lib/Target/X86/X86CodeEmitter.cpp

   1 //===-- X86CodeEmitter.cpp - Convert X86 code to machine code -------------===//
   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 pass that transforms the X86 machine instructions into
  11 // relocatable machine code.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #define DEBUG_TYPE "x86-emitter"
  16 #include "X86InstrInfo.h"
  17 #include "X86JITInfo.h"
  18 #include "X86Subtarget.h"
  19 #include "X86TargetMachine.h"
  20 #include "X86Relocations.h"
  21 #include "X86.h"
  22 #include "llvm/LLVMContext.h"
  23 #include "llvm/PassManager.h"
  24 #include "llvm/CodeGen/JITCodeEmitter.h"
  25 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
  26 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
  27 #include "llvm/CodeGen/MachineModuleInfo.h"
  28 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  29 #include "llvm/Function.h"
  30 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  31 #include "llvm/MC/MCCodeEmitter.h"
  32 #include "llvm/MC/MCExpr.h"
  33 #include "llvm/MC/MCInst.h"
  34 #include "llvm/Support/Debug.h"
  35 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  36 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  37 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
  38 using namespace llvm;
  39
  40 STATISTIC(NumEmitted, "Number of machine instructions emitted");
  41
  42 namespace {
  43   template<class CodeEmitter>
  44   class Emitter : public MachineFunctionPass {
  45     const X86InstrInfo  *II;
  46     const TargetData    *TD;
  47     X86TargetMachine    &TM;
  48     CodeEmitter         &MCE;
  49     MachineModuleInfo   *MMI;
  50     intptr_t PICBaseOffset;
  51     bool Is64BitMode;
  52     bool IsPIC;
  53   public:
  54     static char ID;
  55     explicit Emitter(X86TargetMachine &tm, CodeEmitter &mce)
  56       : MachineFunctionPass(ID), II(0), TD(0), TM(tm),
  57       MCE(mce), PICBaseOffset(0), Is64BitMode(false),
  58       IsPIC(TM.getRelocationModel() == Reloc::PIC_) {}
  59     Emitter(X86TargetMachine &tm, CodeEmitter &mce,
  60             const X86InstrInfo &ii, const TargetData &td, bool is64)
  61       : MachineFunctionPass(ID), II(&ii), TD(&td), TM(tm),
  62       MCE(mce), PICBaseOffset(0), Is64BitMode(is64),
  63       IsPIC(TM.getRelocationModel() == Reloc::PIC_) {}
  64
  65     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
  66
  67     virtual const char *getPassName() const {
  68       return "X86 Machine Code Emitter";
  69     }
  70
  71     void emitInstruction(MachineInstr &MI, const MCInstrDesc *Desc);
  72
  73     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  74       AU.setPreservesAll();
  75       AU.addRequired<MachineModuleInfo>();
  76       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
  77     }
  78
  79   private:
  80     void emitPCRelativeBlockAddress(MachineBasicBlock *MBB);
  81     void emitGlobalAddress(const GlobalValue *GV, unsigned Reloc,
  82                            intptr_t Disp = 0, intptr_t PCAdj = 0,
  83                            bool Indirect = false);
  84     void emitExternalSymbolAddress(const char *ES, unsigned Reloc);
  85     void emitConstPoolAddress(unsigned CPI, unsigned Reloc, intptr_t Disp = 0,
  86                               intptr_t PCAdj = 0);
  87     void emitJumpTableAddress(unsigned JTI, unsigned Reloc,
  88                               intptr_t PCAdj = 0);
  89
  90     void emitDisplacementField(const MachineOperand *RelocOp, int DispVal,
  91                                intptr_t Adj = 0, bool IsPCRel = true);
  92
  93     void emitRegModRMByte(unsigned ModRMReg, unsigned RegOpcodeField);
  94     void emitRegModRMByte(unsigned RegOpcodeField);
  95     void emitSIBByte(unsigned SS, unsigned Index, unsigned Base);
  96     void emitConstant(uint64_t Val, unsigned Size);
  97
  98     void emitMemModRMByte(const MachineInstr &MI,
  99                           unsigned Op, unsigned RegOpcodeField,
 100                           intptr_t PCAdj = 0);
 101   };
 102
 103 template<class CodeEmitter>
 104   char Emitter<CodeEmitter>::ID = 0;
 105 } // end anonymous namespace.
 106
 107 /// createX86CodeEmitterPass - Return a pass that emits the collected X86 code
 108 /// to the specified templated MachineCodeEmitter object.
 109 FunctionPass *llvm::createX86JITCodeEmitterPass(X86TargetMachine &TM,
 110                                                 JITCodeEmitter &JCE) {
 111   return new Emitter<JITCodeEmitter>(TM, JCE);
 112 }
 113
 114 template<class CodeEmitter>
 115 bool Emitter<CodeEmitter>::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
 116   MMI = &getAnalysis<MachineModuleInfo>();
 117   MCE.setModuleInfo(MMI);
 118
 119   II = TM.getInstrInfo();
 120   TD = TM.getTargetData();
 121   Is64BitMode = TM.getSubtarget<X86Subtarget>().is64Bit();
 122   IsPIC = TM.getRelocationModel() == Reloc::PIC_;
 123
 124   do {
 125     DEBUG(dbgs() << "JITTing function '"
 126           << MF.getFunction()->getName() << "'\n");
 127     MCE.startFunction(MF);
 128     for (MachineFunction::iterator MBB = MF.begin(), E = MF.end();
 129          MBB != E; ++MBB) {
 130       MCE.StartMachineBasicBlock(MBB);
 131       for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB->begin(), E = MBB->end();
 132            I != E; ++I) {
 133         const MCInstrDesc &Desc = I->getDesc();
 134         emitInstruction(*I, &Desc);
 135         // MOVPC32r is basically a call plus a pop instruction.
 136         if (Desc.getOpcode() == X86::MOVPC32r)
 137           emitInstruction(*I, &II->get(X86::POP32r));
 138         ++NumEmitted;  // Keep track of the # of mi's emitted
 139       }
 140     }
 141   } while (MCE.finishFunction(MF));
 142
 143   return false;
 144 }
 145
 146 /// determineREX - Determine if the MachineInstr has to be encoded with a X86-64
 147 /// REX prefix which specifies 1) 64-bit instructions, 2) non-default operand
 148 /// size, and 3) use of X86-64 extended registers.
