33b847281a6877a6d58b55d6db3cf3d1e04b097e
[oota-llvm.git] / lib / Target / ARM / ARMConstantIslandPass.cpp
1 //===-- ARMConstantIslandPass.cpp - ARM constant islands --------*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains a pass that splits the constant pool up into 'islands'
11 // which are scattered through-out the function.  This is required due to the
12 // limited pc-relative displacements that ARM has.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #define DEBUG_TYPE "arm-cp-islands"
17 #include "ARM.h"
18 #include "ARMAddressingModes.h"
19 #include "ARMMachineFunctionInfo.h"
20 #include "ARMInstrInfo.h"
21 #include "llvm/CodeGen/MachineConstantPool.h"
22 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
23 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
24 #include "llvm/CodeGen/MachineJumpTableInfo.h"
25 #include "llvm/Target/TargetData.h"
26 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
27 #include "llvm/Support/Compiler.h"
28 #include "llvm/Support/Debug.h"
29 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
30 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
31 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
32 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
33 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
34 using namespace llvm;
35
36 STATISTIC(NumCPEs,       "Number of constpool entries");
37 STATISTIC(NumSplit,      "Number of uncond branches inserted");
38 STATISTIC(NumCBrFixed,   "Number of cond branches fixed");
39 STATISTIC(NumUBrFixed,   "Number of uncond branches fixed");
40 STATISTIC(NumTBs,        "Number of table branches generated");
41 STATISTIC(NumT2CPShrunk, "Number of Thumb2 constantpool instructions shrunk");
42 STATISTIC(NumT2BrShrunk, "Number of Thumb2 immediate branches shrunk");
43
44 namespace {
45   /// ARMConstantIslands - Due to limited PC-relative displacements, ARM
46   /// requires constant pool entries to be scattered among the instructions
47   /// inside a function.  To do this, it completely ignores the normal LLVM
48   /// constant pool; instead, it places constants wherever it feels like with
49   /// special instructions.
50   ///
51   /// The terminology used in this pass includes:
52   ///   Islands - Clumps of constants placed in the function.
53   ///   Water   - Potential places where an island could be formed.
54   ///   CPE     - A constant pool entry that has been placed somewhere, which
55   ///             tracks a list of users.
56   class VISIBILITY_HIDDEN ARMConstantIslands : public MachineFunctionPass {
57     /// BBSizes - The size of each MachineBasicBlock in bytes of code, indexed
58     /// by MBB Number.  The two-byte pads required for Thumb alignment are
59     /// counted as part of the following block (i.e., the offset and size for
60     /// a padded block will both be ==2 mod 4).
61     std::vector<unsigned> BBSizes;
62
63     /// BBOffsets - the offset of each MBB in bytes, starting from 0.
64     /// The two-byte pads required for Thumb alignment are counted as part of
65     /// the following block.
66     std::vector<unsigned> BBOffsets;
67
68     /// WaterList - A sorted list of basic blocks where islands could be placed
69     /// (i.e. blocks that don't fall through to the following block, due
70     /// to a return, unreachable, or unconditional branch).
71     std::vector<MachineBasicBlock*> WaterList;
72
73     typedef std::vector<MachineBasicBlock*>::iterator water_iterator;
74
75     /// CPUser - One user of a constant pool, keeping the machine instruction
76     /// pointer, the constant pool being referenced, and the max displacement
77     /// allowed from the instruction to the CP.
78     struct CPUser {
79       MachineInstr *MI;
80       MachineInstr *CPEMI;
81       unsigned MaxDisp;
82       bool NegOk;
83       bool IsSoImm;
84       CPUser(MachineInstr *mi, MachineInstr *cpemi, unsigned maxdisp,
85              bool neg, bool soimm)
86         : MI(mi), CPEMI(cpemi), MaxDisp(maxdisp), NegOk(neg), IsSoImm(soimm) {}
87     };
88
89     /// CPUsers - Keep track of all of the machine instructions that use various
90     /// constant pools and their max displacement.
91     std::vector<CPUser> CPUsers;
92
93     /// CPEntry - One per constant pool entry, keeping the machine instruction
94     /// pointer, the constpool index, and the number of CPUser's which
95     /// reference this entry.
96     struct CPEntry {
97       MachineInstr *CPEMI;
98       unsigned CPI;
99       unsigned RefCount;
100       CPEntry(MachineInstr *cpemi, unsigned cpi, unsigned rc = 0)
101         : CPEMI(cpemi), CPI(cpi), RefCount(rc) {}
102     };
103
104     /// CPEntries - Keep track of all of the constant pool entry machine
105     /// instructions. For each original constpool index (i.e. those that
106     /// existed upon entry to this pass), it keeps a vector of entries.
107     /// Original elements are cloned as we go along; the clones are
108     /// put in the vector of the original element, but have distinct CPIs.
109     std::vector<std::vector<CPEntry> > CPEntries;
110
111     /// ImmBranch - One per immediate branch, keeping the machine instruction
112     /// pointer, conditional or unconditional, the max displacement,
113     /// and (if isCond is true) the corresponding unconditional branch
114     /// opcode.
115     struct ImmBranch {
116       MachineInstr *MI;
117       unsigned MaxDisp : 31;
118       bool isCond : 1;
119       int UncondBr;
120       ImmBranch(MachineInstr *mi, unsigned maxdisp, bool cond, int ubr)
121         : MI(mi), MaxDisp(maxdisp), isCond(cond), UncondBr(ubr) {}
122     };
123
124     /// ImmBranches - Keep track of all the immediate branch instructions.
125     ///
126     std::vector<ImmBranch> ImmBranches;
127
128     /// PushPopMIs - Keep track of all the Thumb push / pop instructions.
129     ///
130     SmallVector<MachineInstr*, 4> PushPopMIs;
131
132     /// T2JumpTables - Keep track of all the Thumb2 jumptable instructions.
133     SmallVector<MachineInstr*, 4> T2JumpTables;
134
135     /// HasFarJump - True if any far jump instruction has been emitted during
136     /// the branch fix up pass.
137     bool HasFarJump;
138
139     const TargetInstrInfo *TII;
140     const ARMSubtarget *STI;
141     ARMFunctionInfo *AFI;
142     bool isThumb;
143     bool isThumb1;
144     bool isThumb2;
145   public:
146     static char ID;
147     ARMConstantIslands() : MachineFunctionPass(&ID) {}
148
149     virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
150
151     virtual const char *getPassName() const {
152       return "ARM constant island placement and branch shortening pass";
153     }
154
155   private:
156     void DoInitialPlacement(MachineFunction &MF,
157                             std::vector<MachineInstr*> &CPEMIs);
158     CPEntry *findConstPoolEntry(unsigned CPI, const MachineInstr *CPEMI);
159     void InitialFunctionScan(MachineFunction &MF,
160                              const std::vector<MachineInstr*> &CPEMIs);
161     MachineBasicBlock *SplitBlockBeforeInstr(MachineInstr *MI);
162     void UpdateForInsertedWaterBlock(MachineBasicBlock *NewBB);
163     void AdjustBBOffsetsAfter(MachineBasicBlock *BB, int delta);
164     bool DecrementOldEntry(unsigned CPI, MachineInstr* CPEMI);
165     int LookForExistingCPEntry(CPUser& U, unsigned UserOffset);
166     bool LookForWater(CPUser&U, unsigned UserOffset,
167                       MachineBasicBlock *&NewMBB);
168     MachineBasicBlock *AcceptWater(water_iterator IP);
169     void CreateNewWater(unsigned CPUserIndex, unsigned UserOffset,
170                       MachineBasicBlock** NewMBB);
171     bool HandleConstantPoolUser(MachineFunction &MF, unsigned CPUserIndex);
172     void RemoveDeadCPEMI(MachineInstr *CPEMI);
173     bool RemoveUnusedCPEntries();
174     bool CPEIsInRange(MachineInstr *MI, unsigned UserOffset,
175                       MachineInstr *CPEMI, unsigned Disp, bool NegOk,
176                       bool DoDump = false);
177     bool WaterIsInRange(unsigned UserOffset, MachineBasicBlock *Water,
178                         CPUser &U);
179     bool OffsetIsInRange(unsigned UserOffset, unsigned TrialOffset,
180                          unsigned Disp, bool NegativeOK, bool IsSoImm = false);
181     bool BBIsInRange(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *BB, unsigned Disp);
182     bool FixUpImmediateBr(MachineFunction &MF, ImmBranch &Br);
183     bool FixUpConditionalBr(MachineFunction &MF, ImmBranch &Br);
184     bool FixUpUnconditionalBr(MachineFunction &MF, ImmBranch &Br);
185     bool UndoLRSpillRestore();
186     bool OptimizeThumb2Instructions(MachineFunction &MF);
187     bool OptimizeThumb2Branches(MachineFunction &MF);
188     bool OptimizeThumb2JumpTables(MachineFunction &MF);
189
190     unsigned GetOffsetOf(MachineInstr *MI) const;
191     void dumpBBs();
192     void verify(MachineFunction &MF);
193   };
194   char ARMConstantIslands::ID = 0;
195 }
196
197 /// verify - check BBOffsets, BBSizes, alignment of islands
198 void ARMConstantIslands::verify(MachineFunction &MF) {
199   assert(BBOffsets.size() == BBSizes.size());
200   for (unsigned i = 1, e = BBOffsets.size(); i != e; ++i)
201     assert(BBOffsets[i-1]+BBSizes[i-1] == BBOffsets[i]);
202   if (!isThumb)
203     return;
204 #ifndef NDEBUG
205   for (MachineFunction::iterator MBBI = MF.begin(), E = MF.end();
206        MBBI != E; ++MBBI) {
207     MachineBasicBlock *MBB = MBBI;
208     if (!MBB->empty() &&
209         MBB->begin()->getOpcode() == ARM::CONSTPOOL_ENTRY) {
210       unsigned MBBId = MBB->getNumber();
211       assert((BBOffsets[MBBId]%4 == 0 && BBSizes[MBBId]%4 == 0) ||
212              (BBOffsets[MBBId]%4 != 0 && BBSizes[MBBId]%4 != 0));
213     }
214   }
215 #endif
216 }
217
218 /// print block size and offset information - debugging
219 void ARMConstantIslands::dumpBBs() {
220   for (unsigned J = 0, E = BBOffsets.size(); J !=E; ++J) {
221     DEBUG(errs() << "block " << J << " offset " << BBOffsets[J]
222                  << " size " << BBSizes[J] << "\n");
223   }
224 }
225
226 /// createARMConstantIslandPass - returns an instance of the constpool
227 /// island pass.
