b15ec06441fb9260f3346fd4ef00030460287338
[oota-llvm.git] / lib / Target / Mips / MipsConstantIslandPass.cpp
1 //===-- MipsConstantIslandPass.cpp - Emit Pc Relative loads----------------===//
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 //
11 // This pass is used to make Pc relative loads of constants.
12 // For now, only Mips16 will use this. 
13 //
14 // Loading constants inline is expensive on Mips16 and it's in general better
15 // to place the constant nearby in code space and then it can be loaded with a
16 // simple 16 bit load instruction.
17 //
18 // The constants can be not just numbers but addresses of functions and labels.
19 // This can be particularly helpful in static relocation mode for embedded
20 // non linux targets.
21 //
22 //
23
24 #define DEBUG_TYPE "mips-constant-islands"
25
26 #include "Mips.h"
27 #include "MCTargetDesc/MipsBaseInfo.h"
28 #include "MipsMachineFunction.h"
29 #include "MipsTargetMachine.h"
30 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
31 #include "llvm/CodeGen/MachineBasicBlock.h"
32 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
33 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
34 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
35 #include "llvm/IR/Function.h"
36 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
37 #include "llvm/Support/Debug.h"
38 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
39 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
40 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
41 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
42 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
43 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
44 #include "llvm/Support/Format.h"
45 #include <algorithm>
46
47 using namespace llvm;
48
49 STATISTIC(NumCPEs,       "Number of constpool entries");
50 STATISTIC(NumSplit,      "Number of uncond branches inserted");
51 STATISTIC(NumCBrFixed,   "Number of cond branches fixed");
52 STATISTIC(NumUBrFixed,   "Number of uncond branches fixed");
53
54 // FIXME: This option should be removed once it has received sufficient testing.
55 static cl::opt<bool>
56 AlignConstantIslands("mips-align-constant-islands", cl::Hidden, cl::init(true),
57           cl::desc("Align constant islands in code"));
58
59
60 // Rather than do make check tests with huge amounts of code, we force
61 // the test to use this amount.
62 //
63 static cl::opt<int> ConstantIslandsSmallOffset(
64   "mips-constant-islands-small-offset",
65   cl::init(0),
66   cl::desc("Make small offsets be this amount for testing purposes"),
67   cl::Hidden);
68
69 /// UnknownPadding - Return the worst case padding that could result from
70 /// unknown offset bits.  This does not include alignment padding caused by
71 /// known offset bits.
72 ///
73 /// @param LogAlign log2(alignment)
74 /// @param KnownBits Number of known low offset bits.
75 static inline unsigned UnknownPadding(unsigned LogAlign, unsigned KnownBits) {
76   if (KnownBits < LogAlign)
77     return (1u << LogAlign) - (1u << KnownBits);
78   return 0;
79 }
80
81 namespace {
82
83
84   typedef MachineBasicBlock::iterator Iter;
85   typedef MachineBasicBlock::reverse_iterator ReverseIter;
86
87   /// MipsConstantIslands - Due to limited PC-relative displacements, Mips
88   /// requires constant pool entries to be scattered among the instructions
89   /// inside a function.  To do this, it completely ignores the normal LLVM
90   /// constant pool; instead, it places constants wherever it feels like with
91   /// special instructions.
92   ///
93   /// The terminology used in this pass includes:
94   ///   Islands - Clumps of constants placed in the function.
95   ///   Water   - Potential places where an island could be formed.
96   ///   CPE     - A constant pool entry that has been placed somewhere, which
97   ///             tracks a list of users.
98
99   class MipsConstantIslands : public MachineFunctionPass {
100
101     /// BasicBlockInfo - Information about the offset and size of a single
102     /// basic block.
103     struct BasicBlockInfo {
104       /// Offset - Distance from the beginning of the function to the beginning
105       /// of this basic block.
106       ///
107       /// Offsets are computed assuming worst case padding before an aligned
108       /// block. This means that subtracting basic block offsets always gives a
109       /// conservative estimate of the real distance which may be smaller.
110       ///
111       /// Because worst case padding is used, the computed offset of an aligned
112       /// block may not actually be aligned.
113       unsigned Offset;
114
115       /// Size - Size of the basic block in bytes.  If the block contains
116       /// inline assembly, this is a worst case estimate.
117       ///
118       /// The size does not include any alignment padding whether from the
119       /// beginning of the block, or from an aligned jump table at the end.
120       unsigned Size;
121
122       /// KnownBits - The number of low bits in Offset that are known to be
123       /// exact.  The remaining bits of Offset are an upper bound.
124       uint8_t KnownBits;
125
126       /// Unalign - When non-zero, the block contains instructions (inline asm)
127       /// of unknown size.  The real size may be smaller than Size bytes by a
128       /// multiple of 1 << Unalign.
129       uint8_t Unalign;
130
131       /// PostAlign - When non-zero, the block terminator contains a .align
132       /// directive, so the end of the block is aligned to 1 << PostAlign
133       /// bytes.
134       uint8_t PostAlign;
135
136       BasicBlockInfo() : Offset(0), Size(0), KnownBits(0), Unalign(0),
137         PostAlign(0) {}
138
139       /// Compute the number of known offset bits internally to this block.
140       /// This number should be used to predict worst case padding when
141       /// splitting the block.
142       unsigned internalKnownBits() const {
143         unsigned Bits = Unalign ? Unalign : KnownBits;
144         // If the block size isn't a multiple of the known bits, assume the
145         // worst case padding.
146         if (Size & ((1u << Bits) - 1))
147           Bits = countTrailingZeros(Size);
148         return Bits;
149       }
150
151       /// Compute the offset immediately following this block.  If LogAlign is
152       /// specified, return the offset the successor block will get if it has
153       /// this alignment.
154       unsigned postOffset(unsigned LogAlign = 0) const {
155         unsigned PO = Offset + Size;
156         return PO;
157       }
158
159       /// Compute the number of known low bits of postOffset.  If this block
160       /// contains inline asm, the number of known bits drops to the
161       /// instruction alignment.  An aligned terminator may increase the number
162       /// of know bits.
163       /// If LogAlign is given, also consider the alignment of the next block.
164       unsigned postKnownBits(unsigned LogAlign = 0) const {
165         return std::max(std::max(unsigned(PostAlign), LogAlign),
166                         internalKnownBits());
167       }
168     };
169
170     std::vector<BasicBlockInfo> BBInfo;
171
172     /// WaterList - A sorted list of basic blocks where islands could be placed
173     /// (i.e. blocks that don't fall through to the following block, due
174     /// to a return, unreachable, or unconditional branch).
175     std::vector<MachineBasicBlock*> WaterList;
176
177     /// NewWaterList - The subset of WaterList that was created since the
178     /// previous iteration by inserting unconditional branches.
179     SmallSet<MachineBasicBlock*, 4> NewWaterList;
180
181     typedef std::vector<MachineBasicBlock*>::iterator water_iterator;
182
183     /// CPUser - One user of a constant pool, keeping the machine instruction
184     /// pointer, the constant pool being referenced, and the max displacement
185     /// allowed from the instruction to the CP.  The HighWaterMark records the
186     /// highest basic block where a new CPEntry can be placed.  To ensure this
187     /// pass terminates, the CP entries are initially placed at the end of the
188     /// function and then move monotonically to lower addresses.  The
189     /// exception to this rule is when the current CP entry for a particular
190     /// CPUser is out of range, but there is another CP entry for the same
191     /// constant value in range.  We want to use the existing in-range CP
192     /// entry, but if it later moves out of range, the search for new water
193     /// should resume where it left off.  The HighWaterMark is used to record
194     /// that point.
195     struct CPUser {
196       MachineInstr *MI;
197       MachineInstr *CPEMI;
198       MachineBasicBlock *HighWaterMark;
199     private:
200       unsigned MaxDisp;
201       unsigned LongFormMaxDisp; // mips16 has 16/32 bit instructions
202                                 // with different displacements
203       unsigned LongFormOpcode;
204     public:
205       bool NegOk;
206       bool IsSoImm;
207       bool KnownAlignment;
208       CPUser(MachineInstr *mi, MachineInstr *cpemi, unsigned maxdisp,
209              bool neg, bool soimm,
210              unsigned longformmaxdisp, unsigned longformopcode)
211         : MI(mi), CPEMI(cpemi), MaxDisp(maxdisp),
212           LongFormMaxDisp(longformmaxdisp), LongFormOpcode(longformopcode),
213           NegOk(neg), IsSoImm(soimm), KnownAlignment(false)  {
214         HighWaterMark = CPEMI->getParent();
215       }
216       /// getMaxDisp - Returns the maximum displacement supported by MI.
217       /// Correct for unknown alignment.
218       /// Conservatively subtract 2 bytes to handle weird alignment effects.
219       unsigned getMaxDisp() const {
220         unsigned xMaxDisp = ConstantIslandsSmallOffset?
