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 && TT.isOSBinFormatMachO()) ||
  84         CPU.startswith("cortex-m")) {
  85       TargetABI = ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_AAPCS;
  86     } else {
  87       TargetABI = ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_APCS;
  88     }
  89   } else if (TT.isOSWindows()) {
  90     // FIXME: this is invalid for WindowsCE
  91     TargetABI = ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_AAPCS;
  92   } else {
  93     // Select the default based on the platform.
  94     switch (TT.getEnvironment()) {
  95     case llvm::Triple::Android:
  96     case llvm::Triple::GNUEABI:
  97     case llvm::Triple::GNUEABIHF:
  98     case llvm::Triple::EABIHF:
  99     case llvm::Triple::EABI:
 100       TargetABI = ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_AAPCS;
 101       break;
 102     case llvm::Triple::GNU:
 103       TargetABI = ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_APCS;
 104       break;
 105     default:
 106       if (TT.isOSNetBSD())
 107         TargetABI = ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_APCS;
 108       else
 109         TargetABI = ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_AAPCS;
 110       break;
 111     }
 112   }
 113
 114   return TargetABI;
 115 }
 116
 117 static std::string computeDataLayout(const Triple &TT, StringRef CPU,
 118                                      const TargetOptions &Options,
 119                                      bool isLittle) {
 120   auto ABI = computeTargetABI(TT, CPU, Options);
 121   std::string Ret = "";
 122
 123   if (isLittle)
 124     // Little endian.
 125     Ret += "e";
 126   else
 127     // Big endian.
 128     Ret += "E";
 129
 130   Ret += DataLayout::getManglingComponent(TT);
 131
 132   // Pointers are 32 bits and aligned to 32 bits.
 133   Ret += "-p:32:32";
 134
 135   // ABIs other than APCS have 64 bit integers with natural alignment.
 136   if (ABI != ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_APCS)
 137     Ret += "-i64:64";
 138
 139   // We have 64 bits floats. The APCS ABI requires them to be aligned to 32
 140   // bits, others to 64 bits. We always try to align to 64 bits.
 141   if (ABI == ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_APCS)
 142     Ret += "-f64:32:64";
 143
 144   // We have 128 and 64 bit vectors. The APCS ABI aligns them to 32 bits, others
 145   // to 64. We always ty to give them natural alignment.
 146   if (ABI == ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_APCS)
 147     Ret += "-v64:32:64-v128:32:128";
 148   else
 149     Ret += "-v128:64:128";
 150
 151   // Try to align aggregates to 32 bits (the default is 64 bits, which has no
 152   // particular hardware support on 32-bit ARM).
 153   Ret += "-a:0:32";
 154
 155   // Integer registers are 32 bits.
 156   Ret += "-n32";
 157
 158   // The stack is 128 bit aligned on NaCl, 64 bit aligned on AAPCS and 32 bit
 159   // aligned everywhere else.
 160   if (TT.isOSNaCl())
 161     Ret += "-S128";
 162   else if (ABI == ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_AAPCS)
 163     Ret += "-S64";
 164   else
 165     Ret += "-S32";
 166
 167   return Ret;
 168 }
 169
 170 /// TargetMachine ctor - Create an ARM architecture model.
 171 ///
 172 ARMBaseTargetMachine::ARMBaseTargetMachine(const Target &T, const Triple &TT,
 173                                            StringRef CPU, StringRef FS,
 174                                            const TargetOptions &Options,
 175                                            Reloc::Model RM, CodeModel::Model CM,
 176                                            CodeGenOpt::Level OL, bool isLittle)
 177     : LLVMTargetMachine(T, computeDataLayout(TT, CPU, Options, isLittle), TT,
 178                         CPU, FS, Options, RM, CM, OL),
 179       TargetABI(computeTargetABI(TT, CPU, Options)),
 180       TLOF(createTLOF(getTargetTriple())),
 181       Subtarget(TT, CPU, FS, *this, isLittle), isLittle(isLittle) {
 182
 183   // Default to triple-appropriate float ABI
 184   if (Options.FloatABIType == FloatABI::Default)
 185     this->Options.FloatABIType =
 186         Subtarget.isTargetHardFloat() ? FloatABI::Hard : FloatABI::Soft;
 187 }
 188
 189 ARMBaseTargetMachine::~ARMBaseTargetMachine() {}
 190
 191 const ARMSubtarget *
 192 ARMBaseTargetMachine::getSubtargetImpl(const Function &F) const {
 193   Attribute CPUAttr = F.getFnAttribute("target-cpu");
 194   Attribute FSAttr = F.getFnAttribute("target-features");
 195
 196   std::string CPU = !CPUAttr.hasAttribute(Attribute::None)
 197                         ? CPUAttr.getValueAsString().str()
 198                         : TargetCPU;
 199   std::string FS = !FSAttr.hasAttribute(Attribute::None)
 200                        ? FSAttr.getValueAsString().str()
 201                        : TargetFS;
 202
 203   // FIXME: This is related to the code below to reset the target options,
 204   // we need to know whether or not the soft float flag is set on the
 205   // function before we can generate a subtarget. We also need to use
 206   // it as a key for the subtarget since that can be the only difference
 207   // between two functions.
