Prune includes in ARM target.
[oota-llvm.git] / lib / Target / ARM / Thumb2SizeReduction.cpp
1 //===-- Thumb2SizeReduction.cpp - Thumb2 code size reduction pass -*- 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 #define DEBUG_TYPE "t2-reduce-size"
11 #include "ARM.h"
12 #include "ARMBaseInstrInfo.h"
13 #include "ARMSubtarget.h"
14 #include "MCTargetDesc/ARMAddressingModes.h"
15 #include "Thumb2InstrInfo.h"
16 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
17 #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
18 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
19 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
20 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
21 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
22 #include "llvm/IR/Function.h"        // To access Function attributes
23 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
24 #include "llvm/Support/Debug.h"
25 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
26 using namespace llvm;
27
28 STATISTIC(NumNarrows,  "Number of 32-bit instrs reduced to 16-bit ones");
29 STATISTIC(Num2Addrs,   "Number of 32-bit instrs reduced to 2addr 16-bit ones");
30 STATISTIC(NumLdSts,    "Number of 32-bit load / store reduced to 16-bit ones");
31
32 static cl::opt<int> ReduceLimit("t2-reduce-limit",
33                                 cl::init(-1), cl::Hidden);
34 static cl::opt<int> ReduceLimit2Addr("t2-reduce-limit2",
35                                      cl::init(-1), cl::Hidden);
36 static cl::opt<int> ReduceLimitLdSt("t2-reduce-limit3",
37                                      cl::init(-1), cl::Hidden);
38
39 namespace {
40   /// ReduceTable - A static table with information on mapping from wide
41   /// opcodes to narrow
42   struct ReduceEntry {
43     uint16_t WideOpc;      // Wide opcode
44     uint16_t NarrowOpc1;   // Narrow opcode to transform to
45     uint16_t NarrowOpc2;   // Narrow opcode when it's two-address
46     uint8_t  Imm1Limit;    // Limit of immediate field (bits)
47     uint8_t  Imm2Limit;    // Limit of immediate field when it's two-address
48     unsigned LowRegs1 : 1; // Only possible if low-registers are used
49     unsigned LowRegs2 : 1; // Only possible if low-registers are used (2addr)
50     unsigned PredCC1  : 2; // 0 - If predicated, cc is on and vice versa.
51                            // 1 - No cc field.
52                            // 2 - Always set CPSR.
53     unsigned PredCC2  : 2;
54     unsigned PartFlag : 1; // 16-bit instruction does partial flag update
55     unsigned Special  : 1; // Needs to be dealt with specially
56     unsigned AvoidMovs: 1; // Avoid movs with shifter operand (for Swift)
57   };
58
59   static const ReduceEntry ReduceTable[] = {
60   // Wide,        Narrow1,      Narrow2,     imm1,imm2, lo1, lo2, P/C,PF,S,AM
61   { ARM::t2ADCrr, 0,            ARM::tADC,     0,   0,   0,   1,  0,0, 0,0,0 },
62   { ARM::t2ADDri, ARM::tADDi3,  ARM::tADDi8,   3,   8,   1,   1,  0,0, 0,1,0 },
63   { ARM::t2ADDrr, ARM::tADDrr,  ARM::tADDhirr, 0,   0,   1,   0,  0,1, 0,0,0 },
64   { ARM::t2ADDSri,ARM::tADDi3,  ARM::tADDi8,   3,   8,   1,   1,  2,2, 0,1,0 },
65   { ARM::t2ADDSrr,ARM::tADDrr,  0,             0,   0,   1,   0,  2,0, 0,1,0 },
66   { ARM::t2ANDrr, 0,            ARM::tAND,     0,   0,   0,   1,  0,0, 1,0,0 },
67   { ARM::t2ASRri, ARM::tASRri,  0,             5,   0,   1,   0,  0,0, 1,0,1 },
68   { ARM::t2ASRrr, 0,            ARM::tASRrr,   0,   0,   0,   1,  0,0, 1,0,1 },
69   { ARM::t2BICrr, 0,            ARM::tBIC,     0,   0,   0,   1,  0,0, 1,0,0 },
70   //FIXME: Disable CMN, as CCodes are backwards from compare expectations
71   //{ ARM::t2CMNrr, ARM::tCMN,  0,             0,   0,   1,   0,  2,0, 0,0,0 },
72   { ARM::t2CMNzrr, ARM::tCMNz,  0,             0,   0,   1,   0,  2,0, 0,0,0 },
73   { ARM::t2CMPri, ARM::tCMPi8,  0,             8,   0,   1,   0,  2,0, 0,0,0 },
74   { ARM::t2CMPrr, ARM::tCMPhir, 0,             0,   0,   0,   0,  2,0, 0,1,0 },
75   { ARM::t2EORrr, 0,            ARM::tEOR,     0,   0,   0,   1,  0,0, 1,0,0 },
76   // FIXME: adr.n immediate offset must be multiple of 4.
77   //{ ARM::t2LEApcrelJT,ARM::tLEApcrelJT, 0,   0,   0,   1,   0,  1,0, 0,0,0 },
78   { ARM::t2LSLri, ARM::tLSLri,  0,             5,   0,   1,   0,  0,0, 1,0,1 },
79   { ARM::t2LSLrr, 0,            ARM::tLSLrr,   0,   0,   0,   1,  0,0, 1,0,1 },
80   { ARM::t2LSRri, ARM::tLSRri,  0,             5,   0,   1,   0,  0,0, 1,0,1 },
81   { ARM::t2LSRrr, 0,            ARM::tLSRrr,   0,   0,   0,   1,  0,0, 1,0,1 },
82   { ARM::t2MOVi,  ARM::tMOVi8,  0,             8,   0,   1,   0,  0,0, 1,0,0 },
83   { ARM::t2MOVi16,ARM::tMOVi8,  0,             8,   0,   1,   0,  0,0, 1,1,0 },
84   // FIXME: Do we need the 16-bit 'S' variant?
