lib/MC/MCAssembler.cpp

   1 //===- lib/MC/MCAssembler.cpp - Assembler Backend Implementation ----------===//
   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 #define DEBUG_TYPE "assembler"
  11 #include "llvm/MC/MCAssembler.h"
  12 #include "llvm/MC/MCAsmLayout.h"
  13 #include "llvm/MC/MCCodeEmitter.h"
  14 #include "llvm/MC/MCExpr.h"
  15 #include "llvm/MC/MCObjectWriter.h"
  16 #include "llvm/MC/MCSymbol.h"
  17 #include "llvm/MC/MCValue.h"
  18 #include "llvm/ADT/OwningPtr.h"
  19 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  20 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
  21 #include "llvm/ADT/Twine.h"
  22 #include "llvm/Support/Debug.h"
  23 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  24 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  25 #include "llvm/Target/TargetRegistry.h"
  26 #include "llvm/Target/TargetAsmBackend.h"
  27
  28 #include <vector>
  29 using namespace llvm;
  30
  31 namespace {
  32 namespace stats {
  33 STATISTIC(EmittedFragments, "Number of emitted assembler fragments");
  34 STATISTIC(EvaluateFixup, "Number of evaluated fixups");
  35 STATISTIC(FragmentLayouts, "Number of fragment layouts");
  36 STATISTIC(ObjectBytes, "Number of emitted object file bytes");
  37 STATISTIC(RelaxationSteps, "Number of assembler layout and relaxation steps");
  38 STATISTIC(RelaxedInstructions, "Number of relaxed instructions");
  39 STATISTIC(SectionLayouts, "Number of section layouts");
  40 }
  41 }
  42
  43 // FIXME FIXME FIXME: There are number of places in this file where we convert
  44 // what is a 64-bit assembler value used for computation into a value in the
  45 // object file, which may truncate it. We should detect that truncation where
  46 // invalid and report errors back.
  47
  48 /* *** */
  49
  50 MCAsmLayout::MCAsmLayout(MCAssembler &Asm) : Assembler(Asm) {
  51   // Compute the section layout order. Virtual sections must go last.
  52   for (MCAssembler::iterator it = Asm.begin(), ie = Asm.end(); it != ie; ++it)
  53     if (!Asm.getBackend().isVirtualSection(it->getSection()))
  54       SectionOrder.push_back(&*it);
  55   for (MCAssembler::iterator it = Asm.begin(), ie = Asm.end(); it != ie; ++it)
  56     if (Asm.getBackend().isVirtualSection(it->getSection()))
  57       SectionOrder.push_back(&*it);
  58 }
  59
  60 void MCAsmLayout::UpdateForSlide(MCFragment *F, int SlideAmount) {
  61   // We shouldn't have to do anything special to support negative slides, and it
  62   // is a perfectly valid thing to do as long as other parts of the system can
  63   // guarantee convergence.
  64   assert(SlideAmount >= 0 && "Negative slides not yet supported");
  65
  66   // Update the layout by simply recomputing the layout for the entire
  67   // file. This is trivially correct, but very slow.
  68   //
  69   // FIXME-PERF: This is O(N^2), but will be eliminated once we get smarter.
  70
  71   // Layout the sections in order.
  72   for (unsigned i = 0, e = getSectionOrder().size(); i != e; ++i)
  73     getAssembler().LayoutSection(*this, i);
  74 }
  75
  76 uint64_t MCAsmLayout::getFragmentAddress(const MCFragment *F) const {
  77   assert(F->getParent() && "Missing section()!");
  78   return getSectionAddress(F->getParent()) + getFragmentOffset(F);
  79 }
  80
  81 uint64_t MCAsmLayout::getFragmentEffectiveSize(const MCFragment *F) const {
  82   assert(F->EffectiveSize != ~UINT64_C(0) && "Address not set!");
  83   return F->EffectiveSize;
  84 }
  85
  86 void MCAsmLayout::setFragmentEffectiveSize(MCFragment *F, uint64_t Value) {
  87   F->EffectiveSize = Value;
  88 }
  89
  90 uint64_t MCAsmLayout::getFragmentOffset(const MCFragment *F) const {
  91   assert(F->Offset != ~UINT64_C(0) && "Address not set!");
  92   return F->Offset;
  93 }
  94
  95 void MCAsmLayout::setFragmentOffset(MCFragment *F, uint64_t Value) {
  96   F->Offset = Value;
  97 }
  98
  99 uint64_t MCAsmLayout::getSymbolAddress(const MCSymbolData *SD) const {
 100   assert(SD->getFragment() && "Invalid getAddress() on undefined symbol!");
 101   return getFragmentAddress(SD->getFragment()) + SD->getOffset();
 102 }
 103
 104 uint64_t MCAsmLayout::getSectionAddress(const MCSectionData *SD) const {
 105   assert(SD->Address != ~UINT64_C(0) && "Address not set!");
 106   return SD->Address;
 107 }
 108
 109 void MCAsmLayout::setSectionAddress(MCSectionData *SD, uint64_t Value) {
 110   SD->Address = Value;
 111 }
 112
 113 uint64_t MCAsmLayout::getSectionSize(const MCSectionData *SD) const {
 114   assert(SD->Size != ~UINT64_C(0) && "File size not set!");
 115   return SD->Size;
 116 }
 117 void MCAsmLayout::setSectionSize(MCSectionData *SD, uint64_t Value) {
 118   SD->Size = Value;
 119 }
 120
 121 uint64_t MCAsmLayout::getSectionFileSize(const MCSectionData *SD) const {
