MI);
948   const BasicBlockInfo &BBI = BBInfo[U.MI->getParent()->getNumber()];
949   unsigned KnownBits = BBI.internalKnownBits();
950
951   // The value read from PC is offset from the actual instruction address.
952   UserOffset += (isThumb ? 4 : 8);
953
954   // Because of inline assembly, we may not know the alignment (mod 4) of U.MI.
955   // Make sure U.getMaxDisp() returns a constrained range.
956   U.KnownAlignment = (KnownBits >= 2);
957
958   // On Thumb, offsets==2 mod 4 are rounded down by the hardware for
959   // purposes of the displacement computation; compensate for that here.
960   // For unknown alignments, getMaxDisp() constrains the range instead.
961   if (isThumb && U.KnownAlignment)
962     UserOffset &= ~3u;
963
964   return UserOffset;
965 }
966
967 /// isOffsetInRange - Checks whether UserOffset (the location of a constant pool
968 /// reference) is within MaxDisp of TrialOffset (a proposed location of a
969 /// constant pool entry).
970 /// UserOffset is computed by getUserOffset above to include PC adjustments. If
971 /// the mod 4 alignment of UserOffset is not known, the uncertainty must be
972 /// subtracted from MaxDisp instead. CPUser::getMaxDisp() does that.
973 bool ARMConstantIslands::isOffsetInRange(unsigned UserOffset,
974                                          unsigned TrialOffset, unsigned MaxDisp,
975                                          bool NegativeOK, bool IsSoImm) {
976   if (UserOffset <= TrialOffset) {
977     // User before the Trial.
978     if (TrialOffset - UserOffset <= MaxDisp)
979       return true;
980     // FIXME: Make use full range of soimm values.
981   } else if (NegativeOK) {
982     if (UserOffset - TrialOffset <= MaxDisp)
983       return true;
984     // FIXME: Make use full range of soimm values.
985   }
986   return false;
987 }
988
989 /// isWaterInRange - Returns true if a CPE placed after the specified
990 /// Water (a basic block) will be in range for the specific MI.
991 ///
992 /// Compute how much the function will grow by inserting a CPE after Water.
993 bool ARMConstantIslands::isWaterInRange(unsigned UserOffset,
994                                         MachineBasicBlock* Water, CPUser &U,
995                                         unsigned &Growth) {
996   unsigned CPELogAlign = getCPELogAlign(U.CPEMI);
997   unsigned CPEOffset = BBInfo[Water->getNumber()].postOffset(CPELogAlign);
998   unsigned NextBlockOffset, NextBlockAlignment;
999   MachineFunction::const_iterator NextBlock = Water;
1000   if (++NextBlock == MF->end()) {
1001     NextBlockOffset = BBInfo[Water->getNumber()].postOffset();
1002     NextBlockAlignment = 0;
1003   } else {
1004     NextBlockOffset = BBInfo[NextBlock->getNumber()].Offset;
1005     NextBlockAlignment = NextBlock->getAlignment();
1006   }
1007   unsigned Size = U.CPEMI->getOperand(2).getImm();
1008   unsigned CPEEnd = CPEOffset + Size;
1009
1010   // The CPE may be able to hide in the alignment padding before the next
1011   // block. It may also cause more padding to be required if it is more aligned
1012   // that the next block.
1013   if (CPEEnd > NextBlockOffset) {
1014     Growth = CPEEnd - NextBlockOffset;
1015     // Compute the padding that would go at the end of the CPE to align the next
1016     // block.
1017     Growth += OffsetToAlignment(CPEEnd, 1u << NextBlockAlignment);
1018
1019     // If the CPE is to be inserted before the instruction, that will raise
1020     // the offset of the instruction. Also account for unknown alignment padding
1021     // in blocks between CPE and the user.
1022     if (CPEOffset < UserOffset)
1023       UserOffset += Growth + UnknownPadding(MF->getAlignment(), CPELogAlign);
1024   } else
1025     // CPE fits in existing padding.
1026     Growth = 0;
1027
1028   return isOffsetInRange(UserOffset, CPEOffset, U);
1029 }
1030
1031 /// isCPEntryInRange - Returns true if the distance between specific MI and
1032 /// specific ConstPool entry instruction can fit in MI's displacement field.
1033 bool ARMConstantIslands::isCPEntryInRange(MachineInstr *MI, unsigned UserOffset,
1034                                       MachineInstr *CPEMI, unsigned MaxDisp,
1035                                       bool NegOk, bool DoDump) {
1036   unsigned CPEOffset  = getOffsetOf(CPEMI);
1037
1038   if (DoDump) {
1039     DEBUG({
1040       unsigned Block = MI->getParent()->getNumber();
1041       const BasicBlockInfo &BBI = BBInfo[Block];
1042       dbgs() << "User of CPE#" << CPEMI->getOperand(0).getImm()
1043              << " max delta=" << MaxDisp
1044              << format(" insn address=%#x", UserOffset)
1045              << " in BB#" << Block << ": "
1046              << format("%#x-%x\t", BBI.Offset, BBI.postOffset()) << *MI
1047              << format("CPE address=%#x offset=%+d: ", CPEOffset,
1048                        int(CPEOffset-UserOffset));
1049     });
1050   }
1051
1052   return isOffsetInRange(UserOffset, CPEOffset, MaxDisp, NegOk);
1053 }
1054
1055 #ifndef NDEBUG
1056 /// BBIsJumpedOver - Return true of the specified basic block's only predecessor
1057 /// unconditionally branches to its only successor.
1058 static bool BBIsJumpedOver(MachineBasicBlock *MBB) {
1059   if (MBB->pred_size() != 1 || MBB->succ_size() != 1)
1060     return false;
1061
1062   MachineBasicBlock *Succ = *MBB->succ_begin();
1063   MachineBasicBlock *Pred = *MBB->pred_begin();
1064   MachineInstr *PredMI = &Pred->back();
1065   if (PredMI->getOpcode() == ARM::B || PredMI->getOpcode() == ARM::tB
1066       || PredMI->getOpcode() == ARM::t2B)
1067     return PredMI->getOperand(0).getMBB() == Succ;
1068   return false;
1069 }
1070 #endif // NDEBUG
1071
1072 void ARMConstantIslands::adjustBBOffsetsAfter(MachineBasicBlock *BB) {
1073   unsigned BBNum = BB->getNumber();
1074   for(unsigned i = BBNum + 1, e = MF->getNumBlockIDs(); i < e; ++i) {
1075     // Get the offset and known bits at the end of the layout predecessor.
1076     // Include the alignment of the current block.
1077     unsigned LogAlign = MF->getBlockNumbered(i)->getAlignment();
1078     unsigned Offset = BBInfo[i - 1].postOffset(LogAlign);
1079     unsigned KnownBits = BBInfo[i - 1].postKnownBits(LogAlign);
1080
1081     // This is where block i begins.  Stop if the offset is already correct,
1082     // and we have updated 2 blocks.  This is the maximum number of blocks
1083     // changed before calling this function.
