lib/Target/PTX/PTXISelLowering.cpp

   1 //===-- PTXISelLowering.cpp - PTX DAG Lowering Implementation -------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file implements the PTXTargetLowering class.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #include "PTX.h"
  15 #include "PTXISelLowering.h"
  16 #include "PTXMachineFunctionInfo.h"
  17 #include "PTXRegisterInfo.h"
  18 #include "PTXSubtarget.h"
  19 #include "llvm/Function.h"
  20 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  21 #include "llvm/CodeGen/CallingConvLower.h"
  22 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
  23 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
  24 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
  25 #include "llvm/CodeGen/SelectionDAG.h"
  26 #include "llvm/CodeGen/TargetLoweringObjectFileImpl.h"
  27 #include "llvm/Support/Debug.h"
  28 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  29
  30 using namespace llvm;
  31
  32 //===----------------------------------------------------------------------===//
  33 // TargetLowering Implementation
  34 //===----------------------------------------------------------------------===//
  35
  36 PTXTargetLowering::PTXTargetLowering(TargetMachine &TM)
  37   : TargetLowering(TM, new TargetLoweringObjectFileELF()) {
  38   // Set up the register classes.
  39   addRegisterClass(MVT::i1,  PTX::RegPredRegisterClass);
  40   addRegisterClass(MVT::i16, PTX::RegI16RegisterClass);
  41   addRegisterClass(MVT::i32, PTX::RegI32RegisterClass);
  42   addRegisterClass(MVT::i64, PTX::RegI64RegisterClass);
  43   addRegisterClass(MVT::f32, PTX::RegF32RegisterClass);
  44   addRegisterClass(MVT::f64, PTX::RegF64RegisterClass);
  45
  46   setBooleanContents(ZeroOrOneBooleanContent);
  47   setBooleanVectorContents(ZeroOrOneBooleanContent); // FIXME: Is this correct?
  48   setMinFunctionAlignment(2);
  49
  50   // Let LLVM use loads/stores for all mem* operations
  51   maxStoresPerMemcpy  = 4096;
  52   maxStoresPerMemmove = 4096;
  53   maxStoresPerMemset  = 4096;
  54
  55   ////////////////////////////////////
  56   /////////// Expansion //////////////
  57   ////////////////////////////////////
  58
  59   // (any/zero/sign) extload => load + (any/zero/sign) extend
  60
  61   setLoadExtAction(ISD::EXTLOAD, MVT::i16, Expand);
  62   setLoadExtAction(ISD::ZEXTLOAD, MVT::i16, Expand);
  63   setLoadExtAction(ISD::SEXTLOAD, MVT::i16, Expand);
  64
  65   // f32 extload => load + fextend
  66
  67   setLoadExtAction(ISD::EXTLOAD, MVT::f32, Expand);
  68
  69   // f64 truncstore => trunc + store
  70
  71   setTruncStoreAction(MVT::f64, MVT::f32, Expand);
  72
  73   // sign_extend_inreg => sign_extend
  74
  75   setOperationAction(ISD::SIGN_EXTEND_INREG, MVT::i1, Expand);
  76
  77   // br_cc => brcond
  78
  79   setOperationAction(ISD::BR_CC, MVT::Other, Expand);
  80
  81   // select_cc => setcc
  82
  83   setOperationAction(ISD::SELECT_CC, MVT::Other, Expand);
  84   setOperationAction(ISD::SELECT_CC, MVT::f32, Expand);
  85   setOperationAction(ISD::SELECT_CC, MVT::f64, Expand);
  86
  87   ////////////////////////////////////
  88   //////////// Legal /////////////////
  89   ////////////////////////////////////
  90
  91   setOperationAction(ISD::ConstantFP, MVT::f32, Legal);
  92   setOperationAction(ISD::ConstantFP, MVT::f64, Legal);
  93
  94   ////////////////////////////////////