 208   bool SoftFloat =
 209       F.hasFnAttribute("use-soft-float") &&
 210       F.getFnAttribute("use-soft-float").getValueAsString() == "true";
 211   // If the soft float attribute is set on the function turn on the soft float
 212   // subtarget feature.
 213   if (SoftFloat)
 214     FS += FS.empty() ? "+soft-float" : ",+soft-float";
 215
 216   auto &I = SubtargetMap[CPU + FS];
 217   if (!I) {
 218     // This needs to be done before we create a new subtarget since any
 219     // creation will depend on the TM and the code generation flags on the
 220     // function that reside in TargetOptions.
 221     resetTargetOptions(F);
 222     I = llvm::make_unique<ARMSubtarget>(TargetTriple, CPU, FS, *this, isLittle);
 223   }
 224   return I.get();
 225 }
 226
 227 TargetIRAnalysis ARMBaseTargetMachine::getTargetIRAnalysis() {
 228   return TargetIRAnalysis([this](const Function &F) {
 229     return TargetTransformInfo(ARMTTIImpl(this, F));
 230   });
 231 }
 232
 233
 234 void ARMTargetMachine::anchor() { }
 235
 236 ARMTargetMachine::ARMTargetMachine(const Target &T, const Triple &TT,
 237                                    StringRef CPU, StringRef FS,
 238                                    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, const Triple &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, const Triple &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, const Triple &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, isLittle) {
 274   initAsmInfo();
 275 }
 276
 277 void ThumbLETargetMachine::anchor() { }
 278
 279 ThumbLETargetMachine::ThumbLETargetMachine(const Target &T, const Triple &TT,
 280                                            StringRef CPU, StringRef FS,
 281                                            const TargetOptions &Options,
 282                                            Reloc::Model RM, CodeModel::Model CM,
 283                                            CodeGenOpt::Level OL)
 284     : ThumbTargetMachine(T, TT, CPU, FS, Options, RM, CM, OL, true) {}
 285
 286 void ThumbBETargetMachine::anchor() { }
 287
 288 ThumbBETargetMachine::ThumbBETargetMachine(const Target &T, const Triple &TT,
 289                                            StringRef CPU, StringRef FS,
 290                                            const TargetOptions &Options,
 291                                            Reloc::Model RM, CodeModel::Model CM,
 292                                            CodeGenOpt::Level OL)
 293     : ThumbTargetMachine(T, TT, CPU, FS, Options, RM, CM, OL, false) {}
 294
 295 namespace {
 296 /// ARM Code Generator Pass Configuration Options.
 297 class ARMPassConfig : public TargetPassConfig {
 298 public:
 299   ARMPassConfig(ARMBaseTargetMachine *TM, PassManagerBase &PM)
 300     : TargetPassConfig(TM, PM) {}
 301
 302   ARMBaseTargetMachine &getARMTargetMachine() const {
 303     return getTM<ARMBaseTargetMachine>();
 304   }
 305
 306   void addIRPasses() override;
 307   bool addPreISel() override;
 308   bool addInstSelector() override;
 309   void addPreRegAlloc() override;
 310   void addPreSched2() override;
 311   void addPreEmitPass() override;
 312 };
 313 } // namespace
 314
 315 TargetPassConfig *ARMBaseTargetMachine::createPassConfig(PassManagerBase &PM) {
 316   return new ARMPassConfig(this, PM);
 317 }
 318
 319 void ARMPassConfig::addIRPasses() {
 320   if (TM->Options.ThreadModel == ThreadModel::Single)
 321     addPass(createLowerAtomicPass());
 322   else
 323     addPass(createAtomicExpandPass(TM));
 324
 325   // Cmpxchg instructions are often used with a subsequent comparison to
 326   // determine whether it succeeded. We can exploit existing control-flow in
 327   // ldrex/strex loops to simplify this, but it needs tidying up.
