lib/Target/ARM/MCTargetDesc/ARMMachObjectWriter.cpp

   1 //===-- ARMMachObjectWriter.cpp - ARM Mach Object Writer ------------------===//
   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 #include "MCTargetDesc/ARMMCTargetDesc.h"
  11 #include "MCTargetDesc/ARMBaseInfo.h"
  12 #include "MCTargetDesc/ARMFixupKinds.h"
  13 #include "llvm/ADT/Twine.h"
  14 #include "llvm/MC/MCAsmLayout.h"
  15 #include "llvm/MC/MCAssembler.h"
  16 #include "llvm/MC/MCContext.h"
  17 #include "llvm/MC/MCExpr.h"
  18 #include "llvm/MC/MCFixup.h"
  19 #include "llvm/MC/MCFixupKindInfo.h"
  20 #include "llvm/MC/MCMachOSymbolFlags.h"
  21 #include "llvm/MC/MCMachObjectWriter.h"
  22 #include "llvm/MC/MCValue.h"
  23 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  24 #include "llvm/Support/MachO.h"
  25 using namespace llvm;
  26
  27 namespace {
  28 class ARMMachObjectWriter : public MCMachObjectTargetWriter {
  29   void RecordARMScatteredRelocation(MachObjectWriter *Writer,
  30                                     const MCAssembler &Asm,
  31                                     const MCAsmLayout &Layout,
  32                                     const MCFragment *Fragment,
  33                                     const MCFixup &Fixup,
  34                                     MCValue Target,
  35                                     unsigned Type,
  36                                     unsigned Log2Size,
  37                                     uint64_t &FixedValue);
  38   void RecordARMScatteredHalfRelocation(MachObjectWriter *Writer,
  39                                         const MCAssembler &Asm,
  40                                         const MCAsmLayout &Layout,
  41                                         const MCFragment *Fragment,
  42                                         const MCFixup &Fixup, MCValue Target,
  43                                         uint64_t &FixedValue);
  44
  45   bool requiresExternRelocation(MachObjectWriter *Writer,
  46                                 const MCAssembler &Asm,
  47                                 const MCFragment &Fragment,
  48                                 unsigned RelocType, const MCSymbolData *SD,
  49                                 uint64_t FixedValue);
  50
  51 public:
  52   ARMMachObjectWriter(bool Is64Bit, uint32_t CPUType,
  53                       uint32_t CPUSubtype)
  54     : MCMachObjectTargetWriter(Is64Bit, CPUType, CPUSubtype,
  55                                /*UseAggressiveSymbolFolding=*/true) {}
  56
  57   void RecordRelocation(MachObjectWriter *Writer, MCAssembler &Asm,
  58                         const MCAsmLayout &Layout, const MCFragment *Fragment,
  59                         const MCFixup &Fixup, MCValue Target,
  60                         uint64_t &FixedValue) override;
  61 };
  62 }
  63
  64 static bool getARMFixupKindMachOInfo(unsigned Kind, unsigned &RelocType,
  65                               unsigned &Log2Size) {
  66   RelocType = unsigned(MachO::ARM_RELOC_VANILLA);
  67   Log2Size = ~0U;
  68
  69   switch (Kind) {
  70   default:
  71     return false;
  72
  73   case FK_Data_1:
  74     Log2Size = llvm::Log2_32(1);
  75     return true;
  76   case FK_Data_2:
  77     Log2Size = llvm::Log2_32(2);
  78     return true;
  79   case FK_Data_4:
  80     Log2Size = llvm::Log2_32(4);
  81     return true;
  82   case FK_Data_8:
  83     Log2Size = llvm::Log2_32(8);
  84     return true;
  85
  86     // These fixups are expected to always be resolvable at assembly time and
  87     // have no relocations supported.
  88   case ARM::fixup_arm_ldst_pcrel_12:
  89   case ARM::fixup_arm_pcrel_10:
  90   case ARM::fixup_arm_adr_pcrel_12:
  91   case ARM::fixup_arm_thumb_br:
  92     return false;
  93
  94     // Handle 24-bit branch kinds.
  95   case ARM::fixup_arm_condbranch:
  96   case ARM::fixup_arm_uncondbranch:
  97   case ARM::fixup_arm_uncondbl:
  98   case ARM::fixup_arm_condbl:
  99   case ARM::fixup_arm_blx:
 100     RelocType = unsigned(MachO::ARM_RELOC_BR24);
 101     // Report as 'long', even though that is not quite accurate.
