basis/cpu/x86/x86.factor

   1 ! Copyright (C) 2005, 2008 Slava Pestov.
   2 ! See http://factorcode.org/license.txt for BSD license.
   3 USING: accessors assocs alien alien.c-types arrays strings
   4 cpu.x86.assembler cpu.x86.assembler.private cpu.x86.assembler.operands
   5 cpu.architecture kernel kernel.private math memory namespaces make
   6 sequences words system layouts combinators math.order fry locals
   7 compiler.constants
   8 compiler.cfg.registers
   9 compiler.cfg.instructions
  10 compiler.cfg.intrinsics
  11 compiler.cfg.comparisons
  12 compiler.cfg.stack-frame
  13 compiler.codegen
  14 compiler.codegen.fixup ;
  15 IN: cpu.x86
  16
  17 << enable-fixnum-log2 >>
  18
  19 ! Add some methods to the assembler to be more useful to the backend
  20 M: label JMP 0 JMP rc-relative label-fixup ;
  21 M: label JUMPcc [ 0 ] dip JUMPcc rc-relative label-fixup ;
  22
  23 M: x86 two-operand? t ;
  24
  25 HOOK: stack-reg cpu ( -- reg )
  26
  27 HOOK: reserved-area-size cpu ( -- n )
  28
  29 : stack@ ( n -- op ) stack-reg swap [+] ;
  30
  31 : param@ ( n -- op ) reserved-area-size + stack@ ;
  32
  33 : spill@ ( n -- op ) spill-offset param@ ;
  34
  35 : gc-root@ ( n -- op ) gc-root-offset param@ ;
  36
  37 : decr-stack-reg ( n -- )
  38     dup 0 = [ drop ] [ stack-reg swap SUB ] if ;
  39
  40 : incr-stack-reg ( n -- )
  41     dup 0 = [ drop ] [ stack-reg swap ADD ] if ;
  42
  43 : align-stack ( n -- n' )
  44     os macosx? cpu x86.64? or [ 16 align ] when ;
  45
  46 M: x86 stack-frame-size ( stack-frame -- i )
  47     (stack-frame-size) 3 cells reserved-area-size + + align-stack ;
  48
  49 ! Must be a volatile register not used for parameter passing, for safe
  50 ! use in calls in and out of C
  51 HOOK: temp-reg cpu ( -- reg )
  52
  53 ! Fastcall calling convention
  54 HOOK: param-reg-1 cpu ( -- reg )
  55 HOOK: param-reg-2 cpu ( -- reg )
  56
  57 HOOK: pic-tail-reg cpu ( -- reg )
  58
  59 M: x86 %load-immediate dup 0 = [ drop dup XOR ] [ MOV ] if ;
  60
  61 M: x86 %load-reference swap 0 MOV rc-absolute-cell rel-immediate ;
  62
  63 HOOK: ds-reg cpu ( -- reg )
  64 HOOK: rs-reg cpu ( -- reg )
  65
  66 : reg-stack ( n reg -- op ) swap cells neg [+] ;
  67
  68 GENERIC: loc>operand ( loc -- operand )
  69
  70 M: ds-loc loc>operand n>> ds-reg reg-stack ;
  71 M: rs-loc loc>operand n>> rs-reg reg-stack ;
  72
  73 M: x86 %peek loc>operand MOV ;
  74 M: x86 %replace loc>operand swap MOV ;
  75 : (%inc) ( n reg -- ) swap cells dup 0 > [ ADD ] [ neg SUB ] if ; inline
  76 M: x86 %inc-d ( n -- ) ds-reg (%inc) ;
  77 M: x86 %inc-r ( n -- ) rs-reg (%inc) ;
  78
  79 M: x86 %call ( word -- ) 0 CALL rc-relative rel-word-pic ;
  80
  81 : xt-tail-pic-offset ( -- n )
  82     #! See the comment in vm/cpu-x86.hpp
  83     cell 4 + 1 + ; inline
  84
  85 M: x86 %jump ( word -- )
  86     pic-tail-reg 0 MOV xt-tail-pic-offset rc-absolute-cell rel-here
  87     0 JMP rc-relative rel-word-pic-tail ;
  88
  89 M: x86 %jump-label ( label -- ) 0 JMP rc-relative label-fixup ;
  90
  91 M: x86 %return ( -- ) 0 RET ;
  92
  93 : code-alignment ( align -- n )
  94     [ building get length dup ] dip align swap - ;
  95
  96 : align-code ( n -- )
  97     0 <repetition> % ;
  98
  99 :: (%slot) ( obj slot tag temp -- op )
 100     temp slot obj [+] LEA
 101     temp tag neg [+] ; inline
 102
 103 :: (%slot-imm) ( obj slot tag -- op )
 104     obj slot cells tag - [+] ; inline