 149 static unsigned determineREX(const MachineInstr &MI) {
 150   unsigned REX = 0;
 151   const MCInstrDesc &Desc = MI.getDesc();
 152
 153   // Pseudo instructions do not need REX prefix byte.
 154   if ((Desc.TSFlags & X86II::FormMask) == X86II::Pseudo)
 155     return 0;
 156   if (Desc.TSFlags & X86II::REX_W)
 157     REX |= 1 << 3;
 158
 159   unsigned NumOps = Desc.getNumOperands();
 160   if (NumOps) {
 161     bool isTwoAddr = NumOps > 1 &&
 162     Desc.getOperandConstraint(1, MCOI::TIED_TO) != -1;
 163
 164     // If it accesses SPL, BPL, SIL, or DIL, then it requires a 0x40 REX prefix.
 165     unsigned i = isTwoAddr ? 1 : 0;
 166     for (unsigned e = NumOps; i != e; ++i) {
 167       const MachineOperand& MO = MI.getOperand(i);
 168       if (MO.isReg()) {
 169         unsigned Reg = MO.getReg();
 170         if (X86II::isX86_64NonExtLowByteReg(Reg))
 171           REX |= 0x40;
 172       }
 173     }
 174
 175     switch (Desc.TSFlags & X86II::FormMask) {
 176       case X86II::MRMInitReg:
 177         if (X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MI.getOperand(0)))
 178           REX |= (1 << 0) | (1 << 2);
 179         break;
 180       case X86II::MRMSrcReg: {
 181         if (X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MI.getOperand(0)))
 182           REX |= 1 << 2;
 183         i = isTwoAddr ? 2 : 1;
 184         for (unsigned e = NumOps; i != e; ++i) {
 185           const MachineOperand& MO = MI.getOperand(i);
 186           if (X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MO))
 187             REX |= 1 << 0;
 188         }
 189         break;
 190       }
 191       case X86II::MRMSrcMem: {
 192         if (X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MI.getOperand(0)))
 193           REX |= 1 << 2;
 194         unsigned Bit = 0;
 195         i = isTwoAddr ? 2 : 1;
 196         for (; i != NumOps; ++i) {
 197           const MachineOperand& MO = MI.getOperand(i);
 198           if (MO.isReg()) {
 199             if (X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MO))
 200               REX |= 1 << Bit;
 201             Bit++;
 202           }
 203         }
 204         break;
 205       }
 206       case X86II::MRM0m: case X86II::MRM1m:
 207       case X86II::MRM2m: case X86II::MRM3m:
 208       case X86II::MRM4m: case X86II::MRM5m:
 209       case X86II::MRM6m: case X86II::MRM7m:
 210       case X86II::MRMDestMem: {
 211         unsigned e = (isTwoAddr ? X86::AddrNumOperands+1 : X86::AddrNumOperands);
 212         i = isTwoAddr ? 1 : 0;
 213         if (NumOps > e && X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MI.getOperand(e)))
 214           REX |= 1 << 2;
 215         unsigned Bit = 0;
 216         for (; i != e; ++i) {
 217           const MachineOperand& MO = MI.getOperand(i);
 218           if (MO.isReg()) {
 219             if (X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MO))
 220               REX |= 1 << Bit;
 221             Bit++;
 222           }
 223         }
 224         break;
 225       }
 226       default: {
 227         if (X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MI.getOperand(0)))
 228           REX |= 1 << 0;
 229         i = isTwoAddr ? 2 : 1;
 230         for (unsigned e = NumOps; i != e; ++i) {
 231           const MachineOperand& MO = MI.getOperand(i);
 232           if (X86InstrInfo::isX86_64ExtendedReg(MO))
 233             REX |= 1 << 2;
 234         }
 235         break;
 236       }
 237     }
 238   }
 239   return REX;
 240 }
 241
 242
 243 /// emitPCRelativeBlockAddress - This method keeps track of the information
 244 /// necessary to resolve the address of this block later and emits a dummy
 245 /// value.
 246 ///
 247 template<class CodeEmitter>
 248 void Emitter<CodeEmitter>::emitPCRelativeBlockAddress(MachineBasicBlock *MBB) {
 249   // Remember where this reference was and where it is to so we can
 250   // deal with it later.
 251   MCE.addRelocation(MachineRelocation::getBB(MCE.getCurrentPCOffset(),
 252                                              X86::reloc_pcrel_word, MBB));
 253   MCE.emitWordLE(0);
 254 }
 255
 256 /// emitGlobalAddress - Emit the specified address to the code stream assuming
 257 /// this is part of a "take the address of a global" instruction.
 258 ///
 259 template<class CodeEmitter>
 260 void Emitter<CodeEmitter>::emitGlobalAddress(const GlobalValue *GV,
 261                                 unsigned Reloc,
 262                                 intptr_t Disp /* = 0 */,
 263                                 intptr_t PCAdj /* = 0 */,
 264                                 bool Indirect /* = false */) {
 265   intptr_t RelocCST = Disp;
 266   if (Reloc == X86::reloc_picrel_word)
 267     RelocCST = PICBaseOffset;
 268   else if (Reloc == X86::reloc_pcrel_word)
 269     RelocCST = PCAdj;
 270   MachineRelocation MR = Indirect
 271     ? MachineRelocation::getIndirectSymbol(MCE.getCurrentPCOffset(), Reloc,
 272                                            const_cast<GlobalValue *>(GV),
 273                                            RelocCST, false)
 274     : MachineRelocation::getGV(MCE.getCurrentPCOffset(), Reloc,
 275                                const_cast<GlobalValue *>(GV), RelocCST, false);
 276   MCE.addRelocation(MR);
 277   // The relocated value will be added to the displacement
 278   if (Reloc == X86::reloc_absolute_dword)
 279     MCE.emitDWordLE(Disp);
 280   else
 281     MCE.emitWordLE((int32_t)Disp);
 282 }
 283
 284 /// emitExternalSymbolAddress - Arrange for the address of an external symbol to
 285 /// be emitted to the current location in the function, and allow it to be PC
 286 /// relative.