1084     if (i > BBNum + 2 &&
1085         BBInfo[i].Offset == Offset &&
1086         BBInfo[i].KnownBits == KnownBits)
1087       break;
1088
1089     BBInfo[i].Offset = Offset;
1090     BBInfo[i].KnownBits = KnownBits;
1091   }
1092 }
1093
1094 /// decrementCPEReferenceCount - find the constant pool entry with index CPI
1095 /// and instruction CPEMI, and decrement its refcount.  If the refcount
1096 /// becomes 0 remove the entry and instruction.  Returns true if we removed
1097 /// the entry, false if we didn't.
1098
1099 bool ARMConstantIslands::decrementCPEReferenceCount(unsigned CPI,
1100                                                     MachineInstr *CPEMI) {
1101   // Find the old entry. Eliminate it if it is no longer used.
1102   CPEntry *CPE = findConstPoolEntry(CPI, CPEMI);
1103   assert(CPE && "Unexpected!");
1104   if (--CPE->RefCount == 0) {
1105     removeDeadCPEMI(CPEMI);
1106     CPE->CPEMI = NULL;
1107     --NumCPEs;
1108     return true;
1109   }
1110   return false;
1111 }
1112
1113 /// LookForCPEntryInRange - see if the currently referenced CPE is in range;
1114 /// if not, see if an in-range clone of the CPE is in range, and if so,
1115 /// change the data structures so the user references the clone.  Returns:
1116 /// 0 = no existing entry found
1117 /// 1 = entry found, and there were no code insertions or deletions
1118 /// 2 = entry found, and there were code insertions or deletions
1119 int ARMConstantIslands::findInRangeCPEntry(CPUser& U, unsigned UserOffset)
1120 {
1121   MachineInstr *UserMI = U.MI;
1122   MachineInstr *CPEMI  = U.CPEMI;
1123
1124   // Check to see if the CPE is already in-range.
1125   if (isCPEntryInRange(UserMI, UserOffset, CPEMI, U.getMaxDisp(), U.NegOk,
1126                        true)) {
1127     DEBUG(dbgs() << "In range\n");
1128     return 1;
1129   }
1130
1131   // No.  Look for previously created clones of the CPE that are in range.
1132   unsigned CPI = CPEMI->getOperand(1).getIndex();
1133   std::vector<CPEntry> &CPEs = CPEntries[CPI];
1134   for (unsigned i = 0, e = CPEs.size(); i != e; ++i) {
1135     // We already tried this one
1136     if (CPEs[i].CPEMI == CPEMI)
1137       continue;
1138     // Removing CPEs can leave empty entries, skip
1139     if (CPEs[i].CPEMI == NULL)
1140       continue;
1141     if (isCPEntryInRange(UserMI, UserOffset, CPEs[i].CPEMI, U.getMaxDisp(),
1142                      U.NegOk)) {
1143       DEBUG(dbgs() << "Replacing CPE#" << CPI << " with CPE#"
1144                    << CPEs[i].CPI << "\n");
1145       // Point the CPUser node to the replacement
1146       U.CPEMI = CPEs[i].CPEMI;
1147       // Change the CPI in the instruction operand to refer to the clone.
1148       for (unsigned j = 0, e = UserMI->getNumOperands(); j != e; ++j)
1149         if (UserMI->getOperand(j).isCPI()) {
1150           UserMI->getOperand(j).setIndex(CPEs[i].CPI);
1151           break;
1152         }
1153       // Adjust the refcount of the clone...
1154       CPEs[i].RefCount++;
1155       // ...and the original.  If we didn't remove the old entry, none of the
1156       // addresses changed, so we don't need another pass.
1157       return decrementCPEReferenceCount(CPI, CPEMI) ? 2 : 1;
1158     }
1159   }
1160   return 0;
1161 }
1162
1163 /// getUnconditionalBrDisp - Returns the maximum displacement that can fit in
1164 /// the specific unconditional branch instruction.
1165 static inline unsigned getUnconditionalBrDisp(int Opc) {
1166   switch (Opc) {
1167   case ARM::tB:
1168     return ((1<<10)-1)*2;
1169   case ARM::t2B:
1170     return ((1<<23)-1)*2;
1171   default:
1172     break;
1173   }
1174
1175   return ((1<<23)-1)*4;
1176 }
1177
1178 /// findAvailableWater - Look for an existing entry in the WaterList in which
1179 /// we can place the CPE referenced from U so it's within range of U's MI.
1180 /// Returns true if found, false if not.  If it returns true, WaterIter
1181 /// is set to the WaterList entry.  For Thumb, prefer water that will not
1182 /// introduce padding to water that will.  To ensure that this pass
1183 /// terminates, the CPE location for a particular CPUser is only allowed to
1184 /// move to a lower address, so search backward from the end of the list and
1185 /// prefer the first water that is in range.
1186 bool ARMConstantIslands::findAvailableWater(CPUser &U, unsigned UserOffset,
1187                                       water_iterator &WaterIter) {
1188   if (WaterList.empty())
1189     return false;
1190
1191   unsigned BestGrowth = ~0u;
1192   for (water_iterator IP = std::prev(WaterList.end()), B = WaterList.begin();;
1193        --IP) {
1194     MachineBasicBlock* WaterBB = *IP;
1195     // Check if water is in range and is either at a lower address than the
1196     // current "high water mark" or a new water block that was created since
1197     // the previous iteration by inserting an unconditional branch.  In the
1198     // latter case, we want to allow resetting the high water mark back to
1199     // this new water since we haven't seen it before.  Inserting branches
1200     // should be relatively uncommon and when it does happen, we want to be
1201     // sure to take advantage of it for all the CPEs near that block, so that
1202     // we don't insert more branches than necessary.
1203     unsigned Growth;
1204     if (isWaterInRange(UserOffset, WaterBB, U, Growth) &&
1205         (WaterBB->getNumber() < U.HighWaterMark->getNumber() ||
1206          NewWaterList.count(WaterBB)) && Growth < BestGrowth) {
1207       // This is the least amount of required padding seen so far.
1208       BestGrowth = Growth;
1209       WaterIter = IP;
1210       DEBUG(dbgs() << "Found water after BB#" << WaterBB->getNumber()
1211                    << " Growth=" << Growth << '\n');
1212
1213       // Keep looking unless it is perfect.
1214       if (BestGrowth == 0)
1215         return true;
1216     }
1217     if (IP == B)
1218       break;
1219   }
1220   return BestGrowth != ~0u;
1221 }
1222
1223 /// createNewWater - No existing WaterList entry will work for
1224 /// CPUsers[CPUserIndex], so create a place to put the CPE.  The end of the
1225 /// block is used if in range, and the conditional branch munged so control
1226 /// flow is correct.  Otherwise the block is split to create a hole with an
1227 /// unconditional branch around it.  In either case NewMBB is set to a
1228 /// block following which the new island can be inserted (the WaterList
1229 /// is not adjusted).