221                             ConstantIslandsSmallOffset: MaxDisp;
222         return (KnownAlignment ? xMaxDisp : xMaxDisp - 2) - 2;
223       }
224       unsigned getLongFormMaxDisp() const {
225         return (KnownAlignment ? LongFormMaxDisp : LongFormMaxDisp - 2) - 2;
226       }
227       unsigned getLongFormOpcode() const {
228           return LongFormOpcode;
229       }
230     };
231
232     /// CPUsers - Keep track of all of the machine instructions that use various
233     /// constant pools and their max displacement.
234     std::vector<CPUser> CPUsers;
235
236   /// CPEntry - One per constant pool entry, keeping the machine instruction
237   /// pointer, the constpool index, and the number of CPUser's which
238   /// reference this entry.
239   struct CPEntry {
240     MachineInstr *CPEMI;
241     unsigned CPI;
242     unsigned RefCount;
243     CPEntry(MachineInstr *cpemi, unsigned cpi, unsigned rc = 0)
244       : CPEMI(cpemi), CPI(cpi), RefCount(rc) {}
245   };
246
247   /// CPEntries - Keep track of all of the constant pool entry machine
248   /// instructions. For each original constpool index (i.e. those that
249   /// existed upon entry to this pass), it keeps a vector of entries.
250   /// Original elements are cloned as we go along; the clones are
251   /// put in the vector of the original element, but have distinct CPIs.
252   std::vector<std::vector<CPEntry> > CPEntries;
253
254   /// ImmBranch - One per immediate branch, keeping the machine instruction
255   /// pointer, conditional or unconditional, the max displacement,
256   /// and (if isCond is true) the corresponding unconditional branch
257   /// opcode.
258   struct ImmBranch {
259     MachineInstr *MI;
260     unsigned MaxDisp : 31;
261     bool isCond : 1;
262     int UncondBr;
263     ImmBranch(MachineInstr *mi, unsigned maxdisp, bool cond, int ubr)
264       : MI(mi), MaxDisp(maxdisp), isCond(cond), UncondBr(ubr) {}
265   };
266
267   /// ImmBranches - Keep track of all the immediate branch instructions.
268   ///
269   std::vector<ImmBranch> ImmBranches;
270
271   /// HasFarJump - True if any far jump instruction has been emitted during
272   /// the branch fix up pass.
273   bool HasFarJump;
274
275   const TargetMachine &TM;
276   bool IsPIC;
277   unsigned ABI;
278   const MipsSubtarget *STI;
279   const MipsInstrInfo *TII;
280   MipsFunctionInfo *MFI;
281   MachineFunction *MF;
282   MachineConstantPool *MCP;
283
284   unsigned PICLabelUId;
285   bool PrescannedForConstants;
286
287   void initPICLabelUId(unsigned UId) {
288     PICLabelUId = UId;
289   }
290
291
292   unsigned createPICLabelUId() {
293     return PICLabelUId++;
294   }
295
296   public:
297     static char ID;
298     MipsConstantIslands(TargetMachine &tm)
299       : MachineFunctionPass(ID), TM(tm),
300         IsPIC(TM.getRelocationModel() == Reloc::PIC_),
301         ABI(TM.getSubtarget<MipsSubtarget>().getTargetABI()),
302         STI(&TM.getSubtarget<MipsSubtarget>()), MF(0), MCP(0),
303         PrescannedForConstants(false){}
304
305     virtual const char *getPassName() const {
306       return "Mips Constant Islands";
307     }
308
309     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &F);
310
311     void doInitialPlacement(std::vector<MachineInstr*> &CPEMIs);
312     CPEntry *findConstPoolEntry(unsigned CPI, const MachineInstr *CPEMI);
313     unsigned getCPELogAlign(const MachineInstr *CPEMI);
314     void initializeFunctionInfo(const std::vector<MachineInstr*> &CPEMIs);
315     unsigned getOffsetOf(MachineInstr *MI) const;
316     unsigned getUserOffset(CPUser&) const;
317     void dumpBBs();
318     void verify();
319
320     bool isOffsetInRange(unsigned UserOffset, unsigned TrialOffset,
321                          unsigned Disp, bool NegativeOK, bool IsSoImm = false);
322     bool isOffsetInRange(unsigned UserOffset, unsigned TrialOffset,
323                          const CPUser &U);
324
325     bool isLongFormOffsetInRange(unsigned UserOffset, unsigned TrialOffset,
326                                 const CPUser &U);
327
328     void computeBlockSize(MachineBasicBlock *MBB);
329     MachineBasicBlock *splitBlockBeforeInstr(MachineInstr *MI);
330     void updateForInsertedWaterBlock(MachineBasicBlock *NewBB);
331     void adjustBBOffsetsAfter(MachineBasicBlock *BB);
332     bool decrementCPEReferenceCount(unsigned CPI, MachineInstr* CPEMI);
333     int findInRangeCPEntry(CPUser& U, unsigned UserOffset);
334     int findLongFormInRangeCPEntry(CPUser& U, unsigned UserOffset);
335     bool findAvailableWater(CPUser&U, unsigned UserOffset,
336                             water_iterator &WaterIter);
337     void createNewWater(unsigned CPUserIndex, unsigned UserOffset,
338                         MachineBasicBlock *&NewMBB);
339     bool handleConstantPoolUser(unsigned CPUserIndex);
340     void removeDeadCPEMI(MachineInstr *CPEMI);
341     bool removeUnusedCPEntries();
342     bool isCPEntryInRange(MachineInstr *MI, unsigned UserOffset,
343                           MachineInstr *CPEMI, unsigned Disp, bool NegOk,
344                           bool DoDump = false);
345     bool isWaterInRange(unsigned UserOffset, MachineBasicBlock *Water,
346                         CPUser &U, unsigned &Growth);
347     bool isBBInRange(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *BB, unsigned Disp);
348     bool fixupImmediateBr(ImmBranch &Br);
349     bool fixupConditionalBr(ImmBranch &Br);
350     bool fixupUnconditionalBr(ImmBranch &Br);
351
352     void prescanForConstants();
353
354   private:
355
356   };
357
358   char MipsConstantIslands::ID = 0;
359 } // end of anonymous namespace
360
361
362 bool MipsConstantIslands::isLongFormOffsetInRange
363   (unsigned UserOffset, unsigned TrialOffset,
364    const CPUser &U) {
365   return isOffsetInRange(UserOffset, TrialOffset,
366                          U.getLongFormMaxDisp(), U.NegOk, U.IsSoImm);
367 }
368
369 bool MipsConstantIslands::isOffsetInRange
370   (unsigned UserOffset, unsigned TrialOffset,
371    const CPUser &U) {
372   return isOffsetInRange(UserOffset, TrialOffset,
373                          U.getMaxDisp(), U.NegOk, U.IsSoImm);
374 }
375 /// print block size and offset information - debugging
376 void MipsConstantIslands::dumpBBs() {
377   DEBUG({
378     for (unsigned J = 0, E = BBInfo.size(); J !=E; ++J) {
379       const BasicBlockInfo &BBI = BBInfo[J];
380       dbgs() << format("%08x BB#%u\t", BBI.Offset, J)
381              << " kb=" << unsigned(BBI.KnownBits)
382              << " ua=" << unsigned(BBI.Unalign)
383              << " pa=" << unsigned(BBI.PostAlign)
384              << format(" size=%#x\n", BBInfo[J].Size);
385     }
386   });
387 }
388 /// createMipsLongBranchPass - Returns a pass that converts branches to long
389 /// branches.
390 FunctionPass *llvm::createMipsConstantIslandPass(MipsTargetMachine &tm) {
391   return new MipsConstantIslands(tm);
392 }
393
394 bool MipsConstantIslands::runOnMachineFunction(MachineFunction &mf) {
395   // The intention is for this to be a mips16 only pass for now
396   // FIXME:
397   MF = &mf;
398   MCP = mf.getConstantPool();
399   DEBUG(dbgs() << "constant island machine function " << "\n");
400   if (!TM.getSubtarget<MipsSubtarget>().inMips16Mode() ||
401       !MipsSubtarget::useConstantIslands()) {
402     return false;
403   }
404   TII = (const MipsInstrInfo*)MF->getTarget().getInstrInfo();
405   MFI = MF->getInfo<MipsFunctionInfo>();
406   DEBUG(dbgs() << "constant island processing " << "\n");
407   //
408   // will need to make predermination if there is any constants we need to
409   // put in constant islands. TBD.
410   //
411   if (!PrescannedForConstants) prescanForConstants();
412
413   HasFarJump = false;
414   // This pass invalidates liveness information when it splits basic blocks.
415   MF->getRegInfo().invalidateLiveness();
416
417   // Renumber all of the machine basic blocks in the function, guaranteeing that
418   // the numbers agree with the position of the block in the function.
419   MF->RenumberBlocks();
420
421   bool MadeChange = false;
422
423   // Perform the initial placement of the constant pool entries.  To start with,
424   // we put them all at the end of the function.
425   std::vector<MachineInstr*> CPEMIs;
426   if (!MCP->isEmpty())
427     doInitialPlacement(CPEMIs);
428
429   /// The next UID to take is the first unused one.
430   initPICLabelUId(CPEMIs.size());
431
432   // Do the initial scan of the function, building up information about the
433   // sizes of each block, the location of all the water, and finding all of the
434   // constant pool users.
