lib/CodeGen/LLVMTargetMachine.cpp

   1 //===-- LLVMTargetMachine.cpp - Implement the LLVMTargetMachine class -----===//
   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 implements the LLVMTargetMachine class.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  15 #include "llvm/PassManager.h"
  16 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
  17 #include "llvm/Analysis/Verifier.h"
  18 #include "llvm/Assembly/PrintModulePass.h"
  19 #include "llvm/CodeGen/AsmPrinter.h"
  20 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionAnalysis.h"
  21 #include "llvm/CodeGen/MachineModuleInfo.h"
  22 #include "llvm/CodeGen/GCStrategy.h"
  23 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  24 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
  25 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
  26 #include "llvm/MC/MCAsmInfo.h"
  27 #include "llvm/MC/MCInstrInfo.h"
  28 #include "llvm/MC/MCStreamer.h"
  29 #include "llvm/MC/MCSubtargetInfo.h"
  30 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  31 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  32 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
  33 #include "llvm/Target/TargetLoweringObjectFile.h"
  34 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
  35 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
  36 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  37 #include "llvm/ADT/OwningPtr.h"
  38 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  39 #include "llvm/Support/Debug.h"
  40 #include "llvm/Support/FormattedStream.h"
  41 #include "llvm/Support/TargetRegistry.h"
  42 using namespace llvm;
  43
  44 static cl::opt<bool> DisablePostRA("disable-post-ra", cl::Hidden,
  45     cl::desc("Disable Post Regalloc"));
  46 static cl::opt<bool> DisableBranchFold("disable-branch-fold", cl::Hidden,
  47     cl::desc("Disable branch folding"));
  48 static cl::opt<bool> DisableTailDuplicate("disable-tail-duplicate", cl::Hidden,
  49     cl::desc("Disable tail duplication"));
  50 static cl::opt<bool> DisableEarlyTailDup("disable-early-taildup", cl::Hidden,
  51     cl::desc("Disable pre-register allocation tail duplication"));
  52 static cl::opt<bool> EnableBlockPlacement("enable-block-placement",
  53     cl::Hidden, cl::desc("Enable probability-driven block placement"));
  54 static cl::opt<bool> EnableBlockPlacementStats("enable-block-placement-stats",
  55     cl::Hidden, cl::desc("Collect probability-driven block placement stats"));
  56 static cl::opt<bool> DisableCodePlace("disable-code-place", cl::Hidden,
  57     cl::desc("Disable code placement"));
  58 static cl::opt<bool> DisableSSC("disable-ssc", cl::Hidden,
  59     cl::desc("Disable Stack Slot Coloring"));
  60 static cl::opt<bool> DisableMachineDCE("disable-machine-dce", cl::Hidden,
  61     cl::desc("Disable Machine Dead Code Elimination"));
  62 static cl::opt<bool> DisableMachineLICM("disable-machine-licm", cl::Hidden,
  63     cl::desc("Disable Machine LICM"));
  64 static cl::opt<bool> DisableMachineCSE("disable-machine-cse", cl::Hidden,
  65     cl::desc("Disable Machine Common Subexpression Elimination"));
  66 static cl::opt<bool> DisablePostRAMachineLICM("disable-postra-machine-licm",
  67     cl::Hidden,
  68     cl::desc("Disable Machine LICM"));
  69 static cl::opt<bool> DisableMachineSink("disable-machine-sink", cl::Hidden,
  70     cl::desc("Disable Machine Sinking"));
  71 static cl::opt<bool> DisableLSR("disable-lsr", cl::Hidden,
  72     cl::desc("Disable Loop Strength Reduction Pass"));
  73 static cl::opt<bool> DisableCGP("disable-cgp", cl::Hidden,
  74     cl::desc("Disable Codegen Prepare"));