 102     Log2Size = llvm::Log2_32(4);
 103     return true;
 104
 105   case ARM::fixup_t2_uncondbranch:
 106   case ARM::fixup_arm_thumb_bl:
 107   case ARM::fixup_arm_thumb_blx:
 108     RelocType = unsigned(MachO::ARM_THUMB_RELOC_BR22);
 109     Log2Size = llvm::Log2_32(4);
 110     return true;
 111
 112   // For movw/movt r_type relocations they always have a pair following them and
 113   // the r_length bits are used differently.  The encoding of the r_length is as
 114   // follows:
 115   //   low bit of r_length:
 116   //      0 - :lower16: for movw instructions
 117   //      1 - :upper16: for movt instructions
 118   //   high bit of r_length:
 119   //      0 - arm instructions
 120   //      1 - thumb instructions
 121   case ARM::fixup_arm_movt_hi16:
 122     RelocType = unsigned(MachO::ARM_RELOC_HALF);
 123     Log2Size = 1;
 124     return true;
 125   case ARM::fixup_t2_movt_hi16:
 126     RelocType = unsigned(MachO::ARM_RELOC_HALF);
 127     Log2Size = 3;
 128     return true;
 129
 130   case ARM::fixup_arm_movw_lo16:
 131     RelocType = unsigned(MachO::ARM_RELOC_HALF);
 132     Log2Size = 0;
 133     return true;
 134   case ARM::fixup_t2_movw_lo16:
 135     RelocType = unsigned(MachO::ARM_RELOC_HALF);
 136     Log2Size = 2;
 137     return true;
 138   }
 139 }
 140
 141 void ARMMachObjectWriter::
 142 RecordARMScatteredHalfRelocation(MachObjectWriter *Writer,
 143                                  const MCAssembler &Asm,
 144                                  const MCAsmLayout &Layout,
 145                                  const MCFragment *Fragment,
 146                                  const MCFixup &Fixup,
 147                                  MCValue Target,
 148                                  uint64_t &FixedValue) {
 149   uint32_t FixupOffset = Layout.getFragmentOffset(Fragment)+Fixup.getOffset();
 150   unsigned IsPCRel = Writer->isFixupKindPCRel(Asm, Fixup.getKind());
 151   unsigned Type = MachO::ARM_RELOC_HALF;
 152
 153   // See <reloc.h>.
 154   const MCSymbol *A = &Target.getSymA()->getSymbol();
 155   const MCSymbolData *A_SD = &Asm.getSymbolData(*A);
 156
 157   if (!A_SD->getFragment())
 158     Asm.getContext().FatalError(Fixup.getLoc(),
 159                        "symbol '" + A->getName() +
 160                        "' can not be undefined in a subtraction expression");
 161
 162   uint32_t Value = Writer->getSymbolAddress(A_SD, Layout);
 163   uint32_t Value2 = 0;
 164   uint64_t SecAddr =
 165     Writer->getSectionAddress(A_SD->getFragment()->getParent());
 166   FixedValue += SecAddr;
 167
 168   if (const MCSymbolRefExpr *B = Target.getSymB()) {
 169     const MCSymbolData *B_SD = &Asm.getSymbolData(B->getSymbol());
 170
 171     if (!B_SD->getFragment())
 172       Asm.getContext().FatalError(Fixup.getLoc(),
 173                          "symbol '" + B->getSymbol().getName() +
 174                          "' can not be undefined in a subtraction expression");
 175
 176     // Select the appropriate difference relocation type.
 177     Type = MachO::ARM_RELOC_HALF_SECTDIFF;
 178     Value2 = Writer->getSymbolAddress(B_SD, Layout);
 179     FixedValue -= Writer->getSectionAddress(B_SD->getFragment()->getParent());
 180   }
 181
 182   // Relocations are written out in reverse order, so the PAIR comes first.
 183   // ARM_RELOC_HALF and ARM_RELOC_HALF_SECTDIFF abuse the r_length field:
 184   //
 185   // For these two r_type relocations they always have a pair following them and
 186   // the r_length bits are used differently.  The encoding of the r_length is as
 187   // follows:
 188   //   low bit of r_length:
 189   //      0 - :lower16: for movw instructions
 190   //      1 - :upper16: for movt instructions
 191   //   high bit of r_length:
 192   //      0 - arm instructions
 193   //      1 - thumb instructions
 194   // the other half of the relocated expression is in the following pair
 195   // relocation entry in the low 16 bits of r_address field.
