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 "llvm/CodeGen/Passes.h"
  18 #include "llvm/IR/Function.h"
  19 #include "llvm/MC/MCAsmInfo.h"
  20 #include "llvm/PassManager.h"
  21 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  22 #include "llvm/Support/FormattedStream.h"
  23 #include "llvm/Support/TargetRegistry.h"
  24 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
  25 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  26 using namespace llvm;
  27
  28 static cl::opt<bool>
  29 DisableA15SDOptimization("disable-a15-sd-optimization", cl::Hidden,
  30                    cl::desc("Inhibit optimization of S->D register accesses on A15"),
  31                    cl::init(false));
  32
  33 static cl::opt<bool>
  34 EnableAtomicTidy("arm-atomic-cfg-tidy", cl::Hidden,
  35                  cl::desc("Run SimplifyCFG after expanding atomic operations"
  36                           " to make use of cmpxchg flow-based information"),
  37                  cl::init(true));
  38
  39 extern "C" void LLVMInitializeARMTarget() {
  40   // Register the target.
  41   RegisterTargetMachine<ARMLETargetMachine> X(TheARMLETarget);
  42   RegisterTargetMachine<ARMBETargetMachine> Y(TheARMBETarget);
  43   RegisterTargetMachine<ThumbLETargetMachine> A(TheThumbLETarget);
  44   RegisterTargetMachine<ThumbBETargetMachine> B(TheThumbBETarget);
  45 }
  46
  47 static std::unique_ptr<TargetLoweringObjectFile> createTLOF(const Triple &TT) {
  48   if (TT.isOSBinFormatMachO())
  49     return make_unique<TargetLoweringObjectFileMachO>();
  50   if (TT.isOSWindows())
  51     return make_unique<TargetLoweringObjectFileCOFF>();
  52   return make_unique<ARMElfTargetObjectFile>();
  53 }
  54
  55 static ARMBaseTargetMachine::ARMABI
  56 computeTargetABI(const Triple &TT, StringRef CPU,
  57                  const TargetOptions &Options) {
  58   if (Options.MCOptions.getABIName().startswith("aapcs"))
  59     return ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_AAPCS;
  60   else if (Options.MCOptions.getABIName().startswith("apcs"))
  61     return ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_APCS;
  62
  63   assert(Options.MCOptions.getABIName().empty() &&
  64          "Unknown target-abi option!");
  65
  66   ARMBaseTargetMachine::ARMABI TargetABI =
  67       ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_UNKNOWN;
  68
  69   // FIXME: This is duplicated code from the front end and should be unified.
  70   if (TT.isOSBinFormatMachO()) {
  71     if (TT.getEnvironment() == llvm::Triple::EABI ||
  72         (TT.getOS() == llvm::Triple::UnknownOS &&
  73          TT.getObjectFormat() == llvm::Triple::MachO) ||
  74         CPU.startswith("cortex-m")) {
  75       TargetABI = ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_AAPCS;
  76     } else {
  77       TargetABI = ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_APCS;
  78     }
  79   } else if (TT.isOSWindows()) {
  80     // FIXME: this is invalid for WindowsCE
  81     TargetABI = ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_AAPCS;
  82   } else {
  83     // Select the default based on the platform.
  84     switch (TT.getEnvironment()) {
  85     case llvm::Triple::Android:
  86     case llvm::Triple::GNUEABI:
  87     case llvm::Triple::GNUEABIHF:
  88     case llvm::Triple::EABIHF:
  89     case llvm::Triple::EABI:
  90       TargetABI = ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_AAPCS;
  91       break;
  92     case llvm::Triple::GNU:
  93       TargetABI = ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_APCS;
  94       break;
  95     default:
  96       if (TT.getOS() == llvm::Triple::NetBSD)
  97         TargetABI = ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_APCS;
  98       else
  99         TargetABI = ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_AAPCS;
 100       break;
 101     }
 102   }
 103
 104   return TargetABI;
 105 }
 106
 107 static std::string computeDataLayout(const Triple &TT,
 108                                      ARMBaseTargetMachine::ARMABI ABI,
 109                                      bool isLittle) {
 110   std::string Ret = "";
 111
 112   if (isLittle)
 113     // Little endian.
 114     Ret += "e";
 115   else
 116     // Big endian.
