Long double patch 8 of N: make it partially work in
[oota-llvm.git] / lib / Target / X86 / X86FloatingPoint.cpp
1 //===-- X86FloatingPoint.cpp - Floating point Reg -> Stack converter ------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file defines the pass which converts floating point instructions from
11 // virtual registers into register stack instructions.  This pass uses live
12 // variable information to indicate where the FPn registers are used and their
13 // lifetimes.
14 //
15 // This pass is hampered by the lack of decent CFG manipulation routines for
16 // machine code.  In particular, this wants to be able to split critical edges
17 // as necessary, traverse the machine basic block CFG in depth-first order, and
18 // allow there to be multiple machine basic blocks for each LLVM basicblock
19 // (needed for critical edge splitting).
20 //
21 // In particular, this pass currently barfs on critical edges.  Because of this,
22 // it requires the instruction selector to insert FP_REG_KILL instructions on
23 // the exits of any basic block that has critical edges going from it, or which
24 // branch to a critical basic block.
25 //
26 // FIXME: this is not implemented yet.  The stackifier pass only works on local
27 // basic blocks.
28 //
29 //===----------------------------------------------------------------------===//
30
31 #define DEBUG_TYPE "x86-codegen"
32 #include "X86.h"
33 #include "X86InstrInfo.h"
34 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
35 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
36 #include "llvm/CodeGen/LiveVariables.h"
37 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
38 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
39 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
40 #include "llvm/Support/Debug.h"
41 #include "llvm/Support/Compiler.h"
42 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
43 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
44 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
45 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
46 #include <algorithm>
47 #include <set>
48 using namespace llvm;
49
50 STATISTIC(NumFXCH, "Number of fxch instructions inserted");
51 STATISTIC(NumFP  , "Number of floating point instructions");
52
53 namespace {
54   struct VISIBILITY_HIDDEN FPS : public MachineFunctionPass {
55     static char ID;
56     FPS() : MachineFunctionPass((intptr_t)&ID) {}
57
58     virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
59
60     virtual const char *getPassName() const { return "X86 FP Stackifier"; }
61
62     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
63       AU.addRequired<LiveVariables>();
64       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
65     }
66   private:
67     const TargetInstrInfo *TII; // Machine instruction info.
68     LiveVariables     *LV;      // Live variable info for current function...
69     MachineBasicBlock *MBB;     // Current basic block
70     unsigned Stack[8];          // FP<n> Registers in each stack slot...
71     unsigned RegMap[8];         // Track which stack slot contains each register
72     unsigned StackTop;          // The current top of the FP stack.
73
74     void dumpStack() const {
75       cerr << "Stack contents:";
76       for (unsigned i = 0; i != StackTop; ++i) {
77         cerr << " FP" << Stack[i];
78         assert(RegMap[Stack[i]] == i && "Stack[] doesn't match RegMap[]!");
79       }
80       cerr << "\n";
81     }
82   private:
83     // getSlot - Return the stack slot number a particular register number is
84     // in...
85     unsigned getSlot(unsigned RegNo) const {
86       assert(RegNo < 8 && "Regno out of range!");
87       return RegMap[RegNo];
88     }
89
90     // getStackEntry - Return the X86::FP<n> register in register ST(i)
91     unsigned getStackEntry(unsigned STi) const {
92       assert(STi < StackTop && "Access past stack top!");
93       return Stack[StackTop-1-STi];
94     }
95
96     // getSTReg - Return the X86::ST(i) register which contains the specified
97     // FP<RegNo> register
98     unsigned getSTReg(unsigned RegNo) const {
99       return StackTop - 1 - getSlot(RegNo) + llvm::X86::ST0;
100     }
101
102     // pushReg - Push the specified FP<n> register onto the stack
103     void pushReg(unsigned Reg) {
104       assert(Reg < 8 && "Register number out of range!");
105       assert(StackTop < 8 && "Stack overflow!");
106       Stack[StackTop] = Reg;
107       RegMap[Reg] = StackTop++;
108     }
109
110     bool isAtTop(unsigned RegNo) const { return getSlot(RegNo) == StackTop-1; }
111     void moveToTop(unsigned RegNo, MachineBasicBlock::iterator &I) {
112       if (!isAtTop(RegNo)) {
113         unsigned STReg = getSTReg(RegNo);
114         unsigned RegOnTop = getStackEntry(0);
115
116         // Swap the slots the regs are in
117         std::swap(RegMap[RegNo], RegMap[RegOnTop]);
118
119         // Swap stack slot contents
120         assert(RegMap[RegOnTop] < StackTop);
121         std::swap(Stack[RegMap[RegOnTop]], Stack[StackTop-1]);
122
123         // Emit an fxch to update the runtime processors version of the state
124         BuildMI(*MBB, I, TII->get(X86::XCH_F)).addReg(STReg);
125         NumFXCH++;
126       }
127     }
128
129     void duplicateToTop(unsigned RegNo, unsigned AsReg, MachineInstr *I) {
130       unsigned STReg = getSTReg(RegNo);
131       pushReg(AsReg);   // New register on top of stack
132
133       BuildMI(*MBB, I, TII->get(X86::LD_Frr)).addReg(STReg);
134     }
135
136     // popStackAfter - Pop the current value off of the top of the FP stack
137     // after the specified instruction.
138     void popStackAfter(MachineBasicBlock::iterator &I);
139
140     // freeStackSlotAfter - Free the specified register from the register stack,
141     // so that it is no longer in a register.  If the register is currently at
142     // the top of the stack, we just pop the current instruction, otherwise we
143     // store the current top-of-stack into the specified slot, then pop the top
144     // of stack.
145     void freeStackSlotAfter(MachineBasicBlock::iterator &I, unsigned Reg);
146
147     bool processBasicBlock(MachineFunction &MF, MachineBasicBlock &MBB);
148
149     void handleZeroArgFP(MachineBasicBlock::iterator &I);
150     void handleOneArgFP(MachineBasicBlock::iterator &I);
151     void handleOneArgFPRW(MachineBasicBlock::iterator &I);
152     void handleTwoArgFP(MachineBasicBlock::iterator &I);
153     void handleCompareFP(MachineBasicBlock::iterator &I);
154     void handleCondMovFP(MachineBasicBlock::iterator &I);
155     void handleSpecialFP(MachineBasicBlock::iterator &I);
156   };
157   char FPS::ID = 0;
158 }
159
160 FunctionPass *llvm::createX86FloatingPointStackifierPass() { return new FPS(); }
161
162 /// runOnMachineFunction - Loop over all of the basic blocks, transforming FP
163 /// register references into FP stack references.