 122   assert(SD->FileSize != ~UINT64_C(0) && "File size not set!");
 123   return SD->FileSize;
 124 }
 125 void MCAsmLayout::setSectionFileSize(MCSectionData *SD, uint64_t Value) {
 126   SD->FileSize = Value;
 127 }
 128
 129 uint64_t MCAsmLayout::getSectionAddressSize(const MCSectionData *SD) const {
 130   assert(SD->AddressSize != ~UINT64_C(0) && "Address size not set!");
 131   return SD->AddressSize;
 132 }
 133 void MCAsmLayout::setSectionAddressSize(MCSectionData *SD, uint64_t Value) {
 134   SD->AddressSize = Value;
 135 }
 136
 137 /* *** */
 138
 139 MCFragment::MCFragment() : Kind(FragmentType(~0)) {
 140 }
 141
 142 MCFragment::MCFragment(FragmentType _Kind, MCSectionData *_Parent)
 143   : Kind(_Kind), Parent(_Parent), Atom(0), EffectiveSize(~UINT64_C(0))
 144 {
 145   if (Parent)
 146     Parent->getFragmentList().push_back(this);
 147 }
 148
 149 MCFragment::~MCFragment() {
 150 }
 151
 152 /* *** */
 153
 154 MCSectionData::MCSectionData() : Section(0) {}
 155
 156 MCSectionData::MCSectionData(const MCSection &_Section, MCAssembler *A)
 157   : Section(&_Section),
 158     Alignment(1),
 159     Address(~UINT64_C(0)),
 160     Size(~UINT64_C(0)),
 161     AddressSize(~UINT64_C(0)),
 162     FileSize(~UINT64_C(0)),
 163     HasInstructions(false)
 164 {
 165   if (A)
 166     A->getSectionList().push_back(this);
 167 }
 168
 169 /* *** */
 170
 171 MCSymbolData::MCSymbolData() : Symbol(0) {}
 172
 173 MCSymbolData::MCSymbolData(const MCSymbol &_Symbol, MCFragment *_Fragment,
 174                            uint64_t _Offset, MCAssembler *A)
 175   : Symbol(&_Symbol), Fragment(_Fragment), Offset(_Offset),
 176     IsExternal(false), IsPrivateExtern(false),
 177     CommonSize(0), CommonAlign(0), Flags(0), Index(0)
 178 {
 179   if (A)
 180     A->getSymbolList().push_back(this);
 181 }
 182
 183 /* *** */
 184
 185 MCAssembler::MCAssembler(MCContext &_Context, TargetAsmBackend &_Backend,
 186                          MCCodeEmitter &_Emitter, raw_ostream &_OS)
 187   : Context(_Context), Backend(_Backend), Emitter(_Emitter),
 188     OS(_OS), RelaxAll(false), SubsectionsViaSymbols(false)
 189 {
 190 }
 191
 192 MCAssembler::~MCAssembler() {
 193 }
 194
 195 static bool isScatteredFixupFullyResolvedSimple(const MCAssembler &Asm,
 196                                                 const MCAsmFixup &Fixup,
 197                                                 const MCValue Target,
 198                                                 const MCSection *BaseSection) {
 199   // The effective fixup address is
 200   //     addr(atom(A)) + offset(A)
 201   //   - addr(atom(B)) - offset(B)
 202   //   - addr(<base symbol>) + <fixup offset from base symbol>
 203   // and the offsets are not relocatable, so the fixup is fully resolved when
 204   //  addr(atom(A)) - addr(atom(B)) - addr(<base symbol>)) == 0.
 205   //
 206   // The simple (Darwin, except on x86_64) way of dealing with this was to
 207   // assume that any reference to a temporary symbol *must* be a temporary
 208   // symbol in the same atom, unless the sections differ. Therefore, any PCrel
 209   // relocation to a temporary symbol (in the same section) is fully
 210   // resolved. This also works in conjunction with absolutized .set, which
 211   // requires the compiler to use .set to absolutize the differences between
 212   // symbols which the compiler knows to be assembly time constants, so we don't
 213   // need to worry about considering symbol differences fully resolved.
 214
 215   // Non-relative fixups are only resolved if constant.
 216   if (!BaseSection)
 217     return Target.isAbsolute();
 218
 219   // Otherwise, relative fixups are only resolved if not a difference and the
 220   // target is a temporary in the same section.
 221   if (Target.isAbsolute() || Target.getSymB())
 222     return false;
 223
 224   const MCSymbol *A = &Target.getSymA()->getSymbol();
 225   if (!A->isTemporary() || !A->isInSection() ||
 226       &A->getSection() != BaseSection)
 227     return false;
 228
 229   return true;
 230 }
 231
 232 static bool isScatteredFixupFullyResolved(const MCAssembler &Asm,
 233                                           const MCAsmLayout &Layout,
 234                                           const MCAsmFixup &Fixup,
 235                                           const MCValue Target,
 236                                           const MCSymbolData *BaseSymbol) {
 237   // The effective fixup address is
 238   //     addr(atom(A)) + offset(A)
 239   //   - addr(atom(B)) - offset(B)
 240   //   - addr(BaseSymbol) + <fixup offset from base symbol>
 241   // and the offsets are not relocatable, so the fixup is fully resolved when
 242   //  addr(atom(A)) - addr(atom(B)) - addr(BaseSymbol) == 0.