 117     Ret += "E";
 118
 119   Ret += DataLayout::getManglingComponent(TT);
 120
 121   // Pointers are 32 bits and aligned to 32 bits.
 122   Ret += "-p:32:32";
 123
 124   // ABIs other than APCS have 64 bit integers with natural alignment.
 125   if (ABI != ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_APCS)
 126     Ret += "-i64:64";
 127
 128   // We have 64 bits floats. The APCS ABI requires them to be aligned to 32
 129   // bits, others to 64 bits. We always try to align to 64 bits.
 130   if (ABI == ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_APCS)
 131     Ret += "-f64:32:64";
 132
 133   // We have 128 and 64 bit vectors. The APCS ABI aligns them to 32 bits, others
 134   // to 64. We always ty to give them natural alignment.
 135   if (ABI == ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_APCS)
 136     Ret += "-v64:32:64-v128:32:128";
 137   else
 138     Ret += "-v128:64:128";
 139
 140   // Try to align aggregates to 32 bits (the default is 64 bits, which has no
 141   // particular hardware support on 32-bit ARM).
 142   Ret += "-a:0:32";
 143
 144   // Integer registers are 32 bits.
 145   Ret += "-n32";
 146
 147   // The stack is 128 bit aligned on NaCl, 64 bit aligned on AAPCS and 32 bit
 148   // aligned everywhere else.
 149   if (TT.isOSNaCl())
 150     Ret += "-S128";
 151   else if (ABI == ARMBaseTargetMachine::ARM_ABI_AAPCS)
 152     Ret += "-S64";
 153   else
 154     Ret += "-S32";
 155
 156   return Ret;
 157 }
 158
 159 /// TargetMachine ctor - Create an ARM architecture model.
 160 ///
 161 ARMBaseTargetMachine::ARMBaseTargetMachine(const Target &T, StringRef TT,
 162                                            StringRef CPU, StringRef FS,
 163                                            const TargetOptions &Options,
 164                                            Reloc::Model RM, CodeModel::Model CM,
 165                                            CodeGenOpt::Level OL, bool isLittle)
 166     : LLVMTargetMachine(T, TT, CPU, FS, Options, RM, CM, OL),
 167       TargetABI(computeTargetABI(Triple(TT), CPU, Options)),
 168       DL(computeDataLayout(Triple(TT), TargetABI, isLittle)),
 169       TLOF(createTLOF(Triple(getTargetTriple()))),
 170       Subtarget(TT, CPU, FS, *this, isLittle), isLittle(isLittle) {
 171
 172   // Default to triple-appropriate float ABI
 173   if (Options.FloatABIType == FloatABI::Default)
 174     this->Options.FloatABIType =
 175         Subtarget.isTargetHardFloat() ? FloatABI::Hard : FloatABI::Soft;
 176 }
 177
 178 ARMBaseTargetMachine::~ARMBaseTargetMachine() {}
 179
 180 const ARMSubtarget *
 181 ARMBaseTargetMachine::getSubtargetImpl(const Function &F) const {
 182   AttributeSet FnAttrs = F.getAttributes();
 183   Attribute CPUAttr =
 184       FnAttrs.getAttribute(AttributeSet::FunctionIndex, "target-cpu");
 185   Attribute FSAttr =
 186       FnAttrs.getAttribute(AttributeSet::FunctionIndex, "target-features");
 187
 188   std::string CPU = !CPUAttr.hasAttribute(Attribute::None)
 189                         ? CPUAttr.getValueAsString().str()
 190                         : TargetCPU;
 191   std::string FS = !FSAttr.hasAttribute(Attribute::None)
 192                        ? FSAttr.getValueAsString().str()
 193                        : TargetFS;
 194
 195   // FIXME: This is related to the code below to reset the target options,
 196   // we need to know whether or not the soft float flag is set on the
 197   // function before we can generate a subtarget. We also need to use
 198   // it as a key for the subtarget since that can be the only difference
 199   // between two functions.
 200   Attribute SFAttr =
 201       FnAttrs.getAttribute(AttributeSet::FunctionIndex, "use-soft-float");
 202   bool SoftFloat = !SFAttr.hasAttribute(Attribute::None)
 203                        ? SFAttr.getValueAsString() == "true"
 204                        : Options.UseSoftFloat;
 205
 206   auto &I = SubtargetMap[CPU + FS + (SoftFloat ? "use-soft-float=true"
 207                                                : "use-soft-float=false")];
 208   if (!I) {
 209     // This needs to be done before we create a new subtarget since any
 210     // creation will depend on the TM and the code generation flags on the
 211     // function that reside in TargetOptions.
