lib/Target/PowerPC/PPCTargetMachine.cpp

   1 //===-- PPCTargetMachine.cpp - Define TargetMachine for PowerPC -----------===//
   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 // Top-level implementation for the PowerPC target.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #include "PPCTargetMachine.h"
  15 #include "PPC.h"
  16 #include "PPCTargetObjectFile.h"
  17 #include "PPCTargetTransformInfo.h"
  18 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  19 #include "llvm/IR/Function.h"
  20 #include "llvm/IR/LegacyPassManager.h"
  21 #include "llvm/MC/MCStreamer.h"
  22 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  23 #include "llvm/Support/FormattedStream.h"
  24 #include "llvm/Support/TargetRegistry.h"
  25 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
  26 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  27 using namespace llvm;
  28
  29 static cl::
  30 opt<bool> DisableCTRLoops("disable-ppc-ctrloops", cl::Hidden,
  31                         cl::desc("Disable CTR loops for PPC"));
  32
  33 static cl::
  34 opt<bool> DisablePreIncPrep("disable-ppc-preinc-prep", cl::Hidden,
  35                             cl::desc("Disable PPC loop preinc prep"));
  36
  37 static cl::opt<bool>
  38 VSXFMAMutateEarly("schedule-ppc-vsx-fma-mutation-early",
  39   cl::Hidden, cl::desc("Schedule VSX FMA instruction mutation early"));
  40
  41 static cl::
  42 opt<bool> DisableVSXSwapRemoval("disable-ppc-vsx-swap-removal", cl::Hidden,
  43                                 cl::desc("Disable VSX Swap Removal for PPC"));
  44
  45 static cl::
  46 opt<bool> DisableMIPeephole("disable-ppc-peephole", cl::Hidden,
  47                             cl::desc("Disable machine peepholes for PPC"));
  48
  49 static cl::opt<bool>
  50 EnableGEPOpt("ppc-gep-opt", cl::Hidden,
  51              cl::desc("Enable optimizations on complex GEPs"),
  52              cl::init(true));
  53
  54 static cl::opt<bool>
  55 EnablePrefetch("enable-ppc-prefetching",
  56                   cl::desc("disable software prefetching on PPC"),
  57                   cl::init(false), cl::Hidden);
  58
  59 static cl::opt<bool>
  60 EnableExtraTOCRegDeps("enable-ppc-extra-toc-reg-deps",
  61                       cl::desc("Add extra TOC register dependencies"),
  62                       cl::init(true), cl::Hidden);
  63
  64 static cl::opt<bool>
  65 EnableMachineCombinerPass("ppc-machine-combiner",
  66                           cl::desc("Enable the machine combiner pass"),
  67                           cl::init(true), cl::Hidden);
  68
  69 extern "C" void LLVMInitializePowerPCTarget() {
  70   // Register the targets
  71   RegisterTargetMachine<PPC32TargetMachine> A(ThePPC32Target);
  72   RegisterTargetMachine<PPC64TargetMachine> B(ThePPC64Target);
  73   RegisterTargetMachine<PPC64TargetMachine> C(ThePPC64LETarget);
  74
  75   PassRegistry &PR = *PassRegistry::getPassRegistry();
  76   initializePPCBoolRetToIntPass(PR);
  77 }
  78
  79 /// Return the datalayout string of a subtarget.
  80 static std::string getDataLayoutString(const Triple &T) {
  81   bool is64Bit = T.getArch() == Triple::ppc64 || T.getArch() == Triple::ppc64le;
  82   std::string Ret;
  83
  84   // Most PPC* platforms are big endian, PPC64LE is little endian.
  85   if (T.getArch() == Triple::ppc64le)
  86     Ret = "e";
  87   else
  88     Ret = "E";
  89
  90   Ret += DataLayout::getManglingComponent(T);
  91
  92   // PPC32 has 32 bit pointers. The PS3 (OS Lv2) is a PPC64 machine with 32 bit
  93   // pointers.
  94   if (!is64Bit || T.getOS() == Triple::Lv2)
  95     Ret += "-p:32:32";
  96
  97   // Note, the alignment values for f64 and i64 on ppc64 in Darwin
  98   // documentation are wrong; these are correct (i.e. "what gcc does").
  99   if (is64Bit || !T.isOSDarwin())
 100     Ret += "-i64:64";
 101   else
 102     Ret += "-f64:32:64";
 103
 104   // PPC64 has 32 and 64 bit registers, PPC32 has only 32 bit ones.