 287 template<class CodeEmitter>
 288 void Emitter<CodeEmitter>::emitExternalSymbolAddress(const char *ES,
 289                                                      unsigned Reloc) {
 290   intptr_t RelocCST = (Reloc == X86::reloc_picrel_word) ? PICBaseOffset : 0;
 291
 292   // X86 never needs stubs because instruction selection will always pick
 293   // an instruction sequence that is large enough to hold any address
 294   // to a symbol.
 295   // (see X86ISelLowering.cpp, near 2039: X86TargetLowering::LowerCall)
 296   bool NeedStub = false;
 297   MCE.addRelocation(MachineRelocation::getExtSym(MCE.getCurrentPCOffset(),
 298                                                  Reloc, ES, RelocCST,
 299                                                  0, NeedStub));
 300   if (Reloc == X86::reloc_absolute_dword)
 301     MCE.emitDWordLE(0);
 302   else
 303     MCE.emitWordLE(0);
 304 }
 305
 306 /// emitConstPoolAddress - Arrange for the address of an constant pool
 307 /// to be emitted to the current location in the function, and allow it to be PC
 308 /// relative.
 309 template<class CodeEmitter>
 310 void Emitter<CodeEmitter>::emitConstPoolAddress(unsigned CPI, unsigned Reloc,
 311                                    intptr_t Disp /* = 0 */,
 312                                    intptr_t PCAdj /* = 0 */) {
 313   intptr_t RelocCST = 0;
 314   if (Reloc == X86::reloc_picrel_word)
 315     RelocCST = PICBaseOffset;
 316   else if (Reloc == X86::reloc_pcrel_word)
 317     RelocCST = PCAdj;
 318   MCE.addRelocation(MachineRelocation::getConstPool(MCE.getCurrentPCOffset(),
 319                                                     Reloc, CPI, RelocCST));
 320   // The relocated value will be added to the displacement
 321   if (Reloc == X86::reloc_absolute_dword)
 322     MCE.emitDWordLE(Disp);
 323   else
 324     MCE.emitWordLE((int32_t)Disp);
 325 }
 326
 327 /// emitJumpTableAddress - Arrange for the address of a jump table to
 328 /// be emitted to the current location in the function, and allow it to be PC
 329 /// relative.
 330 template<class CodeEmitter>
 331 void Emitter<CodeEmitter>::emitJumpTableAddress(unsigned JTI, unsigned Reloc,
 332                                    intptr_t PCAdj /* = 0 */) {
 333   intptr_t RelocCST = 0;
 334   if (Reloc == X86::reloc_picrel_word)
 335     RelocCST = PICBaseOffset;
 336   else if (Reloc == X86::reloc_pcrel_word)
 337     RelocCST = PCAdj;
 338   MCE.addRelocation(MachineRelocation::getJumpTable(MCE.getCurrentPCOffset(),
 339                                                     Reloc, JTI, RelocCST));
 340   // The relocated value will be added to the displacement
 341   if (Reloc == X86::reloc_absolute_dword)
 342     MCE.emitDWordLE(0);
 343   else
 344     MCE.emitWordLE(0);
 345 }
 346
 347 inline static unsigned char ModRMByte(unsigned Mod, unsigned RegOpcode,
 348                                       unsigned RM) {
 349   assert(Mod < 4 && RegOpcode < 8 && RM < 8 && "ModRM Fields out of range!");
 350   return RM | (RegOpcode << 3) | (Mod << 6);
 351 }
 352
 353 template<class CodeEmitter>
 354 void Emitter<CodeEmitter>::emitRegModRMByte(unsigned ModRMReg,
 355                                             unsigned RegOpcodeFld){
 356   MCE.emitByte(ModRMByte(3, RegOpcodeFld, X86_MC::getX86RegNum(ModRMReg)));
 357 }
 358
 359 template<class CodeEmitter>
 360 void Emitter<CodeEmitter>::emitRegModRMByte(unsigned RegOpcodeFld) {
 361   MCE.emitByte(ModRMByte(3, RegOpcodeFld, 0));
 362 }
 363
 364 template<class CodeEmitter>
 365 void Emitter<CodeEmitter>::emitSIBByte(unsigned SS,
 366                                        unsigned Index,
 367                                        unsigned Base) {
 368   // SIB byte is in the same format as the ModRMByte...
 369   MCE.emitByte(ModRMByte(SS, Index, Base));
 370 }
 371
 372 template<class CodeEmitter>
 373 void Emitter<CodeEmitter>::emitConstant(uint64_t Val, unsigned Size) {
 374   // Output the constant in little endian byte order...
 375   for (unsigned i = 0; i != Size; ++i) {
 376     MCE.emitByte(Val & 255);
 377     Val >>= 8;
 378   }
 379 }
 380
 381 /// isDisp8 - Return true if this signed displacement fits in a 8-bit
 382 /// sign-extended field.
 383 static bool isDisp8(int Value) {
 384   return Value == (signed char)Value;
 385 }
 386
 387 static bool gvNeedsNonLazyPtr(const MachineOperand &GVOp,
 388                               const TargetMachine &TM) {
 389   // For Darwin-64, simulate the linktime GOT by using the same non-lazy-pointer
 390   // mechanism as 32-bit mode.
 391   if (TM.getSubtarget<X86Subtarget>().is64Bit() &&
 392       !TM.getSubtarget<X86Subtarget>().isTargetDarwin())
 393     return false;
 394
 395   // Return true if this is a reference to a stub containing the address of the
 396   // global, not the global itself.
 397   return isGlobalStubReference(GVOp.getTargetFlags());
 398 }
 399
 400 template<class CodeEmitter>
 401 void Emitter<CodeEmitter>::emitDisplacementField(const MachineOperand *RelocOp,
 402                                                  int DispVal,
 403                                                  intptr_t Adj /* = 0 */,
 404                                                  bool IsPCRel /* = true */) {
 405   // If this is a simple integer displacement that doesn't require a relocation,
 406   // emit it now.