228 FunctionPass *llvm::createARMConstantIslandPass() {
229   return new ARMConstantIslands();
230 }
231
232 bool ARMConstantIslands::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
233   MachineConstantPool &MCP = *MF.getConstantPool();
234
235   TII = MF.getTarget().getInstrInfo();
236   AFI = MF.getInfo<ARMFunctionInfo>();
237   STI = &MF.getTarget().getSubtarget<ARMSubtarget>();
238
239   isThumb = AFI->isThumbFunction();
240   isThumb1 = AFI->isThumb1OnlyFunction();
241   isThumb2 = AFI->isThumb2Function();
242
243   HasFarJump = false;
244
245   // Renumber all of the machine basic blocks in the function, guaranteeing that
246   // the numbers agree with the position of the block in the function.
247   MF.RenumberBlocks();
248
249   // Thumb1 functions containing constant pools get 4-byte alignment.
250   // This is so we can keep exact track of where the alignment padding goes.
251
252   // Set default. Thumb1 function is 2-byte aligned, ARM and Thumb2 are 4-byte
253   // aligned.
254   AFI->setAlign(isThumb1 ? 1U : 2U);
255
256   // Perform the initial placement of the constant pool entries.  To start with,
257   // we put them all at the end of the function.
258   std::vector<MachineInstr*> CPEMIs;
259   if (!MCP.isEmpty()) {
260     DoInitialPlacement(MF, CPEMIs);
261     if (isThumb1)
262       AFI->setAlign(2U);
263   }
264
265   /// The next UID to take is the first unused one.
266   AFI->initConstPoolEntryUId(CPEMIs.size());
267
268   // Do the initial scan of the function, building up information about the
269   // sizes of each block, the location of all the water, and finding all of the
270   // constant pool users.
271   InitialFunctionScan(MF, CPEMIs);
272   CPEMIs.clear();
273
274   /// Remove dead constant pool entries.
275   RemoveUnusedCPEntries();
276
277   // Iteratively place constant pool entries and fix up branches until there
278   // is no change.
279   bool MadeChange = false;
280   unsigned NoCPIters = 0, NoBRIters = 0;
281   while (true) {
282     bool CPChange = false;
283     for (unsigned i = 0, e = CPUsers.size(); i != e; ++i)
284       CPChange |= HandleConstantPoolUser(MF, i);
285     if (CPChange && ++NoCPIters > 30)
286       llvm_unreachable("Constant Island pass failed to converge!");
287     DEBUG(dumpBBs());
288
289     bool BRChange = false;
290     for (unsigned i = 0, e = ImmBranches.size(); i != e; ++i)
291       BRChange |= FixUpImmediateBr(MF, ImmBranches[i]);
292     if (BRChange && ++NoBRIters > 30)
293       llvm_unreachable("Branch Fix Up pass failed to converge!");
294     DEBUG(dumpBBs());
295
296     if (!CPChange && !BRChange)
297       break;
298     MadeChange = true;
299   }
300
301   // Shrink 32-bit Thumb2 branch, load, and store instructions.
302   if (isThumb2)
303     MadeChange |= OptimizeThumb2Instructions(MF);
304
305   // After a while, this might be made debug-only, but it is not expensive.
306   verify(MF);
307
308   // If LR has been forced spilled and no far jumps (i.e. BL) has been issued.
309   // Undo the spill / restore of LR if possible.
310   if (isThumb && !HasFarJump && AFI->isLRSpilledForFarJump())
311     MadeChange |= UndoLRSpillRestore();
312
313   BBSizes.clear();
314   BBOffsets.clear();
315   WaterList.clear();
316   CPUsers.clear();
317   CPEntries.clear();
318   ImmBranches.clear();
319   PushPopMIs.clear();
320   T2JumpTables.clear();
321
322   return MadeChange;
323 }
324
325 /// DoInitialPlacement - Perform the initial placement of the constant pool
326 /// entries.  To start with, we put them all at the end of the function.
327 void ARMConstantIslands::DoInitialPlacement(MachineFunction &MF,
328                                         std::vector<MachineInstr*> &CPEMIs) {
329   // Create the basic block to hold the CPE's.
330   MachineBasicBlock *BB = MF.CreateMachineBasicBlock();
331   MF.push_back(BB);
332
333   // Add all of the constants from the constant pool to the end block, use an
334   // identity mapping of CPI's to CPE's.
335   const std::vector<MachineConstantPoolEntry> &CPs =
336     MF.getConstantPool()->getConstants();
337
338   const TargetData &TD = *MF.getTarget().getTargetData();
339   for (unsigned i = 0, e = CPs.size(); i != e; ++i) {
340     unsigned Size = TD.getTypeAllocSize(CPs[i].getType());
341     // Verify that all constant pool entries are a multiple of 4 bytes.  If not,
342     // we would have to pad them out or something so that instructions stay
343     // aligned.
344     assert((Size & 3) == 0 && "CP Entry not multiple of 4 bytes!");
345     MachineInstr *CPEMI =
346       BuildMI(BB, DebugLoc::getUnknownLoc(), TII->get(ARM::CONSTPOOL_ENTRY))
347                            .addImm(i).addConstantPoolIndex(i).addImm(Size);
348     CPEMIs.push_back(CPEMI);
349
350     // Add a new CPEntry, but no corresponding CPUser yet.
351     std::vector<CPEntry> CPEs;
352     CPEs.push_back(CPEntry(CPEMI, i));
353     CPEntries.push_back(CPEs);
354     NumCPEs++;
355     DEBUG(errs() << "Moved CPI#" << i << " to end of function as #" << i
356                  << "\n");
357   }
358 }
359
360 /// BBHasFallthrough - Return true if the specified basic block can fallthrough
361 /// into the block immediately after it.
362 static bool BBHasFallthrough(MachineBasicBlock *MBB) {
363   // Get the next machine basic block in the function.
364   MachineFunction::iterator MBBI = MBB;
365   if (next(MBBI) == MBB->getParent()->end())  // Can't fall off end of function.
366     return false;
367
368   MachineBasicBlock *NextBB = next(MBBI);
369   for (MachineBasicBlock::succ_iterator I = MBB->succ_begin(),
370        E = MBB->succ_end(); I != E; ++I)
371     if (*I == NextBB)
372       return true;
373
374   return false;
375 }
376
377 /// findConstPoolEntry - Given the constpool index and CONSTPOOL_ENTRY MI,
378 /// look up the corresponding CPEntry.
379 ARMConstantIslands::CPEntry
380 *ARMConstantIslands::findConstPoolEntry(unsigned CPI,
381                                         const MachineInstr *CPEMI) {
382   std::vector<CPEntry> &CPEs = CPEntries[CPI];
383   // Number of entries per constpool index should be small, just do a
384   // linear search.
385   for (unsigned i = 0, e = CPEs.size(); i != e; ++i) {
386     if (CPEs[i].CPEMI == CPEMI)
387       return &CPEs[i];
388   }
389   return NULL;
390 }
391
392 /// InitialFunctionScan - Do the initial scan of the function, building up
393 /// information about the sizes of each block, the location of all the water,
394 /// and finding all of the constant pool users.
395 void ARMConstantIslands::InitialFunctionScan(MachineFunction &MF,
396                                  const std::vector<MachineInstr*> &CPEMIs) {
397   unsigned Offset = 0;
398   for (MachineFunction::iterator MBBI = MF.begin(), E = MF.end();
399        MBBI != E; ++MBBI) {
400     MachineBasicBlock &MBB = *MBBI;
401
402     // If this block doesn't fall through into the next MBB, then this is
403     // 'water' that a constant pool island could be placed.
