llvm.sqrt(-0.0) is defined.
[oota-llvm.git] / docs / CodeGenerator.html
index ea3b5d95982c04c54524211d4cb5fedfb76746b0..7be4689562bbe37bbff0f3396ece8055a0a375e4 100644 (file)
@@ -2,6 +2,7 @@
                       "http://www.w3.org/TR/html4/strict.dtd">
 <html>
 <head>
+  <meta http-equiv="content-type" content="text/html; charset=utf-8">
   <title>The LLVM Target-Independent Code Generator</title>
   <link rel="stylesheet" href="llvm.css" type="text/css">
 </head>
   <li><a href="#targetimpls">Target-specific Implementation Notes</a>
     <ul>
     <li><a href="#x86">The X86 backend</a></li>
-    </ul>
-  </li>
+    <li><a href="#ppc">The PowerPC backend</a>
+      <ul>
+      <li><a href="#ppc_abi">LLVM PowerPC ABI</a></li>
+      <li><a href="#ppc_frame">Frame Layout</a></li>
+      <li><a href="#ppc_prolog">Prolog/Epilog</a></li>
+      <li><a href="#ppc_dynamic">Dynamic Allocation</a></li>
+      </ul></li>
+    </ul></li>
 
 </ol>
 
 <div class="doc_author">
   <p>Written by <a href="mailto:sabre@nondot.org">Chris Lattner</a>,
-                <a href="mailto:isanbard@gmail.com">Bill Wendling</a>, and
+                <a href="mailto:isanbard@gmail.com">Bill Wendling</a>,
                 <a href="mailto:pronesto@gmail.com">Fernando Magno Quintao
-                                                    Pereira</a></p>
+                                                    Pereira</a> and
+                <a href="mailto:jlaskey@mac.com">Jim Laskey</a></p>
 </div>
 
 <div class="doc_warning">
@@ -374,7 +382,7 @@ operations.  Among other things, this class indicates:</p>
   <li>the type to use for shift amounts</li>
   <li>various high-level characteristics, like whether it is profitable to turn
       division by a constant into a multiplication sequence</li>
-</ol>
+</ul>
 
 </div>
 
@@ -711,8 +719,7 @@ comes from.</p>
 corresponds one-to-one with the LLVM function input to the instruction selector.
 In addition to a list of basic blocks, the <tt>MachineFunction</tt> contains a
 a <tt>MachineConstantPool</tt>, a <tt>MachineFrameInfo</tt>, a
-<tt>MachineFunctionInfo</tt>, a <tt>SSARegMap</tt>, and a set of live in and
-live out registers for the function.  See
+<tt>MachineFunctionInfo</tt>, and a <tt>MachineRegisterInfo</tt>.  See
 <tt>include/llvm/CodeGen/MachineFunction.h</tt> for more information.</p>
 
 </div>
@@ -740,16 +747,14 @@ explains how they work and some of the rationale behind their design.</p>
 <p>
 Instruction Selection is the process of translating LLVM code presented to the
 code generator into target-specific machine instructions.  There are several
-well-known ways to do this in the literature.  In LLVM there are two main forms:
-the SelectionDAG based instruction selector framework and an old-style 'simple'
-instruction selector, which effectively peephole selects each LLVM instruction
-into a series of machine instructions.  We recommend that all targets use the
-SelectionDAG infrastructure.
+well-known ways to do this in the literature.  LLVM uses a SelectionDAG based
+instruction selector.
 </p>
 
 <p>Portions of the DAG instruction selector are generated from the target 
 description (<tt>*.td</tt>) files.  Our goal is for the entire instruction
-selector to be generated from these <tt>.td</tt> files.</p>
+selector to be generated from these <tt>.td</tt> files, though currently
+there are still things that require custom C++ code.</p>
 </div>
 
