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 "MCTargetDesc/MipsBaseInfo.h"
  18 #include "llvm/Function.h"
  19 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
  20 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
  21 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
  22 #include "llvm/CodeGen/MachineModuleInfo.h"
  23 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
  24 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  25 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
  26 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  27
  28 using namespace llvm;
  29
  30
  31 //===----------------------------------------------------------------------===//
  32 //
  33 // Stack Frame Processing methods
  34 // +----------------------------+
  35 //
  36 // The stack is allocated decrementing the stack pointer on
  37 // the first instruction of a function prologue. Once decremented,
  38 // all stack references are done thought a positive offset
  39 // from the stack/frame pointer, so the stack is considering
  40 // to grow up! Otherwise terrible hacks would have to be made
  41 // to get this stack ABI compliant :)
  42 //
  43 //  The stack frame required by the ABI (after call):
  44 //  Offset
  45 //
  46 //  0                 ----------
  47 //  4                 Args to pass
  48 //  .                 saved $GP  (used in PIC)
  49 //  .                 Alloca allocations
  50 //  .                 Local Area
  51 //  .                 CPU "Callee Saved" Registers
  52 //  .                 saved FP
  53 //  .                 saved RA
  54 //  .                 FPU "Callee Saved" Registers
  55 //  StackSize         -----------
  56 //
  57 // Offset - offset from sp after stack allocation on function prologue
  58 //
  59 // The sp is the stack pointer subtracted/added from the stack size
  60 // at the Prologue/Epilogue
  61 //
  62 // References to the previous stack (to obtain arguments) are done
  63 // with offsets that exceeds the stack size: (stacksize+(4*(num_arg-1))
  64 //
  65 // Examples:
  66 // - reference to the actual stack frame
  67 //   for any local area var there is smt like : FI >= 0, StackOffset: 4
  68 //     sw REGX, 4(SP)
  69 //
  70 // - reference to previous stack frame
  71 //   suppose there's a load to the 5th arguments : FI < 0, StackOffset: 16.
  72 //   The emitted instruction will be something like:
  73 //     lw REGX, 16+StackSize(SP)
  74 //
  75 // Since the total stack size is unknown on LowerFormalArguments, all
  76 // stack references (ObjectOffset) created to reference the function
  77 // arguments, are negative numbers. This way, on eliminateFrameIndex it's
  78 // possible to detect those references and the offsets are adjusted to
  79 // their real location.
  80 //
  81 //===----------------------------------------------------------------------===//
  82
  83 // hasFP - Return true if the specified function should have a dedicated frame
  84 // pointer register.  This is true if the function has variable sized allocas or
  85 // if frame pointer elimination is disabled.
  86 bool MipsFrameLowering::hasFP(const MachineFunction &MF) const {
  87   const MachineFrameInfo *MFI = MF.getFrameInfo();
  88   return MF.getTarget().Options.DisableFramePointerElim(MF) ||
  89       MFI->hasVarSizedObjects() || MFI->isFrameAddressTaken();
  90 }
  91
  92 bool MipsFrameLowering::targetHandlesStackFrameRounding() const {
  93   return true;
  94 }
  95
  96 static unsigned AlignOffset(unsigned Offset, unsigned Align) {
  97   return (Offset + Align - 1) / Align * Align;
  98 }
  99
 100 // expand pair of register and immediate if the immediate doesn't fit in the
 101 // 16-bit offset field.
 102 // e.g.
 103 //  if OrigImm = 0x10000, OrigReg = $sp:
 104 //    generate the following sequence of instrs:
 105 //      lui  $at, hi(0x10000)
 106 //      addu $at, $sp, $at
 107 //
 108 //    (NewReg, NewImm) = ($at, lo(Ox10000))
 109 //    return true
 110 static bool expandRegLargeImmPair(unsigned OrigReg, int OrigImm,
 111                                   unsigned& NewReg, int& NewImm,
 112                                   MachineBasicBlock& MBB,
 113                                   MachineBasicBlock::iterator I) {
 114   // OrigImm fits in the 16-bit field
 115   if (OrigImm < 0x8000 && OrigImm >= -0x8000) {
 116     NewReg = OrigReg;
 117     NewImm = OrigImm;
 118     return false;
 119   }
 120
 121   MachineFunction* MF = MBB.getParent();
 122   const TargetInstrInfo *TII = MF->getTarget().getInstrInfo();
 123   DebugLoc DL = I->getDebugLoc();
 124   int ImmLo = (short)(OrigImm & 0xffff);
 125   int ImmHi = (((unsigned)OrigImm & 0xffff0000) >> 16) +
 126               ((OrigImm & 0x8000) != 0);
 127
 128   // FIXME: change this when mips goes MC".