1230 void ARMConstantIslands::createNewWater(unsigned CPUserIndex,
1231                                         unsigned UserOffset,
1232                                         MachineBasicBlock *&NewMBB) {
1233   CPUser &U = CPUsers[CPUserIndex];
1234   MachineInstr *UserMI = U.MI;
1235   MachineInstr *CPEMI  = U.CPEMI;
1236   unsigned CPELogAlign = getCPELogAlign(CPEMI);
1237   MachineBasicBlock *UserMBB = UserMI->getParent();
1238   const BasicBlockInfo &UserBBI = BBInfo[UserMBB->getNumber()];
1239
1240   // If the block does not end in an unconditional branch already, and if the
1241   // end of the block is within range, make new water there.  (The addition
1242   // below is for the unconditional branch we will be adding: 4 bytes on ARM +
1243   // Thumb2, 2 on Thumb1.
1244   if (BBHasFallthrough(UserMBB)) {
1245     // Size of branch to insert.
1246     unsigned Delta = isThumb1 ? 2 : 4;
1247     // Compute the offset where the CPE will begin.
1248     unsigned CPEOffset = UserBBI.postOffset(CPELogAlign) + Delta;
1249
1250     if (isOffsetInRange(UserOffset, CPEOffset, U)) {
1251       DEBUG(dbgs() << "Split at end of BB#" << UserMBB->getNumber()
1252             << format(", expected CPE offset %#x\n", CPEOffset));
1253       NewMBB = std::next(MachineFunction::iterator(UserMBB));
1254       // Add an unconditional branch from UserMBB to fallthrough block.  Record
1255       // it for branch lengthening; this new branch will not get out of range,
1256       // but if the preceding conditional branch is out of range, the targets
1257       // will be exchanged, and the altered branch may be out of range, so the
1258       // machinery has to know about it.
1259       int UncondBr = isThumb ? ((isThumb2) ? ARM::t2B : ARM::tB) : ARM::B;
1260       if (!isThumb)
1261         BuildMI(UserMBB, DebugLoc(), TII->get(UncondBr)).addMBB(NewMBB);
1262       else
1263         BuildMI(UserMBB, DebugLoc(), TII->get(UncondBr)).addMBB(NewMBB)
1264           .addImm(ARMCC::AL).addReg(0);
1265       unsigned MaxDisp = getUnconditionalBrDisp(UncondBr);
1266       ImmBranches.push_back(ImmBranch(&UserMBB->back(),
1267                                       MaxDisp, false, UncondBr));
1268       BBInfo[UserMBB->getNumber()].Size += Delta;
1269       adjustBBOffsetsAfter(UserMBB);
1270       return;
1271     }
1272   }
1273
1274   // What a big block.  Find a place within the block to split it.  This is a
1275   // little tricky on Thumb1 since instructions are 2 bytes and constant pool
1276   // entries are 4 bytes: if instruction I references island CPE, and
1277   // instruction I+1 references CPE', it will not work well to put CPE as far
1278   // forward as possible, since then CPE' cannot immediately follow it (that
1279   // location is 2 bytes farther away from I+1 than CPE was from I) and we'd
1280   // need to create a new island.  So, we make a first guess, then walk through
1281   // the instructions between the one currently being looked at and the
1282   // possible insertion point, and make sure any other instructions that
1283   // reference CPEs will be able to use the same island area; if not, we back
1284   // up the insertion point.
1285
1286   // Try to split the block so it's fully aligned.  Compute the latest split
1287   // point where we can add a 4-byte branch instruction, and then align to
1288   // LogAlign which is the largest possible alignment in the function.
1289   unsigned LogAlign = MF->getAlignment();
1290   assert(LogAlign >= CPELogAlign && "Over-aligned constant pool entry");
1291   unsigned KnownBits = UserBBI.internalKnownBits();
1292   unsigned UPad = UnknownPadding(LogAlign, KnownBits);
1293   unsigned BaseInsertOffset = UserOffset + U.getMaxDisp() - UPad;
1294   DEBUG(dbgs() << format("Split in middle of big block before %#x",
1295                          BaseInsertOffset));
1296
1297   // The 4 in the following is for the unconditional branch we'll be inserting
1298   // (allows for long branch on Thumb1).  Alignment of the island is handled
1299   // inside isOffsetInRange.
1300   BaseInsertOffset -= 4;
1301
1302   DEBUG(dbgs() << format(", adjusted to %#x", BaseInsertOffset)
1303                << " la=" << LogAlign
1304                << " kb=" << KnownBits
1305                << " up=" << UPad << '\n');
1306
1307   // This could point off the end of the block if we've already got constant
1308   // pool entries following this block; only the last one is in the water list.
1309   // Back past any possible branches (allow for a conditional and a maximally
1310   // long unconditional).
1311   if (BaseInsertOffset + 8 >= UserBBI.postOffset()) {
1312     BaseInsertOffset = UserBBI.postOffset() - UPad - 8;
1313     DEBUG(dbgs() << format("Move inside block: %#x\n", BaseInsertOffset));
1314   }
1315   unsigned EndInsertOffset = BaseInsertOffset + 4 + UPad +
1316     CPEMI->getOperand(2).getImm();
1317   MachineBasicBlock::iterator MI = UserMI;
1318   ++MI;
1319   unsigned CPUIndex = CPUserIndex+1;
1320   unsigned NumCPUsers = CPUsers.size();
1321   MachineInstr *LastIT = 0;
1322   for (unsigned Offset = UserOffset+TII->GetInstSizeInBytes(UserMI);
1323        Offset < BaseInsertOffset;
1324        Offset += TII->GetInstSizeInBytes(MI), MI = std::next(MI)) {
1325     assert(MI != UserMBB->end() && "Fell off end of block");
1326     if (CPUIndex < NumCPUsers && CPUsers[CPUIndex].MI == MI) {
1327       CPUser &U = CPUsers[CPUIndex];
1328       if (!isOffsetInRange(Offset, EndInsertOffset, U)) {
1329         // Shift intertion point by one unit of alignment so it is within reach.
1330         BaseInsertOffset -= 1u << LogAlign;
1331         EndInsertOffset  -= 1u << LogAlign;
1332       }
1333       // This is overly conservative, as we don't account for CPEMIs being
1334       // reused within the block, but it doesn't matter much.  Also assume CPEs
1335       // are added in order with alignment padding.  We may eventually be able
1336       // to pack the aligned CPEs better.
1337       EndInsertOffset += U.CPEMI->getOperand(2).getImm();
1338       CPUIndex++;
1339     }
1340
1341     // Remember the last IT instruction.
1342     if (MI->getOpcode() == ARM::t2IT)
1343       LastIT = MI;
1344   }
1345
1346   --MI;
1347
1348   // Avoid splitting an IT block.
