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 "ARMInstrInfo.h"
  18 #include "llvm/MC/MCCodeEmitter.h"
  19 #include "llvm/MC/MCExpr.h"
  20 #include "llvm/MC/MCInst.h"
  21 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  22 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  23 using namespace llvm;
  24
  25 STATISTIC(MCNumEmitted, "Number of MC instructions emitted");
  26
  27 namespace {
  28 class ARMMCCodeEmitter : public MCCodeEmitter {
  29   ARMMCCodeEmitter(const ARMMCCodeEmitter &); // DO NOT IMPLEMENT
  30   void operator=(const ARMMCCodeEmitter &); // DO NOT IMPLEMENT
  31   const TargetMachine &TM;
  32   const TargetInstrInfo &TII;
  33   MCContext &Ctx;
  34
  35 public:
  36   ARMMCCodeEmitter(TargetMachine &tm, MCContext &ctx)
  37     : TM(tm), TII(*TM.getInstrInfo()), Ctx(ctx) {
  38   }
  39
  40   ~ARMMCCodeEmitter() {}
  41
  42   unsigned getMachineSoImmOpValue(unsigned SoImm) const;
  43
  44   // getBinaryCodeForInstr - TableGen'erated function for getting the
  45   // binary encoding for an instruction.
  46   unsigned getBinaryCodeForInstr(const MCInst &MI) const;
  47
  48   /// getMachineOpValue - Return binary encoding of operand. If the machine
  49   /// operand requires relocation, record the relocation and return zero.
  50   unsigned getMachineOpValue(const MCInst &MI,const MCOperand &MO) const;
  51
  52   /// getAddrModeImm12OpValue - Return encoding info for 'reg +/- imm12'
  53   /// operand.
  54   unsigned getAddrModeImm12OpValue(const MCInst &MI, unsigned Op) const;
  55
  56   /// getCCOutOpValue - Return encoding of the 's' bit.
  57   unsigned getCCOutOpValue(const MCInst &MI, unsigned Op) const {
  58     // The operand is either reg0 or CPSR. The 's' bit is encoded as '0' or
  59     // '1' respectively.
  60     return MI.getOperand(Op).getReg() == ARM::CPSR;
  61   }
  62
  63   /// getSOImmOpValue - Return an encoded 12-bit shifted-immediate value.
  64   unsigned getSOImmOpValue(const MCInst &MI, unsigned Op) const {
  65     unsigned SoImm = MI.getOperand(Op).getImm();
  66     int SoImmVal = ARM_AM::getSOImmVal(SoImm);
  67     assert(SoImmVal != -1 && "Not a valid so_imm value!");
  68
  69     // Encode rotate_imm.
  70     unsigned Binary = (ARM_AM::getSOImmValRot((unsigned)SoImmVal) >> 1)
  71       << ARMII::SoRotImmShift;
  72
  73     // Encode immed_8.
  74     Binary |= ARM_AM::getSOImmValImm((unsigned)SoImmVal);
  75     return Binary;
  76   }
  77
  78   /// getSORegOpValue - Return an encoded so_reg shifted register value.
