Modify tablegen to support generating all NEON code used by clang at once.
[oota-llvm.git] / utils / TableGen / NeonEmitter.cpp
index 8b90bb18c1f5349a09bd04600f6a47df4635ffca..689db653cb54099eed5b89eb12017e40c5647990 100644 (file)
 // a declaration and definition of each function specified by the ARM NEON 
 // compiler interface.  See ARM document DUI0348B.
 //
+// Each NEON instruction is implemented in terms of 1 or more functions which
+// are suffixed with the element type of the input vectors.  Functions may be 
+// implemented in terms of generic vector operations such as +, *, -, etc. or
+// by calling a __builtin_-prefixed function which will be handled by clang's
+// CodeGen library.
+//
+// Additional validation code can be generated by this file when runHeader() is
+// called, rather than the normal run() entry point.
+//
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #include "NeonEmitter.h"
 
 using namespace llvm;
 
+/// ParseTypes - break down a string such as "fQf" into a vector of StringRefs,
+/// which each StringRef representing a single type declared in the string.
+/// for "fQf" we would end up with 2 StringRefs, "f", and "Qf", representing
+/// 2xfloat and 4xfloat respectively.
 static void ParseTypes(Record *r, std::string &s,
                        SmallVectorImpl<StringRef> &TV) {
   const char *data = s.data();
@@ -49,6 +62,8 @@ static void ParseTypes(Record *r, std::string &s,
   }
 }
 
+/// Widen - Convert a type code into the next wider type.  char -> short,
+/// short -> int, etc.
 static char Widen(const char t) {
   switch (t) {
     case 'c':
@@ -62,6 +77,8 @@ static char Widen(const char t) {
   return '\0';
 }
 
+/// Narrow - Convert a type code into the next smaller type.  short -> char,
+/// float -> half float, etc.
 static char Narrow(const char t) {
   switch (t) {
     case 's':
@@ -77,6 +94,8 @@ static char Narrow(const char t) {
   return '\0';
 }
 
+/// For a particular StringRef, return the base type code, and whether it has
+/// the quad-vector, polynomial, or unsigned modifiers set.
 static char ClassifyType(StringRef ty, bool &quad, bool &poly, bool &usgn) {
   unsigned off = 0;
   
@@ -102,6 +121,8 @@ static char ClassifyType(StringRef ty, bool &quad, bool &poly, bool &usgn) {
   return ty[off];
 }
 
+/// ModType - Transform a type code and its modifiers based on a mod code. The
+/// mod code definitions may be found at the top of arm_neon.td.
 static char ModType(const char mod, char type, bool &quad, bool &poly,
                     bool &usgn, bool &scal, bool &cnst, bool &pntr) {
   switch (mod) {
@@ -137,6 +158,7 @@ static char ModType(const char mod, char type, bool &quad, bool &poly,
       usgn = true;
       break;
     case 's':
+    case 'a':
       scal = true;
       break;
     case 'k':
@@ -165,8 +187,11 @@ static char ModType(const char mod, char type, bool &quad, bool &poly,
   return type;
 }
 
+/// TypeString - for a modifier and type, generate the name of the typedef for
+/// that type.  If generic is true, emit the generic vector type rather than
+/// the public NEON type. QUc -> uint8x8t_t / __neon_uint8x8_t.
 static std::string TypeString(const char mod, StringRef typestr,
-                              bool ret = false) {
+                              bool generic = false) {
   bool quad = false;
   bool poly = false;
   bool usgn = false;
@@ -187,7 +212,7 @@ static std::string TypeString(const char mod, StringRef typestr,
   
   SmallString<128> s;
   
-  if (ret)
+  if (generic)
     s += "__neon_";
   
   if (usgn)
@@ -254,6 +279,9 @@ static std::string TypeString(const char mod, StringRef typestr,
   return s.str();
 }
 
