lib/Target/Mips/MipsFrameLowering.cpp

   1 //===-- MipsFrameLowering.cpp - Mips Frame Information --------------------===//
   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 "MipsAnalyzeImmediate.h"
  15 #include "MipsFrameLowering.h"
  16 #include "MipsInstrInfo.h"
  17 #include "MipsMachineFunction.h"
  18 #include "MCTargetDesc/MipsBaseInfo.h"
  19 #include "llvm/Function.h"
  20 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
  21 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
  22 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
  23 #include "llvm/CodeGen/MachineModuleInfo.h"
  24 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
  25 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  26 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
  27 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  28
  29 using namespace llvm;
  30
  31
  32 //===----------------------------------------------------------------------===//
  33 //
  34 // Stack Frame Processing methods
  35 // +----------------------------+
  36 //
  37 // The stack is allocated decrementing the stack pointer on
  38 // the first instruction of a function prologue. Once decremented,
  39 // all stack references are done thought a positive offset
  40 // from the stack/frame pointer, so the stack is considering
  41 // to grow up! Otherwise terrible hacks would have to be made
  42 // to get this stack ABI compliant :)
  43 //
  44 //  The stack frame required by the ABI (after call):
  45 //  Offset
  46 //
  47 //  0                 ----------
  48 //  4                 Args to pass
  49 //  .                 saved $GP  (used in PIC)
  50 //  .                 Alloca allocations
  51 //  .                 Local Area
  52 //  .                 CPU "Callee Saved" Registers
  53 //  .                 saved FP
  54 //  .                 saved RA
  55 //  .                 FPU "Callee Saved" Registers
  56 //  StackSize         -----------
  57 //
  58 // Offset - offset from sp after stack allocation on function prologue
  59 //
  60 // The sp is the stack pointer subtracted/added from the stack size
  61 // at the Prologue/Epilogue
  62 //
  63 // References to the previous stack (to obtain arguments) are done
  64 // with offsets that exceeds the stack size: (stacksize+(4*(num_arg-1))
  65 //
  66 // Examples:
  67 // - reference to the actual stack frame
  68 //   for any local area var there is smt like : FI >= 0, StackOffset: 4
  69 //     sw REGX, 4(SP)
  70 //
  71 // - reference to previous stack frame
  72 //   suppose there's a load to the 5th arguments : FI < 0, StackOffset: 16.
  73 //   The emitted instruction will be something like:
  74 //     lw REGX, 16+StackSize(SP)
  75 //
  76 // Since the total stack size is unknown on LowerFormalArguments, all
  77 // stack references (ObjectOffset) created to reference the function
  78 // arguments, are negative numbers. This way, on eliminateFrameIndex it's
  79 // possible to detect those references and the offsets are adjusted to
  80 // their real location.
  81 //
  82 //===----------------------------------------------------------------------===//
  83
  84 // hasFP - Return true if the specified function should have a dedicated frame
  85 // pointer register.  This is true if the function has variable sized allocas or
  86 // if frame pointer elimination is disabled.
  87 bool MipsFrameLowering::hasFP(const MachineFunction &MF) const {
  88   const MachineFrameInfo *MFI = MF.getFrameInfo();
  89   return MF.getTarget().Options.DisableFramePointerElim(MF) ||
  90       MFI->hasVarSizedObjects() || MFI->isFrameAddressTaken();
  91 }
  92
  93 bool MipsFrameLowering::targetHandlesStackFrameRounding() const {
  94   return true;
  95 }
  96
  97 // Build an instruction sequence to load an immediate that is too large to fit
  98 // in 16-bit and add the result to Reg.
  99 static void expandLargeImm(unsigned Reg, int64_t Imm, bool IsN64,
 100                            const MipsInstrInfo &TII, MachineBasicBlock& MBB,
 101                            MachineBasicBlock::iterator II, DebugLoc DL) {
 102   unsigned LUi = IsN64 ? Mips::LUi64 : Mips::LUi;
 103   unsigned ADDu = IsN64 ? Mips::DADDu : Mips::ADDu;
 104   unsigned ZEROReg = IsN64 ? Mips::ZERO_64 : Mips::ZERO;
 105   unsigned ATReg = IsN64 ? Mips::AT_64 : Mips::AT;
 106   MipsAnalyzeImmediate AnalyzeImm;
 107   const MipsAnalyzeImmediate::InstSeq &Seq =
 108     AnalyzeImm.Analyze(Imm, IsN64 ? 64 : 32, false /* LastInstrIsADDiu */);
 109   MipsAnalyzeImmediate::InstSeq::const_iterator Inst = Seq.begin();
 110
 111   // FIXME: change this when mips goes MC".
