basis/cpu/architecture/architecture.factor

   1 ! Copyright (C) 2006, 2009 Slava Pestov.
   2 ! See http://factorcode.org/license.txt for BSD license.
   3 USING: accessors arrays generic kernel kernel.private math
   4 memory namespaces make sequences layouts system hashtables
   5 classes alien byte-arrays combinators words sets fry ;
   6 IN: cpu.architecture
   7
   8 ! Representations -- these are like low-level types
   9
  10 ! Unknown representation; this is used for ##copy instructions which
  11 ! get eliminated later
  12 SINGLETON: any-rep
  13
  14 ! Integer registers can contain data with one of these three representations
  15 ! tagged-rep: tagged pointer or fixnum
  16 ! int-rep: untagged fixnum, not a pointer
  17 SINGLETONS: tagged-rep int-rep ;
  18
  19 ! Floating point registers can contain data with
  20 ! one of these representations
  21 SINGLETONS: float-rep double-rep ;
  22
  23 ! On x86, floating point registers are really vector registers
  24 SINGLETONS:
  25 char-16-rep
  26 uchar-16-rep
  27 short-8-rep
  28 ushort-8-rep
  29 int-4-rep
  30 uint-4-rep
  31 longlong-2-rep
  32 ulonglong-2-rep ;
  33
  34 ! Scalar values in the high component of a vector register
  35 SINGLETONS:
  36 char-scalar-rep
  37 uchar-scalar-rep
  38 short-scalar-rep
  39 ushort-scalar-rep
  40 int-scalar-rep
  41 uint-scalar-rep
  42 longlong-scalar-rep
  43 ulonglong-scalar-rep ;
  44
  45 SINGLETONS:
  46 float-4-rep
  47 double-2-rep ;
  48
  49 UNION: int-vector-rep
  50 char-16-rep
  51 uchar-16-rep
  52 short-8-rep
  53 ushort-8-rep
  54 int-4-rep
  55 uint-4-rep
  56 longlong-2-rep
  57 ulonglong-2-rep ;
  58
  59 UNION: scalar-rep
  60 char-scalar-rep
  61 uchar-scalar-rep
  62 short-scalar-rep
  63 ushort-scalar-rep
  64 int-scalar-rep
  65 uint-scalar-rep
  66 longlong-scalar-rep
  67 ulonglong-scalar-rep ;
  68
  69 UNION: float-vector-rep
  70 float-4-rep
  71 double-2-rep ;
  72
  73 UNION: vector-rep
  74 int-vector-rep
  75 float-vector-rep ;
  76
  77 UNION: representation
  78 any-rep
  79 tagged-rep
  80 int-rep
  81 float-rep
  82 double-rep
  83 vector-rep
  84 scalar-rep ;
  85
  86 ! Register classes
  87 SINGLETONS: int-regs float-regs ;
  88
  89 UNION: reg-class int-regs float-regs ;
  90 CONSTANT: reg-classes { int-regs float-regs }
  91
  92 ! A pseudo-register class for parameters spilled on the stack
  93 SINGLETON: stack-params
  94
  95 ! On x86, vectors and floats are stored in the same register bank
  96 ! On PowerPC they are distinct
  97 HOOK: vector-regs cpu ( -- reg-class )
  98
  99 GENERIC: reg-class-of ( rep -- reg-class )
 100
 101 M: tagged-rep reg-class-of drop int-regs ;
 102 M: int-rep reg-class-of drop int-regs ;
 103 M: float-rep reg-class-of drop float-regs ;
 104 M: double-rep reg-class-of drop float-regs ;