+/// TypeString - for a modifier and type, generate the clang BuiltinsARM.def 
+/// prototype code for the function.  See the top of clang's Builtins.def for
+/// a description of the type strings.
 static std::string BuiltinTypeString(const char mod, StringRef typestr,
                                      ClassKind ck, bool ret) {
   bool quad = false;
@@ -310,13 +338,13 @@ static std::string BuiltinTypeString(const char mod, StringRef typestr,
       return quad ? "V48c" : "V24c";
     if (mod == '4')
       return quad ? "V64c" : "V32c";
-    if (mod == 'f' || (ck == ClassI && type == 'f'))
+    if (mod == 'f' || (ck != ClassB && type == 'f'))
       return quad ? "V4f" : "V2f";
-    if (ck == ClassI && type == 's')
+    if (ck != ClassB && type == 's')
       return quad ? "V8s" : "V4s";
-    if (ck == ClassI && type == 'i')
+    if (ck != ClassB && type == 'i')
       return quad ? "V4i" : "V2i";
-    if (ck == ClassI && type == 'l')
+    if (ck != ClassB && type == 'l')
       return quad ? "V2LLi" : "V1LLi";
     
     return quad ? "V16c" : "V8c";
@@ -330,19 +358,21 @@ static std::string BuiltinTypeString(const char mod, StringRef typestr,
   if (mod == '4')
     return quad ? "V16cV16cV16cV16c" : "V8cV8cV8cV8c";
 
-  if (mod == 'f' || (ck == ClassI && type == 'f'))
+  if (mod == 'f' || (ck != ClassB && type == 'f'))
     return quad ? "V4f" : "V2f";
-  if (ck == ClassI && type == 's')
+  if (ck != ClassB && type == 's')
     return quad ? "V8s" : "V4s";
-  if (ck == ClassI && type == 'i')
+  if (ck != ClassB && type == 'i')
     return quad ? "V4i" : "V2i";
-  if (ck == ClassI && type == 'l')
+  if (ck != ClassB && type == 'l')
     return quad ? "V2LLi" : "V1LLi";
   
   return quad ? "V16c" : "V8c";
 }
 
-// Turn "vst2_lane" into "vst2q_lane_f32", etc.
+/// MangleName - Append a type or width suffix to a base neon function name, 
+/// and insert a 'q' in the appropriate location if the operation works on
+/// 128b rather than 64b.   E.g. turn "vst2_lane" into "vst2q_lane_f32", etc.
 static std::string MangleName(const std::string &name, StringRef typestr,
                               ClassKind ck) {
   if (name == "vcvt_f32_f16")
@@ -442,14 +472,26 @@ static std::string GenArgs(const std::string &proto, StringRef typestr) {
   return s;
 }
 
+static std::string Duplicate(unsigned nElts, StringRef typestr, 
+                             const std::string &a) {
+  std::string s;
+  
+  s = "(__neon_" + TypeString('d', typestr) + "){ ";
+  for (unsigned i = 0; i != nElts; ++i) {
+    s += a;
+    if ((i + 1) < nElts)
+      s += ", ";
+  }
+  s += " }";
+  
+  return s;
+}
+
 // Generate the definition for this intrinsic, e.g. "a + b" for OpAdd.
 // If structTypes is true, the NEON types are structs of vector types rather
 // than vector types, and the call becomes "a.val + b.val"
 static std::string GenOpString(OpKind op, const std::string &proto,
                                StringRef typestr, bool structTypes = true) {
-  std::string ts = TypeString(proto[0], typestr);
-  std::string s = ts + " r; r";
-
   bool dummy, quad = false;
   char type = ClassifyType(typestr, quad, dummy, dummy);
   unsigned nElts = 0;
@@ -461,7 +503,9 @@ static std::string GenOpString(OpKind op, const std::string &proto,
     case 'h': nElts = 4; break;
     case 'f': nElts = 2; break;
   }
-  nElts <<= quad;
+  
+  std::string ts = TypeString(proto[0], typestr);
+  std::string s = ts + " r; r";
   