 112   BuildMI(MBB, II, DL, TII.get(Mips::NOAT));
 113
 114   // The first instruction can be a LUi, which is different from other
 115   // instructions (ADDiu, ORI and SLL) in that it does not have a register
 116   // operand.
 117   if (Inst->Opc == LUi)
 118     BuildMI(MBB, II, DL, TII.get(LUi), ATReg)
 119       .addImm(SignExtend64<16>(Inst->ImmOpnd));
 120   else
 121     BuildMI(MBB, II, DL, TII.get(Inst->Opc), ATReg).addReg(ZEROReg)
 122       .addImm(SignExtend64<16>(Inst->ImmOpnd));
 123
 124   // Build the remaining instructions in Seq.
 125   for (++Inst; Inst != Seq.end(); ++Inst)
 126     BuildMI(MBB, II, DL, TII.get(Inst->Opc), ATReg).addReg(ATReg)
 127       .addImm(SignExtend64<16>(Inst->ImmOpnd));
 128
 129   BuildMI(MBB, II, DL, TII.get(ADDu), Reg).addReg(Reg).addReg(ATReg);
 130   BuildMI(MBB, II, DL, TII.get(Mips::ATMACRO));
 131 }
 132
 133 void MipsFrameLowering::emitPrologue(MachineFunction &MF) const {
 134   MachineBasicBlock &MBB   = MF.front();
 135   MachineFrameInfo *MFI    = MF.getFrameInfo();
 136   MipsFunctionInfo *MipsFI = MF.getInfo<MipsFunctionInfo>();
 137   const MipsRegisterInfo *RegInfo =
 138     static_cast<const MipsRegisterInfo*>(MF.getTarget().getRegisterInfo());
 139   MachineRegisterInfo& MRI = MF.getRegInfo();
 140   const MipsInstrInfo &TII =
 141     *static_cast<const MipsInstrInfo*>(MF.getTarget().getInstrInfo());
 142   MachineBasicBlock::iterator MBBI = MBB.begin();
 143   DebugLoc dl = MBBI != MBB.end() ? MBBI->getDebugLoc() : DebugLoc();
 144   bool isPIC = (MF.getTarget().getRelocationModel() == Reloc::PIC_);
 145   unsigned GP = STI.isABI_N64() ? Mips::GP_64 : Mips::GP;
 146   unsigned T9 = STI.isABI_N64() ? Mips::T9_64 : Mips::T9;
 147   unsigned SP = STI.isABI_N64() ? Mips::SP_64 : Mips::SP;
 148   unsigned FP = STI.isABI_N64() ? Mips::FP_64 : Mips::FP;
 149   unsigned ZERO = STI.isABI_N64() ? Mips::ZERO_64 : Mips::ZERO;
 150   unsigned ADDu = STI.isABI_N64() ? Mips::DADDu : Mips::ADDu;
 151   unsigned ADDiu = STI.isABI_N64() ? Mips::DADDiu : Mips::ADDiu;
 152   unsigned LUi = STI.isABI_N64() ? Mips::LUi64 : Mips::LUi;
 153
 154   // First, compute final stack size.
 155   unsigned RegSize = STI.isGP32bit() ? 4 : 8;
 156   unsigned StackAlign = getStackAlignment();
 157   unsigned LocalVarAreaOffset = MipsFI->needGPSaveRestore() ?
 158     (MFI->getObjectOffset(MipsFI->getGPFI()) + RegSize) :
 159     MipsFI->getMaxCallFrameSize();
 160   uint64_t StackSize =  RoundUpToAlignment(LocalVarAreaOffset, StackAlign) +
 161      RoundUpToAlignment(MFI->getStackSize(), StackAlign);
 162
 163    // Update stack size
 164   MFI->setStackSize(StackSize);
 165
 166   BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::NOREORDER));
 167
 168   // Emit instructions that set $gp using the the value of $t9.
 169   // O32 uses the directive .cpload while N32/64 requires three instructions to
 170   // do this.
 171   // TODO: Do not emit these instructions if no instructions use $gp.
 172   if (isPIC && STI.isABI_O32())
 173     BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::CPLOAD))
 174       .addReg(RegInfo->getPICCallReg());
 175
 176   BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::NOMACRO));
 177
 178   // No need to allocate space on the stack.