404     if (!BBHasFallthrough(&MBB))
405       WaterList.push_back(&MBB);
406
407     unsigned MBBSize = 0;
408     for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB.begin(), E = MBB.end();
409          I != E; ++I) {
410       // Add instruction size to MBBSize.
411       MBBSize += TII->GetInstSizeInBytes(I);
412
413       int Opc = I->getOpcode();
414       if (I->getDesc().isBranch()) {
415         bool isCond = false;
416         unsigned Bits = 0;
417         unsigned Scale = 1;
418         int UOpc = Opc;
419         switch (Opc) {
420         default:
421           continue;  // Ignore other JT branches
422         case ARM::tBR_JTr:
423           // A Thumb1 table jump may involve padding; for the offsets to
424           // be right, functions containing these must be 4-byte aligned.
425           AFI->setAlign(2U);
426           if ((Offset+MBBSize)%4 != 0)
427             // FIXME: Add a pseudo ALIGN instruction instead.
428             MBBSize += 2;           // padding
429           continue;   // Does not get an entry in ImmBranches
430         case ARM::t2BR_JT:
431           T2JumpTables.push_back(I);
432           continue;   // Does not get an entry in ImmBranches
433         case ARM::Bcc:
434           isCond = true;
435           UOpc = ARM::B;
436           // Fallthrough
437         case ARM::B:
438           Bits = 24;
439           Scale = 4;
440           break;
441         case ARM::tBcc:
442           isCond = true;
443           UOpc = ARM::tB;
444           Bits = 8;
445           Scale = 2;
446           break;
447         case ARM::tB:
448           Bits = 11;
449           Scale = 2;
450           break;
451         case ARM::t2Bcc:
452           isCond = true;
453           UOpc = ARM::t2B;
454           Bits = 20;
455           Scale = 2;
456           break;
457         case ARM::t2B:
458           Bits = 24;
459           Scale = 2;
460           break;
461         }
462
463         // Record this immediate branch.
464         unsigned MaxOffs = ((1 << (Bits-1))-1) * Scale;
465         ImmBranches.push_back(ImmBranch(I, MaxOffs, isCond, UOpc));
466       }
467
468       if (Opc == ARM::tPUSH || Opc == ARM::tPOP_RET)
469         PushPopMIs.push_back(I);
470
471       if (Opc == ARM::CONSTPOOL_ENTRY)
472         continue;
473
474       // Scan the instructions for constant pool operands.
475       for (unsigned op = 0, e = I->getNumOperands(); op != e; ++op)
476         if (I->getOperand(op).isCPI()) {
477           // We found one.  The addressing mode tells us the max displacement
478           // from the PC that this instruction permits.
479
480           // Basic size info comes from the TSFlags field.
481           unsigned Bits = 0;
482           unsigned Scale = 1;
483           bool NegOk = false;
484           bool IsSoImm = false;
485
486           switch (Opc) {
487           default:
488             llvm_unreachable("Unknown addressing mode for CP reference!");
489             break;
490
491           // Taking the address of a CP entry.
492           case ARM::LEApcrel:
493             // This takes a SoImm, which is 8 bit immediate rotated. We'll
494             // pretend the maximum offset is 255 * 4. Since each instruction
495             // 4 byte wide, this is always correct. We'llc heck for other
496             // displacements that fits in a SoImm as well.
497             Bits = 8;
498             Scale = 4;
499             NegOk = true;
500             IsSoImm = true;
501             break;
502           case ARM::t2LEApcrel:
503             Bits = 12;
504             NegOk = true;
505             break;
506           case ARM::tLEApcrel:
507             Bits = 8;
508             Scale = 4;
509             break;
510
511           case ARM::LDR:
512           case ARM::LDRcp:
513           case ARM::t2LDRpci:
514             Bits = 12;  // +-offset_12
515             NegOk = true;
516             break;
517
518           case ARM::tLDRpci:
519           case ARM::tLDRcp:
520             Bits = 8;
521             Scale = 4;  // +(offset_8*4)
522             break;
523
524           case ARM::FLDD:
525           case ARM::FLDS:
526             Bits = 8;
527             Scale = 4;  // +-(offset_8*4)
528             NegOk = true;
529             break;
530           }
531
532           // Remember that this is a user of a CP entry.
533           unsigned CPI = I->getOperand(op).getIndex();
534           MachineInstr *CPEMI = CPEMIs[CPI];
535           unsigned MaxOffs = ((1 << Bits)-1) * Scale;
536           CPUsers.push_back(CPUser(I, CPEMI, MaxOffs, NegOk, IsSoImm));
537
538           // Increment corresponding CPEntry reference count.
539           CPEntry *CPE = findConstPoolEntry(CPI, CPEMI);
540           assert(CPE && "Cannot find a corresponding CPEntry!");
541           CPE->RefCount++;
542
543           // Instructions can only use one CP entry, don't bother scanning the
544           // rest of the operands.
545           break;
546         }
547     }
548
549     // In thumb mode, if this block is a constpool island, we may need padding
550     // so it's aligned on 4 byte boundary.
551     if (isThumb &&
552         !MBB.empty() &&
553         MBB.begin()->getOpcode() == ARM::CONSTPOOL_ENTRY &&
554         (Offset%4) != 0)
555       MBBSize += 2;
556
557     BBSizes.push_back(MBBSize);
558     BBOffsets.push_back(Offset);
559     Offset += MBBSize;
560   }
561 }
562
563 /// GetOffsetOf - Return the current offset of the specified machine instruction
564 /// from the start of the function.  This offset changes as stuff is moved
565 /// around inside the function.
566 unsigned ARMConstantIslands::GetOffsetOf(MachineInstr *MI) const {
567   MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
568
569   // The offset is composed of two things: the sum of the sizes of all MBB's
570   // before this instruction's block, and the offset from the start of the block
571   // it is in.
572   unsigned Offset = BBOffsets[MBB->getNumber()];
573
574   // If we're looking for a CONSTPOOL_ENTRY in Thumb, see if this block has
575   // alignment padding, and compensate if so.
576   if (isThumb &&
577       MI->getOpcode() == ARM::CONSTPOOL_ENTRY &&
578       Offset%4 != 0)
579     Offset += 2;
580
581   // Sum instructions before MI in MBB.
582   for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB->begin(); ; ++I) {
583     assert(I != MBB->end() && "Didn't find MI in its own basic block?");
584     if (&*I == MI) return Offset;
585     Offset += TII->GetInstSizeInBytes(I);
586   }
587 }
588
589 /// CompareMBBNumbers - Little predicate function to sort the WaterList by MBB
590 /// ID.
591 static bool CompareMBBNumbers(const MachineBasicBlock *LHS,
592                               const MachineBasicBlock *RHS) {
593   return LHS->getNumber() < RHS->getNumber();
594 }
595
596 /// UpdateForInsertedWaterBlock - When a block is newly inserted into the
597 /// machine function, it upsets all of the block numbers.  Renumber the blocks
598 /// and update the arrays that parallel this numbering.
599 void ARMConstantIslands::UpdateForInsertedWaterBlock(MachineBasicBlock *NewBB) {
600   // Renumber the MBB's to keep them consequtive.
601   NewBB->getParent()->RenumberBlocks(NewBB);
602
603   // Insert a size into BBSizes to align it properly with the (newly
604   // renumbered) block numbers.
605   BBSizes.insert(BBSizes.begin()+NewBB->getNumber(), 0);
606
607   // Likewise for BBOffsets.
608   BBOffsets.insert(BBOffsets.begin()+NewBB->getNumber(), 0);
609
610   // Next, update WaterList.  Specifically, we need to add NewMBB as having
611   // available water after it.
612   water_iterator IP =
613     std::lower_bound(WaterList.begin(), WaterList.end(), NewBB,
614                      CompareMBBNumbers);
615   WaterList.insert(IP, NewBB);
616 }
617
618
619 /// Split the basic block containing MI into two blocks, which are joined by
620 /// an unconditional branch.  Update datastructures and renumber blocks to
621 /// account for this change and returns the newly created block.
622 MachineBasicBlock *ARMConstantIslands::SplitBlockBeforeInstr(MachineInstr *MI) {
623   MachineBasicBlock *OrigBB = MI->getParent();
624   MachineFunction &MF = *OrigBB->getParent();
625
626   // Create a new MBB for the code after the OrigBB.
627   MachineBasicBlock *NewBB =
628     MF.CreateMachineBasicBlock(OrigBB->getBasicBlock());
629   MachineFunction::iterator MBBI = OrigBB; ++MBBI;
630   MF.insert(MBBI, NewBB);
631
632   // Splice the instructions starting with MI over to NewBB.
633   NewBB->splice(NewBB->end(), OrigBB, MI, OrigBB->end());
634
635   // Add an unconditional branch from OrigBB to NewBB.
636   // Note the new unconditional branch is not being recorded.
637   // There doesn't seem to be meaningful DebugInfo available; this doesn't
638   // correspond to anything in the source.