 <!-- _______________________________________________________________________ -->
@@ -857,7 +862,11 @@ of the code compiled (if you only get errors printed to the console while using
 this, you probably <a href="ProgrammersManual.html#ViewGraph">need to configure
 your system</a> to add support for it).  The <tt>-view-sched-dags</tt> option
 views the SelectionDAG output from the Select phase and input to the Scheduler
-phase.</p>
+phase.  The <tt>-view-sunit-dags</tt> option views the ScheduleDAG, which is
+based on the final SelectionDAG, with nodes that must be scheduled as a unit
+bundled together into a single node, and with immediate operands and other
+nodes that aren't relevent for scheduling omitted.
+</p>
 
 </div>
 
@@ -1103,11 +1112,12 @@ primarily because it is a work in progress and is not yet finished:</p>
 <li>There is no great way to support matching complex addressing modes yet.  In
     the future, we will extend pattern fragments to allow them to define
     multiple values (e.g. the four operands of the <a href="#x86_memory">X86
-    addressing mode</a>).  In addition, we'll extend fragments so that a
+    addressing mode</a>, which are currently matched with custom C++ code).
+    In addition, we'll extend fragments so that a
     fragment can match multiple different patterns.</li>
 <li>We don't automatically infer flags like isStore/isLoad yet.</li>
 <li>We don't automatically generate the set of supported registers and
-    operations for the <a href="#"selectiondag_legalize>Legalizer</a> yet.</li>
+    operations for the <a href="#selectiondag_legalize">Legalizer</a> yet.</li>
 <li>We don't have a way of tying in custom legalized nodes yet.</li>
 </ul>
 
@@ -1148,7 +1158,6 @@ SelectionDAGs.</p>
 <ol>
 <li>Optional function-at-a-time selection.</li>
 <li>Auto-generate entire selector from <tt>.td</tt> file.</li>
-</li>
 </ol>
 
 </div>
@@ -1169,7 +1178,7 @@ SelectionDAGs.</p>
 <p>Live Intervals are the ranges (intervals) where a variable is <i>live</i>.
 They are used by some <a href="#regalloc">register allocator</a> passes to
 determine if two or more virtual registers which require the same physical
-register are live at the same point in the program (i.e., theyconflict).  When
+register are live at the same point in the program (i.e., they conflict).  When
 this situation occurs, one virtual register must be <i>spilled</i>.</p>
 
 </div>
@@ -1227,8 +1236,17 @@ defining instruction is encountered.</p>
 </div>
 
 <div class="doc_text">
-<p>To Be Written</p>
-</ol>
+
+<p>We now have the information available to perform the live intervals analysis
+and build the live intervals themselves.  We start off by numbering the basic
+blocks and machine instructions.  We then handle the "live-in" values.  These
+are in physical registers, so the physical register is assumed to be killed by
+the end of the basic block.  Live intervals for virtual registers are computed
+for some ordering of the machine instructions <tt>[1, N]</tt>.  A live interval
+is an interval <tt>[i, j)</tt>, where <tt>1 <= i <= j < N</tt>, for which a
+variable is live.</p>
+
+<p><i><b>More to come...</b></i></p>
 
 </div>
 
@@ -1239,14 +1257,14 @@ defining instruction is encountered.</p>
 
 <div class="doc_text">
 
-<p>The <i>Register Allocation problem</i> consists in mapping a
-program <i>P<sub>v</sub></i>, that can use an unbounded number of
-virtual registers, to a program <i>P<sub>p</sub></i> that contains a
-finite (possibly small) number of physical registers. Each target
-architecture has a different number of physical registers. If the
-number of physical registers is not enough to accommodate all the
-virtual registers, some of them will have to be mapped into
-memory. These virtuals are called <i>spilled virtuals</i>.</p>
+<p>The <i>Register Allocation problem</i> consists in mapping a program
+<i>P<sub>v</sub></i>, that can use an unbounded number of virtual
+registers, to a program <i>P<sub>p</sub></i> that contains a finite
+(possibly small) number of physical registers. Each target architecture has
+a different number of physical registers. If the number of physical
+registers is not enough to accommodate all the virtual registers, some of
+them will have to be mapped into memory. These virtuals are called
+<i>spilled virtuals</i>.</p>
 