  95   //////////// Custom ////////////////
  96   ////////////////////////////////////
  97
  98   // customise setcc to use bitwise logic if possible
  99
 100   setOperationAction(ISD::SETCC, MVT::i1, Custom);
 101
 102   // customize translation of memory addresses
 103
 104   setOperationAction(ISD::GlobalAddress, MVT::i32, Custom);
 105   setOperationAction(ISD::GlobalAddress, MVT::i64, Custom);
 106
 107   // Compute derived properties from the register classes
 108   computeRegisterProperties();
 109 }
 110
 111 EVT PTXTargetLowering::getSetCCResultType(EVT VT) const {
 112   return MVT::i1;
 113 }
 114
 115 SDValue PTXTargetLowering::LowerOperation(SDValue Op, SelectionDAG &DAG) const {
 116   switch (Op.getOpcode()) {
 117     default:
 118       llvm_unreachable("Unimplemented operand");
 119     case ISD::SETCC:
 120       return LowerSETCC(Op, DAG);
 121     case ISD::GlobalAddress:
 122       return LowerGlobalAddress(Op, DAG);
 123   }
 124 }
 125
 126 const char *PTXTargetLowering::getTargetNodeName(unsigned Opcode) const {
 127   switch (Opcode) {
 128     default:
 129       llvm_unreachable("Unknown opcode");
 130     case PTXISD::COPY_ADDRESS:
 131       return "PTXISD::COPY_ADDRESS";
 132     case PTXISD::LOAD_PARAM:
 133       return "PTXISD::LOAD_PARAM";
 134     case PTXISD::STORE_PARAM:
 135       return "PTXISD::STORE_PARAM";
 136     case PTXISD::READ_PARAM:
 137       return "PTXISD::READ_PARAM";
 138     case PTXISD::WRITE_PARAM:
 139       return "PTXISD::WRITE_PARAM";
 140     case PTXISD::EXIT:
 141       return "PTXISD::EXIT";
 142     case PTXISD::RET:
 143       return "PTXISD::RET";
 144     case PTXISD::CALL:
 145       return "PTXISD::CALL";
 146   }
 147 }
 148
 149 //===----------------------------------------------------------------------===//
 150 //                      Custom Lower Operation
 151 //===----------------------------------------------------------------------===//
 152
 153 SDValue PTXTargetLowering::LowerSETCC(SDValue Op, SelectionDAG &DAG) const {
 154   assert(Op.getValueType() == MVT::i1 && "SetCC type must be 1-bit integer");
 155   SDValue Op0 = Op.getOperand(0);
 156   SDValue Op1 = Op.getOperand(1);
 157   SDValue Op2 = Op.getOperand(2);
 158   DebugLoc dl = Op.getDebugLoc();
 159   ISD::CondCode CC = cast<CondCodeSDNode>(Op.getOperand(2))->get();
 160
 161   // Look for X == 0, X == 1, X != 0, or X != 1
 162   // We can simplify these to bitwise logic
 163
 164   if (Op1.getOpcode() == ISD::Constant &&
 165       (cast<ConstantSDNode>(Op1)->getZExtValue() == 1 ||
 166        cast<ConstantSDNode>(Op1)->isNullValue()) &&
 167       (CC == ISD::SETEQ || CC == ISD::SETNE)) {
 168
 169     return DAG.getNode(ISD::AND, dl, MVT::i1, Op0, Op1);
 170   }
 171
 172   return DAG.getNode(ISD::SETCC, dl, MVT::i1, Op0, Op1, Op2);
 173 }
 174
 175 SDValue PTXTargetLowering::
 176 LowerGlobalAddress(SDValue Op, SelectionDAG &DAG) const {
 177   EVT PtrVT = getPointerTy();
 178   DebugLoc dl = Op.getDebugLoc();
 179   const GlobalValue *GV = cast<GlobalAddressSDNode>(Op)->getGlobal();
 180
 181   assert(PtrVT.isSimple() && "Pointer must be to primitive type.");
 182
 183   SDValue targetGlobal = DAG.getTargetGlobalAddress(GV, dl, PtrVT);
 184   SDValue movInstr = DAG.getNode(PTXISD::COPY_ADDRESS,
 185                                  dl,
 186                                  PtrVT.getSimpleVT(),