  75 static cl::opt<bool> PrintLSR("print-lsr-output", cl::Hidden,
  76     cl::desc("Print LLVM IR produced by the loop-reduce pass"));
  77 static cl::opt<bool> PrintISelInput("print-isel-input", cl::Hidden,
  78     cl::desc("Print LLVM IR input to isel pass"));
  79 static cl::opt<bool> PrintGCInfo("print-gc", cl::Hidden,
  80     cl::desc("Dump garbage collector data"));
  81 static cl::opt<bool> ShowMCEncoding("show-mc-encoding", cl::Hidden,
  82     cl::desc("Show encoding in .s output"));
  83 static cl::opt<bool> ShowMCInst("show-mc-inst", cl::Hidden,
  84     cl::desc("Show instruction structure in .s output"));
  85 static cl::opt<bool> VerifyMachineCode("verify-machineinstrs", cl::Hidden,
  86     cl::desc("Verify generated machine code"),
  87     cl::init(getenv("LLVM_VERIFY_MACHINEINSTRS")!=NULL));
  88
  89 static cl::opt<cl::boolOrDefault>
  90 AsmVerbose("asm-verbose", cl::desc("Add comments to directives."),
  91            cl::init(cl::BOU_UNSET));
  92
  93 static bool getVerboseAsm() {
  94   switch (AsmVerbose) {
  95   case cl::BOU_UNSET: return TargetMachine::getAsmVerbosityDefault();
  96   case cl::BOU_TRUE:  return true;
  97   case cl::BOU_FALSE: return false;
  98   }
  99   llvm_unreachable("Invalid verbose asm state");
 100 }
 101
 102 // Enable or disable FastISel. Both options are needed, because
 103 // FastISel is enabled by default with -fast, and we wish to be
 104 // able to enable or disable fast-isel independently from -O0.
 105 static cl::opt<cl::boolOrDefault>
 106 EnableFastISelOption("fast-isel", cl::Hidden,
 107   cl::desc("Enable the \"fast\" instruction selector"));
 108
 109 LLVMTargetMachine::LLVMTargetMachine(const Target &T, StringRef Triple,
 110                                      StringRef CPU, StringRef FS,
 111                                      TargetOptions Options,
 112                                      Reloc::Model RM, CodeModel::Model CM,
 113                                      CodeGenOpt::Level OL)
 114   : TargetMachine(T, Triple, CPU, FS, Options) {
 115   CodeGenInfo = T.createMCCodeGenInfo(Triple, RM, CM, OL);
 116   AsmInfo = T.createMCAsmInfo(Triple);
 117   // TargetSelect.h moved to a different directory between LLVM 2.9 and 3.0,
 118   // and if the old one gets included then MCAsmInfo will be NULL and
 119   // we'll crash later.
 120   // Provide the user with a useful error message about what's wrong.
 121   assert(AsmInfo && "MCAsmInfo not initialized."
 122          "Make sure you include the correct TargetSelect.h"
 123          "and that InitializeAllTargetMCs() is being invoked!");
 124 }
 125
 126 bool LLVMTargetMachine::addPassesToEmitFile(PassManagerBase &PM,
 127                                             formatted_raw_ostream &Out,
 128                                             CodeGenFileType FileType,
 129                                             bool DisableVerify) {
 130   // Add common CodeGen passes.
 131   MCContext *Context = 0;
 132   if (addCommonCodeGenPasses(PM, DisableVerify, Context))
 133     return true;
 134   assert(Context != 0 && "Failed to get MCContext");
 135
 136   if (hasMCSaveTempLabels())
 137     Context->setAllowTemporaryLabels(false);
 138
 139   const MCAsmInfo &MAI = *getMCAsmInfo();
 140   const MCSubtargetInfo &STI = getSubtarget<MCSubtargetInfo>();
 141   OwningPtr<MCStreamer> AsmStreamer;
 142
 143   switch (FileType) {
 144   case CGFT_AssemblyFile: {
 145     MCInstPrinter *InstPrinter =
 146       getTarget().createMCInstPrinter(MAI.getAssemblerDialect(), MAI, STI);
 147
 148     // Create a code emitter if asked to show the encoding.