 179   if (StackSize == 0 && !MFI->adjustsStack()) return;
 180
 181   MachineModuleInfo &MMI = MF.getMMI();
 182   std::vector<MachineMove> &Moves = MMI.getFrameMoves();
 183   MachineLocation DstML, SrcML;
 184
 185   // Adjust stack.
 186   if (isInt<16>(-StackSize)) // addi sp, sp, (-stacksize)
 187     BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(ADDiu), SP).addReg(SP).addImm(-StackSize);
 188   else // Expand immediate that doesn't fit in 16-bit.
 189     expandLargeImm(SP, -StackSize, STI.isABI_N64(), TII, MBB, MBBI, dl);
 190
 191   // emit ".cfi_def_cfa_offset StackSize"
 192   MCSymbol *AdjustSPLabel = MMI.getContext().CreateTempSymbol();
 193   BuildMI(MBB, MBBI, dl,
 194           TII.get(TargetOpcode::PROLOG_LABEL)).addSym(AdjustSPLabel);
 195   DstML = MachineLocation(MachineLocation::VirtualFP);
 196   SrcML = MachineLocation(MachineLocation::VirtualFP, -StackSize);
 197   Moves.push_back(MachineMove(AdjustSPLabel, DstML, SrcML));
 198
 199   const std::vector<CalleeSavedInfo> &CSI = MFI->getCalleeSavedInfo();
 200
 201   if (CSI.size()) {
 202     // Find the instruction past the last instruction that saves a callee-saved
 203     // register to the stack.
 204     for (unsigned i = 0; i < CSI.size(); ++i)
 205       ++MBBI;
 206
 207     // Iterate over list of callee-saved registers and emit .cfi_offset
 208     // directives.
 209     MCSymbol *CSLabel = MMI.getContext().CreateTempSymbol();
 210     BuildMI(MBB, MBBI, dl,
 211             TII.get(TargetOpcode::PROLOG_LABEL)).addSym(CSLabel);
 212
 213     for (std::vector<CalleeSavedInfo>::const_iterator I = CSI.begin(),
 214            E = CSI.end(); I != E; ++I) {
 215       int64_t Offset = MFI->getObjectOffset(I->getFrameIdx());
 216       unsigned Reg = I->getReg();
 217
 218       // If Reg is a double precision register, emit two cfa_offsets,
 219       // one for each of the paired single precision registers.
 220       if (Mips::AFGR64RegisterClass->contains(Reg)) {
 221         const unsigned *SubRegs = RegInfo->getSubRegisters(Reg);
 222         MachineLocation DstML0(MachineLocation::VirtualFP, Offset);
 223         MachineLocation DstML1(MachineLocation::VirtualFP, Offset + 4);
 224         MachineLocation SrcML0(*SubRegs);
 225         MachineLocation SrcML1(*(SubRegs + 1));
 226
 227         if (!STI.isLittle())
 228           std::swap(SrcML0, SrcML1);
 229
 230         Moves.push_back(MachineMove(CSLabel, DstML0, SrcML0));
 231         Moves.push_back(MachineMove(CSLabel, DstML1, SrcML1));
 232       }
 233       else {
 234         // Reg is either in CPURegs or FGR32.
 235         DstML = MachineLocation(MachineLocation::VirtualFP, Offset);
 236         SrcML = MachineLocation(Reg);
 237         Moves.push_back(MachineMove(CSLabel, DstML, SrcML));
 238       }
 239     }
 240   }
 241
 242   if ((STI.isABI_N64() || (isPIC && STI.isABI_N32())) &&
 243       MRI.isPhysRegUsed(GP)) {
 244     //  lui     $28,%hi(%neg(%gp_rel(fname)))
 245     //  addu    $28,$28,$25
 246     //  addiu   $28,$28,%lo(%neg(%gp_rel(fname)))
 247     MachineBasicBlock::iterator InsPos = llvm::prior(MBBI);
 248     const GlobalValue *FName = MF.getFunction();
 249     BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(LUi), GP)
 250       .addGlobalAddress(FName, 0, MipsII::MO_GPOFF_HI);
 251     BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(ADDu), GP).addReg(GP).addReg(T9);
 252     BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(ADDiu), GP).addReg(GP)
 253       .addGlobalAddress(FName, 0, MipsII::MO_GPOFF_LO);
 254     MBBI = ++InsPos;
 255   }
 256
 257   // if framepointer enabled, set it to point to the stack pointer.
 258   if (hasFP(MF)) {
 259     // Insert instruction "move $fp, $sp" at this location.
