lib/Target/Mips/MipsFrameLowering.cpp

   1 //=======- MipsFrameLowering.cpp - Mips 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 Mips implementation of TargetFrameLowering class.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #include "MipsFrameLowering.h"
  15 #include "MipsInstrInfo.h"
  16 #include "MipsMachineFunction.h"
  17 #include "llvm/Function.h"
  18 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
  19 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
  20 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
  21 #include "llvm/CodeGen/MachineModuleInfo.h"
  22 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
  23 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  24 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
  25 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  26
  27 using namespace llvm;
  28
  29
  30 //===----------------------------------------------------------------------===//
  31 //
  32 // Stack Frame Processing methods
  33 // +----------------------------+
  34 //
  35 // The stack is allocated decrementing the stack pointer on
  36 // the first instruction of a function prologue. Once decremented,
  37 // all stack references are done thought a positive offset
  38 // from the stack/frame pointer, so the stack is considering
  39 // to grow up! Otherwise terrible hacks would have to be made
  40 // to get this stack ABI compliant :)
  41 //
  42 //  The stack frame required by the ABI (after call):
  43 //  Offset
  44 //
  45 //  0                 ----------
  46 //  4                 Args to pass
  47 //  .                 saved $GP  (used in PIC)
  48 //  .                 Alloca allocations
  49 //  .                 Local Area
  50 //  .                 CPU "Callee Saved" Registers
  51 //  .                 saved FP
  52 //  .                 saved RA
  53 //  .                 FPU "Callee Saved" Registers
  54 //  StackSize         -----------
  55 //
  56 // Offset - offset from sp after stack allocation on function prologue
  57 //
  58 // The sp is the stack pointer subtracted/added from the stack size
  59 // at the Prologue/Epilogue
  60 //
  61 // References to the previous stack (to obtain arguments) are done
  62 // with offsets that exceeds the stack size: (stacksize+(4*(num_arg-1))
  63 //
  64 // Examples:
  65 // - reference to the actual stack frame
  66 //   for any local area var there is smt like : FI >= 0, StackOffset: 4
  67 //     sw REGX, 4(SP)
  68 //
  69 // - reference to previous stack frame
  70 //   suppose there's a load to the 5th arguments : FI < 0, StackOffset: 16.
  71 //   The emitted instruction will be something like:
  72 //     lw REGX, 16+StackSize(SP)
  73 //
  74 // Since the total stack size is unknown on LowerFormalArguments, all
  75 // stack references (ObjectOffset) created to reference the function
  76 // arguments, are negative numbers. This way, on eliminateFrameIndex it's
  77 // possible to detect those references and the offsets are adjusted to
  78 // their real location.
  79 //
  80 //===----------------------------------------------------------------------===//
  81
  82 // hasFP - Return true if the specified function should have a dedicated frame
  83 // pointer register.  This is true if the function has variable sized allocas or
  84 // if frame pointer elimination is disabled.
  85 bool MipsFrameLowering::hasFP(const MachineFunction &MF) const {
  86   const MachineFrameInfo *MFI = MF.getFrameInfo();
  87   return DisableFramePointerElim(MF) || MFI->hasVarSizedObjects();
  88 }
  89
  90 void MipsFrameLowering::adjustMipsStackFrame(MachineFunction &MF) const {
  91   MachineFrameInfo *MFI = MF.getFrameInfo();
  92   MipsFunctionInfo *MipsFI = MF.getInfo<MipsFunctionInfo>();
  93   const std::vector<CalleeSavedInfo> &CSI = MFI->getCalleeSavedInfo();
  94   unsigned StackAlign = getStackAlignment();
  95   unsigned RegSize = STI.isGP32bit() ? 4 : 8;
  96   bool HasGP = MipsFI->needGPSaveRestore();
  97
  98   // Min and Max CSI FrameIndex.
  99   int MinCSFI = -1, MaxCSFI = -1;
 100
 101   // See the description at MipsMachineFunction.h
 102   int TopCPUSavedRegOff = -1, TopFPUSavedRegOff = -1;
 103
 104   // Replace the dummy '0' SPOffset by the negative offsets, as explained on
 105   // LowerFormalArguments. Leaving '0' for while is necessary to avoid the
 106   // approach done by calculateFrameObjectOffsets to the stack frame.
 107   MipsFI->adjustLoadArgsFI(MFI);
 108   MipsFI->adjustStoreVarArgsFI(MFI);
 109
 110   // It happens that the default stack frame allocation order does not directly
 111   // map to the convention used for mips. So we must fix it. We move the callee
 112   // save register slots after the local variables area, as described in the
 113   // stack frame above.