 243   //
 244   // Note that "false" is almost always conservatively correct (it means we emit
 245   // a relocation which is unnecessary), except when it would force us to emit a
 246   // relocation which the target cannot encode.
 247
 248   const MCSymbolData *A_Base = 0, *B_Base = 0;
 249   if (const MCSymbolRefExpr *A = Target.getSymA()) {
 250     // Modified symbol references cannot be resolved.
 251     if (A->getKind() != MCSymbolRefExpr::VK_None)
 252       return false;
 253
 254     A_Base = Asm.getAtom(Layout, &Asm.getSymbolData(A->getSymbol()));
 255     if (!A_Base)
 256       return false;
 257   }
 258
 259   if (const MCSymbolRefExpr *B = Target.getSymB()) {
 260     // Modified symbol references cannot be resolved.
 261     if (B->getKind() != MCSymbolRefExpr::VK_None)
 262       return false;
 263
 264     B_Base = Asm.getAtom(Layout, &Asm.getSymbolData(B->getSymbol()));
 265     if (!B_Base)
 266       return false;
 267   }
 268
 269   // If there is no base, A and B have to be the same atom for this fixup to be
 270   // fully resolved.
 271   if (!BaseSymbol)
 272     return A_Base == B_Base;
 273
 274   // Otherwise, B must be missing and A must be the base.
 275   return !B_Base && BaseSymbol == A_Base;
 276 }
 277
 278 bool MCAssembler::isSymbolLinkerVisible(const MCSymbolData *SD) const {
 279   // Non-temporary labels should always be visible to the linker.
 280   if (!SD->getSymbol().isTemporary())
 281     return true;
 282
 283   // Absolute temporary labels are never visible.
 284   if (!SD->getFragment())
 285     return false;
 286
 287   // Otherwise, check if the section requires symbols even for temporary labels.
 288   return getBackend().doesSectionRequireSymbols(
 289     SD->getFragment()->getParent()->getSection());
 290 }
 291
 292 const MCSymbolData *MCAssembler::getAtom(const MCAsmLayout &Layout,
 293                                          const MCSymbolData *SD) const {
 294   // Linker visible symbols define atoms.
 295   if (isSymbolLinkerVisible(SD))
 296     return SD;
 297
 298   // Absolute and undefined symbols have no defining atom.
 299   if (!SD->getFragment())
 300     return 0;
 301
 302   // Non-linker visible symbols in sections which can't be atomized have no
 303   // defining atom.
 304   if (!getBackend().isSectionAtomizable(
 305         SD->getFragment()->getParent()->getSection()))
 306     return 0;
 307
 308   // Otherwise, return the atom for the containing fragment.
 309   return SD->getFragment()->getAtom();
 310 }
 311
 312 bool MCAssembler::EvaluateFixup(const MCAsmLayout &Layout,
 313                                 const MCAsmFixup &Fixup, const MCFragment *DF,
 314                                 MCValue &Target, uint64_t &Value) const {
 315   ++stats::EvaluateFixup;
 316
 317   if (!Fixup.Value->EvaluateAsRelocatable(Target, &Layout))
 318     report_fatal_error("expected relocatable expression");
 319
 320   // FIXME: How do non-scattered symbols work in ELF? I presume the linker
 321   // doesn't support small relocations, but then under what criteria does the
 322   // assembler allow symbol differences?
 323
 324   Value = Target.getConstant();
 325
 326   bool IsPCRel =
 327     Emitter.getFixupKindInfo(Fixup.Kind).Flags & MCFixupKindInfo::FKF_IsPCRel;
 328   bool IsResolved = true;
 329   if (const MCSymbolRefExpr *A = Target.getSymA()) {
 330     if (A->getSymbol().isDefined())
 331       Value += Layout.getSymbolAddress(&getSymbolData(A->getSymbol()));
 332     else
 333       IsResolved = false;
 334   }
 335   if (const MCSymbolRefExpr *B = Target.getSymB()) {
 336     if (B->getSymbol().isDefined())
 337       Value -= Layout.getSymbolAddress(&getSymbolData(B->getSymbol()));
 338     else
 339       IsResolved = false;
 340   }
 341
 342   // If we are using scattered symbols, determine whether this value is actually
 343   // resolved; scattering may cause atoms to move.
 344   if (IsResolved && getBackend().hasScatteredSymbols()) {
 345     if (getBackend().hasReliableSymbolDifference()) {
 346       // If this is a PCrel relocation, find the base atom (identified by its
 347       // symbol) that the fixup value is relative to.