 260     BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(ADDu), FP).addReg(SP).addReg(ZERO);
 261
 262     // emit ".cfi_def_cfa_register $fp"
 263     MCSymbol *SetFPLabel = MMI.getContext().CreateTempSymbol();
 264     BuildMI(MBB, MBBI, dl,
 265             TII.get(TargetOpcode::PROLOG_LABEL)).addSym(SetFPLabel);
 266     DstML = MachineLocation(FP);
 267     SrcML = MachineLocation(MachineLocation::VirtualFP);
 268     Moves.push_back(MachineMove(SetFPLabel, DstML, SrcML));
 269   }
 270
 271   // Restore GP from the saved stack location
 272   if (MipsFI->needGPSaveRestore()) {
 273     unsigned Offset = MFI->getObjectOffset(MipsFI->getGPFI());
 274     BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::CPRESTORE)).addImm(Offset);
 275
 276     if (Offset >= 0x8000) {
 277       BuildMI(MBB, llvm::prior(MBBI), dl, TII.get(Mips::MACRO));
 278       BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(Mips::NOMACRO));
 279     }
 280   }
 281 }
 282
 283 void MipsFrameLowering::emitEpilogue(MachineFunction &MF,
 284                                  MachineBasicBlock &MBB) const {
 285   MachineBasicBlock::iterator MBBI = MBB.getLastNonDebugInstr();
 286   MachineFrameInfo *MFI            = MF.getFrameInfo();
 287   const MipsInstrInfo &TII =
 288     *static_cast<const MipsInstrInfo*>(MF.getTarget().getInstrInfo());
 289   DebugLoc dl = MBBI->getDebugLoc();
 290   unsigned SP = STI.isABI_N64() ? Mips::SP_64 : Mips::SP;
 291   unsigned FP = STI.isABI_N64() ? Mips::FP_64 : Mips::FP;
 292   unsigned ZERO = STI.isABI_N64() ? Mips::ZERO_64 : Mips::ZERO;
 293   unsigned ADDu = STI.isABI_N64() ? Mips::DADDu : Mips::ADDu;
 294   unsigned ADDiu = STI.isABI_N64() ? Mips::DADDiu : Mips::ADDiu;
 295
 296   // if framepointer enabled, restore the stack pointer.
 297   if (hasFP(MF)) {
 298     // Find the first instruction that restores a callee-saved register.
 299     MachineBasicBlock::iterator I = MBBI;
 300
 301     for (unsigned i = 0; i < MFI->getCalleeSavedInfo().size(); ++i)
 302       --I;
 303
 304     // Insert instruction "move $sp, $fp" at this location.
 305     BuildMI(MBB, I, dl, TII.get(ADDu), SP).addReg(FP).addReg(ZERO);
 306   }
 307
 308   // Get the number of bytes from FrameInfo
 309   uint64_t StackSize = MFI->getStackSize();
 310
 311   if (!StackSize)
 312     return;
 313
 314   // Adjust stack.
 315   if (isInt<16>(StackSize)) // addi sp, sp, (-stacksize)
 316     BuildMI(MBB, MBBI, dl, TII.get(ADDiu), SP).addReg(SP).addImm(StackSize);
 317   else // Expand immediate that doesn't fit in 16-bit.
 318     expandLargeImm(SP, StackSize, STI.isABI_N64(), TII, MBB, MBBI, dl);
 319 }
 320
 321 void MipsFrameLowering::
 322 processFunctionBeforeCalleeSavedScan(MachineFunction &MF,
 323                                      RegScavenger *RS) const {
 324   MachineRegisterInfo& MRI = MF.getRegInfo();
 325   unsigned FP = STI.isABI_N64() ? Mips::FP_64 : Mips::FP;
 326
 327   // FIXME: remove this code if register allocator can correctly mark
 328   //        $fp and $ra used or unused.
 329
 330   // Mark $fp and $ra as used or unused.
 331   if (hasFP(MF))
 332     MRI.setPhysRegUsed(FP);
 333
 334   // The register allocator might determine $ra is used after seeing
 335   // instruction "jr $ra", but we do not want PrologEpilogInserter to insert
 336   // instructions to save/restore $ra unless there is a function call.
 337   // To correct this, $ra is explicitly marked unused if there is no
 338   // function call.
 339   if (MF.getFrameInfo()->hasCalls())
 340     MRI.setPhysRegUsed(Mips::RA);
 341   else {
 342     MRI.setPhysRegUnused(Mips::RA);
 343     MRI.setPhysRegUnused(Mips::RA_64);
 344   }
 345 }