 407   if (!RelocOp) {
 408     emitConstant(DispVal, 4);
 409     return;
 410   }
 411
 412   // Otherwise, this is something that requires a relocation.  Emit it as such
 413   // now.
 414   unsigned RelocType = Is64BitMode ?
 415     (IsPCRel ? X86::reloc_pcrel_word : X86::reloc_absolute_word_sext)
 416     : (IsPIC ? X86::reloc_picrel_word : X86::reloc_absolute_word);
 417   if (RelocOp->isGlobal()) {
 418     // In 64-bit static small code model, we could potentially emit absolute.
 419     // But it's probably not beneficial. If the MCE supports using RIP directly
 420     // do it, otherwise fallback to absolute (this is determined by IsPCRel).
 421     //  89 05 00 00 00 00     mov    %eax,0(%rip)  # PC-relative
 422     //  89 04 25 00 00 00 00  mov    %eax,0x0      # Absolute
 423     bool Indirect = gvNeedsNonLazyPtr(*RelocOp, TM);
 424     emitGlobalAddress(RelocOp->getGlobal(), RelocType, RelocOp->getOffset(),
 425                       Adj, Indirect);
 426   } else if (RelocOp->isSymbol()) {
 427     emitExternalSymbolAddress(RelocOp->getSymbolName(), RelocType);
 428   } else if (RelocOp->isCPI()) {
 429     emitConstPoolAddress(RelocOp->getIndex(), RelocType,
 430                          RelocOp->getOffset(), Adj);
 431   } else {
 432     assert(RelocOp->isJTI() && "Unexpected machine operand!");
 433     emitJumpTableAddress(RelocOp->getIndex(), RelocType, Adj);
 434   }
 435 }
 436
 437 template<class CodeEmitter>
 438 void Emitter<CodeEmitter>::emitMemModRMByte(const MachineInstr &MI,
 439                                             unsigned Op,unsigned RegOpcodeField,
 440                                             intptr_t PCAdj) {
 441   const MachineOperand &Op3 = MI.getOperand(Op+3);
 442   int DispVal = 0;
 443   const MachineOperand *DispForReloc = 0;
 444
 445   // Figure out what sort of displacement we have to handle here.
 446   if (Op3.isGlobal()) {
 447     DispForReloc = &Op3;
 448   } else if (Op3.isSymbol()) {
 449     DispForReloc = &Op3;
 450   } else if (Op3.isCPI()) {
 451     if (!MCE.earlyResolveAddresses() || Is64BitMode || IsPIC) {
 452       DispForReloc = &Op3;
 453     } else {
 454       DispVal += MCE.getConstantPoolEntryAddress(Op3.getIndex());
 455       DispVal += Op3.getOffset();
 456     }
 457   } else if (Op3.isJTI()) {
 458     if (!MCE.earlyResolveAddresses() || Is64BitMode || IsPIC) {
 459       DispForReloc = &Op3;
 460     } else {
 461       DispVal += MCE.getJumpTableEntryAddress(Op3.getIndex());
 462     }
 463   } else {
 464     DispVal = Op3.getImm();
 465   }
 466
 467   const MachineOperand &Base     = MI.getOperand(Op);
 468   const MachineOperand &Scale    = MI.getOperand(Op+1);
 469   const MachineOperand &IndexReg = MI.getOperand(Op+2);
 470
 471   unsigned BaseReg = Base.getReg();
 472
 473   // Handle %rip relative addressing.
 474   if (BaseReg == X86::RIP ||
 475       (Is64BitMode && DispForReloc)) { // [disp32+RIP] in X86-64 mode
 476     assert(IndexReg.getReg() == 0 && Is64BitMode &&
 477            "Invalid rip-relative address");
 478     MCE.emitByte(ModRMByte(0, RegOpcodeField, 5));
 479     emitDisplacementField(DispForReloc, DispVal, PCAdj, true);
 480     return;
 481   }
 482
 483   // Indicate that the displacement will use an pcrel or absolute reference
 484   // by default. MCEs able to resolve addresses on-the-fly use pcrel by default
 485   // while others, unless explicit asked to use RIP, use absolute references.
 486   bool IsPCRel = MCE.earlyResolveAddresses() ? true : false;
 487
 488   // Is a SIB byte needed?
 489   // If no BaseReg, issue a RIP relative instruction only if the MCE can
 490   // resolve addresses on-the-fly, otherwise use SIB (Intel Manual 2A, table
 491   // 2-7) and absolute references.
 492   unsigned BaseRegNo = -1U;
 493   if (BaseReg != 0 && BaseReg != X86::RIP)
 494     BaseRegNo = X86_MC::getX86RegNum(BaseReg);
 495
 496   if (// The SIB byte must be used if there is an index register.
 497       IndexReg.getReg() == 0 &&
 498       // The SIB byte must be used if the base is ESP/RSP/R12, all of which
 499       // encode to an R/M value of 4, which indicates that a SIB byte is
 500       // present.
 501       BaseRegNo != N86::ESP &&
 502       // If there is no base register and we're in 64-bit mode, we need a SIB
 503       // byte to emit an addr that is just 'disp32' (the non-RIP relative form).
 504       (!Is64BitMode || BaseReg != 0)) {
 505     if (BaseReg == 0 ||          // [disp32]     in X86-32 mode
 506         BaseReg == X86::RIP) {   // [disp32+RIP] in X86-64 mode
 507       MCE.emitByte(ModRMByte(0, RegOpcodeField, 5));
 508       emitDisplacementField(DispForReloc, DispVal, PCAdj, true);
 509       return;
 510     }
 511
 512     // If the base is not EBP/ESP and there is no displacement, use simple
 513     // indirect register encoding, this handles addresses like [EAX].  The
 514     // encoding for [EBP] with no displacement means [disp32] so we handle it
 515     // by emitting a displacement of 0 below.
 516     if (!DispForReloc && DispVal == 0 && BaseRegNo != N86::EBP) {
 517       MCE.emitByte(ModRMByte(0, RegOpcodeField, BaseRegNo));
 518       return;
 519     }
 520
 521     // Otherwise, if the displacement fits in a byte, encode as [REG+disp8].