 105   if (is64Bit)
 106     Ret += "-n32:64";
 107   else
 108     Ret += "-n32";
 109
 110   return Ret;
 111 }
 112
 113 static std::string computeFSAdditions(StringRef FS, CodeGenOpt::Level OL,
 114                                       const Triple &TT) {
 115   std::string FullFS = FS;
 116
 117   // Make sure 64-bit features are available when CPUname is generic
 118   if (TT.getArch() == Triple::ppc64 || TT.getArch() == Triple::ppc64le) {
 119     if (!FullFS.empty())
 120       FullFS = "+64bit," + FullFS;
 121     else
 122       FullFS = "+64bit";
 123   }
 124
 125   if (OL >= CodeGenOpt::Default) {
 126     if (!FullFS.empty())
 127       FullFS = "+crbits," + FullFS;
 128     else
 129       FullFS = "+crbits";
 130   }
 131
 132   if (OL != CodeGenOpt::None) {
 133     if (!FullFS.empty())
 134       FullFS = "+invariant-function-descriptors," + FullFS;
 135     else
 136       FullFS = "+invariant-function-descriptors";
 137   }
 138
 139   return FullFS;
 140 }
 141
 142 static std::unique_ptr<TargetLoweringObjectFile> createTLOF(const Triple &TT) {
 143   // If it isn't a Mach-O file then it's going to be a linux ELF
 144   // object file.
 145   if (TT.isOSDarwin())
 146     return make_unique<TargetLoweringObjectFileMachO>();
 147
 148   return make_unique<PPC64LinuxTargetObjectFile>();
 149 }
 150
 151 static PPCTargetMachine::PPCABI computeTargetABI(const Triple &TT,
 152                                                  const TargetOptions &Options) {
 153   if (Options.MCOptions.getABIName().startswith("elfv1"))
 154     return PPCTargetMachine::PPC_ABI_ELFv1;
 155   else if (Options.MCOptions.getABIName().startswith("elfv2"))
 156     return PPCTargetMachine::PPC_ABI_ELFv2;
 157
 158   assert(Options.MCOptions.getABIName().empty() &&
 159          "Unknown target-abi option!");
 160
 161   if (!TT.isMacOSX()) {
 162     switch (TT.getArch()) {
 163     case Triple::ppc64le:
 164       return PPCTargetMachine::PPC_ABI_ELFv2;
 165     case Triple::ppc64:
 166       return PPCTargetMachine::PPC_ABI_ELFv1;
 167     default:
 168       // Fallthrough.
 169       ;
 170     }
 171   }
 172   return PPCTargetMachine::PPC_ABI_UNKNOWN;
 173 }
 174
 175 // The FeatureString here is a little subtle. We are modifying the feature
 176 // string with what are (currently) non-function specific overrides as it goes
 177 // into the LLVMTargetMachine constructor and then using the stored value in the
 178 // Subtarget constructor below it.
 179 PPCTargetMachine::PPCTargetMachine(const Target &T, const Triple &TT,
 180                                    StringRef CPU, StringRef FS,
 181                                    const TargetOptions &Options,
 182                                    Reloc::Model RM, CodeModel::Model CM,
 183                                    CodeGenOpt::Level OL)
 184     : LLVMTargetMachine(T, getDataLayoutString(TT), TT, CPU,
 185                         computeFSAdditions(FS, OL, TT), Options, RM, CM, OL),
 186       TLOF(createTLOF(getTargetTriple())),
 187       TargetABI(computeTargetABI(TT, Options)),
 188       Subtarget(TargetTriple, CPU, computeFSAdditions(FS, OL, TT), *this) {
 189
 190   // For the estimates, convergence is quadratic, so we essentially double the
 191   // number of digits correct after every iteration. For both FRE and FRSQRTE,
 192   // the minimum architected relative accuracy is 2^-5. When hasRecipPrec(),
 193   // this is 2^-14. IEEE float has 23 digits and double has 52 digits.
