Hanle i8 returns
[llvm/msp430.git] / lib / Target / PowerPC / README.txt
blob688fb3090803530ba9ac8d1d16ba8bc08736a37a
1 //===- README.txt - Notes for improving PowerPC-specific code gen ---------===//
3 TODO:
4 * gpr0 allocation
5 * implement do-loop -> bdnz transform
6 * lmw/stmw pass a la arm load store optimizer for prolog/epilog
8 ===-------------------------------------------------------------------------===
10 Support 'update' load/store instructions.  These are cracked on the G5, but are
11 still a codesize win.
13 With preinc enabled, this:
15 long *%test4(long *%X, long *%dest) {
16         %Y = getelementptr long* %X, int 4
17         %A = load long* %Y
18         store long %A, long* %dest
19         ret long* %Y
22 compiles to:
24 _test4:
25         mr r2, r3
26         lwzu r5, 32(r2)
27         lwz r3, 36(r3)
28         stw r5, 0(r4)
29         stw r3, 4(r4)
30         mr r3, r2
31         blr 
33 with -sched=list-burr, I get:
35 _test4:
36         lwz r2, 36(r3)
37         lwzu r5, 32(r3)
38         stw r2, 4(r4)
39         stw r5, 0(r4)
40         blr 
42 ===-------------------------------------------------------------------------===
44 We compile the hottest inner loop of viterbi to:
46         li r6, 0
47         b LBB1_84       ;bb432.i
48 LBB1_83:        ;bb420.i
49         lbzx r8, r5, r7
50         addi r6, r7, 1
51         stbx r8, r4, r7
52 LBB1_84:        ;bb432.i
53         mr r7, r6
54         cmplwi cr0, r7, 143
55         bne cr0, LBB1_83        ;bb420.i
57 The CBE manages to produce:
59         li r0, 143
60         mtctr r0
61 loop:
62         lbzx r2, r2, r11
63         stbx r0, r2, r9
64         addi r2, r2, 1
65         bdz later
66         b loop
68 This could be much better (bdnz instead of bdz) but it still beats us.  If we
69 produced this with bdnz, the loop would be a single dispatch group.
71 ===-------------------------------------------------------------------------===
73 Compile:
75 void foo(int *P) {
76  if (P)  *P = 0;
79 into:
81 _foo:
82         cmpwi cr0,r3,0
83         beqlr cr0
84         li r0,0
85         stw r0,0(r3)
86         blr
88 This is effectively a simple form of predication.
90 ===-------------------------------------------------------------------------===
92 Lump the constant pool for each function into ONE pic object, and reference
93 pieces of it as offsets from the start.  For functions like this (contrived
94 to have lots of constants obviously):
96 double X(double Y) { return (Y*1.23 + 4.512)*2.34 + 14.38; }
98 We generate:
101         lis r2, ha16(.CPI_X_0)
102         lfd f0, lo16(.CPI_X_0)(r2)
103         lis r2, ha16(.CPI_X_1)
104         lfd f2, lo16(.CPI_X_1)(r2)
105         fmadd f0, f1, f0, f2
106         lis r2, ha16(.CPI_X_2)
107         lfd f1, lo16(.CPI_X_2)(r2)
108         lis r2, ha16(.CPI_X_3)
109         lfd f2, lo16(.CPI_X_3)(r2)
110         fmadd f1, f0, f1, f2
111         blr
113 It would be better to materialize .CPI_X into a register, then use immediates
114 off of the register to avoid the lis's.  This is even more important in PIC 
115 mode.
117 Note that this (and the static variable version) is discussed here for GCC:
118 http://gcc.gnu.org/ml/gcc-patches/2006-02/msg00133.html
120 Here's another example (the sgn function):
121 double testf(double a) {
122        return a == 0.0 ? 0.0 : (a > 0.0 ? 1.0 : -1.0);
125 it produces a BB like this:
126 LBB1_1: ; cond_true
127         lis r2, ha16(LCPI1_0)
128         lfs f0, lo16(LCPI1_0)(r2)
129         lis r2, ha16(LCPI1_1)
130         lis r3, ha16(LCPI1_2)
131         lfs f2, lo16(LCPI1_2)(r3)
132         lfs f3, lo16(LCPI1_1)(r2)
133         fsub f0, f0, f1
134         fsel f1, f0, f2, f3
135         blr 
137 ===-------------------------------------------------------------------------===
139 PIC Code Gen IPO optimization:
141 Squish small scalar globals together into a single global struct, allowing the 
142 address of the struct to be CSE'd, avoiding PIC accesses (also reduces the size
143 of the GOT on targets with one).