164 ///
165 bool FPS::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
166   // We only need to run this pass if there are any FP registers used in this
167   // function.  If it is all integer, there is nothing for us to do!
168   bool FPIsUsed = false;
169
170   assert(X86::FP6 == X86::FP0+6 && "Register enums aren't sorted right!");
171   for (unsigned i = 0; i <= 6; ++i)
172     if (MF.isPhysRegUsed(X86::FP0+i)) {
173       FPIsUsed = true;
174       break;
175     }
176
177   // Early exit.
178   if (!FPIsUsed) return false;
179
180   TII = MF.getTarget().getInstrInfo();
181   LV = &getAnalysis<LiveVariables>();
182   StackTop = 0;
183
184   // Process the function in depth first order so that we process at least one
185   // of the predecessors for every reachable block in the function.
186   std::set<MachineBasicBlock*> Processed;
187   MachineBasicBlock *Entry = MF.begin();
188
189   bool Changed = false;
190   for (df_ext_iterator<MachineBasicBlock*, std::set<MachineBasicBlock*> >
191          I = df_ext_begin(Entry, Processed), E = df_ext_end(Entry, Processed);
192        I != E; ++I)
193     Changed |= processBasicBlock(MF, **I);
194
195   return Changed;
196 }
197
198 /// processBasicBlock - Loop over all of the instructions in the basic block,
199 /// transforming FP instructions into their stack form.
200 ///
201 bool FPS::processBasicBlock(MachineFunction &MF, MachineBasicBlock &BB) {
202   bool Changed = false;
203   MBB = &BB;
204
205   for (MachineBasicBlock::iterator I = BB.begin(); I != BB.end(); ++I) {
206     MachineInstr *MI = I;
207     unsigned Flags = MI->getInstrDescriptor()->TSFlags;
208     if ((Flags & X86II::FPTypeMask) == X86II::NotFP)
209       continue;  // Efficiently ignore non-fp insts!
210
211     MachineInstr *PrevMI = 0;
212     if (I != BB.begin())
213         PrevMI = prior(I);
214
215     ++NumFP;  // Keep track of # of pseudo instrs
216     DOUT << "\nFPInst:\t" << *MI;
217
218     // Get dead variables list now because the MI pointer may be deleted as part
219     // of processing!
220     SmallVector<unsigned, 8> DeadRegs;
221     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
222       const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
223       if (MO.isReg() && MO.isDead())
224         DeadRegs.push_back(MO.getReg());
225     }
226
227     switch (Flags & X86II::FPTypeMask) {
228     case X86II::ZeroArgFP:  handleZeroArgFP(I); break;
229     case X86II::OneArgFP:   handleOneArgFP(I);  break;  // fstp ST(0)
230     case X86II::OneArgFPRW: handleOneArgFPRW(I); break; // ST(0) = fsqrt(ST(0))
231     case X86II::TwoArgFP:   handleTwoArgFP(I);  break;
232     case X86II::CompareFP:  handleCompareFP(I); break;
233     case X86II::CondMovFP:  handleCondMovFP(I); break;
234     case X86II::SpecialFP:  handleSpecialFP(I); break;
235     default: assert(0 && "Unknown FP Type!");
236     }
237
238     // Check to see if any of the values defined by this instruction are dead
239     // after definition.  If so, pop them.
240     for (unsigned i = 0, e = DeadRegs.size(); i != e; ++i) {
241       unsigned Reg = DeadRegs[i];
242       if (Reg >= X86::FP0 && Reg <= X86::FP6) {
243         DOUT << "Register FP#" << Reg-X86::FP0 << " is dead!\n";
244         freeStackSlotAfter(I, Reg-X86::FP0);
245       }
246     }
247
248     // Print out all of the instructions expanded to if -debug
249     DEBUG(
250       MachineBasicBlock::iterator PrevI(PrevMI);
251       if (I == PrevI) {
252         cerr << "Just deleted pseudo instruction\n";
253       } else {
254         MachineBasicBlock::iterator Start = I;
255         // Rewind to first instruction newly inserted.
256         while (Start != BB.begin() && prior(Start) != PrevI) --Start;
257         cerr << "Inserted instructions:\n\t";
258         Start->print(*cerr.stream(), &MF.getTarget());
259         while (++Start != next(I));
260       }
261       dumpStack();
262     );
263
264     Changed = true;
265   }
266
267   assert(StackTop == 0 && "Stack not empty at end of basic block?");
268   return Changed;
269 }
270
271 //===----------------------------------------------------------------------===//
272 // Efficient Lookup Table Support
273 //===----------------------------------------------------------------------===//
274
275 namespace {
276   struct TableEntry {
277     unsigned from;
278     unsigned to;
279     bool operator<(const TableEntry &TE) const { return from < TE.from; }
280     friend bool operator<(const TableEntry &TE, unsigned V) {
281       return TE.from < V;
282     }
283     friend bool operator<(unsigned V, const TableEntry &TE) {
284       return V < TE.from;
285     }
286   };
287 }
288
289 static bool TableIsSorted(const TableEntry *Table, unsigned NumEntries) {
290   for (unsigned i = 0; i != NumEntries-1; ++i)
291     if (!(Table[i] < Table[i+1])) return false;
292   return true;
293 }
294
295 static int Lookup(const TableEntry *Table, unsigned N, unsigned Opcode) {
296   const TableEntry *I = std::lower_bound(Table, Table+N, Opcode);
297   if (I != Table+N && I->from == Opcode)
298     return I->to;
299   return -1;
300 }
301
302 #define ARRAY_SIZE(TABLE)  \
303    (sizeof(TABLE)/sizeof(TABLE[0]))
304
305 #ifdef NDEBUG
306 #define ASSERT_SORTED(TABLE)
307 #else
308 #define ASSERT_SORTED(TABLE)                                              \
309   { static bool TABLE##Checked = false;                                   \
310     if (!TABLE##Checked) {                                                \
311        assert(TableIsSorted(TABLE, ARRAY_SIZE(TABLE)) &&                  \
312               "All lookup tables must be sorted for efficient access!");  \
313        TABLE##Checked = true;                                             \
314     }                                                                     \
315   }
316 #endif
317
318 //===----------------------------------------------------------------------===//
319 // Register File -> Register Stack Mapping Methods
320 //===----------------------------------------------------------------------===//
321
322 // OpcodeTable - Sorted map of register instructions to their stack version.