 522     if (!DispForReloc && isDisp8(DispVal)) {
 523       MCE.emitByte(ModRMByte(1, RegOpcodeField, BaseRegNo));
 524       emitConstant(DispVal, 1);
 525       return;
 526     }
 527
 528     // Otherwise, emit the most general non-SIB encoding: [REG+disp32]
 529     MCE.emitByte(ModRMByte(2, RegOpcodeField, BaseRegNo));
 530     emitDisplacementField(DispForReloc, DispVal, PCAdj, IsPCRel);
 531     return;
 532   }
 533
 534   // Otherwise we need a SIB byte, so start by outputting the ModR/M byte first.
 535   assert(IndexReg.getReg() != X86::ESP &&
 536          IndexReg.getReg() != X86::RSP && "Cannot use ESP as index reg!");
 537
 538   bool ForceDisp32 = false;
 539   bool ForceDisp8  = false;
 540   if (BaseReg == 0) {
 541     // If there is no base register, we emit the special case SIB byte with
 542     // MOD=0, BASE=4, to JUST get the index, scale, and displacement.
 543     MCE.emitByte(ModRMByte(0, RegOpcodeField, 4));
 544     ForceDisp32 = true;
 545   } else if (DispForReloc) {
 546     // Emit the normal disp32 encoding.
 547     MCE.emitByte(ModRMByte(2, RegOpcodeField, 4));
 548     ForceDisp32 = true;
 549   } else if (DispVal == 0 && BaseRegNo != N86::EBP) {
 550     // Emit no displacement ModR/M byte
 551     MCE.emitByte(ModRMByte(0, RegOpcodeField, 4));
 552   } else if (isDisp8(DispVal)) {
 553     // Emit the disp8 encoding...
 554     MCE.emitByte(ModRMByte(1, RegOpcodeField, 4));
 555     ForceDisp8 = true;           // Make sure to force 8 bit disp if Base=EBP
 556   } else {
 557     // Emit the normal disp32 encoding...
 558     MCE.emitByte(ModRMByte(2, RegOpcodeField, 4));
 559   }
 560
 561   // Calculate what the SS field value should be...
 562   static const unsigned SSTable[] = { ~0U, 0, 1, ~0U, 2, ~0U, ~0U, ~0U, 3 };
 563   unsigned SS = SSTable[Scale.getImm()];
 564
 565   if (BaseReg == 0) {
 566     // Handle the SIB byte for the case where there is no base, see Intel
 567     // Manual 2A, table 2-7. The displacement has already been output.
 568     unsigned IndexRegNo;
 569     if (IndexReg.getReg())
 570       IndexRegNo = X86_MC::getX86RegNum(IndexReg.getReg());
 571     else // Examples: [ESP+1*<noreg>+4] or [scaled idx]+disp32 (MOD=0,BASE=5)
 572       IndexRegNo = 4;
 573     emitSIBByte(SS, IndexRegNo, 5);
 574   } else {
 575     unsigned BaseRegNo = X86_MC::getX86RegNum(BaseReg);
 576     unsigned IndexRegNo;
 577     if (IndexReg.getReg())
 578       IndexRegNo = X86_MC::getX86RegNum(IndexReg.getReg());
 579     else
 580       IndexRegNo = 4;   // For example [ESP+1*<noreg>+4]
 581     emitSIBByte(SS, IndexRegNo, BaseRegNo);
 582   }
 583
 584   // Do we need to output a displacement?
 585   if (ForceDisp8) {
 586     emitConstant(DispVal, 1);
 587   } else if (DispVal != 0 || ForceDisp32) {
 588     emitDisplacementField(DispForReloc, DispVal, PCAdj, IsPCRel);
 589   }
 590 }
 591
 592 static const MCInstrDesc *UpdateOp(MachineInstr &MI, const X86InstrInfo *II,
 593                                    unsigned Opcode) {
 594   const MCInstrDesc *Desc = &II->get(Opcode);
 595   MI.setDesc(*Desc);
 596   return Desc;
 597 }
 598
 599 template<class CodeEmitter>
 600 void Emitter<CodeEmitter>::emitInstruction(MachineInstr &MI,
 601                                            const MCInstrDesc *Desc) {
 602   DEBUG(dbgs() << MI);
 603
 604   // If this is a pseudo instruction, lower it.
 605   switch (Desc->getOpcode()) {
 606   case X86::ADD16rr_DB:      Desc = UpdateOp(MI, II, X86::OR16rr); break;
 607   case X86::ADD32rr_DB:      Desc = UpdateOp(MI, II, X86::OR32rr); break;
 608   case X86::ADD64rr_DB:      Desc = UpdateOp(MI, II, X86::OR64rr); break;
 609   case X86::ADD16ri_DB:      Desc = UpdateOp(MI, II, X86::OR16ri); break;
 610   case X86::ADD32ri_DB:      Desc = UpdateOp(MI, II, X86::OR32ri); break;
 611   case X86::ADD64ri32_DB:    Desc = UpdateOp(MI, II, X86::OR64ri32); break;
 612   case X86::ADD16ri8_DB:     Desc = UpdateOp(MI, II, X86::OR16ri8); break;
 613   case X86::ADD32ri8_DB:     Desc = UpdateOp(MI, II, X86::OR32ri8); break;
 614   case X86::ADD64ri8_DB:     Desc = UpdateOp(MI, II, X86::OR64ri8); break;
 615   case X86::ACQUIRE_MOV8rm:  Desc = UpdateOp(MI, II, X86::MOV8rm); break;
 616   case X86::ACQUIRE_MOV16rm: Desc = UpdateOp(MI, II, X86::MOV16rm); break;
 617   case X86::ACQUIRE_MOV32rm: Desc = UpdateOp(MI, II, X86::MOV32rm); break;
 618   case X86::ACQUIRE_MOV64rm: Desc = UpdateOp(MI, II, X86::MOV64rm); break;
 619   case X86::RELEASE_MOV8mr:  Desc = UpdateOp(MI, II, X86::MOV8mr); break;
 620   case X86::RELEASE_MOV16mr: Desc = UpdateOp(MI, II, X86::MOV16mr); break;
 621   case X86::RELEASE_MOV32mr: Desc = UpdateOp(MI, II, X86::MOV32mr); break;
 622   case X86::RELEASE_MOV64mr: Desc = UpdateOp(MI, II, X86::MOV64mr); break;
 623   }
 624
 625
 626   MCE.processDebugLoc(MI.getDebugLoc(), true);
 627
 628   unsigned Opcode = Desc->Opcode;
 629
 630   // Emit the lock opcode prefix as needed.
