lib/Target/ARM/ARMMCCodeEmitter.cpp

   1 //===-- ARM/ARMMCCodeEmitter.cpp - Convert ARM code to machine code -------===//
   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 implements the ARMMCCodeEmitter class.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #define DEBUG_TYPE "arm-emitter"
  15 #include "ARM.h"
  16 #include "ARMAddressingModes.h"
  17 #include "ARMFixupKinds.h"
  18 #include "ARMInstrInfo.h"
  19 #include "llvm/MC/MCCodeEmitter.h"
  20 #include "llvm/MC/MCExpr.h"
  21 #include "llvm/MC/MCInst.h"
  22 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  23 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  24 using namespace llvm;
  25
  26 STATISTIC(MCNumEmitted, "Number of MC instructions emitted.");
  27 STATISTIC(MCNumCPRelocations, "Number of constant pool relocations created.");
  28
  29 namespace {
  30 class ARMMCCodeEmitter : public MCCodeEmitter {
  31   ARMMCCodeEmitter(const ARMMCCodeEmitter &); // DO NOT IMPLEMENT
  32   void operator=(const ARMMCCodeEmitter &); // DO NOT IMPLEMENT
  33   const TargetMachine &TM;
  34   const TargetInstrInfo &TII;
  35   MCContext &Ctx;
  36
  37 public:
  38   ARMMCCodeEmitter(TargetMachine &tm, MCContext &ctx)
  39     : TM(tm), TII(*TM.getInstrInfo()), Ctx(ctx) {
  40   }
  41
  42   ~ARMMCCodeEmitter() {}
  43
  44   unsigned getNumFixupKinds() const { return 2; }
  45
  46   const MCFixupKindInfo &getFixupKindInfo(MCFixupKind Kind) const {
  47     const static MCFixupKindInfo Infos[] = {
  48       { "fixup_arm_pcrel_12", 2, 12, MCFixupKindInfo::FKF_IsPCRel },
  49       { "fixup_arm_vfp_pcrel_12", 3, 8, MCFixupKindInfo::FKF_IsPCRel },
  50     };
  51
  52     if (Kind < FirstTargetFixupKind)
  53       return MCCodeEmitter::getFixupKindInfo(Kind);
  54
  55     assert(unsigned(Kind - FirstTargetFixupKind) < getNumFixupKinds() &&
  56            "Invalid kind!");
  57     return Infos[Kind - FirstTargetFixupKind];
  58   }
  59   unsigned getMachineSoImmOpValue(unsigned SoImm) const;
  60
  61   // getBinaryCodeForInstr - TableGen'erated function for getting the
  62   // binary encoding for an instruction.
  63   unsigned getBinaryCodeForInstr(const MCInst &MI,
  64                                  SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const;
  65
  66   /// getMachineOpValue - Return binary encoding of operand. If the machine
  67   /// operand requires relocation, record the relocation and return zero.
  68   unsigned getMachineOpValue(const MCInst &MI,const MCOperand &MO,
  69                              SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const;
  70
  71   bool EncodeAddrModeOpValues(const MCInst &MI, unsigned OpIdx,
  72                               unsigned &Reg, unsigned &Imm,
  73                               SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const;
  74
  75   /// getAddrModeImm12OpValue - Return encoding info for 'reg +/- imm12'
  76   /// operand.
  77   uint32_t getAddrModeImm12OpValue(const MCInst &MI, unsigned OpIdx,
  78                                    SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const;
  79
  80   /// getAddrMode5OpValue - Return encoding info for 'reg +/- imm8' operand.
  81   uint32_t getAddrMode5OpValue(const MCInst &MI, unsigned OpIdx,
  82                                SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const;
  83
  84   /// getCCOutOpValue - Return encoding of the 's' bit.
  85   unsigned getCCOutOpValue(const MCInst &MI, unsigned Op,
  86                            SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const {
  87     // The operand is either reg0 or CPSR. The 's' bit is encoded as '0' or
  88     // '1' respectively.