323 // The first element is an register file pseudo instruction, the second is the
324 // concrete X86 instruction which uses the register stack.
325 //
326 static const TableEntry OpcodeTable[] = {
327   { X86::ABS_Fp32     , X86::ABS_F     },
328   { X86::ABS_Fp64     , X86::ABS_F     },
329   { X86::ABS_Fp80     , X86::ABS_F     },
330   { X86::ADD_Fp32m    , X86::ADD_F32m  },
331   { X86::ADD_Fp64m    , X86::ADD_F64m  },
332   { X86::ADD_Fp64m32  , X86::ADD_F32m  },
333   { X86::ADD_Fp80m32  , X86::ADD_F32m  },
334   { X86::ADD_Fp80m64  , X86::ADD_F64m  },
335   { X86::ADD_FpI16m32 , X86::ADD_FI16m },
336   { X86::ADD_FpI16m64 , X86::ADD_FI16m },
337   { X86::ADD_FpI16m80 , X86::ADD_FI16m },
338   { X86::ADD_FpI32m32 , X86::ADD_FI32m },
339   { X86::ADD_FpI32m64 , X86::ADD_FI32m },
340   { X86::ADD_FpI32m80 , X86::ADD_FI32m },
341   { X86::CHS_Fp32     , X86::CHS_F     },
342   { X86::CHS_Fp64     , X86::CHS_F     },
343   { X86::CHS_Fp80     , X86::CHS_F     },
344   { X86::CMOVBE_Fp32  , X86::CMOVBE_F  },
345   { X86::CMOVBE_Fp64  , X86::CMOVBE_F  },
346   { X86::CMOVBE_Fp80  , X86::CMOVBE_F  },
347   { X86::CMOVB_Fp32   , X86::CMOVB_F   },
348   { X86::CMOVB_Fp64   , X86::CMOVB_F  },
349   { X86::CMOVB_Fp80   , X86::CMOVB_F  },
350   { X86::CMOVE_Fp32   , X86::CMOVE_F  },
351   { X86::CMOVE_Fp64   , X86::CMOVE_F   },
352   { X86::CMOVE_Fp80   , X86::CMOVE_F   },
353   { X86::CMOVNBE_Fp32 , X86::CMOVNBE_F },
354   { X86::CMOVNBE_Fp64 , X86::CMOVNBE_F },
355   { X86::CMOVNBE_Fp80 , X86::CMOVNBE_F },
356   { X86::CMOVNB_Fp32  , X86::CMOVNB_F  },
357   { X86::CMOVNB_Fp64  , X86::CMOVNB_F  },
358   { X86::CMOVNB_Fp80  , X86::CMOVNB_F  },
359   { X86::CMOVNE_Fp32  , X86::CMOVNE_F  },
360   { X86::CMOVNE_Fp64  , X86::CMOVNE_F  },
361   { X86::CMOVNE_Fp80  , X86::CMOVNE_F  },
362   { X86::CMOVNP_Fp32  , X86::CMOVNP_F  },
363   { X86::CMOVNP_Fp64  , X86::CMOVNP_F  },
364   { X86::CMOVNP_Fp80  , X86::CMOVNP_F  },
365   { X86::CMOVP_Fp32   , X86::CMOVP_F   },
366   { X86::CMOVP_Fp64   , X86::CMOVP_F   },
367   { X86::CMOVP_Fp80   , X86::CMOVP_F   },
368   { X86::COS_Fp32     , X86::COS_F     },
369   { X86::COS_Fp64     , X86::COS_F     },
370   { X86::COS_Fp80     , X86::COS_F     },
371   { X86::DIVR_Fp32m   , X86::DIVR_F32m },
372   { X86::DIVR_Fp64m   , X86::DIVR_F64m },
373   { X86::DIVR_Fp64m32 , X86::DIVR_F32m },
374   { X86::DIVR_Fp80m32 , X86::DIVR_F32m },
375   { X86::DIVR_Fp80m64 , X86::DIVR_F64m },
376   { X86::DIVR_FpI16m32, X86::DIVR_FI16m},
377   { X86::DIVR_FpI16m64, X86::DIVR_FI16m},
378   { X86::DIVR_FpI16m80, X86::DIVR_FI16m},
379   { X86::DIVR_FpI32m32, X86::DIVR_FI32m},
380   { X86::DIVR_FpI32m64, X86::DIVR_FI32m},
381   { X86::DIVR_FpI32m80, X86::DIVR_FI32m},
382   { X86::DIV_Fp32m    , X86::DIV_F32m  },
383   { X86::DIV_Fp64m    , X86::DIV_F64m  },
384   { X86::DIV_Fp64m32  , X86::DIV_F32m  },
385   { X86::DIV_Fp80m32  , X86::DIV_F32m  },
386   { X86::DIV_Fp80m64  , X86::DIV_F64m  },
387   { X86::DIV_FpI16m32 , X86::DIV_FI16m },
388   { X86::DIV_FpI16m64 , X86::DIV_FI16m },
389   { X86::DIV_FpI16m80 , X86::DIV_FI16m },
390   { X86::DIV_FpI32m32 , X86::DIV_FI32m },
391   { X86::DIV_FpI32m64 , X86::DIV_FI32m },
392   { X86::DIV_FpI32m80 , X86::DIV_FI32m },
393   { X86::ILD_Fp16m32  , X86::ILD_F16m  },
394   { X86::ILD_Fp16m64  , X86::ILD_F16m  },
395   { X86::ILD_Fp16m80  , X86::ILD_F16m  },
396   { X86::ILD_Fp32m32  , X86::ILD_F32m  },
397   { X86::ILD_Fp32m64  , X86::ILD_F32m  },
398   { X86::ILD_Fp32m80  , X86::ILD_F32m  },
399   { X86::ILD_Fp64m32  , X86::ILD_F64m  },
400   { X86::ILD_Fp64m64  , X86::ILD_F64m  },
401   { X86::ILD_Fp64m80  , X86::ILD_F64m  },
402   { X86::ISTT_Fp16m32 , X86::ISTT_FP16m},
403   { X86::ISTT_Fp16m64 , X86::ISTT_FP16m},
404   { X86::ISTT_Fp16m80 , X86::ISTT_FP16m},
405   { X86::ISTT_Fp32m32 , X86::ISTT_FP32m},
406   { X86::ISTT_Fp32m64 , X86::ISTT_FP32m},
407   { X86::ISTT_Fp32m80 , X86::ISTT_FP32m},
408   { X86::ISTT_Fp64m32 , X86::ISTT_FP64m},
409   { X86::ISTT_Fp64m64 , X86::ISTT_FP64m},
410   { X86::ISTT_Fp64m80 , X86::ISTT_FP64m},
