]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/releng/10.0.git/blob - contrib/llvm/lib/Target/ARM/Thumb2SizeReduction.cpp
- Copy stable/10 (r259064) to releng/10.0 as part of the
[FreeBSD/releng/10.0.git] / contrib / llvm / lib / Target / ARM / Thumb2SizeReduction.cpp
1 //===-- Thumb2SizeReduction.cpp - Thumb2 code size reduction pass -*- C++ -*-=//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9
10 #define DEBUG_TYPE "t2-reduce-size"
11 #include "ARM.h"
12 #include "ARMBaseInstrInfo.h"
13 #include "ARMBaseRegisterInfo.h"
14 #include "ARMSubtarget.h"
15 #include "MCTargetDesc/ARMAddressingModes.h"
16 #include "Thumb2InstrInfo.h"
17 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
18 #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
19 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
20 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
21 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
22 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
23 #include "llvm/IR/Function.h"        // To access Function attributes
24 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
25 #include "llvm/Support/Debug.h"
26 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
27 using namespace llvm;
28
29 STATISTIC(NumNarrows,  "Number of 32-bit instrs reduced to 16-bit ones");
30 STATISTIC(Num2Addrs,   "Number of 32-bit instrs reduced to 2addr 16-bit ones");
31 STATISTIC(NumLdSts,    "Number of 32-bit load / store reduced to 16-bit ones");
32
33 static cl::opt<int> ReduceLimit("t2-reduce-limit",
34                                 cl::init(-1), cl::Hidden);
35 static cl::opt<int> ReduceLimit2Addr("t2-reduce-limit2",
36                                      cl::init(-1), cl::Hidden);
37 static cl::opt<int> ReduceLimitLdSt("t2-reduce-limit3",
38                                      cl::init(-1), cl::Hidden);
39
40 namespace {
41   /// ReduceTable - A static table with information on mapping from wide
42   /// opcodes to narrow
43   struct ReduceEntry {
44     uint16_t WideOpc;      // Wide opcode
45     uint16_t NarrowOpc1;   // Narrow opcode to transform to
46     uint16_t NarrowOpc2;   // Narrow opcode when it's two-address
47     uint8_t  Imm1Limit;    // Limit of immediate field (bits)
48     uint8_t  Imm2Limit;    // Limit of immediate field when it's two-address
49     unsigned LowRegs1 : 1; // Only possible if low-registers are used
50     unsigned LowRegs2 : 1; // Only possible if low-registers are used (2addr)
51     unsigned PredCC1  : 2; // 0 - If predicated, cc is on and vice versa.
52                            // 1 - No cc field.
53                            // 2 - Always set CPSR.
54     unsigned PredCC2  : 2;
55     unsigned PartFlag : 1; // 16-bit instruction does partial flag update
56     unsigned Special  : 1; // Needs to be dealt with specially
57     unsigned AvoidMovs: 1; // Avoid movs with shifter operand (for Swift)
58   };
59
60   static const ReduceEntry ReduceTable[] = {
61   // Wide,        Narrow1,      Narrow2,     imm1,imm2, lo1, lo2, P/C,PF,S,AM
62   { ARM::t2ADCrr, 0,            ARM::tADC,     0,   0,   0,   1,  0,0, 0,0,0 },
63   { ARM::t2ADDri, ARM::tADDi3,  ARM::tADDi8,   3,   8,   1,   1,  0,0, 0,1,0 },
64   { ARM::t2ADDrr, ARM::tADDrr,  ARM::tADDhirr, 0,   0,   1,   0,  0,1, 0,0,0 },
65   { ARM::t2ADDSri,ARM::tADDi3,  ARM::tADDi8,   3,   8,   1,   1,  2,2, 0,1,0 },
66   { ARM::t2ADDSrr,ARM::tADDrr,  0,             0,   0,   1,   0,  2,0, 0,1,0 },
67   { ARM::t2ANDrr, 0,            ARM::tAND,     0,   0,   0,   1,  0,0, 1,0,0 },
68   { ARM::t2ASRri, ARM::tASRri,  0,             5,   0,   1,   0,  0,0, 1,0,1 },
69   { ARM::t2ASRrr, 0,            ARM::tASRrr,   0,   0,   0,   1,  0,0, 1,0,1 },
70   { ARM::t2BICrr, 0,            ARM::tBIC,     0,   0,   0,   1,  0,0, 1,0,0 },
71   //FIXME: Disable CMN, as CCodes are backwards from compare expectations
72   //{ ARM::t2CMNrr, ARM::tCMN,  0,             0,   0,   1,   0,  2,0, 0,0,0 },
73   { ARM::t2CMNzrr, ARM::tCMNz,  0,             0,   0,   1,   0,  2,0, 0,0,0 },
74   { ARM::t2CMPri, ARM::tCMPi8,  0,             8,   0,   1,   0,  2,0, 0,0,0 },
75   { ARM::t2CMPrr, ARM::tCMPhir, 0,             0,   0,   0,   0,  2,0, 0,1,0 },
76   { ARM::t2EORrr, 0,            ARM::tEOR,     0,   0,   0,   1,  0,0, 1,0,0 },
77   // FIXME: adr.n immediate offset must be multiple of 4.
78   //{ ARM::t2LEApcrelJT,ARM::tLEApcrelJT, 0,   0,   0,   1,   0,  1,0, 0,0,0 },
79   { ARM::t2LSLri, ARM::tLSLri,  0,             5,   0,   1,   0,  0,0, 1,0,1 },
80   { ARM::t2LSLrr, 0,            ARM::tLSLrr,   0,   0,   0,   1,  0,0, 1,0,1 },
81   { ARM::t2LSRri, ARM::tLSRri,  0,             5,   0,   1,   0,  0,0, 1,0,1 },
82   { ARM::t2LSRrr, 0,            ARM::tLSRrr,   0,   0,   0,   1,  0,0, 1,0,1 },
83   { ARM::t2MOVi,  ARM::tMOVi8,  0,             8,   0,   1,   0,  0,0, 1,0,0 },
84   { ARM::t2MOVi16,ARM::tMOVi8,  0,             8,   0,   1,   0,  0,0, 1,1,0 },
85   // FIXME: Do we need the 16-bit 'S' variant?
