utils/TableGen/CodeEmitterGen.cpp

   1 //===- CodeEmitterGen.cpp - Code Emitter Generator ------------------------===//
   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 // CodeEmitterGen uses the descriptions of instructions and their fields to
  11 // construct an automated code emitter: a function that, given a MachineInstr,
  12 // returns the (currently, 32-bit unsigned) value of the instruction.
  13 //
  14 //===----------------------------------------------------------------------===//
  15
  16 #include "CodeGenTarget.h"
  17 #include "llvm/TableGen/Record.h"
  18 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
  19 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  20 #include "llvm/Support/Debug.h"
  21 #include "llvm/TableGen/TableGenBackend.h"
  22 #include <map>
  23 #include <string>
  24 #include <vector>
  25 using namespace llvm;
  26
  27 // FIXME: Somewhat hackish to use a command line option for this. There should
  28 // be a CodeEmitter class in the Target.td that controls this sort of thing
  29 // instead.
  30 static cl::opt<bool>
  31 MCEmitter("mc-emitter",
  32           cl::desc("Generate CodeEmitter for use with the MC library."),
  33           cl::init(false));
  34
  35 namespace {
  36
  37 class CodeEmitterGen {
  38   RecordKeeper &Records;
  39 public:
  40   CodeEmitterGen(RecordKeeper &R) : Records(R) {}
  41
  42   void run(raw_ostream &o);
  43 private:
  44   void emitMachineOpEmitter(raw_ostream &o, const std::string &Namespace);
  45   void emitGetValueBit(raw_ostream &o, const std::string &Namespace);
  46   void reverseBits(std::vector<Record*> &Insts);
  47   int getVariableBit(const std::string &VarName, BitsInit *BI, int bit);
  48   std::string getInstructionCase(Record *R, CodeGenTarget &Target);
  49   void AddCodeToMergeInOperand(Record *R, BitsInit *BI,
  50                                const std::string &VarName,
  51                                unsigned &NumberedOp,
  52                                std::string &Case, CodeGenTarget &Target);
  53
  54 };
  55
  56 void CodeEmitterGen::reverseBits(std::vector<Record*> &Insts) {
  57   for (std::vector<Record*>::iterator I = Insts.begin(), E = Insts.end();
  58        I != E; ++I) {
  59     Record *R = *I;
  60     if (R->getValueAsString("Namespace") == "TargetOpcode" ||
  61         R->getValueAsBit("isPseudo"))
  62       continue;
  63
  64     BitsInit *BI = R->getValueAsBitsInit("Inst");
  65
  66     unsigned numBits = BI->getNumBits();
  67
  68     SmallVector<Init *, 16> NewBits(numBits);
  69
  70     for (unsigned bit = 0, end = numBits / 2; bit != end; ++bit) {
  71       unsigned bitSwapIdx = numBits - bit - 1;
  72       Init *OrigBit = BI->getBit(bit);
  73       Init *BitSwap = BI->getBit(bitSwapIdx);
  74       NewBits[bit]        = BitSwap;
  75       NewBits[bitSwapIdx] = OrigBit;
  76     }
  77     if (numBits % 2) {
  78       unsigned middle = (numBits + 1) / 2;
  79       NewBits[middle] = BI->getBit(middle);
  80     }
  81
  82     BitsInit *NewBI = BitsInit::get(NewBits);
  83
  84     // Update the bits in reversed order so that emitInstrOpBits will get the
  85     // correct endianness.
  86     R->getValue("Inst")->setValue(NewBI);
  87   }
  88 }
  89
  90 // If the VarBitInit at position 'bit' matches the specified variable then
  91 // return the variable bit position.  Otherwise return -1.
  92 int CodeEmitterGen::getVariableBit(const std::string &VarName,
  93                                    BitsInit *BI, int bit) {
  94   if (VarBitInit *VBI = dyn_cast<VarBitInit>(BI->getBit(bit))) {
  95     if (VarInit *VI = dyn_cast<VarInit>(VBI->getBitVar()))
  96       if (VI->getName() == VarName)
  97         return VBI->getBitNum();
  98   } else if (VarInit *VI = dyn_cast<VarInit>(BI->getBit(bit))) {
  99     if (VI->getName() == VarName)
 100       return 0;
 101   }
 102
 103   return -1;
 104 }
 105
 106 void CodeEmitterGen::
 107 AddCodeToMergeInOperand(Record *R, BitsInit *BI, const std::string &VarName,
 108                         unsigned &NumberedOp,
 109                         std::string &Case, CodeGenTarget &Target) {
 110   CodeGenInstruction &CGI = Target.getInstruction(R);
 111
 112   // Determine if VarName actually contributes to the Inst encoding.
 113   int bit = BI->getNumBits()-1;
 114
 115   // Scan for a bit that this contributed to.