 105 M: vector-rep reg-class-of drop vector-regs ;
 106 M: scalar-rep reg-class-of drop vector-regs ;
 107 M: stack-params reg-class-of drop stack-params ;
 108
 109 GENERIC: rep-size ( rep -- n ) foldable
 110
 111 M: tagged-rep rep-size drop cell ;
 112 M: int-rep rep-size drop cell ;
 113 M: float-rep rep-size drop 4 ;
 114 M: double-rep rep-size drop 8 ;
 115 M: stack-params rep-size drop cell ;
 116 M: vector-rep rep-size drop 16 ;
 117
 118 GENERIC: rep-component-type ( rep -- n )
 119
 120 ! Methods defined in alien.c-types
 121
 122 GENERIC: scalar-rep-of ( rep -- rep' )
 123
 124 M: float-4-rep scalar-rep-of drop float-rep ;
 125 M: double-2-rep scalar-rep-of drop double-rep ;
 126 M: char-16-rep scalar-rep-of drop char-scalar-rep ;
 127 M: uchar-16-rep scalar-rep-of drop uchar-scalar-rep ;
 128 M: short-8-rep scalar-rep-of drop short-scalar-rep ;
 129 M: ushort-8-rep scalar-rep-of drop ushort-scalar-rep ;
 130 M: int-4-rep scalar-rep-of drop int-scalar-rep ;
 131 M: uint-4-rep scalar-rep-of drop uint-scalar-rep ;
 132 M: longlong-2-rep scalar-rep-of drop longlong-scalar-rep ;
 133 M: ulonglong-2-rep scalar-rep-of drop ulonglong-scalar-rep ;
 134
 135 ! Mapping from register class to machine registers
 136 HOOK: machine-registers cpu ( -- assoc )
 137
 138 HOOK: %load-immediate cpu ( reg obj -- )
 139 HOOK: %load-reference cpu ( reg obj -- )
 140
 141 HOOK: %peek cpu ( vreg loc -- )
 142 HOOK: %replace cpu ( vreg loc -- )
 143 HOOK: %inc-d cpu ( n -- )
 144 HOOK: %inc-r cpu ( n -- )
 145
 146 HOOK: stack-frame-size cpu ( stack-frame -- n )
 147 HOOK: %call cpu ( word -- )
 148 HOOK: %jump cpu ( word -- )
 149 HOOK: %jump-label cpu ( label -- )
 150 HOOK: %return cpu ( -- )
 151
 152 HOOK: %dispatch cpu ( src temp -- )
 153
 154 HOOK: %slot cpu ( dst obj slot -- )
 155 HOOK: %slot-imm cpu ( dst obj slot tag -- )
 156 HOOK: %set-slot cpu ( src obj slot -- )
 157 HOOK: %set-slot-imm cpu ( src obj slot tag -- )
 158
 159 HOOK: %string-nth cpu ( dst obj index temp -- )
 160 HOOK: %set-string-nth-fast cpu ( ch obj index temp -- )
 161
 162 HOOK: %add     cpu ( dst src1 src2 -- )
 163 HOOK: %add-imm cpu ( dst src1 src2 -- )
 164 HOOK: %sub     cpu ( dst src1 src2 -- )
 165 HOOK: %sub-imm cpu ( dst src1 src2 -- )
 166 HOOK: %mul     cpu ( dst src1 src2 -- )
 167 HOOK: %mul-imm cpu ( dst src1 src2 -- )
 168 HOOK: %and     cpu ( dst src1 src2 -- )
 169 HOOK: %and-imm cpu ( dst src1 src2 -- )
 170 HOOK: %or      cpu ( dst src1 src2 -- )
 171 HOOK: %or-imm  cpu ( dst src1 src2 -- )
 172 HOOK: %xor     cpu ( dst src1 src2 -- )
 173 HOOK: %xor-imm cpu ( dst src1 src2 -- )
 174 HOOK: %shl     cpu ( dst src1 src2 -- )
 175 HOOK: %shl-imm cpu ( dst src1 src2 -- )
 176 HOOK: %shr     cpu ( dst src1 src2 -- )
 177 HOOK: %shr-imm cpu ( dst src1 src2 -- )