435   initializeFunctionInfo(CPEMIs);
436   CPEMIs.clear();
437   DEBUG(dumpBBs());
438
439   /// Remove dead constant pool entries.
440   MadeChange |= removeUnusedCPEntries();
441
442   // Iteratively place constant pool entries and fix up branches until there
443   // is no change.
444   unsigned NoCPIters = 0, NoBRIters = 0;
445   (void)NoBRIters;
446   while (true) {
447     DEBUG(dbgs() << "Beginning CP iteration #" << NoCPIters << '\n');
448     bool CPChange = false;
449     for (unsigned i = 0, e = CPUsers.size(); i != e; ++i)
450       CPChange |= handleConstantPoolUser(i);
451     if (CPChange && ++NoCPIters > 30)
452       report_fatal_error("Constant Island pass failed to converge!");
453     DEBUG(dumpBBs());
454
455     // Clear NewWaterList now.  If we split a block for branches, it should
456     // appear as "new water" for the next iteration of constant pool placement.
457     NewWaterList.clear();
458
459     DEBUG(dbgs() << "Beginning BR iteration #" << NoBRIters << '\n');
460     bool BRChange = false;
461 #ifdef IN_PROGRESS
462     for (unsigned i = 0, e = ImmBranches.size(); i != e; ++i)
463       BRChange |= fixupImmediateBr(ImmBranches[i]);
464     if (BRChange && ++NoBRIters > 30)
465       report_fatal_error("Branch Fix Up pass failed to converge!");
466     DEBUG(dumpBBs());
467 #endif
468     if (!CPChange && !BRChange)
469       break;
470     MadeChange = true;
471   }
472
473   DEBUG(dbgs() << '\n'; dumpBBs());
474
475   BBInfo.clear();
476   WaterList.clear();
477   CPUsers.clear();
478   CPEntries.clear();
479   ImmBranches.clear();
480   return MadeChange;
481 }
482
483 /// doInitialPlacement - Perform the initial placement of the constant pool
484 /// entries.  To start with, we put them all at the end of the function.
485 void
486 MipsConstantIslands::doInitialPlacement(std::vector<MachineInstr*> &CPEMIs) {
487   // Create the basic block to hold the CPE's.
488   MachineBasicBlock *BB = MF->CreateMachineBasicBlock();
489   MF->push_back(BB);
490
491
492   // MachineConstantPool measures alignment in bytes. We measure in log2(bytes).
493   unsigned MaxAlign = Log2_32(MCP->getConstantPoolAlignment());
494
495   // Mark the basic block as required by the const-pool.
496   // If AlignConstantIslands isn't set, use 4-byte alignment for everything.
497   BB->setAlignment(AlignConstantIslands ? MaxAlign : 2);
498
499   // The function needs to be as aligned as the basic blocks. The linker may
500   // move functions around based on their alignment.
501   MF->ensureAlignment(BB->getAlignment());
502
503   // Order the entries in BB by descending alignment.  That ensures correct
504   // alignment of all entries as long as BB is sufficiently aligned.  Keep
505   // track of the insertion point for each alignment.  We are going to bucket
506   // sort the entries as they are created.
507   SmallVector<MachineBasicBlock::iterator, 8> InsPoint(MaxAlign + 1, BB->end());
508
509   // Add all of the constants from the constant pool to the end block, use an
510   // identity mapping of CPI's to CPE's.
511   const std::vector<MachineConstantPoolEntry> &CPs = MCP->getConstants();
512
513   const DataLayout &TD = *MF->getTarget().getDataLayout();
514   for (unsigned i = 0, e = CPs.size(); i != e; ++i) {
515     unsigned Size = TD.getTypeAllocSize(CPs[i].getType());
516     assert(Size >= 4 && "Too small constant pool entry");
517     unsigned Align = CPs[i].getAlignment();
518     assert(isPowerOf2_32(Align) && "Invalid alignment");
519     // Verify that all constant pool entries are a multiple of their alignment.
520     // If not, we would have to pad them out so that instructions stay aligned.
521     assert((Size % Align) == 0 && "CP Entry not multiple of 4 bytes!");
522
523     // Insert CONSTPOOL_ENTRY before entries with a smaller alignment.
524     unsigned LogAlign = Log2_32(Align);
525     MachineBasicBlock::iterator InsAt = InsPoint[LogAlign];
526
527     MachineInstr *CPEMI =
528       BuildMI(*BB, InsAt, DebugLoc(), TII->get(Mips::CONSTPOOL_ENTRY))
529         .addImm(i).addConstantPoolIndex(i).addImm(Size);
530
531     CPEMIs.push_back(CPEMI);
532
533     // Ensure that future entries with higher alignment get inserted before
534     // CPEMI. This is bucket sort with iterators.
535     for (unsigned a = LogAlign + 1; a <= MaxAlign; ++a)
536       if (InsPoint[a] == InsAt)
537         InsPoint[a] = CPEMI;
538     // Add a new CPEntry, but no corresponding CPUser yet.
539     std::vector<CPEntry> CPEs;
540     CPEs.push_back(CPEntry(CPEMI, i));
541     CPEntries.push_back(CPEs);
542     ++NumCPEs;
543     DEBUG(dbgs() << "Moved CPI#" << i << " to end of function, size = "
544                  << Size << ", align = " << Align <<'\n');
545   }
546   DEBUG(BB->dump());
547 }
548
549 /// BBHasFallthrough - Return true if the specified basic block can fallthrough
550 /// into the block immediately after it.
551 static bool BBHasFallthrough(MachineBasicBlock *MBB) {
552   // Get the next machine basic block in the function.
553   MachineFunction::iterator MBBI = MBB;
554   // Can't fall off end of function.
555   if (llvm::next(MBBI) == MBB->getParent()->end())
556     return false;
557
558   MachineBasicBlock *NextBB = llvm::next(MBBI);
559   for (MachineBasicBlock::succ_iterator I = MBB->succ_begin(),
560        E = MBB->succ_end(); I != E; ++I)
561     if (*I == NextBB)
562       return true;
563
564   return false;
565 }
566
567 /// findConstPoolEntry - Given the constpool index and CONSTPOOL_ENTRY MI,
568 /// look up the corresponding CPEntry.
569 MipsConstantIslands::CPEntry
570 *MipsConstantIslands::findConstPoolEntry(unsigned CPI,
571                                         const MachineInstr *CPEMI) {
572   std::vector<CPEntry> &CPEs = CPEntries[CPI];
573   // Number of entries per constpool index should be small, just do a
574   // linear search.
575   for (unsigned i = 0, e = CPEs.size(); i != e; ++i) {
576     if (CPEs[i].CPEMI == CPEMI)
577       return &CPEs[i];
578   }
579   return NULL;
580 }
581
582 /// getCPELogAlign - Returns the required alignment of the constant pool entry
583 /// represented by CPEMI.  Alignment is measured in log2(bytes) units.
584 unsigned MipsConstantIslands::getCPELogAlign(const MachineInstr *CPEMI) {
585   assert(CPEMI && CPEMI->getOpcode() == Mips::CONSTPOOL_ENTRY);
586
587   // Everything is 4-byte aligned unless AlignConstantIslands is set.
588   if (!AlignConstantIslands)
589     return 2;
590
591   unsigned CPI = CPEMI->getOperand(1).getIndex();
592   assert(CPI < MCP->getConstants().size() && "Invalid constant pool index.");
593   unsigned Align = MCP->getConstants()[CPI].getAlignment();
594   assert(isPowerOf2_32(Align) && "Invalid CPE alignment");
595   return Log2_32(Align);
596 }
597
598 /// initializeFunctionInfo - Do the initial scan of the function, building up
599 /// information about the sizes of each block, the location of all the water,
600 /// and finding all of the constant pool users.
601 void MipsConstantIslands::
602 initializeFunctionInfo(const std::vector<MachineInstr*> &CPEMIs) {
603   BBInfo.clear();
604   BBInfo.resize(MF->getNumBlockIDs());
605
606   // First thing, compute the size of all basic blocks, and see if the function
607   // has any inline assembly in it. If so, we have to be conservative about
608   // alignment assumptions, as we don't know for sure the size of any
609   // instructions in the inline assembly.
610   for (MachineFunction::iterator I = MF->begin(), E = MF->end(); I != E; ++I)
611     computeBlockSize(I);
612
613   // The known bits of the entry block offset are determined by the function
614   // alignment.
615   BBInfo.front().KnownBits = MF->getAlignment();
616
617   // Compute block offsets.
618   adjustBBOffsetsAfter(MF->begin());
619
620   // Now go back through the instructions and build up our data structures.
621   for (MachineFunction::iterator MBBI = MF->begin(), E = MF->end();
622        MBBI != E; ++MBBI) {
623     MachineBasicBlock &MBB = *MBBI;
624
625     // If this block doesn't fall through into the next MBB, then this is
626     // 'water' that a constant pool island could be placed.