639   unsigned Opc = isThumb ? (isThumb2 ? ARM::t2B : ARM::tB) : ARM::B;
640   BuildMI(OrigBB, DebugLoc::getUnknownLoc(), TII->get(Opc)).addMBB(NewBB);
641   NumSplit++;
642
643   // Update the CFG.  All succs of OrigBB are now succs of NewBB.
644   while (!OrigBB->succ_empty()) {
645     MachineBasicBlock *Succ = *OrigBB->succ_begin();
646     OrigBB->removeSuccessor(Succ);
647     NewBB->addSuccessor(Succ);
648
649     // This pass should be run after register allocation, so there should be no
650     // PHI nodes to update.
651     assert((Succ->empty() || Succ->begin()->getOpcode() != TargetInstrInfo::PHI)
652            && "PHI nodes should be eliminated by now!");
653   }
654
655   // OrigBB branches to NewBB.
656   OrigBB->addSuccessor(NewBB);
657
658   // Update internal data structures to account for the newly inserted MBB.
659   // This is almost the same as UpdateForInsertedWaterBlock, except that
660   // the Water goes after OrigBB, not NewBB.
661   MF.RenumberBlocks(NewBB);
662
663   // Insert a size into BBSizes to align it properly with the (newly
664   // renumbered) block numbers.
665   BBSizes.insert(BBSizes.begin()+NewBB->getNumber(), 0);
666
667   // Likewise for BBOffsets.
668   BBOffsets.insert(BBOffsets.begin()+NewBB->getNumber(), 0);
669
670   // Next, update WaterList.  Specifically, we need to add OrigMBB as having
671   // available water after it (but not if it's already there, which happens
672   // when splitting before a conditional branch that is followed by an
673   // unconditional branch - in that case we want to insert NewBB).
674   water_iterator IP =
675     std::lower_bound(WaterList.begin(), WaterList.end(), OrigBB,
676                      CompareMBBNumbers);
677   MachineBasicBlock* WaterBB = *IP;
678   if (WaterBB == OrigBB)
679     WaterList.insert(next(IP), NewBB);
680   else
681     WaterList.insert(IP, OrigBB);
682
683   // Figure out how large the first NewMBB is.  (It cannot
684   // contain a constpool_entry or tablejump.)
685   unsigned NewBBSize = 0;
686   for (MachineBasicBlock::iterator I = NewBB->begin(), E = NewBB->end();
687        I != E; ++I)
688     NewBBSize += TII->GetInstSizeInBytes(I);
689
690   unsigned OrigBBI = OrigBB->getNumber();
691   unsigned NewBBI = NewBB->getNumber();
692   // Set the size of NewBB in BBSizes.
693   BBSizes[NewBBI] = NewBBSize;
694
695   // We removed instructions from UserMBB, subtract that off from its size.
696   // Add 2 or 4 to the block to count the unconditional branch we added to it.
697   int delta = isThumb1 ? 2 : 4;
698   BBSizes[OrigBBI] -= NewBBSize - delta;
699
700   // ...and adjust BBOffsets for NewBB accordingly.
701   BBOffsets[NewBBI] = BBOffsets[OrigBBI] + BBSizes[OrigBBI];
702
703   // All BBOffsets following these blocks must be modified.
704   AdjustBBOffsetsAfter(NewBB, delta);
705
706   return NewBB;
707 }
708
709 /// OffsetIsInRange - Checks whether UserOffset (the location of a constant pool
710 /// reference) is within MaxDisp of TrialOffset (a proposed location of a
711 /// constant pool entry).
712 bool ARMConstantIslands::OffsetIsInRange(unsigned UserOffset,
713                                          unsigned TrialOffset, unsigned MaxDisp,
714                                          bool NegativeOK, bool IsSoImm) {
715   // On Thumb offsets==2 mod 4 are rounded down by the hardware for
716   // purposes of the displacement computation; compensate for that here.
717   // Effectively, the valid range of displacements is 2 bytes smaller for such
718   // references.
719   unsigned TotalAdj = 0;
720   if (isThumb && UserOffset%4 !=0) {
721     UserOffset -= 2;
722     TotalAdj = 2;
723   }
724   // CPEs will be rounded up to a multiple of 4.
725   if (isThumb && TrialOffset%4 != 0) {
726     TrialOffset += 2;
727     TotalAdj += 2;
728   }
729
730   // In Thumb2 mode, later branch adjustments can shift instructions up and
731   // cause alignment change. In the worst case scenario this can cause the
732   // user's effective address to be subtracted by 2 and the CPE's address to
733   // be plus 2.
734   if (isThumb2 && TotalAdj != 4)
735     MaxDisp -= (4 - TotalAdj);
736
737   if (UserOffset <= TrialOffset) {
738     // User before the Trial.
739     if (TrialOffset - UserOffset <= MaxDisp)
740       return true;
741     // FIXME: Make use full range of soimm values.
742   } else if (NegativeOK) {
743     if (UserOffset - TrialOffset <= MaxDisp)
744       return true;
745     // FIXME: Make use full range of soimm values.
746   }
747   return false;
748 }
749
750 /// WaterIsInRange - Returns true if a CPE placed after the specified
751 /// Water (a basic block) will be in range for the specific MI.
752
753 bool ARMConstantIslands::WaterIsInRange(unsigned UserOffset,
754                                         MachineBasicBlock* Water, CPUser &U) {
755   unsigned MaxDisp = U.MaxDisp;
756   unsigned CPEOffset = BBOffsets[Water->getNumber()] +
757                        BBSizes[Water->getNumber()];
758
759   // If the CPE is to be inserted before the instruction, that will raise
760   // the offset of the instruction.  (Currently applies only to ARM, so
761   // no alignment compensation attempted here.)
762   if (CPEOffset < UserOffset)
763     UserOffset += U.CPEMI->getOperand(2).getImm();
764
765   return OffsetIsInRange(UserOffset, CPEOffset, MaxDisp, U.NegOk, U.IsSoImm);
766 }
767
768 /// CPEIsInRange - Returns true if the distance between specific MI and
769 /// specific ConstPool entry instruction can fit in MI's displacement field.
770 bool ARMConstantIslands::CPEIsInRange(MachineInstr *MI, unsigned UserOffset,
771                                       MachineInstr *CPEMI, unsigned MaxDisp,
772                                       bool NegOk, bool DoDump) {
773   unsigned CPEOffset  = GetOffsetOf(CPEMI);
774   assert(CPEOffset%4 == 0 && "Misaligned CPE");
775
776   if (DoDump) {
777     DEBUG(errs() << "User of CPE#" << CPEMI->getOperand(0).getImm()
778                  << " max delta=" << MaxDisp
779                  << " insn address=" << UserOffset
780                  << " CPE address=" << CPEOffset
781                  << " offset=" << int(CPEOffset-UserOffset) << "\t" << *MI);
782   }
783
784   return OffsetIsInRange(UserOffset, CPEOffset, MaxDisp, NegOk);
785 }
786
787 #ifndef NDEBUG
788 /// BBIsJumpedOver - Return true of the specified basic block's only predecessor
789 /// unconditionally branches to its only successor.
790 static bool BBIsJumpedOver(MachineBasicBlock *MBB) {
791   if (MBB->pred_size() != 1 || MBB->succ_size() != 1)
792     return false;
793
794   MachineBasicBlock *Succ = *MBB->succ_begin();
795   MachineBasicBlock *Pred = *MBB->pred_begin();
796   MachineInstr *PredMI = &Pred->back();
797   if (PredMI->getOpcode() == ARM::B || PredMI->getOpcode() == ARM::tB
798       || PredMI->getOpcode() == ARM::t2B)
799     return PredMI->getOperand(0).getMBB() == Succ;
800   return false;
801 }
802 #endif // NDEBUG
803
804 void ARMConstantIslands::AdjustBBOffsetsAfter(MachineBasicBlock *BB,
805                                               int delta) {
806   MachineFunction::iterator MBBI = BB; MBBI = next(MBBI);
807   for(unsigned i = BB->getNumber()+1, e = BB->getParent()->getNumBlockIDs();
808       i < e; ++i) {
809     BBOffsets[i] += delta;
810     // If some existing blocks have padding, adjust the padding as needed, a
811     // bit tricky.  delta can be negative so don't use % on that.
812     if (!isThumb)
813       continue;
814     MachineBasicBlock *MBB = MBBI;
815     if (!MBB->empty()) {
816       // Constant pool entries require padding.
817       if (MBB->begin()->getOpcode() == ARM::CONSTPOOL_ENTRY) {
818         unsigned OldOffset = BBOffsets[i] - delta;
819         if ((OldOffset%4) == 0 && (BBOffsets[i]%4) != 0) {
820           // add new padding
821           BBSizes[i] += 2;
822           delta += 2;
823         } else if ((OldOffset%4) != 0 && (BBOffsets[i]%4) == 0) {
824           // remove existing padding
825           BBSizes[i] -= 2;
826           delta -= 2;
827         }
828       }
829       // Thumb1 jump tables require padding.  They should be at the end;
830       // following unconditional branches are removed by AnalyzeBranch.
