lib/Target/ARM/Thumb1FrameLowering.cpp

   1 //======- Thumb1FrameLowering.cpp - Thumb1 Frame Information ---*- C++ -*-====//
   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 contains the Thumb1 implementation of TargetFrameLowering class.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #include "Thumb1FrameLowering.h"
  15 #include "ARMBaseInstrInfo.h"
  16 #include "ARMMachineFunctionInfo.h"
  17 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
  18 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
  19 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
  20 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
  21
  22 using namespace llvm;
  23
  24 bool Thumb1FrameLowering::hasReservedCallFrame(const MachineFunction &MF) const{
  25   const MachineFrameInfo *FFI = MF.getFrameInfo();
  26   unsigned CFSize = FFI->getMaxCallFrameSize();
  27   // It's not always a good idea to include the call frame as part of the
  28   // stack frame. ARM (especially Thumb) has small immediate offset to
  29   // address the stack frame. So a large call frame can cause poor codegen
  30   // and may even makes it impossible to scavenge a register.
  31   if (CFSize >= ((1 << 8) - 1) * 4 / 2) // Half of imm8 * 4
  32     return false;
  33
  34   return !MF.getFrameInfo()->hasVarSizedObjects();
  35 }
  36
  37 static void
  38 emitSPUpdate(MachineBasicBlock &MBB,
  39              MachineBasicBlock::iterator &MBBI,
  40              const TargetInstrInfo &TII, DebugLoc dl,
  41              const Thumb1RegisterInfo &MRI,
  42              int NumBytes, unsigned MIFlags = MachineInstr::NoFlags)  {
  43   emitThumbRegPlusImmediate(MBB, MBBI, dl, ARM::SP, ARM::SP, NumBytes, TII,
  44                             MRI, MIFlags);
  45 }
  46
  47 void Thumb1FrameLowering::emitPrologue(MachineFunction &MF) const {
  48   MachineBasicBlock &MBB = MF.front();
  49   MachineBasicBlock::iterator MBBI = MBB.begin();
  50   MachineFrameInfo  *MFI = MF.getFrameInfo();
  51   ARMFunctionInfo *AFI = MF.getInfo<ARMFunctionInfo>();
  52   const Thumb1RegisterInfo *RegInfo =
  53     static_cast<const Thumb1RegisterInfo*>(MF.getTarget().getRegisterInfo());
  54   const Thumb1InstrInfo &TII =
  55     *static_cast<const Thumb1InstrInfo*>(MF.getTarget().getInstrInfo());
  56
  57   unsigned VARegSaveSize = AFI->getVarArgsRegSaveSize();
  58   unsigned NumBytes = MFI->getStackSize();
  59   const std::vector<CalleeSavedInfo> &CSI = MFI->getCalleeSavedInfo();
  60   DebugLoc dl = MBBI != MBB.end() ? MBBI->getDebugLoc() : DebugLoc();
  61   unsigned FramePtr = RegInfo->getFrameRegister(MF);
  62   unsigned BasePtr = RegInfo->getBaseRegister();
  63
  64   // Thumb add/sub sp, imm8 instructions implicitly multiply the offset by 4.
  65   NumBytes = (NumBytes + 3) & ~3;
  66   MFI->setStackSize(NumBytes);
  67
  68   // Determine the sizes of each callee-save spill areas and record which frame
  69   // belongs to which callee-save spill areas.
  70   unsigned GPRCS1Size = 0, GPRCS2Size = 0, DPRCSSize = 0;
  71   int FramePtrSpillFI = 0;
  72
  73   if (VARegSaveSize)
  74     emitSPUpdate(MBB, MBBI, TII, dl, *RegInfo, -VARegSaveSize,
  75                  MachineInstr::FrameSetup);
  76
  77   if (!AFI->hasStackFrame()) {
  78     if (NumBytes != 0)
  79       emitSPUpdate(MBB, MBBI, TII, dl, *RegInfo, -NumBytes,
  80                    MachineInstr::FrameSetup);
  81     return;
  82   }
  83
  84   for (unsigned i = 0, e = CSI.size(); i != e; ++i) {
  85     unsigned Reg = CSI[i].getReg();
  86     int FI = CSI[i].getFrameIdx();
  87     switch (Reg) {
  88     case ARM::R4:
  89     case ARM::R5:
  90     case ARM::R6:
  91     case ARM::R7:
  92     case ARM::LR:
  93       if (Reg == FramePtr)
  94         FramePtrSpillFI = FI;
  95       AFI->addGPRCalleeSavedArea1Frame(FI);
  96       GPRCS1Size += 4;
  97       break;
  98     case ARM::R8:
  99     case ARM::R9:
 100     case ARM::R10:
 101     case ARM::R11:
 102       if (Reg == FramePtr)
 103         FramePtrSpillFI = FI;
 104       if (STI.isTargetDarwin()) {
 105         AFI->addGPRCalleeSavedArea2Frame(FI);
 106         GPRCS2Size += 4;
 107       } else {
 108         AFI->addGPRCalleeSavedArea1Frame(FI);
 109         GPRCS1Size += 4;
 110       }
 111       break;
 112     default:
 113       AFI->addDPRCalleeSavedAreaFrame(FI);
 114       DPRCSSize += 8;
 115     }
 116   }
 117
 118   if (MBBI != MBB.end() && MBBI->getOpcode() == ARM::tPUSH) {
 119     ++MBBI;
 120     if (MBBI != MBB.end())
 121       dl = MBBI->getDebugLoc();
 122   }
 123
 124   // Determine starting offsets of spill areas.