 348       const MCSymbolData *BaseSymbol = 0;
 349       if (IsPCRel) {
 350         BaseSymbol = DF->getAtom();
 351         if (!BaseSymbol)
 352           IsResolved = false;
 353       }
 354
 355       if (IsResolved)
 356         IsResolved = isScatteredFixupFullyResolved(*this, Layout, Fixup, Target,
 357                                                    BaseSymbol);
 358     } else {
 359       const MCSection *BaseSection = 0;
 360       if (IsPCRel)
 361         BaseSection = &DF->getParent()->getSection();
 362
 363       IsResolved = isScatteredFixupFullyResolvedSimple(*this, Fixup, Target,
 364                                                        BaseSection);
 365     }
 366   }
 367
 368   if (IsPCRel)
 369     Value -= Layout.getFragmentAddress(DF) + Fixup.Offset;
 370
 371   return IsResolved;
 372 }
 373
 374 void MCAssembler::LayoutFragment(MCAsmLayout &Layout, MCFragment &F) {
 375   uint64_t StartAddress = Layout.getSectionAddress(F.getParent());
 376
 377   // Get the fragment start address.
 378   uint64_t Address = StartAddress;
 379   MCSectionData::iterator it = &F;
 380   if (MCFragment *Prev = F.getPrevNode())
 381     Address = (StartAddress + Layout.getFragmentOffset(Prev) +
 382                Layout.getFragmentEffectiveSize(Prev));
 383
 384   ++stats::FragmentLayouts;
 385
 386   uint64_t FragmentOffset = Address - StartAddress;
 387   Layout.setFragmentOffset(&F, FragmentOffset);
 388
 389   // Evaluate fragment size.
 390   uint64_t EffectiveSize = 0;
 391   switch (F.getKind()) {
 392   case MCFragment::FT_Align: {
 393     MCAlignFragment &AF = cast<MCAlignFragment>(F);
 394
 395     assert((!AF.hasOnlyAlignAddress() || !AF.getNextNode()) &&
 396            "Invalid OnlyAlignAddress bit, not the last fragment!");
 397
 398     EffectiveSize = OffsetToAlignment(Address, AF.getAlignment());
 399     if (EffectiveSize > AF.getMaxBytesToEmit())
 400       EffectiveSize = 0;
 401     break;
 402   }
 403
 404   case MCFragment::FT_Data:
 405     EffectiveSize = cast<MCDataFragment>(F).getContents().size();
 406     break;
 407
 408   case MCFragment::FT_Fill: {
 409     EffectiveSize = cast<MCFillFragment>(F).getSize();
 410     break;
 411   }
 412
 413   case MCFragment::FT_Inst:
 414     EffectiveSize = cast<MCInstFragment>(F).getInstSize();
 415     break;
 416
 417   case MCFragment::FT_Org: {
 418     MCOrgFragment &OF = cast<MCOrgFragment>(F);
 419
 420     int64_t TargetLocation;
 421     if (!OF.getOffset().EvaluateAsAbsolute(TargetLocation, &Layout))
 422       report_fatal_error("expected assembly-time absolute expression");
 423
 424     // FIXME: We need a way to communicate this error.
 425     int64_t Offset = TargetLocation - FragmentOffset;
 426     if (Offset < 0)
 427       report_fatal_error("invalid .org offset '" + Twine(TargetLocation) +
 428                          "' (at offset '" + Twine(FragmentOffset) + "'");
 429
 430     EffectiveSize = Offset;
 431     break;
 432   }
 433   }
 434
 435   Layout.setFragmentEffectiveSize(&F, EffectiveSize);
 436 }
 437
 438 void MCAssembler::LayoutSection(MCAsmLayout &Layout,
 439                                 unsigned SectionOrderIndex) {
 440   MCSectionData &SD = *Layout.getSectionOrder()[SectionOrderIndex];
 441   bool IsVirtual = getBackend().isVirtualSection(SD.getSection());
 442
 443   ++stats::SectionLayouts;
 444
 445   // Compute the section start address.
 446   uint64_t StartAddress = 0;
 447   if (SectionOrderIndex) {
 448     MCSectionData *Prev = Layout.getSectionOrder()[SectionOrderIndex - 1];
 449     StartAddress = (Layout.getSectionAddress(Prev) +
 450                     Layout.getSectionAddressSize(Prev));
 451   }
 452
 453   // Honor the section alignment requirements.
 454   StartAddress = RoundUpToAlignment(StartAddress, SD.getAlignment());
 455
 456   // Set the section address.
 457   Layout.setSectionAddress(&SD, StartAddress);
 458
 459   for (MCSectionData::iterator it = SD.begin(), ie = SD.end(); it != ie; ++it)
 460     LayoutFragment(Layout, *it);
 461
 462   // Set the section sizes.
 463   uint64_t Size = 0;
 464   if (!SD.getFragmentList().empty()) {
 465     MCFragment *F = &SD.getFragmentList().back();
 466     Size = Layout.getFragmentOffset(F) + Layout.getFragmentEffectiveSize(F);
 467   }
 468   Layout.setSectionAddressSize(&SD, Size);
 469   Layout.setSectionFileSize(&SD, IsVirtual ? 0 : Size);
 470
 471   // Handle OnlyAlignAddress bit.
 472   if (!SD.getFragmentList().empty()) {
 473     MCAlignFragment *AF =
 474       dyn_cast<MCAlignFragment>(&SD.getFragmentList().back());
 475     if (AF && AF->hasOnlyAlignAddress())
 476       Size -= Layout.getFragmentEffectiveSize(AF);
 477   }
 478
 479   Layout.setSectionSize(&SD, Size);
 480 }
 481
 482 /// WriteFragmentData - Write the \arg F data to the output file.