 105
 106 M: x86 %slot ( dst obj slot tag temp -- ) (%slot) MOV ;
 107 M: x86 %slot-imm ( dst obj slot tag -- ) (%slot-imm) MOV ;
 108 M: x86 %set-slot ( src obj slot tag temp -- ) (%slot) swap MOV ;
 109 M: x86 %set-slot-imm ( src obj slot tag -- ) (%slot-imm) swap MOV ;
 110
 111 M: x86 %add     2over eq? [ nip ADD ] [ [+] LEA ] if ;
 112 M: x86 %add-imm 2over eq? [ nip ADD ] [ [+] LEA ] if ;
 113 M: x86 %sub     nip SUB ;
 114 M: x86 %sub-imm 2over eq? [ nip SUB ] [ neg [+] LEA ] if ;
 115 M: x86 %mul     nip swap IMUL2 ;
 116 M: x86 %mul-imm IMUL3 ;
 117 M: x86 %and     nip AND ;
 118 M: x86 %and-imm nip AND ;
 119 M: x86 %or      nip OR ;
 120 M: x86 %or-imm  nip OR ;
 121 M: x86 %xor     nip XOR ;
 122 M: x86 %xor-imm nip XOR ;
 123 M: x86 %shl-imm nip SHL ;
 124 M: x86 %shr-imm nip SHR ;
 125 M: x86 %sar-imm nip SAR ;
 126
 127 M: x86 %min     nip [ CMP ] [ CMOVG ] 2bi ;
 128 M: x86 %max     nip [ CMP ] [ CMOVL ] 2bi ;
 129
 130 M: x86 %not     drop NOT ;
 131 M: x86 %log2    BSR ;
 132
 133 :: overflow-template ( label dst src1 src2 insn -- )
 134     src1 src2 insn call
 135     label JO ; inline
 136
 137 M: x86 %fixnum-add ( label dst src1 src2 -- )
 138     [ ADD ] overflow-template ;
 139
 140 M: x86 %fixnum-sub ( label dst src1 src2 -- )
 141     [ SUB ] overflow-template ;
 142
 143 M: x86 %fixnum-mul ( label dst src1 src2 -- )
 144     [ swap IMUL2 ] overflow-template ;
 145
 146 : bignum@ ( reg n -- op )
 147     cells bignum tag-number - [+] ; inline
 148
 149 M:: x86 %integer>bignum ( dst src temp -- )
 150     #! on entry, inreg is a signed 32-bit quantity
 151     #! exits with tagged ptr to bignum in outreg
 152     #! 1 cell header, 1 cell length, 1 cell sign, + digits
 153     #! length is the # of digits + sign
 154     [
 155         "end" define-label
 156         ! Load cached zero value
 157         dst 0 >bignum %load-reference
 158         src 0 CMP
 159         ! Is it zero? Then just go to the end and return this zero
 160         "end" get JE
 161         ! Allocate a bignum
 162         dst 4 cells bignum temp %allot
 163         ! Write length
 164         dst 1 bignum@ 2 tag-fixnum MOV
 165         ! Store value
 166         dst 3 bignum@ src MOV
 167         ! Compute sign
 168         temp src MOV
 169         temp cell-bits 1 - SAR
 170         temp 1 AND
 171         ! Store sign
 172         dst 2 bignum@ temp MOV
 173         ! Make negative value positive
 174         temp temp ADD
 175         temp NEG
 176         temp 1 ADD
 177         src temp IMUL2
 178         ! Store the bignum
 179         dst 3 bignum@ temp MOV
 180         "end" resolve-label
 181     ] with-scope ;
 182
 183 M:: x86 %bignum>integer ( dst src temp -- )
 184     [
 185         "end" define-label
 186         ! load length
 187         temp src 1 bignum@ MOV
 188         ! if the length is 1, its just the sign and nothing else,
 189         ! so output 0
 190         dst 0 MOV
 191         temp 1 tag-fixnum CMP
 192         "end" get JE
 193         ! load the value
 194         dst src 3 bignum@ MOV
 195         ! load the sign
 196         temp src 2 bignum@ MOV
 197         ! convert it into -1 or 1
 198         temp temp ADD
 199         temp NEG
 200         temp 1 ADD
 201         ! make dst signed
 202         temp dst IMUL2
 203         "end" resolve-label
 204     ] with-scope ;
 205
 206 M: x86 %add-float nip ADDSD ;