1349   if (LastIT) {
1350     unsigned PredReg = 0;
1351     ARMCC::CondCodes CC = getITInstrPredicate(MI, PredReg);
1352     if (CC != ARMCC::AL)
1353       MI = LastIT;
1354   }
1355   NewMBB = splitBlockBeforeInstr(MI);
1356 }
1357
1358 /// handleConstantPoolUser - Analyze the specified user, checking to see if it
1359 /// is out-of-range.  If so, pick up the constant pool value and move it some
1360 /// place in-range.  Return true if we changed any addresses (thus must run
1361 /// another pass of branch lengthening), false otherwise.
1362 bool ARMConstantIslands::handleConstantPoolUser(unsigned CPUserIndex) {
1363   CPUser &U = CPUsers[CPUserIndex];
1364   MachineInstr *UserMI = U.MI;
1365   MachineInstr *CPEMI  = U.CPEMI;
1366   unsigned CPI = CPEMI->getOperand(1).getIndex();
1367   unsigned Size = CPEMI->getOperand(2).getImm();
1368   // Compute this only once, it's expensive.
1369   unsigned UserOffset = getUserOffset(U);
1370
1371   // See if the current entry is within range, or there is a clone of it
1372   // in range.
1373   int result = findInRangeCPEntry(U, UserOffset);
1374   if (result==1) return false;
1375   else if (result==2) return true;
1376
1377   // No existing clone of this CPE is within range.
1378   // We will be generating a new clone.  Get a UID for it.
1379   unsigned ID = AFI->createPICLabelUId();
1380
1381   // Look for water where we can place this CPE.
1382   MachineBasicBlock *NewIsland = MF->CreateMachineBasicBlock();
1383   MachineBasicBlock *NewMBB;
1384   water_iterator IP;
1385   if (findAvailableWater(U, UserOffset, IP)) {
1386     DEBUG(dbgs() << "Found water in range\n");
1387     MachineBasicBlock *WaterBB = *IP;
1388
1389     // If the original WaterList entry was "new water" on this iteration,
1390     // propagate that to the new island.  This is just keeping NewWaterList
1391     // updated to match the WaterList, which will be updated below.
1392     if (NewWaterList.erase(WaterBB))
1393       NewWaterList.insert(NewIsland);
1394
1395     // The new CPE goes before the following block (NewMBB).
1396     NewMBB = std::next(MachineFunction::iterator(WaterBB));
1397
1398   } else {
1399     // No water found.
1400     DEBUG(dbgs() << "No water found\n");
1401     createNewWater(CPUserIndex, UserOffset, NewMBB);
1402
1403     // splitBlockBeforeInstr adds to WaterList, which is important when it is
1404     // called while handling branches so that the water will be seen on the
1405     // next iteration for constant pools, but in this context, we don't want
1406     // it.  Check for this so it will be removed from the WaterList.
1407     // Also remove any entry from NewWaterList.
1408     MachineBasicBlock *WaterBB = std::prev(MachineFunction::iterator(NewMBB));
1409     IP = std::find(WaterList.begin(), WaterList.end(), WaterBB);
1410     if (IP != WaterList.end())
1411       NewWaterList.erase(WaterBB);
1412
1413     // We are adding new water.  Update NewWaterList.
1414     NewWaterList.insert(NewIsland);
1415   }
1416
1417   // Remove the original WaterList entry; we want subsequent insertions in
1418   // this vicinity to go after the one we're about to insert.  This
1419   // considerably reduces the number of times we have to move the same CPE
1420   // more than once and is also important to ensure the algorithm terminates.
1421   if (IP != WaterList.end())
1422     WaterList.erase(IP);
1423
1424   // Okay, we know we can put an island before NewMBB now, do it!
1425   MF->insert(NewMBB, NewIsland);
1426
1427   // Update internal data structures to account for the newly inserted MBB.
1428   updateForInsertedWaterBlock(NewIsland);
1429
1430   // Decrement the old entry, and remove it if refcount becomes 0.
1431   decrementCPEReferenceCount(CPI, CPEMI);
1432
1433   // Now that we have an island to add the CPE to, clone the original CPE and
1434   // add it to the island.
1435   U.HighWaterMark = NewIsland;
1436   U.CPEMI = BuildMI(NewIsland, DebugLoc(), TII->get(ARM::CONSTPOOL_ENTRY))
1437                 .addImm(ID).addConstantPoolIndex(CPI).addImm(Size);
1438   CPEntries[CPI].push_back(CPEntry(U.CPEMI, ID, 1));
1439   ++NumCPEs;
1440
1441   // Mark the basic block as aligned as required by the const-pool entry.
1442   NewIsland->setAlignment(getCPELogAlign(U.CPEMI));
1443
1444   // Increase the size of the island block to account for the new entry.
1445   BBInfo[NewIsland->getNumber()].Size += Size;
1446   adjustBBOffsetsAfter(std::prev(MachineFunction::iterator(NewIsland)));
1447
1448   // Finally, change the CPI in the instruction operand to be ID.
1449   for (unsigned i = 0, e = UserMI->getNumOperands(); i != e; ++i)
1450     if (UserMI->getOperand(i).isCPI()) {
1451       UserMI->getOperand(i).setIndex(ID);
1452       break;
1453     }
1454
1455   DEBUG(dbgs() << "  Moved CPE to #" << ID << " CPI=" << CPI
1456         << format(" offset=%#x\n", BBInfo[NewIsland->getNumber()].Offset));
1457
1458   return true;
1459 }
1460
1461 /// removeDeadCPEMI - Remove a dead constant pool entry instruction. Update
1462 /// sizes and offsets of impacted basic blocks.
1463 void ARMConstantIslands::removeDeadCPEMI(MachineInstr *CPEMI) {
1464   MachineBasicBlock *CPEBB = CPEMI->getParent();
1465   unsigned Size = CPEMI->getOperand(2).getImm();
1466   CPEMI->eraseFromParent();
1467   BBInfo[CPEBB->getNumber()].Size -= Size;
1468   // All succeeding offsets have the current size value added in, fix this.
1469   if (CPEBB->empty()) {
1470     BBInfo[CPEBB->getNumber()].Size = 0;
1471
1472     // This block no longer needs to be aligned.
1473     CPEBB->setAlignment(0);
1474   } else
1475     // Entries are sorted by descending alignment, so realign from the front.
1476     CPEBB->setAlignment(getCPELogAlign(CPEBB->begin()));
1477
1478   adjustBBOffsetsAfter(CPEBB);
1479   // An island has only one predecessor BB and one successor BB. Check if
1480   // this BB's predecessor jumps directly to this BB's successor. This
1481   // shouldn't happen currently.
1482   assert(!BBIsJumpedOver(CPEBB) && "How did this happen?");
1483   // FIXME: remove the empty blocks after all the work is done?