   if (structTypes)
     s += ".val";
@@ -481,12 +525,18 @@ static std::string GenOpString(OpKind op, const std::string &proto,
   case OpSub:
     s += a + " - " + b;
     break;
+  case OpMulN:
+    b = Duplicate(nElts << (int)quad, typestr, "b");
   case OpMul:
     s += a + " * " + b;
     break;
+  case OpMlaN:
+    c = Duplicate(nElts << (int)quad, typestr, "c");
   case OpMla:
     s += a + " + ( " + b + " * " + c + " )";
     break;
+  case OpMlsN:
+    c = Duplicate(nElts << (int)quad, typestr, "c");
   case OpMls:
     s += a + " - ( " + b + " * " + c + " )";
     break;
@@ -540,13 +590,35 @@ static std::string GenOpString(OpKind op, const std::string &proto,
     s += "(__neon_int64x1_t)(((__neon_int64x2_t)" + a + ")[0])";
     break;
   case OpDup:
-    s += "(__neon_" + ts + "){ ";
-    for (unsigned i = 0; i != nElts; ++i) {
-      s += a;
-      if ((i + 1) < nElts)
-        s += ", ";
-    }
-    s += " }";
+    s += Duplicate(nElts << (int)quad, typestr, a);
+    break;
+  case OpSelect:
+    // ((0 & 1) | (~0 & 2))
+    ts = TypeString(proto[1], typestr);
+    s += "( " + a + " & (__neon_" + ts + ")" + b + ") | ";
+    s += "(~" + a + " & (__neon_" + ts + ")" + c + ")";
+    break;
+  case OpRev16:
+    s += "__builtin_shufflevector(" + a + ", " + a;
+    for (unsigned i = 2; i <= nElts << (int)quad; i += 2)
+      for (unsigned j = 0; j != 2; ++j)
+        s += ", " + utostr(i - j - 1);
+    s += ")";
+    break;
+  case OpRev32:
+    nElts >>= 1;
+    s += "__builtin_shufflevector(" + a + ", " + a;
+    for (unsigned i = nElts; i <= nElts << (1 + (int)quad); i += nElts)
+      for (unsigned j = 0; j != nElts; ++j)
+        s += ", " + utostr(i - j - 1);
+    s += ")";
+    break;
+  case OpRev64:
+    s += "__builtin_shufflevector(" + a + ", " + a;
+    for (unsigned i = nElts; i <= nElts << (int)quad; i += nElts)
+      for (unsigned j = 0; j != nElts; ++j)
+        s += ", " + utostr(i - j - 1);
+    s += ")";
     break;
   default:
     throw "unknown OpKind!";
@@ -613,6 +685,19 @@ static unsigned GetNeonEnum(const std::string &proto, StringRef typestr) {
 static std::string GenBuiltin(const std::string &name, const std::string &proto,
                               StringRef typestr, ClassKind ck,
                               bool structTypes = true) {
+  bool dummy, quad = false;
+  char type = ClassifyType(typestr, quad, dummy, dummy);
+  unsigned nElts = 0;
+  switch (type) {
+    case 'c': nElts = 8; break;
+    case 's': nElts = 4; break;
+    case 'i': nElts = 2; break;
+    case 'l': nElts = 1; break;
+    case 'h': nElts = 4; break;
+    case 'f': nElts = 2; break;
+  }
+  if (quad) nElts <<= 1;
+
   char arg = 'a';
   std::string s;
 
@@ -647,19 +732,29 @@ static std::string GenBuiltin(const std::string &name, const std::string &proto,
       
       s += " = ";
     }
-  }    
+  }
+  
+  bool splat = proto.find('a') != std::string::npos;
   
   s += "__builtin_neon_";
-  s += MangleName(name, typestr, ck);
+  if (splat) {
+    std::string vname(name, 0, name.size()-2);
+    s += MangleName(vname, typestr, ck);
+  } else {
+    s += MangleName(name, typestr, ck);
+  }
   s += "(";
   
   for (unsigned i = 1, e = proto.size(); i != e; ++i, ++arg) {
+    std::string args = std::string(&arg, 1);
+    if (define)
+      args = "(" + args + ")";
+    
     // Handle multiple-vector values specially, emitting each subvector as an
     // argument to the __builtin.
     if (structTypes && (proto[i] == '2' || proto[i] == '3' || proto[i] == '4')){
       for (unsigned vi = 0, ve = proto[i] - '0'; vi != ve; ++vi) {
-        s.push_back(arg);
-        s += ".val[" + utostr(vi) + "]";
+        s += args + ".val[" + utostr(vi) + "]";
         if ((vi + 1) < ve)
           s += ", ";
       }
@@ -669,15 +764,13 @@ static std::string GenBuiltin(const std::string &name, const std::string &proto,
       continue;
     }
     
-    // Parenthesize the args from the macro.
-    if (define)
-      s.push_back('(');
-    s.push_back(arg);
-    if (define)
-      s.push_back(')');
+    if (splat && (i + 1) == e) 
+      s += Duplicate(nElts, typestr, args);
+    else
+      s += args;
     
     if (structTypes && proto[i] != 's' && proto[i] != 'i' && proto[i] != 'l' &&
-        proto[i] != 'p' && proto[i] != 'c') {
+        proto[i] != 'p' && proto[i] != 'c' && proto[i] != 'a') {
       s += ".val";
     }
     if ((i + 1) < e)
@@ -732,6 +825,8 @@ static std::string GenBuiltinDef(const std::string &name,
   return s;
 }
 