85   { ARM::t2MOVr,ARM::tMOVr,     0,             0,   0,   0,   0,  1,0, 0,0,0 },
86   { ARM::t2MUL,   0,            ARM::tMUL,     0,   0,   0,   1,  0,0, 1,0,0 },
87   { ARM::t2MVNr,  ARM::tMVN,    0,             0,   0,   1,   0,  0,0, 0,0,0 },
88   { ARM::t2ORRrr, 0,            ARM::tORR,     0,   0,   0,   1,  0,0, 1,0,0 },
89   { ARM::t2REV,   ARM::tREV,    0,             0,   0,   1,   0,  1,0, 0,0,0 },
90   { ARM::t2REV16, ARM::tREV16,  0,             0,   0,   1,   0,  1,0, 0,0,0 },
91   { ARM::t2REVSH, ARM::tREVSH,  0,             0,   0,   1,   0,  1,0, 0,0,0 },
92   { ARM::t2RORrr, 0,            ARM::tROR,     0,   0,   0,   1,  0,0, 1,0,0 },
93   { ARM::t2RSBri, ARM::tRSB,    0,             0,   0,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
94   { ARM::t2RSBSri,ARM::tRSB,    0,             0,   0,   1,   0,  2,0, 0,1,0 },
95   { ARM::t2SBCrr, 0,            ARM::tSBC,     0,   0,   0,   1,  0,0, 0,0,0 },
96   { ARM::t2SUBri, ARM::tSUBi3,  ARM::tSUBi8,   3,   8,   1,   1,  0,0, 0,0,0 },
97   { ARM::t2SUBrr, ARM::tSUBrr,  0,             0,   0,   1,   0,  0,0, 0,0,0 },
98   { ARM::t2SUBSri,ARM::tSUBi3,  ARM::tSUBi8,   3,   8,   1,   1,  2,2, 0,0,0 },
99   { ARM::t2SUBSrr,ARM::tSUBrr,  0,             0,   0,   1,   0,  2,0, 0,0,0 },
100   { ARM::t2SXTB,  ARM::tSXTB,   0,             0,   0,   1,   0,  1,0, 0,1,0 },
101   { ARM::t2SXTH,  ARM::tSXTH,   0,             0,   0,   1,   0,  1,0, 0,1,0 },
102   { ARM::t2TSTrr, ARM::tTST,    0,             0,   0,   1,   0,  2,0, 0,0,0 },
103   { ARM::t2UXTB,  ARM::tUXTB,   0,             0,   0,   1,   0,  1,0, 0,1,0 },
104   { ARM::t2UXTH,  ARM::tUXTH,   0,             0,   0,   1,   0,  1,0, 0,1,0 },
105
106   // FIXME: Clean this up after splitting each Thumb load / store opcode
107   // into multiple ones.
108   { ARM::t2LDRi12,ARM::tLDRi,   ARM::tLDRspi,  5,   8,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
109   { ARM::t2LDRs,  ARM::tLDRr,   0,             0,   0,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
110   { ARM::t2LDRBi12,ARM::tLDRBi, 0,             5,   0,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
111   { ARM::t2LDRBs, ARM::tLDRBr,  0,             0,   0,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
112   { ARM::t2LDRHi12,ARM::tLDRHi, 0,             5,   0,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
113   { ARM::t2LDRHs, ARM::tLDRHr,  0,             0,   0,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
114   { ARM::t2LDRSBs,ARM::tLDRSB,  0,             0,   0,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
115   { ARM::t2LDRSHs,ARM::tLDRSH,  0,             0,   0,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
116   { ARM::t2STRi12,ARM::tSTRi,   ARM::tSTRspi,  5,   8,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
117   { ARM::t2STRs,  ARM::tSTRr,   0,             0,   0,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
118   { ARM::t2STRBi12,ARM::tSTRBi, 0,             5,   0,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
119   { ARM::t2STRBs, ARM::tSTRBr,  0,             0,   0,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
120   { ARM::t2STRHi12,ARM::tSTRHi, 0,             5,   0,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
121   { ARM::t2STRHs, ARM::tSTRHr,  0,             0,   0,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
122
123   { ARM::t2LDMIA, ARM::tLDMIA,  0,             0,   0,   1,   1,  1,1, 0,1,0 },
124   { ARM::t2LDMIA_RET,0,         ARM::tPOP_RET, 0,   0,   1,   1,  1,1, 0,1,0 },
125   { ARM::t2LDMIA_UPD,ARM::tLDMIA_UPD,ARM::tPOP,0,   0,   1,   1,  1,1, 0,1,0 },
126   // ARM::t2STM (with no basereg writeback) has no Thumb1 equivalent
127   { ARM::t2STMIA_UPD,ARM::tSTMIA_UPD, 0,       0,   0,   1,   1,  1,1, 0,1,0 },
128   { ARM::t2STMDB_UPD, 0,        ARM::tPUSH,    0,   0,   1,   1,  1,1, 0,1,0 }
129   };
130
131   class Thumb2SizeReduce : public MachineFunctionPass {
132   public:
133     static char ID;
134     Thumb2SizeReduce();
135
136     const Thumb2InstrInfo *TII;
137     const ARMSubtarget *STI;
138
139     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) override;
140
141     const char *getPassName() const override {
142       return "Thumb2 instruction size reduction pass";
143     }
144
145   private:
146     /// ReduceOpcodeMap - Maps wide opcode to index of entry in ReduceTable.
147     DenseMap<unsigned, unsigned> ReduceOpcodeMap;
148
149     bool canAddPseudoFlagDep(MachineInstr *Use, bool IsSelfLoop);
150
151     bool VerifyPredAndCC(MachineInstr *MI, const ReduceEntry &Entry,
152                          bool is2Addr, ARMCC::CondCodes Pred,
153                          bool LiveCPSR, bool &HasCC, bool &CCDead);
154
155     bool ReduceLoadStore(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
156                          const ReduceEntry &Entry);
157
158     bool ReduceSpecial(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
159                        const ReduceEntry &Entry, bool LiveCPSR, bool IsSelfLoop);
160
161     /// ReduceTo2Addr - Reduce a 32-bit instruction to a 16-bit two-address
162     /// instruction.
