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llvm后端之td定义指令信息

llvm后端之td定义指令信息

  • 引言
  • 1 定义指令
  • 2 定义Operand
  • 3 定义SDNode
  • 4 PatFrags
    • 4.1 ImmLeaf
    • 4.2 PatLeaf
  • 5 ComplexPattern
  • 6 谓词条件
  • 7 理解dag

引言

llvm后端通过td定义指令信息,并通过dag匹配将IR节点转换为平台相关的指令。

1 定义指令

td通过class Instruction来定义指令,其各个字段意义如下:

  • OutOperandList:输出dag节点列表;
  • InOperandList:输入操作数节点列表;
  • AsmString:用于在“.s”文件中的汇编显示;
  • Pattern:用于指令选择匹配的dag列表;
  • Predicates:用于在指令选择阶段是否启用的条件判断;
  • Uses:指令引用的寄存器列表;
  • Defs:指令改写的寄存器列表;
  • Size:指令编码成二进制的长度,为0表示可变长度;
  • CodeSize:
  • Itinerary:按步骤方式的调度模式;
  • SchedRW:按资源使用的调度模式;
  • Constraints:约束条件,例如有些指令源寄存器与目的寄存器笔下相同,则$src = $dst;
  • TSFlags:

注:还有一个隐含的字段field bits Inst,该字段表示指令转换为二进制时bit位。例如RISCV里面为field bits<32> Inst。

2 定义Operand

Operand用于定义操作,相关字段如下:

  • Type:操作数类型,例如i8、i16、i32等;
  • PrintMethod:在class XXXInstPrinter中用于打印该操作数的成员函数,参数分别为const MCInst *MI、unsigned Op、raw_ostream &O。需要cpp实现;
  • EncoderMethod:在class XXXMCCodeEmitter中用于编码该操作数的成员函数,参数分别为const MCInst &MI、unsigned OpNo、SmallVectorImpl &Fixups、const MCSubtargetInfo &STI,返回值为unsigned,表示错误编号。需要cpp实现;
  • DecoderMethod:在class XXXDisassembler中用于解码该操作数的成员函数,参数分别为MCInst &Inst、uint64_t Imm、int64_t Address、const void *Decoder,返回值为DecodeStatus;
  • hasCompleteDecoder:
  • OperandType:操作数类型字符串,包括MCInstrDesc.h中定义的enum OperandType中,有些target会进行自定义。
  • OperandNamespace:操作数类型定义所在的namespace。默认为MCOI,即定义在MCInstrDesc.h中;
  • MIOperandInfo:子操作数片段。例如地址可能有基地址、偏移、scale等组成,为了可读性将其合并定义为addr;
  • MCOperandPredicate:在XXXAsmParser和XXXAsmPrinter发射该操作数有效的匹配前置条件的代码片段。代码片段可访问const MCOperand &MCOp;
  • ParserMatchClass:用于汇编解析的方法集合,类型为AsmOperandClass。

class AsmOperandClass用于生成汇编解析代码,其各个字段如下:

  • Name:操作数类型名称;
  • SuperClasses:操作数分类所属父类列表;
  • PredicateMethod:表示class XXXOperand的成员函数名称,该成员函数用于判断是否为该类型的操作数,不定义则为bool is%Name%() const;
  • RenderMethod:表示class XXXOperand的成员函数名称,该成员函数用于将该操作数添加到MCInst中,不定义则为void add%Name%Operands(MCInst &Inst, unsigned N) const;
  • ParserMethod:表示class XXXAsmParser的成员函数名称,用于解析该汇编操作数。函数原型为( OperandMatchResultTy )(OperandVector &Operands);
  • DiagnosticType:当XXXAsmParser解析失败时,触发的错误打印;
  • DiagnosticString:当该操作数被赋值一个非法值时,触发的错误打印;
  • IsOptional:为1表示为可选参数,为0为必须参数;
  • DefaultMethod:表示class XXXAsmParser的成员函数名称,当IsOptional时,该成员函数用于创建默认的该操作数,不定义则为std::unique_ptr< XXXOperand > default%Name%Operands() const;

3 定义SDNode

SDNode用于定义一个dag节点,它分别有如下重要参数:

  • opcode:SDNode的节点枚举;
  • typeprof:用于描述节点特性的SDTypeProfile类型;
  • props:节点属性列表,定义在SDNodeProperties.td文件中,对应源码enum SDNP。例如满足交换律、满足结合律、有边界影响;
  • sdclass:节点对应C++类型名称;