 212     resetTargetOptions(F);
 213     I = llvm::make_unique<ARMSubtarget>(TargetTriple, CPU, FS, *this, isLittle);
 214   }
 215   return I.get();
 216 }
 217
 218 void ARMBaseTargetMachine::addAnalysisPasses(PassManagerBase &PM) {
 219   PM.add(createARMTargetTransformInfoPass(this));
 220 }
 221
 222
 223 void ARMTargetMachine::anchor() { }
 224
 225 ARMTargetMachine::ARMTargetMachine(const Target &T, StringRef TT, StringRef CPU,
 226                                    StringRef FS, const TargetOptions &Options,
 227                                    Reloc::Model RM, CodeModel::Model CM,
 228                                    CodeGenOpt::Level OL, bool isLittle)
 229     : ARMBaseTargetMachine(T, TT, CPU, FS, Options, RM, CM, OL, isLittle) {
 230   initAsmInfo();
 231   if (!Subtarget.hasARMOps())
 232     report_fatal_error("CPU: '" + Subtarget.getCPUString() + "' does not "
 233                        "support ARM mode execution!");
 234 }
 235
 236 void ARMLETargetMachine::anchor() { }
 237
 238 ARMLETargetMachine::ARMLETargetMachine(const Target &T, StringRef TT,
 239                                        StringRef CPU, StringRef FS,
 240                                        const TargetOptions &Options,
 241                                        Reloc::Model RM, CodeModel::Model CM,
 242                                        CodeGenOpt::Level OL)
 243     : ARMTargetMachine(T, TT, CPU, FS, Options, RM, CM, OL, true) {}
 244
 245 void ARMBETargetMachine::anchor() { }
 246
 247 ARMBETargetMachine::ARMBETargetMachine(const Target &T, StringRef TT,
 248                                        StringRef CPU, StringRef FS,
 249                                        const TargetOptions &Options,
 250                                        Reloc::Model RM, CodeModel::Model CM,
 251                                        CodeGenOpt::Level OL)
 252     : ARMTargetMachine(T, TT, CPU, FS, Options, RM, CM, OL, false) {}
 253
 254 void ThumbTargetMachine::anchor() { }
 255
 256 ThumbTargetMachine::ThumbTargetMachine(const Target &T, StringRef TT,
 257                                        StringRef CPU, StringRef FS,
 258                                        const TargetOptions &Options,
 259                                        Reloc::Model RM, CodeModel::Model CM,
 260                                        CodeGenOpt::Level OL, bool isLittle)
 261     : ARMBaseTargetMachine(T, TT, CPU, FS, Options, RM, CM, OL,
 262                            isLittle) {
 263   initAsmInfo();
 264 }
 265
 266 void ThumbLETargetMachine::anchor() { }
 267
 268 ThumbLETargetMachine::ThumbLETargetMachine(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)
 273     : ThumbTargetMachine(T, TT, CPU, FS, Options, RM, CM, OL, true) {}
 274
 275 void ThumbBETargetMachine::anchor() { }
 276
 277 ThumbBETargetMachine::ThumbBETargetMachine(const Target &T, StringRef TT,
 278                                            StringRef CPU, StringRef FS,
 279                                            const TargetOptions &Options,
 280                                            Reloc::Model RM, CodeModel::Model CM,
 281                                            CodeGenOpt::Level OL)
 282     : ThumbTargetMachine(T, TT, CPU, FS, Options, RM, CM, OL, false) {}
 283
 284 namespace {
 285 /// ARM Code Generator Pass Configuration Options.