163     bool ReduceTo2Addr(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
164                        const ReduceEntry &Entry, bool LiveCPSR,
165                        bool IsSelfLoop);
166
167     /// ReduceToNarrow - Reduce a 32-bit instruction to a 16-bit
168     /// non-two-address instruction.
169     bool ReduceToNarrow(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
170                         const ReduceEntry &Entry, bool LiveCPSR,
171                         bool IsSelfLoop);
172
173     /// ReduceMI - Attempt to reduce MI, return true on success.
174     bool ReduceMI(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
175                   bool LiveCPSR, bool IsSelfLoop);
176
177     /// ReduceMBB - Reduce width of instructions in the specified basic block.
178     bool ReduceMBB(MachineBasicBlock &MBB);
179
180     bool OptimizeSize;
181     bool MinimizeSize;
182
183     // Last instruction to define CPSR in the current block.
184     MachineInstr *CPSRDef;
185     // Was CPSR last defined by a high latency instruction?
186     // When CPSRDef is null, this refers to CPSR defs in predecessors.
187     bool HighLatencyCPSR;
188
189     struct MBBInfo {
190       // The flags leaving this block have high latency.
191       bool HighLatencyCPSR;
192       // Has this block been visited yet?
193       bool Visited;
194
195       MBBInfo() : HighLatencyCPSR(false), Visited(false) {}
196     };
197
198     SmallVector<MBBInfo, 8> BlockInfo;
199   };
200   char Thumb2SizeReduce::ID = 0;
201 }
202
203 Thumb2SizeReduce::Thumb2SizeReduce() : MachineFunctionPass(ID) {
204   OptimizeSize = MinimizeSize = false;
205   for (unsigned i = 0, e = array_lengthof(ReduceTable); i != e; ++i) {
206     unsigned FromOpc = ReduceTable[i].WideOpc;
207     if (!ReduceOpcodeMap.insert(std::make_pair(FromOpc, i)).second)
208       assert(false && "Duplicated entries?");
209   }
210 }
211
212 static bool HasImplicitCPSRDef(const MCInstrDesc &MCID) {
213   for (const uint16_t *Regs = MCID.getImplicitDefs(); *Regs; ++Regs)
214     if (*Regs == ARM::CPSR)
215       return true;
216   return false;
217 }
218
219 // Check for a likely high-latency flag def.
220 static bool isHighLatencyCPSR(MachineInstr *Def) {
221   switch(Def->getOpcode()) {
222   case ARM::FMSTAT:
223   case ARM::tMUL:
224     return true;
225   }
226   return false;
227 }
228
229 /// canAddPseudoFlagDep - For A9 (and other out-of-order) implementations,
230 /// the 's' 16-bit instruction partially update CPSR. Abort the
231 /// transformation to avoid adding false dependency on last CPSR setting
232 /// instruction which hurts the ability for out-of-order execution engine
233 /// to do register renaming magic.
234 /// This function checks if there is a read-of-write dependency between the
235 /// last instruction that defines the CPSR and the current instruction. If there
236 /// is, then there is no harm done since the instruction cannot be retired
237 /// before the CPSR setting instruction anyway.
238 /// Note, we are not doing full dependency analysis here for the sake of compile
239 /// time. We're not looking for cases like:
240 /// r0 = muls ...
241 /// r1 = add.w r0, ...
242 /// ...
243 ///    = mul.w r1
244 /// In this case it would have been ok to narrow the mul.w to muls since there
245 /// are indirect RAW dependency between the muls and the mul.w
246 bool
247 Thumb2SizeReduce::canAddPseudoFlagDep(MachineInstr *Use, bool FirstInSelfLoop) {
248   // Disable the check for -Oz (aka OptimizeForSizeHarder).
249   if (MinimizeSize || !STI->avoidCPSRPartialUpdate())
250     return false;
251
252   if (!CPSRDef)
253     // If this BB loops back to itself, conservatively avoid narrowing the
254     // first instruction that does partial flag update.
255     return HighLatencyCPSR || FirstInSelfLoop;
256
257   SmallSet<unsigned, 2> Defs;
258   for (const MachineOperand &MO : CPSRDef->operands()) {
259     if (!MO.isReg() || MO.isUndef() || MO.isUse())
260       continue;
261     unsigned Reg = MO.getReg();
262     if (Reg == 0 || Reg == ARM::CPSR)
263       continue;
264     Defs.insert(Reg);
265   }
266
267   for (const MachineOperand &MO : Use->operands()) {
268     if (!MO.isReg() || MO.isUndef() || MO.isDef())
269       continue;
270     unsigned Reg = MO.getReg();
271     if (Defs.count(Reg))
272       return false;
273   }
274
275   // If the current CPSR has high latency, try to avoid the false dependency.
276   if (HighLatencyCPSR)
277     return true;
278
279   // tMOVi8 usually doesn't start long dependency chains, and there are a lot
280   // of them, so always shrink them when CPSR doesn't have high latency.
281   if (Use->getOpcode() == ARM::t2MOVi ||
282       Use->getOpcode() == ARM::t2MOVi16)
283     return false;
284
285   // No read-after-write dependency. The narrowing will add false dependency.
286   return true;
287 }
288
289 bool
290 Thumb2SizeReduce::VerifyPredAndCC(MachineInstr *MI, const ReduceEntry &Entry,
291                                   bool is2Addr, ARMCC::CondCodes Pred,
292                                   bool LiveCPSR, bool &HasCC, bool &CCDead) {
293   if ((is2Addr  && Entry.PredCC2 == 0) ||
294       (!is2Addr && Entry.PredCC1 == 0)) {
295     if (Pred == ARMCC::AL) {
296       // Not predicated, must set CPSR.
297       if (!HasCC) {
298         // Original instruction was not setting CPSR, but CPSR is not
299         // currently live anyway. It's ok to set it. The CPSR def is
300         // dead though.