627     if (!BBHasFallthrough(&MBB))
628       WaterList.push_back(&MBB);
629     for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB.begin(), E = MBB.end();
630          I != E; ++I) {
631       if (I->isDebugValue())
632         continue;
633
634       int Opc = I->getOpcode();
635       if (I->isBranch()) {
636         bool isCond = false;
637         unsigned Bits = 0;
638         unsigned Scale = 1;
639         int UOpc = Opc;
640
641         switch (Opc) {
642         default:
643           continue;  // Ignore other JT branches
644         }
645         // Record this immediate branch.
646         unsigned MaxOffs = ((1 << (Bits-1))-1) * Scale;
647         ImmBranches.push_back(ImmBranch(I, MaxOffs, isCond, UOpc));
648
649       }
650
651
652       if (Opc == Mips::CONSTPOOL_ENTRY)
653         continue;
654
655
656       // Scan the instructions for constant pool operands.
657       for (unsigned op = 0, e = I->getNumOperands(); op != e; ++op)
658         if (I->getOperand(op).isCPI()) {
659
660           // We found one.  The addressing mode tells us the max displacement
661           // from the PC that this instruction permits.
662
663           // Basic size info comes from the TSFlags field.
664           unsigned Bits = 0;
665           unsigned Scale = 1;
666           bool NegOk = false;
667           bool IsSoImm = false;
668           unsigned LongFormBits = 0;
669           unsigned LongFormScale = 0;
670           unsigned LongFormOpcode = 0;
671           switch (Opc) {
672           default:
673             llvm_unreachable("Unknown addressing mode for CP reference!");
674           case Mips::LwRxPcTcp16:
675             Bits = 8;
676             Scale = 2;
677             LongFormOpcode = Mips::LwRxPcTcpX16;
678             break;
679           case Mips::LwRxPcTcpX16:
680             Bits = 16;
681             Scale = 2;
682             break;
683           }
684           // Remember that this is a user of a CP entry.
685           unsigned CPI = I->getOperand(op).getIndex();
686           MachineInstr *CPEMI = CPEMIs[CPI];
687           unsigned MaxOffs = ((1 << Bits)-1) * Scale;
688           unsigned LongFormMaxOffs = ((1 << LongFormBits)-1) * LongFormScale;
689           CPUsers.push_back(CPUser(I, CPEMI, MaxOffs, NegOk,
690                                    IsSoImm, LongFormMaxOffs,
691                                    LongFormOpcode));
692
693           // Increment corresponding CPEntry reference count.
694           CPEntry *CPE = findConstPoolEntry(CPI, CPEMI);
695           assert(CPE && "Cannot find a corresponding CPEntry!");
696           CPE->RefCount++;
697
698           // Instructions can only use one CP entry, don't bother scanning the
699           // rest of the operands.
700           break;
701
702         }
703
704     }
705   }
706
707 }
708
709 /// computeBlockSize - Compute the size and some alignment information for MBB.
710 /// This function updates BBInfo directly.
711 void MipsConstantIslands::computeBlockSize(MachineBasicBlock *MBB) {
712   BasicBlockInfo &BBI = BBInfo[MBB->getNumber()];
713   BBI.Size = 0;
714   BBI.Unalign = 0;
715   BBI.PostAlign = 0;
716
717   for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB->begin(), E = MBB->end(); I != E;
718        ++I)
719     BBI.Size += TII->GetInstSizeInBytes(I);
720
721 }
722
723 /// getOffsetOf - Return the current offset of the specified machine instruction
724 /// from the start of the function.  This offset changes as stuff is moved
725 /// around inside the function.
726 unsigned MipsConstantIslands::getOffsetOf(MachineInstr *MI) const {
727   MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
728
729   // The offset is composed of two things: the sum of the sizes of all MBB's
730   // before this instruction's block, and the offset from the start of the block
731   // it is in.
732   unsigned Offset = BBInfo[MBB->getNumber()].Offset;
733
734   // Sum instructions before MI in MBB.
735   for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB->begin(); &*I != MI; ++I) {
736     assert(I != MBB->end() && "Didn't find MI in its own basic block?");
737     Offset += TII->GetInstSizeInBytes(I);
738   }
739   return Offset;
740 }
741
742 /// CompareMBBNumbers - Little predicate function to sort the WaterList by MBB
743 /// ID.
744 static bool CompareMBBNumbers(const MachineBasicBlock *LHS,
745                               const MachineBasicBlock *RHS) {
746   return LHS->getNumber() < RHS->getNumber();
747 }
748
749 /// updateForInsertedWaterBlock - When a block is newly inserted into the
750 /// machine function, it upsets all of the block numbers.  Renumber the blocks
751 /// and update the arrays that parallel this numbering.
752 void MipsConstantIslands::updateForInsertedWaterBlock
753   (MachineBasicBlock *NewBB) {
754   // Renumber the MBB's to keep them consecutive.
755   NewBB->getParent()->RenumberBlocks(NewBB);
756
757   // Insert an entry into BBInfo to align it properly with the (newly
758   // renumbered) block numbers.
759   BBInfo.insert(BBInfo.begin() + NewBB->getNumber(), BasicBlockInfo());
760
761   // Next, update WaterList.  Specifically, we need to add NewMBB as having
762   // available water after it.
763   water_iterator IP =
764     std::lower_bound(WaterList.begin(), WaterList.end(), NewBB,
765                      CompareMBBNumbers);
766   WaterList.insert(IP, NewBB);
767 }
768
769 /// getUserOffset - Compute the offset of U.MI as seen by the hardware
770 /// displacement computation.  Update U.KnownAlignment to match its current
771 /// basic block location.
772 unsigned MipsConstantIslands::getUserOffset(CPUser &U) const {
773   unsigned UserOffset = getOffsetOf(U.MI);
774   const BasicBlockInfo &BBI = BBInfo[U.MI->getParent()->getNumber()];
775   unsigned KnownBits = BBI.internalKnownBits();
776
777   // The value read from PC is offset from the actual instruction address.
778
779
780   // Because of inline assembly, we may not know the alignment (mod 4) of U.MI.
781   // Make sure U.getMaxDisp() returns a constrained range.
782   U.KnownAlignment = (KnownBits >= 2);
783
784
785   return UserOffset;
786 }
787
788 /// Split the basic block containing MI into two blocks, which are joined by
789 /// an unconditional branch.  Update data structures and renumber blocks to
790 /// account for this change and returns the newly created block.
791 MachineBasicBlock *MipsConstantIslands::splitBlockBeforeInstr
792   (MachineInstr *MI) {
793   MachineBasicBlock *OrigBB = MI->getParent();
794
795   // Create a new MBB for the code after the OrigBB.
796   MachineBasicBlock *NewBB =
797     MF->CreateMachineBasicBlock(OrigBB->getBasicBlock());
798   MachineFunction::iterator MBBI = OrigBB; ++MBBI;
799   MF->insert(MBBI, NewBB);
800
801   // Splice the instructions starting with MI over to NewBB.
802   NewBB->splice(NewBB->end(), OrigBB, MI, OrigBB->end());
803
804   // Add an unconditional branch from OrigBB to NewBB.
805   // Note the new unconditional branch is not being recorded.
806   // There doesn't seem to be meaningful DebugInfo available; this doesn't
807   // correspond to anything in the source.
808   BuildMI(OrigBB, DebugLoc(), TII->get(Mips::BimmX16)).addMBB(NewBB);
809   ++NumSplit;
810
811   // Update the CFG.  All succs of OrigBB are now succs of NewBB.
812   NewBB->transferSuccessors(OrigBB);
813
814   // OrigBB branches to NewBB.
815   OrigBB->addSuccessor(NewBB);
816
817   // Update internal data structures to account for the newly inserted MBB.
818   // This is almost the same as updateForInsertedWaterBlock, except that
819   // the Water goes after OrigBB, not NewBB.
820   MF->RenumberBlocks(NewBB);
821
822   // Insert an entry into BBInfo to align it properly with the (newly
823   // renumbered) block numbers.
824   BBInfo.insert(BBInfo.begin() + NewBB->getNumber(), BasicBlockInfo());
825
826   // Next, update WaterList.  Specifically, we need to add OrigMBB as having
827   // available water after it (but not if it's already there, which happens
828   // when splitting before a conditional branch that is followed by an
829   // unconditional branch - in that case we want to insert NewBB).
830   water_iterator IP =
831     std::lower_bound(WaterList.begin(), WaterList.end(), OrigBB,
832                      CompareMBBNumbers);
833   MachineBasicBlock* WaterBB = *IP;
834   if (WaterBB == OrigBB)
835     WaterList.insert(llvm::next(IP), NewBB);
836   else
837     WaterList.insert(IP, OrigBB);
838   NewWaterList.insert(OrigBB);
839
840   // Figure out how large the OrigBB is.  As the first half of the original
841   // block, it cannot contain a tablejump.  The size includes
842   // the new jump we added.  (It should be possible to do this without
843   // recounting everything, but it's very confusing, and this is rarely
844   // executed.)
845   computeBlockSize(OrigBB);
846
847   // Figure out how large the NewMBB is.  As the second half of the original
848   // block, it may contain a tablejump.
849   computeBlockSize(NewBB);
850
851   // All BBOffsets following these blocks must be modified.