 129   BuildMI(MBB, I, DL, TII->get(Mips::NOAT));
 130   BuildMI(MBB, I, DL, TII->get(Mips::LUi), Mips::AT).addImm(ImmHi);
 131   BuildMI(MBB, I, DL, TII->get(Mips::ADDu), Mips::AT).addReg(OrigReg)
 132                                                      .addReg(Mips::AT);
 133   NewReg = Mips::AT;
 134   NewImm = ImmLo;
 135
 136   return true;
 137 }
 138
 139 void MipsFrameLowering::emitPrologue(MachineFunction &MF) const {
 140   MachineBasicBlock &MBB   = MF.front();
 141   MachineFrameInfo *MFI    = MF.getFrameInfo();
 142   MipsFunctionInfo *MipsFI = MF.getInfo<MipsFunctionInfo>();
 143   const MipsRegisterInfo *RegInfo =
 144     static_cast<const MipsRegisterInfo*>(MF.getTarget().getRegisterInfo());
 145   const MipsInstrInfo &TII =
 146     *static_cast<const MipsInstrInfo*>(MF.getTarget().getInstrInfo());
 147   MachineBasicBlock::iterator MBBI = MBB.begin();
 148   DebugLoc dl = MBBI != MBB.end() ? MBBI->getDebugLoc() : DebugLoc();
 149   bool isPIC = (MF.getTarget().getRelocationModel() == Reloc::PIC_);
 150   unsigned NewReg = 0;
 151   int NewImm = 0;
 152   bool ATUsed;
 153   unsigned GP = STI.isABI_N64() ? Mips::GP_64 : Mips::GP;
 154   unsigned T9 = STI.isABI_N64() ? Mips::T9_64 : Mips::T9;
 155   unsigned SP = STI.isABI_N64() ? Mips::SP_64 : Mips::SP;
 156   unsigned FP = STI.isABI_N64() ? Mips::FP_64 : Mips::FP;
 157   unsigned ZERO = STI.isABI_N64() ? Mips::ZERO_64 : Mips::ZERO;
 158   unsigned ADDu = STI.isABI_N64() ? Mips::DADDu : Mips::ADDu;
 159   unsigned ADDiu = STI.isABI_N64() ? Mips::DADDiu : Mips::ADDiu;
 160   unsigned LUi = STI.isABI_N64() ? Mips::LUi64 : Mips::LUi;
 161
 162   // First, compute final stack size.
 163   unsigned RegSize = STI.isGP32bit() ? 4 : 8;
 164   unsigned StackAlign = getStackAlignment();
 165   unsigned LocalVarAreaOffset = MipsFI->needGPSaveRestore() ?
 166     (MFI->getObjectOffset(MipsFI->getGPFI()) + RegSize) :
 167     MipsFI->getMaxCallFrameSize();
 168   unsigned StackSize = AlignOffset(LocalVarAreaOffset, StackAlign) +
 169     AlignOffset(MFI->getStackSize(), StackAlign);
 170
 171    // Update stack size
 172   MFI->setStackSize(StackSize);
 173
 174   BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::NOREORDER));
 175   BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::NOMACRO));
 176
 177   // Emit instructions that set $gp using the the value of $t9.
 178   // O32 uses the directive .cpload while N32/64 requires three instructions to
 179   // do this.
 180   // TODO: Do not emit these instructions if no instructions use $gp.
 181   if (isPIC && STI.isABI_O32())
 182     BuildMI(MBB, llvm::prior(MBBI), dl, TII.get(Mips::CPLOAD))
 183       .addReg(RegInfo->getPICCallReg());
 184   else if (STI.isABI_N64() || (isPIC && STI.isABI_N32())) {
 185     //  lui     $28,%hi(%neg(%gp_rel(fname)))
 186     //  addu    $28,$28,$25
 187     //  addiu   $28,$28,%lo(%neg(%gp_rel(fname)))
 188     const GlobalValue *FName = MF.getFunction();
 189     BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(LUi), GP)
 190       .addGlobalAddress(FName, 0, MipsII::MO_GPOFF_HI);
 191     BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(ADDu), GP).addReg(GP).addReg(T9);
 192     BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(ADDiu), GP).addReg(GP)
 193       .addGlobalAddress(FName, 0, MipsII::MO_GPOFF_LO);
 194   }
 195
 196   // No need to allocate space on the stack.
