llvm后端之tblgen寄存器信息_llvm-tblgen riscvtargetparserdef.inc-优快云博客

llvm后端之tblgen寄存器信息

引言
1 基础枚举信息
2 MC寄存器信息
- 2.1 寄存器基本信息
- 2.2 寄存器分类信息

引言

llvm后端采用table-gen语法定义好目标指令描述信息后，可通过llvm-tblgen工具生成源码文件。以x86为例：


llvm-tblgen -gen-register-info X86.td -I ../../../include/ -o=X86GenRegisterInfo.inc

运行上述命令后就生成了x86的寄存器信息。主要内容如下：

基础枚举信息

1 基础枚举信息

首先，生成寄存器枚举：

enum {
  NoRegister,
  ... ...
  BH = 4,
  BL = 5,
  ... ...
  BX = 9,
  ... ...
  EBX = 24,
  ... ...
  HBX = 40,
  ... ...
  RBX = 51,
  ... ...
  NUM_TARGET_REGS
};

注：以上枚举是按照td文件的寄存器定义名称生成，以AX为例，在td文件中有：

class X86Reg<string n, bits<16> Enc, list<Register> subregs = []> : Register<n> {
  let Namespace = "X86";
  let HWEncoding = Enc;
  let SubRegs = subregs;
}
... ...
let SubRegIndices = [sub_8bit, sub_8bit_hi], CoveredBySubRegs = 1 in {
def AX : X86Reg<"ax", 0, [AL,AH]>;
def DX : X86Reg<"dx", 2, [DL,DH]>;
def CX : X86Reg<"cx", 1, [CL,CH]>;
def BX : X86Reg<"bx", 3, [BL,BH]>;
}
... ...

生成寄存器分类枚举：

enum {
  GR8RegClassID = 0,
  GRH8RegClassID = 1,
  ... ...
  VR512_0_15RegClassID = 117,
};

注：以上枚举是按照td文件的寄存器分类定义名称生成，以GR8RegClassID为例，在td文件有定义：

def GR8 : RegisterClass<"X86", [i8],  8,
                        (add AL, CL, DL, AH, CH, DH, BL, BH, SIL, DIL, BPL, SPL,
                             R8B, R9B, R10B, R11B, R14B, R15B, R12B, R13B)> {
  let AltOrders = [(sub GR8, AH, BH, CH, DH)];
  let AltOrderSelect = [{
    return MF.getSubtarget<X86Subtarget>().is64Bit();
  }];
}

生成子寄存器索引枚举：

enum {
  NoSubRegister,
  sub_8bit,	// 1
  sub_8bit_hi,	// 2
  sub_8bit_hi_phony,	// 3
  sub_16bit,	// 4
  sub_16bit_hi,	// 5
  sub_32bit,	// 6
  sub_mask_0,	// 7
  sub_mask_1,	// 8
  sub_xmm,	// 9
  sub_ymm,	// 10
  NUM_TARGET_SUBREGS
};

注：以上枚举来源于td文件的定义如下：

let Namespace = "X86" in {
  def sub_8bit     : SubRegIndex<8>;
  def sub_8bit_hi  : SubRegIndex<8, 8>;
  def sub_8bit_hi_phony  : SubRegIndex<8, 8>;
  def sub_16bit    : SubRegIndex<16>;
  def sub_16bit_hi : SubRegIndex<16, 16>;
  def sub_32bit    : SubRegIndex<32>;
  def sub_xmm      : SubRegIndex<128>;
  def sub_ymm      : SubRegIndex<256>;
  def sub_mask_0   : SubRegIndex<-1>;
  def sub_mask_1   : SubRegIndex<-1, -1>;
}

2 MC寄存器信息

2.1 寄存器基本信息

寄存器基本信息主要生成如下常量数组：

MCPhysReg X86RegDiffLists[]
LaneBitmask X86LaneMaskLists[]
uint16_t X86SubRegIdxLists
MCRegisterInfo::SubRegCoveredBits X86SubRegIdxRanges[]
const char X86RegStrings[]
MCRegisterDesc X86RegDesc[]
MCPhysReg X86RegUnitRoots[][2]