 187                                  targetGlobal);
 188
 189   return movInstr;
 190 }
 191
 192 //===----------------------------------------------------------------------===//
 193 //                      Calling Convention Implementation
 194 //===----------------------------------------------------------------------===//
 195
 196 SDValue PTXTargetLowering::
 197   LowerFormalArguments(SDValue Chain,
 198                        CallingConv::ID CallConv,
 199                        bool isVarArg,
 200                        const SmallVectorImpl<ISD::InputArg> &Ins,
 201                        DebugLoc dl,
 202                        SelectionDAG &DAG,
 203                        SmallVectorImpl<SDValue> &InVals) const {
 204   if (isVarArg) llvm_unreachable("PTX does not support varargs");
 205
 206   MachineFunction &MF = DAG.getMachineFunction();
 207   const PTXSubtarget& ST = getTargetMachine().getSubtarget<PTXSubtarget>();
 208   PTXMachineFunctionInfo *MFI = MF.getInfo<PTXMachineFunctionInfo>();
 209   PTXParamManager &PM = MFI->getParamManager();
 210
 211   switch (CallConv) {
 212     default:
 213       llvm_unreachable("Unsupported calling convention");
 214     case CallingConv::PTX_Kernel:
 215       MFI->setKernel(true);
 216       break;
 217     case CallingConv::PTX_Device:
 218       MFI->setKernel(false);
 219       break;
 220   }
 221
 222   // We do one of two things here:
 223   // IsKernel || SM >= 2.0  ->  Use param space for arguments
 224   // SM < 2.0               ->  Use registers for arguments
 225   if (MFI->isKernel() || ST.useParamSpaceForDeviceArgs()) {
 226     // We just need to emit the proper LOAD_PARAM ISDs
 227     for (unsigned i = 0, e = Ins.size(); i != e; ++i) {
 228       assert((!MFI->isKernel() || Ins[i].VT != MVT::i1) &&
 229              "Kernels cannot take pred operands");
 230
 231       unsigned ParamSize = Ins[i].VT.getStoreSizeInBits();
 232       unsigned Param = PM.addArgumentParam(ParamSize);
 233       const std::string &ParamName = PM.getParamName(Param);
 234       SDValue ParamValue = DAG.getTargetExternalSymbol(ParamName.c_str(),
 235                                                        MVT::Other);
 236       SDValue ArgValue = DAG.getNode(PTXISD::LOAD_PARAM, dl, Ins[i].VT, Chain,
 237                                      ParamValue);
 238       InVals.push_back(ArgValue);
 239     }
 240   }
 241   else {
 242     for (unsigned i = 0, e = Ins.size(); i != e; ++i) {
 243       EVT                        RegVT = Ins[i].VT;
 244       const TargetRegisterClass* TRC   = getRegClassFor(RegVT);
 245       unsigned                   RegType;
 246
 247       // Determine which register class we need
 248       if (RegVT == MVT::i1)
 249         RegType = PTXRegisterType::Pred;
 250       else if (RegVT == MVT::i16)
 251         RegType = PTXRegisterType::B16;
 252       else if (RegVT == MVT::i32)
 253         RegType = PTXRegisterType::B32;
 254       else if (RegVT == MVT::i64)
 255         RegType = PTXRegisterType::B64;
 256       else if (RegVT == MVT::f32)
 257         RegType = PTXRegisterType::F32;
 258       else if (RegVT == MVT::f64)
 259         RegType = PTXRegisterType::F64;
 260       else
 261         llvm_unreachable("Unknown parameter type");
 262
 263       // Use a unique index in the instruction to prevent instruction folding.
 264       // Yes, this is a hack.