 149     MCCodeEmitter *MCE = 0;
 150     MCAsmBackend *MAB = 0;
 151     if (ShowMCEncoding) {
 152       const MCSubtargetInfo &STI = getSubtarget<MCSubtargetInfo>();
 153       MCE = getTarget().createMCCodeEmitter(*getInstrInfo(), STI, *Context);
 154       MAB = getTarget().createMCAsmBackend(getTargetTriple());
 155     }
 156
 157     MCStreamer *S = getTarget().createAsmStreamer(*Context, Out,
 158                                                   getVerboseAsm(),
 159                                                   hasMCUseLoc(),
 160                                                   hasMCUseCFI(),
 161                                                   hasMCUseDwarfDirectory(),
 162                                                   InstPrinter,
 163                                                   MCE, MAB,
 164                                                   ShowMCInst);
 165     AsmStreamer.reset(S);
 166     break;
 167   }
 168   case CGFT_ObjectFile: {
 169     // Create the code emitter for the target if it exists.  If not, .o file
 170     // emission fails.
 171     MCCodeEmitter *MCE = getTarget().createMCCodeEmitter(*getInstrInfo(), STI,
 172                                                          *Context);
 173     MCAsmBackend *MAB = getTarget().createMCAsmBackend(getTargetTriple());
 174     if (MCE == 0 || MAB == 0)
 175       return true;
 176
 177     AsmStreamer.reset(getTarget().createMCObjectStreamer(getTargetTriple(),
 178                                                          *Context, *MAB, Out,
 179                                                          MCE, hasMCRelaxAll(),
 180                                                          hasMCNoExecStack()));
 181     AsmStreamer.get()->InitSections();
 182     break;
 183   }
 184   case CGFT_Null:
 185     // The Null output is intended for use for performance analysis and testing,
 186     // not real users.
 187     AsmStreamer.reset(createNullStreamer(*Context));
 188     break;
 189   }
 190
 191   // Create the AsmPrinter, which takes ownership of AsmStreamer if successful.
 192   FunctionPass *Printer = getTarget().createAsmPrinter(*this, *AsmStreamer);
 193   if (Printer == 0)
 194     return true;
 195
 196   // If successful, createAsmPrinter took ownership of AsmStreamer.
 197   AsmStreamer.take();
 198
 199   PM.add(Printer);
 200
 201   PM.add(createGCInfoDeleter());
 202   return false;
 203 }
 204
 205 /// addPassesToEmitMachineCode - Add passes to the specified pass manager to
 206 /// get machine code emitted.  This uses a JITCodeEmitter object to handle
 207 /// actually outputting the machine code and resolving things like the address
 208 /// of functions.  This method should returns true if machine code emission is
 209 /// not supported.
 210 ///
 211 bool LLVMTargetMachine::addPassesToEmitMachineCode(PassManagerBase &PM,
 212                                                    JITCodeEmitter &JCE,
 213                                                    bool DisableVerify) {
 214   // Add common CodeGen passes.
 215   MCContext *Ctx = 0;
 216   if (addCommonCodeGenPasses(PM, DisableVerify, Ctx))
 217     return true;
 218
 219   addCodeEmitter(PM, JCE);
 220   PM.add(createGCInfoDeleter());
 221
 222   return false; // success!
 223 }
 224
 225 /// addPassesToEmitMC - Add passes to the specified pass manager to get
 226 /// machine code emitted with the MCJIT. This method returns true if machine
 227 /// code is not supported. It fills the MCContext Ctx pointer which can be
 228 /// used to build custom MCStreamer.
 229 ///
 230 bool LLVMTargetMachine::addPassesToEmitMC(PassManagerBase &PM,
 231                                           MCContext *&Ctx,
 232                                           raw_ostream &Out,
 233                                           bool DisableVerify) {
 234   // Add common CodeGen passes.
 235   if (addCommonCodeGenPasses(PM, DisableVerify, Ctx))
 236     return true;
 237
 238   if (hasMCSaveTempLabels())
 239     Ctx->setAllowTemporaryLabels(false);
 240
 241   // Create the code emitter for the target if it exists.  If not, .o file
 242   // emission fails.