1484 }
1485
1486 /// removeUnusedCPEntries - Remove constant pool entries whose refcounts
1487 /// are zero.
1488 bool ARMConstantIslands::removeUnusedCPEntries() {
1489   unsigned MadeChange = false;
1490   for (unsigned i = 0, e = CPEntries.size(); i != e; ++i) {
1491       std::vector<CPEntry> &CPEs = CPEntries[i];
1492       for (unsigned j = 0, ee = CPEs.size(); j != ee; ++j) {
1493         if (CPEs[j].RefCount == 0 && CPEs[j].CPEMI) {
1494           removeDeadCPEMI(CPEs[j].CPEMI);
1495           CPEs[j].CPEMI = NULL;
1496           MadeChange = true;
1497         }
1498       }
1499   }
1500   return MadeChange;
1501 }
1502
1503 /// isBBInRange - Returns true if the distance between specific MI and
1504 /// specific BB can fit in MI's displacement field.
1505 bool ARMConstantIslands::isBBInRange(MachineInstr *MI,MachineBasicBlock *DestBB,
1506                                      unsigned MaxDisp) {
1507   unsigned PCAdj      = isThumb ? 4 : 8;
1508   unsigned BrOffset   = getOffsetOf(MI) + PCAdj;
1509   unsigned DestOffset = BBInfo[DestBB->getNumber()].Offset;
1510
1511   DEBUG(dbgs() << "Branch of destination BB#" << DestBB->getNumber()
1512                << " from BB#" << MI->getParent()->getNumber()
1513                << " max delta=" << MaxDisp
1514                << " from " << getOffsetOf(MI) << " to " << DestOffset
1515                << " offset " << int(DestOffset-BrOffset) << "\t" << *MI);
1516
1517   if (BrOffset <= DestOffset) {
1518     // Branch before the Dest.
1519     if (DestOffset-BrOffset <= MaxDisp)
1520       return true;
1521   } else {
1522     if (BrOffset-DestOffset <= MaxDisp)
1523       return true;
1524   }
1525   return false;
1526 }
1527
1528 /// fixupImmediateBr - Fix up an immediate branch whose destination is too far
1529 /// away to fit in its displacement field.
1530 bool ARMConstantIslands::fixupImmediateBr(ImmBranch &Br) {
1531   MachineInstr *MI = Br.MI;
1532   MachineBasicBlock *DestBB = MI->getOperand(0).getMBB();
1533
1534   // Check to see if the DestBB is already in-range.
1535   if (isBBInRange(MI, DestBB, Br.MaxDisp))
1536     return false;
1537
1538   if (!Br.isCond)
1539     return fixupUnconditionalBr(Br);
1540   return fixupConditionalBr(Br);
1541 }
1542
1543 /// fixupUnconditionalBr - Fix up an unconditional branch whose destination is
1544 /// too far away to fit in its displacement field. If the LR register has been
1545 /// spilled in the epilogue, then we can use BL to implement a far jump.
1546 /// Otherwise, add an intermediate branch instruction to a branch.
1547 bool
1548 ARMConstantIslands::fixupUnconditionalBr(ImmBranch &Br) {
1549   MachineInstr *MI = Br.MI;
1550   MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
1551   if (!isThumb1)
1552     llvm_unreachable("fixupUnconditionalBr is Thumb1 only!");
1553
1554   // Use BL to implement far jump.
1555   Br.MaxDisp = (1 << 21) * 2;
1556   MI->setDesc(TII->get(ARM::tBfar));
1557   BBInfo[MBB->getNumber()].Size += 2;
1558   adjustBBOffsetsAfter(MBB);
1559   HasFarJump = true;
1560   ++NumUBrFixed;
1561
1562   DEBUG(dbgs() << "  Changed B to long jump " << *MI);
1563
1564   return true;
1565 }
1566
1567 /// fixupConditionalBr - Fix up a conditional branch whose destination is too
1568 /// far away to fit in its displacement field. It is converted to an inverse
1569 /// conditional branch + an unconditional branch to the destination.
1570 bool
1571 ARMConstantIslands::fixupConditionalBr(ImmBranch &Br) {
1572   MachineInstr *MI = Br.MI;
1573   MachineBasicBlock *DestBB = MI->getOperand(0).getMBB();
1574
1575   // Add an unconditional branch to the destination and invert the branch
1576   // condition to jump over it:
1577   // blt L1
1578   // =>
1579   // bge L2
1580   // b   L1
1581   // L2:
1582   ARMCC::CondCodes CC = (ARMCC::CondCodes)MI->getOperand(1).getImm();
1583   CC = ARMCC::getOppositeCondition(CC);
1584   unsigned CCReg = MI->getOperand(2).getReg();
1585
1586   // If the branch is at the end of its MBB and that has a fall-through block,
1587   // direct the updated conditional branch to the fall-through block. Otherwise,
1588   // split the MBB before the next instruction.
1589   MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
1590   MachineInstr *BMI = &MBB->back();
1591   bool NeedSplit = (BMI != MI) || !BBHasFallthrough(MBB);
1592
1593   ++NumCBrFixed;
1594   if (BMI != MI) {
1595     if (std::next(MachineBasicBlock::iterator(MI)) == std::prev(MBB->end()) &&
1596         BMI->getOpcode() == Br.UncondBr) {
1597       // Last MI in the BB is an unconditional branch. Can we simply invert the
1598       // condition and swap destinations:
1599       // beq L1
1600       // b   L2
1601       // =>
1602       // bne L2
1603       // b   L1
1604       MachineBasicBlock *NewDest = BMI->getOperand(0).getMBB();
1605       if (isBBInRange(MI, NewDest, Br.MaxDisp)) {
1606         DEBUG(dbgs() << "  Invert Bcc condition and swap its destination with "
1607                      << *BMI);
1608         BMI->getOperand(0).setMBB(DestBB);
1609         MI->getOperand(0).setMBB(NewDest);
1610         MI->getOperand(1).setImm(CC);
1611         return true;
1612       }
1613     }
1614   }
1615
1616   if (NeedSplit) {
1617     splitBlockBeforeInstr(MI);
1618     // No need for the branch to the next block. We're adding an unconditional
1619     // branch to the destination.
1620     int delta = TII->GetInstSizeInBytes(&MBB->back());
1621     BBInfo[MBB->getNumber()].Size -= delta;
1622     MBB->back().eraseFromParent();
1623     // BBInfo[SplitBB].Offset is wrong temporarily, fixed below
1624   }
1625   MachineBasicBlock *NextBB = std::next(MachineFunction::iterator(MBB));
1626
1627   DEBUG(dbgs() << "  Insert B to BB#" << DestBB->getNumber()
1628                << " also invert condition and change dest. to BB#"
1629                << NextBB->getNumber() << "\n");
1630
1631   // Insert a new conditional branch and a new unconditional branch.
1632   // Also update the ImmBranch as well as adding a new entry for the new branch.