 483 static void WriteFragmentData(const MCAssembler &Asm, const MCAsmLayout &Layout,
 484                               const MCFragment &F, MCObjectWriter *OW) {
 485   uint64_t Start = OW->getStream().tell();
 486   (void) Start;
 487
 488   ++stats::EmittedFragments;
 489
 490   // FIXME: Embed in fragments instead?
 491   uint64_t FragmentSize = Layout.getFragmentEffectiveSize(&F);
 492   switch (F.getKind()) {
 493   case MCFragment::FT_Align: {
 494     MCAlignFragment &AF = cast<MCAlignFragment>(F);
 495     uint64_t Count = FragmentSize / AF.getValueSize();
 496
 497     assert(AF.getValueSize() && "Invalid virtual align in concrete fragment!");
 498
 499     // FIXME: This error shouldn't actually occur (the front end should emit
 500     // multiple .align directives to enforce the semantics it wants), but is
 501     // severe enough that we want to report it. How to handle this?
 502     if (Count * AF.getValueSize() != FragmentSize)
 503       report_fatal_error("undefined .align directive, value size '" +
 504                         Twine(AF.getValueSize()) +
 505                         "' is not a divisor of padding size '" +
 506                         Twine(FragmentSize) + "'");
 507
 508     // See if we are aligning with nops, and if so do that first to try to fill
 509     // the Count bytes.  Then if that did not fill any bytes or there are any
 510     // bytes left to fill use the the Value and ValueSize to fill the rest.
 511     // If we are aligning with nops, ask that target to emit the right data.
 512     if (AF.hasEmitNops()) {
 513       if (!Asm.getBackend().WriteNopData(Count, OW))
 514         report_fatal_error("unable to write nop sequence of " +
 515                           Twine(Count) + " bytes");
 516       break;
 517     }
 518
 519     // Otherwise, write out in multiples of the value size.
 520     for (uint64_t i = 0; i != Count; ++i) {
 521       switch (AF.getValueSize()) {
 522       default:
 523         assert(0 && "Invalid size!");
 524       case 1: OW->Write8 (uint8_t (AF.getValue())); break;
 525       case 2: OW->Write16(uint16_t(AF.getValue())); break;
 526       case 4: OW->Write32(uint32_t(AF.getValue())); break;
 527       case 8: OW->Write64(uint64_t(AF.getValue())); break;
 528       }
 529     }
 530     break;
 531   }
 532
 533   case MCFragment::FT_Data: {
 534     MCDataFragment &DF = cast<MCDataFragment>(F);
 535     assert(FragmentSize == DF.getContents().size() && "Invalid size!");
 536     OW->WriteBytes(DF.getContents().str());
 537     break;
 538   }
 539
 540   case MCFragment::FT_Fill: {
 541     MCFillFragment &FF = cast<MCFillFragment>(F);
 542
 543     assert(FF.getValueSize() && "Invalid virtual align in concrete fragment!");
 544
 545     for (uint64_t i = 0, e = FF.getSize() / FF.getValueSize(); i != e; ++i) {
 546       switch (FF.getValueSize()) {
 547       default:
 548         assert(0 && "Invalid size!");
 549       case 1: OW->Write8 (uint8_t (FF.getValue())); break;
 550       case 2: OW->Write16(uint16_t(FF.getValue())); break;
 551       case 4: OW->Write32(uint32_t(FF.getValue())); break;
 552       case 8: OW->Write64(uint64_t(FF.getValue())); break;
 553       }
 554     }
 555     break;
 556   }
 557
 558   case MCFragment::FT_Inst:
 559     llvm_unreachable("unexpected inst fragment after lowering");
 560     break;
 561
 562   case MCFragment::FT_Org: {
 563     MCOrgFragment &OF = cast<MCOrgFragment>(F);
 564
 565     for (uint64_t i = 0, e = FragmentSize; i != e; ++i)
 566       OW->Write8(uint8_t(OF.getValue()));
 567
 568     break;
 569   }
 570   }
 571
 572   assert(OW->getStream().tell() - Start == FragmentSize);
 573 }
 574
 575 void MCAssembler::WriteSectionData(const MCSectionData *SD,
 576                                    const MCAsmLayout &Layout,
 577                                    MCObjectWriter *OW) const {
 578   uint64_t SectionFileSize = Layout.getSectionFileSize(SD);
 579
 580   // Ignore virtual sections.
 581   if (getBackend().isVirtualSection(SD->getSection())) {
 582     assert(SectionFileSize == 0 && "Invalid size for section!");
 583
 584     // Check that contents are only things legal inside a virtual section.