 631   if (Desc->TSFlags & X86II::LOCK)
 632     MCE.emitByte(0xF0);
 633
 634   // Emit segment override opcode prefix as needed.
 635   switch (Desc->TSFlags & X86II::SegOvrMask) {
 636   case X86II::FS:
 637     MCE.emitByte(0x64);
 638     break;
 639   case X86II::GS:
 640     MCE.emitByte(0x65);
 641     break;
 642   default: llvm_unreachable("Invalid segment!");
 643   case 0: break;  // No segment override!
 644   }
 645
 646   // Emit the repeat opcode prefix as needed.
 647   if ((Desc->TSFlags & X86II::Op0Mask) == X86II::REP)
 648     MCE.emitByte(0xF3);
 649
 650   // Emit the operand size opcode prefix as needed.
 651   if (Desc->TSFlags & X86II::OpSize)
 652     MCE.emitByte(0x66);
 653
 654   // Emit the address size opcode prefix as needed.
 655   if (Desc->TSFlags & X86II::AdSize)
 656     MCE.emitByte(0x67);
 657
 658   bool Need0FPrefix = false;
 659   switch (Desc->TSFlags & X86II::Op0Mask) {
 660   case X86II::TB:  // Two-byte opcode prefix
 661   case X86II::T8:  // 0F 38
 662   case X86II::TA:  // 0F 3A
 663   case X86II::A6:  // 0F A6
 664   case X86II::A7:  // 0F A7
 665     Need0FPrefix = true;
 666     break;
 667   case X86II::REP: break; // already handled.
 668   case X86II::T8XS: // F3 0F 38
 669   case X86II::XS:   // F3 0F
 670     MCE.emitByte(0xF3);
 671     Need0FPrefix = true;
 672     break;
 673   case X86II::T8XD: // F2 0F 38
 674   case X86II::TAXD: // F2 0F 3A
 675   case X86II::XD:   // F2 0F
 676     MCE.emitByte(0xF2);
 677     Need0FPrefix = true;
 678     break;
 679   case X86II::D8: case X86II::D9: case X86II::DA: case X86II::DB:
 680   case X86II::DC: case X86II::DD: case X86II::DE: case X86II::DF:
 681     MCE.emitByte(0xD8+
 682                  (((Desc->TSFlags & X86II::Op0Mask)-X86II::D8)
 683                                    >> X86II::Op0Shift));
 684     break; // Two-byte opcode prefix
 685   default: llvm_unreachable("Invalid prefix!");
 686   case 0: break;  // No prefix!
 687   }
 688
 689   // Handle REX prefix.
 690   if (Is64BitMode) {
 691     if (unsigned REX = determineREX(MI))
 692       MCE.emitByte(0x40 | REX);
 693   }
 694
 695   // 0x0F escape code must be emitted just before the opcode.
 696   if (Need0FPrefix)
 697     MCE.emitByte(0x0F);
 698
 699   switch (Desc->TSFlags & X86II::Op0Mask) {
 700   case X86II::T8XD:  // F2 0F 38
 701   case X86II::T8XS:  // F3 0F 38
 702   case X86II::T8:    // 0F 38
 703     MCE.emitByte(0x38);
 704     break;
 705   case X86II::TAXD:  // F2 0F 38
 706   case X86II::TA:    // 0F 3A
 707     MCE.emitByte(0x3A);
 708     break;
 709   case X86II::A6:    // 0F A6
 710     MCE.emitByte(0xA6);
 711     break;
 712   case X86II::A7:    // 0F A7
 713     MCE.emitByte(0xA7);
 714     break;
 715   }
 716
 717   // If this is a two-address instruction, skip one of the register operands.
 718   unsigned NumOps = Desc->getNumOperands();
 719   unsigned CurOp = 0;
 720   if (NumOps > 1 && Desc->getOperandConstraint(1, MCOI::TIED_TO) != -1)
 721     ++CurOp;
 722   else if (NumOps > 2 && Desc->getOperandConstraint(NumOps-1,MCOI::TIED_TO)== 0)
 723     // Skip the last source operand that is tied_to the dest reg. e.g. LXADD32
 724     --NumOps;
 725
 726   unsigned char BaseOpcode = X86II::getBaseOpcodeFor(Desc->TSFlags);
 727   switch (Desc->TSFlags & X86II::FormMask) {
 728   default:
 729     llvm_unreachable("Unknown FormMask value in X86 MachineCodeEmitter!");
 730   case X86II::Pseudo:
 731     // Remember the current PC offset, this is the PIC relocation
 732     // base address.
 733     switch (Opcode) {
 734     default:
 735       llvm_unreachable("pseudo instructions should be removed before code"
 736                        " emission");
 737       break;
 738     // Do nothing for Int_MemBarrier - it's just a comment.  Add a debug
 739     // to make it slightly easier to see.
 740     case X86::Int_MemBarrier:
 741       DEBUG(dbgs() << "#MEMBARRIER\n");
 742       break;
 743
 744     case TargetOpcode::INLINEASM:
 745       // We allow inline assembler nodes with empty bodies - they can
 746       // implicitly define registers, which is ok for JIT.
 747       if (MI.getOperand(0).getSymbolName()[0])
 748         report_fatal_error("JIT does not support inline asm!");
 749       break;
 750     case TargetOpcode::PROLOG_LABEL:
 751     case TargetOpcode::GC_LABEL:
 752     case TargetOpcode::EH_LABEL:
 753       MCE.emitLabel(MI.getOperand(0).getMCSymbol());
 754       break;
 755
 756     case TargetOpcode::IMPLICIT_DEF:
 757     case TargetOpcode::KILL:
 758       break;
 759     case X86::MOVPC32r: {
 760       // This emits the "call" portion of this pseudo instruction.