 265       SDValue Index = DAG.getTargetConstant(i, MVT::i32);
 266       unsigned Reg = MF.getRegInfo().createVirtualRegister(TRC);
 267       SDValue ArgValue = DAG.getNode(PTXISD::READ_PARAM, dl, RegVT, Chain,
 268                                      Index);
 269
 270       InVals.push_back(ArgValue);
 271
 272       MFI->addRegister(Reg, RegType, PTXRegisterSpace::Argument);
 273     }
 274   }
 275
 276   return Chain;
 277 }
 278
 279 SDValue PTXTargetLowering::
 280   LowerReturn(SDValue Chain,
 281               CallingConv::ID CallConv,
 282               bool isVarArg,
 283               const SmallVectorImpl<ISD::OutputArg> &Outs,
 284               const SmallVectorImpl<SDValue> &OutVals,
 285               DebugLoc dl,
 286               SelectionDAG &DAG) const {
 287   if (isVarArg) llvm_unreachable("PTX does not support varargs");
 288
 289   switch (CallConv) {
 290     default:
 291       llvm_unreachable("Unsupported calling convention.");
 292     case CallingConv::PTX_Kernel:
 293       assert(Outs.size() == 0 && "Kernel must return void.");
 294       return DAG.getNode(PTXISD::EXIT, dl, MVT::Other, Chain);
 295     case CallingConv::PTX_Device:
 296       assert(Outs.size() <= 1 && "Can at most return one value.");
 297       break;
 298   }
 299
 300   MachineFunction& MF = DAG.getMachineFunction();
 301   PTXMachineFunctionInfo *MFI = MF.getInfo<PTXMachineFunctionInfo>();
 302   PTXParamManager &PM = MFI->getParamManager();
 303
 304   SDValue Flag;
 305   const PTXSubtarget& ST = getTargetMachine().getSubtarget<PTXSubtarget>();
 306
 307   if (ST.useParamSpaceForDeviceArgs()) {
 308     assert(Outs.size() < 2 && "Device functions can return at most one value");
 309
 310     if (Outs.size() == 1) {
 311       unsigned ParamSize = OutVals[0].getValueType().getSizeInBits();
 312       unsigned Param = PM.addReturnParam(ParamSize);
 313       const std::string &ParamName = PM.getParamName(Param);
 314       SDValue ParamValue = DAG.getTargetExternalSymbol(ParamName.c_str(),
 315                                                        MVT::Other);
 316       Chain = DAG.getNode(PTXISD::STORE_PARAM, dl, MVT::Other, Chain,
 317                           ParamValue, OutVals[0]);
 318     }
 319   } else {
 320     for (unsigned i = 0, e = Outs.size(); i != e; ++i) {
 321       EVT                  RegVT = Outs[i].VT;
 322       const TargetRegisterClass* TRC;
 323       unsigned             RegType;
 324
 325       // Determine which register class we need
 326       if (RegVT == MVT::i1) {
 327         TRC = PTX::RegPredRegisterClass;
 328         RegType = PTXRegisterType::Pred;
 329       }
 330       else if (RegVT == MVT::i16) {
 331         TRC = PTX::RegI16RegisterClass;
 332         RegType = PTXRegisterType::B16;
 333       }
 334       else if (RegVT == MVT::i32) {
 335         TRC = PTX::RegI32RegisterClass;
 336         RegType = PTXRegisterType::B32;
 337       }
 338       else if (RegVT == MVT::i64) {
 339         TRC = PTX::RegI64RegisterClass;
 340         RegType = PTXRegisterType::B64;
 341       }
 342       else if (RegVT == MVT::f32) {
 343         TRC = PTX::RegF32RegisterClass;
 344         RegType = PTXRegisterType::F32;
 345       }
 346       else if (RegVT == MVT::f64) {
 347         TRC = PTX::RegF64RegisterClass;
 348         RegType = PTXRegisterType::F64;
 349       }
 350       else {
 351         llvm_unreachable("Unknown parameter type");
 352       }
 353
 354       unsigned Reg = MF.getRegInfo().createVirtualRegister(TRC);
 355
 356       SDValue Copy = DAG.getCopyToReg(Chain, dl, Reg, OutVals[i]/*, Flag*/);