 125   unsigned DPRCSOffset  = NumBytes - (GPRCS1Size + GPRCS2Size + DPRCSSize);
 126   unsigned GPRCS2Offset = DPRCSOffset + DPRCSSize;
 127   unsigned GPRCS1Offset = GPRCS2Offset + GPRCS2Size;
 128   AFI->setFramePtrSpillOffset(MFI->getObjectOffset(FramePtrSpillFI) + NumBytes);
 129   AFI->setGPRCalleeSavedArea1Offset(GPRCS1Offset);
 130   AFI->setGPRCalleeSavedArea2Offset(GPRCS2Offset);
 131   AFI->setDPRCalleeSavedAreaOffset(DPRCSOffset);
 132   NumBytes = DPRCSOffset;
 133
 134   // Adjust FP so it point to the stack slot that contains the previous FP.
 135   if (hasFP(MF)) {
 136     AddDefaultPred(BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(ARM::tADDrSPi), FramePtr)
 137       .addFrameIndex(FramePtrSpillFI).addImm(0)
 138       .setMIFlags(MachineInstr::FrameSetup));
 139     if (NumBytes > 508)
 140       // If offset is > 508 then sp cannot be adjusted in a single instruction,
 141       // try restoring from fp instead.
 142       AFI->setShouldRestoreSPFromFP(true);
 143   }
 144
 145   if (NumBytes)
 146     // Insert it after all the callee-save spills.
 147     emitSPUpdate(MBB, MBBI, TII, dl, *RegInfo, -NumBytes,
 148                  MachineInstr::FrameSetup);
 149
 150   if (STI.isTargetELF() && hasFP(MF))
 151     MFI->setOffsetAdjustment(MFI->getOffsetAdjustment() -
 152                              AFI->getFramePtrSpillOffset());
 153
 154   AFI->setGPRCalleeSavedArea1Size(GPRCS1Size);
 155   AFI->setGPRCalleeSavedArea2Size(GPRCS2Size);
 156   AFI->setDPRCalleeSavedAreaSize(DPRCSSize);
 157
 158   if (RegInfo->needsStackRealignment(MF)) {
 159     // We cannot use sp as source/dest register here, thus we're emitting the
 160     // following sequence:
 161     // mov r4, sp
 162     // lsrs r4, r4, Log2MaxAlign
 163     // lsls r4, r4, Log2MaxAlign
 164     // mov sp, r4
 165     unsigned MaxAlign = MFI->getMaxAlignment();
 166     unsigned Log2MaxAlign = Log2_32(MaxAlign);
 167     AddDefaultPred(BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(ARM::tMOVr), ARM::R4)
 168                    .addReg(ARM::SP, RegState::Kill));
 169     AddDefaultPred(AddDefaultT1CC(BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(ARM::tLSRri), ARM::R4))
 170                    .addReg(ARM::R4, RegState::Kill)
 171                    .addImm(Log2MaxAlign));
 172     AddDefaultPred(AddDefaultT1CC(BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(ARM::tLSLri), ARM::R4))
 173                    .addReg(ARM::R4, RegState::Kill)
 174                    .addImm(Log2MaxAlign));
 175     AddDefaultPred(BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(ARM::tMOVr), ARM::SP)
 176                    .addReg(ARM::R4, RegState::Kill));
 177   }
 178
 179   // If we need a base pointer, set it up here. It's whatever the value
 180   // of the stack pointer is at this point. Any variable size objects
 181   // will be allocated after this, so we can still use the base pointer
 182   // to reference locals.
 183   if (RegInfo->hasBasePointer(MF))
 184     AddDefaultPred(BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(ARM::tMOVr), BasePtr)
 185                    .addReg(ARM::SP));
 186
 187   // If the frame has variable sized objects then the epilogue must restore
 188   // the sp from fp. We can assume there's an FP here since hasFP already
 189   // checks for hasVarSizedObjects.