145 Note that this is discussed here for GCC:
146 http://gcc.gnu.org/ml/gcc-patches/2006-02/msg00133.html
148 ===-------------------------------------------------------------------------===
150 Implement Newton-Rhapson method for improving estimate instructions to the
151 correct accuracy, and implementing divide as multiply by reciprocal when it has
152 more than one use.  Itanium will want this too.
154 ===-------------------------------------------------------------------------===
156 Compile offsets from allocas:
158 int *%test() {
159         %X = alloca { int, int }
160         %Y = getelementptr {int,int}* %X, int 0, uint 1
161         ret int* %Y
164 into a single add, not two:
166 _test:
167         addi r2, r1, -8
168         addi r3, r2, 4
169         blr
171 --> important for C++.
173 ===-------------------------------------------------------------------------===
175 No loads or stores of the constants should be needed:
177 struct foo { double X, Y; };
178 void xxx(struct foo F);
179 void bar() { struct foo R = { 1.0, 2.0 }; xxx(R); }
181 ===-------------------------------------------------------------------------===
183 Darwin Stub LICM optimization:
185 Loops like this:
186   
187   for (...)  bar();
189 Have to go through an indirect stub if bar is external or linkonce.  It would 
190 be better to compile it as:
192      fp = &bar;
193      for (...)  fp();
195 which only computes the address of bar once (instead of each time through the 
196 stub).  This is Darwin specific and would have to be done in the code generator.
197 Probably not a win on x86.
199 ===-------------------------------------------------------------------------===
201 Simple IPO for argument passing, change:
202   void foo(int X, double Y, int Z) -> void foo(int X, int Z, double Y)
204 the Darwin ABI specifies that any integer arguments in the first 32 bytes worth
205 of arguments get assigned to r3 through r10. That is, if you have a function
206 foo(int, double, int) you get r3, f1, r6, since the 64 bit double ate up the
207 argument bytes for r4 and r5. The trick then would be to shuffle the argument
208 order for functions we can internalize so that the maximum number of 
209 integers/pointers get passed in regs before you see any of the fp arguments.
211 Instead of implementing this, it would actually probably be easier to just 
212 implement a PPC fastcc, where we could do whatever we wanted to the CC, 
213 including having this work sanely.
215 ===-------------------------------------------------------------------------===
217 Fix Darwin FP-In-Integer Registers ABI
219 Darwin passes doubles in structures in integer registers, which is very very 
220 bad.  Add something like a BIT_CONVERT to LLVM, then do an i-p transformation 
221 that percolates these things out of functions.
223 Check out how horrible this is:
224 http://gcc.gnu.org/ml/gcc/2005-10/msg01036.html
226 This is an extension of "interprocedural CC unmunging" that can't be done with
227 just fastcc.
229 ===-------------------------------------------------------------------------===
231 Compile this:
233 int foo(int a) {
234   int b = (a < 8);
235   if (b) {
236     return b * 3;     // ignore the fact that this is always 3.
237   } else {
238     return 2;
239   }
242 into something not this:
244 _foo:
245 1)      cmpwi cr7, r3, 8
246         mfcr r2, 1
247         rlwinm r2, r2, 29, 31, 31
248 1)      cmpwi cr0, r3, 7
249         bgt cr0, LBB1_2 ; UnifiedReturnBlock
250 LBB1_1: ; then
251         rlwinm r2, r2, 0, 31, 31
252         mulli r3, r2, 3
253         blr
254 LBB1_2: ; UnifiedReturnBlock
255         li r3, 2
256         blr
258 In particular, the two compares (marked 1) could be shared by reversing one.
259 This could be done in the dag combiner, by swapping a BR_CC when a SETCC of the
260 same operands (but backwards) exists.  In this case, this wouldn't save us 
261 anything though, because the compares still wouldn't be shared.