 178 HOOK: %sar     cpu ( dst src1 src2 -- )
 179 HOOK: %sar-imm cpu ( dst src1 src2 -- )
 180 HOOK: %min     cpu ( dst src1 src2 -- )
 181 HOOK: %max     cpu ( dst src1 src2 -- )
 182 HOOK: %not     cpu ( dst src -- )
 183 HOOK: %log2    cpu ( dst src -- )
 184
 185 HOOK: %copy cpu ( dst src rep -- )
 186
 187 HOOK: %fixnum-add cpu ( label dst src1 src2 -- )
 188 HOOK: %fixnum-sub cpu ( label dst src1 src2 -- )
 189 HOOK: %fixnum-mul cpu ( label dst src1 src2 -- )
 190
 191 HOOK: %integer>bignum cpu ( dst src temp -- )
 192 HOOK: %bignum>integer cpu ( dst src temp -- )
 193
 194 HOOK: %unbox-float cpu ( dst src -- )
 195 HOOK: %box-float cpu ( dst src temp -- )
 196
 197 HOOK: %add-float cpu ( dst src1 src2 -- )
 198 HOOK: %sub-float cpu ( dst src1 src2 -- )
 199 HOOK: %mul-float cpu ( dst src1 src2 -- )
 200 HOOK: %div-float cpu ( dst src1 src2 -- )
 201 HOOK: %min-float cpu ( dst src1 src2 -- )
 202 HOOK: %max-float cpu ( dst src1 src2 -- )
 203 HOOK: %sqrt cpu ( dst src -- )
 204 HOOK: %unary-float-function cpu ( dst src func -- )
 205 HOOK: %binary-float-function cpu ( dst src1 src2 func -- )
 206
 207 HOOK: %single>double-float cpu ( dst src -- )
 208 HOOK: %double>single-float cpu ( dst src -- )
 209
 210 HOOK: %integer>float cpu ( dst src -- )
 211 HOOK: %float>integer cpu ( dst src -- )
 212
 213 HOOK: %box-vector cpu ( dst src temp rep -- )
 214 HOOK: %unbox-vector cpu ( dst src rep -- )
 215
 216 HOOK: %broadcast-vector cpu ( dst src rep -- )
 217 HOOK: %gather-vector-2 cpu ( dst src1 src2 rep -- )
 218 HOOK: %gather-vector-4 cpu ( dst src1 src2 src3 src4 rep -- )
 219 HOOK: %add-vector cpu ( dst src1 src2 rep -- )
 220 HOOK: %saturated-add-vector cpu ( dst src1 src2 rep -- )
 221 HOOK: %add-sub-vector cpu ( dst src1 src2 rep -- )
 222 HOOK: %sub-vector cpu ( dst src1 src2 rep -- )
 223 HOOK: %saturated-sub-vector cpu ( dst src1 src2 rep -- )
 224 HOOK: %mul-vector cpu ( dst src1 src2 rep -- )
 225 HOOK: %saturated-mul-vector cpu ( dst src1 src2 rep -- )
 226 HOOK: %div-vector cpu ( dst src1 src2 rep -- )
 227 HOOK: %min-vector cpu ( dst src1 src2 rep -- )
 228 HOOK: %max-vector cpu ( dst src1 src2 rep -- )
 229 HOOK: %sqrt-vector cpu ( dst src rep -- )
 230 HOOK: %horizontal-add-vector cpu ( dst src rep -- )
 231 HOOK: %abs-vector cpu ( dst src rep -- )
 232 HOOK: %and-vector cpu ( dst src1 src2 rep -- )
 233 HOOK: %or-vector cpu ( dst src1 src2 rep -- )
 234 HOOK: %xor-vector cpu ( dst src1 src2 rep -- )
 235 HOOK: %shl-vector cpu ( dst src1 src2 rep -- )
 236 HOOK: %shr-vector cpu ( dst src1 src2 rep -- )
 237
 238 HOOK: %integer>scalar cpu ( dst src rep -- )
 239 HOOK: %scalar>integer cpu ( dst src rep -- )
 240
 241 HOOK: %broadcast-vector-reps cpu ( -- reps )
 242 HOOK: %gather-vector-2-reps cpu ( -- reps )
 243 HOOK: %gather-vector-4-reps cpu ( -- reps )