 190   if (MFI->hasVarSizedObjects())
 191     AFI->setShouldRestoreSPFromFP(true);
 192 }
 193
 194 static bool isCalleeSavedRegister(unsigned Reg, const unsigned *CSRegs) {
 195   for (unsigned i = 0; CSRegs[i]; ++i)
 196     if (Reg == CSRegs[i])
 197       return true;
 198   return false;
 199 }
 200
 201 static bool isCSRestore(MachineInstr *MI, const unsigned *CSRegs) {
 202   if (MI->getOpcode() == ARM::tLDRspi &&
 203       MI->getOperand(1).isFI() &&
 204       isCalleeSavedRegister(MI->getOperand(0).getReg(), CSRegs))
 205     return true;
 206   else if (MI->getOpcode() == ARM::tPOP) {
 207     // The first two operands are predicates. The last two are
 208     // imp-def and imp-use of SP. Check everything in between.
 209     for (int i = 2, e = MI->getNumOperands() - 2; i != e; ++i)
 210       if (!isCalleeSavedRegister(MI->getOperand(i).getReg(), CSRegs))
 211         return false;
 212     return true;
 213   }
 214   return false;
 215 }
 216
 217 void Thumb1FrameLowering::emitEpilogue(MachineFunction &MF,
 218                                    MachineBasicBlock &MBB) const {
 219   MachineBasicBlock::iterator MBBI = MBB.getLastNonDebugInstr();
 220   assert((MBBI->getOpcode() == ARM::tBX_RET ||
 221           MBBI->getOpcode() == ARM::tPOP_RET) &&
 222          "Can only insert epilog into returning blocks");
 223   DebugLoc dl = MBBI->getDebugLoc();
 224   MachineFrameInfo *MFI = MF.getFrameInfo();
 225   ARMFunctionInfo *AFI = MF.getInfo<ARMFunctionInfo>();
 226   const Thumb1RegisterInfo *RegInfo =
 227     static_cast<const Thumb1RegisterInfo*>(MF.getTarget().getRegisterInfo());
 228   const Thumb1InstrInfo &TII =
 229     *static_cast<const Thumb1InstrInfo*>(MF.getTarget().getInstrInfo());
 230
 231   unsigned VARegSaveSize = AFI->getVarArgsRegSaveSize();
 232   int NumBytes = (int)MFI->getStackSize();
 233   const unsigned *CSRegs = RegInfo->getCalleeSavedRegs();
 234   unsigned FramePtr = RegInfo->getFrameRegister(MF);
 235
 236   if (!AFI->hasStackFrame()) {
 237     if (NumBytes != 0)
 238       emitSPUpdate(MBB, MBBI, TII, dl, *RegInfo, NumBytes);
 239   } else {
 240     // Unwind MBBI to point to first LDR / VLDRD.
 241     if (MBBI != MBB.begin()) {
 242       do
 243         --MBBI;
 244       while (MBBI != MBB.begin() && isCSRestore(MBBI, CSRegs));
 245       if (!isCSRestore(MBBI, CSRegs))
 246         ++MBBI;
 247     }
 248
 249     // Move SP to start of FP callee save spill area.
 250     NumBytes -= (AFI->getGPRCalleeSavedArea1Size() +
 251                  AFI->getGPRCalleeSavedArea2Size() +
 252                  AFI->getDPRCalleeSavedAreaSize());
 253
 254     if (AFI->shouldRestoreSPFromFP()) {
 255       NumBytes = AFI->getFramePtrSpillOffset() - NumBytes;
 256       // Reset SP based on frame pointer only if the stack frame extends beyond
 257       // frame pointer stack slot, the target is ELF and the function has FP, or
 258       // the target uses var sized objects.
 259       if (NumBytes) {
 260         assert(MF.getRegInfo().isPhysRegUsed(ARM::R4) &&
 261                "No scratch register to restore SP from FP!");
 262         emitThumbRegPlusImmediate(MBB, MBBI, dl, ARM::R4, FramePtr, -NumBytes,
 263                                   TII, *RegInfo);
 264         AddDefaultPred(BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(ARM::tMOVr),
 265                                ARM::SP)
 266           .addReg(ARM::R4));
 267       } else
 268         AddDefaultPred(BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(ARM::tMOVr),
 269                                ARM::SP)
 270           .addReg(FramePtr));
 271     } else {
 272       if (MBBI->getOpcode() == ARM::tBX_RET &&
 273           &MBB.front() != MBBI &&
 274           prior(MBBI)->getOpcode() == ARM::tPOP) {
 275         MachineBasicBlock::iterator PMBBI = prior(MBBI);
 276         emitSPUpdate(MBB, PMBBI, TII, dl, *RegInfo, NumBytes);
 277       } else
 278         emitSPUpdate(MBB, MBBI, TII, dl, *RegInfo, NumBytes);
 279     }
 280   }
 281
 282   if (VARegSaveSize) {
 283     // Unlike T2 and ARM mode, the T1 pop instruction cannot restore
 284     // to LR, and we can't pop the value directly to the PC since
 285     // we need to update the SP after popping the value. Therefore, we
 286     // pop the old LR into R3 as a temporary.