301         if (!LiveCPSR) {
302           HasCC = true;
303           CCDead = true;
304           return true;
305         }
306         return false;
307       }
308     } else {
309       // Predicated, must not set CPSR.
310       if (HasCC)
311         return false;
312     }
313   } else if ((is2Addr  && Entry.PredCC2 == 2) ||
314              (!is2Addr && Entry.PredCC1 == 2)) {
315     /// Old opcode has an optional def of CPSR.
316     if (HasCC)
317       return true;
318     // If old opcode does not implicitly define CPSR, then it's not ok since
319     // these new opcodes' CPSR def is not meant to be thrown away. e.g. CMP.
320     if (!HasImplicitCPSRDef(MI->getDesc()))
321       return false;
322     HasCC = true;
323   } else {
324     // 16-bit instruction does not set CPSR.
325     if (HasCC)
326       return false;
327   }
328
329   return true;
330 }
331
332 static bool VerifyLowRegs(MachineInstr *MI) {
333   unsigned Opc = MI->getOpcode();
334   bool isPCOk = (Opc == ARM::t2LDMIA_RET || Opc == ARM::t2LDMIA     ||
335                  Opc == ARM::t2LDMDB     || Opc == ARM::t2LDMIA_UPD ||
336                  Opc == ARM::t2LDMDB_UPD);
337   bool isLROk = (Opc == ARM::t2STMIA_UPD || Opc == ARM::t2STMDB_UPD);
338   bool isSPOk = isPCOk || isLROk;
339   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
340     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
341     if (!MO.isReg() || MO.isImplicit())
342       continue;
343     unsigned Reg = MO.getReg();
344     if (Reg == 0 || Reg == ARM::CPSR)
345       continue;
346     if (isPCOk && Reg == ARM::PC)
347       continue;
348     if (isLROk && Reg == ARM::LR)
349       continue;
350     if (Reg == ARM::SP) {
351       if (isSPOk)
352         continue;
353       if (i == 1 && (Opc == ARM::t2LDRi12 || Opc == ARM::t2STRi12))
354         // Special case for these ldr / str with sp as base register.
355         continue;
356     }
357     if (!isARMLowRegister(Reg))
358       return false;
359   }
360   return true;
361 }
362
363 bool
364 Thumb2SizeReduce::ReduceLoadStore(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
365                                   const ReduceEntry &Entry) {
366   if (ReduceLimitLdSt != -1 && ((int)NumLdSts >= ReduceLimitLdSt))
367     return false;
368
369   unsigned Scale = 1;
370   bool HasImmOffset = false;
371   bool HasShift = false;
372   bool HasOffReg = true;
373   bool isLdStMul = false;
374   unsigned Opc = Entry.NarrowOpc1;
375   unsigned OpNum = 3; // First 'rest' of operands.
376   uint8_t  ImmLimit = Entry.Imm1Limit;
377
378   switch (Entry.WideOpc) {
379   default:
380     llvm_unreachable("Unexpected Thumb2 load / store opcode!");
381   case ARM::t2LDRi12:
382   case ARM::t2STRi12:
383     if (MI->getOperand(1).getReg() == ARM::SP) {
384       Opc = Entry.NarrowOpc2;
385       ImmLimit = Entry.Imm2Limit;
386       HasOffReg = false;
387     }
388
389     Scale = 4;
390     HasImmOffset = true;
391     HasOffReg = false;
392     break;
393   case ARM::t2LDRBi12:
394   case ARM::t2STRBi12:
395     HasImmOffset = true;
396     HasOffReg = false;
397     break;
398   case ARM::t2LDRHi12:
399   case ARM::t2STRHi12:
400     Scale = 2;
401     HasImmOffset = true;
402     HasOffReg = false;
403     break;
404   case ARM::t2LDRs:
405   case ARM::t2LDRBs:
406   case ARM::t2LDRHs:
407   case ARM::t2LDRSBs:
408   case ARM::t2LDRSHs:
409   case ARM::t2STRs:
410   case ARM::t2STRBs:
411   case ARM::t2STRHs:
412     HasShift = true;
413     OpNum = 4;
414     break;
415   case ARM::t2LDMIA:
416   case ARM::t2LDMDB: {
417     unsigned BaseReg = MI->getOperand(0).getReg();
418     if (!isARMLowRegister(BaseReg) || Entry.WideOpc != ARM::t2LDMIA)
419       return false;
420
421     // For the non-writeback version (this one), the base register must be
422     // one of the registers being loaded.
423     bool isOK = false;
424     for (unsigned i = 4; i < MI->getNumOperands(); ++i) {
425       if (MI->getOperand(i).getReg() == BaseReg) {
426         isOK = true;
427         break;
428       }
429     }
430
431     if (!isOK)
432       return false;
433
434     OpNum = 0;
435     isLdStMul = true;
436     break;
437   }
438   case ARM::t2LDMIA_RET: {
439     unsigned BaseReg = MI->getOperand(1).getReg();
440     if (BaseReg != ARM::SP)
441       return false;
442     Opc = Entry.NarrowOpc2; // tPOP_RET
443     OpNum = 2;
444     isLdStMul = true;
445     break;
446   }
447   case ARM::t2LDMIA_UPD:
448   case ARM::t2LDMDB_UPD:
449   case ARM::t2STMIA_UPD:
450   case ARM::t2STMDB_UPD: {
451     OpNum = 0;
452
453     unsigned BaseReg = MI->getOperand(1).getReg();
454     if (BaseReg == ARM::SP &&
455         (Entry.WideOpc == ARM::t2LDMIA_UPD ||
456          Entry.WideOpc == ARM::t2STMDB_UPD)) {
457       Opc = Entry.NarrowOpc2; // tPOP or tPUSH
458       OpNum = 2;
459     } else if (!isARMLowRegister(BaseReg) ||
460                (Entry.WideOpc != ARM::t2LDMIA_UPD &&
461                 Entry.WideOpc != ARM::t2STMIA_UPD)) {
462       return false;
463     }
464
465     isLdStMul = true;
466     break;
467   }
468   }
469
470   unsigned OffsetReg = 0;
471   bool OffsetKill = false;
472   if (HasShift) {
473     OffsetReg  = MI->getOperand(2).getReg();
474     OffsetKill = MI->getOperand(2).isKill();
475
476     if (MI->getOperand(3).getImm())
477       // Thumb1 addressing mode doesn't support shift.