 194   unsigned RefinementSteps = Subtarget.hasRecipPrec() ? 1 : 3,
 195            RefinementSteps64 = RefinementSteps + 1;
 196
 197   this->Options.Reciprocals.setDefaults("sqrtf", true, RefinementSteps);
 198   this->Options.Reciprocals.setDefaults("vec-sqrtf", true, RefinementSteps);
 199   this->Options.Reciprocals.setDefaults("divf", true, RefinementSteps);
 200   this->Options.Reciprocals.setDefaults("vec-divf", true, RefinementSteps);
 201
 202   this->Options.Reciprocals.setDefaults("sqrtd", true, RefinementSteps64);
 203   this->Options.Reciprocals.setDefaults("vec-sqrtd", true, RefinementSteps64);
 204   this->Options.Reciprocals.setDefaults("divd", true, RefinementSteps64);
 205   this->Options.Reciprocals.setDefaults("vec-divd", true, RefinementSteps64);
 206
 207   initAsmInfo();
 208 }
 209
 210 PPCTargetMachine::~PPCTargetMachine() {}
 211
 212 void PPC32TargetMachine::anchor() { }
 213
 214 PPC32TargetMachine::PPC32TargetMachine(const Target &T, const Triple &TT,
 215                                        StringRef CPU, StringRef FS,
 216                                        const TargetOptions &Options,
 217                                        Reloc::Model RM, CodeModel::Model CM,
 218                                        CodeGenOpt::Level OL)
 219     : PPCTargetMachine(T, TT, CPU, FS, Options, RM, CM, OL) {}
 220
 221 void PPC64TargetMachine::anchor() { }
 222
 223 PPC64TargetMachine::PPC64TargetMachine(const Target &T, const Triple &TT,
 224                                        StringRef CPU, StringRef FS,
 225                                        const TargetOptions &Options,
 226                                        Reloc::Model RM, CodeModel::Model CM,
 227                                        CodeGenOpt::Level OL)
 228     : PPCTargetMachine(T, TT, CPU, FS, Options, RM, CM, OL) {}
 229
 230 const PPCSubtarget *
 231 PPCTargetMachine::getSubtargetImpl(const Function &F) const {
 232   Attribute CPUAttr = F.getFnAttribute("target-cpu");
 233   Attribute FSAttr = F.getFnAttribute("target-features");
 234
 235   std::string CPU = !CPUAttr.hasAttribute(Attribute::None)
 236                         ? CPUAttr.getValueAsString().str()
 237                         : TargetCPU;
 238   std::string FS = !FSAttr.hasAttribute(Attribute::None)
 239                        ? FSAttr.getValueAsString().str()
 240                        : TargetFS;
 241
 242   // FIXME: This is related to the code below to reset the target options,
 243   // we need to know whether or not the soft float flag is set on the
 244   // function before we can generate a subtarget. We also need to use
 245   // it as a key for the subtarget since that can be the only difference
 246   // between two functions.
 247   bool SoftFloat =
 248     F.hasFnAttribute("use-soft-float") &&
 249     F.getFnAttribute("use-soft-float").getValueAsString() == "true";
 250   // If the soft float attribute is set on the function turn on the soft float
 251   // subtarget feature.
 252   if (SoftFloat)
 253     FS += FS.empty() ? "+soft-float" : ",+soft-float";
 254
 255   auto &I = SubtargetMap[CPU + FS];
 256   if (!I) {
 257     // This needs to be done before we create a new subtarget since any
 258     // creation will depend on the TM and the code generation flags on the
 259     // function that reside in TargetOptions.
 260     resetTargetOptions(F);
 261     I = llvm::make_unique<PPCSubtarget>(
 262         TargetTriple, CPU,
 263         // FIXME: It would be good to have the subtarget additions here
 264         // not necessary. Anything that turns them on/off (overrides) ends
 265         // up being put at the end of the feature string, but the defaults
 266         // shouldn't require adding them. Fixing this means pulling Feature64Bit
 267         // out of most of the target cpus in the .td file and making it set only
 268         // as part of initialization via the TargetTriple.
 269         computeFSAdditions(FS, getOptLevel(), getTargetTriple()), *this);
 270   }
 271   return I.get();
 272 }
 273
 274 //===----------------------------------------------------------------------===//
 275 // Pass Pipeline Configuration
 276 //===----------------------------------------------------------------------===//
 277
 278 namespace {
 279 /// PPC Code Generator Pass Configuration Options.
 280 class PPCPassConfig : public TargetPassConfig {
 281 public:
 282   PPCPassConfig(PPCTargetMachine *TM, PassManagerBase &PM)
 283     : TargetPassConfig(TM, PM) {}
 284
 285   PPCTargetMachine &getPPCTargetMachine() const {
 286     return getTM<PPCTargetMachine>();
 287   }
 288
 289   void addIRPasses() override;
 290   bool addPreISel() override;
 291   bool addILPOpts() override;
 292   bool addInstSelector() override;
 293   void addMachineSSAOptimization() override;
 294   void addPreRegAlloc() override;
 295   void addPreSched2() override;
 296   void addPreEmitPass() override;
 297 };
 298 } // namespace
 299
 300 TargetPassConfig *PPCTargetMachine::createPassConfig(PassManagerBase &PM) {
 301   return new PPCPassConfig(this, PM);
 302 }
 303
 304 void PPCPassConfig::addIRPasses() {
 305   if (TM->getOptLevel() != CodeGenOpt::None)
 306     addPass(createPPCBoolRetToIntPass());
 307   addPass(createAtomicExpandPass(&getPPCTargetMachine()));
 308
 309   // For the BG/Q (or if explicitly requested), add explicit data prefetch
 310   // intrinsics.