1633   BuildMI(MBB, DebugLoc(), TII->get(MI->getOpcode()))
1634     .addMBB(NextBB).addImm(CC).addReg(CCReg);
1635   Br.MI = &MBB->back();
1636   BBInfo[MBB->getNumber()].Size += TII->GetInstSizeInBytes(&MBB->back());
1637   if (isThumb)
1638     BuildMI(MBB, DebugLoc(), TII->get(Br.UncondBr)).addMBB(DestBB)
1639             .addImm(ARMCC::AL).addReg(0);
1640   else
1641     BuildMI(MBB, DebugLoc(), TII->get(Br.UncondBr)).addMBB(DestBB);
1642   BBInfo[MBB->getNumber()].Size += TII->GetInstSizeInBytes(&MBB->back());
1643   unsigned MaxDisp = getUnconditionalBrDisp(Br.UncondBr);
1644   ImmBranches.push_back(ImmBranch(&MBB->back(), MaxDisp, false, Br.UncondBr));
1645
1646   // Remove the old conditional branch.  It may or may not still be in MBB.
1647   BBInfo[MI->getParent()->getNumber()].Size -= TII->GetInstSizeInBytes(MI);
1648   MI->eraseFromParent();
1649   adjustBBOffsetsAfter(MBB);
1650   return true;
1651 }
1652
1653 /// undoLRSpillRestore - Remove Thumb push / pop instructions that only spills
1654 /// LR / restores LR to pc. FIXME: This is done here because it's only possible
1655 /// to do this if tBfar is not used.
1656 bool ARMConstantIslands::undoLRSpillRestore() {
1657   bool MadeChange = false;
1658   for (unsigned i = 0, e = PushPopMIs.size(); i != e; ++i) {
1659     MachineInstr *MI = PushPopMIs[i];
1660     // First two operands are predicates.
1661     if (MI->getOpcode() == ARM::tPOP_RET &&
1662         MI->getOperand(2).getReg() == ARM::PC &&
1663         MI->getNumExplicitOperands() == 3) {
1664       // Create the new insn and copy the predicate from the old.
1665       BuildMI(MI->getParent(), MI->getDebugLoc(), TII->get(ARM::tBX_RET))
1666         .addOperand(MI->getOperand(0))
1667         .addOperand(MI->getOperand(1));
1668       MI->eraseFromParent();
1669       MadeChange = true;
1670     }
1671   }
1672   return MadeChange;
1673 }
1674
1675 // mayOptimizeThumb2Instruction - Returns true if optimizeThumb2Instructions
1676 // below may shrink MI.
1677 bool
1678 ARMConstantIslands::mayOptimizeThumb2Instruction(const MachineInstr *MI) const {
1679   switch(MI->getOpcode()) {
1680     // optimizeThumb2Instructions.
1681     case ARM::t2LEApcrel:
1682     case ARM::t2LDRpci:
1683     // optimizeThumb2Branches.
1684     case ARM::t2B:
1685     case ARM::t2Bcc:
1686     case ARM::tBcc:
1687     // optimizeThumb2JumpTables.
1688     case ARM::t2BR_JT:
1689       return true;
1690   }
1691   return false;
1692 }
1693
1694 bool ARMConstantIslands::optimizeThumb2Instructions() {
1695   bool MadeChange = false;
1696
1697   // Shrink ADR and LDR from constantpool.
1698   for (unsigned i = 0, e = CPUsers.size(); i != e; ++i) {
1699     CPUser &U = CPUsers[i];
1700     unsigned Opcode = U.MI->getOpcode();
1701     unsigned NewOpc = 0;
1702     unsigned Scale = 1;
1703     unsigned Bits = 0;
1704     switch (Opcode) {
1705     default: break;
1706     case ARM::t2LEApcrel:
1707       if (isARMLowRegister(U.MI->getOperand(0).getReg())) {
1708         NewOpc = ARM::tLEApcrel;
1709         Bits = 8;
1710         Scale = 4;
1711       }
1712       break;
1713     case ARM::t2LDRpci:
1714       if (isARMLowRegister(U.MI->getOperand(0).getReg())) {
1715         NewOpc = ARM::tLDRpci;
1716         Bits = 8;
1717         Scale = 4;
1718       }
1719       break;
1720     }
1721
1722     if (!NewOpc)
1723       continue;
1724
1725     unsigned UserOffset = getUserOffset(U);
1726     unsigned MaxOffs = ((1 << Bits) - 1) * Scale;
1727
1728     // Be conservative with inline asm.
1729     if (!U.KnownAlignment)
1730       MaxOffs -= 2;
1731
1732     // FIXME: Check if offset is multiple of scale if scale is not 4.
1733     if (isCPEntryInRange(U.MI, UserOffset, U.CPEMI, MaxOffs, false, true)) {
1734       DEBUG(dbgs() << "Shrink: " << *U.MI);
1735       U.MI->setDesc(TII->get(NewOpc));
1736       MachineBasicBlock *MBB = U.MI->getParent();
1737       BBInfo[MBB->getNumber()].Size -= 2;
1738       adjustBBOffsetsAfter(MBB);
1739       ++NumT2CPShrunk;
1740       MadeChange = true;
1741     }
1742   }
1743
1744   MadeChange |= optimizeThumb2Branches();
1745   MadeChange |= optimizeThumb2JumpTables();
1746   return MadeChange;
1747 }
1748
1749 bool ARMConstantIslands::optimizeThumb2Branches() {
1750   bool MadeChange = false;
1751
1752   for (unsigned i = 0, e = ImmBranches.size(); i != e; ++i) {
1753     ImmBranch &Br = ImmBranches[i];
1754     unsigned Opcode = Br.MI->getOpcode();
1755     unsigned NewOpc = 0;
1756     unsigned Scale = 1;
1757     unsigned Bits = 0;
1758     switch (Opcode) {
1759     default: break;
1760     case ARM::t2B:
1761       NewOpc = ARM::tB;
1762       Bits = 11;
1763       Scale = 2;
1764       break;
1765     case ARM::t2Bcc: {
1766       NewOpc = ARM::tBcc;
1767       Bits = 8;
1768       Scale = 2;
1769       break;
1770     }
1771     }
1772     if (NewOpc) {
1773       unsigned MaxOffs = ((1 << (Bits-1))-1) * Scale;
1774       MachineBasicBlock *DestBB = Br.MI->getOperand(0).getMBB();
1775       if (isBBInRange(Br.MI, DestBB, MaxOffs)) {
1776         DEBUG(dbgs() << "Shrink branch: " << *Br.MI);
1777         Br.MI->setDesc(TII->get(NewOpc));
1778         MachineBasicBlock *MBB = Br.MI->getParent();
1779         BBInfo[MBB->getNumber()].Size -= 2;
1780         adjustBBOffsetsAfter(MBB);
1781         ++NumT2BrShrunk;
1782         MadeChange = true;
1783       }
1784     }
1785
1786     Opcode = Br.MI->getOpcode();
1787     if (Opcode != ARM::tBcc)
1788       continue;
1789
1790     // If the conditional branch doesn't kill CPSR, then CPSR can be liveout
1791     // so this transformation is not safe.