 197   if (StackSize == 0 && !MFI->adjustsStack()) return;
 198
 199   MachineModuleInfo &MMI = MF.getMMI();
 200   std::vector<MachineMove> &Moves = MMI.getFrameMoves();
 201   MachineLocation DstML, SrcML;
 202
 203   // Adjust stack : addi sp, sp, (-imm)
 204   ATUsed = expandRegLargeImmPair(SP, -StackSize, NewReg, NewImm, MBB, MBBI);
 205   BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(ADDiu), SP).addReg(NewReg).addImm(NewImm);
 206
 207   // FIXME: change this when mips goes MC".
 208   if (ATUsed)
 209     BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::ATMACRO));
 210
 211   // emit ".cfi_def_cfa_offset StackSize"
 212   MCSymbol *AdjustSPLabel = MMI.getContext().CreateTempSymbol();
 213   BuildMI(MBB, MBBI, dl,
 214           TII.get(TargetOpcode::PROLOG_LABEL)).addSym(AdjustSPLabel);
 215   DstML = MachineLocation(MachineLocation::VirtualFP);
 216   SrcML = MachineLocation(MachineLocation::VirtualFP, -StackSize);
 217   Moves.push_back(MachineMove(AdjustSPLabel, DstML, SrcML));
 218
 219   const std::vector<CalleeSavedInfo> &CSI = MFI->getCalleeSavedInfo();
 220
 221   if (CSI.size()) {
 222     // Find the instruction past the last instruction that saves a callee-saved
 223     // register to the stack.
 224     for (unsigned i = 0; i < CSI.size(); ++i)
 225       ++MBBI;
 226
 227     // Iterate over list of callee-saved registers and emit .cfi_offset
 228     // directives.
 229     MCSymbol *CSLabel = MMI.getContext().CreateTempSymbol();
 230     BuildMI(MBB, MBBI, dl,
 231             TII.get(TargetOpcode::PROLOG_LABEL)).addSym(CSLabel);
 232
 233     for (std::vector<CalleeSavedInfo>::const_iterator I = CSI.begin(),
 234            E = CSI.end(); I != E; ++I) {
 235       int64_t Offset = MFI->getObjectOffset(I->getFrameIdx());
 236       unsigned Reg = I->getReg();
 237
 238       // If Reg is a double precision register, emit two cfa_offsets,
 239       // one for each of the paired single precision registers.
 240       if (Mips::AFGR64RegisterClass->contains(Reg)) {
 241         const unsigned *SubRegs = RegInfo->getSubRegisters(Reg);
 242         MachineLocation DstML0(MachineLocation::VirtualFP, Offset);
 243         MachineLocation DstML1(MachineLocation::VirtualFP, Offset + 4);
 244         MachineLocation SrcML0(*SubRegs);
 245         MachineLocation SrcML1(*(SubRegs + 1));
 246
 247         if (!STI.isLittle())
 248           std::swap(SrcML0, SrcML1);
 249
 250         Moves.push_back(MachineMove(CSLabel, DstML0, SrcML0));
 251         Moves.push_back(MachineMove(CSLabel, DstML1, SrcML1));
 252       }
 253       else {
 254         // Reg is either in CPURegs or FGR32.
 255         DstML = MachineLocation(MachineLocation::VirtualFP, Offset);
 256         SrcML = MachineLocation(Reg);
 257         Moves.push_back(MachineMove(CSLabel, DstML, SrcML));
 258       }
 259     }
 260   }
 261
 262   // if framepointer enabled, set it to point to the stack pointer.
 263   if (hasFP(MF)) {
 264     // Insert instruction "move $fp, $sp" at this location.