  79   unsigned getSORegOpValue(const MCInst &MI, unsigned Op) const;
  80
  81   unsigned getRotImmOpValue(const MCInst &MI, unsigned Op) const {
  82     switch (MI.getOperand(Op).getImm()) {
  83     default: assert (0 && "Not a valid rot_imm value!");
  84     case 0:  return 0;
  85     case 8:  return 1;
  86     case 16: return 2;
  87     case 24: return 3;
  88     }
  89   }
  90
  91   unsigned getImmMinusOneOpValue(const MCInst &MI, unsigned Op) const {
  92     return MI.getOperand(Op).getImm() - 1;
  93   }
  94
  95   unsigned getNEONVcvtImm32OpValue(const MCInst &MI, unsigned Op) const {
  96     return 64 - MI.getOperand(Op).getImm();
  97   }
  98
  99   unsigned getBitfieldInvertedMaskOpValue(const MCInst &MI, unsigned Op) const;
 100
 101   unsigned getRegisterListOpValue(const MCInst &MI, unsigned Op) const;
 102   unsigned getAddrMode6RegisterOperand(const MCInst &MI, unsigned Op) const;
 103   unsigned getAddrMode6OffsetOperand(const MCInst &MI, unsigned Op) const;
 104
 105   unsigned getNumFixupKinds() const {
 106     assert(0 && "ARMMCCodeEmitter::getNumFixupKinds() not yet implemented.");
 107     return 0;
 108   }
 109
 110   const MCFixupKindInfo &getFixupKindInfo(MCFixupKind Kind) const {
 111     static MCFixupKindInfo rtn;
 112     assert(0 && "ARMMCCodeEmitter::getFixupKindInfo() not yet implemented.");
 113     return rtn;
 114   }
 115
 116   void EmitByte(unsigned char C, unsigned &CurByte, raw_ostream &OS) const {
 117     OS << (char)C;
 118     ++CurByte;
 119   }
 120
 121   void EmitConstant(uint64_t Val, unsigned Size, unsigned &CurByte,
 122                     raw_ostream &OS) const {
 123     // Output the constant in little endian byte order.
 124     for (unsigned i = 0; i != Size; ++i) {
 125       EmitByte(Val & 255, CurByte, OS);
 126       Val >>= 8;
 127     }
 128   }
 129
 130   void EncodeInstruction(const MCInst &MI, raw_ostream &OS,
 131                          SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const;
 132 };
 133
 134 } // end anonymous namespace
 135
 136 MCCodeEmitter *llvm::createARMMCCodeEmitter(const Target &,
 137                                              TargetMachine &TM,
 138                                              MCContext &Ctx) {
 139   return new ARMMCCodeEmitter(TM, Ctx);
 140 }
 141
 142 /// getMachineOpValue - Return binary encoding of operand. If the machine
 143 /// operand requires relocation, record the relocation and return zero.
 144 unsigned ARMMCCodeEmitter::getMachineOpValue(const MCInst &MI,
 145                                              const MCOperand &MO) const {
 146   if (MO.isReg()) {
 147     unsigned regno = getARMRegisterNumbering(MO.getReg());
 148
 149     // Q registers are encodes as 2x their register number.
 150     switch (MO.getReg()) {
 151       case ARM::Q0: case ARM::Q1: case ARM::Q2: case ARM::Q3:
 152       case ARM::Q4: case ARM::Q5: case ARM::Q6: case ARM::Q7:
 153       case ARM::Q8: case ARM::Q9: case ARM::Q10: case ARM::Q11:
 154       case ARM::Q12: case ARM::Q13: case ARM::Q14: case ARM::Q15:
 155         return 2 * regno;
 156       default:
 157         return regno;
 158     }
 159   } else if (MO.isImm()) {
 160     return static_cast<unsigned>(MO.getImm());
 161   } else if (MO.isFPImm()) {
 162     return static_cast<unsigned>(APFloat(MO.getFPImm())
 163                      .bitcastToAPInt().getHiBits(32).getLimitedValue());
 164   } else {
 165 #ifndef NDEBUG
 166     errs() << MO;
 167 #endif
 168     llvm_unreachable(0);
 169   }
 170   return 0;
 171 }
 172
 173 /// getAddrModeImm12OpValue - Return encoding info for 'reg +/- imm12'
 174 /// operand.
 175 unsigned ARMMCCodeEmitter::getAddrModeImm12OpValue(const MCInst &MI,
 176                                                    unsigned OpIdx) const {
 177   // {17-13} = reg
 178   // {12}    = (U)nsigned (add == '1', sub == '0')
 179   // {11-0}  = imm12
 180   const MCOperand &MO  = MI.getOperand(OpIdx);
 181   const MCOperand &MO1 = MI.getOperand(OpIdx + 1);
 182   uint32_t Binary = 0;
 183
 184   // If The first operand isn't a register, we have a label reference.