以上数组的关系都是基于X86RegDesc为起点。在llvm源码中，MCRegisterDesc包含五个无符号整数的关键字段：

Name：代表寄存器的名称；
SubRegs：代表子寄存器列表，指向X86RegDiffLists中的索引值，从该索引往后直到遇到0，是求解子寄存器相应枚举的数字；
SuperRegs：代表父寄存器，表示方式与SubRegs类似；
SubRegIndices：代表子寄存器索引信息，与SubRegs类似，稍微不同的是指向X86SubRegIdxLists的索引值
RegUnits：代表寄存器的寄存器硬件单元列表；
RegUnitLaneMasks：

以16位BX寄存器为例，由于BX枚举值为9, 查找X86RegDesc[9]，内容如下：

{ 1183, 317, 178, 0, 304, 2 },

注：1183为寄存器名字，字符串X86RegStrings数组中的子字符串&X86RegStrings[1183]刚好为“BX”

寻找子寄存器

查找X86RegDiffLists[317]，得到如下内容：

  /* 317 */ 65532, 65535, 0,

通过BX的枚举值9计算：9+(uint16)65532 = 5(即BL)，用上一步结果5计算：5+(uint16)65535=4(即BH)；

寻找子寄存器索引

查找X86SubRegIdxLists[0]，得到内容：

  /* 0 */ 1, 2, 0,

数字1，2是子寄存器索引枚举sub_8bit和sub_8bit_hi，索引范围为X86SubRegIdxRanges[1]和X86SubRegIdxRanges[2]。即BL为sub_8bit(Offset=0，Size=8)、BH为sub_8bit_hi(Offset=8，Size=8)。

寻找父寄存器

查找X86RegDiffLists[178]，得到如下内容：

  /* 177 */ 4, 15, 27, 0,

取得15和27两组值，通过BX的枚举值9计算：15+9 = 24(即EBX)，用上一步结果5计算：24+27=51(即RBX)；

寻找寄存器单元

计算scale = 304&0x0f = 0；然后查找查找X86RegDiffLists[304>>4] (即X86RegDiffLists[19])，得到如下内容：

  /* 19 */ 2, 1, 0,

通过BX的枚举值9计算 9 * scale + 2 = 2 ，用上一步结果2 + 1 = 3。X86RegUnitRoots[2]为X86::BH、X86RegUnitRoots[3]为X86::BL。

注：并不是有多少个寄存器就有多少个寄存器单元，例如两个8位BL和BH组成了16位BX、两个16位BX和HBX组成了32位EBX、EBX扩展成64位RBX，有6个寄存器却只有X86::BL、X86::BH、X86::HBX三个寄存器单元

寻找寄存器单元LaneMask

查找X86LaneMaskLists[2]，得出以LaneBitmask::getAll()结尾的内容如下：

  /* 2 */ LaneBitmask(0x00000002), LaneBitmask(0x00000001), LaneBitmask::getAll(),

注：上述内容表示X86::BH和X86::BL对于的LaneMask。其生成规则是按枚举出现顺序将sub_8bit、sub_8bit_hi、sub_8bit_hi_phony、sub_16bit_hi、sub_32bit、sub_xmm、sub_ymm被设置为0x01、0x02、0x04、0x08、0x10、0x20、0x40。另外，sub_16bit比较特殊，它可以由sub_8bit、sub_8bit_hi、sub_8bit_hi_phony组合而成，所以设置为0x07（即0x01 | 0x02 | 0x04）

2.2 寄存器分类信息

寄存器分类信息包括：

寄存器分类所含寄存器枚举数组和BitMask
const char X86RegClassStrings[]
MCRegisterClass X86MCRegisterClasses[]

以上数组的关系都是基于X86MCRegisterClasses为中心组织起来。在llvm源码中，MCRegisterClass主要包含如下字段：

RegsBegin：关于“寄存器分类所含寄存器枚举数组”的迭代器
RegSet：关于“寄存器分类所含寄存器的BitMask”的bit序列
NameIdx：寄存器分类名称在X86RegClassStrings的索引
RegsSize：关于“寄存器分类所含寄存器枚举数组”的长度
RegSetSize：关于“寄存器分类所含寄存器的BitMask”的bit序列长度
ID：寄存器分类的枚举值
CopyCost：寄存器分类的
Allocatable：是否可以用于指令分配。

注：CopyCost和Allocatable来源于def RegisterClass的设置let CopyCost = … 和let isAllocatable = …

以X86::GR16RegClassID为例，由于X86::GR16RegClassID枚举值为6，查找X86MCRegisterClasses[6]，内容如下：

  { GR16, GR16Bits, 179, 16, sizeof(GR16Bits), X86::GR16RegClassID, 1, true },