86   { ARM::t2MOVr,ARM::tMOVr,     0,             0,   0,   0,   0,  1,0, 0,0,0 },
87   { ARM::t2MUL,   0,            ARM::tMUL,     0,   0,   0,   1,  0,0, 1,0,0 },
88   { ARM::t2MVNr,  ARM::tMVN,    0,             0,   0,   1,   0,  0,0, 0,0,0 },
89   { ARM::t2ORRrr, 0,            ARM::tORR,     0,   0,   0,   1,  0,0, 1,0,0 },
90   { ARM::t2REV,   ARM::tREV,    0,             0,   0,   1,   0,  1,0, 0,0,0 },
91   { ARM::t2REV16, ARM::tREV16,  0,             0,   0,   1,   0,  1,0, 0,0,0 },
92   { ARM::t2REVSH, ARM::tREVSH,  0,             0,   0,   1,   0,  1,0, 0,0,0 },
93   { ARM::t2RORrr, 0,            ARM::tROR,     0,   0,   0,   1,  0,0, 1,0,0 },
94   { ARM::t2RSBri, ARM::tRSB,    0,             0,   0,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
95   { ARM::t2RSBSri,ARM::tRSB,    0,             0,   0,   1,   0,  2,0, 0,1,0 },
96   { ARM::t2SBCrr, 0,            ARM::tSBC,     0,   0,   0,   1,  0,0, 0,0,0 },
97   { ARM::t2SUBri, ARM::tSUBi3,  ARM::tSUBi8,   3,   8,   1,   1,  0,0, 0,0,0 },
98   { ARM::t2SUBrr, ARM::tSUBrr,  0,             0,   0,   1,   0,  0,0, 0,0,0 },
99   { ARM::t2SUBSri,ARM::tSUBi3,  ARM::tSUBi8,   3,   8,   1,   1,  2,2, 0,0,0 },
100   { ARM::t2SUBSrr,ARM::tSUBrr,  0,             0,   0,   1,   0,  2,0, 0,0,0 },
101   { ARM::t2SXTB,  ARM::tSXTB,   0,             0,   0,   1,   0,  1,0, 0,1,0 },
102   { ARM::t2SXTH,  ARM::tSXTH,   0,             0,   0,   1,   0,  1,0, 0,1,0 },
103   { ARM::t2TSTrr, ARM::tTST,    0,             0,   0,   1,   0,  2,0, 0,0,0 },
104   { ARM::t2UXTB,  ARM::tUXTB,   0,             0,   0,   1,   0,  1,0, 0,1,0 },
105   { ARM::t2UXTH,  ARM::tUXTH,   0,             0,   0,   1,   0,  1,0, 0,1,0 },
106
107   // FIXME: Clean this up after splitting each Thumb load / store opcode
108   // into multiple ones.
109   { ARM::t2LDRi12,ARM::tLDRi,   ARM::tLDRspi,  5,   8,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
110   { ARM::t2LDRs,  ARM::tLDRr,   0,             0,   0,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
111   { ARM::t2LDRBi12,ARM::tLDRBi, 0,             5,   0,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
112   { ARM::t2LDRBs, ARM::tLDRBr,  0,             0,   0,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
113   { ARM::t2LDRHi12,ARM::tLDRHi, 0,             5,   0,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
114   { ARM::t2LDRHs, ARM::tLDRHr,  0,             0,   0,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
115   { ARM::t2LDRSBs,ARM::tLDRSB,  0,             0,   0,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
116   { ARM::t2LDRSHs,ARM::tLDRSH,  0,             0,   0,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
117   { ARM::t2STRi12,ARM::tSTRi,   ARM::tSTRspi,  5,   8,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
118   { ARM::t2STRs,  ARM::tSTRr,   0,             0,   0,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
119   { ARM::t2STRBi12,ARM::tSTRBi, 0,             5,   0,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
120   { ARM::t2STRBs, ARM::tSTRBr,  0,             0,   0,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
121   { ARM::t2STRHi12,ARM::tSTRHi, 0,             5,   0,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
122   { ARM::t2STRHs, ARM::tSTRHr,  0,             0,   0,   1,   0,  0,0, 0,1,0 },
123
124   { ARM::t2LDMIA, ARM::tLDMIA,  0,             0,   0,   1,   1,  1,1, 0,1,0 },
125   { ARM::t2LDMIA_RET,0,         ARM::tPOP_RET, 0,   0,   1,   1,  1,1, 0,1,0 },
126   { ARM::t2LDMIA_UPD,ARM::tLDMIA_UPD,ARM::tPOP,0,   0,   1,   1,  1,1, 0,1,0 },
127   // ARM::t2STM (with no basereg writeback) has no Thumb1 equivalent
128   { ARM::t2STMIA_UPD,ARM::tSTMIA_UPD, 0,       0,   0,   1,   1,  1,1, 0,1,0 },
129   { ARM::t2STMDB_UPD, 0,        ARM::tPUSH,    0,   0,   1,   1,  1,1, 0,1,0 }
130   };
131
132   class Thumb2SizeReduce : public MachineFunctionPass {
133   public:
134     static char ID;
135     Thumb2SizeReduce();
136
137     const Thumb2InstrInfo *TII;
138     const ARMSubtarget *STI;
139
140     virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
141
142     virtual const char *getPassName() const {
143       return "Thumb2 instruction size reduction pass";
144     }
145
146   private:
147     /// ReduceOpcodeMap - Maps wide opcode to index of entry in ReduceTable.
148     DenseMap<unsigned, unsigned> ReduceOpcodeMap;
149
150     bool canAddPseudoFlagDep(MachineInstr *Use, bool IsSelfLoop);
151
152     bool VerifyPredAndCC(MachineInstr *MI, const ReduceEntry &Entry,
153                          bool is2Addr, ARMCC::CondCodes Pred,
154                          bool LiveCPSR, bool &HasCC, bool &CCDead);
155
156     bool ReduceLoadStore(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
157                          const ReduceEntry &Entry);
158
159     bool ReduceSpecial(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
160                        const ReduceEntry &Entry, bool LiveCPSR, bool IsSelfLoop);
161
162     /// ReduceTo2Addr - Reduce a 32-bit instruction to a 16-bit two-address
163     /// instruction.