411   { X86::IST_Fp16m32  , X86::IST_F16m  },
412   { X86::IST_Fp16m64  , X86::IST_F16m  },
413   { X86::IST_Fp16m80  , X86::IST_F16m  },
414   { X86::IST_Fp32m32  , X86::IST_F32m  },
415   { X86::IST_Fp32m64  , X86::IST_F32m  },
416   { X86::IST_Fp32m80  , X86::IST_F32m  },
417   { X86::IST_Fp64m32  , X86::IST_FP64m },
418   { X86::IST_Fp64m64  , X86::IST_FP64m },
419   { X86::IST_Fp64m80  , X86::IST_FP64m },
420   { X86::LD_Fp032     , X86::LD_F0     },
421   { X86::LD_Fp064     , X86::LD_F0     },
422   { X86::LD_Fp080     , X86::LD_F0     },
423   { X86::LD_Fp132     , X86::LD_F1     },
424   { X86::LD_Fp164     , X86::LD_F1     },
425   { X86::LD_Fp180     , X86::LD_F1     },
426   { X86::LD_Fp32m     , X86::LD_F32m   },
427   { X86::LD_Fp32m64   , X86::LD_F32m   },
428   { X86::LD_Fp32m80   , X86::LD_F32m   },
429   { X86::LD_Fp64m     , X86::LD_F64m   },
430   { X86::LD_Fp64m80   , X86::LD_F64m   },
431   { X86::LD_Fp80m     , X86::LD_F80m   },
432   { X86::MUL_Fp32m    , X86::MUL_F32m  },
433   { X86::MUL_Fp64m    , X86::MUL_F64m  },
434   { X86::MUL_Fp64m32  , X86::MUL_F32m  },
435   { X86::MUL_Fp80m32  , X86::MUL_F32m  },
436   { X86::MUL_Fp80m64  , X86::MUL_F64m  },
437   { X86::MUL_FpI16m32 , X86::MUL_FI16m },
438   { X86::MUL_FpI16m64 , X86::MUL_FI16m },
439   { X86::MUL_FpI16m80 , X86::MUL_FI16m },
440   { X86::MUL_FpI32m32 , X86::MUL_FI32m },
441   { X86::MUL_FpI32m64 , X86::MUL_FI32m },
442   { X86::MUL_FpI32m80 , X86::MUL_FI32m },
443   { X86::SIN_Fp32     , X86::SIN_F     },
444   { X86::SIN_Fp64     , X86::SIN_F     },
445   { X86::SIN_Fp80     , X86::SIN_F     },
446   { X86::SQRT_Fp32    , X86::SQRT_F    },
447   { X86::SQRT_Fp64    , X86::SQRT_F    },
448   { X86::SQRT_Fp80    , X86::SQRT_F    },
449   { X86::ST_Fp32m     , X86::ST_F32m   },
450   { X86::ST_Fp64m     , X86::ST_F64m   },
451   { X86::ST_Fp64m32   , X86::ST_F32m   },
452   { X86::ST_Fp80m32   , X86::ST_F32m   },
453   { X86::ST_Fp80m64   , X86::ST_F64m   },
454   { X86::ST_FpP80m    , X86::ST_FP80m  },
455   { X86::SUBR_Fp32m   , X86::SUBR_F32m },
456   { X86::SUBR_Fp64m   , X86::SUBR_F64m },
457   { X86::SUBR_Fp64m32 , X86::SUBR_F32m },
458   { X86::SUBR_Fp80m32 , X86::SUBR_F32m },
459   { X86::SUBR_Fp80m64 , X86::SUBR_F64m },
460   { X86::SUBR_FpI16m32, X86::SUBR_FI16m},
461   { X86::SUBR_FpI16m64, X86::SUBR_FI16m},
462   { X86::SUBR_FpI16m80, X86::SUBR_FI16m},
463   { X86::SUBR_FpI32m32, X86::SUBR_FI32m},
464   { X86::SUBR_FpI32m64, X86::SUBR_FI32m},
465   { X86::SUBR_FpI32m80, X86::SUBR_FI32m},
466   { X86::SUB_Fp32m    , X86::SUB_F32m  },
467   { X86::SUB_Fp64m    , X86::SUB_F64m  },
468   { X86::SUB_Fp64m32  , X86::SUB_F32m  },
469   { X86::SUB_Fp80m32  , X86::SUB_F32m  },
470   { X86::SUB_Fp80m64  , X86::SUB_F64m  },
471   { X86::SUB_FpI16m32 , X86::SUB_FI16m },
472   { X86::SUB_FpI16m64 , X86::SUB_FI16m },
473   { X86::SUB_FpI16m80 , X86::SUB_FI16m },
474   { X86::SUB_FpI32m32 , X86::SUB_FI32m },
475   { X86::SUB_FpI32m64 , X86::SUB_FI32m },
476   { X86::SUB_FpI32m80 , X86::SUB_FI32m },
477   { X86::TST_Fp32     , X86::TST_F     },
478   { X86::TST_Fp64     , X86::TST_F     },
479   { X86::TST_Fp80     , X86::TST_F     },
480   { X86::UCOM_FpIr32  , X86::UCOM_FIr  },
481   { X86::UCOM_FpIr64  , X86::UCOM_FIr  },
482   { X86::UCOM_FpIr80  , X86::UCOM_FIr  },
483   { X86::UCOM_Fpr32   , X86::UCOM_Fr   },
484   { X86::UCOM_Fpr64   , X86::UCOM_Fr   },
485   { X86::UCOM_Fpr80   , X86::UCOM_Fr   },
486 };
487
488 static unsigned getConcreteOpcode(unsigned Opcode) {
489   ASSERT_SORTED(OpcodeTable);
490   int Opc = Lookup(OpcodeTable, ARRAY_SIZE(OpcodeTable), Opcode);
491   assert(Opc != -1 && "FP Stack instruction not in OpcodeTable!");
492   return Opc;
493 }
494
495 //===----------------------------------------------------------------------===//
496 // Helper Methods
497 //===----------------------------------------------------------------------===//
498
499 // PopTable - Sorted map of instructions to their popping version.  The first
500 // element is an instruction, the second is the version which pops.