+/// run - Read the records in arm_neon.td and output arm_neon.h.  arm_neon.h
+/// is comprised of type definitions and function declarations.
 void NeonEmitter::run(raw_ostream &OS) {
   EmitSourceFileHeader("ARM NEON Header", OS);
   
@@ -747,8 +842,6 @@ void NeonEmitter::run(raw_ostream &OS) {
   OS << "#include <stdint.h>\n\n";
 
   // Emit NEON-specific scalar typedefs.
-  // FIXME: probably need to do something better for polynomial types.
-  // FIXME: is this the correct thing to do for float16?
   OS << "typedef float float32_t;\n";
   OS << "typedef uint8_t poly8_t;\n";
   OS << "typedef uint16_t poly16_t;\n";
@@ -853,31 +946,66 @@ void NeonEmitter::run(raw_ostream &OS) {
   OS << "#endif /* __ARM_NEON_H */\n";
 }
 
+static unsigned RangeFromType(StringRef typestr) {
+  // base type to get the type string for.
+  bool quad = false, dummy = false;
+  char type = ClassifyType(typestr, quad, dummy, dummy);
+  
+  switch (type) {
+    case 'c':
+      return (8 << (int)quad) - 1;
+    case 'h':
+    case 's':
+      return (4 << (int)quad) - 1;
+    case 'f':
+    case 'i':
+      return (2 << (int)quad) - 1;
+    case 'l':
+      return (1 << (int)quad) - 1;
+    default:
+      throw "unhandled type!";
+      break;
+  }
+}
+
+/// runHeader - Emit a file with sections defining:
+/// 1. the NEON section of BuiltinsARM.def.
+/// 2. the SemaChecking code for the type overload checking.
+/// 3. the SemaChecking code for validation of intrinsic immedate arguments.
 void NeonEmitter::runHeader(raw_ostream &OS) {
   std::vector<Record*> RV = Records.getAllDerivedDefinitions("Inst");
 
   StringMap<OpKind> EmittedMap;
   
+  // Generate BuiltinsARM.def for NEON
+  OS << "#ifdef GET_NEON_BUILTINS\n";
   for (unsigned i = 0, e = RV.size(); i != e; ++i) {
     Record *R = RV[i];
-
     OpKind k = OpMap[R->getValueAsDef("Operand")->getName()];
     if (k != OpNone)
       continue;
-    
-    std::string name = LowercaseString(R->getName());
+
     std::string Proto = R->getValueAsString("Prototype");
+    
+    // Functions with 'a' (the splat code) in the type prototype should not get
+    // their own builtin as they use the non-splat variant.
+    if (Proto.find('a') != std::string::npos)
+      continue;
+    
     std::string Types = R->getValueAsString("Types");
-
     SmallVector<StringRef, 16> TypeVec;
     ParseTypes(R, Types, TypeVec);
-
+    
     if (R->getSuperClasses().size() < 2)
       throw TGError(R->getLoc(), "Builtin has no class kind");
     
+    std::string name = LowercaseString(R->getName());
     ClassKind ck = ClassMap[R->getSuperClasses()[1]];
     