164     bool ReduceTo2Addr(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
165                        const ReduceEntry &Entry, bool LiveCPSR,
166                        bool IsSelfLoop);
167
168     /// ReduceToNarrow - Reduce a 32-bit instruction to a 16-bit
169     /// non-two-address instruction.
170     bool ReduceToNarrow(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
171                         const ReduceEntry &Entry, bool LiveCPSR,
172                         bool IsSelfLoop);
173
174     /// ReduceMI - Attempt to reduce MI, return true on success.
175     bool ReduceMI(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
176                   bool LiveCPSR, bool IsSelfLoop);
177
178     /// ReduceMBB - Reduce width of instructions in the specified basic block.
179     bool ReduceMBB(MachineBasicBlock &MBB);
180
181     bool OptimizeSize;
182     bool MinimizeSize;
183
184     // Last instruction to define CPSR in the current block.
185     MachineInstr *CPSRDef;
186     // Was CPSR last defined by a high latency instruction?
187     // When CPSRDef is null, this refers to CPSR defs in predecessors.
188     bool HighLatencyCPSR;
189
190     struct MBBInfo {
191       // The flags leaving this block have high latency.
192       bool HighLatencyCPSR;
193       // Has this block been visited yet?
194       bool Visited;
195
196       MBBInfo() : HighLatencyCPSR(false), Visited(false) {}
197     };
198
199     SmallVector<MBBInfo, 8> BlockInfo;
200   };
201   char Thumb2SizeReduce::ID = 0;
202 }
203
204 Thumb2SizeReduce::Thumb2SizeReduce() : MachineFunctionPass(ID) {
205   OptimizeSize = MinimizeSize = false;
206   for (unsigned i = 0, e = array_lengthof(ReduceTable); i != e; ++i) {
207     unsigned FromOpc = ReduceTable[i].WideOpc;
208     if (!ReduceOpcodeMap.insert(std::make_pair(FromOpc, i)).second)
209       assert(false && "Duplicated entries?");
210   }
211 }
212
213 static bool HasImplicitCPSRDef(const MCInstrDesc &MCID) {
214   for (const uint16_t *Regs = MCID.getImplicitDefs(); *Regs; ++Regs)
215     if (*Regs == ARM::CPSR)
216       return true;
217   return false;
218 }
219
220 // Check for a likely high-latency flag def.
221 static bool isHighLatencyCPSR(MachineInstr *Def) {
222   switch(Def->getOpcode()) {
223   case ARM::FMSTAT:
224   case ARM::tMUL:
225     return true;
226   }
227   return false;
228 }
229
230 /// canAddPseudoFlagDep - For A9 (and other out-of-order) implementations,
231 /// the 's' 16-bit instruction partially update CPSR. Abort the
232 /// transformation to avoid adding false dependency on last CPSR setting
233 /// instruction which hurts the ability for out-of-order execution engine
234 /// to do register renaming magic.
235 /// This function checks if there is a read-of-write dependency between the
236 /// last instruction that defines the CPSR and the current instruction. If there
237 /// is, then there is no harm done since the instruction cannot be retired
238 /// before the CPSR setting instruction anyway.
239 /// Note, we are not doing full dependency analysis here for the sake of compile
240 /// time. We're not looking for cases like:
241 /// r0 = muls ...
242 /// r1 = add.w r0, ...
243 /// ...
244 ///    = mul.w r1
245 /// In this case it would have been ok to narrow the mul.w to muls since there
246 /// are indirect RAW dependency between the muls and the mul.w
247 bool
248 Thumb2SizeReduce::canAddPseudoFlagDep(MachineInstr *Use, bool FirstInSelfLoop) {
249   // Disable the check for -Oz (aka OptimizeForSizeHarder).
250   if (MinimizeSize || !STI->avoidCPSRPartialUpdate())
251     return false;
252
253   if (!CPSRDef)
254     // If this BB loops back to itself, conservatively avoid narrowing the
255     // first instruction that does partial flag update.
256     return HighLatencyCPSR || FirstInSelfLoop;
257
258   SmallSet<unsigned, 2> Defs;
259   for (unsigned i = 0, e = CPSRDef->getNumOperands(); i != e; ++i) {
260     const MachineOperand &MO = CPSRDef->getOperand(i);
261     if (!MO.isReg() || MO.isUndef() || MO.isUse())
262       continue;
263     unsigned Reg = MO.getReg();
264     if (Reg == 0 || Reg == ARM::CPSR)
265       continue;
266     Defs.insert(Reg);
267   }
268
269   for (unsigned i = 0, e = Use->getNumOperands(); i != e; ++i) {
270     const MachineOperand &MO = Use->getOperand(i);
271     if (!MO.isReg() || MO.isUndef() || MO.isDef())
272       continue;
273     unsigned Reg = MO.getReg();
274     if (Defs.count(Reg))
275       return false;
276   }
277
278   // If the current CPSR has high latency, try to avoid the false dependency.
279   if (HighLatencyCPSR)
280     return true;
281
282   // tMOVi8 usually doesn't start long dependency chains, and there are a lot
283   // of them, so always shrink them when CPSR doesn't have high latency.
284   if (Use->getOpcode() == ARM::t2MOVi ||
285       Use->getOpcode() == ARM::t2MOVi16)
286     return false;
287
288   // No read-after-write dependency. The narrowing will add false dependency.
289   return true;
290 }
291
292 bool
293 Thumb2SizeReduce::VerifyPredAndCC(MachineInstr *MI, const ReduceEntry &Entry,
294                                   bool is2Addr, ARMCC::CondCodes Pred,
295                                   bool LiveCPSR, bool &HasCC, bool &CCDead) {
296   if ((is2Addr  && Entry.PredCC2 == 0) ||
297       (!is2Addr && Entry.PredCC1 == 0)) {
298     if (Pred == ARMCC::AL) {
299       // Not predicated, must set CPSR.