501 //
502 static const TableEntry PopTable[] = {
503   { X86::ADD_FrST0 , X86::ADD_FPrST0  },
504
505   { X86::DIVR_FrST0, X86::DIVR_FPrST0 },
506   { X86::DIV_FrST0 , X86::DIV_FPrST0  },
507
508   { X86::IST_F16m  , X86::IST_FP16m   },
509   { X86::IST_F32m  , X86::IST_FP32m   },
510
511   { X86::MUL_FrST0 , X86::MUL_FPrST0  },
512
513   { X86::ST_F32m   , X86::ST_FP32m    },
514   { X86::ST_F64m   , X86::ST_FP64m    },
515   { X86::ST_Frr    , X86::ST_FPrr     },
516
517   { X86::SUBR_FrST0, X86::SUBR_FPrST0 },
518   { X86::SUB_FrST0 , X86::SUB_FPrST0  },
519
520   { X86::UCOM_FIr  , X86::UCOM_FIPr   },
521
522   { X86::UCOM_FPr  , X86::UCOM_FPPr   },
523   { X86::UCOM_Fr   , X86::UCOM_FPr    },
524 };
525
526 /// popStackAfter - Pop the current value off of the top of the FP stack after
527 /// the specified instruction.  This attempts to be sneaky and combine the pop
528 /// into the instruction itself if possible.  The iterator is left pointing to
529 /// the last instruction, be it a new pop instruction inserted, or the old
530 /// instruction if it was modified in place.
531 ///
532 void FPS::popStackAfter(MachineBasicBlock::iterator &I) {
533   ASSERT_SORTED(PopTable);
534   assert(StackTop > 0 && "Cannot pop empty stack!");
535   RegMap[Stack[--StackTop]] = ~0;     // Update state
536
537   // Check to see if there is a popping version of this instruction...
538   int Opcode = Lookup(PopTable, ARRAY_SIZE(PopTable), I->getOpcode());
539   if (Opcode != -1) {
540     I->setInstrDescriptor(TII->get(Opcode));
541     if (Opcode == X86::UCOM_FPPr)
542       I->RemoveOperand(0);
543   } else {    // Insert an explicit pop
544     I = BuildMI(*MBB, ++I, TII->get(X86::ST_FPrr)).addReg(X86::ST0);
545   }
546 }
547
548 /// freeStackSlotAfter - Free the specified register from the register stack, so
549 /// that it is no longer in a register.  If the register is currently at the top
550 /// of the stack, we just pop the current instruction, otherwise we store the
551 /// current top-of-stack into the specified slot, then pop the top of stack.
552 void FPS::freeStackSlotAfter(MachineBasicBlock::iterator &I, unsigned FPRegNo) {
553   if (getStackEntry(0) == FPRegNo) {  // already at the top of stack? easy.
554     popStackAfter(I);
555     return;
556   }
557
558   // Otherwise, store the top of stack into the dead slot, killing the operand
559   // without having to add in an explicit xchg then pop.
560   //
561   unsigned STReg    = getSTReg(FPRegNo);
562   unsigned OldSlot  = getSlot(FPRegNo);
563   unsigned TopReg   = Stack[StackTop-1];
564   Stack[OldSlot]    = TopReg;
565   RegMap[TopReg]    = OldSlot;
566   RegMap[FPRegNo]   = ~0;
567   Stack[--StackTop] = ~0;
568   I = BuildMI(*MBB, ++I, TII->get(X86::ST_FPrr)).addReg(STReg);
569 }
570
571
572 static unsigned getFPReg(const MachineOperand &MO) {
573   assert(MO.isRegister() && "Expected an FP register!");
574   unsigned Reg = MO.getReg();
575   assert(Reg >= X86::FP0 && Reg <= X86::FP6 && "Expected FP register!");
576   return Reg - X86::FP0;
577 }
578
579
580 //===----------------------------------------------------------------------===//
581 // Instruction transformation implementation
582 //===----------------------------------------------------------------------===//
583
584 /// handleZeroArgFP - ST(0) = fld0    ST(0) = flds <mem>
585 ///
586 void FPS::handleZeroArgFP(MachineBasicBlock::iterator &I) {
587   MachineInstr *MI = I;
588   unsigned DestReg = getFPReg(MI->getOperand(0));
589
590   // Change from the pseudo instruction to the concrete instruction.
591   MI->RemoveOperand(0);   // Remove the explicit ST(0) operand
592   MI->setInstrDescriptor(TII->get(getConcreteOpcode(MI->getOpcode())));
593   
594   // Result gets pushed on the stack.
595   pushReg(DestReg);
596 }
597
598 /// handleOneArgFP - fst <mem>, ST(0)
599 ///
600 void FPS::handleOneArgFP(MachineBasicBlock::iterator &I) {
601   MachineInstr *MI = I;
602   unsigned NumOps = MI->getInstrDescriptor()->numOperands;
603   assert((NumOps == 5 || NumOps == 1) &&
604          "Can only handle fst* & ftst instructions!");
605
606   // Is this the last use of the source register?
