lib/Target/ARM/ARMTargetMachine.cpp

   1 //===-- ARMTargetMachine.cpp - Define TargetMachine for ARM ---------------===//
   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 //
  11 //===----------------------------------------------------------------------===//
  12
  13 #include "ARM.h"
  14 #include "ARMFrameLowering.h"
  15 #include "ARMTargetMachine.h"
  16 #include "ARMTargetObjectFile.h"
  17 #include "ARMTargetTransformInfo.h"
  18 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  19 #include "llvm/IR/Function.h"
  20 #include "llvm/IR/LegacyPassManager.h"
  21 #include "llvm/MC/MCAsmInfo.h"
  22 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  23 #include "llvm/Support/FormattedStream.h"
  24 #include "llvm/Support/TargetRegistry.h"
  25 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
  26 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  27 using namespace llvm;
  28
  29 static cl::opt<bool>
  30 DisableA15SDOptimization("disable-a15-sd-optimization", cl::Hidden,
  31                    cl::desc("Inhibit optimization of S->D register accesses on A15"),
  32                    cl::init(false));
  33
  34 static cl::opt<bool>
  35 EnableAtomicTidy("arm-atomic-cfg-tidy", cl::Hidden,
  36                  cl::desc("Run SimplifyCFG after expanding atomic operations"
  37                           " to make use of cmpxchg flow-based information"),
  38                  cl::init(true));
  39
  40 static cl::opt<bool>
  41 EnableARMLoadStoreOpt("arm-load-store-opt", cl::Hidden,
  42                       cl::desc("Enable ARM load/store optimization pass"),
  43                       cl::init(true));
  44
  45 // FIXME: Unify control over GlobalMerge.
  46 static cl::opt<cl::boolOrDefault>
  47 EnableGlobalMerge("arm-global-merge", cl::Hidden,
  48                   cl::desc("Enable the global merge pass"));
  49
  50 extern "C" void LLVMInitializeARMTarget() {
  51   // Register the target.
  52   RegisterTargetMachine<ARMLETargetMachine> X(TheARMLETarget);
  53   RegisterTargetMachine<ARMBETargetMachine> Y(TheARMBETarget);
  54   RegisterTargetMachine<ThumbLETargetMachine> A(TheThumbLETarget);
  55   RegisterTargetMachine<ThumbBETargetMachine> B(TheThumbBETarget);
  56 }
  57
  58 static std::unique_ptr<TargetLoweringObjectFile> createTLOF(const Triple &TT) {
  59   if (TT.isOSBinFormatMachO())
  60     return make_unique<TargetLoweringObjectFileMachO>();
  61   if (TT.isOSWindows())
  62     return make_unique<TargetLoweringObjectFileCOFF>();
  63   return make_unique<ARMElfTargetObjectFile>();
  64 }
  65
  66 static ARMBaseTargetMachine::ARMABI
  67 computeTargetABI(const Triple &TT, StringRef CPU,
  68                  const TargetOptions &Options) {
  69   if (Options.MCOptions.getABIName().startswith("aapcs"))
  70     return ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_AAPCS;
  71   else if (Options.MCOptions.getABIName().startswith("apcs"))
  72     return ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_APCS;
  73
  74   assert(Options.MCOptions.getABIName().empty() &&
  75          "Unknown target-abi option!");
  76
  77   ARMBaseTargetMachine::ARMABI TargetABI =
  78       ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_UNKNOWN;
  79
  80   // FIXME: This is duplicated code from the front end and should be unified.
  81   if (TT.isOSBinFormatMachO()) {
  82     if (TT.getEnvironment() == llvm::Triple::EABI ||
  83         (TT.getOS() == llvm::Triple::UnknownOS &&
  84          TT.getObjectFormat() == llvm::Triple::MachO) ||
  85         CPU.startswith("cortex-m")) {
  86       TargetABI = ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_AAPCS;
  87     } else {
  88       TargetABI = ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_APCS;
  89     }
  90   } else if (TT.isOSWindows()) {
  91     // FIXME: this is invalid for WindowsCE
  92     TargetABI = ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_AAPCS;
  93   } else {
  94     // Select the default based on the platform.