300       if (!HasCC) {
301         // Original instruction was not setting CPSR, but CPSR is not
302         // currently live anyway. It's ok to set it. The CPSR def is
303         // dead though.
304         if (!LiveCPSR) {
305           HasCC = true;
306           CCDead = true;
307           return true;
308         }
309         return false;
310       }
311     } else {
312       // Predicated, must not set CPSR.
313       if (HasCC)
314         return false;
315     }
316   } else if ((is2Addr  && Entry.PredCC2 == 2) ||
317              (!is2Addr && Entry.PredCC1 == 2)) {
318     /// Old opcode has an optional def of CPSR.
319     if (HasCC)
320       return true;
321     // If old opcode does not implicitly define CPSR, then it's not ok since
322     // these new opcodes' CPSR def is not meant to be thrown away. e.g. CMP.
323     if (!HasImplicitCPSRDef(MI->getDesc()))
324       return false;
325     HasCC = true;
326   } else {
327     // 16-bit instruction does not set CPSR.
328     if (HasCC)
329       return false;
330   }
331
332   return true;
333 }
334
335 static bool VerifyLowRegs(MachineInstr *MI) {
336   unsigned Opc = MI->getOpcode();
337   bool isPCOk = (Opc == ARM::t2LDMIA_RET || Opc == ARM::t2LDMIA     ||
338                  Opc == ARM::t2LDMDB     || Opc == ARM::t2LDMIA_UPD ||
339                  Opc == ARM::t2LDMDB_UPD);
340   bool isLROk = (Opc == ARM::t2STMIA_UPD || Opc == ARM::t2STMDB_UPD);
341   bool isSPOk = isPCOk || isLROk;
342   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
343     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
344     if (!MO.isReg() || MO.isImplicit())
345       continue;
346     unsigned Reg = MO.getReg();
347     if (Reg == 0 || Reg == ARM::CPSR)
348       continue;
349     if (isPCOk && Reg == ARM::PC)
350       continue;
351     if (isLROk && Reg == ARM::LR)
352       continue;
353     if (Reg == ARM::SP) {
354       if (isSPOk)
355         continue;
356       if (i == 1 && (Opc == ARM::t2LDRi12 || Opc == ARM::t2STRi12))
357         // Special case for these ldr / str with sp as base register.
358         continue;
359     }
360     if (!isARMLowRegister(Reg))
361       return false;
362   }
363   return true;
364 }
365
366 bool
367 Thumb2SizeReduce::ReduceLoadStore(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
368                                   const ReduceEntry &Entry) {
369   if (ReduceLimitLdSt != -1 && ((int)NumLdSts >= ReduceLimitLdSt))
370     return false;
371
372   unsigned Scale = 1;
373   bool HasImmOffset = false;
374   bool HasShift = false;
375   bool HasOffReg = true;
376   bool isLdStMul = false;
377   unsigned Opc = Entry.NarrowOpc1;
378   unsigned OpNum = 3; // First 'rest' of operands.
379   uint8_t  ImmLimit = Entry.Imm1Limit;
380
381   switch (Entry.WideOpc) {
382   default:
383     llvm_unreachable("Unexpected Thumb2 load / store opcode!");
384   case ARM::t2LDRi12:
385   case ARM::t2STRi12:
386     if (MI->getOperand(1).getReg() == ARM::SP) {
387       Opc = Entry.NarrowOpc2;
388       ImmLimit = Entry.Imm2Limit;
389       HasOffReg = false;
390     }
391
392     Scale = 4;
393     HasImmOffset = true;
394     HasOffReg = false;
395     break;
396   case ARM::t2LDRBi12:
397   case ARM::t2STRBi12:
398     HasImmOffset = true;
399     HasOffReg = false;
400     break;
401   case ARM::t2LDRHi12:
402   case ARM::t2STRHi12:
403     Scale = 2;
404     HasImmOffset = true;
405     HasOffReg = false;
406     break;
407   case ARM::t2LDRs:
408   case ARM::t2LDRBs:
409   case ARM::t2LDRHs:
410   case ARM::t2LDRSBs:
411   case ARM::t2LDRSHs:
412   case ARM::t2STRs:
413   case ARM::t2STRBs:
414   case ARM::t2STRHs:
415     HasShift = true;
416     OpNum = 4;
417     break;
418   case ARM::t2LDMIA:
419   case ARM::t2LDMDB: {
420     unsigned BaseReg = MI->getOperand(0).getReg();
421     if (!isARMLowRegister(BaseReg) || Entry.WideOpc != ARM::t2LDMIA)
422       return false;
423
424     // For the non-writeback version (this one), the base register must be
425     // one of the registers being loaded.
426     bool isOK = false;
427     for (unsigned i = 4; i < MI->getNumOperands(); ++i) {
428       if (MI->getOperand(i).getReg() == BaseReg) {
429         isOK = true;
430         break;
431       }
432     }
433
434     if (!isOK)
435       return false;
436
437     OpNum = 0;
438     isLdStMul = true;
439     break;
440   }
441   case ARM::t2LDMIA_RET: {
442     unsigned BaseReg = MI->getOperand(1).getReg();
443     if (BaseReg != ARM::SP)
444       return false;
445     Opc = Entry.NarrowOpc2; // tPOP_RET
446     OpNum = 2;
447     isLdStMul = true;
448     break;
449   }
450   case ARM::t2LDMIA_UPD:
451   case ARM::t2LDMDB_UPD:
452   case ARM::t2STMIA_UPD:
453   case ARM::t2STMDB_UPD: {
454     OpNum = 0;
455
456     unsigned BaseReg = MI->getOperand(1).getReg();
457     if (BaseReg == ARM::SP &&
458         (Entry.WideOpc == ARM::t2LDMIA_UPD ||
459          Entry.WideOpc == ARM::t2STMDB_UPD)) {
460       Opc = Entry.NarrowOpc2; // tPOP or tPUSH
461       OpNum = 2;
462     } else if (!isARMLowRegister(BaseReg) ||
463                (Entry.WideOpc != ARM::t2LDMIA_UPD &&
464                 Entry.WideOpc != ARM::t2STMIA_UPD)) {
465       return false;
466     }
467
468     isLdStMul = true;
469     break;
470   }
471   }
472
473   unsigned OffsetReg = 0;
474   bool OffsetKill = false;
475   if (HasShift) {
476     OffsetReg  = MI->getOperand(2).getReg();
477     OffsetKill = MI->getOperand(2).isKill();
478
479     if (MI->getOperand(3).getImm())
480       // Thumb1 addressing mode doesn't support shift.