 328   if (TM->getOptLevel() != CodeGenOpt::None && EnableAtomicTidy)
 329     addPass(createCFGSimplificationPass(-1, [this](const Function &F) {
 330       const auto &ST = this->TM->getSubtarget<ARMSubtarget>(F);
 331       return ST.hasAnyDataBarrier() && !ST.isThumb1Only();
 332     }));
 333
 334   TargetPassConfig::addIRPasses();
 335
 336   // Match interleaved memory accesses to ldN/stN intrinsics.
 337   if (TM->getOptLevel() != CodeGenOpt::None)
 338     addPass(createInterleavedAccessPass(TM));
 339 }
 340
 341 bool ARMPassConfig::addPreISel() {
 342   if ((TM->getOptLevel() != CodeGenOpt::None &&
 343        EnableGlobalMerge == cl::BOU_UNSET) ||
 344       EnableGlobalMerge == cl::BOU_TRUE) {
 345     // FIXME: This is using the thumb1 only constant value for
 346     // maximal global offset for merging globals. We may want
 347     // to look into using the old value for non-thumb1 code of
 348     // 4095 based on the TargetMachine, but this starts to become
 349     // tricky when doing code gen per function.
 350     bool OnlyOptimizeForSize = (TM->getOptLevel() < CodeGenOpt::Aggressive) &&
 351                                (EnableGlobalMerge == cl::BOU_UNSET);
 352     // Merging of extern globals is enabled by default on non-Mach-O as we
 353     // expect it to be generally either beneficial or harmless. On Mach-O it
 354     // is disabled as we emit the .subsections_via_symbols directive which
 355     // means that merging extern globals is not safe.
 356     bool MergeExternalByDefault = !TM->getTargetTriple().isOSBinFormatMachO();
 357     addPass(createGlobalMergePass(TM, 127, OnlyOptimizeForSize,
 358                                   MergeExternalByDefault));
 359   }
 360
 361   return false;
 362 }
 363
 364 bool ARMPassConfig::addInstSelector() {
 365   addPass(createARMISelDag(getARMTargetMachine(), getOptLevel()));
 366
 367   if (TM->getTargetTriple().isOSBinFormatELF() && TM->Options.EnableFastISel)
 368     addPass(createARMGlobalBaseRegPass());
 369   return false;
 370 }
 371
 372 void ARMPassConfig::addPreRegAlloc() {
 373   if (getOptLevel() != CodeGenOpt::None) {
 374     addPass(createMLxExpansionPass());
 375
 376     if (EnableARMLoadStoreOpt)
 377       addPass(createARMLoadStoreOptimizationPass(/* pre-register alloc */ true));
 378
 379     if (!DisableA15SDOptimization)
 380       addPass(createA15SDOptimizerPass());
 381   }
 382 }
 383
 384 void ARMPassConfig::addPreSched2() {
 385   if (getOptLevel() != CodeGenOpt::None) {
 386     if (EnableARMLoadStoreOpt)
 387       addPass(createARMLoadStoreOptimizationPass());
 388
 389     addPass(createExecutionDependencyFixPass(&ARM::DPRRegClass));
 390   }
 391
 392   // Expand some pseudo instructions into multiple instructions to allow
 393   // proper scheduling.
 394   addPass(createARMExpandPseudoPass());
 395
 396   if (getOptLevel() != CodeGenOpt::None) {
 397     // in v8, IfConversion depends on Thumb instruction widths
 398     addPass(createThumb2SizeReductionPass([this](const Function &F) {
 399       return this->TM->getSubtarget<ARMSubtarget>(F).restrictIT();
 400     }));
 401
 402     addPass(createIfConverter([this](const Function &F) {
 403       return !this->TM->getSubtarget<ARMSubtarget>(F).isThumb1Only();
 404     }));
 405   }
 406   addPass(createThumb2ITBlockPass());
 407 }
 408
 409 void ARMPassConfig::addPreEmitPass() {
 410   addPass(createThumb2SizeReductionPass());
 411
 412   // Constant island pass work on unbundled instructions.
 413   addPass(createUnpackMachineBundles([this](const Function &F) {
 414     return this->TM->getSubtarget<ARMSubtarget>(F).isThumb2();
 415   }));
 416
 417   // Don't optimize barriers at -O0.
 418   if (getOptLevel() != CodeGenOpt::None)
 419     addPass(createARMOptimizeBarriersPass());
 420
 421   addPass(createARMConstantIslandPass());
 422 }