 207 M: x86 %sub-float nip SUBSD ;
 208 M: x86 %mul-float nip MULSD ;
 209 M: x86 %div-float nip DIVSD ;
 210 M: x86 %min-float nip MINSD ;
 211 M: x86 %max-float nip MAXSD ;
 212 M: x86 %sqrt SQRTSD ;
 213
 214 M: x86 %integer>float CVTSI2SD ;
 215 M: x86 %float>integer CVTTSD2SI ;
 216
 217 GENERIC: copy-register* ( dst src rep -- )
 218
 219 M: int-rep copy-register* drop MOV ;
 220 M: tagged-rep copy-register* drop MOV ;
 221 M: single-float-rep copy-register* drop MOVSS ;
 222 M: double-float-rep copy-register* drop MOVSD ;
 223
 224 : copy-register ( dst src rep -- )
 225     2over eq? [ 3drop ] [ copy-register* ] if ;
 226
 227 M: x86 %copy ( dst src rep -- ) copy-register ;
 228
 229 M: x86 %unbox-float ( dst src -- )
 230     float-offset [+] MOVSD ;
 231
 232 M:: x86 %unbox-any-c-ptr ( dst src temp -- )
 233     [
 234         { "is-byte-array" "end" "start" } [ define-label ] each
 235         dst 0 MOV
 236         temp src MOV
 237         ! We come back here with displaced aliens
 238         "start" resolve-label
 239         ! Is the object f?
 240         temp \ f tag-number CMP
 241         "end" get JE
 242         ! Is the object an alien?
 243         temp header-offset [+] alien type-number tag-fixnum CMP
 244         "is-byte-array" get JNE
 245         ! If so, load the offset and add it to the address
 246         dst temp alien-offset [+] ADD
 247         ! Now recurse on the underlying alien
 248         temp temp underlying-alien-offset [+] MOV
 249         "start" get JMP
 250         "is-byte-array" resolve-label
 251         ! Add byte array address to address being computed
 252         dst temp ADD
 253         ! Add an offset to start of byte array's data
 254         dst byte-array-offset ADD
 255         "end" resolve-label
 256     ] with-scope ;
 257
 258 M:: x86 %box-float ( dst src temp -- )
 259     dst 16 float temp %allot
 260     dst float-offset [+] src MOVSD ;
 261
 262 : alien@ ( reg n -- op ) cells alien tag-number - [+] ;
 263
 264 :: %allot-alien ( dst displacement base temp -- )
 265     dst 4 cells alien temp %allot
 266     dst 1 alien@ base MOV ! alien
 267     dst 2 alien@ \ f tag-number MOV ! expired
 268     dst 3 alien@ displacement MOV ! displacement
 269     ;
 270
 271 M:: x86 %box-alien ( dst src temp -- )
 272     [
 273         "end" define-label
 274         dst \ f tag-number MOV
 275         src 0 CMP
 276         "end" get JE
 277         dst src \ f tag-number temp %allot-alien
 278         "end" resolve-label
 279     ] with-scope ;
 280
 281 M:: x86 %box-displaced-alien ( dst displacement base temp -- )
 282     [
 283         "end" define-label
 284         "ok" define-label
 285         ! If displacement is zero, return the base
 286         dst base MOV
 287         displacement 0 CMP
 288         "end" get JE
 289         ! If base is already a displaced alien, unpack it
 290         base \ f tag-number CMP
 291         "ok" get JE
 292         base header-offset [+] alien type-number tag-fixnum CMP
 293         "ok" get JNE
 294         ! displacement += base.displacement
 295         displacement base 3 alien@ ADD
 296         ! base = base.base
 297         base base 1 alien@ MOV
 298         "ok" resolve-label
 299         dst displacement base temp %allot-alien
 300         "end" resolve-label
 301     ] with-scope ;
 302
 303 ! The 'small-reg' mess is pretty crappy, but its only used on x86-32.
