codegen/solidify.sml

   1 (* L3 Compiler
   2  * Takes a list of mappings of temporaries to colors and a pseudoasm listing,
   3  * then produces x86 code.
   4  * Author: Chris Lu <czl@andrew.cmu.edu>
   5  * Author: Joshua Wise <jwise@andrew.cmu.edu>
   6  *)
   7
   8 signature SOLIDIFY =
   9 sig
  10   type colorings = (Temp.temp * int) list
  11   type asm = Blarg.insn list
  12
  13   val solidify : colorings -> asm -> asm
  14 end
  15
  16 structure Solidify :> SOLIDIFY =
  17 struct
  18   structure X = Blarg
  19   structure T = Temp
  20
  21   type colorings = (Temp.temp * int) list
  22   type asm = Blarg.insn list
  23
  24   exception Spilled
  25
  26   structure TempMap = SplayMapFn(struct
  27                                    type ord_key = Temp.temp
  28                                    val compare = Temp.compare
  29                                  end)
  30   structure Tm = Temp
  31
  32   fun solidify (regmap : colorings) (instrs : asm) : asm =
  33     let
  34       (* r11 and r12 is reserved for spilling *)
  35       val maxreg = X.regtonum X.R10
  36       fun numtoreg n =
  37           if (n > maxreg)
  38           then raise Spilled
  39           else X.numtoreg n
  40
  41       val tempnums = List.foldr (fn ((t,n),b) => TempMap.insert(b,t,n)) (TempMap.empty) regmap
  42       fun temptonum (t: T.temp) : int = valOf (TempMap.find (tempnums, t))
  43
  44       fun temptoreg (t: T.temp) : Blarg.reg =
  45         numtoreg (temptonum t)
  46         handle Option => raise ErrorMsg.InternalError ("Uncolored temp "^(Temp.name t)^", agh!")
  47
  48       val spillreg1 = X.R12
  49       val spillreg2 = X.R11
  50
  51       (* Determine which need to be saved. *)
  52       val opsused = (map (fn (_, n) => X.REG (numtoreg n handle Spilled => X.R12)) regmap) @ [X.REG X.R11]
  53       val saveregs = X.OperSet.intersection (
  54         X.OperSet.addList (X.OperSet.empty, opsused),
  55         X.OperSet.addList (
  56           X.OperSet.empty,
  57           [X.REG X.R7,
  58            X.REG X.R8,
  59            X.REG X.R9,
  60            X.REG X.R10,
  61            X.REG X.R11,
  62            X.REG X.R12]))
  63       val savelist = X.OperSet.listItems saveregs
  64       val nsave = length savelist
  65
  66       val numreg = foldr (Int.max) 0 (map (fn (_, n) => n) regmap)    (* Number of registers used. *)
  67       val nspilled = Int.max (numreg - maxreg, 0)    (* Number of spilled registers. *)
  68       fun isspilled (X.TEMP temp) = (temptonum temp) > maxreg    (* Whether a register is spilled *)
  69         | isspilled (X.STACKARG _) = true
  70         | isspilled _ = false
  71
  72       val stacksz = (nspilled + nsave) * 1
  73       fun stackpos (reg: int) = stacksz - (reg - maxreg + nsave) * 1    (* Stack position of some register number *)
  74
  75       val prologue =
  76         [X.INSN (X.AL, X.MOVLIT (X.REG X.R4, Word.fromInt stacksz)),
  77          X.INSN (X.AL, X.SUB (X.REG X.SP, X.REG X.R4))] @
  78         (List.concat
  79           (ListPair.map
  80             (fn (num, reg) =>
  81               [X.INSN (X.AL, X.MOVLIT (X.REG X.R4, Word.fromInt (stacksz - 1*(num+1)))),
  82                X.INSN (X.AL, X.ADD (X.REG X.R4, X.REG X.SP)),
  83                X.INSN (X.AL, X.STO (X.REG X.R4, reg))])
  84             (List.tabulate (nsave, fn x => x), savelist)
  85           )
  86         )
  87       val epilogue =
  88         (List.concat
  89           (ListPair.map
  90             (fn (num, reg) =>
  91               [X.INSN (X.AL, X.MOVLIT (X.REG X.R4, Word.fromInt (stacksz - 1*(num+1)))),
  92                X.INSN (X.AL, X.ADD (X.REG X.R4, X.REG X.SP)),
  93                X.INSN (X.AL, X.LDR (reg, X.REG X.R4))])
  94             (List.tabulate (nsave, fn x => x), savelist)
  95           )
  96         ) @