 244 HOOK: %add-vector-reps cpu ( -- reps )
 245 HOOK: %saturated-add-vector-reps cpu ( -- reps )
 246 HOOK: %add-sub-vector-reps cpu ( -- reps )
 247 HOOK: %sub-vector-reps cpu ( -- reps )
 248 HOOK: %saturated-sub-vector-reps cpu ( -- reps )
 249 HOOK: %mul-vector-reps cpu ( -- reps )
 250 HOOK: %saturated-mul-vector-reps cpu ( -- reps )
 251 HOOK: %div-vector-reps cpu ( -- reps )
 252 HOOK: %min-vector-reps cpu ( -- reps )
 253 HOOK: %max-vector-reps cpu ( -- reps )
 254 HOOK: %sqrt-vector-reps cpu ( -- reps )
 255 HOOK: %horizontal-add-vector-reps cpu ( -- reps )
 256 HOOK: %abs-vector-reps cpu ( -- reps )
 257 HOOK: %and-vector-reps cpu ( -- reps )
 258 HOOK: %or-vector-reps cpu ( -- reps )
 259 HOOK: %xor-vector-reps cpu ( -- reps )
 260 HOOK: %shl-vector-reps cpu ( -- reps )
 261 HOOK: %shr-vector-reps cpu ( -- reps )
 262
 263 HOOK: %unbox-alien cpu ( dst src -- )
 264 HOOK: %unbox-any-c-ptr cpu ( dst src temp -- )
 265 HOOK: %box-alien cpu ( dst src temp -- )
 266 HOOK: %box-displaced-alien cpu ( dst displacement base temp1 temp2 base-class -- )
 267
 268 HOOK: %alien-unsigned-1 cpu ( dst src -- )
 269 HOOK: %alien-unsigned-2 cpu ( dst src -- )
 270 HOOK: %alien-unsigned-4 cpu ( dst src -- )
 271 HOOK: %alien-signed-1   cpu ( dst src -- )
 272 HOOK: %alien-signed-2   cpu ( dst src -- )
 273 HOOK: %alien-signed-4   cpu ( dst src -- )
 274 HOOK: %alien-cell       cpu ( dst src -- )
 275 HOOK: %alien-float      cpu ( dst src -- )
 276 HOOK: %alien-double     cpu ( dst src -- )
 277 HOOK: %alien-vector     cpu ( dst src rep -- )
 278
 279 HOOK: %set-alien-integer-1 cpu ( ptr value -- )
 280 HOOK: %set-alien-integer-2 cpu ( ptr value -- )
 281 HOOK: %set-alien-integer-4 cpu ( ptr value -- )
 282 HOOK: %set-alien-cell      cpu ( ptr value -- )
 283 HOOK: %set-alien-float     cpu ( ptr value -- )
 284 HOOK: %set-alien-double    cpu ( ptr value -- )
 285 HOOK: %set-alien-vector    cpu ( ptr value rep -- )
 286
 287 HOOK: %alien-global cpu ( dst symbol library -- )
 288 HOOK: %vm-field-ptr cpu ( dst fieldname -- )
 289
 290 HOOK: %allot cpu ( dst size class temp -- )
 291 HOOK: %write-barrier cpu ( src card# table -- )
 292
 293 ! GC checks
 294 HOOK: %check-nursery cpu ( label temp1 temp2 -- )
 295 HOOK: %save-gc-root cpu ( gc-root register -- )
 296 HOOK: %load-gc-root cpu ( gc-root register -- )
 297 HOOK: %call-gc cpu ( gc-root-count temp1 -- )
 298
 299 HOOK: %prologue cpu ( n -- )
 300 HOOK: %epilogue cpu ( n -- )
 301
 302 HOOK: %compare cpu ( dst temp cc src1 src2 -- )
 303 HOOK: %compare-imm cpu ( dst temp cc src1 src2 -- )
 304 HOOK: %compare-float-ordered cpu ( dst temp cc src1 src2 -- )
 305 HOOK: %compare-float-unordered cpu ( dst temp cc src1 src2 -- )
 306
 307 HOOK: %compare-branch cpu ( label cc src1 src2 -- )