1792     if (!Br.MI->killsRegister(ARM::CPSR))
1793       continue;
1794
1795     NewOpc = 0;
1796     unsigned PredReg = 0;
1797     ARMCC::CondCodes Pred = getInstrPredicate(Br.MI, PredReg);
1798     if (Pred == ARMCC::EQ)
1799       NewOpc = ARM::tCBZ;
1800     else if (Pred == ARMCC::NE)
1801       NewOpc = ARM::tCBNZ;
1802     if (!NewOpc)
1803       continue;
1804     MachineBasicBlock *DestBB = Br.MI->getOperand(0).getMBB();
1805     // Check if the distance is within 126. Subtract starting offset by 2
1806     // because the cmp will be eliminated.
1807     unsigned BrOffset = getOffsetOf(Br.MI) + 4 - 2;
1808     unsigned DestOffset = BBInfo[DestBB->getNumber()].Offset;
1809     if (BrOffset < DestOffset && (DestOffset - BrOffset) <= 126) {
1810       MachineBasicBlock::iterator CmpMI = Br.MI;
1811       if (CmpMI != Br.MI->getParent()->begin()) {
1812         --CmpMI;
1813         if (CmpMI->getOpcode() == ARM::tCMPi8) {
1814           unsigned Reg = CmpMI->getOperand(0).getReg();
1815           Pred = getInstrPredicate(CmpMI, PredReg);
1816           if (Pred == ARMCC::AL &&
1817               CmpMI->getOperand(1).getImm() == 0 &&
1818               isARMLowRegister(Reg)) {
1819             MachineBasicBlock *MBB = Br.MI->getParent();
1820             DEBUG(dbgs() << "Fold: " << *CmpMI << " and: " << *Br.MI);
1821             MachineInstr *NewBR =
1822               BuildMI(*MBB, CmpMI, Br.MI->getDebugLoc(), TII->get(NewOpc))
1823               .addReg(Reg).addMBB(DestBB,Br.MI->getOperand(0).getTargetFlags());
1824             CmpMI->eraseFromParent();
1825             Br.MI->eraseFromParent();
1826             Br.MI = NewBR;
1827             BBInfo[MBB->getNumber()].Size -= 2;
1828             adjustBBOffsetsAfter(MBB);
1829             ++NumCBZ;
1830             MadeChange = true;
1831           }
1832         }
1833       }
1834     }
1835   }
1836
1837   return MadeChange;
1838 }
1839
1840 /// optimizeThumb2JumpTables - Use tbb / tbh instructions to generate smaller
1841 /// jumptables when it's possible.
1842 bool ARMConstantIslands::optimizeThumb2JumpTables() {
1843   bool MadeChange = false;
1844
1845   // FIXME: After the tables are shrunk, can we get rid some of the
1846   // constantpool tables?
1847   MachineJumpTableInfo *MJTI = MF->getJumpTableInfo();
1848   if (MJTI == 0) return false;
1849
1850   const std::vector<MachineJumpTableEntry> &JT = MJTI->getJumpTables();
1851   for (unsigned i = 0, e = T2JumpTables.size(); i != e; ++i) {
1852     MachineInstr *MI = T2JumpTables[i];
1853     const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
1854     unsigned NumOps = MCID.getNumOperands();
1855     unsigned JTOpIdx = NumOps - (MI->isPredicable() ? 3 : 2);
1856     MachineOperand JTOP = MI->getOperand(JTOpIdx);
1857     unsigned JTI = JTOP.getIndex();
1858     assert(JTI < JT.size());
1859
1860     bool ByteOk = true;
1861     bool HalfWordOk = true;
1862     unsigned JTOffset = getOffsetOf(MI) + 4;
1863     const std::vector<MachineBasicBlock*> &JTBBs = JT[JTI].MBBs;
1864     for (unsigned j = 0, ee = JTBBs.size(); j != ee; ++j) {
1865       MachineBasicBlock *MBB = JTBBs[j];
1866       unsigned DstOffset = BBInfo[MBB->getNumber()].Offset;
1867       // Negative offset is not ok. FIXME: We should change BB layout to make
1868       // sure all the branches are forward.
1869       if (ByteOk && (DstOffset - JTOffset) > ((1<<8)-1)*2)
1870         ByteOk = false;
1871       unsigned TBHLimit = ((1<<16)-1)*2;
1872       if (HalfWordOk && (DstOffset - JTOffset) > TBHLimit)
1873         HalfWordOk = false;
1874       if (!ByteOk && !HalfWordOk)
1875         break;
1876     }
1877
1878     if (ByteOk || HalfWordOk) {
1879       MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
1880       unsigned BaseReg = MI->getOperand(0).getReg();
1881       bool BaseRegKill = MI->getOperand(0).isKill();
1882       if (!BaseRegKill)
1883         continue;
1884       unsigned IdxReg = MI->getOperand(1).getReg();
1885       bool IdxRegKill = MI->getOperand(1).isKill();
1886
1887       // Scan backwards to find the instruction that defines the base
1888       // register. Due to post-RA scheduling, we can't count on it
1889       // immediately preceding the branch instruction.
1890       MachineBasicBlock::iterator PrevI = MI;
1891       MachineBasicBlock::iterator B = MBB->begin();
1892       while (PrevI != B && !PrevI->definesRegister(BaseReg))
1893         --PrevI;
1894
1895       // If for some reason we didn't find it, we can't do anything, so
1896       // just skip this one.
1897       if (!PrevI->definesRegister(BaseReg))
1898         continue;
1899
1900       MachineInstr *AddrMI = PrevI;
1901       bool OptOk = true;
1902       // Examine the instruction that calculates the jumptable entry address.
1903       // Make sure it only defines the base register and kills any uses
1904       // other than the index register.
1905       for (unsigned k = 0, eee = AddrMI->getNumOperands(); k != eee; ++k) {
1906         const MachineOperand &MO = AddrMI->getOperand(k);
1907         if (!MO.isReg() || !MO.getReg())
1908           continue;
1909         if (MO.isDef() && MO.getReg() != BaseReg) {
1910           OptOk = false;
1911           break;
1912         }
1913         if (MO.isUse() && !MO.isKill() && MO.getReg() != IdxReg) {
1914           OptOk = false;
1915           break;
1916         }
1917       }
1918       if (!OptOk)
1919         continue;
1920
1921       // Now scan back again to find the tLEApcrel or t2LEApcrelJT instruction
1922       // that gave us the initial base register definition.
1923       for (--PrevI; PrevI != B && !PrevI->definesRegister(BaseReg); --PrevI)
1924         ;
1925
1926       // The instruction should be a tLEApcrel or t2LEApcrelJT; we want
1927       // to delete it as well.