 761       MCE.emitByte(BaseOpcode);
 762       emitConstant(0, X86II::getSizeOfImm(Desc->TSFlags));
 763       // Remember PIC base.
 764       PICBaseOffset = (intptr_t) MCE.getCurrentPCOffset();
 765       X86JITInfo *JTI = TM.getJITInfo();
 766       JTI->setPICBase(MCE.getCurrentPCValue());
 767       break;
 768     }
 769     }
 770     CurOp = NumOps;
 771     break;
 772   case X86II::RawFrm: {
 773     MCE.emitByte(BaseOpcode);
 774
 775     if (CurOp == NumOps)
 776       break;
 777
 778     const MachineOperand &MO = MI.getOperand(CurOp++);
 779
 780     DEBUG(dbgs() << "RawFrm CurOp " << CurOp << "\n");
 781     DEBUG(dbgs() << "isMBB " << MO.isMBB() << "\n");
 782     DEBUG(dbgs() << "isGlobal " << MO.isGlobal() << "\n");
 783     DEBUG(dbgs() << "isSymbol " << MO.isSymbol() << "\n");
 784     DEBUG(dbgs() << "isImm " << MO.isImm() << "\n");
 785
 786     if (MO.isMBB()) {
 787       emitPCRelativeBlockAddress(MO.getMBB());
 788       break;
 789     }
 790
 791     if (MO.isGlobal()) {
 792       emitGlobalAddress(MO.getGlobal(), X86::reloc_pcrel_word,
 793                         MO.getOffset(), 0);
 794       break;
 795     }
 796
 797     if (MO.isSymbol()) {
 798       emitExternalSymbolAddress(MO.getSymbolName(), X86::reloc_pcrel_word);
 799       break;
 800     }
 801
 802     // FIXME: Only used by hackish MCCodeEmitter, remove when dead.
 803     if (MO.isJTI()) {
 804       emitJumpTableAddress(MO.getIndex(), X86::reloc_pcrel_word);
 805       break;
 806     }
 807
 808     assert(MO.isImm() && "Unknown RawFrm operand!");
 809     if (Opcode == X86::CALLpcrel32 || Opcode == X86::CALL64pcrel32) {
 810       // Fix up immediate operand for pc relative calls.
 811       intptr_t Imm = (intptr_t)MO.getImm();
 812       Imm = Imm - MCE.getCurrentPCValue() - 4;
 813       emitConstant(Imm, X86II::getSizeOfImm(Desc->TSFlags));
 814     } else
 815       emitConstant(MO.getImm(), X86II::getSizeOfImm(Desc->TSFlags));
 816     break;
 817   }
 818
 819   case X86II::AddRegFrm: {
 820     MCE.emitByte(BaseOpcode +
 821                  X86_MC::getX86RegNum(MI.getOperand(CurOp++).getReg()));
 822
 823     if (CurOp == NumOps)
 824       break;
 825
 826     const MachineOperand &MO1 = MI.getOperand(CurOp++);
 827     unsigned Size = X86II::getSizeOfImm(Desc->TSFlags);
 828     if (MO1.isImm()) {
 829       emitConstant(MO1.getImm(), Size);
 830       break;
 831     }
 832
 833     unsigned rt = Is64BitMode ? X86::reloc_pcrel_word
 834       : (IsPIC ? X86::reloc_picrel_word : X86::reloc_absolute_word);
 835     if (Opcode == X86::MOV64ri64i32)
 836       rt = X86::reloc_absolute_word;  // FIXME: add X86II flag?
 837     // This should not occur on Darwin for relocatable objects.
 838     if (Opcode == X86::MOV64ri)
 839       rt = X86::reloc_absolute_dword;  // FIXME: add X86II flag?
 840     if (MO1.isGlobal()) {
 841       bool Indirect = gvNeedsNonLazyPtr(MO1, TM);
 842       emitGlobalAddress(MO1.getGlobal(), rt, MO1.getOffset(), 0,
 843                         Indirect);
 844     } else if (MO1.isSymbol())
 845       emitExternalSymbolAddress(MO1.getSymbolName(), rt);
 846     else if (MO1.isCPI())
 847       emitConstPoolAddress(MO1.getIndex(), rt);
 848     else if (MO1.isJTI())
 849       emitJumpTableAddress(MO1.getIndex(), rt);
 850     break;
 851   }
 852
 853   case X86II::MRMDestReg: {
 854     MCE.emitByte(BaseOpcode);
 855     emitRegModRMByte(MI.getOperand(CurOp).getReg(),
 856                      X86_MC::getX86RegNum(MI.getOperand(CurOp+1).getReg()));
 857     CurOp += 2;
 858     if (CurOp != NumOps)
 859       emitConstant(MI.getOperand(CurOp++).getImm(),
 860                    X86II::getSizeOfImm(Desc->TSFlags));
 861     break;
 862   }
 863   case X86II::MRMDestMem: {
 864     MCE.emitByte(BaseOpcode);
 865     emitMemModRMByte(MI, CurOp,
 866                 X86_MC::getX86RegNum(MI.getOperand(CurOp + X86::AddrNumOperands)
 867                                   .getReg()));
 868     CurOp +=  X86::AddrNumOperands + 1;
 869     if (CurOp != NumOps)
 870       emitConstant(MI.getOperand(CurOp++).getImm(),
 871                    X86II::getSizeOfImm(Desc->TSFlags));
 872     break;
 873   }
 874
 875   case X86II::MRMSrcReg:
 876     MCE.emitByte(BaseOpcode);
 877     emitRegModRMByte(MI.getOperand(CurOp+1).getReg(),
 878                      X86_MC::getX86RegNum(MI.getOperand(CurOp).getReg()));
 879     CurOp += 2;
 880     if (CurOp != NumOps)
 881       emitConstant(MI.getOperand(CurOp++).getImm(),
 882                    X86II::getSizeOfImm(Desc->TSFlags));
 883     break;
 884
 885   case X86II::MRMSrcMem: {
 886     int AddrOperands = X86::AddrNumOperands;
 887
 888     intptr_t PCAdj = (CurOp + AddrOperands + 1 != NumOps) ?