  97         [X.INSN (X.AL, X.MOVLIT (X.REG X.R4, Word.fromInt stacksz)),
  98          X.INSN (X.AL, X.ADD (X.REG X.SP, X.REG X.R4))]
  99       val endlbl = Label.new()
 100
 101       fun spill (X.TEMP temp, xreg: Blarg.reg) =    (* Spill a register if need be. *)
 102             let
 103               val base = X.REG X.SP
 104               val offs = Word.fromInt (stackpos (temptonum temp))
 105             in
 106               if (isspilled (X.TEMP temp))
 107                 then raise ErrorMsg.InternalError "unspill not supported" (*[X.MOV ((X.REL (base, offs, 0w1), Tm.Quad), (X.REG xreg, Tm.Quad))]*)
 108                 else nil
 109             end
 110         | spill (X.STACKARG _, _) = raise ErrorMsg.InternalError "Cannot spill to a stack arg"
 111         | spill _ = nil        (* Nothing else can be spilled. *)
 112       fun unspill (X.TEMP temp, xreg: Blarg.reg) =    (* Unspill a register if need be. *)
 113             let
 114               val base = X.REG X.SP
 115               val offs = Word.fromInt (stackpos (temptonum temp))
 116             in
 117               if (isspilled (X.TEMP temp))
 118                 then raise ErrorMsg.InternalError "unspill not supported" (*[X.MOV ((X.REG xreg, Tm.Quad), (X.REL (base, offs, 0w1), Tm.Quad))]*)
 119                 else nil
 120             end
 121         | unspill (X.STACKARG arg, xreg) =
 122             let
 123               val base = X.REG X.SP
 124               val offs = Word.fromInt (stacksz + 8 + (arg * 8))
 125             in
 126               (*[X.MOV ((X.REG xreg, s), (X.REL (base, offs, 0w1), s))]*)
 127               raise ErrorMsg.InternalError "unspill from stack not supported"
 128             end
 129         | unspill _ = nil
 130
 131       fun unspill_ops (op1, op2) =
 132         case (isspilled op1, isspilled op2)
 133         of (false, false) => []
 134          | (true, false) => unspill (op1, spillreg1)
 135          | (false, true) => unspill (op2, spillreg2)
 136          | (true, true)  => unspill (op1, spillreg1) @ unspill (op2, spillreg2)
 137
 138       fun respill_ops (op1, op2) =
 139         case (isspilled op1, isspilled op2) (* no instruction writes back to op2 *)
 140         of (false, _) => []
 141          | (true, _) => spill (op1, spillreg1)
 142
 143       fun real_op1 op1 =
 144         case op1
 145         of (X.TEMP temp) => if isspilled op1
 146                             then (X.REG spillreg1)
 147                             else X.REG (temptoreg temp)
 148          | (X.STACKARG arg) => X.REG spillreg1
 149          | r => r
 150
 151       fun real_ops (op1, op2) =
 152         (case op1
 153          of (X.TEMP temp) => if isspilled op1
 154                              then (X.REG spillreg1)
 155                              else X.REG (temptoreg temp)
 156           | (X.STACKARG arg) => X.REG spillreg1
 157           | r => r,
 158         case op2
 159          of (X.TEMP temp) => if isspilled op2
 160                              then (X.REG spillreg2)
 161                              else X.REG (temptoreg temp)
 162           | (X.STACKARG arg) => X.REG spillreg2
 163           | r => r)
 164
 165       fun whack_insn (pred, insn, op1, op2) =
 166         (map (fn i => X.INSN (pred, i)) (unspill_ops (op1, op2))) @
 167         [ X.INSN (pred, insn (real_ops (op1, op2))) ] @
 168         (map (fn i => X.INSN (pred, i)) (respill_ops (op1, op2)))
 169
 170       fun transform (X.DIRECTIVE s) = [X.DIRECTIVE s]
 171         | transform (X.COMMENT s) = [X.COMMENT s]
 172         | transform (X.LABEL l) = [X.LABEL l]
 173         | transform (X.LIVEIGN a) = transform a
 174
 175         (* god the special cases are going to suck *)
 176         | transform (X.INSN (pred, X.MOVLIT (op1, w))) =
 177             [ X.INSN (pred, X.MOVLIT (real_op1 op1, w)) ] @
 178             (if isspilled op1
 179              then spill (op1, spillreg1)