 </div>
 
@@ -1289,13 +1307,13 @@ this code can be used:
 
 <div class="doc_code">
 <pre>
-bool RegMapping_Fer::compatible_class(MachineFunction &mf,
+bool RegMapping_Fer::compatible_class(MachineFunction &amp;mf,
                                       unsigned v_reg,
                                       unsigned p_reg) {
-  assert(MRegisterInfo::isPhysicalRegister(p_reg) &&
+  assert(MRegisterInfo::isPhysicalRegister(p_reg) &amp;&amp;
          "Target register must be physical");
-  const TargetRegisterClass *trc = mf.getSSARegMap()->getRegClass(v_reg);
-  return trc->contains(p_reg);
+  const TargetRegisterClass *trc = mf.getRegInfo().getRegClass(v_reg);
+  return trc-&gt;contains(p_reg);
 }
 </pre>
 </div>
@@ -1324,7 +1342,7 @@ register. Whereas physical registers are statically defined in a
 <tt>TargetRegisterInfo.td</tt> file and cannot be created by the
 application developer, that is not the case with virtual registers.
 In order to create new virtual registers, use the method
-<tt>SSARegMap::createVirtualRegister()</tt>. This method will return a
+<tt>MachineRegisterInfo::createVirtualRegister()</tt>. This method will return a
 virtual register with the highest code.
 </p>
 
@@ -1341,7 +1359,7 @@ if that register is being used by the instruction. The method
 <tt>MachineOperand::isDef()</tt> informs if that registers is being
 defined.</p>
 
-<p>We will call physical registers present in the LLVM bytecode before
+<p>We will call physical registers present in the LLVM bitcode before
 register allocation <i>pre-colored registers</i>. Pre-colored
 registers are used in many different situations, for instance, to pass
 parameters of functions calls, and to store results of particular
@@ -1612,11 +1630,9 @@ are specific to the code generator for a particular target.</p>
 <div class="doc_text">
 
 <p>The X86 code generator lives in the <tt>lib/Target/X86</tt> directory.  This
-code generator currently targets a generic P6-like processor.  As such, it
-produces a few P6-and-above instructions (like conditional moves), but it does
-not make use of newer features like MMX or SSE.  In the future, the X86 backend
-will have sub-target support added for specific processor families and 
-implementations.</p>
+code generator is capable of targeting a variety of x86-32 and x86-64
+processors, and includes support for ISA extensions such as MMX and SSE.
+</p>
 
 </div>
 
@@ -1636,11 +1652,31 @@ that people test.</p>
 <li><b>i386-unknown-freebsd5.3</b> - FreeBSD 5.3</li>
 <li><b>i686-pc-cygwin</b> - Cygwin on Win32</li>
 <li><b>i686-pc-mingw32</b> - MingW on Win32</li>
+<li><b>i386-pc-mingw32msvc</b> - MingW crosscompiler on Linux</li>
 <li><b>i686-apple-darwin*</b> - Apple Darwin on X86</li>
 </ul>
 
 </div>
 
+<!-- _______________________________________________________________________ -->
+<div class="doc_subsubsection">
+  <a name="x86_cc">X86 Calling Conventions supported</a>
+</div>
+
+
+<div class="doc_text">
+
+<p>The folowing target-specific calling conventions are known to backend:</p>
+
+<ul>
+<li><b>x86_StdCall</b> - stdcall calling convention seen on Microsoft Windows
+platform (CC ID = 64).</li>
+<li><b>x86_FastCall</b> - fastcall calling convention seen on Microsoft Windows
+platform (CC ID = 65).</li>
+</ul>
+
+</div>
+
 <!-- _______________________________________________________________________ -->
 <div class="doc_subsubsection">
   <a name="x86_memory">Representing X86 addressing modes in MachineInstrs</a>
@@ -1692,6 +1728,223 @@ a character per operand with an optional special size. For example:</p>
 
