ghc/compiler/cmm/Cmm.hs

   1 -----------------------------------------------------------------------------
   2 --
   3 -- Cmm data types
   4 --
   5 -- (c) The University of Glasgow 2004
   6 --
   7 -----------------------------------------------------------------------------
   8
   9 module Cmm (
  10         GenCmm(..), Cmm,
  11         GenCmmTop(..), CmmTop,
  12         GenBasicBlock(..), CmmBasicBlock, blockId, blockStmts,
  13         CmmStmt(..),
  14         CmmCallTarget(..),
  15         CmmStatic(..), Section(..),
  16         CmmExpr(..), cmmExprRep,
  17         CmmReg(..), cmmRegRep,
  18         CmmLit(..), cmmLitRep,
  19         LocalReg(..), localRegRep,
  20         BlockId(..),
  21         GlobalReg(..), globalRegRep,
  22
  23         node, nodeReg, spReg, hpReg,
  24   ) where
  25
  26 #include "HsVersions.h"
  27
  28 import MachOp
  29 import CLabel           ( CLabel )
  30 import ForeignCall      ( CCallConv )
  31 import Unique           ( Unique, Uniquable(..) )
  32 import FastString       ( FastString )
  33
  34 -----------------------------------------------------------------------------
  35 --              Cmm, CmmTop, CmmBasicBlock
  36 -----------------------------------------------------------------------------
  37
  38 -- A file is a list of top-level chunks.  These may be arbitrarily
  39 -- re-orderd during code generation.
  40
  41 -- GenCmm is abstracted over
  42 --   (a) the type of static data elements
  43 --   (b) the contents of a basic block.
  44 -- We expect there to be two main instances of this type:
  45 --   (a) Plain C--, i.e. populated with CmmLit and CmmExpr respectively,
  46 --   (b) Native code, populated with instructions
  47 --
  48 newtype GenCmm d i = Cmm [GenCmmTop d i]
  49
  50 type Cmm = GenCmm CmmStatic CmmStmt
  51
  52 -- A top-level chunk, abstracted over the type of the contents of
  53 -- the basic blocks (Cmm or instructions are the likely instantiations).
  54 data GenCmmTop d i
  55   = CmmProc
  56      [d]               -- Info table, may be empty
  57      CLabel            -- Used to generate both info & entry labels
  58      [LocalReg]        -- Argument locals live on entry (C-- procedure params)
  59      [GenBasicBlock i] -- Code, may be empty.  The first block is
  60                        -- the entry point.  The order is otherwise initially
  61                        -- unimportant, but at some point the code gen will
  62                        -- fix the order.
  63
  64                        -- the BlockId of the first block does not give rise
  65                        -- to a label.  To jump to the first block in a Proc,
  66                        -- use the appropriate CLabel.
  67
  68   -- some static data.
  69   | CmmData Section [d] -- constant values only
  70
  71 type CmmTop = GenCmmTop CmmStatic CmmStmt
  72
  73 -- A basic block containing a single label, at the beginning.
  74 -- The list of basic blocks in a top-level code block may be re-ordered.
  75 -- Fall-through is not allowed: there must be an explicit jump at the
  76 -- end of each basic block, but the code generator might rearrange basic
  77 -- blocks in order to turn some jumps into fallthroughs.
  78
  79 data GenBasicBlock i = BasicBlock BlockId [i]
  80   -- ToDo: Julian suggests that we might need to annotate this type
  81   -- with the out & in edges in the graph, i.e. two * [BlockId].  This
  82   -- information can be derived from the contents, but it might be
  83   -- helpful to cache it here.
  84
  85 type CmmBasicBlock = GenBasicBlock CmmStmt
  86
  87 blockId :: GenBasicBlock i -> BlockId
  88 -- The branch block id is that of the first block in
  89 -- the branch, which is that branch's entry point
  90 blockId (BasicBlock blk_id _ ) = blk_id
  91
  92 blockStmts :: GenBasicBlock i -> [i]
  93 blockStmts (BasicBlock _ stmts) = stmts
  94
  95
  96 -----------------------------------------------------------------------------
  97 --              CmmStmt
  98 -- A "statement".  Note that all branches are explicit: there are no
  99 -- control transfers to computed addresses, except when transfering
 100 -- control to a new function.