831       MachineInstr *ThumbJTMI = prior(MBB->end());
832       if (ThumbJTMI->getOpcode() == ARM::tBR_JTr) {
833         unsigned NewMIOffset = GetOffsetOf(ThumbJTMI);
834         unsigned OldMIOffset = NewMIOffset - delta;
835         if ((OldMIOffset%4) == 0 && (NewMIOffset%4) != 0) {
836           // remove existing padding
837           BBSizes[i] -= 2;
838           delta -= 2;
839         } else if ((OldMIOffset%4) != 0 && (NewMIOffset%4) == 0) {
840           // add new padding
841           BBSizes[i] += 2;
842           delta += 2;
843         }
844       }
845       if (delta==0)
846         return;
847     }
848     MBBI = next(MBBI);
849   }
850 }
851
852 /// DecrementOldEntry - find the constant pool entry with index CPI
853 /// and instruction CPEMI, and decrement its refcount.  If the refcount
854 /// becomes 0 remove the entry and instruction.  Returns true if we removed
855 /// the entry, false if we didn't.
856
857 bool ARMConstantIslands::DecrementOldEntry(unsigned CPI, MachineInstr *CPEMI) {
858   // Find the old entry. Eliminate it if it is no longer used.
859   CPEntry *CPE = findConstPoolEntry(CPI, CPEMI);
860   assert(CPE && "Unexpected!");
861   if (--CPE->RefCount == 0) {
862     RemoveDeadCPEMI(CPEMI);
863     CPE->CPEMI = NULL;
864     NumCPEs--;
865     return true;
866   }
867   return false;
868 }
869
870 /// LookForCPEntryInRange - see if the currently referenced CPE is in range;
871 /// if not, see if an in-range clone of the CPE is in range, and if so,
872 /// change the data structures so the user references the clone.  Returns:
873 /// 0 = no existing entry found
874 /// 1 = entry found, and there were no code insertions or deletions
875 /// 2 = entry found, and there were code insertions or deletions
876 int ARMConstantIslands::LookForExistingCPEntry(CPUser& U, unsigned UserOffset)
877 {
878   MachineInstr *UserMI = U.MI;
879   MachineInstr *CPEMI  = U.CPEMI;
880
881   // Check to see if the CPE is already in-range.
882   if (CPEIsInRange(UserMI, UserOffset, CPEMI, U.MaxDisp, U.NegOk, true)) {
883     DEBUG(errs() << "In range\n");
884     return 1;
885   }
886
887   // No.  Look for previously created clones of the CPE that are in range.
888   unsigned CPI = CPEMI->getOperand(1).getIndex();
889   std::vector<CPEntry> &CPEs = CPEntries[CPI];
890   for (unsigned i = 0, e = CPEs.size(); i != e; ++i) {
891     // We already tried this one
892     if (CPEs[i].CPEMI == CPEMI)
893       continue;
894     // Removing CPEs can leave empty entries, skip
895     if (CPEs[i].CPEMI == NULL)
896       continue;
897     if (CPEIsInRange(UserMI, UserOffset, CPEs[i].CPEMI, U.MaxDisp, U.NegOk)) {
898       DEBUG(errs() << "Replacing CPE#" << CPI << " with CPE#"
899                    << CPEs[i].CPI << "\n");
900       // Point the CPUser node to the replacement
901       U.CPEMI = CPEs[i].CPEMI;
902       // Change the CPI in the instruction operand to refer to the clone.
903       for (unsigned j = 0, e = UserMI->getNumOperands(); j != e; ++j)
904         if (UserMI->getOperand(j).isCPI()) {
905           UserMI->getOperand(j).setIndex(CPEs[i].CPI);
906           break;
907         }
908       // Adjust the refcount of the clone...
909       CPEs[i].RefCount++;
910       // ...and the original.  If we didn't remove the old entry, none of the
911       // addresses changed, so we don't need another pass.
912       return DecrementOldEntry(CPI, CPEMI) ? 2 : 1;
913     }
914   }
915   return 0;
916 }
917
918 /// getUnconditionalBrDisp - Returns the maximum displacement that can fit in
919 /// the specific unconditional branch instruction.
920 static inline unsigned getUnconditionalBrDisp(int Opc) {
921   switch (Opc) {
922   case ARM::tB:
923     return ((1<<10)-1)*2;
924   case ARM::t2B:
925     return ((1<<23)-1)*2;
926   default:
927     break;
928   }
929
930   return ((1<<23)-1)*4;
931 }
932
933 /// AcceptWater - Small amount of common code factored out of the following.
934 ///
935 MachineBasicBlock *ARMConstantIslands::AcceptWater(water_iterator IP) {
936   DEBUG(errs() << "found water in range\n");
937   // Remove the original WaterList entry; we want subsequent
938   // insertions in this vicinity to go after the one we're
939   // about to insert.  This considerably reduces the number
940   // of times we have to move the same CPE more than once.
941   WaterList.erase(IP);
942   // CPE goes before following block (NewMBB).
943   return next(MachineFunction::iterator(*IP));
944 }
945
946 /// LookForWater - look for an existing entry in the WaterList in which
947 /// we can place the CPE referenced from U so it's within range of U's MI.
948 /// Returns true if found, false if not.  If it returns true, NewMBB
949 /// is set to the WaterList entry.
950 /// For ARM, we prefer the water that's farthest away. For Thumb, prefer
951 /// water that will not introduce padding to water that will; within each
952 /// group, prefer the water that's farthest away.
953 bool ARMConstantIslands::LookForWater(CPUser &U, unsigned UserOffset,
954                                       MachineBasicBlock *&NewMBB) {
955   water_iterator IPThatWouldPad;
956   MachineBasicBlock* WaterBBThatWouldPad = NULL;
957   if (WaterList.empty())
958     return false;
959
960   for (water_iterator IP = prior(WaterList.end()),
961          B = WaterList.begin();; --IP) {
962     MachineBasicBlock* WaterBB = *IP;
963     if (WaterIsInRange(UserOffset, WaterBB, U)) {
964       unsigned WBBId = WaterBB->getNumber();
965       if (isThumb &&
966           (BBOffsets[WBBId] + BBSizes[WBBId])%4 != 0) {
967         // This is valid Water, but would introduce padding.  Remember
968         // it in case we don't find any Water that doesn't do this.
969         if (!WaterBBThatWouldPad) {
970           WaterBBThatWouldPad = WaterBB;
971           IPThatWouldPad = IP;
972         }
973       } else {
974         NewMBB = AcceptWater(IP);
975         return true;
976       }
977     }
978     if (IP == B)
979       break;
980   }
981   if (isThumb && WaterBBThatWouldPad) {
982     NewMBB = AcceptWater(IPThatWouldPad);
983     return true;
984   }
985   return false;
986 }
987
988 /// CreateNewWater - No existing WaterList entry will work for
989 /// CPUsers[CPUserIndex], so create a place to put the CPE.  The end of the
990 /// block is used if in range, and the conditional branch munged so control
991 /// flow is correct.  Otherwise the block is split to create a hole with an
992 /// unconditional branch around it.  In either case *NewMBB is set to a
993 /// block following which the new island can be inserted (the WaterList
994 /// is not adjusted).
995
996 void ARMConstantIslands::CreateNewWater(unsigned CPUserIndex,
997                         unsigned UserOffset, MachineBasicBlock** NewMBB) {
998   CPUser &U = CPUsers[CPUserIndex];
999   MachineInstr *UserMI = U.MI;
1000   MachineInstr *CPEMI  = U.CPEMI;
1001   MachineBasicBlock *UserMBB = UserMI->getParent();
1002   unsigned OffsetOfNextBlock = BBOffsets[UserMBB->getNumber()] +
1003                                BBSizes[UserMBB->getNumber()];
1004   assert(OffsetOfNextBlock== BBOffsets[UserMBB->getNumber()+1]);
1005
1006   // If the use is at the end of the block, or the end of the block
1007   // is within range, make new water there.  (The addition below is
1008   // for the unconditional branch we will be adding:  4 bytes on ARM + Thumb2,
1009   // 2 on Thumb1.  Possible Thumb1 alignment padding is allowed for
1010   // inside OffsetIsInRange.
1011   // If the block ends in an unconditional branch already, it is water,
1012   // and is known to be out of range, so we'll always be adding a branch.)
1013   if (&UserMBB->back() == UserMI ||
1014       OffsetIsInRange(UserOffset, OffsetOfNextBlock + (isThumb1 ? 2: 4),
1015                       U.MaxDisp, U.NegOk, U.IsSoImm)) {
1016     DEBUG(errs() << "Split at end of block\n");
1017     if (&UserMBB->back() == UserMI)
1018       assert(BBHasFallthrough(UserMBB) && "Expected a fallthrough BB!");
1019     *NewMBB = next(MachineFunction::iterator(UserMBB));
1020     // Add an unconditional branch from UserMBB to fallthrough block.
1021     // Record it for branch lengthening; this new branch will not get out of
1022     // range, but if the preceding conditional branch is out of range, the
1023     // targets will be exchanged, and the altered branch may be out of
1024     // range, so the machinery has to know about it.