  95     switch (TT.getEnvironment()) {
  96     case llvm::Triple::Android:
  97     case llvm::Triple::GNUEABI:
  98     case llvm::Triple::GNUEABIHF:
  99     case llvm::Triple::EABIHF:
 100     case llvm::Triple::EABI:
 101       TargetABI = ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_AAPCS;
 102       break;
 103     case llvm::Triple::GNU:
 104       TargetABI = ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_APCS;
 105       break;
 106     default:
 107       if (TT.getOS() == llvm::Triple::NetBSD)
 108         TargetABI = ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_APCS;
 109       else
 110         TargetABI = ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_AAPCS;
 111       break;
 112     }
 113   }
 114
 115   return TargetABI;
 116 }
 117
 118 static std::string computeDataLayout(StringRef TT, StringRef CPU,
 119                                      const TargetOptions &Options,
 120                                      bool isLittle) {
 121   const Triple Triple(TT);
 122   auto ABI = computeTargetABI(Triple, CPU, Options);
 123   std::string Ret = "";
 124
 125   if (isLittle)
 126     // Little endian.
 127     Ret += "e";
 128   else
 129     // Big endian.
 130     Ret += "E";
 131
 132   Ret += DataLayout::getManglingComponent(Triple);
 133
 134   // Pointers are 32 bits and aligned to 32 bits.
 135   Ret += "-p:32:32";
 136
 137   // ABIs other than APCS have 64 bit integers with natural alignment.
 138   if (ABI != ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_APCS)
 139     Ret += "-i64:64";
 140
 141   // We have 64 bits floats. The APCS ABI requires them to be aligned to 32
 142   // bits, others to 64 bits. We always try to align to 64 bits.
 143   if (ABI == ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_APCS)
 144     Ret += "-f64:32:64";
 145
 146   // We have 128 and 64 bit vectors. The APCS ABI aligns them to 32 bits, others
 147   // to 64. We always ty to give them natural alignment.
 148   if (ABI == ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_APCS)
 149     Ret += "-v64:32:64-v128:32:128";
 150   else
 151     Ret += "-v128:64:128";
 152
 153   // Try to align aggregates to 32 bits (the default is 64 bits, which has no
 154   // particular hardware support on 32-bit ARM).
 155   Ret += "-a:0:32";
 156
 157   // Integer registers are 32 bits.
 158   Ret += "-n32";
 159
 160   // The stack is 128 bit aligned on NaCl, 64 bit aligned on AAPCS and 32 bit
 161   // aligned everywhere else.
 162   if (Triple.isOSNaCl())
 163     Ret += "-S128";
 164   else if (ABI == ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_AAPCS)
 165     Ret += "-S64";
 166   else
 167     Ret += "-S32";
 168
 169   return Ret;
 170 }
 171
 172 /// TargetMachine ctor - Create an ARM architecture model.
 173 ///
 174 ARMBaseTargetMachine::ARMBaseTargetMachine(const Target &T, StringRef TT,
 175                                            StringRef CPU, StringRef FS,
 176                                            const TargetOptions &Options,
 177                                            Reloc::Model RM, CodeModel::Model CM,
 178                                            CodeGenOpt::Level OL, bool isLittle)
 179     : LLVMTargetMachine(T, computeDataLayout(TT, CPU, Options, isLittle), TT,
 180                         CPU, FS, Options, RM, CM, OL),
 181       TargetABI(computeTargetABI(Triple(TT), CPU, Options)),
 182       TLOF(createTLOF(Triple(getTargetTriple()))),
 183       Subtarget(TT, CPU, FS, *this, isLittle), isLittle(isLittle) {
 184
 185   // Default to triple-appropriate float ABI
 186   if (Options.FloatABIType == FloatABI::Default)
 187     this->Options.FloatABIType =
 188         Subtarget.isTargetHardFloat() ? FloatABI::Hard : FloatABI::Soft;
 189 }
 190
 191 ARMBaseTargetMachine::~ARMBaseTargetMachine() {}
 192
 193 const ARMSubtarget *
 194 ARMBaseTargetMachine::getSubtargetImpl(const Function &F) const {
 195   Attribute CPUAttr = F.getFnAttribute("target-cpu");
 196   Attribute FSAttr = F.getFnAttribute("target-features");
 197
 198   std::string CPU = !CPUAttr.hasAttribute(Attribute::None)
 199                         ? CPUAttr.getValueAsString().str()
 200                         : TargetCPU;
 201   std::string FS = !FSAttr.hasAttribute(Attribute::None)
 202                        ? FSAttr.getValueAsString().str()
 203                        : TargetFS;
 204
 205   // FIXME: This is related to the code below to reset the target options,
 206   // we need to know whether or not the soft float flag is set on the
 207   // function before we can generate a subtarget. We also need to use
 208   // it as a key for the subtarget since that can be the only difference
 209   // between two functions.
 210   bool SoftFloat =
 211       F.hasFnAttribute("use-soft-float") &&
 212       F.getFnAttribute("use-soft-float").getValueAsString() == "true";
 213   // If the soft float attribute is set on the function turn on the soft float
 214   // subtarget feature.