481       return false;
482   }
483
484   unsigned OffsetImm = 0;
485   if (HasImmOffset) {
486     OffsetImm = MI->getOperand(2).getImm();
487     unsigned MaxOffset = ((1 << ImmLimit) - 1) * Scale;
488
489     if ((OffsetImm & (Scale - 1)) || OffsetImm > MaxOffset)
490       // Make sure the immediate field fits.
491       return false;
492   }
493
494   // Add the 16-bit load / store instruction.
495   DebugLoc dl = MI->getDebugLoc();
496   MachineInstrBuilder MIB = BuildMI(MBB, MI, dl, TII->get(Opc));
497   if (!isLdStMul) {
498     MIB.addOperand(MI->getOperand(0));
499     MIB.addOperand(MI->getOperand(1));
500
501     if (HasImmOffset)
502       MIB.addImm(OffsetImm / Scale);
503
504     assert((!HasShift || OffsetReg) && "Invalid so_reg load / store address!");
505
506     if (HasOffReg)
507       MIB.addReg(OffsetReg, getKillRegState(OffsetKill));
508   }
509
510   // Transfer the rest of operands.
511   for (unsigned e = MI->getNumOperands(); OpNum != e; ++OpNum)
512     MIB.addOperand(MI->getOperand(OpNum));
513
514   // Transfer memoperands.
515   MIB->setMemRefs(MI->memoperands_begin(), MI->memoperands_end());
516
517   // Transfer MI flags.
518   MIB.setMIFlags(MI->getFlags());
519
520   DEBUG(errs() << "Converted 32-bit: " << *MI << "       to 16-bit: " << *MIB);
521
522   MBB.erase_instr(MI);
523   ++NumLdSts;
524   return true;
525 }
526
527 bool
528 Thumb2SizeReduce::ReduceSpecial(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
529                                 const ReduceEntry &Entry,
530                                 bool LiveCPSR, bool IsSelfLoop) {
531   unsigned Opc = MI->getOpcode();
532   if (Opc == ARM::t2ADDri) {
533     // If the source register is SP, try to reduce to tADDrSPi, otherwise
534     // it's a normal reduce.
535     if (MI->getOperand(1).getReg() != ARM::SP) {
536       if (ReduceTo2Addr(MBB, MI, Entry, LiveCPSR, IsSelfLoop))
537         return true;
538       return ReduceToNarrow(MBB, MI, Entry, LiveCPSR, IsSelfLoop);
539     }
540     // Try to reduce to tADDrSPi.
541     unsigned Imm = MI->getOperand(2).getImm();
542     // The immediate must be in range, the destination register must be a low
543     // reg, the predicate must be "always" and the condition flags must not
544     // be being set.
545     if (Imm & 3 || Imm > 1020)
546       return false;
547     if (!isARMLowRegister(MI->getOperand(0).getReg()))
548       return false;
549     if (MI->getOperand(3).getImm() != ARMCC::AL)
550       return false;
551     const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
552     if (MCID.hasOptionalDef() &&
553         MI->getOperand(MCID.getNumOperands()-1).getReg() == ARM::CPSR)
554       return false;
555
556     MachineInstrBuilder MIB = BuildMI(MBB, MI, MI->getDebugLoc(),
557                                       TII->get(ARM::tADDrSPi))
558       .addOperand(MI->getOperand(0))
559       .addOperand(MI->getOperand(1))
560       .addImm(Imm / 4); // The tADDrSPi has an implied scale by four.
561     AddDefaultPred(MIB);
562
563     // Transfer MI flags.
564     MIB.setMIFlags(MI->getFlags());
565
566     DEBUG(errs() << "Converted 32-bit: " << *MI << "       to 16-bit: " <<*MIB);
567
568     MBB.erase_instr(MI);
569     ++NumNarrows;
570     return true;
571   }
572
573   if (Entry.LowRegs1 && !VerifyLowRegs(MI))
574     return false;
575
576   if (MI->mayLoad() || MI->mayStore())
577     return ReduceLoadStore(MBB, MI, Entry);
578
579   switch (Opc) {
580   default: break;
581   case ARM::t2ADDSri:
582   case ARM::t2ADDSrr: {
583     unsigned PredReg = 0;
584     if (getInstrPredicate(MI, PredReg) == ARMCC::AL) {
585       switch (Opc) {
586       default: break;
587       case ARM::t2ADDSri: {
588         if (ReduceTo2Addr(MBB, MI, Entry, LiveCPSR, IsSelfLoop))
589           return true;
590         // fallthrough
591       }
592       case ARM::t2ADDSrr:
593         return ReduceToNarrow(MBB, MI, Entry, LiveCPSR, IsSelfLoop);
594       }
595     }
596     break;
597   }
598   case ARM::t2RSBri:
599   case ARM::t2RSBSri:
600   case ARM::t2SXTB:
601   case ARM::t2SXTH:
602   case ARM::t2UXTB:
603   case ARM::t2UXTH:
604     if (MI->getOperand(2).getImm() == 0)
605       return ReduceToNarrow(MBB, MI, Entry, LiveCPSR, IsSelfLoop);
606     break;
607   case ARM::t2MOVi16:
608     // Can convert only 'pure' immediate operands, not immediates obtained as
609     // globals' addresses.
610     if (MI->getOperand(1).isImm())
611       return ReduceToNarrow(MBB, MI, Entry, LiveCPSR, IsSelfLoop);
612     break;
613   case ARM::t2CMPrr: {
614     // Try to reduce to the lo-reg only version first. Why there are two
615     // versions of the instruction is a mystery.