1025     int UncondBr = isThumb ? ((isThumb2) ? ARM::t2B : ARM::tB) : ARM::B;
1026     BuildMI(UserMBB, DebugLoc::getUnknownLoc(),
1027             TII->get(UncondBr)).addMBB(*NewMBB);
1028     unsigned MaxDisp = getUnconditionalBrDisp(UncondBr);
1029     ImmBranches.push_back(ImmBranch(&UserMBB->back(),
1030                           MaxDisp, false, UncondBr));
1031     int delta = isThumb1 ? 2 : 4;
1032     BBSizes[UserMBB->getNumber()] += delta;
1033     AdjustBBOffsetsAfter(UserMBB, delta);
1034   } else {
1035     // What a big block.  Find a place within the block to split it.
1036     // This is a little tricky on Thumb1 since instructions are 2 bytes
1037     // and constant pool entries are 4 bytes: if instruction I references
1038     // island CPE, and instruction I+1 references CPE', it will
1039     // not work well to put CPE as far forward as possible, since then
1040     // CPE' cannot immediately follow it (that location is 2 bytes
1041     // farther away from I+1 than CPE was from I) and we'd need to create
1042     // a new island.  So, we make a first guess, then walk through the
1043     // instructions between the one currently being looked at and the
1044     // possible insertion point, and make sure any other instructions
1045     // that reference CPEs will be able to use the same island area;
1046     // if not, we back up the insertion point.
1047
1048     // The 4 in the following is for the unconditional branch we'll be
1049     // inserting (allows for long branch on Thumb1).  Alignment of the
1050     // island is handled inside OffsetIsInRange.
1051     unsigned BaseInsertOffset = UserOffset + U.MaxDisp -4;
1052     // This could point off the end of the block if we've already got
1053     // constant pool entries following this block; only the last one is
1054     // in the water list.  Back past any possible branches (allow for a
1055     // conditional and a maximally long unconditional).
1056     if (BaseInsertOffset >= BBOffsets[UserMBB->getNumber()+1])
1057       BaseInsertOffset = BBOffsets[UserMBB->getNumber()+1] -
1058                               (isThumb1 ? 6 : 8);
1059     unsigned EndInsertOffset = BaseInsertOffset +
1060            CPEMI->getOperand(2).getImm();
1061     MachineBasicBlock::iterator MI = UserMI;
1062     ++MI;
1063     unsigned CPUIndex = CPUserIndex+1;
1064     for (unsigned Offset = UserOffset+TII->GetInstSizeInBytes(UserMI);
1065          Offset < BaseInsertOffset;
1066          Offset += TII->GetInstSizeInBytes(MI),
1067             MI = next(MI)) {
1068       if (CPUIndex < CPUsers.size() && CPUsers[CPUIndex].MI == MI) {
1069         CPUser &U = CPUsers[CPUIndex];
1070         if (!OffsetIsInRange(Offset, EndInsertOffset,
1071                              U.MaxDisp, U.NegOk, U.IsSoImm)) {
1072           BaseInsertOffset -= (isThumb1 ? 2 : 4);
1073           EndInsertOffset  -= (isThumb1 ? 2 : 4);
1074         }
1075         // This is overly conservative, as we don't account for CPEMIs
1076         // being reused within the block, but it doesn't matter much.
1077         EndInsertOffset += CPUsers[CPUIndex].CPEMI->getOperand(2).getImm();
1078         CPUIndex++;
1079       }
1080     }
1081     DEBUG(errs() << "Split in middle of big block\n");
1082     *NewMBB = SplitBlockBeforeInstr(prior(MI));
1083   }
1084 }
1085
1086 /// HandleConstantPoolUser - Analyze the specified user, checking to see if it
1087 /// is out-of-range.  If so, pick up the constant pool value and move it some
1088 /// place in-range.  Return true if we changed any addresses (thus must run
1089 /// another pass of branch lengthening), false otherwise.
1090 bool ARMConstantIslands::HandleConstantPoolUser(MachineFunction &MF,
1091                                                 unsigned CPUserIndex) {
1092   CPUser &U = CPUsers[CPUserIndex];
1093   MachineInstr *UserMI = U.MI;
1094   MachineInstr *CPEMI  = U.CPEMI;
1095   unsigned CPI = CPEMI->getOperand(1).getIndex();
1096   unsigned Size = CPEMI->getOperand(2).getImm();
1097   MachineBasicBlock *NewMBB;
1098   // Compute this only once, it's expensive.  The 4 or 8 is the value the
1099   // hardware keeps in the PC.
1100   unsigned UserOffset = GetOffsetOf(UserMI) + (isThumb ? 4 : 8);
1101
1102   // See if the current entry is within range, or there is a clone of it
1103   // in range.
1104   int result = LookForExistingCPEntry(U, UserOffset);
1105   if (result==1) return false;
1106   else if (result==2) return true;
1107
1108   // No existing clone of this CPE is within range.
1109   // We will be generating a new clone.  Get a UID for it.
1110   unsigned ID = AFI->createConstPoolEntryUId();
1111
1112   // Look for water where we can place this CPE.  We look for the farthest one
1113   // away that will work.  Forward references only for now (although later
1114   // we might find some that are backwards).
1115
1116   if (!LookForWater(U, UserOffset, NewMBB)) {
1117     // No water found.
1118     DEBUG(errs() << "No water found\n");
1119     CreateNewWater(CPUserIndex, UserOffset, &NewMBB);
1120   }
1121
1122   // Okay, we know we can put an island before NewMBB now, do it!
1123   MachineBasicBlock *NewIsland = MF.CreateMachineBasicBlock();
1124   MF.insert(NewMBB, NewIsland);
1125
1126   // Update internal data structures to account for the newly inserted MBB.
1127   UpdateForInsertedWaterBlock(NewIsland);
1128
1129   // Decrement the old entry, and remove it if refcount becomes 0.
1130   DecrementOldEntry(CPI, CPEMI);
1131
1132   // Now that we have an island to add the CPE to, clone the original CPE and
1133   // add it to the island.
1134   U.CPEMI = BuildMI(NewIsland, DebugLoc::getUnknownLoc(),
1135                     TII->get(ARM::CONSTPOOL_ENTRY))
1136                 .addImm(ID).addConstantPoolIndex(CPI).addImm(Size);
1137   CPEntries[CPI].push_back(CPEntry(U.CPEMI, ID, 1));
1138   NumCPEs++;
1139
1140   BBOffsets[NewIsland->getNumber()] = BBOffsets[NewMBB->getNumber()];
1141   // Compensate for .align 2 in thumb mode.
1142   if (isThumb && BBOffsets[NewIsland->getNumber()]%4 != 0)
1143     Size += 2;
1144   // Increase the size of the island block to account for the new entry.
1145   BBSizes[NewIsland->getNumber()] += Size;
1146   AdjustBBOffsetsAfter(NewIsland, Size);
1147
1148   // Finally, change the CPI in the instruction operand to be ID.
1149   for (unsigned i = 0, e = UserMI->getNumOperands(); i != e; ++i)
1150     if (UserMI->getOperand(i).isCPI()) {
1151       UserMI->getOperand(i).setIndex(ID);
1152       break;
1153     }
1154
1155   DEBUG(errs() << "  Moved CPE to #" << ID << " CPI=" << CPI
1156            << '\t' << *UserMI);
1157
1158   return true;
1159 }
1160
1161 /// RemoveDeadCPEMI - Remove a dead constant pool entry instruction. Update
1162 /// sizes and offsets of impacted basic blocks.
1163 void ARMConstantIslands::RemoveDeadCPEMI(MachineInstr *CPEMI) {
1164   MachineBasicBlock *CPEBB = CPEMI->getParent();
1165   unsigned Size = CPEMI->getOperand(2).getImm();
1166   CPEMI->eraseFromParent();
1167   BBSizes[CPEBB->getNumber()] -= Size;
1168   // All succeeding offsets have the current size value added in, fix this.
1169   if (CPEBB->empty()) {
1170     // In thumb1 mode, the size of island may be padded by two to compensate for
1171     // the alignment requirement.  Then it will now be 2 when the block is
1172     // empty, so fix this.
1173     // All succeeding offsets have the current size value added in, fix this.
1174     if (BBSizes[CPEBB->getNumber()] != 0) {
1175       Size += BBSizes[CPEBB->getNumber()];
1176       BBSizes[CPEBB->getNumber()] = 0;
1177     }
1178   }
1179   AdjustBBOffsetsAfter(CPEBB, -Size);
1180   // An island has only one predecessor BB and one successor BB. Check if
1181   // this BB's predecessor jumps directly to this BB's successor. This
1182   // shouldn't happen currently.
1183   assert(!BBIsJumpedOver(CPEBB) && "How did this happen?");
1184   // FIXME: remove the empty blocks after all the work is done?
1185 }
1186
1187 /// RemoveUnusedCPEntries - Remove constant pool entries whose refcounts
1188 /// are zero.