 311   bool UsePrefetching = TM->getTargetTriple().getVendor() == Triple::BGQ &&
 312                         getOptLevel() != CodeGenOpt::None;
 313   if (EnablePrefetch.getNumOccurrences() > 0)
 314     UsePrefetching = EnablePrefetch;
 315   if (UsePrefetching)
 316     addPass(createPPCLoopDataPrefetchPass());
 317
 318   if (TM->getOptLevel() == CodeGenOpt::Aggressive && EnableGEPOpt) {
 319     // Call SeparateConstOffsetFromGEP pass to extract constants within indices
 320     // and lower a GEP with multiple indices to either arithmetic operations or
 321     // multiple GEPs with single index.
 322     addPass(createSeparateConstOffsetFromGEPPass(TM, true));
 323     // Call EarlyCSE pass to find and remove subexpressions in the lowered
 324     // result.
 325     addPass(createEarlyCSEPass());
 326     // Do loop invariant code motion in case part of the lowered result is
 327     // invariant.
 328     addPass(createLICMPass());
 329   }
 330
 331   TargetPassConfig::addIRPasses();
 332 }
 333
 334 bool PPCPassConfig::addPreISel() {
 335   if (!DisablePreIncPrep && getOptLevel() != CodeGenOpt::None)
 336     addPass(createPPCLoopPreIncPrepPass(getPPCTargetMachine()));
 337
 338   if (!DisableCTRLoops && getOptLevel() != CodeGenOpt::None)
 339     addPass(createPPCCTRLoops(getPPCTargetMachine()));
 340
 341   return false;
 342 }
 343
 344 bool PPCPassConfig::addILPOpts() {
 345   addPass(&EarlyIfConverterID);
 346
 347   if (EnableMachineCombinerPass)
 348     addPass(&MachineCombinerID);
 349
 350   return true;
 351 }
 352
 353 bool PPCPassConfig::addInstSelector() {
 354   // Install an instruction selector.
 355   addPass(createPPCISelDag(getPPCTargetMachine()));
 356
 357 #ifndef NDEBUG
 358   if (!DisableCTRLoops && getOptLevel() != CodeGenOpt::None)
 359     addPass(createPPCCTRLoopsVerify());
 360 #endif
 361
 362   addPass(createPPCVSXCopyPass());
 363   return false;
 364 }
 365
 366 void PPCPassConfig::addMachineSSAOptimization() {
 367   TargetPassConfig::addMachineSSAOptimization();
 368   // For little endian, remove where possible the vector swap instructions
 369   // introduced at code generation to normalize vector element order.
 370   if (TM->getTargetTriple().getArch() == Triple::ppc64le &&
 371       !DisableVSXSwapRemoval)
 372     addPass(createPPCVSXSwapRemovalPass());
 373   // Target-specific peephole cleanups performed after instruction
 374   // selection.
 375   if (!DisableMIPeephole) {
 376     addPass(createPPCMIPeepholePass());
 377     addPass(&DeadMachineInstructionElimID);
 378   }
 379 }
 380
 381 void PPCPassConfig::addPreRegAlloc() {
 382   initializePPCVSXFMAMutatePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 383   insertPass(VSXFMAMutateEarly ? &RegisterCoalescerID : &MachineSchedulerID,
 384              &PPCVSXFMAMutateID);
 385   if (getPPCTargetMachine().getRelocationModel() == Reloc::PIC_)
 386     addPass(createPPCTLSDynamicCallPass());
 387   if (EnableExtraTOCRegDeps)
 388     addPass(createPPCTOCRegDepsPass());
 389 }
 390
 391 void PPCPassConfig::addPreSched2() {
 392   if (getOptLevel() != CodeGenOpt::None)
 393     addPass(&IfConverterID);
 394 }
 395
 396 void PPCPassConfig::addPreEmitPass() {
 397   if (getOptLevel() != CodeGenOpt::None)
 398     addPass(createPPCEarlyReturnPass(), false);
 399   // Must run branch selection immediately preceding the asm printer.
 400   addPass(createPPCBranchSelectionPass(), false);
 401 }
 402
 403 TargetIRAnalysis PPCTargetMachine::getTargetIRAnalysis() {
 404   return TargetIRAnalysis([this](const Function &F) {
 405     return TargetTransformInfo(PPCTTIImpl(this, F));
 406   });
 407 }