852   adjustBBOffsetsAfter(OrigBB);
853
854   return NewBB;
855 }
856
857
858
859 /// isOffsetInRange - Checks whether UserOffset (the location of a constant pool
860 /// reference) is within MaxDisp of TrialOffset (a proposed location of a
861 /// constant pool entry).
862 /// UserOffset is computed by getUserOffset above to include PC adjustments. If
863 /// the mod 4 alignment of UserOffset is not known, the uncertainty must be
864 /// subtracted from MaxDisp instead. CPUser::getMaxDisp() does that.
865 bool MipsConstantIslands::isOffsetInRange(unsigned UserOffset,
866                                          unsigned TrialOffset, unsigned MaxDisp,
867                                          bool NegativeOK, bool IsSoImm) {
868   if (UserOffset <= TrialOffset) {
869     // User before the Trial.
870     if (TrialOffset - UserOffset <= MaxDisp)
871       return true;
872     // FIXME: Make use full range of soimm values.
873   } else if (NegativeOK) {
874     if (UserOffset - TrialOffset <= MaxDisp)
875       return true;
876     // FIXME: Make use full range of soimm values.
877   }
878   return false;
879 }
880
881 /// isWaterInRange - Returns true if a CPE placed after the specified
882 /// Water (a basic block) will be in range for the specific MI.
883 ///
884 /// Compute how much the function will grow by inserting a CPE after Water.
885 bool MipsConstantIslands::isWaterInRange(unsigned UserOffset,
886                                         MachineBasicBlock* Water, CPUser &U,
887                                         unsigned &Growth) {
888   unsigned CPELogAlign = getCPELogAlign(U.CPEMI);
889   unsigned CPEOffset = BBInfo[Water->getNumber()].postOffset(CPELogAlign);
890   unsigned NextBlockOffset, NextBlockAlignment;
891   MachineFunction::const_iterator NextBlock = Water;
892   if (++NextBlock == MF->end()) {
893     NextBlockOffset = BBInfo[Water->getNumber()].postOffset();
894     NextBlockAlignment = 0;
895   } else {
896     NextBlockOffset = BBInfo[NextBlock->getNumber()].Offset;
897     NextBlockAlignment = NextBlock->getAlignment();
898   }
899   unsigned Size = U.CPEMI->getOperand(2).getImm();
900   unsigned CPEEnd = CPEOffset + Size;
901
902   // The CPE may be able to hide in the alignment padding before the next
903   // block. It may also cause more padding to be required if it is more aligned
904   // that the next block.
905   if (CPEEnd > NextBlockOffset) {
906     Growth = CPEEnd - NextBlockOffset;
907     // Compute the padding that would go at the end of the CPE to align the next
908     // block.
909     Growth += OffsetToAlignment(CPEEnd, 1u << NextBlockAlignment);
910
911     // If the CPE is to be inserted before the instruction, that will raise
912     // the offset of the instruction. Also account for unknown alignment padding
913     // in blocks between CPE and the user.
914     if (CPEOffset < UserOffset)
915       UserOffset += Growth + UnknownPadding(MF->getAlignment(), CPELogAlign);
916   } else
917     // CPE fits in existing padding.
918     Growth = 0;
919
920   return isOffsetInRange(UserOffset, CPEOffset, U);
921 }
922
923 /// isCPEntryInRange - Returns true if the distance between specific MI and
924 /// specific ConstPool entry instruction can fit in MI's displacement field.
925 bool MipsConstantIslands::isCPEntryInRange
926   (MachineInstr *MI, unsigned UserOffset,
927    MachineInstr *CPEMI, unsigned MaxDisp,
928    bool NegOk, bool DoDump) {
929   unsigned CPEOffset  = getOffsetOf(CPEMI);
930
931   if (DoDump) {
932     DEBUG({
933       unsigned Block = MI->getParent()->getNumber();
934       const BasicBlockInfo &BBI = BBInfo[Block];
935       dbgs() << "User of CPE#" << CPEMI->getOperand(0).getImm()
936              << " max delta=" << MaxDisp
937              << format(" insn address=%#x", UserOffset)
938              << " in BB#" << Block << ": "
939              << format("%#x-%x\t", BBI.Offset, BBI.postOffset()) << *MI
940              << format("CPE address=%#x offset=%+d: ", CPEOffset,
941                        int(CPEOffset-UserOffset));
942     });
943   }
944
945   return isOffsetInRange(UserOffset, CPEOffset, MaxDisp, NegOk);
946 }
947
948 #ifndef NDEBUG
949 /// BBIsJumpedOver - Return true of the specified basic block's only predecessor
950 /// unconditionally branches to its only successor.
951 static bool BBIsJumpedOver(MachineBasicBlock *MBB) {
952   if (MBB->pred_size() != 1 || MBB->succ_size() != 1)
953     return false;
954   MachineBasicBlock *Succ = *MBB->succ_begin();
955   MachineBasicBlock *Pred = *MBB->pred_begin();
956   MachineInstr *PredMI = &Pred->back();
957   if (PredMI->getOpcode() == Mips::BimmX16)
958     return PredMI->getOperand(0).getMBB() == Succ;
959   return false;
960 }
961 #endif
962
963 void MipsConstantIslands::adjustBBOffsetsAfter(MachineBasicBlock *BB) {
964   unsigned BBNum = BB->getNumber();
965   for(unsigned i = BBNum + 1, e = MF->getNumBlockIDs(); i < e; ++i) {
966     // Get the offset and known bits at the end of the layout predecessor.
967     // Include the alignment of the current block.
968     unsigned Offset = BBInfo[i - 1].postOffset();
969     BBInfo[i].Offset = Offset;
970   }
971 }
972
973 /// decrementCPEReferenceCount - find the constant pool entry with index CPI
974 /// and instruction CPEMI, and decrement its refcount.  If the refcount
975 /// becomes 0 remove the entry and instruction.  Returns true if we removed
976 /// the entry, false if we didn't.
977
978 bool MipsConstantIslands::decrementCPEReferenceCount(unsigned CPI,
979                                                     MachineInstr *CPEMI) {
980   // Find the old entry. Eliminate it if it is no longer used.
981   CPEntry *CPE = findConstPoolEntry(CPI, CPEMI);
982   assert(CPE && "Unexpected!");
983   if (--CPE->RefCount == 0) {
984     removeDeadCPEMI(CPEMI);
985     CPE->CPEMI = NULL;
986     --NumCPEs;
987     return true;
988   }
989   return false;
990 }
991
992 /// LookForCPEntryInRange - see if the currently referenced CPE is in range;
993 /// if not, see if an in-range clone of the CPE is in range, and if so,
994 /// change the data structures so the user references the clone.  Returns:
995 /// 0 = no existing entry found
996 /// 1 = entry found, and there were no code insertions or deletions
997 /// 2 = entry found, and there were code insertions or deletions
998 int MipsConstantIslands::findInRangeCPEntry(CPUser& U, unsigned UserOffset)
999 {
1000   MachineInstr *UserMI = U.MI;
1001   MachineInstr *CPEMI  = U.CPEMI;
1002
1003   // Check to see if the CPE is already in-range.
1004   if (isCPEntryInRange(UserMI, UserOffset, CPEMI, U.getMaxDisp(), U.NegOk,
1005                        true)) {
1006     DEBUG(dbgs() << "In range\n");
1007     return 1;
1008   }
1009
1010   // No.  Look for previously created clones of the CPE that are in range.
1011   unsigned CPI = CPEMI->getOperand(1).getIndex();
1012   std::vector<CPEntry> &CPEs = CPEntries[CPI];
1013   for (unsigned i = 0, e = CPEs.size(); i != e; ++i) {
1014     // We already tried this one
1015     if (CPEs[i].CPEMI == CPEMI)
1016       continue;
1017     // Removing CPEs can leave empty entries, skip
1018     if (CPEs[i].CPEMI == NULL)
1019       continue;
1020     if (isCPEntryInRange(UserMI, UserOffset, CPEs[i].CPEMI, U.getMaxDisp(),
1021                      U.NegOk)) {
1022       DEBUG(dbgs() << "Replacing CPE#" << CPI << " with CPE#"
1023                    << CPEs[i].CPI << "\n");
1024       // Point the CPUser node to the replacement
1025       U.CPEMI = CPEs[i].CPEMI;
1026       // Change the CPI in the instruction operand to refer to the clone.
1027       for (unsigned j = 0, e = UserMI->getNumOperands(); j != e; ++j)
1028         if (UserMI->getOperand(j).isCPI()) {
1029           UserMI->getOperand(j).setIndex(CPEs[i].CPI);
1030           break;
1031         }
1032       // Adjust the refcount of the clone...
1033       CPEs[i].RefCount++;
1034       // ...and the original.  If we didn't remove the old entry, none of the
1035       // addresses changed, so we don't need another pass.
1036       return decrementCPEReferenceCount(CPI, CPEMI) ? 2 : 1;
1037     }
1038   }
1039   return 0;
1040 }
1041
1042 /// LookForCPEntryInRange - see if the currently referenced CPE is in range;
1043 /// This version checks if the longer form of the instruction can be used to
1044 /// to satisfy things.