 243   const MCSubtargetInfo &STI = getSubtarget<MCSubtargetInfo>();
 244   MCCodeEmitter *MCE = getTarget().createMCCodeEmitter(*getInstrInfo(),STI, *Ctx);
 245   MCAsmBackend *MAB = getTarget().createMCAsmBackend(getTargetTriple());
 246   if (MCE == 0 || MAB == 0)
 247     return true;
 248
 249   OwningPtr<MCStreamer> AsmStreamer;
 250   AsmStreamer.reset(getTarget().createMCObjectStreamer(getTargetTriple(), *Ctx,
 251                                                        *MAB, Out, MCE,
 252                                                        hasMCRelaxAll(),
 253                                                        hasMCNoExecStack()));
 254   AsmStreamer.get()->InitSections();
 255
 256   // Create the AsmPrinter, which takes ownership of AsmStreamer if successful.
 257   FunctionPass *Printer = getTarget().createAsmPrinter(*this, *AsmStreamer);
 258   if (Printer == 0)
 259     return true;
 260
 261   // If successful, createAsmPrinter took ownership of AsmStreamer.
 262   AsmStreamer.take();
 263
 264   PM.add(Printer);
 265
 266   return false; // success!
 267 }
 268
 269 void LLVMTargetMachine::printNoVerify(PassManagerBase &PM,
 270                                       const char *Banner) const {
 271   if (Options.PrintMachineCode)
 272     PM.add(createMachineFunctionPrinterPass(dbgs(), Banner));
 273 }
 274
 275 void LLVMTargetMachine::printAndVerify(PassManagerBase &PM,
 276                                        const char *Banner) const {
 277   if (Options.PrintMachineCode)
 278     PM.add(createMachineFunctionPrinterPass(dbgs(), Banner));
 279
 280   if (VerifyMachineCode)
 281     PM.add(createMachineVerifierPass(Banner));
 282 }
 283
 284 /// addCommonCodeGenPasses - Add standard LLVM codegen passes used for both
 285 /// emitting to assembly files or machine code output.
 286 ///
 287 bool LLVMTargetMachine::addCommonCodeGenPasses(PassManagerBase &PM,
 288                                                bool DisableVerify,
 289                                                MCContext *&OutContext) {
 290   // Standard LLVM-Level Passes.
 291
 292   // Basic AliasAnalysis support.
 293   // Add TypeBasedAliasAnalysis before BasicAliasAnalysis so that
 294   // BasicAliasAnalysis wins if they disagree. This is intended to help
 295   // support "obvious" type-punning idioms.
 296   PM.add(createTypeBasedAliasAnalysisPass());
 297   PM.add(createBasicAliasAnalysisPass());
 298
 299   // Before running any passes, run the verifier to determine if the input
 300   // coming from the front-end and/or optimizer is valid.
 301   if (!DisableVerify)
 302     PM.add(createVerifierPass());
 303
 304   // Run loop strength reduction before anything else.
 305   if (getOptLevel() != CodeGenOpt::None && !DisableLSR) {
 306     PM.add(createLoopStrengthReducePass(getTargetLowering()));
 307     if (PrintLSR)
 308       PM.add(createPrintFunctionPass("\n\n*** Code after LSR ***\n", &dbgs()));
 309   }
 310
 311   PM.add(createGCLoweringPass());
 312
 313   // Make sure that no unreachable blocks are instruction selected.
 314   PM.add(createUnreachableBlockEliminationPass());
 315
 316   // Turn exception handling constructs into something the code generators can
 317   // handle.
 318   switch (getMCAsmInfo()->getExceptionHandlingType()) {
 319   case ExceptionHandling::SjLj:
 320     // SjLj piggy-backs on dwarf for this bit. The cleanups done apply to both
 321     // Dwarf EH prepare needs to be run after SjLj prepare. Otherwise,
 322     // catch info can get misplaced when a selector ends up more than one block
 323     // removed from the parent invoke(s). This could happen when a landing
 324     // pad is shared by multiple invokes and is also a target of a normal
 325     // edge from elsewhere.