 116   for (; bit >= 0; ) {
 117     if (getVariableBit(VarName, BI, bit) != -1)
 118       break;
 119
 120     --bit;
 121   }
 122
 123   // If we found no bits, ignore this value, otherwise emit the call to get the
 124   // operand encoding.
 125   if (bit < 0) return;
 126
 127   // If the operand matches by name, reference according to that
 128   // operand number. Non-matching operands are assumed to be in
 129   // order.
 130   unsigned OpIdx;
 131   if (CGI.Operands.hasOperandNamed(VarName, OpIdx)) {
 132     // Get the machine operand number for the indicated operand.
 133     OpIdx = CGI.Operands[OpIdx].MIOperandNo;
 134     assert(!CGI.Operands.isFlatOperandNotEmitted(OpIdx) &&
 135            "Explicitly used operand also marked as not emitted!");
 136   } else {
 137     unsigned NumberOps = CGI.Operands.size();
 138     /// If this operand is not supposed to be emitted by the
 139     /// generated emitter, skip it.
 140     while (NumberedOp < NumberOps &&
 141            CGI.Operands.isFlatOperandNotEmitted(NumberedOp))
 142       ++NumberedOp;
 143     // If this operand has not been found, ignore it.
 144     if (NumberedOp >= NumberOps)
 145       return;
 146     OpIdx = NumberedOp++;
 147   }
 148
 149   std::pair<unsigned, unsigned> SO = CGI.Operands.getSubOperandNumber(OpIdx);
 150   std::string &EncoderMethodName = CGI.Operands[SO.first].EncoderMethodName;
 151
 152   // If the source operand has a custom encoder, use it. This will
 153   // get the encoding for all of the suboperands.
 154   if (!EncoderMethodName.empty()) {
 155     // A custom encoder has all of the information for the
 156     // sub-operands, if there are more than one, so only
 157     // query the encoder once per source operand.
 158     if (SO.second == 0) {
 159       Case += "      // op: " + VarName + "\n" +
 160               "      op = " + EncoderMethodName + "(MI, " + utostr(OpIdx);
 161       if (MCEmitter)
 162         Case += ", Fixups";
 163       Case += ");\n";
 164     }
 165   } else {
 166     Case += "      // op: " + VarName + "\n" +
 167       "      op = getMachineOpValue(MI, MI.getOperand(" + utostr(OpIdx) + ")";
 168     if (MCEmitter)
 169       Case += ", Fixups";
 170     Case += ");\n";
 171   }
 172
 173   for (; bit >= 0; ) {
 174     int varBit = getVariableBit(VarName, BI, bit);
 175
 176     // If this bit isn't from a variable, skip it.
 177     if (varBit == -1) {
 178       --bit;
 179       continue;
 180     }
 181
 182     // Figure out the consecutive range of bits covered by this operand, in
 183     // order to generate better encoding code.
 184     int beginInstBit = bit;
 185     int beginVarBit = varBit;
 186     int N = 1;
 187     for (--bit; bit >= 0;) {
 188       varBit = getVariableBit(VarName, BI, bit);
 189       if (varBit == -1 || varBit != (beginVarBit - N)) break;
 190       ++N;
 191       --bit;
 192     }
 193
 194     uint64_t opMask = ~(uint64_t)0 >> (64-N);
 195     int opShift = beginVarBit - N + 1;
 196     opMask <<= opShift;
 197     opShift = beginInstBit - beginVarBit;
 198
 199     if (opShift > 0) {
 200       Case += "      Value |= (op & UINT64_C(" + utostr(opMask) + ")) << " +
 201               itostr(opShift) + ";\n";
 202     } else if (opShift < 0) {
 203       Case += "      Value |= (op & UINT64_C(" + utostr(opMask) + ")) >> " +
 204               itostr(-opShift) + ";\n";
 205     } else {
 206       Case += "      Value |= op & UINT64_C(" + utostr(opMask) + ");\n";
 207     }
 208   }
 209 }
 210
 211
 212 std::string CodeEmitterGen::getInstructionCase(Record *R,
 213                                                CodeGenTarget &Target) {
 214   std::string Case;
 215
 216   BitsInit *BI = R->getValueAsBitsInit("Inst");
 217   const std::vector<RecordVal> &Vals = R->getValues();
 218   unsigned NumberedOp = 0;
 219
 220   // Loop over all of the fields in the instruction, determining which are the
 221   // operands to the instruction.