 101 -----------------------------------------------------------------------------
 102
 103 data CmmStmt
 104   = CmmNop
 105   | CmmComment FastString
 106
 107   | CmmAssign CmmReg CmmExpr     -- Assign to register
 108
 109   | CmmStore CmmExpr CmmExpr     -- Assign to memory location.  Size is
 110                                  -- given by cmmExprRep of the rhs.
 111
 112   | CmmCall                      -- A foreign call, with
 113      CmmCallTarget
 114      [(CmmReg,MachHint)]         -- zero or more results
 115      [(CmmExpr,MachHint)]        -- zero or more arguments
 116      (Maybe [GlobalReg])         -- Global regs that may need to be saved
 117                                  -- if they will be clobbered by the call.
 118                                  -- Nothing <=> save *all* globals that
 119                                  -- might be clobbered.
 120
 121   | CmmBranch BlockId             -- branch to another BB in this fn
 122
 123   | CmmCondBranch CmmExpr BlockId -- conditional branch
 124
 125   | CmmSwitch CmmExpr [Maybe BlockId]   -- Table branch
 126         -- The scrutinee is zero-based;
 127         --      zero -> first block
 128         --      one  -> second block etc
 129         -- Undefined outside range, and when there's a Nothing
 130
 131   | CmmJump CmmExpr [LocalReg]    -- Jump to another function, with these
 132                                   -- parameters.
 133
 134 -----------------------------------------------------------------------------
 135 --              CmmCallTarget
 136 --
 137 -- The target of a CmmCall.
 138 -----------------------------------------------------------------------------
 139
 140 data CmmCallTarget
 141   = CmmForeignCall              -- Call to a foreign function
 142         CmmExpr                 -- literal label <=> static call
 143                                 -- other expression <=> dynamic call
 144         CCallConv               -- The calling convention
 145
 146   | CmmPrim                     -- Call to a "primitive" (eg. sin, cos)
 147         CallishMachOp           -- These might be implemented as inline
 148                                 -- code by the backend.
 149
 150 -----------------------------------------------------------------------------
 151 --              CmmExpr
 152 -- An expression.  Expressions have no side effects.
 153 -----------------------------------------------------------------------------
 154
 155 data CmmExpr
 156   = CmmLit CmmLit               -- Literal
 157   | CmmLoad CmmExpr MachRep     -- Read memory location
 158   | CmmReg CmmReg               -- Contents of register
 159   | CmmMachOp MachOp [CmmExpr]  -- Machine operation (+, -, *, etc.)
 160   | CmmRegOff CmmReg Int
 161         -- CmmRegOff reg i
 162         --        ** is shorthand only, meaning **
 163         -- CmmMachOp (MO_S_Add rep (CmmReg reg) (CmmLit (CmmInt i rep)))
 164         --      where rep = cmmRegRep reg
 165
 166 cmmExprRep :: CmmExpr -> MachRep
 167 cmmExprRep (CmmLit lit)      = cmmLitRep lit
 168 cmmExprRep (CmmLoad _ rep)   = rep
 169 cmmExprRep (CmmReg reg)      = cmmRegRep reg
 170 cmmExprRep (CmmMachOp op _)  = resultRepOfMachOp op
 171 cmmExprRep (CmmRegOff reg _) = cmmRegRep reg
 172
 173 data CmmReg
 174   = CmmLocal  LocalReg
 175   | CmmGlobal GlobalReg
 176   deriving( Eq )
 177
 178 cmmRegRep :: CmmReg -> MachRep
 179 cmmRegRep (CmmLocal  reg)       = localRegRep reg
 180 cmmRegRep (CmmGlobal reg)       = globalRegRep reg
 181
 182 data LocalReg
 183   = LocalReg !Unique MachRep
 184
 185 instance Eq LocalReg where
 186   (LocalReg u1 _) == (LocalReg u2 _) = u1 == u2
 187
 188 instance Uniquable LocalReg where
 189   getUnique (LocalReg uniq _) = uniq
 190
 191 localRegRep :: LocalReg -> MachRep
 192 localRegRep (LocalReg _ rep) = rep
 193
 194 data CmmLit
 195   = CmmInt Integer  MachRep
 196         -- Interpretation: the 2's complement representation of the value
 197         -- is truncated to the specified size.  This is easier than trying
 198         -- to keep the value within range, because we don't know whether
 199         -- it will be used as a signed or unsigned value (the MachRep doesn't
 200         -- distinguish between signed & unsigned).