1189 bool ARMConstantIslands::RemoveUnusedCPEntries() {
1190   unsigned MadeChange = false;
1191   for (unsigned i = 0, e = CPEntries.size(); i != e; ++i) {
1192       std::vector<CPEntry> &CPEs = CPEntries[i];
1193       for (unsigned j = 0, ee = CPEs.size(); j != ee; ++j) {
1194         if (CPEs[j].RefCount == 0 && CPEs[j].CPEMI) {
1195           RemoveDeadCPEMI(CPEs[j].CPEMI);
1196           CPEs[j].CPEMI = NULL;
1197           MadeChange = true;
1198         }
1199       }
1200   }
1201   return MadeChange;
1202 }
1203
1204 /// BBIsInRange - Returns true if the distance between specific MI and
1205 /// specific BB can fit in MI's displacement field.
1206 bool ARMConstantIslands::BBIsInRange(MachineInstr *MI,MachineBasicBlock *DestBB,
1207                                      unsigned MaxDisp) {
1208   unsigned PCAdj      = isThumb ? 4 : 8;
1209   unsigned BrOffset   = GetOffsetOf(MI) + PCAdj;
1210   unsigned DestOffset = BBOffsets[DestBB->getNumber()];
1211
1212   DEBUG(errs() << "Branch of destination BB#" << DestBB->getNumber()
1213                << " from BB#" << MI->getParent()->getNumber()
1214                << " max delta=" << MaxDisp
1215                << " from " << GetOffsetOf(MI) << " to " << DestOffset
1216                << " offset " << int(DestOffset-BrOffset) << "\t" << *MI);
1217
1218   if (BrOffset <= DestOffset) {
1219     // Branch before the Dest.
1220     if (DestOffset-BrOffset <= MaxDisp)
1221       return true;
1222   } else {
1223     if (BrOffset-DestOffset <= MaxDisp)
1224       return true;
1225   }
1226   return false;
1227 }
1228
1229 /// FixUpImmediateBr - Fix up an immediate branch whose destination is too far
1230 /// away to fit in its displacement field.
1231 bool ARMConstantIslands::FixUpImmediateBr(MachineFunction &MF, ImmBranch &Br) {
1232   MachineInstr *MI = Br.MI;
1233   MachineBasicBlock *DestBB = MI->getOperand(0).getMBB();
1234
1235   // Check to see if the DestBB is already in-range.
1236   if (BBIsInRange(MI, DestBB, Br.MaxDisp))
1237     return false;
1238
1239   if (!Br.isCond)
1240     return FixUpUnconditionalBr(MF, Br);
1241   return FixUpConditionalBr(MF, Br);
1242 }
1243
1244 /// FixUpUnconditionalBr - Fix up an unconditional branch whose destination is
1245 /// too far away to fit in its displacement field. If the LR register has been
1246 /// spilled in the epilogue, then we can use BL to implement a far jump.
1247 /// Otherwise, add an intermediate branch instruction to a branch.
1248 bool
1249 ARMConstantIslands::FixUpUnconditionalBr(MachineFunction &MF, ImmBranch &Br) {
1250   MachineInstr *MI = Br.MI;
1251   MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
1252   if (!isThumb1)
1253     llvm_unreachable("FixUpUnconditionalBr is Thumb1 only!");
1254
1255   // Use BL to implement far jump.
1256   Br.MaxDisp = (1 << 21) * 2;
1257   MI->setDesc(TII->get(ARM::tBfar));
1258   BBSizes[MBB->getNumber()] += 2;
1259   AdjustBBOffsetsAfter(MBB, 2);
1260   HasFarJump = true;
1261   NumUBrFixed++;
1262
1263   DEBUG(errs() << "  Changed B to long jump " << *MI);
1264
1265   return true;
1266 }
1267
1268 /// FixUpConditionalBr - Fix up a conditional branch whose destination is too
1269 /// far away to fit in its displacement field. It is converted to an inverse
1270 /// conditional branch + an unconditional branch to the destination.
1271 bool
1272 ARMConstantIslands::FixUpConditionalBr(MachineFunction &MF, ImmBranch &Br) {
1273   MachineInstr *MI = Br.MI;
1274   MachineBasicBlock *DestBB = MI->getOperand(0).getMBB();
1275
1276   // Add an unconditional branch to the destination and invert the branch
1277   // condition to jump over it:
1278   // blt L1
1279   // =>
1280   // bge L2
1281   // b   L1
1282   // L2:
1283   ARMCC::CondCodes CC = (ARMCC::CondCodes)MI->getOperand(1).getImm();
1284   CC = ARMCC::getOppositeCondition(CC);
1285   unsigned CCReg = MI->getOperand(2).getReg();
1286
1287   // If the branch is at the end of its MBB and that has a fall-through block,
1288   // direct the updated conditional branch to the fall-through block. Otherwise,
1289   // split the MBB before the next instruction.
1290   MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
1291   MachineInstr *BMI = &MBB->back();
1292   bool NeedSplit = (BMI != MI) || !BBHasFallthrough(MBB);
1293
1294   NumCBrFixed++;
1295   if (BMI != MI) {
1296     if (next(MachineBasicBlock::iterator(MI)) == prior(MBB->end()) &&
1297         BMI->getOpcode() == Br.UncondBr) {
1298       // Last MI in the BB is an unconditional branch. Can we simply invert the
1299       // condition and swap destinations:
1300       // beq L1
1301       // b   L2
1302       // =>
1303       // bne L2
1304       // b   L1
1305       MachineBasicBlock *NewDest = BMI->getOperand(0).getMBB();
1306       if (BBIsInRange(MI, NewDest, Br.MaxDisp)) {
1307         DEBUG(errs() << "  Invert Bcc condition and swap its destination with "
1308                      << *BMI);
1309         BMI->getOperand(0).setMBB(DestBB);
1310         MI->getOperand(0).setMBB(NewDest);
1311         MI->getOperand(1).setImm(CC);
1312         return true;
1313       }
1314     }
1315   }
1316
1317   if (NeedSplit) {
1318     SplitBlockBeforeInstr(MI);
1319     // No need for the branch to the next block. We're adding an unconditional
1320     // branch to the destination.
1321     int delta = TII->GetInstSizeInBytes(&MBB->back());
1322     BBSizes[MBB->getNumber()] -= delta;
1323     MachineBasicBlock* SplitBB = next(MachineFunction::iterator(MBB));
1324     AdjustBBOffsetsAfter(SplitBB, -delta);
1325     MBB->back().eraseFromParent();
1326     // BBOffsets[SplitBB] is wrong temporarily, fixed below
1327   }
1328   MachineBasicBlock *NextBB = next(MachineFunction::iterator(MBB));
1329
1330   DEBUG(errs() << "  Insert B to BB#" << DestBB->getNumber()
1331                << " also invert condition and change dest. to BB#"
1332                << NextBB->getNumber() << "\n");
1333
1334   // Insert a new conditional branch and a new unconditional branch.
1335   // Also update the ImmBranch as well as adding a new entry for the new branch.
1336   BuildMI(MBB, DebugLoc::getUnknownLoc(),
1337           TII->get(MI->getOpcode()))
1338     .addMBB(NextBB).addImm(CC).addReg(CCReg);
1339   Br.MI = &MBB->back();
1340   BBSizes[MBB->getNumber()] += TII->GetInstSizeInBytes(&MBB->back());
1341   BuildMI(MBB, DebugLoc::getUnknownLoc(), TII->get(Br.UncondBr)).addMBB(DestBB);
1342   BBSizes[MBB->getNumber()] += TII->GetInstSizeInBytes(&MBB->back());
1343   unsigned MaxDisp = getUnconditionalBrDisp(Br.UncondBr);
1344   ImmBranches.push_back(ImmBranch(&MBB->back(), MaxDisp, false, Br.UncondBr));
1345
1346   // Remove the old conditional branch.  It may or may not still be in MBB.
1347   BBSizes[MI->getParent()->getNumber()] -= TII->GetInstSizeInBytes(MI);
1348   MI->eraseFromParent();
1349
1350   // The net size change is an addition of one unconditional branch.
1351   int delta = TII->GetInstSizeInBytes(&MBB->back());
1352   AdjustBBOffsetsAfter(MBB, delta);
1353   return true;
1354 }
1355
1356 /// UndoLRSpillRestore - Remove Thumb push / pop instructions that only spills
1357 /// LR / restores LR to pc. FIXME: This is done here because it's only possible
1358 /// to do this if tBfar is not used.
1359 bool ARMConstantIslands::UndoLRSpillRestore() {
1360   bool MadeChange = false;
1361   for (unsigned i = 0, e = PushPopMIs.size(); i != e; ++i) {
1362     MachineInstr *MI = PushPopMIs[i];
1363     // First two operands are predicates, the third is a zero since there
1364     // is no writeback.
1365     if (MI->getOpcode() == ARM::tPOP_RET &&
1366         MI->getOperand(3).getReg() == ARM::PC &&
1367         MI->getNumExplicitOperands() == 4) {
1368       BuildMI(MI->getParent(), MI->getDebugLoc(), TII->get(ARM::tBX_RET));
1369       MI->eraseFromParent();
1370       MadeChange = true;
1371     }
1372   }
1373   return MadeChange;
1374 }
1375
1376 bool ARMConstantIslands::OptimizeThumb2Instructions(MachineFunction &MF) {
1377   bool MadeChange = false;
1378
1379   // Shrink ADR and LDR from constantpool.