1928       MachineInstr *LeaMI = PrevI;
1929       if ((LeaMI->getOpcode() != ARM::tLEApcrelJT &&
1930            LeaMI->getOpcode() != ARM::t2LEApcrelJT) ||
1931           LeaMI->getOperand(0).getReg() != BaseReg)
1932         OptOk = false;
1933
1934       if (!OptOk)
1935         continue;
1936
1937       DEBUG(dbgs() << "Shrink JT: " << *MI << "     addr: " << *AddrMI
1938                    << "      lea: " << *LeaMI);
1939       unsigned Opc = ByteOk ? ARM::t2TBB_JT : ARM::t2TBH_JT;
1940       MachineInstr *NewJTMI = BuildMI(MBB, MI->getDebugLoc(), TII->get(Opc))
1941         .addReg(IdxReg, getKillRegState(IdxRegKill))
1942         .addJumpTableIndex(JTI, JTOP.getTargetFlags())
1943         .addImm(MI->getOperand(JTOpIdx+1).getImm());
1944       DEBUG(dbgs() << "BB#" << MBB->getNumber() << ": " << *NewJTMI);
1945       // FIXME: Insert an "ALIGN" instruction to ensure the next instruction
1946       // is 2-byte aligned. For now, asm printer will fix it up.
1947       unsigned NewSize = TII->GetInstSizeInBytes(NewJTMI);
1948       unsigned OrigSize = TII->GetInstSizeInBytes(AddrMI);
1949       OrigSize += TII->GetInstSizeInBytes(LeaMI);
1950       OrigSize += TII->GetInstSizeInBytes(MI);
1951
1952       AddrMI->eraseFromParent();
1953       LeaMI->eraseFromParent();
1954       MI->eraseFromParent();
1955
1956       int delta = OrigSize - NewSize;
1957       BBInfo[MBB->getNumber()].Size -= delta;
1958       adjustBBOffsetsAfter(MBB);
1959
1960       ++NumTBs;
1961       MadeChange = true;
1962     }
1963   }
1964
1965   return MadeChange;
1966 }
1967
1968 /// reorderThumb2JumpTables - Adjust the function's block layout to ensure that
1969 /// jump tables always branch forwards, since that's what tbb and tbh need.
1970 bool ARMConstantIslands::reorderThumb2JumpTables() {
1971   bool MadeChange = false;
1972
1973   MachineJumpTableInfo *MJTI = MF->getJumpTableInfo();
1974   if (MJTI == 0) return false;
1975
1976   const std::vector<MachineJumpTableEntry> &JT = MJTI->getJumpTables();
1977   for (unsigned i = 0, e = T2JumpTables.size(); i != e; ++i) {
1978     MachineInstr *MI = T2JumpTables[i];
1979     const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
1980     unsigned NumOps = MCID.getNumOperands();
1981     unsigned JTOpIdx = NumOps - (MI->isPredicable() ? 3 : 2);
1982     MachineOperand JTOP = MI->getOperand(JTOpIdx);
1983     unsigned JTI = JTOP.getIndex();
1984     assert(JTI < JT.size());
1985
1986     // We prefer if target blocks for the jump table come after the jump
1987     // instruction so we can use TB[BH]. Loop through the target blocks
1988     // and try to adjust them such that that's true.
1989     int JTNumber = MI->getParent()->getNumber();
1990     const std::vector<MachineBasicBlock*> &JTBBs = JT[JTI].MBBs;
1991     for (unsigned j = 0, ee = JTBBs.size(); j != ee; ++j) {
1992       MachineBasicBlock *MBB = JTBBs[j];
1993       int DTNumber = MBB->getNumber();
1994
1995       if (DTNumber < JTNumber) {
1996         // The destination precedes the switch. Try to move the block forward
1997         // so we have a positive offset.
1998         MachineBasicBlock *NewBB =
1999           adjustJTTargetBlockForward(MBB, MI->getParent());
2000         if (NewBB)
2001           MJTI->ReplaceMBBInJumpTable(JTI, JTBBs[j], NewBB);
2002         MadeChange = true;
2003       }
2004     }
2005   }
2006
2007   return MadeChange;
2008 }
2009
2010 MachineBasicBlock *ARMConstantIslands::
2011 adjustJTTargetBlockForward(MachineBasicBlock *BB, MachineBasicBlock *JTBB) {
2012   // If the destination block is terminated by an unconditional branch,
2013   // try to move it; otherwise, create a new block following the jump
2014   // table that branches back to the actual target. This is a very simple
2015   // heuristic. FIXME: We can definitely improve it.
2016   MachineBasicBlock *TBB = 0, *FBB = 0;
2017   SmallVector<MachineOperand, 4> Cond;
2018   SmallVector<MachineOperand, 4> CondPrior;
2019   MachineFunction::iterator BBi = BB;
2020   MachineFunction::iterator OldPrior = std::prev(BBi);
2021
2022   // If the block terminator isn't analyzable, don't try to move the block
2023   bool B = TII->AnalyzeBranch(*BB, TBB, FBB, Cond);
2024
2025   // If the block ends in an unconditional branch, move it. The prior block
2026   // has to have an analyzable terminator for us to move this one. Be paranoid
2027   // and make sure we're not trying to move the entry block of the function.
2028   if (!B && Cond.empty() && BB != MF->begin() &&
2029       !TII->AnalyzeBranch(*OldPrior, TBB, FBB, CondPrior)) {
2030     BB->moveAfter(JTBB);
2031     OldPrior->updateTerminator();
2032     BB->updateTerminator();
2033     // Update numbering to account for the block being moved.
2034     MF->RenumberBlocks();
2035     ++NumJTMoved;
2036     return NULL;
2037   }
2038
2039   // Create a new MBB for the code after the jump BB.
2040   MachineBasicBlock *NewBB =
2041     MF->CreateMachineBasicBlock(JTBB->getBasicBlock());
2042   MachineFunction::iterator MBBI = JTBB; ++MBBI;
2043   MF->insert(MBBI, NewBB);
2044
2045   // Add an unconditional branch from NewBB to BB.
2046   // There doesn't seem to be meaningful DebugInfo available; this doesn't
2047   // correspond directly to anything in the source.
2048   assert (isThumb2 && "Adjusting for TB[BH] but not in Thumb2?");
2049   BuildMI(NewBB, DebugLoc(), TII->get(ARM::t2B)).addMBB(BB)
2050           .addImm(ARMCC::AL).addReg(0);
2051
2052   // Update internal data structures to account for the newly inserted MBB.
2053   MF->RenumberBlocks(NewBB);
2054
2055   // Update the CFG.
2056   NewBB->addSuccessor(BB);
2057   JTBB->removeSuccessor(BB);
2058   JTBB->addSuccessor(NewBB);
2059
2060   ++NumJTInserted;
2061   return NewBB;
2062 }