lib/Target/ARM/README-Thumb.txt

   1 //===---------------------------------------------------------------------===//
   2 // Random ideas for the ARM backend (Thumb specific).
   3 //===---------------------------------------------------------------------===//
   4
   5 * Add support for compiling functions in both ARM and Thumb mode, then taking
   6   the smallest.
   7
   8 * Add support for compiling individual basic blocks in thumb mode, when in a
   9   larger ARM function.  This can be used for presumed cold code, like paths
  10   to abort (failure path of asserts), EH handling code, etc.
  11
  12 * Thumb doesn't have normal pre/post increment addressing modes, but you can
  13   load/store 32-bit integers with pre/postinc by using load/store multiple
  14   instrs with a single register.
  15
  16 * Make better use of high registers r8, r10, r11, r12 (ip). Some variants of add
  17   and cmp instructions can use high registers. Also, we can use them as
  18   temporaries to spill values into.
  19
  20 * In thumb mode, short, byte, and bool preferred alignments are currently set
  21   to 4 to accommodate ISA restriction (i.e. add sp, #imm, imm must be multiple
  22   of 4).
  23
  24 //===---------------------------------------------------------------------===//
  25
  26 Potential jumptable improvements:
  27
  28 * If we know function size is less than (1 << 16) * 2 bytes, we can use 16-bit
  29   jumptable entries (e.g. (L1 - L2) >> 1). Or even smaller entries if the
  30   function is even smaller. This also applies to ARM.
  31
  32 * Thumb jumptable codegen can improve given some help from the assembler. This
  33   is what we generate right now:
  34
  35         .set PCRELV0, (LJTI1_0_0-(LPCRELL0+4))
  36 LPCRELL0:
  37         mov r1, #PCRELV0
  38         add r1, pc
  39         ldr r0, [r0, r1]
  40         mov pc, r0
  41         .align  2
  42 LJTI1_0_0:
  43         .long    LBB1_3
  44         ...
  45
  46 Note there is another pc relative add that we can take advantage of.
  47      add r1, pc, #imm_8 * 4
  48
  49 We should be able to generate:
  50
  51 LPCRELL0:
  52         add r1, LJTI1_0_0
  53         ldr r0, [r0, r1]
  54         mov pc, r0
  55         .align  2
  56 LJTI1_0_0:
  57         .long    LBB1_3
  58
  59 if the assembler can translate the add to:
  60        add r1, pc, #((LJTI1_0_0-(LPCRELL0+4))&0xfffffffc)
  61
  62 Note the assembler also does something similar to constpool load:
  63 LPCRELL0:
  64      ldr r0, LCPI1_0
  65 =>
  66      ldr r0, pc, #((LCPI1_0-(LPCRELL0+4))&0xfffffffc)
  67
  68
  69 //===---------------------------------------------------------------------===//
  70
  71 We compile the following:
  72
  73 define i16 @func_entry_2E_ce(i32 %i) {
  74         switch i32 %i, label %bb12.exitStub [
  75                  i32 0, label %bb4.exitStub
  76                  i32 1, label %bb9.exitStub
  77                  i32 2, label %bb4.exitStub
  78                  i32 3, label %bb4.exitStub
  79                  i32 7, label %bb9.exitStub
  80                  i32 8, label %bb.exitStub
  81                  i32 9, label %bb9.exitStub
  82         ]
  83
  84 bb12.exitStub:
  85         ret i16 0
  86
  87 bb4.exitStub:
  88         ret i16 1
  89
  90 bb9.exitStub:
  91         ret i16 2
  92
  93 bb.exitStub:
  94         ret i16 3
  95 }
  96
  97 into:
  98
  99 _func_entry_2E_ce:
 100         mov r2, #1
 101         lsl r2, r0
 102         cmp r0, #9
 103         bhi LBB1_4      @bb12.exitStub
 104 LBB1_1: @newFuncRoot
 105         mov r1, #13
 106         tst r2, r1
 107         bne LBB1_5      @bb4.exitStub
 108 LBB1_2: @newFuncRoot
 109         ldr r1, LCPI1_0
 110         tst r2, r1
 111         bne LBB1_6      @bb9.exitStub
 112 LBB1_3: @newFuncRoot
 113         mov r1, #1
 114         lsl r1, r1, #8
 115         tst r2, r1
 116         bne LBB1_7      @bb.exitStub
 117 LBB1_4: @bb12.exitStub
 118         mov r0, #0
 119         bx lr
 120 LBB1_5: @bb4.exitStub
 121         mov r0, #1
 122         bx lr
 123 LBB1_6: @bb9.exitStub
 124         mov r0, #2
 125         bx lr
 126 LBB1_7: @bb.exitStub
 127         mov r0, #3
 128         bx lr
 129 LBB1_8:
 130         .align  2
 131 LCPI1_0:
 132         .long   642
 133
 134
 135 gcc compiles to:
 136
 137         cmp     r0, #9
 138         @ lr needed for prologue
 139         bhi     L2
 140         ldr     r3, L11
 141         mov     r2, #1
 142         mov     r1, r2, asl r0
 143         ands    r0, r3, r2, asl r0
 144         movne   r0, #2
 145         bxne    lr
 146         tst     r1, #13
 147         beq     L9
 148 L3:
 149         mov     r0, r2
 150         bx      lr
 151 L9:
 152         tst     r1, #256
 153         movne   r0, #3
 154         bxne    lr
 155 L2:
 156         mov     r0, #0
 157         bx      lr
 158 L12:
 159         .align 2
 160 L11:
 161         .long   642
 162
 163
 164 GCC is doing a couple of clever things here:
 165   1. It is predicating one of the returns.  This isn't a clear win though: in
 166      cases where that return isn't taken, it is replacing one condbranch with
 167      two 'ne' predicated instructions.