607   unsigned Reg = getFPReg(MI->getOperand(NumOps-1));
608   bool KillsSrc = LV->KillsRegister(MI, X86::FP0+Reg);
609
610   // FISTP64m is strange because there isn't a non-popping versions.
611   // If we have one _and_ we don't want to pop the operand, duplicate the value
612   // on the stack instead of moving it.  This ensure that popping the value is
613   // always ok.
614   // Ditto FISTTP16m, FISTTP32m, FISTTP64m.
615   //
616   if (!KillsSrc &&
617       (MI->getOpcode() == X86::IST_Fp64m32 ||
618        MI->getOpcode() == X86::ISTT_Fp16m32 ||
619        MI->getOpcode() == X86::ISTT_Fp32m32 ||
620        MI->getOpcode() == X86::ISTT_Fp64m32 ||
621        MI->getOpcode() == X86::IST_Fp64m64 ||
622        MI->getOpcode() == X86::ISTT_Fp16m64 ||
623        MI->getOpcode() == X86::ISTT_Fp32m64 ||
624        MI->getOpcode() == X86::ISTT_Fp64m64 ||
625        MI->getOpcode() == X86::ISTT_Fp16m80 ||
626        MI->getOpcode() == X86::ISTT_Fp32m80 ||
627        MI->getOpcode() == X86::ISTT_Fp64m80 ||
628        MI->getOpcode() == X86::ST_FpP80m)) {
629     duplicateToTop(Reg, 7 /*temp register*/, I);
630   } else {
631     moveToTop(Reg, I);            // Move to the top of the stack...
632   }
633   
634   // Convert from the pseudo instruction to the concrete instruction.
635   MI->RemoveOperand(NumOps-1);    // Remove explicit ST(0) operand
636   MI->setInstrDescriptor(TII->get(getConcreteOpcode(MI->getOpcode())));
637
638   if (MI->getOpcode() == X86::IST_FP64m ||
639       MI->getOpcode() == X86::ISTT_FP16m ||
640       MI->getOpcode() == X86::ISTT_FP32m ||
641       MI->getOpcode() == X86::ISTT_FP64m ||
642       MI->getOpcode() == X86::ST_FP80m) {
643     assert(StackTop > 0 && "Stack empty??");
644     --StackTop;
645   } else if (KillsSrc) { // Last use of operand?
646     popStackAfter(I);
647   }
648 }
649
650
651 /// handleOneArgFPRW: Handle instructions that read from the top of stack and
652 /// replace the value with a newly computed value.  These instructions may have
653 /// non-fp operands after their FP operands.
654 ///
655 ///  Examples:
656 ///     R1 = fchs R2
657 ///     R1 = fadd R2, [mem]
658 ///
659 void FPS::handleOneArgFPRW(MachineBasicBlock::iterator &I) {
660   MachineInstr *MI = I;
661   unsigned NumOps = MI->getInstrDescriptor()->numOperands;
662   assert(NumOps >= 2 && "FPRW instructions must have 2 ops!!");
663
664   // Is this the last use of the source register?
665   unsigned Reg = getFPReg(MI->getOperand(1));
666   bool KillsSrc = LV->KillsRegister(MI, X86::FP0+Reg);
667
668   if (KillsSrc) {
669     // If this is the last use of the source register, just make sure it's on
670     // the top of the stack.
671     moveToTop(Reg, I);
672     assert(StackTop > 0 && "Stack cannot be empty!");
673     --StackTop;
674     pushReg(getFPReg(MI->getOperand(0)));
675   } else {
676     // If this is not the last use of the source register, _copy_ it to the top
677     // of the stack.
678     duplicateToTop(Reg, getFPReg(MI->getOperand(0)), I);
679   }
680
681   // Change from the pseudo instruction to the concrete instruction.
682   MI->RemoveOperand(1);   // Drop the source operand.
683   MI->RemoveOperand(0);   // Drop the destination operand.
684   MI->setInstrDescriptor(TII->get(getConcreteOpcode(MI->getOpcode())));
685 }
686
687
688 //===----------------------------------------------------------------------===//
689 // Define tables of various ways to map pseudo instructions
690 //
691
692 // ForwardST0Table - Map: A = B op C  into: ST(0) = ST(0) op ST(i)
693 static const TableEntry ForwardST0Table[] = {
694   { X86::ADD_Fp32  , X86::ADD_FST0r },
695   { X86::ADD_Fp64  , X86::ADD_FST0r },
696   { X86::ADD_Fp80  , X86::ADD_FST0r },
697   { X86::DIV_Fp32  , X86::DIV_FST0r },
698   { X86::DIV_Fp64  , X86::DIV_FST0r },
699   { X86::DIV_Fp80  , X86::DIV_FST0r },
700   { X86::MUL_Fp32  , X86::MUL_FST0r },
701   { X86::MUL_Fp64  , X86::MUL_FST0r },
702   { X86::MUL_Fp80  , X86::MUL_FST0r },
703   { X86::SUB_Fp32  , X86::SUB_FST0r },
704   { X86::SUB_Fp64  , X86::SUB_FST0r },
705   { X86::SUB_Fp80  , X86::SUB_FST0r },
706 };
707
708 // ReverseST0Table - Map: A = B op C  into: ST(0) = ST(i) op ST(0)
709 static const TableEntry ReverseST0Table[] = {
710   { X86::ADD_Fp32  , X86::ADD_FST0r  },   // commutative
711   { X86::ADD_Fp64  , X86::ADD_FST0r  },   // commutative
712   { X86::ADD_Fp80  , X86::ADD_FST0r  },   // commutative
713   { X86::DIV_Fp32  , X86::DIVR_FST0r },
714   { X86::DIV_Fp64  , X86::DIVR_FST0r },
715   { X86::DIV_Fp80  , X86::DIVR_FST0r },
716   { X86::MUL_Fp32  , X86::MUL_FST0r  },   // commutative
717   { X86::MUL_Fp64  , X86::MUL_FST0r  },   // commutative
718   { X86::MUL_Fp80  , X86::MUL_FST0r  },   // commutative
719   { X86::SUB_Fp32  , X86::SUBR_FST0r },
720   { X86::SUB_Fp64  , X86::SUBR_FST0r },
721   { X86::SUB_Fp80  , X86::SUBR_FST0r },