 </div>
 
+<!-- ======================================================================= -->
+<div class="doc_subsection">
+  <a name="ppc">The PowerPC backend</a>
+</div>
+
+<div class="doc_text">
+<p>The PowerPC code generator lives in the lib/Target/PowerPC directory.  The
+code generation is retargetable to several variations or <i>subtargets</i> of
+the PowerPC ISA; including ppc32, ppc64 and altivec.
+</p>
+</div>
+
+<!-- _______________________________________________________________________ -->
+<div class="doc_subsubsection">
+  <a name="ppc_abi">LLVM PowerPC ABI</a>
+</div>
+
+<div class="doc_text">
+<p>LLVM follows the AIX PowerPC ABI, with two deviations. LLVM uses a PC
+relative (PIC) or static addressing for accessing global values, so no TOC (r2)
+is used. Second, r31 is used as a frame pointer to allow dynamic growth of a
+stack frame.  LLVM takes advantage of having no TOC to provide space to save
+the frame pointer in the PowerPC linkage area of the caller frame.  Other
+details of PowerPC ABI can be found at <a href=
+"http://developer.apple.com/documentation/DeveloperTools/Conceptual/LowLevelABI/Articles/32bitPowerPC.html"
+>PowerPC ABI.</a> Note: This link describes the 32 bit ABI.  The
+64 bit ABI is similar except space for GPRs are 8 bytes wide (not 4) and r13 is
+reserved for system use.</p>
+</div>
+
+<!-- _______________________________________________________________________ -->
+<div class="doc_subsubsection">
+  <a name="ppc_frame">Frame Layout</a>
+</div>
+
+<div class="doc_text">
+<p>The size of a PowerPC frame is usually fixed for the duration of a
+function&rsquo;s invocation.  Since the frame is fixed size, all references into
+the frame can be accessed via fixed offsets from the stack pointer.  The
+exception to this is when dynamic alloca or variable sized arrays are present,
+then a base pointer (r31) is used as a proxy for the stack pointer and stack
+pointer is free to grow or shrink.  A base pointer is also used if llvm-gcc is
+not passed the -fomit-frame-pointer flag. The stack pointer is always aligned to
+16 bytes, so that space allocated for altivec vectors will be properly
+aligned.</p>
+<p>An invocation frame is layed out as follows (low memory at top);</p>
+</div>
+
+<div class="doc_text">
+<table class="layout">
+       <tr>
+               <td>Linkage<br><br></td>
+       </tr>
+       <tr>
+               <td>Parameter area<br><br></td>
+       </tr>
+       <tr>
+               <td>Dynamic area<br><br></td>
+       </tr>
+       <tr>
+               <td>Locals area<br><br></td>
+       </tr>
+       <tr>
+               <td>Saved registers area<br><br></td>
+       </tr>
+       <tr style="border-style: none hidden none hidden;">
+               <td><br></td>
+       </tr>
+       <tr>
+               <td>Previous Frame<br><br></td>
+       </tr>
+</table>
+</div>
+
+<div class="doc_text">
+<p>The <i>linkage</i> area is used by a callee to save special registers prior
+to allocating its own frame.  Only three entries are relevant to LLVM. The
+first entry is the previous stack pointer (sp), aka link.  This allows probing
+tools like gdb or exception handlers to quickly scan the frames in the stack.  A
+function epilog can also use the link to pop the frame from the stack.  The
+third entry in the linkage area is used to save the return address from the lr
+register. Finally, as mentioned above, the last entry is used to save the
+previous frame pointer (r31.)  The entries in the linkage area are the size of a
+GPR, thus the linkage area is 24 bytes long in 32 bit mode and 48 bytes in 64
+bit mode.</p>
+</div>
+
+<div class="doc_text">
+<p>32 bit linkage area</p>
+<table class="layout">
+       <tr>
+               <td>0</td>
+               <td>Saved SP (r1)</td>
+       </tr>
+       <tr>
+               <td>4</td>
+               <td>Saved CR</td>
+       </tr>
+       <tr>
+               <td>8</td>
+               <td>Saved LR</td>
+       </tr>
+       <tr>
+               <td>12</td>
+               <td>Reserved</td>