SDTypeProfile用于描述节点的特性,各个参数如下:

  • numresults:节点输出值数量;
  • numoperands:节点输入操作数数量;
  • constraints:节点输出/入的约束;

注:SDTypeConstraint用于描述节点的输入输出约束。例如SDTCisInt<2>表示第0个输出/入为int,假设节点numresults为1,numoperands为2,序号从0到2,前面一个为输出、后面两个为输入。

4 PatFrags

例如store节点包括unindexed store、normal store、trunc store等,怎么分别定义这些SDNode呢?这时PatFrags就派上用场,其主要的参数如下:

  • ops与frags:它表示将frags中的任何片段之一匹配成ops片段;
  • pred:启动该匹配的前置条件代码,输出布尔变量。该代码片段生成于XXXGenDAGISel.inc中,代码片段除了可以访问class XXXDAGToDAGISel,还可以访问一个临时变量SDNode *N;
  • xform:对节点的转换代码片段,类型为SDNodeXForm。默认为NOOP_SDNodeXForm,即不转换。

注:通常frags只有一项,因此td模板定义了PatFrag来表示这种情况。

class SDNodeXForm用于对节点的转换操作,例如在PatFrags匹配结束,输出的SDNode可以做一次转换、或者做封装、甚至替换。核心字段如下:

  • opc:可转换的节点,类型为SDNode。
  • xformFunction:转换代码片段,代码片段除了可以访问class XXXDAGToDAGISel,还可以访问一个临时变量SDNode *N;

4.1 ImmLeaf

ImmLeaf表示将一个常数叶子重新匹配、或者说重定义为一个新的节点,也就是立即数节点。用于取立即数操作。立即数节点是没有子节点可继续展开,所以在PatFrag中断ops参数由一个空的ops表示。其主要两个参数:

  • vt:表示节点的输出类型,例如i8、i16、i32等;
  • pred:表示可匹配的先决条件,为一段输出布尔的代码。代码片段除了可以访问class XXXDAGToDAGISel,还可以访问一个临时变量 Imm

4.2 PatLeaf

PatLeaf表示将一个无操作数节点重新匹配、或者说重定义为一个新的节点名称,PatLeaf是PatFrag子类。由于叶子节点没有子节点可继续展开,所以在PatFrag中断ops参数由一个空的ops表示。例如x86中如下定义:

... ...
def i32immSExt8  : ImmLeaf<i32, [{ return isInt<8>(Imm); }]>;
... ...
def i32immSExt8_su : PatLeaf<(i32immSExt8), [{return !shouldAvoidImmediateInstFormsForSize(N);
}]>;
... ...

注:与PatFrag类似,pred字段的代码片段除了可以访问class XXXDAGToDAGISel,还可以访问一个临时变量SDNode *N。

5 ComplexPattern

ComplexPattern可用于从节点中提前操作数。例如地址有基地址、偏移、scale等组成,这时ComplexPattern派上用场。其各个字段意义如下:

  • Ty:被提取、或者说匹配的节点类型;
  • NumOperands:需要提前的子操作数个数;
  • SelectFunc:表示class XXXDAGToDAGISel中用于提取操作的成员函数名称;
  • RootNodes:表示该提取操作在哪些根节点下有效。为空则没有限制;
  • Properties:表示被提取节点(而非根节点)的属性;

例如X86中,有如下定义:

def addr      : ComplexPattern<iPTR, 5, "selectAddr", [], [SDNPWantParent]>;

则X86DAGToDAGISel类中有如下函数实现:

//Parent - ComplexPattern中定义了SDNPWantParent属性;
//N - 被提取节点,类型为iPTR;
//后面的导出参数对应ComplexPattern中定义的5个需要提前的子操作数
bool X86DAGToDAGISel::selectAddr(SDNode *Parent, SDValue N, SDValue &Base,SDValue &Scale, SDValue &Index,SDValue &Disp, SDValue &Segment) {

6 谓词条件

谓词条件表示匹配或定义有效的前置条件。除了前面各个record中表示谓词的字段。还有一种定义谓词的通用方式,就是def的record多重继承class Requires< list < Predicate > preds >。其中Predicate定义的谓词一般访问Subtarget实现返回条件布尔值。

7 理解dag

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