1045 /// if not, see if an in-range clone of the CPE is in range, and if so,
1046 /// change the data structures so the user references the clone.  Returns:
1047 /// 0 = no existing entry found
1048 /// 1 = entry found, and there were no code insertions or deletions
1049 /// 2 = entry found, and there were code insertions or deletions
1050 int MipsConstantIslands::findLongFormInRangeCPEntry
1051   (CPUser& U, unsigned UserOffset)
1052 {
1053   MachineInstr *UserMI = U.MI;
1054   MachineInstr *CPEMI  = U.CPEMI;
1055
1056   // Check to see if the CPE is already in-range.
1057   if (isCPEntryInRange(UserMI, UserOffset, CPEMI,
1058                        U.getLongFormMaxDisp(), U.NegOk,
1059                        true)) {
1060     DEBUG(dbgs() << "In range\n");
1061     UserMI->setDesc(TII->get(U.getLongFormOpcode()));
1062     return 2;  // instruction is longer length now
1063   }
1064
1065   // No.  Look for previously created clones of the CPE that are in range.
1066   unsigned CPI = CPEMI->getOperand(1).getIndex();
1067   std::vector<CPEntry> &CPEs = CPEntries[CPI];
1068   for (unsigned i = 0, e = CPEs.size(); i != e; ++i) {
1069     // We already tried this one
1070     if (CPEs[i].CPEMI == CPEMI)
1071       continue;
1072     // Removing CPEs can leave empty entries, skip
1073     if (CPEs[i].CPEMI == NULL)
1074       continue;
1075     if (isCPEntryInRange(UserMI, UserOffset, CPEs[i].CPEMI,
1076                          U.getLongFormMaxDisp(), U.NegOk)) {
1077       DEBUG(dbgs() << "Replacing CPE#" << CPI << " with CPE#"
1078                    << CPEs[i].CPI << "\n");
1079       // Point the CPUser node to the replacement
1080       U.CPEMI = CPEs[i].CPEMI;
1081       // Change the CPI in the instruction operand to refer to the clone.
1082       for (unsigned j = 0, e = UserMI->getNumOperands(); j != e; ++j)
1083         if (UserMI->getOperand(j).isCPI()) {
1084           UserMI->getOperand(j).setIndex(CPEs[i].CPI);
1085           break;
1086         }
1087       // Adjust the refcount of the clone...
1088       CPEs[i].RefCount++;
1089       // ...and the original.  If we didn't remove the old entry, none of the
1090       // addresses changed, so we don't need another pass.
1091       return decrementCPEReferenceCount(CPI, CPEMI) ? 2 : 1;
1092     }
1093   }
1094   return 0;
1095 }
1096
1097 /// getUnconditionalBrDisp - Returns the maximum displacement that can fit in
1098 /// the specific unconditional branch instruction.
1099 static inline unsigned getUnconditionalBrDisp(int Opc) {
1100   switch (Opc) {
1101   case Mips::BimmX16:
1102     return ((1<<16)-1)*2;
1103   default:
1104     break;
1105   }
1106   return ((1<<16)-1)*2;
1107 }
1108
1109 /// findAvailableWater - Look for an existing entry in the WaterList in which
1110 /// we can place the CPE referenced from U so it's within range of U's MI.
1111 /// Returns true if found, false if not.  If it returns true, WaterIter
1112 /// is set to the WaterList entry.  
1113 /// To ensure that this pass
1114 /// terminates, the CPE location for a particular CPUser is only allowed to
1115 /// move to a lower address, so search backward from the end of the list and
1116 /// prefer the first water that is in range.
1117 bool MipsConstantIslands::findAvailableWater(CPUser &U, unsigned UserOffset,
1118                                       water_iterator &WaterIter) {
1119   if (WaterList.empty())
1120     return false;
1121
1122   unsigned BestGrowth = ~0u;
1123   for (water_iterator IP = prior(WaterList.end()), B = WaterList.begin();;
1124        --IP) {
1125     MachineBasicBlock* WaterBB = *IP;
1126     // Check if water is in range and is either at a lower address than the
1127     // current "high water mark" or a new water block that was created since
1128     // the previous iteration by inserting an unconditional branch.  In the
1129     // latter case, we want to allow resetting the high water mark back to
1130     // this new water since we haven't seen it before.  Inserting branches
1131     // should be relatively uncommon and when it does happen, we want to be
1132     // sure to take advantage of it for all the CPEs near that block, so that
1133     // we don't insert more branches than necessary.
1134     unsigned Growth;
1135     if (isWaterInRange(UserOffset, WaterBB, U, Growth) &&
1136         (WaterBB->getNumber() < U.HighWaterMark->getNumber() ||
1137          NewWaterList.count(WaterBB)) && Growth < BestGrowth) {
1138       // This is the least amount of required padding seen so far.
1139       BestGrowth = Growth;
1140       WaterIter = IP;
1141       DEBUG(dbgs() << "Found water after BB#" << WaterBB->getNumber()
1142                    << " Growth=" << Growth << '\n');
1143
1144       // Keep looking unless it is perfect.
1145       if (BestGrowth == 0)
1146         return true;
1147     }
1148     if (IP == B)
1149       break;
1150   }
1151   return BestGrowth != ~0u;
1152 }
1153
1154 /// createNewWater - No existing WaterList entry will work for
1155 /// CPUsers[CPUserIndex], so create a place to put the CPE.  The end of the
1156 /// block is used if in range, and the conditional branch munged so control
1157 /// flow is correct.  Otherwise the block is split to create a hole with an
1158 /// unconditional branch around it.  In either case NewMBB is set to a
1159 /// block following which the new island can be inserted (the WaterList
1160 /// is not adjusted).
1161 void MipsConstantIslands::createNewWater(unsigned CPUserIndex,
1162                                         unsigned UserOffset,
1163                                         MachineBasicBlock *&NewMBB) {
1164   CPUser &U = CPUsers[CPUserIndex];
1165   MachineInstr *UserMI = U.MI;
1166   MachineInstr *CPEMI  = U.CPEMI;
1167   unsigned CPELogAlign = getCPELogAlign(CPEMI);
1168   MachineBasicBlock *UserMBB = UserMI->getParent();
1169   const BasicBlockInfo &UserBBI = BBInfo[UserMBB->getNumber()];
1170
1171   // If the block does not end in an unconditional branch already, and if the
1172   // end of the block is within range, make new water there.  
1173   if (BBHasFallthrough(UserMBB)) {
1174     // Size of branch to insert.
1175     unsigned Delta = 2;
1176     // Compute the offset where the CPE will begin.
1177     unsigned CPEOffset = UserBBI.postOffset(CPELogAlign) + Delta;
1178
1179     if (isOffsetInRange(UserOffset, CPEOffset, U)) {
1180       DEBUG(dbgs() << "Split at end of BB#" << UserMBB->getNumber()
1181             << format(", expected CPE offset %#x\n", CPEOffset));
1182       NewMBB = llvm::next(MachineFunction::iterator(UserMBB));
1183       // Add an unconditional branch from UserMBB to fallthrough block.  Record
1184       // it for branch lengthening; this new branch will not get out of range,
1185       // but if the preceding conditional branch is out of range, the targets
1186       // will be exchanged, and the altered branch may be out of range, so the
1187       // machinery has to know about it.
1188       int UncondBr = Mips::BimmX16;
1189       BuildMI(UserMBB, DebugLoc(), TII->get(UncondBr)).addMBB(NewMBB);
1190       unsigned MaxDisp = getUnconditionalBrDisp(UncondBr);
1191       ImmBranches.push_back(ImmBranch(&UserMBB->back(),
1192                                       MaxDisp, false, UncondBr));
1193       BBInfo[UserMBB->getNumber()].Size += Delta;
1194       adjustBBOffsetsAfter(UserMBB);
1195       return;
1196     }
1197   }
1198
1199   // What a big block.  Find a place within the block to split it.  
1200
1201   // Try to split the block so it's fully aligned.  Compute the latest split
1202   // point where we can add a 4-byte branch instruction, and then align to
1203   // LogAlign which is the largest possible alignment in the function.
1204   unsigned LogAlign = MF->getAlignment();
1205   assert(LogAlign >= CPELogAlign && "Over-aligned constant pool entry");
1206   unsigned KnownBits = UserBBI.internalKnownBits();
1207   unsigned UPad = UnknownPadding(LogAlign, KnownBits);
1208   unsigned BaseInsertOffset = UserOffset + U.getMaxDisp() - UPad;
1209   DEBUG(dbgs() << format("Split in middle of big block before %#x",
1210                          BaseInsertOffset));
1211
1212   // The 4 in the following is for the unconditional branch we'll be inserting
1213   // Alignment of the island is handled
1214   // inside isOffsetInRange.
1215   BaseInsertOffset -= 4;
1216
1217   DEBUG(dbgs() << format(", adjusted to %#x", BaseInsertOffset)
1218                << " la=" << LogAlign
1219                << " kb=" << KnownBits
1220                << " up=" << UPad << '\n');
1221
1222   // This could point off the end of the block if we've already got constant
1223   // pool entries following this block; only the last one is in the water list.