263 ===-------------------------------------------------------------------------===
265 We should custom expand setcc instead of pretending that we have it.  That
266 would allow us to expose the access of the crbit after the mfcr, allowing
267 that access to be trivially folded into other ops.  A simple example:
269 int foo(int a, int b) { return (a < b) << 4; }
271 compiles into:
273 _foo:
274         cmpw cr7, r3, r4
275         mfcr r2, 1
276         rlwinm r2, r2, 29, 31, 31
277         slwi r3, r2, 4
278         blr
280 ===-------------------------------------------------------------------------===
282 Fold add and sub with constant into non-extern, non-weak addresses so this:
284 static int a;
285 void bar(int b) { a = b; }
286 void foo(unsigned char *c) {
287   *c = a;
290 So that 
292 _foo:
293         lis r2, ha16(_a)
294         la r2, lo16(_a)(r2)
295         lbz r2, 3(r2)
296         stb r2, 0(r3)
297         blr
299 Becomes
301 _foo:
302         lis r2, ha16(_a+3)
303         lbz r2, lo16(_a+3)(r2)
304         stb r2, 0(r3)
305         blr
307 ===-------------------------------------------------------------------------===
309 We generate really bad code for this:
311 int f(signed char *a, _Bool b, _Bool c) {
312    signed char t = 0;
313   if (b)  t = *a;
314   if (c)  *a = t;
317 ===-------------------------------------------------------------------------===
319 This:
320 int test(unsigned *P) { return *P >> 24; }
322 Should compile to:
324 _test:
325         lbz r3,0(r3)
326         blr
328 not:
330 _test:
331         lwz r2, 0(r3)
332         srwi r3, r2, 24
333         blr
335 ===-------------------------------------------------------------------------===
337 On the G5, logical CR operations are more expensive in their three
338 address form: ops that read/write the same register are half as expensive as
339 those that read from two registers that are different from their destination.
341 We should model this with two separate instructions.  The isel should generate
342 the "two address" form of the instructions.  When the register allocator 
343 detects that it needs to insert a copy due to the two-addresness of the CR
344 logical op, it will invoke PPCInstrInfo::convertToThreeAddress.  At this point
345 we can convert to the "three address" instruction, to save code space.
347 This only matters when we start generating cr logical ops.
349 ===-------------------------------------------------------------------------===
351 We should compile these two functions to the same thing:
353 #include <stdlib.h>
354 void f(int a, int b, int *P) {
355   *P = (a-b)>=0?(a-b):(b-a);
357 void g(int a, int b, int *P) {
358   *P = abs(a-b);
361 Further, they should compile to something better than:
364         subf r2, r4, r3
365         subfic r3, r2, 0
366         cmpwi cr0, r2, -1
367         bgt cr0, LBB2_2 ; entry
368 LBB2_1: ; entry
369         mr r2, r3
370 LBB2_2: ; entry
371         stw r2, 0(r5)
372         blr
374 GCC produces:
377         subf r4,r4,r3
378         srawi r2,r4,31
379         xor r0,r2,r4
380         subf r0,r2,r0
381         stw r0,0(r5)
382         blr
384 ... which is much nicer.
386 This theoretically may help improve twolf slightly (used in dimbox.c:142?).
388 ===-------------------------------------------------------------------------===
390 int foo(int N, int ***W, int **TK, int X) {
391   int t, i;
392   
393   for (t = 0; t < N; ++t)
394     for (i = 0; i < 4; ++i)
395       W[t / X][i][t % X] = TK[i][t];
396       
397   return 5;
400 We generate relatively atrocious code for this loop compared to gcc.
402 We could also strength reduce the rem and the div:
403 http://www.lcs.mit.edu/pubs/pdf/MIT-LCS-TM-600.pdf
405 ===-------------------------------------------------------------------------===
407 float foo(float X) { return (int)(X); }
409 Currently produces:
411 _foo:
412         fctiwz f0, f1
413         stfd f0, -8(r1)
414         lwz r2, -4(r1)
415         extsw r2, r2
416         std r2, -16(r1)
417         lfd f0, -16(r1)
418         fcfid f0, f0
419         frsp f1, f0
420         blr
422 We could use a target dag combine to turn the lwz/extsw into an lwa when the 
423 lwz has a single use.  Since LWA is cracked anyway, this would be a codesize
424 win only.