478       return false;
479   }
480
481   unsigned OffsetImm = 0;
482   if (HasImmOffset) {
483     OffsetImm = MI->getOperand(2).getImm();
484     unsigned MaxOffset = ((1 << ImmLimit) - 1) * Scale;
485
486     if ((OffsetImm & (Scale - 1)) || OffsetImm > MaxOffset)
487       // Make sure the immediate field fits.
488       return false;
489   }
490
491   // Add the 16-bit load / store instruction.
492   DebugLoc dl = MI->getDebugLoc();
493   MachineInstrBuilder MIB = BuildMI(MBB, MI, dl, TII->get(Opc));
494   if (!isLdStMul) {
495     MIB.addOperand(MI->getOperand(0));
496     MIB.addOperand(MI->getOperand(1));
497
498     if (HasImmOffset)
499       MIB.addImm(OffsetImm / Scale);
500
501     assert((!HasShift || OffsetReg) && "Invalid so_reg load / store address!");
502
503     if (HasOffReg)
504       MIB.addReg(OffsetReg, getKillRegState(OffsetKill));
505   }
506
507   // Transfer the rest of operands.
508   for (unsigned e = MI->getNumOperands(); OpNum != e; ++OpNum)
509     MIB.addOperand(MI->getOperand(OpNum));
510
511   // Transfer memoperands.
512   MIB->setMemRefs(MI->memoperands_begin(), MI->memoperands_end());
513
514   // Transfer MI flags.
515   MIB.setMIFlags(MI->getFlags());
516
517   DEBUG(errs() << "Converted 32-bit: " << *MI << "       to 16-bit: " << *MIB);
518
519   MBB.erase_instr(MI);
520   ++NumLdSts;
521   return true;
522 }
523
524 bool
525 Thumb2SizeReduce::ReduceSpecial(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
526                                 const ReduceEntry &Entry,
527                                 bool LiveCPSR, bool IsSelfLoop) {
528   unsigned Opc = MI->getOpcode();
529   if (Opc == ARM::t2ADDri) {
530     // If the source register is SP, try to reduce to tADDrSPi, otherwise
531     // it's a normal reduce.
532     if (MI->getOperand(1).getReg() != ARM::SP) {
533       if (ReduceTo2Addr(MBB, MI, Entry, LiveCPSR, IsSelfLoop))
534         return true;
535       return ReduceToNarrow(MBB, MI, Entry, LiveCPSR, IsSelfLoop);
536     }
537     // Try to reduce to tADDrSPi.
538     unsigned Imm = MI->getOperand(2).getImm();
539     // The immediate must be in range, the destination register must be a low
540     // reg, the predicate must be "always" and the condition flags must not
541     // be being set.
542     if (Imm & 3 || Imm > 1020)
543       return false;
544     if (!isARMLowRegister(MI->getOperand(0).getReg()))
545       return false;
546     if (MI->getOperand(3).getImm() != ARMCC::AL)
547       return false;
548     const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
549     if (MCID.hasOptionalDef() &&
550         MI->getOperand(MCID.getNumOperands()-1).getReg() == ARM::CPSR)
551       return false;
552
553     MachineInstrBuilder MIB = BuildMI(MBB, MI, MI->getDebugLoc(),
554                                       TII->get(ARM::tADDrSPi))
555       .addOperand(MI->getOperand(0))
556       .addOperand(MI->getOperand(1))
557       .addImm(Imm / 4); // The tADDrSPi has an implied scale by four.
558     AddDefaultPred(MIB);
559
560     // Transfer MI flags.
561     MIB.setMIFlags(MI->getFlags());
562
563     DEBUG(errs() << "Converted 32-bit: " << *MI << "       to 16-bit: " <<*MIB);
564
565     MBB.erase_instr(MI);
566     ++NumNarrows;
567     return true;
568   }
569
570   if (Entry.LowRegs1 && !VerifyLowRegs(MI))
571     return false;
572
573   if (MI->mayLoad() || MI->mayStore())
574     return ReduceLoadStore(MBB, MI, Entry);
575
576   switch (Opc) {
577   default: break;
578   case ARM::t2ADDSri:
579   case ARM::t2ADDSrr: {
580     unsigned PredReg = 0;
581     if (getInstrPredicate(MI, PredReg) == ARMCC::AL) {
582       switch (Opc) {
583       default: break;
584       case ARM::t2ADDSri: {
585         if (ReduceTo2Addr(MBB, MI, Entry, LiveCPSR, IsSelfLoop))
586           return true;
587         // fallthrough
588       }
589       case ARM::t2ADDSrr:
590         return ReduceToNarrow(MBB, MI, Entry, LiveCPSR, IsSelfLoop);
591       }
592     }
593     break;
594   }
595   case ARM::t2RSBri:
596   case ARM::t2RSBSri:
597   case ARM::t2SXTB:
598   case ARM::t2SXTH:
599   case ARM::t2UXTB:
600   case ARM::t2UXTH:
601     if (MI->getOperand(2).getImm() == 0)
602       return ReduceToNarrow(MBB, MI, Entry, LiveCPSR, IsSelfLoop);
603     break;
604   case ARM::t2MOVi16:
605     // Can convert only 'pure' immediate operands, not immediates obtained as
606     // globals' addresses.
607     if (MI->getOperand(1).isImm())
608       return ReduceToNarrow(MBB, MI, Entry, LiveCPSR, IsSelfLoop);
609     break;
610   case ARM::t2CMPrr: {
611     // Try to reduce to the lo-reg only version first. Why there are two
612     // versions of the instruction is a mystery.