  89     return MI.getOperand(Op).getReg() == ARM::CPSR;
  90   }
  91
  92   /// getSOImmOpValue - Return an encoded 12-bit shifted-immediate value.
  93   unsigned getSOImmOpValue(const MCInst &MI, unsigned Op,
  94                            SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const {
  95     unsigned SoImm = MI.getOperand(Op).getImm();
  96     int SoImmVal = ARM_AM::getSOImmVal(SoImm);
  97     assert(SoImmVal != -1 && "Not a valid so_imm value!");
  98
  99     // Encode rotate_imm.
 100     unsigned Binary = (ARM_AM::getSOImmValRot((unsigned)SoImmVal) >> 1)
 101       << ARMII::SoRotImmShift;
 102
 103     // Encode immed_8.
 104     Binary |= ARM_AM::getSOImmValImm((unsigned)SoImmVal);
 105     return Binary;
 106   }
 107
 108   /// getSORegOpValue - Return an encoded so_reg shifted register value.
 109   unsigned getSORegOpValue(const MCInst &MI, unsigned Op,
 110                            SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const;
 111
 112   unsigned getRotImmOpValue(const MCInst &MI, unsigned Op,
 113                             SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const {
 114     switch (MI.getOperand(Op).getImm()) {
 115     default: assert (0 && "Not a valid rot_imm value!");
 116     case 0:  return 0;
 117     case 8:  return 1;
 118     case 16: return 2;
 119     case 24: return 3;
 120     }
 121   }
 122
 123   unsigned getImmMinusOneOpValue(const MCInst &MI, unsigned Op,
 124                                  SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const {
 125     return MI.getOperand(Op).getImm() - 1;
 126   }
 127
 128   unsigned getNEONVcvtImm32OpValue(const MCInst &MI, unsigned Op,
 129                                    SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const {
 130     return 64 - MI.getOperand(Op).getImm();
 131   }
 132
 133   unsigned getBitfieldInvertedMaskOpValue(const MCInst &MI, unsigned Op,
 134                                       SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const;
 135
 136   unsigned getRegisterListOpValue(const MCInst &MI, unsigned Op,
 137                                   SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const;
 138   unsigned getAddrMode6AddressOpValue(const MCInst &MI, unsigned Op,
 139                                       SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const;
 140   unsigned getAddrMode6OffsetOpValue(const MCInst &MI, unsigned Op,
 141                                      SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const;
 142
 143   void EmitByte(unsigned char C, raw_ostream &OS) const {
 144     OS << (char)C;
 145   }
 146
 147   void EmitConstant(uint64_t Val, unsigned Size, raw_ostream &OS) const {
 148     // Output the constant in little endian byte order.
 149     for (unsigned i = 0; i != Size; ++i) {
 150       EmitByte(Val & 255, OS);
 151       Val >>= 8;
 152     }
 153   }
 154
 155   void EncodeInstruction(const MCInst &MI, raw_ostream &OS,
 156                          SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const;
 157 };
 158
 159 } // end anonymous namespace
 160
 161 MCCodeEmitter *llvm::createARMMCCodeEmitter(const Target &, TargetMachine &TM,
 162                                             MCContext &Ctx) {
 163   return new ARMMCCodeEmitter(TM, Ctx);
 164 }
 165
 166 /// getMachineOpValue - Return binary encoding of operand. If the machine
 167 /// operand requires relocation, record the relocation and return zero.
 168 unsigned ARMMCCodeEmitter::
 169 getMachineOpValue(const MCInst &MI, const MCOperand &MO,
 170                   SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const {
 171   if (MO.isReg()) {
 172     unsigned Reg = MO.getReg();
 173     unsigned RegNo = getARMRegisterNumbering(Reg);
 174
 175     // Q registers are encodes as 2x their register number.