1380   for (unsigned i = 0, e = CPUsers.size(); i != e; ++i) {
1381     CPUser &U = CPUsers[i];
1382     unsigned Opcode = U.MI->getOpcode();
1383     unsigned NewOpc = 0;
1384     unsigned Scale = 1;
1385     unsigned Bits = 0;
1386     switch (Opcode) {
1387     default: break;
1388     case ARM::t2LEApcrel:
1389       if (isARMLowRegister(U.MI->getOperand(0).getReg())) {
1390         NewOpc = ARM::tLEApcrel;
1391         Bits = 8;
1392         Scale = 4;
1393       }
1394       break;
1395     case ARM::t2LDRpci:
1396       if (isARMLowRegister(U.MI->getOperand(0).getReg())) {
1397         NewOpc = ARM::tLDRpci;
1398         Bits = 8;
1399         Scale = 4;
1400       }
1401       break;
1402     }
1403
1404     if (!NewOpc)
1405       continue;
1406
1407     unsigned UserOffset = GetOffsetOf(U.MI) + 4;
1408     unsigned MaxOffs = ((1 << Bits) - 1) * Scale;
1409     // FIXME: Check if offset is multiple of scale if scale is not 4.
1410     if (CPEIsInRange(U.MI, UserOffset, U.CPEMI, MaxOffs, false, true)) {
1411       U.MI->setDesc(TII->get(NewOpc));
1412       MachineBasicBlock *MBB = U.MI->getParent();
1413       BBSizes[MBB->getNumber()] -= 2;
1414       AdjustBBOffsetsAfter(MBB, -2);
1415       ++NumT2CPShrunk;
1416       MadeChange = true;
1417     }
1418   }
1419
1420   MadeChange |= OptimizeThumb2Branches(MF);
1421   MadeChange |= OptimizeThumb2JumpTables(MF);
1422   return MadeChange;
1423 }
1424
1425 bool ARMConstantIslands::OptimizeThumb2Branches(MachineFunction &MF) {
1426   bool MadeChange = false;
1427
1428   for (unsigned i = 0, e = ImmBranches.size(); i != e; ++i) {
1429     ImmBranch &Br = ImmBranches[i];
1430     unsigned Opcode = Br.MI->getOpcode();
1431     unsigned NewOpc = 0;
1432     unsigned Scale = 1;
1433     unsigned Bits = 0;
1434     switch (Opcode) {
1435     default: break;
1436     case ARM::t2B:
1437       NewOpc = ARM::tB;
1438       Bits = 11;
1439       Scale = 2;
1440       break;
1441     case ARM::t2Bcc:
1442       NewOpc = ARM::tBcc;
1443       Bits = 8;
1444       Scale = 2;      
1445       break;
1446     }
1447     if (!NewOpc)
1448       continue;
1449
1450     unsigned MaxOffs = ((1 << (Bits-1))-1) * Scale;
1451     MachineBasicBlock *DestBB = Br.MI->getOperand(0).getMBB();
1452     if (BBIsInRange(Br.MI, DestBB, MaxOffs)) {
1453       Br.MI->setDesc(TII->get(NewOpc));
1454       MachineBasicBlock *MBB = Br.MI->getParent();
1455       BBSizes[MBB->getNumber()] -= 2;
1456       AdjustBBOffsetsAfter(MBB, -2);
1457       ++NumT2BrShrunk;
1458       MadeChange = true;
1459     }
1460   }
1461
1462   return MadeChange;
1463 }
1464
1465
1466 /// OptimizeThumb2JumpTables - Use tbb / tbh instructions to generate smaller
1467 /// jumptables when it's possible.
1468 bool ARMConstantIslands::OptimizeThumb2JumpTables(MachineFunction &MF) {
1469   bool MadeChange = false;
1470
1471   // FIXME: After the tables are shrunk, can we get rid some of the
1472   // constantpool tables?
1473   const MachineJumpTableInfo *MJTI = MF.getJumpTableInfo();
1474   const std::vector<MachineJumpTableEntry> &JT = MJTI->getJumpTables();
1475   for (unsigned i = 0, e = T2JumpTables.size(); i != e; ++i) {
1476     MachineInstr *MI = T2JumpTables[i];
1477     const TargetInstrDesc &TID = MI->getDesc();
1478     unsigned NumOps = TID.getNumOperands();
1479     unsigned JTOpIdx = NumOps - (TID.isPredicable() ? 3 : 2);
1480     MachineOperand JTOP = MI->getOperand(JTOpIdx);
1481     unsigned JTI = JTOP.getIndex();
1482     assert(JTI < JT.size());
1483
1484     bool ByteOk = true;
1485     bool HalfWordOk = true;
1486     unsigned JTOffset = GetOffsetOf(MI) + 4;
1487     const std::vector<MachineBasicBlock*> &JTBBs = JT[JTI].MBBs;
1488     for (unsigned j = 0, ee = JTBBs.size(); j != ee; ++j) {
1489       MachineBasicBlock *MBB = JTBBs[j];
1490       unsigned DstOffset = BBOffsets[MBB->getNumber()];
1491       // Negative offset is not ok. FIXME: We should change BB layout to make
1492       // sure all the branches are forward.
1493       if (ByteOk && (DstOffset - JTOffset) > ((1<<8)-1)*2)
1494         ByteOk = false;
1495       unsigned TBHLimit = ((1<<16)-1)*2;
1496       if (HalfWordOk && (DstOffset - JTOffset) > TBHLimit)
1497         HalfWordOk = false;
1498       if (!ByteOk && !HalfWordOk)
1499         break;
1500     }
1501
1502     if (ByteOk || HalfWordOk) {
1503       MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
1504       unsigned BaseReg = MI->getOperand(0).getReg();
1505       bool BaseRegKill = MI->getOperand(0).isKill();
1506       if (!BaseRegKill)
1507         continue;
1508       unsigned IdxReg = MI->getOperand(1).getReg();
1509       bool IdxRegKill = MI->getOperand(1).isKill();
1510       MachineBasicBlock::iterator PrevI = MI;
1511       if (PrevI == MBB->begin())
1512         continue;
1513
1514       MachineInstr *AddrMI = --PrevI;
1515       bool OptOk = true;
1516       // Examine the instruction that calculate the jumptable entry address.
1517       // If it's not the one just before the t2BR_JT, we won't delete it, then
1518       // it's not worth doing the optimization.
1519       for (unsigned k = 0, eee = AddrMI->getNumOperands(); k != eee; ++k) {
1520         const MachineOperand &MO = AddrMI->getOperand(k);
1521         if (!MO.isReg() || !MO.getReg())
1522           continue;
1523         if (MO.isDef() && MO.getReg() != BaseReg) {
1524           OptOk = false;
1525           break;
1526         }
1527         if (MO.isUse() && !MO.isKill() && MO.getReg() != IdxReg) {
1528           OptOk = false;
1529           break;
1530         }
1531       }
1532       if (!OptOk)
1533         continue;
1534
1535       // The previous instruction should be a tLEApcrel or t2LEApcrelJT, we want
1536       // to delete it as well.
1537       MachineInstr *LeaMI = --PrevI;
1538       if ((LeaMI->getOpcode() != ARM::tLEApcrelJT &&
1539            LeaMI->getOpcode() != ARM::t2LEApcrelJT) ||
1540           LeaMI->getOperand(0).getReg() != BaseReg)
1541         OptOk = false;
1542
1543       if (!OptOk)
1544         continue;
1545
1546       unsigned Opc = ByteOk ? ARM::t2TBB : ARM::t2TBH;
1547       MachineInstr *NewJTMI = BuildMI(MBB, MI->getDebugLoc(), TII->get(Opc))
1548         .addReg(IdxReg, getKillRegState(IdxRegKill))
1549         .addJumpTableIndex(JTI, JTOP.getTargetFlags())
1550         .addImm(MI->getOperand(JTOpIdx+1).getImm());
1551       // FIXME: Insert an "ALIGN" instruction to ensure the next instruction
1552       // is 2-byte aligned. For now, asm printer will fix it up.
1553       unsigned NewSize = TII->GetInstSizeInBytes(NewJTMI);
1554       unsigned OrigSize = TII->GetInstSizeInBytes(AddrMI);
1555       OrigSize += TII->GetInstSizeInBytes(LeaMI);
1556       OrigSize += TII->GetInstSizeInBytes(MI);
1557
1558       AddrMI->eraseFromParent();
1559       LeaMI->eraseFromParent();
1560       MI->eraseFromParent();
1561
1562       int delta = OrigSize - NewSize;
1563       BBSizes[MBB->getNumber()] -= delta;
1564       AdjustBBOffsetsAfter(MBB, -delta);
1565
1566       ++NumTBs;
1567       MadeChange = true;
1568     }
1569   }
1570
1571   return MadeChange;
1572 }