613     // It would be nice to just have two entries in the master table that
614     // are prioritized, but the table assumes a unique entry for each
615     // source insn opcode. So for now, we hack a local entry record to use.
616     static const ReduceEntry NarrowEntry =
617       { ARM::t2CMPrr,ARM::tCMPr, 0, 0, 0, 1, 1,2, 0, 0,1,0 };
618     if (ReduceToNarrow(MBB, MI, NarrowEntry, LiveCPSR, IsSelfLoop))
619       return true;
620     return ReduceToNarrow(MBB, MI, Entry, LiveCPSR, IsSelfLoop);
621   }
622   }
623   return false;
624 }
625
626 bool
627 Thumb2SizeReduce::ReduceTo2Addr(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
628                                 const ReduceEntry &Entry,
629                                 bool LiveCPSR, bool IsSelfLoop) {
630
631   if (ReduceLimit2Addr != -1 && ((int)Num2Addrs >= ReduceLimit2Addr))
632     return false;
633
634   if (!MinimizeSize && !OptimizeSize && Entry.AvoidMovs &&
635       STI->avoidMOVsShifterOperand())
636     // Don't issue movs with shifter operand for some CPUs unless we
637     // are optimizing / minimizing for size.
638     return false;
639
640   unsigned Reg0 = MI->getOperand(0).getReg();
641   unsigned Reg1 = MI->getOperand(1).getReg();
642   // t2MUL is "special". The tied source operand is second, not first.
643   if (MI->getOpcode() == ARM::t2MUL) {
644     unsigned Reg2 = MI->getOperand(2).getReg();
645     // Early exit if the regs aren't all low regs.
646     if (!isARMLowRegister(Reg0) || !isARMLowRegister(Reg1)
647         || !isARMLowRegister(Reg2))
648       return false;
649     if (Reg0 != Reg2) {
650       // If the other operand also isn't the same as the destination, we
651       // can't reduce.
652       if (Reg1 != Reg0)
653         return false;
654       // Try to commute the operands to make it a 2-address instruction.
655       MachineInstr *CommutedMI = TII->commuteInstruction(MI);
656       if (!CommutedMI)
657         return false;
658     }
659   } else if (Reg0 != Reg1) {
660     // Try to commute the operands to make it a 2-address instruction.
661     unsigned CommOpIdx1, CommOpIdx2;
662     if (!TII->findCommutedOpIndices(MI, CommOpIdx1, CommOpIdx2) ||
663         CommOpIdx1 != 1 || MI->getOperand(CommOpIdx2).getReg() != Reg0)
664       return false;
665     MachineInstr *CommutedMI = TII->commuteInstruction(MI);
666     if (!CommutedMI)
667       return false;
668   }
669   if (Entry.LowRegs2 && !isARMLowRegister(Reg0))
670     return false;
671   if (Entry.Imm2Limit) {
672     unsigned Imm = MI->getOperand(2).getImm();
673     unsigned Limit = (1 << Entry.Imm2Limit) - 1;
674     if (Imm > Limit)
675       return false;
676   } else {
677     unsigned Reg2 = MI->getOperand(2).getReg();
678     if (Entry.LowRegs2 && !isARMLowRegister(Reg2))
679       return false;
680   }
681
682   // Check if it's possible / necessary to transfer the predicate.
683   const MCInstrDesc &NewMCID = TII->get(Entry.NarrowOpc2);
684   unsigned PredReg = 0;
685   ARMCC::CondCodes Pred = getInstrPredicate(MI, PredReg);
686   bool SkipPred = false;
687   if (Pred != ARMCC::AL) {
688     if (!NewMCID.isPredicable())
689       // Can't transfer predicate, fail.
690       return false;
691   } else {
692     SkipPred = !NewMCID.isPredicable();
693   }
694
695   bool HasCC = false;
696   bool CCDead = false;
697   const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
698   if (MCID.hasOptionalDef()) {
699     unsigned NumOps = MCID.getNumOperands();
700     HasCC = (MI->getOperand(NumOps-1).getReg() == ARM::CPSR);
701     if (HasCC && MI->getOperand(NumOps-1).isDead())
702       CCDead = true;
703   }
704   if (!VerifyPredAndCC(MI, Entry, true, Pred, LiveCPSR, HasCC, CCDead))
705     return false;
706
707   // Avoid adding a false dependency on partial flag update by some 16-bit
708   // instructions which has the 's' bit set.
709   if (Entry.PartFlag && NewMCID.hasOptionalDef() && HasCC &&
710       canAddPseudoFlagDep(MI, IsSelfLoop))
711     return false;
712
713   // Add the 16-bit instruction.
714   DebugLoc dl = MI->getDebugLoc();
715   MachineInstrBuilder MIB = BuildMI(MBB, MI, dl, NewMCID);
716   MIB.addOperand(MI->getOperand(0));
717   if (NewMCID.hasOptionalDef()) {
718     if (HasCC)
719       AddDefaultT1CC(MIB, CCDead);
720     else
721       AddNoT1CC(MIB);
722   }
723
724   // Transfer the rest of operands.
725   unsigned NumOps = MCID.getNumOperands();
726   for (unsigned i = 1, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
727     if (i < NumOps && MCID.OpInfo[i].isOptionalDef())
728       continue;
729     if (SkipPred && MCID.OpInfo[i].isPredicate())
730       continue;
731     MIB.addOperand(MI->getOperand(i));
732   }
733
734   // Transfer MI flags.
735   MIB.setMIFlags(MI->getFlags());
736
737   DEBUG(errs() << "Converted 32-bit: " << *MI << "       to 16-bit: " << *MIB);
738
739   MBB.erase_instr(MI);
740   ++Num2Addrs;
741   return true;
742 }
743
744 bool
745 Thumb2SizeReduce::ReduceToNarrow(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
746                                  const ReduceEntry &Entry,
747                                  bool LiveCPSR, bool IsSelfLoop) {
748   if (ReduceLimit != -1 && ((int)NumNarrows >= ReduceLimit))
749     return false;
750
751   if (!MinimizeSize && !OptimizeSize && Entry.AvoidMovs &&
752       STI->avoidMOVsShifterOperand())
753     // Don't issue movs with shifter operand for some CPUs unless we
754     // are optimizing / minimizing for size.