 176     switch (Reg) {
 177     default:
 178       return RegNo;
 179     case ARM::Q0:  case ARM::Q1:  case ARM::Q2:  case ARM::Q3:
 180     case ARM::Q4:  case ARM::Q5:  case ARM::Q6:  case ARM::Q7:
 181     case ARM::Q8:  case ARM::Q9:  case ARM::Q10: case ARM::Q11:
 182     case ARM::Q12: case ARM::Q13: case ARM::Q14: case ARM::Q15:
 183       return 2 * RegNo;
 184     }
 185   } else if (MO.isImm()) {
 186     return static_cast<unsigned>(MO.getImm());
 187   } else if (MO.isFPImm()) {
 188     return static_cast<unsigned>(APFloat(MO.getFPImm())
 189                      .bitcastToAPInt().getHiBits(32).getLimitedValue());
 190   }
 191
 192 #ifndef NDEBUG
 193   errs() << MO;
 194 #endif
 195   llvm_unreachable(0);
 196   return 0;
 197 }
 198
 199 /// getAddrModeImmOpValue - Return encoding info for 'reg +/- imm' operand.
 200 bool ARMMCCodeEmitter::
 201 EncodeAddrModeOpValues(const MCInst &MI, unsigned OpIdx, unsigned &Reg,
 202                        unsigned &Imm, SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const {
 203   const MCOperand &MO  = MI.getOperand(OpIdx);
 204   const MCOperand &MO1 = MI.getOperand(OpIdx + 1);
 205
 206   Reg = getARMRegisterNumbering(MO.getReg());
 207
 208   int32_t SImm = MO1.getImm();
 209   bool isAdd = true;
 210
 211   // Special value for #-0
 212   if (SImm == INT32_MIN)
 213     SImm = 0;
 214
 215   // Immediate is always encoded as positive. The 'U' bit controls add vs sub.
 216   if (SImm < 0) {
 217     SImm = -SImm;
 218     isAdd = false;
 219   }
 220
 221   Imm = SImm;
 222   return isAdd;
 223 }
 224
 225 /// getAddrModeImm12OpValue - Return encoding info for 'reg +/- imm12' operand.
 226 uint32_t ARMMCCodeEmitter::
 227 getAddrModeImm12OpValue(const MCInst &MI, unsigned OpIdx,
 228                         SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const {
 229   // {17-13} = reg
 230   // {12}    = (U)nsigned (add == '1', sub == '0')
 231   // {11-0}  = imm12
 232   unsigned Reg, Imm12;
 233   bool isAdd = true;
 234   // If The first operand isn't a register, we have a label reference.
 235   const MCOperand &MO = MI.getOperand(OpIdx);
 236   if (!MO.isReg()) {
 237     Reg = getARMRegisterNumbering(ARM::PC);   // Rn is PC.
 238     Imm12 = 0;
 239
 240     assert(MO.isExpr() && "Unexpected machine operand type!");
 241     const MCExpr *Expr = MO.getExpr();
 242     MCFixupKind Kind = MCFixupKind(ARM::fixup_arm_pcrel_12);
 243     Fixups.push_back(MCFixup::Create(0, Expr, Kind));
 244
 245     ++MCNumCPRelocations;
 246   } else
 247     isAdd = EncodeAddrModeOpValues(MI, OpIdx, Reg, Imm12, Fixups);
 248
 249   uint32_t Binary = Imm12 & 0xfff;
 250   // Immediate is always encoded as positive. The 'U' bit controls add vs sub.
 251   if (isAdd)
 252     Binary |= (1 << 12);
 253   Binary |= (Reg << 13);
 254   return Binary;
 255 }
 256
 257 /// getAddrMode5OpValue - Return encoding info for 'reg +/- imm12' operand.