616     // It would be nice to just have two entries in the master table that
617     // are prioritized, but the table assumes a unique entry for each
618     // source insn opcode. So for now, we hack a local entry record to use.
619     static const ReduceEntry NarrowEntry =
620       { ARM::t2CMPrr,ARM::tCMPr, 0, 0, 0, 1, 1,2, 0, 0,1,0 };
621     if (ReduceToNarrow(MBB, MI, NarrowEntry, LiveCPSR, IsSelfLoop))
622       return true;
623     return ReduceToNarrow(MBB, MI, Entry, LiveCPSR, IsSelfLoop);
624   }
625   }
626   return false;
627 }
628
629 bool
630 Thumb2SizeReduce::ReduceTo2Addr(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
631                                 const ReduceEntry &Entry,
632                                 bool LiveCPSR, bool IsSelfLoop) {
633
634   if (ReduceLimit2Addr != -1 && ((int)Num2Addrs >= ReduceLimit2Addr))
635     return false;
636
637   if (!MinimizeSize && !OptimizeSize && Entry.AvoidMovs &&
638       STI->avoidMOVsShifterOperand())
639     // Don't issue movs with shifter operand for some CPUs unless we
640     // are optimizing / minimizing for size.
641     return false;
642
643   unsigned Reg0 = MI->getOperand(0).getReg();
644   unsigned Reg1 = MI->getOperand(1).getReg();
645   // t2MUL is "special". The tied source operand is second, not first.
646   if (MI->getOpcode() == ARM::t2MUL) {
647     unsigned Reg2 = MI->getOperand(2).getReg();
648     // Early exit if the regs aren't all low regs.
649     if (!isARMLowRegister(Reg0) || !isARMLowRegister(Reg1)
650         || !isARMLowRegister(Reg2))
651       return false;
652     if (Reg0 != Reg2) {
653       // If the other operand also isn't the same as the destination, we
654       // can't reduce.
655       if (Reg1 != Reg0)
656         return false;
657       // Try to commute the operands to make it a 2-address instruction.
658       MachineInstr *CommutedMI = TII->commuteInstruction(MI);
659       if (!CommutedMI)
660         return false;
661     }
662   } else if (Reg0 != Reg1) {
663     // Try to commute the operands to make it a 2-address instruction.
664     unsigned CommOpIdx1, CommOpIdx2;
665     if (!TII->findCommutedOpIndices(MI, CommOpIdx1, CommOpIdx2) ||
666         CommOpIdx1 != 1 || MI->getOperand(CommOpIdx2).getReg() != Reg0)
667       return false;
668     MachineInstr *CommutedMI = TII->commuteInstruction(MI);
669     if (!CommutedMI)
670       return false;
671   }
672   if (Entry.LowRegs2 && !isARMLowRegister(Reg0))
673     return false;
674   if (Entry.Imm2Limit) {
675     unsigned Imm = MI->getOperand(2).getImm();
676     unsigned Limit = (1 << Entry.Imm2Limit) - 1;
677     if (Imm > Limit)
678       return false;
679   } else {
680     unsigned Reg2 = MI->getOperand(2).getReg();
681     if (Entry.LowRegs2 && !isARMLowRegister(Reg2))
682       return false;
683   }
684
685   // Check if it's possible / necessary to transfer the predicate.
686   const MCInstrDesc &NewMCID = TII->get(Entry.NarrowOpc2);
687   unsigned PredReg = 0;
688   ARMCC::CondCodes Pred = getInstrPredicate(MI, PredReg);
689   bool SkipPred = false;
690   if (Pred != ARMCC::AL) {
691     if (!NewMCID.isPredicable())
692       // Can't transfer predicate, fail.
693       return false;
694   } else {
695     SkipPred = !NewMCID.isPredicable();
696   }
697
698   bool HasCC = false;
699   bool CCDead = false;
700   const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
701   if (MCID.hasOptionalDef()) {
702     unsigned NumOps = MCID.getNumOperands();
703     HasCC = (MI->getOperand(NumOps-1).getReg() == ARM::CPSR);
704     if (HasCC && MI->getOperand(NumOps-1).isDead())
705       CCDead = true;
706   }
707   if (!VerifyPredAndCC(MI, Entry, true, Pred, LiveCPSR, HasCC, CCDead))
708     return false;
709
710   // Avoid adding a false dependency on partial flag update by some 16-bit
711   // instructions which has the 's' bit set.
712   if (Entry.PartFlag && NewMCID.hasOptionalDef() && HasCC &&
713       canAddPseudoFlagDep(MI, IsSelfLoop))
714     return false;
715
716   // Add the 16-bit instruction.
717   DebugLoc dl = MI->getDebugLoc();
718   MachineInstrBuilder MIB = BuildMI(MBB, MI, dl, NewMCID);
719   MIB.addOperand(MI->getOperand(0));
720   if (NewMCID.hasOptionalDef()) {
721     if (HasCC)
722       AddDefaultT1CC(MIB, CCDead);
723     else
724       AddNoT1CC(MIB);
725   }
726
727   // Transfer the rest of operands.
728   unsigned NumOps = MCID.getNumOperands();
729   for (unsigned i = 1, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
730     if (i < NumOps && MCID.OpInfo[i].isOptionalDef())
731       continue;
732     if (SkipPred && MCID.OpInfo[i].isPredicate())
733       continue;
734     MIB.addOperand(MI->getOperand(i));
735   }
736
737   // Transfer MI flags.
738   MIB.setMIFlags(MI->getFlags());
739
740   DEBUG(errs() << "Converted 32-bit: " << *MI << "       to 16-bit: " << *MIB);
741
742   MBB.erase_instr(MI);
743   ++Num2Addrs;
744   return true;
745 }
746
747 bool
748 Thumb2SizeReduce::ReduceToNarrow(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
749                                  const ReduceEntry &Entry,
750                                  bool LiveCPSR, bool IsSelfLoop) {
751   if (ReduceLimit != -1 && ((int)NumNarrows >= ReduceLimit))
752     return false;
753
754   if (!MinimizeSize && !OptimizeSize && Entry.AvoidMovs &&
755       STI->avoidMOVsShifterOperand())
756     // Don't issue movs with shifter operand for some CPUs unless we
757     // are optimizing / minimizing for size.