755     return false;
756
757   unsigned Limit = ~0U;
758   if (Entry.Imm1Limit)
759     Limit = (1 << Entry.Imm1Limit) - 1;
760
761   const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
762   for (unsigned i = 0, e = MCID.getNumOperands(); i != e; ++i) {
763     if (MCID.OpInfo[i].isPredicate())
764       continue;
765     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
766     if (MO.isReg()) {
767       unsigned Reg = MO.getReg();
768       if (!Reg || Reg == ARM::CPSR)
769         continue;
770       if (Entry.LowRegs1 && !isARMLowRegister(Reg))
771         return false;
772     } else if (MO.isImm() &&
773                !MCID.OpInfo[i].isPredicate()) {
774       if (((unsigned)MO.getImm()) > Limit)
775         return false;
776     }
777   }
778
779   // Check if it's possible / necessary to transfer the predicate.
780   const MCInstrDesc &NewMCID = TII->get(Entry.NarrowOpc1);
781   unsigned PredReg = 0;
782   ARMCC::CondCodes Pred = getInstrPredicate(MI, PredReg);
783   bool SkipPred = false;
784   if (Pred != ARMCC::AL) {
785     if (!NewMCID.isPredicable())
786       // Can't transfer predicate, fail.
787       return false;
788   } else {
789     SkipPred = !NewMCID.isPredicable();
790   }
791
792   bool HasCC = false;
793   bool CCDead = false;
794   if (MCID.hasOptionalDef()) {
795     unsigned NumOps = MCID.getNumOperands();
796     HasCC = (MI->getOperand(NumOps-1).getReg() == ARM::CPSR);
797     if (HasCC && MI->getOperand(NumOps-1).isDead())
798       CCDead = true;
799   }
800   if (!VerifyPredAndCC(MI, Entry, false, Pred, LiveCPSR, HasCC, CCDead))
801     return false;
802
803   // Avoid adding a false dependency on partial flag update by some 16-bit
804   // instructions which has the 's' bit set.
805   if (Entry.PartFlag && NewMCID.hasOptionalDef() && HasCC &&
806       canAddPseudoFlagDep(MI, IsSelfLoop))
807     return false;
808
809   // Add the 16-bit instruction.
810   DebugLoc dl = MI->getDebugLoc();
811   MachineInstrBuilder MIB = BuildMI(MBB, MI, dl, NewMCID);
812   MIB.addOperand(MI->getOperand(0));
813   if (NewMCID.hasOptionalDef()) {
814     if (HasCC)
815       AddDefaultT1CC(MIB, CCDead);
816     else
817       AddNoT1CC(MIB);
818   }
819
820   // Transfer the rest of operands.
821   unsigned NumOps = MCID.getNumOperands();
822   for (unsigned i = 1, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
823     if (i < NumOps && MCID.OpInfo[i].isOptionalDef())
824       continue;
825     if ((MCID.getOpcode() == ARM::t2RSBSri ||
826          MCID.getOpcode() == ARM::t2RSBri ||
827          MCID.getOpcode() == ARM::t2SXTB ||
828          MCID.getOpcode() == ARM::t2SXTH ||
829          MCID.getOpcode() == ARM::t2UXTB ||
830          MCID.getOpcode() == ARM::t2UXTH) && i == 2)
831       // Skip the zero immediate operand, it's now implicit.
832       continue;
833     bool isPred = (i < NumOps && MCID.OpInfo[i].isPredicate());
834     if (SkipPred && isPred)
835         continue;
836     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
837     if (MO.isReg() && MO.isImplicit() && MO.getReg() == ARM::CPSR)
838       // Skip implicit def of CPSR. Either it's modeled as an optional
839       // def now or it's already an implicit def on the new instruction.
840       continue;
841     MIB.addOperand(MO);
842   }
843   if (!MCID.isPredicable() && NewMCID.isPredicable())
844     AddDefaultPred(MIB);
845
846   // Transfer MI flags.
847   MIB.setMIFlags(MI->getFlags());
848
849   DEBUG(errs() << "Converted 32-bit: " << *MI << "       to 16-bit: " << *MIB);
850
851   MBB.erase_instr(MI);
852   ++NumNarrows;
853   return true;
854 }
855
856 static bool UpdateCPSRDef(MachineInstr &MI, bool LiveCPSR, bool &DefCPSR) {
857   bool HasDef = false;
858   for (const MachineOperand &MO : MI.operands()) {
859     if (!MO.isReg() || MO.isUndef() || MO.isUse())
860       continue;
861     if (MO.getReg() != ARM::CPSR)
862       continue;
863
864     DefCPSR = true;
865     if (!MO.isDead())
866       HasDef = true;
867   }
868
869   return HasDef || LiveCPSR;
870 }
871
872 static bool UpdateCPSRUse(MachineInstr &MI, bool LiveCPSR) {
873   for (const MachineOperand &MO : MI.operands()) {
874     if (!MO.isReg() || MO.isUndef() || MO.isDef())
875       continue;
876     if (MO.getReg() != ARM::CPSR)
877       continue;
878     assert(LiveCPSR && "CPSR liveness tracking is wrong!");
879     if (MO.isKill()) {
880       LiveCPSR = false;
881       break;
882     }
883   }
884
885   return LiveCPSR;
886 }
887
888 bool Thumb2SizeReduce::ReduceMI(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
889                                 bool LiveCPSR, bool IsSelfLoop) {
890   unsigned Opcode = MI->getOpcode();
891   DenseMap<unsigned, unsigned>::iterator OPI = ReduceOpcodeMap.find(Opcode);
892   if (OPI == ReduceOpcodeMap.end())
893     return false;
894   const ReduceEntry &Entry = ReduceTable[OPI->second];
895
896   // Don't attempt normal reductions on "special" cases for now.