 585     for (MCSectionData::const_iterator it = SD->begin(),
 586            ie = SD->end(); it != ie; ++it) {
 587       switch (it->getKind()) {
 588       default:
 589         assert(0 && "Invalid fragment in virtual section!");
 590       case MCFragment::FT_Align:
 591         assert(!cast<MCAlignFragment>(it)->getValueSize() &&
 592                "Invalid align in virtual section!");
 593         break;
 594       case MCFragment::FT_Fill:
 595         assert(!cast<MCFillFragment>(it)->getValueSize() &&
 596                "Invalid fill in virtual section!");
 597         break;
 598       }
 599     }
 600
 601     return;
 602   }
 603
 604   uint64_t Start = OW->getStream().tell();
 605   (void) Start;
 606
 607   for (MCSectionData::const_iterator it = SD->begin(),
 608          ie = SD->end(); it != ie; ++it)
 609     WriteFragmentData(*this, Layout, *it, OW);
 610
 611   assert(OW->getStream().tell() - Start == SectionFileSize);
 612 }
 613
 614 void MCAssembler::Finish() {
 615   DEBUG_WITH_TYPE("mc-dump", {
 616       llvm::errs() << "assembler backend - pre-layout\n--\n";
 617       dump(); });
 618
 619   // Assign section and fragment ordinals, all subsequent backend code is
 620   // responsible for updating these in place.
 621   unsigned SectionIndex = 0;
 622   unsigned FragmentIndex = 0;
 623   for (MCAssembler::iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
 624     it->setOrdinal(SectionIndex++);
 625
 626     for (MCSectionData::iterator it2 = it->begin(),
 627            ie2 = it->end(); it2 != ie2; ++it2)
 628       it2->setOrdinal(FragmentIndex++);
 629   }
 630
 631   // Create the layout object.
 632   MCAsmLayout Layout(*this);
 633
 634   // Insert additional align fragments for concrete sections to explicitly pad
 635   // the previous section to match their alignment requirements. This is for
 636   // 'gas' compatibility, it shouldn't strictly be necessary.
 637   //
 638   // FIXME: This may be Mach-O specific.
 639   for (unsigned i = 1, e = Layout.getSectionOrder().size(); i < e; ++i) {
 640     MCSectionData *SD = Layout.getSectionOrder()[i];
 641
 642     // Ignore sections without alignment requirements.
 643     unsigned Align = SD->getAlignment();
 644     if (Align <= 1)
 645       continue;
 646
 647     // Ignore virtual sections, they don't cause file size modifications.
 648     if (getBackend().isVirtualSection(SD->getSection()))
 649       continue;
 650
 651     // Otherwise, create a new align fragment at the end of the previous
 652     // section.
 653     MCAlignFragment *AF = new MCAlignFragment(Align, 0, 1, Align,
 654                                               Layout.getSectionOrder()[i - 1]);
 655     AF->setOnlyAlignAddress(true);
 656   }
 657
 658   // Layout until everything fits.
 659   while (LayoutOnce(Layout))
 660     continue;
 661
 662   DEBUG_WITH_TYPE("mc-dump", {
 663       llvm::errs() << "assembler backend - post-relaxation\n--\n";
 664       dump(); });
 665
 666   // Finalize the layout, including fragment lowering.
 667   FinishLayout(Layout);
 668
 669   DEBUG_WITH_TYPE("mc-dump", {
 670       llvm::errs() << "assembler backend - final-layout\n--\n";
 671       dump(); });
 672
 673   uint64_t StartOffset = OS.tell();
 674   llvm::OwningPtr<MCObjectWriter> Writer(getBackend().createObjectWriter(OS));
 675   if (!Writer)
 676     report_fatal_error("unable to create object writer!");
 677
 678   // Allow the object writer a chance to perform post-layout binding (for
 679   // example, to set the index fields in the symbol data).
 680   Writer->ExecutePostLayoutBinding(*this);
 681
 682   // Evaluate and apply the fixups, generating relocation entries as necessary.
 683   for (MCAssembler::iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
 684     for (MCSectionData::iterator it2 = it->begin(),
 685            ie2 = it->end(); it2 != ie2; ++it2) {
 686       MCDataFragment *DF = dyn_cast<MCDataFragment>(it2);
 687       if (!DF)
 688         continue;
 689
 690       for (MCDataFragment::fixup_iterator it3 = DF->fixup_begin(),
 691              ie3 = DF->fixup_end(); it3 != ie3; ++it3) {
 692         MCAsmFixup &Fixup = *it3;
 693
 694         // Evaluate the fixup.
 695         MCValue Target;
 696         uint64_t FixedValue;
 697         if (!EvaluateFixup(Layout, Fixup, DF, Target, FixedValue)) {
 698           // The fixup was unresolved, we need a relocation. Inform the object
 699           // writer of the relocation, and give it an opportunity to adjust the
 700           // fixup value if need be.
 701           Writer->RecordRelocation(*this, Layout, DF, Fixup, Target,FixedValue);
 702         }
 703
 704         getBackend().ApplyFixup(Fixup, *DF, FixedValue);
 705       }
 706     }
 707   }
 708
 709   // Write the object file.
 710   Writer->WriteObject(*this, Layout);
 711   OS.flush();
 712
 713   stats::ObjectBytes += OS.tell() - StartOffset;
 714 }
 715
 716 bool MCAssembler::FixupNeedsRelaxation(const MCAsmFixup &Fixup,
 717                                        const MCFragment *DF,
 718                                        const MCAsmLayout &Layout) const {
 719   if (getRelaxAll())
 720     return true;
 721
 722   // If we cannot resolve the fixup value, it requires relaxation.
 723   MCValue Target;
 724   uint64_t Value;
 725   if (!EvaluateFixup(Layout, Fixup, DF, Target, Value))
 726     return true;
 727
 728   // Otherwise, relax if the value is too big for a (signed) i8.