 185   if (!MO.isReg()) {
 186     Binary |= ARM::PC << 13;     // Rn is PC.
 187     // FIXME: Add a fixup referencing the label.
 188     return Binary;
 189   }
 190
 191   unsigned Reg = getARMRegisterNumbering(MO.getReg());
 192   int32_t Imm12 = MO1.getImm();
 193   bool isAdd = Imm12 >= 0;
 194   // Special value for #-0
 195   if (Imm12 == INT32_MIN)
 196     Imm12 = 0;
 197   // Immediate is always encoded as positive. The 'U' bit controls add vs sub.
 198   if (Imm12 < 0)
 199     Imm12 = -Imm12;
 200   Binary = Imm12 & 0xfff;
 201   if (isAdd)
 202     Binary |= (1 << 12);
 203   Binary |= (Reg << 13);
 204   return Binary;
 205 }
 206
 207 unsigned ARMMCCodeEmitter::getSORegOpValue(const MCInst &MI,
 208                                            unsigned OpIdx) const {
 209   // Sub-operands are [reg, reg, imm]. The first register is Rm, the reg
 210   // to be shifted. The second is either Rs, the amount to shift by, or
 211   // reg0 in which case the imm contains the amount to shift by.
 212   // {3-0} = Rm.
 213   // {4} = 1 if reg shift, 0 if imm shift
 214   // {6-5} = type
 215   //    If reg shift:
 216   //      {7} = 0
 217   //      {11-8} = Rs
 218   //    else (imm shift)
 219   //      {11-7} = imm
 220
 221   const MCOperand &MO  = MI.getOperand(OpIdx);
 222   const MCOperand &MO1 = MI.getOperand(OpIdx + 1);
 223   const MCOperand &MO2 = MI.getOperand(OpIdx + 2);
 224   ARM_AM::ShiftOpc SOpc = ARM_AM::getSORegShOp(MO2.getImm());
 225
 226   // Encode Rm.
 227   unsigned Binary = getARMRegisterNumbering(MO.getReg());
 228
 229   // Encode the shift opcode.
 230   unsigned SBits = 0;
 231   unsigned Rs = MO1.getReg();
 232   if (Rs) {
 233     // Set shift operand (bit[7:4]).
 234     // LSL - 0001
 235     // LSR - 0011
 236     // ASR - 0101
 237     // ROR - 0111
 238     // RRX - 0110 and bit[11:8] clear.
 239     switch (SOpc) {
 240     default: llvm_unreachable("Unknown shift opc!");
 241     case ARM_AM::lsl: SBits = 0x1; break;
 242     case ARM_AM::lsr: SBits = 0x3; break;
 243     case ARM_AM::asr: SBits = 0x5; break;
 244     case ARM_AM::ror: SBits = 0x7; break;
 245     case ARM_AM::rrx: SBits = 0x6; break;
 246     }
 247   } else {
 248     // Set shift operand (bit[6:4]).
 249     // LSL - 000
 250     // LSR - 010
 251     // ASR - 100
 252     // ROR - 110
 253     switch (SOpc) {
 254     default: llvm_unreachable("Unknown shift opc!");
 255     case ARM_AM::lsl: SBits = 0x0; break;
 256     case ARM_AM::lsr: SBits = 0x2; break;
 257     case ARM_AM::asr: SBits = 0x4; break;
 258     case ARM_AM::ror: SBits = 0x6; break;
 259     }
 260   }
 261   Binary |= SBits << 4;
 262   if (SOpc == ARM_AM::rrx)
 263     return Binary;
 264
 265   // Encode the shift operation Rs or shift_imm (except rrx).
 266   if (Rs) {
 267     // Encode Rs bit[11:8].
 268     assert(ARM_AM::getSORegOffset(MO2.getImm()) == 0);
 269     return Binary | (getARMRegisterNumbering(Rs) << ARMII::RegRsShift);
 270   }
 271
 272   // Encode shift_imm bit[11:7].