 258 uint32_t ARMMCCodeEmitter::
 259 getAddrMode5OpValue(const MCInst &MI, unsigned OpIdx,
 260                     SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const {
 261   // {12-9} = reg
 262   // {8}    = (U)nsigned (add == '1', sub == '0')
 263   // {7-0}  = imm8
 264   unsigned Reg, Imm8;
 265   // If The first operand isn't a register, we have a label reference.
 266   const MCOperand &MO = MI.getOperand(OpIdx);
 267   if (!MO.isReg()) {
 268     Reg = getARMRegisterNumbering(ARM::PC);   // Rn is PC.
 269     Imm8 = 0;
 270
 271     assert(MO.isExpr() && "Unexpected machine operand type!");
 272     const MCExpr *Expr = MO.getExpr();
 273     MCFixupKind Kind = MCFixupKind(ARM::fixup_arm_vfp_pcrel_12);
 274     Fixups.push_back(MCFixup::Create(0, Expr, Kind));
 275
 276     ++MCNumCPRelocations;
 277   } else
 278     EncodeAddrModeOpValues(MI, OpIdx, Reg, Imm8, Fixups);
 279
 280   uint32_t Binary = ARM_AM::getAM5Offset(Imm8);
 281   // Immediate is always encoded as positive. The 'U' bit controls add vs sub.
 282   if (ARM_AM::getAM5Op(Imm8) == ARM_AM::add)
 283     Binary |= (1 << 8);
 284   Binary |= (Reg << 9);
 285   return Binary;
 286 }
 287
 288 unsigned ARMMCCodeEmitter::
 289 getSORegOpValue(const MCInst &MI, unsigned OpIdx,
 290                 SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const {
 291   // Sub-operands are [reg, reg, imm]. The first register is Rm, the reg to be
 292   // shifted. The second is either Rs, the amount to shift by, or reg0 in which
 293   // case the imm contains the amount to shift by.
 294   //
 295   // {3-0} = Rm.
 296   // {4}   = 1 if reg shift, 0 if imm shift
 297   // {6-5} = type
 298   //    If reg shift:
 299   //      {11-8} = Rs
 300   //      {7}    = 0
 301   //    else (imm shift)
 302   //      {11-7} = imm
 303
 304   const MCOperand &MO  = MI.getOperand(OpIdx);
 305   const MCOperand &MO1 = MI.getOperand(OpIdx + 1);
 306   const MCOperand &MO2 = MI.getOperand(OpIdx + 2);
 307   ARM_AM::ShiftOpc SOpc = ARM_AM::getSORegShOp(MO2.getImm());
 308
 309   // Encode Rm.
 310   unsigned Binary = getARMRegisterNumbering(MO.getReg());
 311
 312   // Encode the shift opcode.
 313   unsigned SBits = 0;
 314   unsigned Rs = MO1.getReg();
 315   if (Rs) {
 316     // Set shift operand (bit[7:4]).
 317     // LSL - 0001
 318     // LSR - 0011
 319     // ASR - 0101
 320     // ROR - 0111
 321     // RRX - 0110 and bit[11:8] clear.
 322     switch (SOpc) {
 323     default: llvm_unreachable("Unknown shift opc!");
 324     case ARM_AM::lsl: SBits = 0x1; break;
 325     case ARM_AM::lsr: SBits = 0x3; break;
 326     case ARM_AM::asr: SBits = 0x5; break;
 327     case ARM_AM::ror: SBits = 0x7; break;
 328     case ARM_AM::rrx: SBits = 0x6; break;
 329     }
 330   } else {
 331     // Set shift operand (bit[6:4]).
 332     // LSL - 000
 333     // LSR - 010
 334     // ASR - 100
 335     // ROR - 110
 336     switch (SOpc) {
 337     default: llvm_unreachable("Unknown shift opc!");
 338     case ARM_AM::lsl: SBits = 0x0; break;
 339     case ARM_AM::lsr: SBits = 0x2; break;
 340     case ARM_AM::asr: SBits = 0x4; break;
 341     case ARM_AM::ror: SBits = 0x6; break;
 342     }
 343   }
 344
 345   Binary |= SBits << 4;
 346   if (SOpc == ARM_AM::rrx)
 347     return Binary;
 348
 349   // Encode the shift operation Rs or shift_imm (except rrx).