 729   //
 730   // FIXME: This is target dependent!
 731   return int64_t(Value) != int64_t(int8_t(Value));
 732 }
 733
 734 bool MCAssembler::FragmentNeedsRelaxation(const MCInstFragment *IF,
 735                                           const MCAsmLayout &Layout) const {
 736   // If this inst doesn't ever need relaxation, ignore it. This occurs when we
 737   // are intentionally pushing out inst fragments, or because we relaxed a
 738   // previous instruction to one that doesn't need relaxation.
 739   if (!getBackend().MayNeedRelaxation(IF->getInst(), IF->getFixups()))
 740     return false;
 741
 742   for (MCInstFragment::const_fixup_iterator it = IF->fixup_begin(),
 743          ie = IF->fixup_end(); it != ie; ++it)
 744     if (FixupNeedsRelaxation(*it, IF, Layout))
 745       return true;
 746
 747   return false;
 748 }
 749
 750 bool MCAssembler::LayoutOnce(MCAsmLayout &Layout) {
 751   ++stats::RelaxationSteps;
 752
 753   // Layout the sections in order.
 754   for (unsigned i = 0, e = Layout.getSectionOrder().size(); i != e; ++i)
 755     LayoutSection(Layout, i);
 756
 757   // Scan for fragments that need relaxation.
 758   bool WasRelaxed = false;
 759   for (iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
 760     MCSectionData &SD = *it;
 761
 762     for (MCSectionData::iterator it2 = SD.begin(),
 763            ie2 = SD.end(); it2 != ie2; ++it2) {
 764       // Check if this is an instruction fragment that needs relaxation.
 765       MCInstFragment *IF = dyn_cast<MCInstFragment>(it2);
 766       if (!IF || !FragmentNeedsRelaxation(IF, Layout))
 767         continue;
 768
 769       ++stats::RelaxedInstructions;
 770
 771       // FIXME-PERF: We could immediately lower out instructions if we can tell
 772       // they are fully resolved, to avoid retesting on later passes.
 773
 774       // Relax the fragment.
 775
 776       MCInst Relaxed;
 777       getBackend().RelaxInstruction(IF, Relaxed);
 778
 779       // Encode the new instruction.
 780       //
 781       // FIXME-PERF: If it matters, we could let the target do this. It can
 782       // probably do so more efficiently in many cases.
 783       SmallVector<MCFixup, 4> Fixups;
 784       SmallString<256> Code;
 785       raw_svector_ostream VecOS(Code);
 786       getEmitter().EncodeInstruction(Relaxed, VecOS, Fixups);
 787       VecOS.flush();
 788
 789       // Update the instruction fragment.
 790       int SlideAmount = Code.size() - IF->getInstSize();
 791       IF->setInst(Relaxed);
 792       IF->getCode() = Code;
 793       IF->getFixups().clear();
 794       for (unsigned i = 0, e = Fixups.size(); i != e; ++i) {
 795         MCFixup &F = Fixups[i];
 796         IF->getFixups().push_back(MCAsmFixup(F.getOffset(), *F.getValue(),
 797                                              F.getKind()));
 798       }
 799
 800       // Update the layout, and remember that we relaxed. If we are relaxing
 801       // everything, we can skip this step since nothing will depend on updating
 802       // the values.
 803       if (!getRelaxAll())
 804         Layout.UpdateForSlide(IF, SlideAmount);
 805       WasRelaxed = true;
 806     }
 807   }
 808
 809   return WasRelaxed;
 810 }
 811
 812 void MCAssembler::FinishLayout(MCAsmLayout &Layout) {
 813   // Lower out any instruction fragments, to simplify the fixup application and
 814   // output.
 815   //
 816   // FIXME-PERF: We don't have to do this, but the assumption is that it is
 817   // cheap (we will mostly end up eliminating fragments and appending on to data
 818   // fragments), so the extra complexity downstream isn't worth it. Evaluate
 819   // this assumption.
 820   for (iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
 821     MCSectionData &SD = *it;
 822
 823     for (MCSectionData::iterator it2 = SD.begin(),
 824            ie2 = SD.end(); it2 != ie2; ++it2) {
 825       MCInstFragment *IF = dyn_cast<MCInstFragment>(it2);
 826       if (!IF)
 827         continue;
 828
 829       // Create a new data fragment for the instruction.
 830       //
 831       // FIXME-PERF: Reuse previous data fragment if possible.
 832       MCDataFragment *DF = new MCDataFragment();
 833       SD.getFragmentList().insert(it2, DF);
 834
 835       // Update the data fragments layout data.
 836       //
 837       // FIXME: Add MCAsmLayout utility for this.
 838       DF->setParent(IF->getParent());
 839       DF->setAtom(IF->getAtom());
 840       DF->setOrdinal(IF->getOrdinal());
 841       Layout.setFragmentOffset(DF, Layout.getFragmentOffset(IF));
 842       Layout.setFragmentEffectiveSize(DF, Layout.getFragmentEffectiveSize(IF));
 843
 844       // Copy in the data and the fixups.
 845       DF->getContents().append(IF->getCode().begin(), IF->getCode().end());
 846       for (unsigned i = 0, e = IF->getFixups().size(); i != e; ++i)
 847         DF->getFixups().push_back(IF->getFixups()[i]);
 848
 849       // Delete the instruction fragment and update the iterator.