 196   unsigned ThumbBit = 0;
 197   unsigned MovtBit = 0;
 198   switch ((unsigned)Fixup.getKind()) {
 199   default: break;
 200   case ARM::fixup_arm_movt_hi16:
 201     MovtBit = 1;
 202     // The thumb bit shouldn't be set in the 'other-half' bit of the
 203     // relocation, but it will be set in FixedValue if the base symbol
 204     // is a thumb function. Clear it out here.
 205     if (Asm.isThumbFunc(A))
 206       FixedValue &= 0xfffffffe;
 207     break;
 208   case ARM::fixup_t2_movt_hi16:
 209     if (Asm.isThumbFunc(A))
 210       FixedValue &= 0xfffffffe;
 211     MovtBit = 1;
 212     // Fallthrough
 213   case ARM::fixup_t2_movw_lo16:
 214     ThumbBit = 1;
 215     break;
 216   }
 217
 218   if (Type == MachO::ARM_RELOC_HALF_SECTDIFF) {
 219     uint32_t OtherHalf = MovtBit
 220       ? (FixedValue & 0xffff) : ((FixedValue & 0xffff0000) >> 16);
 221
 222     MachO::any_relocation_info MRE;
 223     MRE.r_word0 = ((OtherHalf             <<  0) |
 224                    (MachO::ARM_RELOC_PAIR << 24) |
 225                    (MovtBit               << 28) |
 226                    (ThumbBit              << 29) |
 227                    (IsPCRel               << 30) |
 228                    MachO::R_SCATTERED);
 229     MRE.r_word1 = Value2;
 230     Writer->addRelocation(nullptr, Fragment->getParent(), MRE);
 231   }
 232
 233   MachO::any_relocation_info MRE;
 234   MRE.r_word0 = ((FixupOffset <<  0) |
 235                  (Type        << 24) |
 236                  (MovtBit     << 28) |
 237                  (ThumbBit    << 29) |
 238                  (IsPCRel     << 30) |
 239                  MachO::R_SCATTERED);
 240   MRE.r_word1 = Value;
 241   Writer->addRelocation(nullptr, Fragment->getParent(), MRE);
 242 }
 243
 244 void ARMMachObjectWriter::RecordARMScatteredRelocation(MachObjectWriter *Writer,
 245                                                     const MCAssembler &Asm,
 246                                                     const MCAsmLayout &Layout,
 247                                                     const MCFragment *Fragment,
 248                                                     const MCFixup &Fixup,
 249                                                     MCValue Target,
 250                                                     unsigned Type,
 251                                                     unsigned Log2Size,
 252                                                     uint64_t &FixedValue) {
 253   uint32_t FixupOffset = Layout.getFragmentOffset(Fragment)+Fixup.getOffset();
 254   unsigned IsPCRel = Writer->isFixupKindPCRel(Asm, Fixup.getKind());
 255
 256   // See <reloc.h>.
 257   const MCSymbol *A = &Target.getSymA()->getSymbol();
 258   const MCSymbolData *A_SD = &Asm.getSymbolData(*A);
 259
 260   if (!A_SD->getFragment())
 261     Asm.getContext().FatalError(Fixup.getLoc(),
 262                        "symbol '" + A->getName() +
 263                        "' can not be undefined in a subtraction expression");
 264
 265   uint32_t Value = Writer->getSymbolAddress(A_SD, Layout);
 266   uint64_t SecAddr = Writer->getSectionAddress(A_SD->getFragment()->getParent());
 267   FixedValue += SecAddr;
 268   uint32_t Value2 = 0;
 269
 270   if (const MCSymbolRefExpr *B = Target.getSymB()) {
 271     assert(Type == MachO::ARM_RELOC_VANILLA && "invalid reloc for 2 symbols");
 272     const MCSymbolData *B_SD = &Asm.getSymbolData(B->getSymbol());
 273
 274     if (!B_SD->getFragment())
 275       Asm.getContext().FatalError(Fixup.getLoc(),
 276                          "symbol '" + B->getSymbol().getName() +
 277                          "' can not be undefined in a subtraction expression");
 278
 279     // Select the appropriate difference relocation type.
 280     Type = MachO::ARM_RELOC_SECTDIFF;
 281     Value2 = Writer->getSymbolAddress(B_SD, Layout);
 282     FixedValue -= Writer->getSectionAddress(B_SD->getFragment()->getParent());
 283   }
 284
 285   // Relocations are written out in reverse order, so the PAIR comes first.