 201   | CmmFloat  Rational MachRep
 202   | CmmLabel    CLabel                  -- Address of label
 203   | CmmLabelOff CLabel Int              -- Address of label + byte offset
 204
 205 cmmLitRep :: CmmLit -> MachRep
 206 cmmLitRep (CmmInt _ rep)    = rep
 207 cmmLitRep (CmmFloat _ rep)  = rep
 208 cmmLitRep (CmmLabel _)      = wordRep
 209 cmmLitRep (CmmLabelOff _ _) = wordRep
 210
 211 -----------------------------------------------------------------------------
 212 -- A local label.
 213
 214 -- Local labels must be unique within a single compilation unit.
 215
 216 newtype BlockId = BlockId Unique
 217   deriving (Eq,Ord)
 218
 219 instance Uniquable BlockId where
 220   getUnique (BlockId u) = u
 221
 222 -----------------------------------------------------------------------------
 223 --              Static Data
 224 -----------------------------------------------------------------------------
 225
 226 data Section
 227   = Text
 228   | Data
 229   | ReadOnlyData
 230   | UninitialisedData
 231   | OtherSection String
 232
 233 data CmmStatic
 234   = CmmStaticLit CmmLit
 235         -- a literal value, size given by cmmLitRep of the literal.
 236   | CmmUninitialised Int
 237         -- uninitialised data, N bytes long
 238   | CmmAlign Int
 239         -- align to next N-byte boundary (N must be a power of 2).
 240   | CmmDataLabel CLabel
 241         -- label the current position in this section.
 242   | CmmString String
 243         -- string of 8-bit values only, not zero terminated.
 244         -- ToDo: might be more honest to use [Word8] here?
 245
 246 -----------------------------------------------------------------------------
 247 --              Global STG registers
 248 -----------------------------------------------------------------------------
 249
 250 data GlobalReg
 251   -- Argument and return registers
 252   = VanillaReg                  -- pointers, unboxed ints and chars
 253         {-# UNPACK #-} !Int     -- its number
 254
 255   | FloatReg            -- single-precision floating-point registers
 256         {-# UNPACK #-} !Int     -- its number
 257
 258   | DoubleReg           -- double-precision floating-point registers
 259         {-# UNPACK #-} !Int     -- its number
 260
 261   | LongReg             -- long int registers (64-bit, really)
 262         {-# UNPACK #-} !Int     -- its number
 263
 264   -- STG registers
 265   | Sp                  -- Stack ptr; points to last occupied stack location.
 266   | SpLim               -- Stack limit
 267   | Hp                  -- Heap ptr; points to last occupied heap location.
 268   | HpLim               -- Heap limit register
 269   | CurrentTSO          -- pointer to current thread's TSO
 270   | CurrentNursery      -- pointer to allocation area
 271   | HpAlloc             -- allocation count for heap check failure
 272
 273                 -- We keep the address of some commonly-called
 274                 -- functions in the register table, to keep code
 275                 -- size down:
 276   | GCEnter1            -- stg_gc_enter_1
 277   | GCFun               -- stg_gc_fun
 278
 279   -- Base offset for the register table, used for accessing registers
 280   -- which do not have real registers assigned to them.  This register
 281   -- will only appear after we have expanded GlobalReg into memory accesses
 282   -- (where necessary) in the native code generator.
 283   | BaseReg
 284
 285   deriving( Eq
 286 #ifdef DEBUG
 287         , Show
 288 #endif
 289          )
 290
 291 -- convenient aliases
 292 spReg, hpReg, nodeReg :: CmmReg
 293 spReg = CmmGlobal Sp
 294 hpReg = CmmGlobal Hp
 295 nodeReg = CmmGlobal node
 296
 297 node :: GlobalReg
 298 node = VanillaReg 1
 299
 300 globalRegRep :: GlobalReg -> MachRep
 301 globalRegRep (VanillaReg _)     = wordRep
 302 globalRegRep (FloatReg _)       = F32
 303 globalRegRep (DoubleReg _)      = F64
 304 globalRegRep (LongReg _)        = I64
 305 globalRegRep _                  = wordRep