722 };
723
724 // ForwardSTiTable - Map: A = B op C  into: ST(i) = ST(0) op ST(i)
725 static const TableEntry ForwardSTiTable[] = {
726   { X86::ADD_Fp32  , X86::ADD_FrST0  },   // commutative
727   { X86::ADD_Fp64  , X86::ADD_FrST0  },   // commutative
728   { X86::ADD_Fp80  , X86::ADD_FrST0  },   // commutative
729   { X86::DIV_Fp32  , X86::DIVR_FrST0 },
730   { X86::DIV_Fp64  , X86::DIVR_FrST0 },
731   { X86::DIV_Fp80  , X86::DIVR_FrST0 },
732   { X86::MUL_Fp32  , X86::MUL_FrST0  },   // commutative
733   { X86::MUL_Fp64  , X86::MUL_FrST0  },   // commutative
734   { X86::MUL_Fp80  , X86::MUL_FrST0  },   // commutative
735   { X86::SUB_Fp32  , X86::SUBR_FrST0 },
736   { X86::SUB_Fp64  , X86::SUBR_FrST0 },
737   { X86::SUB_Fp80  , X86::SUBR_FrST0 },
738 };
739
740 // ReverseSTiTable - Map: A = B op C  into: ST(i) = ST(i) op ST(0)
741 static const TableEntry ReverseSTiTable[] = {
742   { X86::ADD_Fp32  , X86::ADD_FrST0 },
743   { X86::ADD_Fp64  , X86::ADD_FrST0 },
744   { X86::ADD_Fp80  , X86::ADD_FrST0 },
745   { X86::DIV_Fp32  , X86::DIV_FrST0 },
746   { X86::DIV_Fp64  , X86::DIV_FrST0 },
747   { X86::DIV_Fp80  , X86::DIV_FrST0 },
748   { X86::MUL_Fp32  , X86::MUL_FrST0 },
749   { X86::MUL_Fp64  , X86::MUL_FrST0 },
750   { X86::MUL_Fp80  , X86::MUL_FrST0 },
751   { X86::SUB_Fp32  , X86::SUB_FrST0 },
752   { X86::SUB_Fp64  , X86::SUB_FrST0 },
753   { X86::SUB_Fp80  , X86::SUB_FrST0 },
754 };
755
756
757 /// handleTwoArgFP - Handle instructions like FADD and friends which are virtual
758 /// instructions which need to be simplified and possibly transformed.
759 ///
760 /// Result: ST(0) = fsub  ST(0), ST(i)
761 ///         ST(i) = fsub  ST(0), ST(i)
762 ///         ST(0) = fsubr ST(0), ST(i)
763 ///         ST(i) = fsubr ST(0), ST(i)
764 ///
765 void FPS::handleTwoArgFP(MachineBasicBlock::iterator &I) {
766   ASSERT_SORTED(ForwardST0Table); ASSERT_SORTED(ReverseST0Table);
767   ASSERT_SORTED(ForwardSTiTable); ASSERT_SORTED(ReverseSTiTable);
768   MachineInstr *MI = I;
769
770   unsigned NumOperands = MI->getInstrDescriptor()->numOperands;
771   assert(NumOperands == 3 && "Illegal TwoArgFP instruction!");
772   unsigned Dest = getFPReg(MI->getOperand(0));
773   unsigned Op0 = getFPReg(MI->getOperand(NumOperands-2));
774   unsigned Op1 = getFPReg(MI->getOperand(NumOperands-1));
775   bool KillsOp0 = LV->KillsRegister(MI, X86::FP0+Op0);
776   bool KillsOp1 = LV->KillsRegister(MI, X86::FP0+Op1);
777
778   unsigned TOS = getStackEntry(0);
779
780   // One of our operands must be on the top of the stack.  If neither is yet, we
781   // need to move one.
782   if (Op0 != TOS && Op1 != TOS) {   // No operand at TOS?
783     // We can choose to move either operand to the top of the stack.  If one of
784     // the operands is killed by this instruction, we want that one so that we
785     // can update right on top of the old version.
786     if (KillsOp0) {
787       moveToTop(Op0, I);         // Move dead operand to TOS.
788       TOS = Op0;
789     } else if (KillsOp1) {
790       moveToTop(Op1, I);
791       TOS = Op1;
792     } else {
793       // All of the operands are live after this instruction executes, so we
794       // cannot update on top of any operand.  Because of this, we must
795       // duplicate one of the stack elements to the top.  It doesn't matter
796       // which one we pick.
797       //
798       duplicateToTop(Op0, Dest, I);
799       Op0 = TOS = Dest;
800       KillsOp0 = true;
801     }
802   } else if (!KillsOp0 && !KillsOp1) {
803     // If we DO have one of our operands at the top of the stack, but we don't
804     // have a dead operand, we must duplicate one of the operands to a new slot
805     // on the stack.
806     duplicateToTop(Op0, Dest, I);
807     Op0 = TOS = Dest;
808     KillsOp0 = true;
809   }
810
811   // Now we know that one of our operands is on the top of the stack, and at
812   // least one of our operands is killed by this instruction.
813   assert((TOS == Op0 || TOS == Op1) && (KillsOp0 || KillsOp1) &&
814          "Stack conditions not set up right!");
815
816   // We decide which form to use based on what is on the top of the stack, and
817   // which operand is killed by this instruction.
818   const TableEntry *InstTable;
819   bool isForward = TOS == Op0;
820   bool updateST0 = (TOS == Op0 && !KillsOp1) || (TOS == Op1 && !KillsOp0);
821   if (updateST0) {
822     if (isForward)
823       InstTable = ForwardST0Table;
824     else
825       InstTable = ReverseST0Table;
826   } else {
827     if (isForward)
828       InstTable = ForwardSTiTable;
829     else
830       InstTable = ReverseSTiTable;
831   }
832
833   int Opcode = Lookup(InstTable, ARRAY_SIZE(ForwardST0Table), MI->getOpcode());
834   assert(Opcode != -1 && "Unknown TwoArgFP pseudo instruction!");
835
836   // NotTOS - The register which is not on the top of stack...