426 ===-------------------------------------------------------------------------===
428 We generate ugly code for this:
430 void func(unsigned int *ret, float dx, float dy, float dz, float dw) {
431   unsigned code = 0;
432   if(dx < -dw) code |= 1;
433   if(dx > dw)  code |= 2;
434   if(dy < -dw) code |= 4;
435   if(dy > dw)  code |= 8;
436   if(dz < -dw) code |= 16;
437   if(dz > dw)  code |= 32;
438   *ret = code;
441 ===-------------------------------------------------------------------------===
443 Complete the signed i32 to FP conversion code using 64-bit registers
444 transformation, good for PI.  See PPCISelLowering.cpp, this comment:
446      // FIXME: disable this lowered code.  This generates 64-bit register values,
447      // and we don't model the fact that the top part is clobbered by calls.  We
448      // need to flag these together so that the value isn't live across a call.
449      //setOperationAction(ISD::SINT_TO_FP, MVT::i32, Custom);
451 Also, if the registers are spilled to the stack, we have to ensure that all
452 64-bits of them are save/restored, otherwise we will miscompile the code.  It
453 sounds like we need to get the 64-bit register classes going.
455 ===-------------------------------------------------------------------------===
457 %struct.B = type { i8, [3 x i8] }
459 define void @bar(%struct.B* %b) {
460 entry:
461         %tmp = bitcast %struct.B* %b to i32*              ; <uint*> [#uses=1]
462         %tmp = load i32* %tmp          ; <uint> [#uses=1]
463         %tmp3 = bitcast %struct.B* %b to i32*             ; <uint*> [#uses=1]
464         %tmp4 = load i32* %tmp3                ; <uint> [#uses=1]
465         %tmp8 = bitcast %struct.B* %b to i32*             ; <uint*> [#uses=2]
466         %tmp9 = load i32* %tmp8                ; <uint> [#uses=1]
467         %tmp4.mask17 = shl i32 %tmp4, i8 1          ; <uint> [#uses=1]
468         %tmp1415 = and i32 %tmp4.mask17, 2147483648            ; <uint> [#uses=1]
469         %tmp.masked = and i32 %tmp, 2147483648         ; <uint> [#uses=1]
470         %tmp11 = or i32 %tmp1415, %tmp.masked          ; <uint> [#uses=1]
471         %tmp12 = and i32 %tmp9, 2147483647             ; <uint> [#uses=1]
472         %tmp13 = or i32 %tmp12, %tmp11         ; <uint> [#uses=1]
473         store i32 %tmp13, i32* %tmp8
474         ret void
477 We emit:
479 _foo:
480         lwz r2, 0(r3)
481         slwi r4, r2, 1
482         or r4, r4, r2
483         rlwimi r2, r4, 0, 0, 0
484         stw r2, 0(r3)
485         blr
487 We could collapse a bunch of those ORs and ANDs and generate the following
488 equivalent code:
490 _foo:
491         lwz r2, 0(r3)
492         rlwinm r4, r2, 1, 0, 0
493         or r2, r2, r4
494         stw r2, 0(r3)
495         blr
497 ===-------------------------------------------------------------------------===
499 We compile:
501 unsigned test6(unsigned x) { 
502   return ((x & 0x00FF0000) >> 16) | ((x & 0x000000FF) << 16);
505 into:
507 _test6:
508         lis r2, 255
509         rlwinm r3, r3, 16, 0, 31
510         ori r2, r2, 255
511         and r3, r3, r2
512         blr
514 GCC gets it down to:
516 _test6:
517         rlwinm r0,r3,16,8,15
518         rlwinm r3,r3,16,24,31
519         or r3,r3,r0
520         blr
523 ===-------------------------------------------------------------------------===
525 Consider a function like this:
527 float foo(float X) { return X + 1234.4123f; }
529 The FP constant ends up in the constant pool, so we need to get the LR register.
530  This ends up producing code like this:
532 _foo:
533 .LBB_foo_0:     ; entry
534         mflr r11
535 ***     stw r11, 8(r1)
536         bl "L00000$pb"
537 "L00000$pb":
538         mflr r2
539         addis r2, r2, ha16(.CPI_foo_0-"L00000$pb")
540         lfs f0, lo16(.CPI_foo_0-"L00000$pb")(r2)
541         fadds f1, f1, f0
542 ***     lwz r11, 8(r1)
543         mtlr r11
544         blr
546 This is functional, but there is no reason to spill the LR register all the way
547 to the stack (the two marked instrs): spilling it to a GPR is quite enough.