 326     PM.add(createSjLjEHPass(getTargetLowering()));
 327     // FALLTHROUGH
 328   case ExceptionHandling::DwarfCFI:
 329   case ExceptionHandling::ARM:
 330   case ExceptionHandling::Win64:
 331     PM.add(createDwarfEHPass(this));
 332     break;
 333   case ExceptionHandling::None:
 334     PM.add(createLowerInvokePass(getTargetLowering()));
 335
 336     // The lower invoke pass may create unreachable code. Remove it.
 337     PM.add(createUnreachableBlockEliminationPass());
 338     break;
 339   }
 340
 341   if (getOptLevel() != CodeGenOpt::None && !DisableCGP)
 342     PM.add(createCodeGenPreparePass(getTargetLowering()));
 343
 344   PM.add(createStackProtectorPass(getTargetLowering()));
 345
 346   addPreISel(PM);
 347
 348   if (PrintISelInput)
 349     PM.add(createPrintFunctionPass("\n\n"
 350                                    "*** Final LLVM Code input to ISel ***\n",
 351                                    &dbgs()));
 352
 353   // All passes which modify the LLVM IR are now complete; run the verifier
 354   // to ensure that the IR is valid.
 355   if (!DisableVerify)
 356     PM.add(createVerifierPass());
 357
 358   // Standard Lower-Level Passes.
 359
 360   // Install a MachineModuleInfo class, which is an immutable pass that holds
 361   // all the per-module stuff we're generating, including MCContext.
 362   MachineModuleInfo *MMI =
 363     new MachineModuleInfo(*getMCAsmInfo(), *getRegisterInfo(),
 364                           &getTargetLowering()->getObjFileLowering());
 365   PM.add(MMI);
 366   OutContext = &MMI->getContext(); // Return the MCContext specifically by-ref.
 367
 368   // Set up a MachineFunction for the rest of CodeGen to work on.
 369   PM.add(new MachineFunctionAnalysis(*this));
 370
 371   // Enable FastISel with -fast, but allow that to be overridden.
 372   if (EnableFastISelOption == cl::BOU_TRUE ||
 373       (getOptLevel() == CodeGenOpt::None &&
 374        EnableFastISelOption != cl::BOU_FALSE))
 375     Options.EnableFastISel = true;
 376
 377   // Ask the target for an isel.
 378   if (addInstSelector(PM))
 379     return true;
 380
 381   // Print the instruction selected machine code...
 382   printAndVerify(PM, "After Instruction Selection");
 383
 384   // Expand pseudo-instructions emitted by ISel.
 385   PM.add(createExpandISelPseudosPass());
 386
 387   // Pre-ra tail duplication.
 388   if (getOptLevel() != CodeGenOpt::None && !DisableEarlyTailDup) {
 389     PM.add(createTailDuplicatePass(true));
 390     printAndVerify(PM, "After Pre-RegAlloc TailDuplicate");
 391   }
 392
 393   // Optimize PHIs before DCE: removing dead PHI cycles may make more
 394   // instructions dead.
 395   if (getOptLevel() != CodeGenOpt::None)
 396     PM.add(createOptimizePHIsPass());
 397
 398   // If the target requests it, assign local variables to stack slots relative
 399   // to one another and simplify frame index references where possible.
 400   PM.add(createLocalStackSlotAllocationPass());
 401
 402   if (getOptLevel() != CodeGenOpt::None) {
 403     // With optimization, dead code should already be eliminated. However
 404     // there is one known exception: lowered code for arguments that are only
 405     // used by tail calls, where the tail calls reuse the incoming stack
 406     // arguments directly (see t11 in test/CodeGen/X86/sibcall.ll).
 407     if (!DisableMachineDCE)
 408       PM.add(createDeadMachineInstructionElimPass());
 409     printAndVerify(PM, "After codegen DCE pass");
 410
 411     if (!DisableMachineLICM)
 412       PM.add(createMachineLICMPass());
 413     if (!DisableMachineCSE)
 414       PM.add(createMachineCSEPass());
 415     if (!DisableMachineSink)
 416       PM.add(createMachineSinkingPass());
 417     printAndVerify(PM, "After Machine LICM, CSE and Sinking passes");
 418
 419     PM.add(createPeepholeOptimizerPass());
 420     printAndVerify(PM, "After codegen peephole optimization pass");
 421   }
 422
 423   // Run pre-ra passes.