 287
 288     // Move back past the callee-saved register restoration
 289     while (MBBI != MBB.end() && isCSRestore(MBBI, CSRegs))
 290       ++MBBI;
 291     // Epilogue for vararg functions: pop LR to R3 and branch off it.
 292     AddDefaultPred(BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(ARM::tPOP)))
 293       .addReg(ARM::R3, RegState::Define);
 294
 295     emitSPUpdate(MBB, MBBI, TII, dl, *RegInfo, VARegSaveSize);
 296
 297     AddDefaultPred(BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(ARM::tBX_RET_vararg))
 298       .addReg(ARM::R3, RegState::Kill));
 299     // erase the old tBX_RET instruction
 300     MBB.erase(MBBI);
 301   }
 302 }
 303
 304 bool Thumb1FrameLowering::
 305 spillCalleeSavedRegisters(MachineBasicBlock &MBB,
 306                           MachineBasicBlock::iterator MI,
 307                           const std::vector<CalleeSavedInfo> &CSI,
 308                           const TargetRegisterInfo *TRI) const {
 309   if (CSI.empty())
 310     return false;
 311
 312   DebugLoc DL;
 313   MachineFunction &MF = *MBB.getParent();
 314   const TargetInstrInfo &TII = *MF.getTarget().getInstrInfo();
 315
 316   if (MI != MBB.end()) DL = MI->getDebugLoc();
 317
 318   MachineInstrBuilder MIB = BuildMI(MBB, MI, DL, TII.get(ARM::tPUSH));
 319   AddDefaultPred(MIB);
 320   for (unsigned i = CSI.size(); i != 0; --i) {
 321     unsigned Reg = CSI[i-1].getReg();
 322     bool isKill = true;
 323
 324     // Add the callee-saved register as live-in unless it's LR and
 325     // @llvm.returnaddress is called. If LR is returned for @llvm.returnaddress
 326     // then it's already added to the function and entry block live-in sets.
 327     if (Reg == ARM::LR) {
 328       MachineFunction &MF = *MBB.getParent();
 329       if (MF.getFrameInfo()->isReturnAddressTaken() &&
 330           MF.getRegInfo().isLiveIn(Reg))
 331         isKill = false;
 332     }
 333
 334     if (isKill)
 335       MBB.addLiveIn(Reg);
 336
 337     MIB.addReg(Reg, getKillRegState(isKill));
 338   }
 339   MIB.setMIFlags(MachineInstr::FrameSetup);
 340   return true;
 341 }
 342
 343 bool Thumb1FrameLowering::
 344 restoreCalleeSavedRegisters(MachineBasicBlock &MBB,
 345                             MachineBasicBlock::iterator MI,
 346                             const std::vector<CalleeSavedInfo> &CSI,
 347                             const TargetRegisterInfo *TRI) const {
 348   if (CSI.empty())
 349     return false;
 350
 351   MachineFunction &MF = *MBB.getParent();
 352   ARMFunctionInfo *AFI = MF.getInfo<ARMFunctionInfo>();
 353   const TargetInstrInfo &TII = *MF.getTarget().getInstrInfo();
 354
 355   bool isVarArg = AFI->getVarArgsRegSaveSize() > 0;
 356   DebugLoc DL = MI->getDebugLoc();
 357   MachineInstrBuilder MIB = BuildMI(MF, DL, TII.get(ARM::tPOP));
 358   AddDefaultPred(MIB);
 359
 360   bool NumRegs = false;
 361   for (unsigned i = CSI.size(); i != 0; --i) {
 362     unsigned Reg = CSI[i-1].getReg();
 363     if (Reg == ARM::LR) {
 364       // Special epilogue for vararg functions. See emitEpilogue
 365       if (isVarArg)
 366         continue;
 367       Reg = ARM::PC;
 368       (*MIB).setDesc(TII.get(ARM::tPOP_RET));
 369       MI = MBB.erase(MI);
 370     }
 371     MIB.addReg(Reg, getDefRegState(true));
 372     NumRegs = true;
 373   }
 374
 375   // It's illegal to emit pop instruction without operands.
 376   if (NumRegs)
 377     MBB.insert(MI, &*MIB);
 378   else
 379     MF.DeleteMachineInstr(MIB);
 380
 381   return true;
 382 }