 168   2. It is sinking the shift of "1 << i" into the tst, and using ands instead of
 169      tst.  This will probably require whole function isel.
 170   3. GCC emits:
 171         tst     r1, #256
 172      we emit:
 173         mov r1, #1
 174         lsl r1, r1, #8
 175         tst r2, r1
 176
 177 //===---------------------------------------------------------------------===//
 178
 179 When spilling in thumb mode and the sp offset is too large to fit in the ldr /
 180 str offset field, we load the offset from a constpool entry and add it to sp:
 181
 182 ldr r2, LCPI
 183 add r2, sp
 184 ldr r2, [r2]
 185
 186 These instructions preserve the condition code which is important if the spill
 187 is between a cmp and a bcc instruction. However, we can use the (potentially)
 188 cheaper sequnce if we know it's ok to clobber the condition register.
 189
 190 add r2, sp, #255 * 4
 191 add r2, #132
 192 ldr r2, [r2, #7 * 4]
 193
 194 This is especially bad when dynamic alloca is used. The all fixed size stack
 195 objects are referenced off the frame pointer with negative offsets. See
 196 oggenc for an example.
 197
 198 //===---------------------------------------------------------------------===//
 199
 200 Poor codegen test/CodeGen/ARM/select.ll f7:
 201
 202         ldr r5, LCPI1_0
 203 LPC0:
 204         add r5, pc
 205         ldr r6, LCPI1_1
 206         ldr r2, LCPI1_2
 207         mov r3, r6
 208         mov lr, pc
 209         bx r5
 210
 211 //===---------------------------------------------------------------------===//
 212
 213 Make register allocator / spiller smarter so we can re-materialize "mov r, imm",
 214 etc. Almost all Thumb instructions clobber condition code.
 215
 216 //===---------------------------------------------------------------------===//
 217
 218 Thumb load / store address mode offsets are scaled. The values kept in the
 219 instruction operands are pre-scale values. This probably ought to be changed
 220 to avoid extra work when we convert Thumb2 instructions to Thumb1 instructions.
 221
 222 //===---------------------------------------------------------------------===//
 223
 224 We need to make (some of the) Thumb1 instructions predicable. That will allow
 225 shrinking of predicated Thumb2 instructions. To allow this, we need to be able
 226 to toggle the 's' bit since they do not set CPSR when they are inside IT blocks.
 227
 228 //===---------------------------------------------------------------------===//
 229
 230 Make use of hi register variants of cmp: tCMPhir / tCMPZhir.
 231
 232 //===---------------------------------------------------------------------===//
 233
 234 Thumb1 immediate field sometimes keep pre-scaled values. See
 235 ThumbRegisterInfo::eliminateFrameIndex. This is inconsistent from ARM and
 236 Thumb2.
 237
 238 //===---------------------------------------------------------------------===//
 239
 240 Rather than having tBR_JTr print a ".align 2" and constant island pass pad it,
 241 add a target specific ALIGN instruction instead. That way, getInstSizeInBytes
 242 won't have to over-estimate. It can also be used for loop alignment pass.
 243
 244 //===---------------------------------------------------------------------===//
 245
 246 We generate conditional code for icmp when we don't need to. This code:
 247
 248   int foo(int s) {
 249     return s == 1;
 250   }
 251
 252 produces:
 253
 254 foo:
 255         cmp     r0, #1
 256         mov.w   r0, #0
 257         it      eq
 258         moveq   r0, #1
 259         bx      lr
 260
 261 when it could use subs + adcs. This is GCC PR46975.