 222   for (unsigned i = 0, e = Vals.size(); i != e; ++i) {
 223     // Ignore fixed fields in the record, we're looking for values like:
 224     //    bits<5> RST = { ?, ?, ?, ?, ? };
 225     if (Vals[i].getPrefix() || Vals[i].getValue()->isComplete())
 226       continue;
 227
 228     AddCodeToMergeInOperand(R, BI, Vals[i].getName(), NumberedOp, Case, Target);
 229   }
 230
 231   std::string PostEmitter = R->getValueAsString("PostEncoderMethod");
 232   if (!PostEmitter.empty())
 233     Case += "      Value = " + PostEmitter + "(MI, Value);\n";
 234
 235   return Case;
 236 }
 237
 238 void CodeEmitterGen::run(raw_ostream &o) {
 239   CodeGenTarget Target(Records);
 240   std::vector<Record*> Insts = Records.getAllDerivedDefinitions("Instruction");
 241
 242   // For little-endian instruction bit encodings, reverse the bit order
 243   if (Target.isLittleEndianEncoding()) reverseBits(Insts);
 244
 245
 246   const std::vector<const CodeGenInstruction*> &NumberedInstructions =
 247     Target.getInstructionsByEnumValue();
 248
 249   // Emit function declaration
 250   o << "uint64_t " << Target.getName();
 251   if (MCEmitter)
 252     o << "MCCodeEmitter::getBinaryCodeForInstr(const MCInst &MI,\n"
 253       << "    SmallVectorImpl<MCFixup> &Fixups) const {\n";
 254   else
 255     o << "CodeEmitter::getBinaryCodeForInstr(const MachineInstr &MI) const {\n";
 256
 257   // Emit instruction base values
 258   o << "  static const uint64_t InstBits[] = {\n";
 259   for (std::vector<const CodeGenInstruction*>::const_iterator
 260           IN = NumberedInstructions.begin(),
 261           EN = NumberedInstructions.end();
 262        IN != EN; ++IN) {
 263     const CodeGenInstruction *CGI = *IN;
 264     Record *R = CGI->TheDef;
 265
 266     if (R->getValueAsString("Namespace") == "TargetOpcode" ||
 267         R->getValueAsBit("isPseudo")) {
 268       o << "    UINT64_C(0),\n";
 269       continue;
 270     }
 271
 272     BitsInit *BI = R->getValueAsBitsInit("Inst");
 273
 274     // Start by filling in fixed values.
 275     uint64_t Value = 0;
 276     for (unsigned i = 0, e = BI->getNumBits(); i != e; ++i) {
 277       if (BitInit *B = dyn_cast<BitInit>(BI->getBit(e-i-1)))
 278         Value |= (uint64_t)B->getValue() << (e-i-1);
 279     }
 280     o << "    UINT64_C(" << Value << ")," << '\t' << "// " << R->getName() << "\n";
 281   }
 282   o << "    UINT64_C(0)\n  };\n";
 283
 284   // Map to accumulate all the cases.
 285   std::map<std::string, std::vector<std::string> > CaseMap;
 286
 287   // Construct all cases statement for each opcode
 288   for (std::vector<Record*>::iterator IC = Insts.begin(), EC = Insts.end();
 289         IC != EC; ++IC) {
 290     Record *R = *IC;
 291     if (R->getValueAsString("Namespace") == "TargetOpcode" ||
 292         R->getValueAsBit("isPseudo"))
 293       continue;
 294     const std::string &InstName = R->getValueAsString("Namespace") + "::"
 295       + R->getName();
 296     std::string Case = getInstructionCase(R, Target);
 297
 298     CaseMap[Case].push_back(InstName);
 299   }
 300
 301   // Emit initial function code
 302   o << "  const unsigned opcode = MI.getOpcode();\n"
 303     << "  uint64_t Value = InstBits[opcode];\n"
 304     << "  uint64_t op = 0;\n"
 305     << "  (void)op;  // suppress warning\n"
 306     << "  switch (opcode) {\n";
 307
 308   // Emit each case statement
 309   std::map<std::string, std::vector<std::string> >::iterator IE, EE;
 310   for (IE = CaseMap.begin(), EE = CaseMap.end(); IE != EE; ++IE) {
 311     const std::string &Case = IE->first;
 312     std::vector<std::string> &InstList = IE->second;
 313
 314     for (int i = 0, N = InstList.size(); i < N; i++) {
 315       if (i) o << "\n";
 316       o << "    case " << InstList[i]  << ":";
 317     }
 318     o << " {\n";
 319     o << Case;
 320     o << "      break;\n"
 321       << "    }\n";
 322   }
 323
 324   // Default case: unhandled opcode
 325   o << "  default:\n"
 326     << "    std::string msg;\n"
 327     << "    raw_string_ostream Msg(msg);\n"
 328     << "    Msg << \"Not supported instr: \" << MI;\n"
 329     << "    report_fatal_error(Msg.str());\n"
 330     << "  }\n"
 331     << "  return Value;\n"
 332     << "}\n\n";
 333 }
 334
 335 } // End anonymous namespace
 336
 337 namespace llvm {
 338
 339 void EmitCodeEmitter(RecordKeeper &RK, raw_ostream &OS) {
 340   emitSourceFileHeader("Machine Code Emitter", OS);
 341   CodeEmitterGen(RK).run(OS);
 342 }
 343
 344 } // End llvm namespace