549 Implementing this will require some codegen improvements.  Nate writes:
551 "So basically what we need to support the "no stack frame save and restore" is a
552 generalization of the LR optimization to "callee-save regs".
554 Currently, we have LR marked as a callee-save reg.  The register allocator sees
555 that it's callee save, and spills it directly to the stack.
557 Ideally, something like this would happen:
559 LR would be in a separate register class from the GPRs. The class of LR would be
560 marked "unspillable".  When the register allocator came across an unspillable
561 reg, it would ask "what is the best class to copy this into that I *can* spill"
562 If it gets a class back, which it will in this case (the gprs), it grabs a free
563 register of that class.  If it is then later necessary to spill that reg, so be
566 ===-------------------------------------------------------------------------===
568 We compile this:
569 int test(_Bool X) {
570   return X ? 524288 : 0;
573 to: 
574 _test:
575         cmplwi cr0, r3, 0
576         lis r2, 8
577         li r3, 0
578         beq cr0, LBB1_2 ;entry
579 LBB1_1: ;entry
580         mr r3, r2
581 LBB1_2: ;entry
582         blr 
584 instead of:
585 _test:
586         addic r2,r3,-1
587         subfe r0,r2,r3
588         slwi r3,r0,19
589         blr
591 This sort of thing occurs a lot due to globalopt.
593 ===-------------------------------------------------------------------------===
595 We currently compile 32-bit bswap:
597 declare i32 @llvm.bswap.i32(i32 %A)
598 define i32 @test(i32 %A) {
599         %B = call i32 @llvm.bswap.i32(i32 %A)
600         ret i32 %B
605 _test:
606         rlwinm r2, r3, 24, 16, 23
607         slwi r4, r3, 24
608         rlwimi r2, r3, 8, 24, 31
609         rlwimi r4, r3, 8, 8, 15
610         rlwimi r4, r2, 0, 16, 31
611         mr r3, r4
612         blr 
614 it would be more efficient to produce:
616 _foo:   mr r0,r3
617         rlwinm r3,r3,8,0xffffffff
618         rlwimi r3,r0,24,0,7
619         rlwimi r3,r0,24,16,23
620         blr
622 ===-------------------------------------------------------------------------===
624 test/CodeGen/PowerPC/2007-03-24-cntlzd.ll compiles to:
626 __ZNK4llvm5APInt17countLeadingZerosEv:
627         ld r2, 0(r3)
628         cntlzd r2, r2
629         or r2, r2, r2     <<-- silly.
630         addi r3, r2, -64
631         blr 
633 The dead or is a 'truncate' from 64- to 32-bits.
635 ===-------------------------------------------------------------------------===
637 We generate horrible ppc code for this:
639 #define N  2000000
640 double   a[N],c[N];
641 void simpleloop() {
642    int j;
643    for (j=0; j<N; j++)
644      c[j] = a[j];
647 LBB1_1: ;bb
648         lfdx f0, r3, r4
649         addi r5, r5, 1                 ;; Extra IV for the exit value compare.
650         stfdx f0, r2, r4
651         addi r4, r4, 8
653         xoris r6, r5, 30               ;; This is due to a large immediate.