 215   if (SoftFloat)
 216     FS += FS.empty() ? "+soft-float" : ",+soft-float";
 217
 218   auto &I = SubtargetMap[CPU + FS];
 219   if (!I) {
 220     // This needs to be done before we create a new subtarget since any
 221     // creation will depend on the TM and the code generation flags on the
 222     // function that reside in TargetOptions.
 223     resetTargetOptions(F);
 224     I = llvm::make_unique<ARMSubtarget>(TargetTriple, CPU, FS, *this, isLittle);
 225   }
 226   return I.get();
 227 }
 228
 229 TargetIRAnalysis ARMBaseTargetMachine::getTargetIRAnalysis() {
 230   return TargetIRAnalysis(
 231       [this](Function &F) { return TargetTransformInfo(ARMTTIImpl(this, F)); });
 232 }
 233
 234
 235 void ARMTargetMachine::anchor() { }
 236
 237 ARMTargetMachine::ARMTargetMachine(const Target &T, StringRef TT, StringRef CPU,
 238                                    StringRef FS, const TargetOptions &Options,
 239                                    Reloc::Model RM, CodeModel::Model CM,
 240                                    CodeGenOpt::Level OL, bool isLittle)
 241     : ARMBaseTargetMachine(T, TT, CPU, FS, Options, RM, CM, OL, isLittle) {
 242   initAsmInfo();
 243   if (!Subtarget.hasARMOps())
 244     report_fatal_error("CPU: '" + Subtarget.getCPUString() + "' does not "
 245                        "support ARM mode execution!");
 246 }
 247
 248 void ARMLETargetMachine::anchor() { }
 249
 250 ARMLETargetMachine::ARMLETargetMachine(const Target &T, StringRef TT,
 251                                        StringRef CPU, StringRef FS,
 252                                        const TargetOptions &Options,
 253                                        Reloc::Model RM, CodeModel::Model CM,
 254                                        CodeGenOpt::Level OL)
 255     : ARMTargetMachine(T, TT, CPU, FS, Options, RM, CM, OL, true) {}
 256
 257 void ARMBETargetMachine::anchor() { }
 258
 259 ARMBETargetMachine::ARMBETargetMachine(const Target &T, StringRef TT,
 260                                        StringRef CPU, StringRef FS,
 261                                        const TargetOptions &Options,
 262                                        Reloc::Model RM, CodeModel::Model CM,
 263                                        CodeGenOpt::Level OL)
 264     : ARMTargetMachine(T, TT, CPU, FS, Options, RM, CM, OL, false) {}
 265
 266 void ThumbTargetMachine::anchor() { }
 267
 268 ThumbTargetMachine::ThumbTargetMachine(const Target &T, StringRef TT,
 269                                        StringRef CPU, StringRef FS,
 270                                        const TargetOptions &Options,
 271                                        Reloc::Model RM, CodeModel::Model CM,
 272                                        CodeGenOpt::Level OL, bool isLittle)
 273     : ARMBaseTargetMachine(T, TT, CPU, FS, Options, RM, CM, OL,
 274                            isLittle) {
 275   initAsmInfo();
 276 }
 277
 278 void ThumbLETargetMachine::anchor() { }
 279
 280 ThumbLETargetMachine::ThumbLETargetMachine(const Target &T, StringRef TT,
 281                                            StringRef CPU, StringRef FS,
 282                                            const TargetOptions &Options,
 283                                            Reloc::Model RM, CodeModel::Model CM,
 284                                            CodeGenOpt::Level OL)
 285     : ThumbTargetMachine(T, TT, CPU, FS, Options, RM, CM, OL, true) {}
 286
 287 void ThumbBETargetMachine::anchor() { }
 288
 289 ThumbBETargetMachine::ThumbBETargetMachine(const Target &T, StringRef TT,
 290                                            StringRef CPU, StringRef FS,
 291                                            const TargetOptions &Options,
 292                                            Reloc::Model RM, CodeModel::Model CM,
 293                                            CodeGenOpt::Level OL)
 294     : ThumbTargetMachine(T, TT, CPU, FS, Options, RM, CM, OL, false) {}
 295
 296 namespace {
 297 /// ARM Code Generator Pass Configuration Options.