 273   return Binary | ARM_AM::getSORegOffset(MO2.getImm()) << 7;
 274 }
 275
 276 unsigned ARMMCCodeEmitter::getBitfieldInvertedMaskOpValue(const MCInst &MI,
 277                                                           unsigned Op) const {
 278   // 10 bits. lower 5 bits are are the lsb of the mask, high five bits are the
 279   // msb of the mask.
 280   const MCOperand &MO = MI.getOperand(Op);
 281   uint32_t v = ~MO.getImm();
 282   uint32_t lsb = CountTrailingZeros_32(v);
 283   uint32_t msb = (32 - CountLeadingZeros_32 (v)) - 1;
 284   assert (v != 0 && lsb < 32 && msb < 32 && "Illegal bitfield mask!");
 285   return lsb | (msb << 5);
 286 }
 287
 288 unsigned ARMMCCodeEmitter::getRegisterListOpValue(const MCInst &MI,
 289                                                   unsigned Op) const {
 290   // Convert a list of GPRs into a bitfield (R0 -> bit 0). For each
 291   // register in the list, set the corresponding bit.
 292   unsigned Binary = 0;
 293   for (unsigned i = Op, e = MI.getNumOperands(); i < e; ++i) {
 294     unsigned regno = getARMRegisterNumbering(MI.getOperand(i).getReg());
 295     Binary |= 1 << regno;
 296   }
 297   return Binary;
 298 }
 299
 300 unsigned ARMMCCodeEmitter::getAddrMode6RegisterOperand(const MCInst &MI,
 301                                                       unsigned Op) const {
 302   const MCOperand &Reg = MI.getOperand(Op);
 303   const MCOperand &Imm = MI.getOperand(Op+1);
 304
 305   unsigned RegNo = getARMRegisterNumbering(Reg.getReg());
 306   unsigned Align = Imm.getImm();
 307   switch(Align) {
 308     case 2: case 4: case 8:  Align = 0x01; break;
 309     case 16: Align = 0x02; break;
 310     case 32: Align = 0x03; break;
 311     default: Align = 0x00; break;
 312   }
 313   return RegNo | (Align << 4);
 314 }
 315
 316 unsigned ARMMCCodeEmitter::getAddrMode6OffsetOperand(const MCInst &MI,
 317                                                      unsigned Op) const {
 318   const MCOperand &regno = MI.getOperand(Op);
 319   if (regno.getReg() == 0) return 0x0D;
 320   return regno.getReg();
 321 }
 322
 323
 324 void ARMMCCodeEmitter::
 325 EncodeInstruction(const MCInst &MI, raw_ostream &OS,
 326                   SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const {
 327   unsigned Opcode = MI.getOpcode();
 328   const TargetInstrDesc &Desc = TII.get(Opcode);
 329   uint64_t TSFlags = Desc.TSFlags;
 330   // Keep track of the current byte being emitted.
 331   unsigned CurByte = 0;
 332
 333   // Pseudo instructions don't get encoded.
 334   if ((TSFlags & ARMII::FormMask) == ARMII::Pseudo)
 335     return;
 336
 337   ++MCNumEmitted;  // Keep track of the # of mi's emitted
 338   unsigned Value = getBinaryCodeForInstr(MI);
 339   switch (Opcode) {
 340   default: break;
 341   }
 342   EmitConstant(Value, 4, CurByte, OS);
 343 }
 344
 345 // FIXME: These #defines shouldn't be necessary. Instead, tblgen should
 346 // be able to generate code emitter helpers for either variant, like it
 347 // does for the AsmWriter.
 348 #define ARMCodeEmitter ARMMCCodeEmitter
 349 #define MachineInstr MCInst
 350 #include "ARMGenCodeEmitter.inc"
 351 #undef ARMCodeEmitter
 352 #undef MachineInstr