654         cmplwi cr0, r6, 33920
655         bne cr0, LBB1_1
657 //===---------------------------------------------------------------------===//
659 This:
660         #include <algorithm>
661         inline std::pair<unsigned, bool> full_add(unsigned a, unsigned b)
662         { return std::make_pair(a + b, a + b < a); }
663         bool no_overflow(unsigned a, unsigned b)
664         { return !full_add(a, b).second; }
666 Should compile to:
668 __Z11no_overflowjj:
669         add r4,r3,r4
670         subfc r3,r3,r4
671         li r3,0
672         adde r3,r3,r3
673         blr
675 (or better) not:
677 __Z11no_overflowjj:
678         add r2, r4, r3
679         cmplw cr7, r2, r3
680         mfcr r2
681         rlwinm r2, r2, 29, 31, 31
682         xori r3, r2, 1
683         blr 
685 //===---------------------------------------------------------------------===//
687 We compile some FP comparisons into an mfcr with two rlwinms and an or.  For
688 example:
689 #include <math.h>
690 int test(double x, double y) { return islessequal(x, y);}
691 int test2(double x, double y) {  return islessgreater(x, y);}
692 int test3(double x, double y) {  return !islessequal(x, y);}
694 Compiles into (all three are similar, but the bits differ):
696 _test:
697         fcmpu cr7, f1, f2
698         mfcr r2
699         rlwinm r3, r2, 29, 31, 31
700         rlwinm r2, r2, 31, 31, 31
701         or r3, r2, r3
702         blr 
704 GCC compiles this into:
706  _test:
707         fcmpu cr7,f1,f2
708         cror 30,28,30
709         mfcr r3
710         rlwinm r3,r3,31,1
711         blr
712         
713 which is more efficient and can use mfocr.  See PR642 for some more context.
715 //===---------------------------------------------------------------------===//
717 void foo(float *data, float d) {
718    long i;
719    for (i = 0; i < 8000; i++)
720       data[i] = d;
722 void foo2(float *data, float d) {
723    long i;
724    data--;
725    for (i = 0; i < 8000; i++) {
726       data[1] = d;
727       data++;
728    }
731 These compile to:
733 _foo:
734         li r2, 0
735 LBB1_1: ; bb
736         addi r4, r2, 4
737         stfsx f1, r3, r2
738         cmplwi cr0, r4, 32000
739         mr r2, r4
740         bne cr0, LBB1_1 ; bb
741         blr 
742 _foo2:
743         li r2, 0
744 LBB2_1: ; bb
745         addi r4, r2, 4
746         stfsx f1, r3, r2
747         cmplwi cr0, r4, 32000
748         mr r2, r4
749         bne cr0, LBB2_1 ; bb
750         blr 
752 The 'mr' could be eliminated to folding the add into the cmp better.
754 //===---------------------------------------------------------------------===//
755 Codegen for the following (low-probability) case deteriorated considerably 
756 when the correctness fixes for unordered comparisons went in (PR 642, 58871).
757 It should be possible to recover the code quality described in the comments.
759 ; RUN: llvm-as < %s | llc -march=ppc32  | grep or | count 3
760 ; This should produce one 'or' or 'cror' instruction per function.
762 ; RUN: llvm-as < %s | llc -march=ppc32  | grep mfcr | count 3
763 ; PR2964
765 define i32 @test(double %x, double %y) nounwind  {
766 entry:
767         %tmp3 = fcmp ole double %x, %y          ; <i1> [#uses=1]
768         %tmp345 = zext i1 %tmp3 to i32          ; <i32> [#uses=1]
769         ret i32 %tmp345
772 define i32 @test2(double %x, double %y) nounwind  {
773 entry:
774         %tmp3 = fcmp one double %x, %y          ; <i1> [#uses=1]
775         %tmp345 = zext i1 %tmp3 to i32          ; <i32> [#uses=1]
776         ret i32 %tmp345
779 define i32 @test3(double %x, double %y) nounwind  {
780 entry:
781         %tmp3 = fcmp ugt double %x, %y          ; <i1> [#uses=1]
782         %tmp34 = zext i1 %tmp3 to i32           ; <i32> [#uses=1]
783         ret i32 %tmp34
785 //===----------------------------------------------------------------------===//
786 ; RUN: llvm-as < %s | llc -march=ppc32 | not grep fneg
788 ; This could generate FSEL with appropriate flags (FSEL is not IEEE-safe, and 
789 ; should not be generated except with -enable-finite-only-fp-math or the like).
790 ; With the correctness fixes for PR642 (58871) LowerSELECT_CC would need to
791 ; recognize a more elaborate tree than a simple SETxx.
793 define double @test_FNEG_sel(double %A, double %B, double %C) {
794         %D = sub double -0.000000e+00, %A               ; <double> [#uses=1]
795         %Cond = fcmp ugt double %D, -0.000000e+00               ; <i1> [#uses=1]
796         %E = select i1 %Cond, double %B, double %C              ; <double> [#uses=1]
797         ret double %E