758     return false;
759
760   unsigned Limit = ~0U;
761   if (Entry.Imm1Limit)
762     Limit = (1 << Entry.Imm1Limit) - 1;
763
764   const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
765   for (unsigned i = 0, e = MCID.getNumOperands(); i != e; ++i) {
766     if (MCID.OpInfo[i].isPredicate())
767       continue;
768     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
769     if (MO.isReg()) {
770       unsigned Reg = MO.getReg();
771       if (!Reg || Reg == ARM::CPSR)
772         continue;
773       if (Entry.LowRegs1 && !isARMLowRegister(Reg))
774         return false;
775     } else if (MO.isImm() &&
776                !MCID.OpInfo[i].isPredicate()) {
777       if (((unsigned)MO.getImm()) > Limit)
778         return false;
779     }
780   }
781
782   // Check if it's possible / necessary to transfer the predicate.
783   const MCInstrDesc &NewMCID = TII->get(Entry.NarrowOpc1);
784   unsigned PredReg = 0;
785   ARMCC::CondCodes Pred = getInstrPredicate(MI, PredReg);
786   bool SkipPred = false;
787   if (Pred != ARMCC::AL) {
788     if (!NewMCID.isPredicable())
789       // Can't transfer predicate, fail.
790       return false;
791   } else {
792     SkipPred = !NewMCID.isPredicable();
793   }
794
795   bool HasCC = false;
796   bool CCDead = false;
797   if (MCID.hasOptionalDef()) {
798     unsigned NumOps = MCID.getNumOperands();
799     HasCC = (MI->getOperand(NumOps-1).getReg() == ARM::CPSR);
800     if (HasCC && MI->getOperand(NumOps-1).isDead())
801       CCDead = true;
802   }
803   if (!VerifyPredAndCC(MI, Entry, false, Pred, LiveCPSR, HasCC, CCDead))
804     return false;
805
806   // Avoid adding a false dependency on partial flag update by some 16-bit
807   // instructions which has the 's' bit set.
808   if (Entry.PartFlag && NewMCID.hasOptionalDef() && HasCC &&
809       canAddPseudoFlagDep(MI, IsSelfLoop))
810     return false;
811
812   // Add the 16-bit instruction.
813   DebugLoc dl = MI->getDebugLoc();
814   MachineInstrBuilder MIB = BuildMI(MBB, MI, dl, NewMCID);
815   MIB.addOperand(MI->getOperand(0));
816   if (NewMCID.hasOptionalDef()) {
817     if (HasCC)
818       AddDefaultT1CC(MIB, CCDead);
819     else
820       AddNoT1CC(MIB);
821   }
822
823   // Transfer the rest of operands.
824   unsigned NumOps = MCID.getNumOperands();
825   for (unsigned i = 1, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
826     if (i < NumOps && MCID.OpInfo[i].isOptionalDef())
827       continue;
828     if ((MCID.getOpcode() == ARM::t2RSBSri ||
829          MCID.getOpcode() == ARM::t2RSBri ||
830          MCID.getOpcode() == ARM::t2SXTB ||
831          MCID.getOpcode() == ARM::t2SXTH ||
832          MCID.getOpcode() == ARM::t2UXTB ||
833          MCID.getOpcode() == ARM::t2UXTH) && i == 2)
834       // Skip the zero immediate operand, it's now implicit.
835       continue;
836     bool isPred = (i < NumOps && MCID.OpInfo[i].isPredicate());
837     if (SkipPred && isPred)
838         continue;
839     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
840     if (MO.isReg() && MO.isImplicit() && MO.getReg() == ARM::CPSR)
841       // Skip implicit def of CPSR. Either it's modeled as an optional
842       // def now or it's already an implicit def on the new instruction.
843       continue;
844     MIB.addOperand(MO);
845   }
846   if (!MCID.isPredicable() && NewMCID.isPredicable())
847     AddDefaultPred(MIB);
848
849   // Transfer MI flags.
850   MIB.setMIFlags(MI->getFlags());
851
852   DEBUG(errs() << "Converted 32-bit: " << *MI << "       to 16-bit: " << *MIB);
853
854   MBB.erase_instr(MI);
855   ++NumNarrows;
856   return true;
857 }
858
859 static bool UpdateCPSRDef(MachineInstr &MI, bool LiveCPSR, bool &DefCPSR) {
860   bool HasDef = false;
861   for (unsigned i = 0, e = MI.getNumOperands(); i != e; ++i) {
862     const MachineOperand &MO = MI.getOperand(i);
863     if (!MO.isReg() || MO.isUndef() || MO.isUse())
864       continue;
865     if (MO.getReg() != ARM::CPSR)
866       continue;
867
868     DefCPSR = true;
869     if (!MO.isDead())
870       HasDef = true;
871   }
872
873   return HasDef || LiveCPSR;
874 }
875
876 static bool UpdateCPSRUse(MachineInstr &MI, bool LiveCPSR) {
877   for (unsigned i = 0, e = MI.getNumOperands(); i != e; ++i) {
878     const MachineOperand &MO = MI.getOperand(i);
879     if (!MO.isReg() || MO.isUndef() || MO.isDef())
880       continue;
881     if (MO.getReg() != ARM::CPSR)
882       continue;
883     assert(LiveCPSR && "CPSR liveness tracking is wrong!");
884     if (MO.isKill()) {
885       LiveCPSR = false;
886       break;
887     }
888   }
889
890   return LiveCPSR;
891 }
892
893 bool Thumb2SizeReduce::ReduceMI(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
894                                 bool LiveCPSR, bool IsSelfLoop) {
895   unsigned Opcode = MI->getOpcode();
896   DenseMap<unsigned, unsigned>::iterator OPI = ReduceOpcodeMap.find(Opcode);
897   if (OPI == ReduceOpcodeMap.end())
898     return false;
899   const ReduceEntry &Entry = ReduceTable[OPI->second];
900
901   // Don't attempt normal reductions on "special" cases for now.