 308 HOOK: %compare-imm-branch cpu ( label cc src1 src2 -- )
 309 HOOK: %compare-float-ordered-branch cpu ( label cc src1 src2 -- )
 310 HOOK: %compare-float-unordered-branch cpu ( label cc src1 src2 -- )
 311
 312 HOOK: %spill cpu ( src rep dst -- )
 313 HOOK: %reload cpu ( dst rep src -- )
 314
 315 HOOK: %loop-entry cpu ( -- )
 316
 317 ! FFI stuff
 318
 319 ! Return values of this class go here
 320 GENERIC: return-reg ( reg-class -- reg )
 321
 322 ! Sequence of registers used for parameter passing in class
 323 GENERIC: param-regs ( reg-class -- regs )
 324
 325 M: stack-params param-regs drop f ;
 326
 327 GENERIC: param-reg ( n reg-class -- reg )
 328
 329 M: reg-class param-reg param-regs nth ;
 330
 331 M: stack-params param-reg drop ;
 332
 333 ! Is this integer small enough to appear in value template
 334 ! slots?
 335 HOOK: small-enough? cpu ( n -- ? )
 336
 337 ! Is this structure small enough to be returned in registers?
 338 HOOK: return-struct-in-registers? cpu ( c-type -- ? )
 339
 340 ! Do we pass this struct by value or hidden reference?
 341 HOOK: value-struct? cpu ( c-type -- ? )
 342
 343 ! If t, all parameters are shadowed by dummy stack parameters
 344 HOOK: dummy-stack-params? cpu ( -- ? )
 345
 346 ! If t, all FP parameters are shadowed by dummy int parameters
 347 HOOK: dummy-int-params? cpu ( -- ? )
 348
 349 ! If t, all int parameters are shadowed by dummy FP parameters
 350 HOOK: dummy-fp-params? cpu ( -- ? )
 351
 352 HOOK: %prepare-unbox cpu ( -- )
 353
 354 HOOK: %unbox cpu ( n rep func -- )
 355
 356 HOOK: %unbox-long-long cpu ( n func -- )
 357
 358 HOOK: %unbox-small-struct cpu ( c-type -- )
 359
 360 HOOK: %unbox-large-struct cpu ( n c-type -- )
 361
 362 HOOK: %box cpu ( n rep func -- )
 363
 364 HOOK: %box-long-long cpu ( n func -- )
 365
 366 HOOK: %prepare-box-struct cpu ( -- )
 367
 368 HOOK: %box-small-struct cpu ( c-type -- )
 369
 370 HOOK: %box-large-struct cpu ( n c-type -- )
 371
 372 HOOK: %save-param-reg cpu ( stack reg rep -- )
 373
 374 HOOK: %load-param-reg cpu ( stack reg rep -- )
 375
 376 HOOK: %save-context cpu ( temp1 temp2 callback-allowed? -- )
 377
 378 HOOK: %prepare-var-args cpu ( -- )
 379
 380 M: object %prepare-var-args ;
 381
 382 HOOK: %alien-invoke cpu ( function library -- )
 383
 384 HOOK: %cleanup cpu ( params -- )
 385
 386 M: object %cleanup ( params -- ) drop ;
 387
 388 HOOK: %prepare-alien-indirect cpu ( -- )
 389
 390 HOOK: %alien-indirect cpu ( -- )
 391
 392 HOOK: %alien-callback cpu ( quot -- )
 393
 394 HOOK: %callback-value cpu ( ctype -- )
 395
 396 HOOK: %nest-stacks cpu ( -- )
 397
 398 HOOK: %unnest-stacks cpu ( -- )
 399
 400 ! Return to caller with stdcall unwinding (only for x86)
 401 HOOK: %callback-return cpu ( params -- )
 402
 403 M: object %callback-return drop %return ;