 889       X86II::getSizeOfImm(Desc->TSFlags) : 0;
 890
 891     MCE.emitByte(BaseOpcode);
 892     emitMemModRMByte(MI, CurOp+1,
 893                      X86_MC::getX86RegNum(MI.getOperand(CurOp).getReg()),PCAdj);
 894     CurOp += AddrOperands + 1;
 895     if (CurOp != NumOps)
 896       emitConstant(MI.getOperand(CurOp++).getImm(),
 897                    X86II::getSizeOfImm(Desc->TSFlags));
 898     break;
 899   }
 900
 901   case X86II::MRM0r: case X86II::MRM1r:
 902   case X86II::MRM2r: case X86II::MRM3r:
 903   case X86II::MRM4r: case X86II::MRM5r:
 904   case X86II::MRM6r: case X86II::MRM7r: {
 905     MCE.emitByte(BaseOpcode);
 906     emitRegModRMByte(MI.getOperand(CurOp++).getReg(),
 907                      (Desc->TSFlags & X86II::FormMask)-X86II::MRM0r);
 908
 909     if (CurOp == NumOps)
 910       break;
 911
 912     const MachineOperand &MO1 = MI.getOperand(CurOp++);
 913     unsigned Size = X86II::getSizeOfImm(Desc->TSFlags);
 914     if (MO1.isImm()) {
 915       emitConstant(MO1.getImm(), Size);
 916       break;
 917     }
 918
 919     unsigned rt = Is64BitMode ? X86::reloc_pcrel_word
 920       : (IsPIC ? X86::reloc_picrel_word : X86::reloc_absolute_word);
 921     if (Opcode == X86::MOV64ri32)
 922       rt = X86::reloc_absolute_word_sext;  // FIXME: add X86II flag?
 923     if (MO1.isGlobal()) {
 924       bool Indirect = gvNeedsNonLazyPtr(MO1, TM);
 925       emitGlobalAddress(MO1.getGlobal(), rt, MO1.getOffset(), 0,
 926                         Indirect);
 927     } else if (MO1.isSymbol())
 928       emitExternalSymbolAddress(MO1.getSymbolName(), rt);
 929     else if (MO1.isCPI())
 930       emitConstPoolAddress(MO1.getIndex(), rt);
 931     else if (MO1.isJTI())
 932       emitJumpTableAddress(MO1.getIndex(), rt);
 933     break;
 934   }
 935
 936   case X86II::MRM0m: case X86II::MRM1m:
 937   case X86II::MRM2m: case X86II::MRM3m:
 938   case X86II::MRM4m: case X86II::MRM5m:
 939   case X86II::MRM6m: case X86II::MRM7m: {
 940     intptr_t PCAdj = (CurOp + X86::AddrNumOperands != NumOps) ?
 941       (MI.getOperand(CurOp+X86::AddrNumOperands).isImm() ?
 942           X86II::getSizeOfImm(Desc->TSFlags) : 4) : 0;
 943
 944     MCE.emitByte(BaseOpcode);
 945     emitMemModRMByte(MI, CurOp, (Desc->TSFlags & X86II::FormMask)-X86II::MRM0m,
 946                      PCAdj);
 947     CurOp += X86::AddrNumOperands;
 948
 949     if (CurOp == NumOps)
 950       break;
 951
 952     const MachineOperand &MO = MI.getOperand(CurOp++);
 953     unsigned Size = X86II::getSizeOfImm(Desc->TSFlags);
 954     if (MO.isImm()) {
 955       emitConstant(MO.getImm(), Size);
 956       break;
 957     }
 958
 959     unsigned rt = Is64BitMode ? X86::reloc_pcrel_word
 960       : (IsPIC ? X86::reloc_picrel_word : X86::reloc_absolute_word);
 961     if (Opcode == X86::MOV64mi32)
 962       rt = X86::reloc_absolute_word_sext;  // FIXME: add X86II flag?
 963     if (MO.isGlobal()) {
 964       bool Indirect = gvNeedsNonLazyPtr(MO, TM);
 965       emitGlobalAddress(MO.getGlobal(), rt, MO.getOffset(), 0,
 966                         Indirect);
 967     } else if (MO.isSymbol())
 968       emitExternalSymbolAddress(MO.getSymbolName(), rt);
 969     else if (MO.isCPI())
 970       emitConstPoolAddress(MO.getIndex(), rt);
 971     else if (MO.isJTI())
 972       emitJumpTableAddress(MO.getIndex(), rt);
 973     break;
 974   }
 975
 976   case X86II::MRMInitReg:
 977     MCE.emitByte(BaseOpcode);
 978     // Duplicate register, used by things like MOV8r0 (aka xor reg,reg).
 979     emitRegModRMByte(MI.getOperand(CurOp).getReg(),
 980                      X86_MC::getX86RegNum(MI.getOperand(CurOp).getReg()));
 981     ++CurOp;
 982     break;
 983
 984   case X86II::MRM_C1:
 985     MCE.emitByte(BaseOpcode);
 986     MCE.emitByte(0xC1);
 987     break;
 988   case X86II::MRM_C8:
 989     MCE.emitByte(BaseOpcode);
 990     MCE.emitByte(0xC8);
 991     break;
 992   case X86II::MRM_C9:
 993     MCE.emitByte(BaseOpcode);
 994     MCE.emitByte(0xC9);
 995     break;
 996   case X86II::MRM_E8:
 997     MCE.emitByte(BaseOpcode);
 998     MCE.emitByte(0xE8);
 999     break;
1000   case X86II::MRM_F0:
1001     MCE.emitByte(BaseOpcode);
1002     MCE.emitByte(0xF0);
1003     break;
1004   }
1005
1006   if (!MI.isVariadic() && CurOp != NumOps) {
1007 #ifndef NDEBUG
1008     dbgs() << "Cannot encode all operands of: " << MI << "\n";
1009 #endif
1010     llvm_unreachable(0);
1011   }
1012
1013   MCE.processDebugLoc(MI.getDebugLoc(), false);
1014 }