837   unsigned NotTOS = (TOS == Op0) ? Op1 : Op0;
838
839   // Replace the old instruction with a new instruction
840   MBB->remove(I++);
841   I = BuildMI(*MBB, I, TII->get(Opcode)).addReg(getSTReg(NotTOS));
842
843   // If both operands are killed, pop one off of the stack in addition to
844   // overwriting the other one.
845   if (KillsOp0 && KillsOp1 && Op0 != Op1) {
846     assert(!updateST0 && "Should have updated other operand!");
847     popStackAfter(I);   // Pop the top of stack
848   }
849
850   // Update stack information so that we know the destination register is now on
851   // the stack.
852   unsigned UpdatedSlot = getSlot(updateST0 ? TOS : NotTOS);
853   assert(UpdatedSlot < StackTop && Dest < 7);
854   Stack[UpdatedSlot]   = Dest;
855   RegMap[Dest]         = UpdatedSlot;
856   delete MI;   // Remove the old instruction
857 }
858
859 /// handleCompareFP - Handle FUCOM and FUCOMI instructions, which have two FP
860 /// register arguments and no explicit destinations.
861 ///
862 void FPS::handleCompareFP(MachineBasicBlock::iterator &I) {
863   ASSERT_SORTED(ForwardST0Table); ASSERT_SORTED(ReverseST0Table);
864   ASSERT_SORTED(ForwardSTiTable); ASSERT_SORTED(ReverseSTiTable);
865   MachineInstr *MI = I;
866
867   unsigned NumOperands = MI->getInstrDescriptor()->numOperands;
868   assert(NumOperands == 2 && "Illegal FUCOM* instruction!");
869   unsigned Op0 = getFPReg(MI->getOperand(NumOperands-2));
870   unsigned Op1 = getFPReg(MI->getOperand(NumOperands-1));
871   bool KillsOp0 = LV->KillsRegister(MI, X86::FP0+Op0);
872   bool KillsOp1 = LV->KillsRegister(MI, X86::FP0+Op1);
873
874   // Make sure the first operand is on the top of stack, the other one can be
875   // anywhere.
876   moveToTop(Op0, I);
877
878   // Change from the pseudo instruction to the concrete instruction.
879   MI->getOperand(0).setReg(getSTReg(Op1));
880   MI->RemoveOperand(1);
881   MI->setInstrDescriptor(TII->get(getConcreteOpcode(MI->getOpcode())));
882
883   // If any of the operands are killed by this instruction, free them.
884   if (KillsOp0) freeStackSlotAfter(I, Op0);
885   if (KillsOp1 && Op0 != Op1) freeStackSlotAfter(I, Op1);
886 }
887
888 /// handleCondMovFP - Handle two address conditional move instructions.  These
889 /// instructions move a st(i) register to st(0) iff a condition is true.  These
890 /// instructions require that the first operand is at the top of the stack, but
891 /// otherwise don't modify the stack at all.
892 void FPS::handleCondMovFP(MachineBasicBlock::iterator &I) {
893   MachineInstr *MI = I;
894
895   unsigned Op0 = getFPReg(MI->getOperand(0));
896   unsigned Op1 = getFPReg(MI->getOperand(2));
897   bool KillsOp1 = LV->KillsRegister(MI, X86::FP0+Op1);
898
899   // The first operand *must* be on the top of the stack.
900   moveToTop(Op0, I);
901
902   // Change the second operand to the stack register that the operand is in.
903   // Change from the pseudo instruction to the concrete instruction.
904   MI->RemoveOperand(0);
905   MI->RemoveOperand(1);
906   MI->getOperand(0).setReg(getSTReg(Op1));
907   MI->setInstrDescriptor(TII->get(getConcreteOpcode(MI->getOpcode())));
908   
909   // If we kill the second operand, make sure to pop it from the stack.
910   if (Op0 != Op1 && KillsOp1) {
911     // Get this value off of the register stack.
912     freeStackSlotAfter(I, Op1);
913   }
914 }
915
916
917 /// handleSpecialFP - Handle special instructions which behave unlike other
918 /// floating point instructions.  This is primarily intended for use by pseudo
919 /// instructions.
920 ///
921 void FPS::handleSpecialFP(MachineBasicBlock::iterator &I) {
922   MachineInstr *MI = I;
923   switch (MI->getOpcode()) {
924   default: assert(0 && "Unknown SpecialFP instruction!");
925   case X86::FpGETRESULT32:  // Appears immediately after a call returning FP type!
926   case X86::FpGETRESULT64:  // Appears immediately after a call returning FP type!
927   case X86::FpGETRESULT80:
928     assert(StackTop == 0 && "Stack should be empty after a call!");
929     pushReg(getFPReg(MI->getOperand(0)));
930     break;
931   case X86::FpSETRESULT32:
932   case X86::FpSETRESULT64:
933   case X86::FpSETRESULT80:
934     assert(StackTop == 1 && "Stack should have one element on it to return!");
935     --StackTop;   // "Forget" we have something on the top of stack!
936     break;
937   case X86::MOV_Fp3232:
938   case X86::MOV_Fp3264:
939   case X86::MOV_Fp6432:
940   case X86::MOV_Fp6464: 
941   case X86::MOV_Fp3280:
942   case X86::MOV_Fp6480:
943   case X86::MOV_Fp8032:
944   case X86::MOV_Fp8064: 
945   case X86::MOV_Fp8080: {
946     unsigned SrcReg = getFPReg(MI->getOperand(1));
947     unsigned DestReg = getFPReg(MI->getOperand(0));
948
949     if (LV->KillsRegister(MI, X86::FP0+SrcReg)) {
950       // If the input operand is killed, we can just change the owner of the
951       // incoming stack slot into the result.
952       unsigned Slot = getSlot(SrcReg);
953       assert(Slot < 7 && DestReg < 7 && "FpMOV operands invalid!");
954       Stack[Slot] = DestReg;
955       RegMap[DestReg] = Slot;
956
957     } else {
958       // For FMOV we just duplicate the specified value to a new stack slot.
959       // This could be made better, but would require substantial changes.
960       duplicateToTop(SrcReg, DestReg, I);
961     }
962     break;
963   }
964   }
965
966   I = MBB->erase(I);  // Remove the pseudo instruction
967   --I;
968 }