 850       SD.getFragmentList().erase(IF);
 851       it2 = DF;
 852     }
 853   }
 854 }
 855
 856 // Debugging methods
 857
 858 namespace llvm {
 859
 860 raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const MCAsmFixup &AF) {
 861   OS << "<MCAsmFixup" << " Offset:" << AF.Offset << " Value:" << *AF.Value
 862      << " Kind:" << AF.Kind << ">";
 863   return OS;
 864 }
 865
 866 }
 867
 868 void MCFragment::dump() {
 869   raw_ostream &OS = llvm::errs();
 870
 871   OS << "<MCFragment " << (void*) this << " Offset:" << Offset
 872      << " EffectiveSize:" << EffectiveSize << ">";
 873 }
 874
 875 void MCAlignFragment::dump() {
 876   raw_ostream &OS = llvm::errs();
 877
 878   OS << "<MCAlignFragment ";
 879   this->MCFragment::dump();
 880   if (hasEmitNops())
 881     OS << " (emit nops)";
 882   if (hasOnlyAlignAddress())
 883     OS << " (only align section)";
 884   OS << "\n       ";
 885   OS << " Alignment:" << getAlignment()
 886      << " Value:" << getValue() << " ValueSize:" << getValueSize()
 887      << " MaxBytesToEmit:" << getMaxBytesToEmit() << ">";
 888 }
 889
 890 void MCDataFragment::dump() {
 891   raw_ostream &OS = llvm::errs();
 892
 893   OS << "<MCDataFragment ";
 894   this->MCFragment::dump();
 895   OS << "\n       ";
 896   OS << " Contents:[";
 897   for (unsigned i = 0, e = getContents().size(); i != e; ++i) {
 898     if (i) OS << ",";
 899     OS << hexdigit((Contents[i] >> 4) & 0xF) << hexdigit(Contents[i] & 0xF);
 900   }
 901   OS << "] (" << getContents().size() << " bytes)";
 902
 903   if (!getFixups().empty()) {
 904     OS << ",\n       ";
 905     OS << " Fixups:[";
 906     for (fixup_iterator it = fixup_begin(), ie = fixup_end(); it != ie; ++it) {
 907       if (it != fixup_begin()) OS << ",\n                ";
 908       OS << *it;
 909     }
 910     OS << "]";
 911   }
 912
 913   OS << ">";
 914 }
 915
 916 void MCFillFragment::dump() {
 917   raw_ostream &OS = llvm::errs();
 918
 919   OS << "<MCFillFragment ";
 920   this->MCFragment::dump();
 921   OS << "\n       ";
 922   OS << " Value:" << getValue() << " ValueSize:" << getValueSize()
 923      << " Size:" << getSize() << ">";
 924 }
 925
 926 void MCInstFragment::dump() {
 927   raw_ostream &OS = llvm::errs();
 928
 929   OS << "<MCInstFragment ";
 930   this->MCFragment::dump();
 931   OS << "\n       ";
 932   OS << " Inst:";
 933   getInst().dump_pretty(OS);
 934   OS << ">";
 935 }
 936
 937 void MCOrgFragment::dump() {
 938   raw_ostream &OS = llvm::errs();
 939
 940   OS << "<MCOrgFragment ";
 941   this->MCFragment::dump();
 942   OS << "\n       ";
 943   OS << " Offset:" << getOffset() << " Value:" << getValue() << ">";
 944 }
 945
 946 void MCSectionData::dump() {
 947   raw_ostream &OS = llvm::errs();
 948
 949   OS << "<MCSectionData";
 950   OS << " Alignment:" << getAlignment() << " Address:" << Address
 951      << " Size:" << Size << " AddressSize:" << AddressSize
 952      << " FileSize:" << FileSize << " Fragments:[\n      ";
 953   for (iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
 954     if (it != begin()) OS << ",\n      ";
 955     it->dump();
 956   }
 957   OS << "]>";
 958 }
 959
 960 void MCSymbolData::dump() {
 961   raw_ostream &OS = llvm::errs();
 962
 963   OS << "<MCSymbolData Symbol:" << getSymbol()
 964      << " Fragment:" << getFragment() << " Offset:" << getOffset()
 965      << " Flags:" << getFlags() << " Index:" << getIndex();
 966   if (isCommon())
 967     OS << " (common, size:" << getCommonSize()
 968        << " align: " << getCommonAlignment() << ")";
 969   if (isExternal())
 970     OS << " (external)";
 971   if (isPrivateExtern())
 972     OS << " (private extern)";
 973   OS << ">";
 974 }
 975
 976 void MCAssembler::dump() {
 977   raw_ostream &OS = llvm::errs();
 978
 979   OS << "<MCAssembler\n";
 980   OS << "  Sections:[\n    ";
 981   for (iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
 982     if (it != begin()) OS << ",\n    ";
 983     it->dump();
 984   }
 985   OS << "],\n";
 986   OS << "  Symbols:[";
 987
 988   for (symbol_iterator it = symbol_begin(), ie = symbol_end(); it != ie; ++it) {
 989     if (it != symbol_begin()) OS << ",\n           ";
 990     it->dump();
 991   }
 992   OS << "]>\n";
 993 }