1224   // Back past any possible branches (allow for a conditional and a maximally
1225   // long unconditional).
1226   if (BaseInsertOffset + 8 >= UserBBI.postOffset()) {
1227     BaseInsertOffset = UserBBI.postOffset() - UPad - 8;
1228     DEBUG(dbgs() << format("Move inside block: %#x\n", BaseInsertOffset));
1229   }
1230   unsigned EndInsertOffset = BaseInsertOffset + 4 + UPad +
1231     CPEMI->getOperand(2).getImm();
1232   MachineBasicBlock::iterator MI = UserMI;
1233   ++MI;
1234   unsigned CPUIndex = CPUserIndex+1;
1235   unsigned NumCPUsers = CPUsers.size();
1236   //MachineInstr *LastIT = 0;
1237   for (unsigned Offset = UserOffset+TII->GetInstSizeInBytes(UserMI);
1238        Offset < BaseInsertOffset;
1239        Offset += TII->GetInstSizeInBytes(MI),
1240        MI = llvm::next(MI)) {
1241     assert(MI != UserMBB->end() && "Fell off end of block");
1242     if (CPUIndex < NumCPUsers && CPUsers[CPUIndex].MI == MI) {
1243       CPUser &U = CPUsers[CPUIndex];
1244       if (!isOffsetInRange(Offset, EndInsertOffset, U)) {
1245         // Shift intertion point by one unit of alignment so it is within reach.
1246         BaseInsertOffset -= 1u << LogAlign;
1247         EndInsertOffset  -= 1u << LogAlign;
1248       }
1249       // This is overly conservative, as we don't account for CPEMIs being
1250       // reused within the block, but it doesn't matter much.  Also assume CPEs
1251       // are added in order with alignment padding.  We may eventually be able
1252       // to pack the aligned CPEs better.
1253       EndInsertOffset += U.CPEMI->getOperand(2).getImm();
1254       CPUIndex++;
1255     }
1256   }
1257
1258   --MI;
1259   NewMBB = splitBlockBeforeInstr(MI);
1260 }
1261
1262 /// handleConstantPoolUser - Analyze the specified user, checking to see if it
1263 /// is out-of-range.  If so, pick up the constant pool value and move it some
1264 /// place in-range.  Return true if we changed any addresses (thus must run
1265 /// another pass of branch lengthening), false otherwise.
1266 bool MipsConstantIslands::handleConstantPoolUser(unsigned CPUserIndex) {
1267   CPUser &U = CPUsers[CPUserIndex];
1268   MachineInstr *UserMI = U.MI;
1269   MachineInstr *CPEMI  = U.CPEMI;
1270   unsigned CPI = CPEMI->getOperand(1).getIndex();
1271   unsigned Size = CPEMI->getOperand(2).getImm();
1272   // Compute this only once, it's expensive.
1273   unsigned UserOffset = getUserOffset(U);
1274
1275   // See if the current entry is within range, or there is a clone of it
1276   // in range.
1277   int result = findInRangeCPEntry(U, UserOffset);
1278   if (result==1) return false;
1279   else if (result==2) return true;
1280
1281
1282   // Look for water where we can place this CPE.
1283   MachineBasicBlock *NewIsland = MF->CreateMachineBasicBlock();
1284   MachineBasicBlock *NewMBB;
1285   water_iterator IP;
1286   if (findAvailableWater(U, UserOffset, IP)) {
1287     DEBUG(dbgs() << "Found water in range\n");
1288     MachineBasicBlock *WaterBB = *IP;
1289
1290     // If the original WaterList entry was "new water" on this iteration,
1291     // propagate that to the new island.  This is just keeping NewWaterList
1292     // updated to match the WaterList, which will be updated below.
1293     if (NewWaterList.erase(WaterBB))
1294       NewWaterList.insert(NewIsland);
1295
1296     // The new CPE goes before the following block (NewMBB).
1297     NewMBB = llvm::next(MachineFunction::iterator(WaterBB));
1298
1299   } else {
1300     // No water found.
1301     // we first see if a longer form of the instrucion could have reached
1302     // the constant. in that case we won't bother to split
1303 #ifdef IN_PROGRESS
1304     result = findLongFormInRangeCPEntry(U, UserOffset);
1305 #endif
1306     DEBUG(dbgs() << "No water found\n");
1307     createNewWater(CPUserIndex, UserOffset, NewMBB);
1308
1309     // splitBlockBeforeInstr adds to WaterList, which is important when it is
1310     // called while handling branches so that the water will be seen on the
1311     // next iteration for constant pools, but in this context, we don't want
1312     // it.  Check for this so it will be removed from the WaterList.
1313     // Also remove any entry from NewWaterList.
1314     MachineBasicBlock *WaterBB = prior(MachineFunction::iterator(NewMBB));
1315     IP = std::find(WaterList.begin(), WaterList.end(), WaterBB);
1316     if (IP != WaterList.end())
1317       NewWaterList.erase(WaterBB);
1318
1319     // We are adding new water.  Update NewWaterList.
1320     NewWaterList.insert(NewIsland);
1321   }
1322
1323   // Remove the original WaterList entry; we want subsequent insertions in
1324   // this vicinity to go after the one we're about to insert.  This
1325   // considerably reduces the number of times we have to move the same CPE
1326   // more than once and is also important to ensure the algorithm terminates.
1327   if (IP != WaterList.end())
1328     WaterList.erase(IP);
1329
1330   // Okay, we know we can put an island before NewMBB now, do it!
1331   MF->insert(NewMBB, NewIsland);
1332
1333   // Update internal data structures to account for the newly inserted MBB.
1334   updateForInsertedWaterBlock(NewIsland);
1335
1336   // Decrement the old entry, and remove it if refcount becomes 0.
1337   decrementCPEReferenceCount(CPI, CPEMI);
1338
1339   // Now that we have an island to add the CPE to, clone the original CPE and
1340   // add it to the island.
1341   U.HighWaterMark = NewIsland;
1342   U.CPEMI = BuildMI(NewIsland, DebugLoc(), TII->get(Mips::CONSTPOOL_ENTRY))
1343                 .addImm(ID).addConstantPoolIndex(CPI).addImm(Size);
1344   CPEntries[CPI].push_back(CPEntry(U.CPEMI, ID, 1));
1345   ++NumCPEs;
1346
1347   // Mark the basic block as aligned as required by the const-pool entry.
1348   NewIsland->setAlignment(getCPELogAlign(U.CPEMI));
1349
1350   // Increase the size of the island block to account for the new entry.
1351   BBInfo[NewIsland->getNumber()].Size += Size;
1352   adjustBBOffsetsAfter(llvm::prior(MachineFunction::iterator(NewIsland)));
1353
1354   // No existing clone of this CPE is within range.
1355   // We will be generating a new clone.  Get a UID for it.
1356   unsigned ID = createPICLabelUId();
1357
1358   // Finally, change the CPI in the instruction operand to be ID.
1359   for (unsigned i = 0, e = UserMI->getNumOperands(); i != e; ++i)
1360     if (UserMI->getOperand(i).isCPI()) {
1361       UserMI->getOperand(i).setIndex(ID);
1362       break;
1363     }
1364
1365   DEBUG(dbgs() << "  Moved CPE to #" << ID << " CPI=" << CPI
1366         << format(" offset=%#x\n", BBInfo[NewIsland->getNumber()].Offset));
1367
1368   return true;
1369 }
1370
1371 /// removeDeadCPEMI - Remove a dead constant pool entry instruction. Update
1372 /// sizes and offsets of impacted basic blocks.
1373 void MipsConstantIslands::removeDeadCPEMI(MachineInstr *CPEMI) {
1374   MachineBasicBlock *CPEBB = CPEMI->getParent();
1375   unsigned Size = CPEMI->getOperand(2).getImm();
1376   CPEMI->eraseFromParent();
1377   BBInfo[CPEBB->getNumber()].Size -= Size;
1378   // All succeeding offsets have the current size value added in, fix this.
1379   if (CPEBB->empty()) {
1380     BBInfo[CPEBB->getNumber()].Size = 0;
1381
1382     // This block no longer needs to be aligned.
1383     CPEBB->setAlignment(0);
1384   } else
1385     // Entries are sorted by descending alignment, so realign from the front.
1386     CPEBB->setAlignment(getCPELogAlign(CPEBB->begin()));
1387
1388   adjustBBOffsetsAfter(CPEBB);
1389   // An island has only one predecessor BB and one successor BB. Check if
1390   // this BB's predecessor jumps directly to this BB's successor. This
1391   // shouldn't happen currently.
1392   assert(!BBIsJumpedOver(CPEBB) && "How did this happen?");
1393   // FIXME: remove the empty blocks after all the work is done?
1394 }
1395
1396 /// removeUnusedCPEntries - Remove constant pool entries whose refcounts
1397 /// are zero.