 424   if (addPreRegAlloc(PM))
 425     printAndVerify(PM, "After PreRegAlloc passes");
 426
 427   // Perform register allocation.
 428   PM.add(createRegisterAllocator(getOptLevel()));
 429   printAndVerify(PM, "After Register Allocation");
 430
 431   // Perform stack slot coloring and post-ra machine LICM.
 432   if (getOptLevel() != CodeGenOpt::None) {
 433     // FIXME: Re-enable coloring with register when it's capable of adding
 434     // kill markers.
 435     if (!DisableSSC)
 436       PM.add(createStackSlotColoringPass(false));
 437
 438     // Run post-ra machine LICM to hoist reloads / remats.
 439     if (!DisablePostRAMachineLICM)
 440       PM.add(createMachineLICMPass(false));
 441
 442     printAndVerify(PM, "After StackSlotColoring and postra Machine LICM");
 443   }
 444
 445   // Run post-ra passes.
 446   if (addPostRegAlloc(PM))
 447     printAndVerify(PM, "After PostRegAlloc passes");
 448
 449   // Insert prolog/epilog code.  Eliminate abstract frame index references...
 450   PM.add(createPrologEpilogCodeInserter());
 451   printAndVerify(PM, "After PrologEpilogCodeInserter");
 452
 453   // Branch folding must be run after regalloc and prolog/epilog insertion.
 454   if (getOptLevel() != CodeGenOpt::None && !DisableBranchFold) {
 455     PM.add(createBranchFoldingPass(getEnableTailMergeDefault()));
 456     printNoVerify(PM, "After BranchFolding");
 457   }
 458
 459   // Tail duplication.
 460   if (getOptLevel() != CodeGenOpt::None && !DisableTailDuplicate) {
 461     PM.add(createTailDuplicatePass(false));
 462     printNoVerify(PM, "After TailDuplicate");
 463   }
 464
 465   // Copy propagation.
 466   if (getOptLevel() != CodeGenOpt::None) {
 467     PM.add(createMachineCopyPropagationPass());
 468     printNoVerify(PM, "After copy propagation pass");
 469   }
 470
 471   // Expand pseudo instructions before second scheduling pass.
 472   PM.add(createExpandPostRAPseudosPass());
 473   printNoVerify(PM, "After ExpandPostRAPseudos");
 474
 475   // Run pre-sched2 passes.
 476   if (addPreSched2(PM))
 477     printNoVerify(PM, "After PreSched2 passes");
 478
 479   // Second pass scheduler.
 480   if (getOptLevel() != CodeGenOpt::None && !DisablePostRA) {
 481     PM.add(createPostRAScheduler(getOptLevel()));
 482     printNoVerify(PM, "After PostRAScheduler");
 483   }
 484
 485   PM.add(createGCMachineCodeAnalysisPass());
 486
 487   if (PrintGCInfo)
 488     PM.add(createGCInfoPrinter(dbgs()));
 489
 490   if (getOptLevel() != CodeGenOpt::None && !DisableCodePlace) {
 491     if (EnableBlockPlacement) {
 492       // MachineBlockPlacement is an experimental pass which is disabled by
 493       // default currently. Eventually it should subsume CodePlacementOpt, so
 494       // when enabled, the other is disabled.
 495       PM.add(createMachineBlockPlacementPass());
 496       printNoVerify(PM, "After MachineBlockPlacement");
 497     } else {
 498       PM.add(createCodePlacementOptPass());
 499       printNoVerify(PM, "After CodePlacementOpt");
 500     }
 501
 502     // Run a separate pass to collect block placement statistics.
 503     if (EnableBlockPlacementStats) {
 504       PM.add(createMachineBlockPlacementStatsPass());
 505       printNoVerify(PM, "After MachineBlockPlacementStats");
 506     }
 507   }
 508
 509   if (addPreEmitPass(PM))
 510     printNoVerify(PM, "After PreEmit passes");
 511
 512   return false;
 513 }