 350   if (Rs) {
 351     // Encode Rs bit[11:8].
 352     assert(ARM_AM::getSORegOffset(MO2.getImm()) == 0);
 353     return Binary | (getARMRegisterNumbering(Rs) << ARMII::RegRsShift);
 354   }
 355
 356   // Encode shift_imm bit[11:7].
 357   return Binary | ARM_AM::getSORegOffset(MO2.getImm()) << 7;
 358 }
 359
 360 unsigned ARMMCCodeEmitter::
 361 getBitfieldInvertedMaskOpValue(const MCInst &MI, unsigned Op,
 362                                SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const {
 363   // 10 bits. lower 5 bits are are the lsb of the mask, high five bits are the
 364   // msb of the mask.
 365   const MCOperand &MO = MI.getOperand(Op);
 366   uint32_t v = ~MO.getImm();
 367   uint32_t lsb = CountTrailingZeros_32(v);
 368   uint32_t msb = (32 - CountLeadingZeros_32 (v)) - 1;
 369   assert (v != 0 && lsb < 32 && msb < 32 && "Illegal bitfield mask!");
 370   return lsb | (msb << 5);
 371 }
 372
 373 unsigned ARMMCCodeEmitter::
 374 getRegisterListOpValue(const MCInst &MI, unsigned Op,
 375                        SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const {
 376   // Convert a list of GPRs into a bitfield (R0 -> bit 0). For each
 377   // register in the list, set the corresponding bit.
 378   unsigned Binary = 0;
 379   for (unsigned i = Op, e = MI.getNumOperands(); i < e; ++i) {
 380     unsigned regno = getARMRegisterNumbering(MI.getOperand(i).getReg());
 381     Binary |= 1 << regno;
 382   }
 383   return Binary;
 384 }
 385
 386 unsigned ARMMCCodeEmitter::
 387 getAddrMode6AddressOpValue(const MCInst &MI, unsigned Op,
 388                            SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const {
 389   const MCOperand &Reg = MI.getOperand(Op);
 390   const MCOperand &Imm = MI.getOperand(Op + 1);
 391
 392   unsigned RegNo = getARMRegisterNumbering(Reg.getReg());
 393   unsigned Align = 0;
 394
 395   switch (Imm.getImm()) {
 396   default: break;
 397   case 2:
 398   case 4:
 399   case 8:  Align = 0x01; break;
 400   case 16: Align = 0x02; break;
 401   case 32: Align = 0x03; break;
 402   }
 403
 404   return RegNo | (Align << 4);
 405 }
 406
 407 unsigned ARMMCCodeEmitter::
 408 getAddrMode6OffsetOpValue(const MCInst &MI, unsigned Op,
 409                           SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const {
 410   const MCOperand &MO = MI.getOperand(Op);
 411   if (MO.getReg() == 0) return 0x0D;
 412   return MO.getReg();
 413 }
 414
 415 void ARMMCCodeEmitter::
 416 EncodeInstruction(const MCInst &MI, raw_ostream &OS,
 417                   SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const {
 418   // Pseudo instructions don't get encoded.
 419   const TargetInstrDesc &Desc = TII.get(MI.getOpcode());
 420   if ((Desc.TSFlags & ARMII::FormMask) == ARMII::Pseudo)
 421     return;
 422
 423   EmitConstant(getBinaryCodeForInstr(MI, Fixups), 4, OS);
 424   ++MCNumEmitted;  // Keep track of the # of mi's emitted.
 425 }
 426
 427 #include "ARMGenMCCodeEmitter.inc"