 357       SDValue OutReg = DAG.getRegister(Reg, RegVT);
 358
 359       Chain = DAG.getNode(PTXISD::WRITE_PARAM, dl, MVT::Other, Copy, OutReg);
 360
 361       MFI->addRegister(Reg, RegType, PTXRegisterSpace::Return);
 362     }
 363   }
 364
 365   if (Flag.getNode() == 0) {
 366     return DAG.getNode(PTXISD::RET, dl, MVT::Other, Chain);
 367   }
 368   else {
 369     return DAG.getNode(PTXISD::RET, dl, MVT::Other, Chain, Flag);
 370   }
 371 }
 372
 373 SDValue
 374 PTXTargetLowering::LowerCall(SDValue Chain, SDValue Callee,
 375                              CallingConv::ID CallConv, bool isVarArg,
 376                              bool doesNotRet, bool &isTailCall,
 377                              const SmallVectorImpl<ISD::OutputArg> &Outs,
 378                              const SmallVectorImpl<SDValue> &OutVals,
 379                              const SmallVectorImpl<ISD::InputArg> &Ins,
 380                              DebugLoc dl, SelectionDAG &DAG,
 381                              SmallVectorImpl<SDValue> &InVals) const {
 382
 383   MachineFunction& MF = DAG.getMachineFunction();
 384   PTXMachineFunctionInfo *PTXMFI = MF.getInfo<PTXMachineFunctionInfo>();
 385   PTXParamManager &PM = PTXMFI->getParamManager();
 386   MachineFrameInfo *MFI = MF.getFrameInfo();
 387
 388   assert(getTargetMachine().getSubtarget<PTXSubtarget>().callsAreHandled() &&
 389          "Calls are not handled for the target device");
 390
 391   // Identify the callee function
 392   const GlobalValue *GV = cast<GlobalAddressSDNode>(Callee)->getGlobal();
 393   const Function *function = cast<Function>(GV);
 394
 395   // allow non-device calls only for printf
 396   bool isPrintf = function->getName() == "printf" || function->getName() == "puts";
 397
 398   assert((isPrintf || function->getCallingConv() == CallingConv::PTX_Device) &&
 399                          "PTX function calls must be to PTX device functions");
 400
 401   unsigned outSize = isPrintf ? 2 : Outs.size();
 402
 403   std::vector<SDValue> Ops;
 404   // The layout of the ops will be [Chain, #Ins, Ins, Callee, #Outs, Outs]
 405   Ops.resize(outSize + Ins.size() + 4);
 406
 407   Ops[0] = Chain;
 408
 409   // Identify the callee function
 410   Callee = DAG.getTargetGlobalAddress(GV, dl, getPointerTy());
 411   Ops[Ins.size()+2] = Callee;
 412
 413   // #Outs
 414   Ops[Ins.size()+3] = DAG.getTargetConstant(outSize, MVT::i32);
 415
 416   if (isPrintf) {
 417     // first argument is the address of the global string variable in memory
 418     unsigned Param0 = PM.addLocalParam(getPointerTy().getSizeInBits());
 419     SDValue ParamValue0 = DAG.getTargetExternalSymbol(PM.getParamName(Param0).c_str(),
 420                                                       MVT::Other);
 421     Chain = DAG.getNode(PTXISD::STORE_PARAM, dl, MVT::Other, Chain,
 422                         ParamValue0, OutVals[0]);
 423     Ops[Ins.size()+4] = ParamValue0;
 424
 425     // alignment is the maximum size of all the arguments
 426     unsigned alignment = 0;
 427     for (unsigned i = 1; i < OutVals.size(); ++i) {
 428       alignment = std::max(alignment,
 429                                OutVals[i].getValueType().getSizeInBits());
 430     }
 431
 432     // size is the alignment multiplied by the number of arguments
 433     unsigned size = alignment * (OutVals.size() - 1);
 434
 435     // second argument is the address of the stack object (unless no arguments)
 436     unsigned Param1 = PM.addLocalParam(getPointerTy().getSizeInBits());
 437     SDValue ParamValue1 = DAG.getTargetExternalSymbol(PM.getParamName(Param1).c_str(),