 298 class ARMPassConfig : public TargetPassConfig {
 299 public:
 300   ARMPassConfig(ARMBaseTargetMachine *TM, PassManagerBase &PM)
 301     : TargetPassConfig(TM, PM) {}
 302
 303   ARMBaseTargetMachine &getARMTargetMachine() const {
 304     return getTM<ARMBaseTargetMachine>();
 305   }
 306
 307   void addIRPasses() override;
 308   bool addPreISel() override;
 309   bool addInstSelector() override;
 310   void addPreRegAlloc() override;
 311   void addPreSched2() override;
 312   void addPreEmitPass() override;
 313 };
 314 } // namespace
 315
 316 TargetPassConfig *ARMBaseTargetMachine::createPassConfig(PassManagerBase &PM) {
 317   return new ARMPassConfig(this, PM);
 318 }
 319
 320 void ARMPassConfig::addIRPasses() {
 321   if (TM->Options.ThreadModel == ThreadModel::Single)
 322     addPass(createLowerAtomicPass());
 323   else
 324     addPass(createAtomicExpandPass(TM));
 325
 326   // Cmpxchg instructions are often used with a subsequent comparison to
 327   // determine whether it succeeded. We can exploit existing control-flow in
 328   // ldrex/strex loops to simplify this, but it needs tidying up.
 329   if (TM->getOptLevel() != CodeGenOpt::None && EnableAtomicTidy)
 330     addPass(createCFGSimplificationPass(-1, [this](const Function &F) {
 331       const auto &ST = this->TM->getSubtarget<ARMSubtarget>(F);
 332       return ST.hasAnyDataBarrier() && !ST.isThumb1Only();
 333     }));
 334
 335   TargetPassConfig::addIRPasses();
 336 }
 337
 338 bool ARMPassConfig::addPreISel() {
 339   if ((TM->getOptLevel() != CodeGenOpt::None &&
 340        EnableGlobalMerge == cl::BOU_UNSET) ||
 341       EnableGlobalMerge == cl::BOU_TRUE) {
 342     // FIXME: This is using the thumb1 only constant value for
 343     // maximal global offset for merging globals. We may want
 344     // to look into using the old value for non-thumb1 code of
 345     // 4095 based on the TargetMachine, but this starts to become
 346     // tricky when doing code gen per function.
 347     bool OnlyOptimizeForSize = (TM->getOptLevel() < CodeGenOpt::Aggressive) &&
 348                                (EnableGlobalMerge == cl::BOU_UNSET);
 349     addPass(createGlobalMergePass(TM, 127, OnlyOptimizeForSize));
 350   }
 351
 352   return false;
 353 }
 354
 355 bool ARMPassConfig::addInstSelector() {
 356   addPass(createARMISelDag(getARMTargetMachine(), getOptLevel()));
 357
 358   if (Triple(TM->getTargetTriple()).isOSBinFormatELF() &&
 359       TM->Options.EnableFastISel)
 360     addPass(createARMGlobalBaseRegPass());
 361   return false;
 362 }
 363
 364 void ARMPassConfig::addPreRegAlloc() {
 365   if (getOptLevel() != CodeGenOpt::None) {
 366     addPass(createMLxExpansionPass());
 367
 368     if (EnableARMLoadStoreOpt)
 369       addPass(createARMLoadStoreOptimizationPass(/* pre-register alloc */ true));
 370
 371     if (!DisableA15SDOptimization)
 372       addPass(createA15SDOptimizerPass());
 373   }
 374 }
 375
 376 void ARMPassConfig::addPreSched2() {
 377   if (getOptLevel() != CodeGenOpt::None) {
 378     if (EnableARMLoadStoreOpt)
 379       addPass(createARMLoadStoreOptimizationPass());
 380
 381     addPass(createExecutionDependencyFixPass(&ARM::DPRRegClass));
 382   }
 383
 384   // Expand some pseudo instructions into multiple instructions to allow
 385   // proper scheduling.
 386   addPass(createARMExpandPseudoPass());
 387
 388   if (getOptLevel() != CodeGenOpt::None) {
 389     // in v8, IfConversion depends on Thumb instruction widths
 390     addPass(createThumb2SizeReductionPass([this](const Function &F) {
 391       return this->TM->getSubtarget<ARMSubtarget>(F).restrictIT();
 392     }));
 393
 394     addPass(createIfConverter([this](const Function &F) {
 395       return !this->TM->getSubtarget<ARMSubtarget>(F).isThumb1Only();
 396     }));
 397   }
 398   addPass(createThumb2ITBlockPass());
 399 }
 400
 401 void ARMPassConfig::addPreEmitPass() {
 402   addPass(createThumb2SizeReductionPass());
 403
 404   // Constant island pass work on unbundled instructions.
 405   addPass(createUnpackMachineBundles([this](const Function &F) {
 406     return this->TM->getSubtarget<ARMSubtarget>(F).isThumb2();
 407   }));
 408
 409   // Don't optimize barriers at -O0.
 410   if (getOptLevel() != CodeGenOpt::None)
 411     addPass(createARMOptimizeBarriersPass());
 412
 413   addPass(createARMConstantIslandPass());
 414 }