 286 class ARMPassConfig : public TargetPassConfig {
 287 public:
 288   ARMPassConfig(ARMBaseTargetMachine *TM, PassManagerBase &PM)
 289     : TargetPassConfig(TM, PM) {}
 290
 291   ARMBaseTargetMachine &getARMTargetMachine() const {
 292     return getTM<ARMBaseTargetMachine>();
 293   }
 294
 295   const ARMSubtarget &getARMSubtarget() const {
 296     return *getARMTargetMachine().getSubtargetImpl();
 297   }
 298
 299   void addIRPasses() override;
 300   bool addPreISel() override;
 301   bool addInstSelector() override;
 302   void addPreRegAlloc() override;
 303   void addPreSched2() override;
 304   void addPreEmitPass() override;
 305 };
 306 } // namespace
 307
 308 TargetPassConfig *ARMBaseTargetMachine::createPassConfig(PassManagerBase &PM) {
 309   return new ARMPassConfig(this, PM);
 310 }
 311
 312 void ARMPassConfig::addIRPasses() {
 313   if (TM->Options.ThreadModel == ThreadModel::Single)
 314     addPass(createLowerAtomicPass());
 315   else
 316     addPass(createAtomicExpandPass(TM));
 317
 318   // Cmpxchg instructions are often used with a subsequent comparison to
 319   // determine whether it succeeded. We can exploit existing control-flow in
 320   // ldrex/strex loops to simplify this, but it needs tidying up.
 321   const ARMSubtarget *Subtarget = &getARMSubtarget();
 322   if (Subtarget->hasAnyDataBarrier() && !Subtarget->isThumb1Only())
 323     if (TM->getOptLevel() != CodeGenOpt::None && EnableAtomicTidy)
 324       addPass(createCFGSimplificationPass());
 325
 326   TargetPassConfig::addIRPasses();
 327 }
 328
 329 bool ARMPassConfig::addPreISel() {
 330   if (TM->getOptLevel() != CodeGenOpt::None)
 331     addPass(createGlobalMergePass(TM));
 332
 333   return false;
 334 }
 335
 336 bool ARMPassConfig::addInstSelector() {
 337   addPass(createARMISelDag(getARMTargetMachine(), getOptLevel()));
 338
 339   const ARMSubtarget *Subtarget = &getARMSubtarget();
 340   if (Subtarget->isTargetELF() && !Subtarget->isThumb1Only() &&
 341       TM->Options.EnableFastISel)
 342     addPass(createARMGlobalBaseRegPass());
 343   return false;
 344 }
 345
 346 void ARMPassConfig::addPreRegAlloc() {
 347   if (getOptLevel() != CodeGenOpt::None)
 348     addPass(createARMLoadStoreOptimizationPass(true));
 349   if (getOptLevel() != CodeGenOpt::None && getARMSubtarget().isCortexA9())
 350     addPass(createMLxExpansionPass());
 351   // Since the A15SDOptimizer pass can insert VDUP instructions, it can only be
 352   // enabled when NEON is available.
 353   if (getOptLevel() != CodeGenOpt::None && getARMSubtarget().isCortexA15() &&
 354     getARMSubtarget().hasNEON() && !DisableA15SDOptimization) {
 355     addPass(createA15SDOptimizerPass());
 356   }
 357 }
 358
 359 void ARMPassConfig::addPreSched2() {
 360   if (getOptLevel() != CodeGenOpt::None) {
 361     addPass(createARMLoadStoreOptimizationPass());
 362
 363     if (getARMSubtarget().hasNEON())
 364       addPass(createExecutionDependencyFixPass(&ARM::DPRRegClass));
 365   }
 366
 367   // Expand some pseudo instructions into multiple instructions to allow
 368   // proper scheduling.
 369   addPass(createARMExpandPseudoPass());
 370
 371   if (getOptLevel() != CodeGenOpt::None) {
 372     if (!getARMSubtarget().isThumb1Only()) {
 373       // in v8, IfConversion depends on Thumb instruction widths
 374       if (getARMSubtarget().restrictIT() &&
 375           !getARMSubtarget().prefers32BitThumb())
 376         addPass(createThumb2SizeReductionPass());
 377       addPass(&IfConverterID);
 378     }
 379   }
 380   if (getARMSubtarget().isThumb2())
 381     addPass(createThumb2ITBlockPass());
 382 }
 383
 384 void ARMPassConfig::addPreEmitPass() {
 385   if (getARMSubtarget().isThumb2()) {
 386     if (!getARMSubtarget().prefers32BitThumb())
 387       addPass(createThumb2SizeReductionPass());
 388
 389     // Constant island pass work on unbundled instructions.
 390     addPass(&UnpackMachineBundlesID);
 391   }
 392
 393   addPass(createARMOptimizeBarriersPass());
 394   addPass(createARMConstantIslandPass());
 395 }