     for (unsigned ti = 0, te = TypeVec.size(); ti != te; ++ti) {
+      // Generate the BuiltinsARM.def declaration for this builtin, ensuring
+      // that each unique BUILTIN() macro appears only once in the output
+      // stream.
       std::string bd = GenBuiltinDef(name, Proto, TypeVec[ti], ck);
       if (EmittedMap.count(bd))
         continue;
@@ -886,4 +1014,130 @@ void NeonEmitter::runHeader(raw_ostream &OS) {
       OS << bd << "\n";
     }
   }
+  OS << "#endif\n\n";
+  
+  // Generate the overloaded type checking code for SemaChecking.cpp
+  OS << "#ifdef GET_NEON_OVERLOAD_CHECK\n";
+  for (unsigned i = 0, e = RV.size(); i != e; ++i) {
+    Record *R = RV[i];
+    OpKind k = OpMap[R->getValueAsDef("Operand")->getName()];
+    if (k != OpNone)
+      continue;
+    
+    std::string Proto = R->getValueAsString("Prototype");
+    std::string Types = R->getValueAsString("Types");
+    std::string name = LowercaseString(R->getName());
+    
+    // Functions with 'a' (the splat code) in the type prototype should not get
+    // their own builtin as they use the non-splat variant.
+    if (Proto.find('a') != std::string::npos)
+      continue;
+    
+    // Functions which have a scalar argument cannot be overloaded, no need to
+    // check them if we are emitting the type checking code.
+    if (Proto.find('s') != std::string::npos)
+      continue;
+    
+    SmallVector<StringRef, 16> TypeVec;
+    ParseTypes(R, Types, TypeVec);
+    
+    if (R->getSuperClasses().size() < 2)
+      throw TGError(R->getLoc(), "Builtin has no class kind");
+    
+    int si = -1, qi = -1;
+    unsigned mask = 0, qmask = 0;
+    for (unsigned ti = 0, te = TypeVec.size(); ti != te; ++ti) {
+      // Generate the switch case(s) for this builtin for the type validation.
+      bool quad = false, poly = false, usgn = false;
+      (void) ClassifyType(TypeVec[ti], quad, poly, usgn);
+      
+      if (quad) {
+        qi = ti;
+        qmask |= 1 << GetNeonEnum(Proto, TypeVec[ti]);
+      } else {
+        si = ti;
+        mask |= 1 << GetNeonEnum(Proto, TypeVec[ti]);
+      }
+    }
+    if (mask)
+      OS << "case ARM::BI__builtin_neon_" 
+      << MangleName(name, TypeVec[si], ClassB)
+      << ": mask = " << "0x" << utohexstr(mask) << "; break;\n";
+    if (qmask)
+      OS << "case ARM::BI__builtin_neon_" 
+      << MangleName(name, TypeVec[qi], ClassB)
+      << ": mask = " << "0x" << utohexstr(qmask) << "; break;\n";
+  }
+  OS << "#endif\n\n";
+  
+  // Generate the intrinsic range checking code for shift/lane immediates.
+  OS << "#ifdef GET_NEON_IMMEDIATE_CHECK\n";
+  for (unsigned i = 0, e = RV.size(); i != e; ++i) {
+    Record *R = RV[i];
+    
+    OpKind k = OpMap[R->getValueAsDef("Operand")->getName()];
+    if (k != OpNone)
+      continue;
+    
+    std::string name = LowercaseString(R->getName());
+    std::string Proto = R->getValueAsString("Prototype");
+    std::string Types = R->getValueAsString("Types");
+    
+    // Functions with 'a' (the splat code) in the type prototype should not get
+    // their own builtin as they use the non-splat variant.
+    if (Proto.find('a') != std::string::npos)
+      continue;
+    
+    // Functions which do not have an immediate do not need to have range
+    // checking code emitted.
+    if (Proto.find('i') == std::string::npos)
+      continue;
+    
+    SmallVector<StringRef, 16> TypeVec;
+    ParseTypes(R, Types, TypeVec);
+    
+    if (R->getSuperClasses().size() < 2)
+      throw TGError(R->getLoc(), "Builtin has no class kind");
+    
+    ClassKind ck = ClassMap[R->getSuperClasses()[1]];
+    
+    for (unsigned ti = 0, te = TypeVec.size(); ti != te; ++ti) {
+      std::string namestr, shiftstr, rangestr;
+      
+      // Builtins which are overloaded by type will need to have their upper
+      // bound computed at Sema time based on the type constant.
+      if (Proto.find('s') == std::string::npos) {
+        ck = ClassB;
+        if (R->getValueAsBit("isShift")) {
+          shiftstr = ", true";
+          
+          // Right shifts have an 'r' in the name, left shifts do not.
+          if (name.find('r') != std::string::npos)
+            rangestr = "l = 1; ";
+        }
+        rangestr += "u = RFT(TV" + shiftstr + ")";
+      } else {
+        rangestr = "u = " + utostr(RangeFromType(TypeVec[ti]));
+      }
+      // Make sure cases appear only once.
+      namestr = MangleName(name, TypeVec[ti], ck);
+      if (EmittedMap.count(namestr))
+        continue;
+      EmittedMap[namestr] = OpNone;
+      
+      unsigned immidx = 0;
+      for (unsigned ii = 1, ie = Proto.size(); ii != ie; ++ii) {
+        switch (Proto[ii]) {
+          default:  immidx += 1; break;
+          case '2': immidx += 2; break;
+          case '3': immidx += 3; break;
+          case '4': immidx += 4; break;
+          case 'i': ie = ii + 1; break;
+        }
+      }
+      OS << "case ARM::BI__builtin_neon_"  << MangleName(name, TypeVec[ti], ck)
+         << ": i = " << immidx << "; " << rangestr << "; break;\n";
+    }
+  }
+  OS << "#endif\n\n";
 }