 114   unsigned CalleeSavedAreaSize = 0;
 115   if (!CSI.empty()) {
 116     MinCSFI = CSI[0].getFrameIdx();
 117     MaxCSFI = CSI[CSI.size()-1].getFrameIdx();
 118   }
 119   for (unsigned i = 0, e = CSI.size(); i != e; ++i)
 120     CalleeSavedAreaSize += MFI->getObjectAlignment(CSI[i].getFrameIdx());
 121
 122   unsigned StackOffset = HasGP ? (MipsFI->getGPStackOffset()+RegSize)
 123                 : (STI.isABI_O32() ? 16 : 0);
 124
 125   // Adjust local variables. They should come on the stack right
 126   // after the arguments.
 127   int LastOffsetFI = -1;
 128   for (int i = 0, e = MFI->getObjectIndexEnd(); i != e; ++i) {
 129     if (i >= MinCSFI && i <= MaxCSFI)
 130       continue;
 131     if (MFI->isDeadObjectIndex(i))
 132       continue;
 133     unsigned Offset =
 134       StackOffset + MFI->getObjectOffset(i) - CalleeSavedAreaSize;
 135     if (LastOffsetFI == -1)
 136       LastOffsetFI = i;
 137     if (Offset > MFI->getObjectOffset(LastOffsetFI))
 138       LastOffsetFI = i;
 139     MFI->setObjectOffset(i, Offset);
 140   }
 141
 142   // Adjust CPU Callee Saved Registers Area. Registers RA and FP must
 143   // be saved in this CPU Area. This whole area must be aligned to the
 144   // default Stack Alignment requirements.
 145   if (LastOffsetFI >= 0)
 146     StackOffset = MFI->getObjectOffset(LastOffsetFI)+
 147                   MFI->getObjectSize(LastOffsetFI);
 148   StackOffset = ((StackOffset+StackAlign-1)/StackAlign*StackAlign);
 149
 150   for (unsigned i = 0, e = CSI.size(); i != e ; ++i) {
 151     unsigned Reg = CSI[i].getReg();
 152     if (!Mips::CPURegsRegisterClass->contains(Reg))
 153       break;
 154     MFI->setObjectOffset(CSI[i].getFrameIdx(), StackOffset);
 155     TopCPUSavedRegOff = StackOffset;
 156     StackOffset += MFI->getObjectAlignment(CSI[i].getFrameIdx());
 157   }
 158
 159   // Stack locations for FP and RA. If only one of them is used,
 160   // the space must be allocated for both, otherwise no space at all.
 161   if (hasFP(MF) || MFI->adjustsStack()) {
 162     // FP stack location
 163     MFI->setObjectOffset(MFI->CreateStackObject(RegSize, RegSize, true),
 164                          StackOffset);
 165     MipsFI->setFPStackOffset(StackOffset);
 166     TopCPUSavedRegOff = StackOffset;
 167     StackOffset += RegSize;
 168
 169     // SP stack location
 170     MFI->setObjectOffset(MFI->CreateStackObject(RegSize, RegSize, true),
 171                          StackOffset);
 172     MipsFI->setRAStackOffset(StackOffset);
 173     StackOffset += RegSize;
 174
 175     if (MFI->adjustsStack())
 176       TopCPUSavedRegOff += RegSize;
 177   }
 178
 179   StackOffset = ((StackOffset+StackAlign-1)/StackAlign*StackAlign);
 180
 181   // Adjust FPU Callee Saved Registers Area. This Area must be
 182   // aligned to the default Stack Alignment requirements.
 183   for (unsigned i = 0, e = CSI.size(); i != e; ++i) {
 184     unsigned Reg = CSI[i].getReg();
 185     if (Mips::CPURegsRegisterClass->contains(Reg))
 186       continue;
 187     MFI->setObjectOffset(CSI[i].getFrameIdx(), StackOffset);
 188     TopFPUSavedRegOff = StackOffset;
 189     StackOffset += MFI->getObjectAlignment(CSI[i].getFrameIdx());
 190   }
 191   StackOffset = ((StackOffset+StackAlign-1)/StackAlign*StackAlign);
 192
 193   // Update frame info
 194   MFI->setStackSize(StackOffset);
 195
 196   // Recalculate the final tops offset. The final values must be '0'
 197   // if there isn't a callee saved register for CPU or FPU, otherwise
 198   // a negative offset is needed.