 286   if (Type == MachO::ARM_RELOC_SECTDIFF ||
 287       Type == MachO::ARM_RELOC_LOCAL_SECTDIFF) {
 288     MachO::any_relocation_info MRE;
 289     MRE.r_word0 = ((0                     <<  0) |
 290                    (MachO::ARM_RELOC_PAIR << 24) |
 291                    (Log2Size              << 28) |
 292                    (IsPCRel               << 30) |
 293                    MachO::R_SCATTERED);
 294     MRE.r_word1 = Value2;
 295     Writer->addRelocation(nullptr, Fragment->getParent(), MRE);
 296   }
 297
 298   MachO::any_relocation_info MRE;
 299   MRE.r_word0 = ((FixupOffset <<  0) |
 300                  (Type        << 24) |
 301                  (Log2Size    << 28) |
 302                  (IsPCRel     << 30) |
 303                  MachO::R_SCATTERED);
 304   MRE.r_word1 = Value;
 305   Writer->addRelocation(nullptr, Fragment->getParent(), MRE);
 306 }
 307
 308 bool ARMMachObjectWriter::requiresExternRelocation(MachObjectWriter *Writer,
 309                                                    const MCAssembler &Asm,
 310                                                    const MCFragment &Fragment,
 311                                                    unsigned RelocType,
 312                                                    const MCSymbolData *SD,
 313                                                    uint64_t FixedValue) {
 314   // Most cases can be identified purely from the symbol.
 315   if (Writer->doesSymbolRequireExternRelocation(SD))
 316     return true;
 317   int64_t Value = (int64_t)FixedValue;  // The displacement is signed.
 318   int64_t Range;
 319   switch (RelocType) {
 320   default:
 321     return false;
 322   case MachO::ARM_RELOC_BR24:
 323     // PC pre-adjustment of 8 for these instructions.
 324     Value -= 8;
 325     // ARM BL/BLX has a 25-bit offset.
 326     Range = 0x1ffffff;
 327     break;
 328   case MachO::ARM_THUMB_RELOC_BR22:
 329     // PC pre-adjustment of 4 for these instructions.
 330     Value -= 4;
 331     // Thumb BL/BLX has a 24-bit offset.
 332     Range = 0xffffff;
 333   }
 334   // BL/BLX also use external relocations when an internal relocation
 335   // would result in the target being out of range. This gives the linker
 336   // enough information to generate a branch island.
 337   const MCSectionData &SymSD = Asm.getSectionData(
 338     SD->getSymbol().getSection());
 339   Value += Writer->getSectionAddress(&SymSD);
 340   Value -= Writer->getSectionAddress(Fragment.getParent());
 341   // If the resultant value would be out of range for an internal relocation,
 342   // use an external instead.
 343   if (Value > Range || Value < -(Range + 1))
 344     return true;
 345   return false;
 346 }
 347
 348 void ARMMachObjectWriter::RecordRelocation(MachObjectWriter *Writer,
 349                                            MCAssembler &Asm,
 350                                            const MCAsmLayout &Layout,
 351                                            const MCFragment *Fragment,
 352                                            const MCFixup &Fixup, MCValue Target,
 353                                            uint64_t &FixedValue) {
 354   unsigned IsPCRel = Writer->isFixupKindPCRel(Asm, Fixup.getKind());
 355   unsigned Log2Size;
 356   unsigned RelocType = MachO::ARM_RELOC_VANILLA;
 357   if (!getARMFixupKindMachOInfo(Fixup.getKind(), RelocType, Log2Size))
 358     // If we failed to get fixup kind info, it's because there's no legal
 359     // relocation type for the fixup kind. This happens when it's a fixup that's
 360     // expected to always be resolvable at assembly time and not have any
 361     // relocations needed.
 362     Asm.getContext().FatalError(Fixup.getLoc(),
 363                                 "unsupported relocation on symbol");
 364
 365   // If this is a difference or a defined symbol plus an offset, then we need a
 366   // scattered relocation entry.  Differences always require scattered
 367   // relocations.
 368   if (Target.getSymB()) {
 369     if (RelocType == MachO::ARM_RELOC_HALF)
 370       return RecordARMScatteredHalfRelocation(Writer, Asm, Layout, Fragment,
 371                                               Fixup, Target, FixedValue);
 372     return RecordARMScatteredRelocation(Writer, Asm, Layout, Fragment, Fixup,
 373                                         Target, RelocType, Log2Size,
 374                                         FixedValue);
 375   }
 376
 377   // Get the symbol data, if any.
 378   const MCSymbolData *SD = nullptr;
 379   if (Target.getSymA())
 380     SD = &Asm.getSymbolData(Target.getSymA()->getSymbol());
 381
 382   // FIXME: For other platforms, we need to use scattered relocations for
 383   // internal relocations with offsets.  If this is an internal relocation with
 384   // an offset, it also needs a scattered relocation entry.