 438                                                       MVT::Other);
 439     Ops[Ins.size()+5] = ParamValue1;
 440
 441     if (size > 0)
 442     {
 443       // create a local stack object to store the arguments
 444       unsigned StackObject = MFI->CreateStackObject(size / 8, alignment / 8, false);
 445       SDValue FrameIndex = DAG.getFrameIndex(StackObject, getPointerTy());
 446
 447       // store each of the arguments to the stack in turn
 448       for (unsigned int i = 1; i != OutVals.size(); i++) {
 449         SDValue FrameAddr = DAG.getNode(ISD::ADD, dl, getPointerTy(), FrameIndex, DAG.getTargetConstant((i - 1) * 8, getPointerTy()));
 450         Chain = DAG.getStore(Chain, dl, OutVals[i], FrameAddr,
 451                              MachinePointerInfo(),
 452                              false, false, 0);
 453       }
 454
 455       // copy the address of the local frame index to get the address in non-local space
 456       SDValue genericAddr = DAG.getNode(PTXISD::COPY_ADDRESS, dl, getPointerTy(), FrameIndex);
 457
 458       // store this address in the second argument
 459       Chain = DAG.getNode(PTXISD::STORE_PARAM, dl, MVT::Other, Chain, ParamValue1, genericAddr);
 460     }
 461   }
 462   else
 463   {
 464           // Generate STORE_PARAM nodes for each function argument.  In PTX, function
 465           // arguments are explicitly stored into .param variables and passed as
 466           // arguments. There is no register/stack-based calling convention in PTX.
 467           for (unsigned i = 0; i != OutVals.size(); ++i) {
 468                 unsigned Size = OutVals[i].getValueType().getSizeInBits();
 469                 unsigned Param = PM.addLocalParam(Size);
 470                 const std::string &ParamName = PM.getParamName(Param);
 471                 SDValue ParamValue = DAG.getTargetExternalSymbol(ParamName.c_str(),
 472                                                                                                                  MVT::Other);
 473                 Chain = DAG.getNode(PTXISD::STORE_PARAM, dl, MVT::Other, Chain,
 474                                                         ParamValue, OutVals[i]);
 475                 Ops[i+Ins.size()+4] = ParamValue;
 476           }
 477   }
 478
 479   std::vector<SDValue> InParams;
 480
 481   // Generate list of .param variables to hold the return value(s).
 482   Ops[1] = DAG.getTargetConstant(Ins.size(), MVT::i32);
 483   for (unsigned i = 0; i < Ins.size(); ++i) {
 484     unsigned Size = Ins[i].VT.getStoreSizeInBits();
 485     unsigned Param = PM.addLocalParam(Size);
 486     const std::string &ParamName = PM.getParamName(Param);
 487     SDValue ParamValue = DAG.getTargetExternalSymbol(ParamName.c_str(),
 488                                                      MVT::Other);
 489     Ops[i+2] = ParamValue;
 490     InParams.push_back(ParamValue);
 491   }
 492
 493   Ops[0] = Chain;
 494
 495   // Create the CALL node.
 496   Chain = DAG.getNode(PTXISD::CALL, dl, MVT::Other, &Ops[0], Ops.size());
 497
 498   // Create the LOAD_PARAM nodes that retrieve the function return value(s).
 499   for (unsigned i = 0; i < Ins.size(); ++i) {
 500     SDValue Load = DAG.getNode(PTXISD::LOAD_PARAM, dl, Ins[i].VT, Chain,
 501                                InParams[i]);
 502     InVals.push_back(Load);
 503   }
 504
 505   return Chain;
 506 }
 507
 508 unsigned PTXTargetLowering::getNumRegisters(LLVMContext &Context, EVT VT) {
 509   // All arguments consist of one "register," regardless of the type.
 510   return 1;
 511 }
 512