 199   if (TopCPUSavedRegOff >= 0)
 200     MipsFI->setCPUTopSavedRegOff(TopCPUSavedRegOff-StackOffset);
 201
 202   if (TopFPUSavedRegOff >= 0)
 203     MipsFI->setFPUTopSavedRegOff(TopFPUSavedRegOff-StackOffset);
 204 }
 205
 206
 207 // expand pair of register and immediate if the immediate doesn't fit in the 16-bit
 208 // offset field.
 209 // e.g.
 210 //  if OrigImm = 0x10000, OrigReg = $sp:
 211 //    generate the following sequence of instrs:
 212 //      lui  $at, hi(0x10000)
 213 //      addu $at, $sp, $at
 214 //
 215 //    (NewReg, NewImm) = ($at, lo(Ox10000))
 216 //    return true
 217 static bool expandRegLargeImmPair(unsigned OrigReg, int OrigImm,
 218                                   unsigned& NewReg, int& NewImm,
 219                                   MachineBasicBlock& MBB, MachineBasicBlock::iterator I) {
 220   // OrigImm fits in the 16-bit field
 221   if (OrigImm < 0x8000 && OrigImm >= -0x8000) {
 222     NewReg = OrigReg;
 223     NewImm = OrigImm;
 224     return false;
 225   }
 226
 227   MachineFunction* MF = MBB.getParent();
 228   const TargetInstrInfo *TII = MF->getTarget().getInstrInfo();
 229   DebugLoc DL = I->getDebugLoc();
 230   int ImmLo = OrigImm & 0xffff;
 231   int ImmHi = (((unsigned)OrigImm & 0xffff0000) >> 16) + ((OrigImm & 0x8000) != 0);
 232
 233   // FIXME: change this when mips goes MC".
 234   BuildMI(MBB, I, DL, TII->get(Mips::NOAT));
 235   BuildMI(MBB, I, DL, TII->get(Mips::LUi), Mips::AT).addImm(ImmHi);
 236   BuildMI(MBB, I, DL, TII->get(Mips::ADDu), Mips::AT).addReg(OrigReg).addReg(Mips::AT);
 237   NewReg = Mips::AT;
 238   NewImm = ImmLo;
 239
 240   return true;
 241 }
 242
 243 void MipsFrameLowering::emitPrologue(MachineFunction &MF) const {
 244   MachineBasicBlock &MBB   = MF.front();
 245   MachineFrameInfo *MFI    = MF.getFrameInfo();
 246   MipsFunctionInfo *MipsFI = MF.getInfo<MipsFunctionInfo>();
 247   const MipsRegisterInfo *RegInfo =
 248     static_cast<const MipsRegisterInfo*>(MF.getTarget().getRegisterInfo());
 249   const MipsInstrInfo &TII =
 250     *static_cast<const MipsInstrInfo*>(MF.getTarget().getInstrInfo());
 251   MachineBasicBlock::iterator MBBI = MBB.begin();
 252   DebugLoc dl = MBBI != MBB.end() ? MBBI->getDebugLoc() : DebugLoc();
 253   bool isPIC = (MF.getTarget().getRelocationModel() == Reloc::PIC_);
 254   unsigned NewReg = 0;
 255   int NewImm = 0;
 256   bool ATUsed;
 257
 258   // Get the right frame order for Mips.
 259   adjustMipsStackFrame(MF);
 260
 261   // Get the number of bytes to allocate from the FrameInfo.
 262   unsigned StackSize = MFI->getStackSize();
 263
 264   // No need to allocate space on the stack.
 265   if (StackSize == 0 && !MFI->adjustsStack()) return;
 266
 267   int FPOffset = MipsFI->getFPStackOffset();
 268   int RAOffset = MipsFI->getRAStackOffset();
 269
 270   BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::NOREORDER));
 271
 272   // TODO: check need from GP here.
 273   if (isPIC && STI.isABI_O32())
 274     BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::CPLOAD))
 275       .addReg(RegInfo->getPICCallReg());
 276   BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::NOMACRO));
 277
 278   // Adjust stack : addi sp, sp, (-imm)
 279   ATUsed = expandRegLargeImmPair(Mips::SP, -StackSize, NewReg, NewImm, MBB,
 280                                  MBBI);
 281   BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::ADDiu), Mips::SP)
 282     .addReg(NewReg).addImm(NewImm);
 283
 284   // FIXME: change this when mips goes MC".
 285   if (ATUsed)
 286     BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::ATMACRO));
 287
 288   // Save the return address only if the function isnt a leaf one.