 385   //
 386   // Is this right for ARM?
 387   uint32_t Offset = Target.getConstant();
 388   if (IsPCRel && RelocType == MachO::ARM_RELOC_VANILLA)
 389     Offset += 1 << Log2Size;
 390   if (Offset && SD && !Writer->doesSymbolRequireExternRelocation(SD))
 391     return RecordARMScatteredRelocation(Writer, Asm, Layout, Fragment, Fixup,
 392                                         Target, RelocType, Log2Size,
 393                                         FixedValue);
 394
 395   // See <reloc.h>.
 396   uint32_t FixupOffset = Layout.getFragmentOffset(Fragment)+Fixup.getOffset();
 397   unsigned Index = 0;
 398   unsigned Type = 0;
 399   const MCSymbolData *RelSymbol = nullptr;
 400
 401   if (Target.isAbsolute()) { // constant
 402     // FIXME!
 403     report_fatal_error("FIXME: relocations to absolute targets "
 404                        "not yet implemented");
 405   } else {
 406     // Resolve constant variables.
 407     if (SD->getSymbol().isVariable()) {
 408       int64_t Res;
 409       if (SD->getSymbol().getVariableValue()->EvaluateAsAbsolute(
 410             Res, Layout, Writer->getSectionAddressMap())) {
 411         FixedValue = Res;
 412         return;
 413       }
 414     }
 415
 416     // Check whether we need an external or internal relocation.
 417     if (requiresExternRelocation(Writer, Asm, *Fragment, RelocType, SD,
 418                                  FixedValue)) {
 419       RelSymbol = SD;
 420
 421       // For external relocations, make sure to offset the fixup value to
 422       // compensate for the addend of the symbol address, if it was
 423       // undefined. This occurs with weak definitions, for example.
 424       if (!SD->getSymbol().isUndefined())
 425         FixedValue -= Layout.getSymbolOffset(SD);
 426     } else {
 427       // The index is the section ordinal (1-based).
 428       const MCSectionData &SymSD = Asm.getSectionData(
 429         SD->getSymbol().getSection());
 430       Index = SymSD.getOrdinal() + 1;
 431       FixedValue += Writer->getSectionAddress(&SymSD);
 432     }
 433     if (IsPCRel)
 434       FixedValue -= Writer->getSectionAddress(Fragment->getParent());
 435
 436     // The type is determined by the fixup kind.
 437     Type = RelocType;
 438   }
 439
 440   // struct relocation_info (8 bytes)
 441   MachO::any_relocation_info MRE;
 442   MRE.r_word0 = FixupOffset;
 443   MRE.r_word1 =
 444       (Index << 0) | (IsPCRel << 24) | (Log2Size << 25) | (Type << 28);
 445
 446   // Even when it's not a scattered relocation, movw/movt always uses
 447   // a PAIR relocation.
 448   if (Type == MachO::ARM_RELOC_HALF) {
 449     // The other-half value only gets populated for the movt and movw
 450     // relocation entries.
 451     uint32_t Value = 0;
 452     switch ((unsigned)Fixup.getKind()) {
 453     default: break;
 454     case ARM::fixup_arm_movw_lo16:
 455     case ARM::fixup_t2_movw_lo16:
 456       Value = (FixedValue >> 16) & 0xffff;
 457       break;
 458     case ARM::fixup_arm_movt_hi16:
 459     case ARM::fixup_t2_movt_hi16:
 460       Value = FixedValue & 0xffff;
 461       break;
 462     }
 463     MachO::any_relocation_info MREPair;
 464     MREPair.r_word0 = Value;
 465     MREPair.r_word1 = ((0xffffff              <<  0) |
 466                        (Log2Size              << 25) |
 467                        (MachO::ARM_RELOC_PAIR << 28));
 468
 469     Writer->addRelocation(nullptr, Fragment->getParent(), MREPair);
 470   }
 471
 472   Writer->addRelocation(RelSymbol, Fragment->getParent(), MRE);
 473 }
 474
 475 MCObjectWriter *llvm::createARMMachObjectWriter(raw_ostream &OS,
 476                                                 bool Is64Bit,
 477                                                 uint32_t CPUType,
 478                                                 uint32_t CPUSubtype) {
 479   return createMachObjectWriter(new ARMMachObjectWriter(Is64Bit,
 480                                                         CPUType,
 481                                                         CPUSubtype),
 482                                 OS, /*IsLittleEndian=*/true);
 483 }