+       </tr>
+       <tr>
+               <td>16</td>
+               <td>Reserved</td>
+       </tr>
+       <tr>
+               <td>20</td>
+               <td>Saved FP (r31)</td>
+       </tr>
+</table>
+</div>
+
+<div class="doc_text">
+<p>64 bit linkage area</p>
+<table class="layout">
+       <tr>
+               <td>0</td>
+               <td>Saved SP (r1)</td>
+       </tr>
+       <tr>
+               <td>8</td>
+               <td>Saved CR</td>
+       </tr>
+       <tr>
+               <td>16</td>
+               <td>Saved LR</td>
+       </tr>
+       <tr>
+               <td>24</td>
+               <td>Reserved</td>
+       </tr>
+       <tr>
+               <td>32</td>
+               <td>Reserved</td>
+       </tr>
+       <tr>
+               <td>40</td>
+               <td>Saved FP (r31)</td>
+       </tr>
+</table>
+</div>
+
+<div class="doc_text">
+<p>The <i>parameter area</i> is used to store arguments being passed to a callee
+function.  Following the PowerPC ABI, the first few arguments are actually
+passed in registers, with the space in the parameter area unused.  However, if
+there are not enough registers or the callee is a thunk or vararg function,
+these register arguments can be spilled into the parameter area.  Thus, the
+parameter area must be large enough to store all the parameters for the largest
+call sequence made by the caller.  The size must also be mimimally large enough
+to spill registers r3-r10.  This allows callees blind to the call signature,
+such as thunks and vararg functions, enough space to cache the argument
+registers.  Therefore, the parameter area is minimally 32 bytes (64 bytes in 64
+bit mode.)  Also note that since the parameter area is a fixed offset from the
+top of the frame, that a callee can access its spilt arguments using fixed
+offsets from the stack pointer (or base pointer.)</p>
+</div>
+
+<div class="doc_text">
+<p>Combining the information about the linkage, parameter areas and alignment. A
+stack frame is minimally 64 bytes in 32 bit mode and 128 bytes in 64 bit
+mode.</p>
+</div>
+
+<div class="doc_text">
+<p>The <i>dynamic area</i> starts out as size zero.  If a function uses dynamic
+alloca then space is added to the stack, the linkage and parameter areas are
+shifted to top of stack, and the new space is available immediately below the
+linkage and parameter areas.  The cost of shifting the linkage and parameter
+areas is minor since only the link value needs to be copied.  The link value can
+be easily fetched by adding the original frame size to the base pointer.  Note
+that allocations in the dynamic space need to observe 16 byte aligment.</p>
+</div>
+
+<div class="doc_text">
+<p>The <i>locals area</i> is where the llvm compiler reserves space for local
+variables.</p>
+</div>
+
+<div class="doc_text">
+<p>The <i>saved registers area</i> is where the llvm compiler spills callee saved
+registers on entry to the callee.</p>
+</div>
+
+<!-- _______________________________________________________________________ -->
+<div class="doc_subsubsection">
+  <a name="ppc_prolog">Prolog/Epilog</a>
+</div>
+
+<div class="doc_text">
+<p>The llvm prolog and epilog are the same as described in the PowerPC ABI, with
+the following exceptions.  Callee saved registers are spilled after the frame is
+created.  This allows the llvm epilog/prolog support to be common with other
+targets.  The base pointer callee saved register r31 is saved in the TOC slot of
+linkage area.  This simplifies allocation of space for the base pointer and
+makes it convenient to locate programatically and during debugging.</p>
+</div>
+
+<!-- _______________________________________________________________________ -->
+<div class="doc_subsubsection">
+  <a name="ppc_dynamic">Dynamic Allocation</a>
+</div>
+
+<div class="doc_text">
+<p></p>
+</div>
+
+<div class="doc_text">
+<p><i>TODO - More to come.</i></p>
+</div>
+
+
 <!-- *********************************************************************** -->
 <hr>
 <address>