 265     BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(ADDu), FP).addReg(SP).addReg(ZERO);
 266
 267     // emit ".cfi_def_cfa_register $fp"
 268     MCSymbol *SetFPLabel = MMI.getContext().CreateTempSymbol();
 269     BuildMI(MBB, MBBI, dl,
 270             TII.get(TargetOpcode::PROLOG_LABEL)).addSym(SetFPLabel);
 271     DstML = MachineLocation(FP);
 272     SrcML = MachineLocation(MachineLocation::VirtualFP);
 273     Moves.push_back(MachineMove(SetFPLabel, DstML, SrcML));
 274   }
 275
 276   // Restore GP from the saved stack location
 277   if (MipsFI->needGPSaveRestore()) {
 278     unsigned Offset = MFI->getObjectOffset(MipsFI->getGPFI());
 279     BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::CPRESTORE)).addImm(Offset);
 280
 281     if (Offset >= 0x8000) {
 282       BuildMI(MBB, llvm::prior(MBBI), dl, TII.get(Mips::MACRO));
 283       BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::NOMACRO));
 284     }
 285   }
 286 }
 287
 288 void MipsFrameLowering::emitEpilogue(MachineFunction &MF,
 289                                  MachineBasicBlock &MBB) const {
 290   MachineBasicBlock::iterator MBBI = MBB.getLastNonDebugInstr();
 291   MachineFrameInfo *MFI            = MF.getFrameInfo();
 292   const MipsInstrInfo &TII =
 293     *static_cast<const MipsInstrInfo*>(MF.getTarget().getInstrInfo());
 294   DebugLoc dl = MBBI->getDebugLoc();
 295   unsigned SP = STI.isABI_N64() ? Mips::SP_64 : Mips::SP;
 296   unsigned FP = STI.isABI_N64() ? Mips::FP_64 : Mips::FP;
 297   unsigned ZERO = STI.isABI_N64() ? Mips::ZERO_64 : Mips::ZERO;
 298   unsigned ADDu = STI.isABI_N64() ? Mips::DADDu : Mips::ADDu;
 299   unsigned ADDiu = STI.isABI_N64() ? Mips::DADDiu : Mips::ADDiu;
 300
 301   // Get the number of bytes from FrameInfo
 302   unsigned StackSize = MFI->getStackSize();
 303
 304   unsigned NewReg = 0;
 305   int NewImm = 0;
 306   bool ATUsed = false;
 307
 308   // if framepointer enabled, restore the stack pointer.
 309   if (hasFP(MF)) {
 310     // Find the first instruction that restores a callee-saved register.
 311     MachineBasicBlock::iterator I = MBBI;
 312
 313     for (unsigned i = 0; i < MFI->getCalleeSavedInfo().size(); ++i)
 314       --I;
 315
 316     // Insert instruction "move $sp, $fp" at this location.
 317     BuildMI(MBB, I, dl, TII.get(ADDu), SP).addReg(FP).addReg(ZERO);
 318   }
 319
 320   // adjust stack  : insert addi sp, sp, (imm)
 321   if (StackSize) {
 322     ATUsed = expandRegLargeImmPair(SP, StackSize, NewReg, NewImm, MBB, MBBI);
 323     BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(ADDiu), SP).addReg(NewReg).addImm(NewImm);
 324
 325     // FIXME: change this when mips goes MC".
 326     if (ATUsed)
 327       BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::ATMACRO));
 328   }
 329 }
 330
 331 void MipsFrameLowering::
 332 processFunctionBeforeCalleeSavedScan(MachineFunction &MF,
 333                                      RegScavenger *RS) const {
 334   MachineRegisterInfo& MRI = MF.getRegInfo();
 335   unsigned RA = STI.isABI_N64() ? Mips::RA_64 : Mips::RA;
 336   unsigned FP = STI.isABI_N64() ? Mips::FP_64 : Mips::FP;
 337
 338   // FIXME: remove this code if register allocator can correctly mark
 339   //        $fp and $ra used or unused.
 340
 341   // Mark $fp and $ra as used or unused.
 342   if (hasFP(MF))
 343     MRI.setPhysRegUsed(FP);
 344
 345   // The register allocator might determine $ra is used after seeing
 346   // instruction "jr $ra", but we do not want PrologEpilogInserter to insert
 347   // instructions to save/restore $ra unless there is a function call.
 348   // To correct this, $ra is explicitly marked unused if there is no
 349   // function call.
 350   if (MF.getFrameInfo()->hasCalls())
 351     MRI.setPhysRegUsed(RA);
 352   else
 353     MRI.setPhysRegUnused(RA);
 354 }