1398 bool MipsConstantIslands::removeUnusedCPEntries() {
1399   unsigned MadeChange = false;
1400   for (unsigned i = 0, e = CPEntries.size(); i != e; ++i) {
1401       std::vector<CPEntry> &CPEs = CPEntries[i];
1402       for (unsigned j = 0, ee = CPEs.size(); j != ee; ++j) {
1403         if (CPEs[j].RefCount == 0 && CPEs[j].CPEMI) {
1404           removeDeadCPEMI(CPEs[j].CPEMI);
1405           CPEs[j].CPEMI = NULL;
1406           MadeChange = true;
1407         }
1408       }
1409   }
1410   return MadeChange;
1411 }
1412
1413 /// isBBInRange - Returns true if the distance between specific MI and
1414 /// specific BB can fit in MI's displacement field.
1415 bool MipsConstantIslands::isBBInRange
1416   (MachineInstr *MI,MachineBasicBlock *DestBB, unsigned MaxDisp) {
1417
1418 unsigned PCAdj = 4;
1419
1420   unsigned BrOffset   = getOffsetOf(MI) + PCAdj;
1421   unsigned DestOffset = BBInfo[DestBB->getNumber()].Offset;
1422
1423   DEBUG(dbgs() << "Branch of destination BB#" << DestBB->getNumber()
1424                << " from BB#" << MI->getParent()->getNumber()
1425                << " max delta=" << MaxDisp
1426                << " from " << getOffsetOf(MI) << " to " << DestOffset
1427                << " offset " << int(DestOffset-BrOffset) << "\t" << *MI);
1428
1429   if (BrOffset <= DestOffset) {
1430     // Branch before the Dest.
1431     if (DestOffset-BrOffset <= MaxDisp)
1432       return true;
1433   } else {
1434     if (BrOffset-DestOffset <= MaxDisp)
1435       return true;
1436   }
1437   return false;
1438 }
1439
1440 /// fixupImmediateBr - Fix up an immediate branch whose destination is too far
1441 /// away to fit in its displacement field.
1442 bool MipsConstantIslands::fixupImmediateBr(ImmBranch &Br) {
1443   MachineInstr *MI = Br.MI;
1444   MachineBasicBlock *DestBB = MI->getOperand(0).getMBB();
1445
1446   // Check to see if the DestBB is already in-range.
1447   if (isBBInRange(MI, DestBB, Br.MaxDisp))
1448     return false;
1449
1450   if (!Br.isCond)
1451     return fixupUnconditionalBr(Br);
1452   return fixupConditionalBr(Br);
1453 }
1454
1455 /// fixupUnconditionalBr - Fix up an unconditional branch whose destination is
1456 /// too far away to fit in its displacement field. If the LR register has been
1457 /// spilled in the epilogue, then we can use BL to implement a far jump.
1458 /// Otherwise, add an intermediate branch instruction to a branch.
1459 bool
1460 MipsConstantIslands::fixupUnconditionalBr(ImmBranch &Br) {
1461   MachineInstr *MI = Br.MI;
1462   MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
1463   // Use BL to implement far jump.
1464   Br.MaxDisp = ((1 << 16)-1) * 2;
1465   MI->setDesc(TII->get(Mips::BimmX16));
1466   BBInfo[MBB->getNumber()].Size += 2;
1467   adjustBBOffsetsAfter(MBB);
1468   HasFarJump = true;
1469   ++NumUBrFixed;
1470
1471   DEBUG(dbgs() << "  Changed B to long jump " << *MI);
1472
1473   return true;
1474 }
1475
1476 /// fixupConditionalBr - Fix up a conditional branch whose destination is too
1477 /// far away to fit in its displacement field. It is converted to an inverse
1478 /// conditional branch + an unconditional branch to the destination.
1479 bool
1480 MipsConstantIslands::fixupConditionalBr(ImmBranch &Br) {
1481   MachineInstr *MI = Br.MI;
1482   MachineBasicBlock *DestBB = MI->getOperand(0).getMBB();
1483
1484   // Add an unconditional branch to the destination and invert the branch
1485   // condition to jump over it:
1486   // blt L1
1487   // =>
1488   // bge L2
1489   // b   L1
1490   // L2:
1491   unsigned CCReg = 0;  // FIXME
1492   unsigned CC=0; //FIXME
1493
1494   // If the branch is at the end of its MBB and that has a fall-through block,
1495   // direct the updated conditional branch to the fall-through block. Otherwise,
1496   // split the MBB before the next instruction.
1497   MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
1498   MachineInstr *BMI = &MBB->back();
1499   bool NeedSplit = (BMI != MI) || !BBHasFallthrough(MBB);
1500
1501   ++NumCBrFixed;
1502   if (BMI != MI) {
1503     if (llvm::next(MachineBasicBlock::iterator(MI)) == prior(MBB->end()) &&
1504         BMI->getOpcode() == Br.UncondBr) {
1505       // Last MI in the BB is an unconditional branch. Can we simply invert the
1506       // condition and swap destinations:
1507       // beq L1
1508       // b   L2
1509       // =>
1510       // bne L2
1511       // b   L1
1512       MachineBasicBlock *NewDest = BMI->getOperand(0).getMBB();
1513       if (isBBInRange(MI, NewDest, Br.MaxDisp)) {
1514         DEBUG(dbgs() << "  Invert Bcc condition and swap its destination with "
1515                      << *BMI);
1516         BMI->getOperand(0).setMBB(DestBB);
1517         MI->getOperand(0).setMBB(NewDest);
1518         return true;
1519       }
1520     }
1521   }
1522
1523   if (NeedSplit) {
1524     splitBlockBeforeInstr(MI);
1525     // No need for the branch to the next block. We're adding an unconditional
1526     // branch to the destination.
1527     int delta = TII->GetInstSizeInBytes(&MBB->back());
1528     BBInfo[MBB->getNumber()].Size -= delta;
1529     MBB->back().eraseFromParent();
1530     // BBInfo[SplitBB].Offset is wrong temporarily, fixed below
1531   }
1532   MachineBasicBlock *NextBB = llvm::next(MachineFunction::iterator(MBB));
1533
1534   DEBUG(dbgs() << "  Insert B to BB#" << DestBB->getNumber()
1535                << " also invert condition and change dest. to BB#"
1536                << NextBB->getNumber() << "\n");
1537
1538   // Insert a new conditional branch and a new unconditional branch.
1539   // Also update the ImmBranch as well as adding a new entry for the new branch.
1540   BuildMI(MBB, DebugLoc(), TII->get(MI->getOpcode()))
1541     .addMBB(NextBB).addImm(CC).addReg(CCReg);
1542   Br.MI = &MBB->back();
1543   BBInfo[MBB->getNumber()].Size += TII->GetInstSizeInBytes(&MBB->back());
1544   BuildMI(MBB, DebugLoc(), TII->get(Br.UncondBr)).addMBB(DestBB);
1545   BBInfo[MBB->getNumber()].Size += TII->GetInstSizeInBytes(&MBB->back());
1546   unsigned MaxDisp = getUnconditionalBrDisp(Br.UncondBr);
1547   ImmBranches.push_back(ImmBranch(&MBB->back(), MaxDisp, false, Br.UncondBr));
1548
1549   // Remove the old conditional branch.  It may or may not still be in MBB.
1550   BBInfo[MI->getParent()->getNumber()].Size -= TII->GetInstSizeInBytes(MI);
1551   MI->eraseFromParent();
1552   adjustBBOffsetsAfter(MBB);
1553   return true;
1554 }
1555
1556
1557 void MipsConstantIslands::prescanForConstants() {
1558   unsigned J = 0;
1559   (void)J;
1560   PrescannedForConstants = true;
1561   for (MachineFunction::iterator B =
1562          MF->begin(), E = MF->end(); B != E; ++B) {
1563     for (MachineBasicBlock::instr_iterator I =
1564         B->instr_begin(), EB = B->instr_end(); I != EB; ++I) {
1565       switch(I->getDesc().getOpcode()) {
1566         case Mips::LwConstant32: {
1567           DEBUG(dbgs() << "constant island constant " << *I << "\n");
1568           J = I->getNumOperands();
1569           DEBUG(dbgs() << "num operands " << J  << "\n");
1570           MachineOperand& Literal = I->getOperand(1);
1571           if (Literal.isImm()) {
1572             int64_t V = Literal.getImm();
1573             DEBUG(dbgs() << "literal " << V  << "\n");
1574             Type *Int32Ty =
1575               Type::getInt32Ty(MF->getFunction()->getContext());
1576             const Constant *C = ConstantInt::get(Int32Ty, V);
1577             unsigned index = MCP->getConstantPoolIndex(C, 4);
1578             I->getOperand(2).ChangeToImmediate(index);
1579             DEBUG(dbgs() << "constant island constant " << *I << "\n");
1580             I->setDesc(TII->get(Mips::LwRxPcTcp16));
1581             I->RemoveOperand(1);
1582             I->RemoveOperand(1);
1583             I->addOperand(MachineOperand::CreateCPI(index, 0));
1584             I->addOperand(MachineOperand::CreateImm(4));
1585           }
1586           break;
1587         }
1588         default:
1589           break;
1590       }
1591     }
1592   }
1593 }
1594