902   if (Entry.Special)
903     return ReduceSpecial(MBB, MI, Entry, LiveCPSR, IsSelfLoop);
904
905   // Try to transform to a 16-bit two-address instruction.
906   if (Entry.NarrowOpc2 &&
907       ReduceTo2Addr(MBB, MI, Entry, LiveCPSR, IsSelfLoop))
908     return true;
909
910   // Try to transform to a 16-bit non-two-address instruction.
911   if (Entry.NarrowOpc1 &&
912       ReduceToNarrow(MBB, MI, Entry, LiveCPSR, IsSelfLoop))
913     return true;
914
915   return false;
916 }
917
918 bool Thumb2SizeReduce::ReduceMBB(MachineBasicBlock &MBB) {
919   bool Modified = false;
920
921   // Yes, CPSR could be livein.
922   bool LiveCPSR = MBB.isLiveIn(ARM::CPSR);
923   MachineInstr *BundleMI = 0;
924
925   CPSRDef = 0;
926   HighLatencyCPSR = false;
927
928   // Check predecessors for the latest CPSRDef.
929   for (MachineBasicBlock::pred_iterator
930        I = MBB.pred_begin(), E = MBB.pred_end(); I != E; ++I) {
931     const MBBInfo &PInfo = BlockInfo[(*I)->getNumber()];
932     if (!PInfo.Visited) {
933       // Since blocks are visited in RPO, this must be a back-edge.
934       continue;
935     }
936     if (PInfo.HighLatencyCPSR) {
937       HighLatencyCPSR = true;
938       break;
939     }
940   }
941
942   // If this BB loops back to itself, conservatively avoid narrowing the
943   // first instruction that does partial flag update.
944   bool IsSelfLoop = MBB.isSuccessor(&MBB);
945   MachineBasicBlock::instr_iterator MII = MBB.instr_begin(),E = MBB.instr_end();
946   MachineBasicBlock::instr_iterator NextMII;
947   for (; MII != E; MII = NextMII) {
948     NextMII = llvm::next(MII);
949
950     MachineInstr *MI = &*MII;
951     if (MI->isBundle()) {
952       BundleMI = MI;
953       continue;
954     }
955     if (MI->isDebugValue())
956       continue;
957
958     LiveCPSR = UpdateCPSRUse(*MI, LiveCPSR);
959
960     // Does NextMII belong to the same bundle as MI?
961     bool NextInSameBundle = NextMII != E && NextMII->isBundledWithPred();
962
963     if (ReduceMI(MBB, MI, LiveCPSR, IsSelfLoop)) {
964       Modified = true;
965       MachineBasicBlock::instr_iterator I = prior(NextMII);
966       MI = &*I;
967       // Removing and reinserting the first instruction in a bundle will break
968       // up the bundle. Fix the bundling if it was broken.
969       if (NextInSameBundle && !NextMII->isBundledWithPred())
970         NextMII->bundleWithPred();
971     }
972
973     if (!NextInSameBundle && MI->isInsideBundle()) {
974       // FIXME: Since post-ra scheduler operates on bundles, the CPSR kill
975       // marker is only on the BUNDLE instruction. Process the BUNDLE
976       // instruction as we finish with the bundled instruction to work around
977       // the inconsistency.
978       if (BundleMI->killsRegister(ARM::CPSR))
979         LiveCPSR = false;
980       MachineOperand *MO = BundleMI->findRegisterDefOperand(ARM::CPSR);
981       if (MO && !MO->isDead())
982         LiveCPSR = true;
983     }
984
985     bool DefCPSR = false;
986     LiveCPSR = UpdateCPSRDef(*MI, LiveCPSR, DefCPSR);
987     if (MI->isCall()) {
988       // Calls don't really set CPSR.
989       CPSRDef = 0;
990       HighLatencyCPSR = false;
991       IsSelfLoop = false;
992     } else if (DefCPSR) {
993       // This is the last CPSR defining instruction.
994       CPSRDef = MI;
995       HighLatencyCPSR = isHighLatencyCPSR(CPSRDef);
996       IsSelfLoop = false;
997     }
998   }
999
1000   MBBInfo &Info = BlockInfo[MBB.getNumber()];
1001   Info.HighLatencyCPSR = HighLatencyCPSR;
1002   Info.Visited = true;
1003   return Modified;
1004 }
1005
1006 bool Thumb2SizeReduce::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
1007   const TargetMachine &TM = MF.getTarget();
1008   TII = static_cast<const Thumb2InstrInfo*>(TM.getInstrInfo());
1009   STI = &TM.getSubtarget<ARMSubtarget>();
1010
1011   // Optimizing / minimizing size?
1012   AttributeSet FnAttrs = MF.getFunction()->getAttributes();
1013   OptimizeSize = FnAttrs.hasAttribute(AttributeSet::FunctionIndex,
1014                                       Attribute::OptimizeForSize);
1015   MinimizeSize = FnAttrs.hasAttribute(AttributeSet::FunctionIndex,
1016                                       Attribute::MinSize);
1017
1018   BlockInfo.clear();
1019   BlockInfo.resize(MF.getNumBlockIDs());
1020
1021   // Visit blocks in reverse post-order so LastCPSRDef is known for all
1022   // predecessors.
1023   ReversePostOrderTraversal<MachineFunction*> RPOT(&MF);
1024   bool Modified = false;
1025   for (ReversePostOrderTraversal<MachineFunction*>::rpo_iterator
1026        I = RPOT.begin(), E = RPOT.end(); I != E; ++I)
1027     Modified |= ReduceMBB(**I);
1028   return Modified;
1029 }
1030
1031 /// createThumb2SizeReductionPass - Returns an instance of the Thumb2 size
1032 /// reduction pass.
1033 FunctionPass *llvm::createThumb2SizeReductionPass() {
1034   return new Thumb2SizeReduce();
1035 }