897   if (Entry.Special)
898     return ReduceSpecial(MBB, MI, Entry, LiveCPSR, IsSelfLoop);
899
900   // Try to transform to a 16-bit two-address instruction.
901   if (Entry.NarrowOpc2 &&
902       ReduceTo2Addr(MBB, MI, Entry, LiveCPSR, IsSelfLoop))
903     return true;
904
905   // Try to transform to a 16-bit non-two-address instruction.
906   if (Entry.NarrowOpc1 &&
907       ReduceToNarrow(MBB, MI, Entry, LiveCPSR, IsSelfLoop))
908     return true;
909
910   return false;
911 }
912
913 bool Thumb2SizeReduce::ReduceMBB(MachineBasicBlock &MBB) {
914   bool Modified = false;
915
916   // Yes, CPSR could be livein.
917   bool LiveCPSR = MBB.isLiveIn(ARM::CPSR);
918   MachineInstr *BundleMI = 0;
919
920   CPSRDef = 0;
921   HighLatencyCPSR = false;
922
923   // Check predecessors for the latest CPSRDef.
924   for (MachineBasicBlock::pred_iterator
925        I = MBB.pred_begin(), E = MBB.pred_end(); I != E; ++I) {
926     const MBBInfo &PInfo = BlockInfo[(*I)->getNumber()];
927     if (!PInfo.Visited) {
928       // Since blocks are visited in RPO, this must be a back-edge.
929       continue;
930     }
931     if (PInfo.HighLatencyCPSR) {
932       HighLatencyCPSR = true;
933       break;
934     }
935   }
936
937   // If this BB loops back to itself, conservatively avoid narrowing the
938   // first instruction that does partial flag update.
939   bool IsSelfLoop = MBB.isSuccessor(&MBB);
940   MachineBasicBlock::instr_iterator MII = MBB.instr_begin(),E = MBB.instr_end();
941   MachineBasicBlock::instr_iterator NextMII;
942   for (; MII != E; MII = NextMII) {
943     NextMII = std::next(MII);
944
945     MachineInstr *MI = &*MII;
946     if (MI->isBundle()) {
947       BundleMI = MI;
948       continue;
949     }
950     if (MI->isDebugValue())
951       continue;
952
953     LiveCPSR = UpdateCPSRUse(*MI, LiveCPSR);
954
955     // Does NextMII belong to the same bundle as MI?
956     bool NextInSameBundle = NextMII != E && NextMII->isBundledWithPred();
957
958     if (ReduceMI(MBB, MI, LiveCPSR, IsSelfLoop)) {
959       Modified = true;
960       MachineBasicBlock::instr_iterator I = std::prev(NextMII);
961       MI = &*I;
962       // Removing and reinserting the first instruction in a bundle will break
963       // up the bundle. Fix the bundling if it was broken.
964       if (NextInSameBundle && !NextMII->isBundledWithPred())
965         NextMII->bundleWithPred();
966     }
967
968     if (!NextInSameBundle && MI->isInsideBundle()) {
969       // FIXME: Since post-ra scheduler operates on bundles, the CPSR kill
970       // marker is only on the BUNDLE instruction. Process the BUNDLE
971       // instruction as we finish with the bundled instruction to work around
972       // the inconsistency.
973       if (BundleMI->killsRegister(ARM::CPSR))
974         LiveCPSR = false;
975       MachineOperand *MO = BundleMI->findRegisterDefOperand(ARM::CPSR);
976       if (MO && !MO->isDead())
977         LiveCPSR = true;
978       MO = BundleMI->findRegisterUseOperand(ARM::CPSR);
979       if (MO && !MO->isKill())
980         LiveCPSR = true;
981     }
982
983     bool DefCPSR = false;
984     LiveCPSR = UpdateCPSRDef(*MI, LiveCPSR, DefCPSR);
985     if (MI->isCall()) {
986       // Calls don't really set CPSR.
987       CPSRDef = 0;
988       HighLatencyCPSR = false;
989       IsSelfLoop = false;
990     } else if (DefCPSR) {
991       // This is the last CPSR defining instruction.
992       CPSRDef = MI;
993       HighLatencyCPSR = isHighLatencyCPSR(CPSRDef);
994       IsSelfLoop = false;
995     }
996   }
997
998   MBBInfo &Info = BlockInfo[MBB.getNumber()];
999   Info.HighLatencyCPSR = HighLatencyCPSR;
1000   Info.Visited = true;
1001   return Modified;
1002 }
1003
1004 bool Thumb2SizeReduce::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
1005   const TargetMachine &TM = MF.getTarget();
1006   TII = static_cast<const Thumb2InstrInfo*>(TM.getInstrInfo());
1007   STI = &TM.getSubtarget<ARMSubtarget>();
1008
1009   // Optimizing / minimizing size?
1010   AttributeSet FnAttrs = MF.getFunction()->getAttributes();
1011   OptimizeSize = FnAttrs.hasAttribute(AttributeSet::FunctionIndex,
1012                                       Attribute::OptimizeForSize);
1013   MinimizeSize = STI->isMinSize();
1014
1015   BlockInfo.clear();
1016   BlockInfo.resize(MF.getNumBlockIDs());
1017
1018   // Visit blocks in reverse post-order so LastCPSRDef is known for all
1019   // predecessors.
1020   ReversePostOrderTraversal<MachineFunction*> RPOT(&MF);
1021   bool Modified = false;
1022   for (ReversePostOrderTraversal<MachineFunction*>::rpo_iterator
1023        I = RPOT.begin(), E = RPOT.end(); I != E; ++I)
1024     Modified |= ReduceMBB(**I);
1025   return Modified;
1026 }
1027
1028 /// createThumb2SizeReductionPass - Returns an instance of the Thumb2 size
1029 /// reduction pass.
1030 FunctionPass *llvm::createThumb2SizeReductionPass() {
1031   return new Thumb2SizeReduce();
1032 }