 289   // sw  $ra, stack_loc($sp)
 290   if (MFI->adjustsStack()) {
 291     ATUsed = expandRegLargeImmPair(Mips::SP, RAOffset, NewReg, NewImm, MBB,
 292                                    MBBI);
 293     BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::SW))
 294       .addReg(Mips::RA).addImm(NewImm).addReg(NewReg);
 295
 296     // FIXME: change this when mips goes MC".
 297     if (ATUsed)
 298       BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::ATMACRO));
 299   }
 300
 301   // if framepointer enabled, save it and set it
 302   // to point to the stack pointer
 303   if (hasFP(MF)) {
 304     // sw  $fp,stack_loc($sp)
 305     ATUsed = expandRegLargeImmPair(Mips::SP, FPOffset, NewReg, NewImm, MBB,
 306                                    MBBI);
 307     BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::SW))
 308       .addReg(Mips::FP).addImm(NewImm).addReg(NewReg);
 309
 310     // FIXME: change this when mips goes MC".
 311     if (ATUsed)
 312       BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::ATMACRO));
 313
 314     // move $fp, $sp
 315     BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::ADDu), Mips::FP)
 316       .addReg(Mips::SP).addReg(Mips::ZERO);
 317   }
 318
 319   // Restore GP from the saved stack location
 320   if (MipsFI->needGPSaveRestore())
 321     BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::CPRESTORE))
 322       .addImm(MipsFI->getGPStackOffset());
 323 }
 324
 325 void MipsFrameLowering::emitEpilogue(MachineFunction &MF,
 326                                  MachineBasicBlock &MBB) const {
 327   MachineBasicBlock::iterator MBBI = MBB.getLastNonDebugInstr();
 328   MachineFrameInfo *MFI            = MF.getFrameInfo();
 329   MipsFunctionInfo *MipsFI         = MF.getInfo<MipsFunctionInfo>();
 330   const MipsInstrInfo &TII =
 331     *static_cast<const MipsInstrInfo*>(MF.getTarget().getInstrInfo());
 332   DebugLoc dl = MBBI->getDebugLoc();
 333
 334   // Get the number of bytes from FrameInfo
 335   int NumBytes = (int) MFI->getStackSize();
 336
 337   // Get the FI's where RA and FP are saved.
 338   int FPOffset = MipsFI->getFPStackOffset();
 339   int RAOffset = MipsFI->getRAStackOffset();
 340
 341   unsigned NewReg = 0;
 342   int NewImm = 0;
 343   bool ATUsed = false;
 344
 345   // if framepointer enabled, restore it and restore the
 346   // stack pointer
 347   if (hasFP(MF)) {
 348     // move $sp, $fp
 349     BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::ADDu), Mips::SP)
 350       .addReg(Mips::FP).addReg(Mips::ZERO);
 351
 352     // lw  $fp,stack_loc($sp)
 353     ATUsed = expandRegLargeImmPair(Mips::SP, FPOffset, NewReg, NewImm, MBB,
 354                                    MBBI);
 355     BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::LW), Mips::FP)
 356       .addImm(NewImm).addReg(NewReg);
 357
 358     // FIXME: change this when mips goes MC".
 359     if (ATUsed)
 360       BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::ATMACRO));
 361   }
 362
 363   // Restore the return address only if the function isnt a leaf one.
 364   // lw  $ra, stack_loc($sp)
 365   if (MFI->adjustsStack()) {
 366     ATUsed = expandRegLargeImmPair(Mips::SP, RAOffset, NewReg, NewImm, MBB,
 367                                    MBBI);
 368     BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::LW), Mips::RA)
 369       .addImm(NewImm).addReg(NewReg);
 370
 371     // FIXME: change this when mips goes MC".
 372     if (ATUsed)
 373       BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::ATMACRO));
 374   }
 375
 376   // adjust stack  : insert addi sp, sp, (imm)
 377   if (NumBytes) {
 378     ATUsed = expandRegLargeImmPair(Mips::SP, NumBytes, NewReg, NewImm, MBB,
 379                                    MBBI);
 380     BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::ADDiu), Mips::SP)
 381       .addReg(NewReg).addImm(NewImm);
 382
 383     // FIXME: change this when mips goes MC".
 384     if (ATUsed)
 385       BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::ATMACRO));
 386   }
 387 }
 388
 389 void MipsFrameLowering::
 390 processFunctionBeforeFrameFinalized(MachineFunction &MF) const {
 391   const MipsRegisterInfo *RegInfo =
 392     static_cast<const MipsRegisterInfo*>(MF.getTarget().getRegisterInfo());
 393   RegInfo->processFunctionBeforeFrameFinalized(MF);
 394 }