 180              else [])
 181         | transform (X.INSN (pred, X.MOVSYM (op1, w))) =
 182             [ X.INSN (pred, X.MOVSYM (real_op1 op1, w)) ] @
 183             (if isspilled op1
 184              then spill (op1, spillreg1)
 185              else [])
 186         | transform (X.INSN (pred, X.MOVSTR (op1, w))) =
 187             [ X.INSN (pred, X.MOVSTR (real_op1 op1, w)) ] @
 188             (if isspilled op1
 189              then spill (op1, spillreg1)
 190              else [])
 191         | transform (X.INSN (pred, X.MOVLBL (op1, w))) =
 192             [ X.INSN (pred, X.MOVLBL (real_op1 op1, w)) ] @
 193             (if isspilled op1
 194              then spill (op1, spillreg1)
 195              else [])
 196
 197         (* and here comes the boilerplate *)
 198         | transform (X.INSN (pred, X.LDR (op1, op2))) =  whack_insn (pred, X.LDR, op1, op2)
 199         | transform (X.INSN (pred, X.STO (op1, op2))) =  whack_insn (pred, X.STO, op1, op2)
 200         | transform (X.INSN (pred, X.MOV (op1, op2))) =  whack_insn (pred, X.MOV, op1, op2)
 201         | transform (X.INSN (pred, X.MOVS (op1, op2))) = whack_insn (pred, X.MOVS, op1, op2)
 202         | transform (X.INSN (pred, X.ADD (op1, op2))) =  whack_insn (pred, X.ADD, op1, op2)
 203         | transform (X.INSN (pred, X.ADDS (op1, op2))) = whack_insn (pred, X.ADDS, op1, op2)
 204         | transform (X.INSN (pred, X.SUB (op1, op2))) =  whack_insn (pred, X.SUB, op1, op2)
 205         | transform (X.INSN (pred, X.SUBS (op1, op2))) = whack_insn (pred, X.SUBS, op1, op2)
 206         | transform (X.INSN (pred, X.AND (op1, op2))) =  whack_insn (pred, X.AND, op1, op2)
 207         | transform (X.INSN (pred, X.ANDS (op1, op2))) = whack_insn (pred, X.ANDS, op1, op2)
 208         | transform (X.INSN (pred, X.NOT (op1, op2))) =  whack_insn (pred, X.NOT, op1, op2)
 209         | transform (X.INSN (pred, X.NOTS (op1, op2))) = whack_insn (pred, X.NOTS, op1, op2)
 210         | transform (X.INSN (pred, X.PUSH (op1, op2))) = if isspilled op2
 211                                                          then raise ErrorMsg.InternalError "PUSH on spilled op2 is not possible"
 212                                                          else [ X.INSN (pred, X.PUSH (real_ops (op1, op2))) ]
 213         | transform (X.INSN (pred, X.POP (X.REG X.SP, X.REG X.PC))) = [ X.INSN (pred, X.MOVLBL (X.REG X.PC, endlbl)) ] (* optimize epilogue? *)
 214         | transform (X.INSN (pred, X.POP (op1, op2))) =  if isspilled op2
 215                                                          then raise ErrorMsg.InternalError "POP on spilled op2 is not possible"
 216                                                          else [ X.INSN (pred, X.POP (real_ops (op1, op2))) ]
 217         | transform (X.INSN (pred, X.CALL (op1, op2, i))) =  if isspilled op2
 218                                                              then raise ErrorMsg.InternalError "CALL on spilled op2 is not possible"
 219                                                              else [ X.INSN (pred, X.CALL ((fn (x, y) => (x, y, i)) (real_ops (op1, op2)))) ]
 220         | transform (X.INSN (pred, X.SHR (op1, op2))) =  whack_insn (pred, X.SHR, op1, op2)
 221         | transform (X.INSN (pred, X.SHL (op1, op2))) =  whack_insn (pred, X.SHL, op1, op2)
 222         (*| transform _ = raise ErrorMsg.InternalError "unimplemented"*)
 223     in
 224       (*if (nsave < 2) then
 225         List.concat (prologue :: (map transform instrs))
 226       else
 227       *)
 228       List.concat (prologue ::
 229                    ((map transform instrs) @
 230                     [[X.LABEL endlbl],
 231                      epilogue,
 232                      [X.INSN (X.AL, X.POP (X.REG X.SP, X.REG X.PC))]
 233                     ]
 234                    )
 235                   )
 236     end
 237 end