 304 ! On x86-64, all registers have 8-bit versions. However, a similar
 305 ! problem arises for shifts, where the shift count must be in CL, and
 306 ! so one day I will fix this properly by adding precoloring to the
 307 ! register allocator.
 308
 309 HOOK: has-small-reg? cpu ( reg size -- ? )
 310
 311 CONSTANT: have-byte-regs { EAX ECX EDX EBX }
 312
 313 M: x86.32 has-small-reg?
 314     {
 315         { 8 [ have-byte-regs memq? ] }
 316         { 16 [ drop t ] }
 317         { 32 [ drop t ] }
 318     } case ;
 319
 320 M: x86.64 has-small-reg? 2drop t ;
 321
 322 : small-reg-that-isn't ( exclude -- reg' )
 323     [ have-byte-regs ] dip
 324     [ native-version-of ] map
 325     '[ _ memq? not ] find nip ;
 326
 327 : with-save/restore ( reg quot -- )
 328     [ drop PUSH ] [ call ] [ drop POP ] 2tri ; inline
 329
 330 :: with-small-register ( dst exclude size quot: ( new-dst -- ) -- )
 331     ! If the destination register overlaps a small register with
 332     ! 'size' bits, we call the quot with that. Otherwise, we find a
 333     ! small register that is not in exclude, and call quot, saving and
 334     ! restoring the small register.
 335     dst size has-small-reg? [ dst quot call ] [
 336         exclude small-reg-that-isn't
 337         [ quot call ] with-save/restore
 338     ] if ; inline
 339
 340 : ?MOV ( dst src -- )
 341     2dup = [ 2drop ] [ MOV ] if ; inline
 342
 343 M:: x86 %string-nth ( dst src index temp -- )
 344     ! We request a small-reg of size 8 since those of size 16 are
 345     ! a superset.
 346     "end" define-label
 347     dst { src index temp } 8 [| new-dst |
 348         ! Load the least significant 7 bits into new-dst.
 349         ! 8th bit indicates whether we have to load from
 350         ! the aux vector or not.
 351         temp src index [+] LEA
 352         new-dst 8-bit-version-of temp string-offset [+] MOV
 353         new-dst new-dst 8-bit-version-of MOVZX
 354         ! Do we have to look at the aux vector?
 355         new-dst HEX: 80 CMP
 356         "end" get JL
 357         ! Yes, this is a non-ASCII character. Load aux vector
 358         temp src string-aux-offset [+] MOV
 359         new-dst temp XCHG
 360         ! Compute index
 361         new-dst index ADD
 362         new-dst index ADD
 363         ! Load high 16 bits
 364         new-dst 16-bit-version-of new-dst byte-array-offset [+] MOV
 365         new-dst new-dst 16-bit-version-of MOVZX
 366         new-dst 7 SHL
 367         ! Compute code point
 368         new-dst temp XOR
 369         "end" resolve-label
 370         dst new-dst ?MOV
 371     ] with-small-register ;
 372
 373 M:: x86 %set-string-nth-fast ( ch str index temp -- )
 374     ch { index str temp } 8 [| new-ch |
 375         new-ch ch ?MOV
 376         temp str index [+] LEA
 377         temp string-offset [+] new-ch 8-bit-version-of MOV
 378     ] with-small-register ;
 379
 380 :: %alien-integer-getter ( dst src size quot -- )
 381     dst { src } size [| new-dst |
 382         new-dst dup size n-bit-version-of dup src [] MOV
 383         quot call
 384         dst new-dst ?MOV
 385     ] with-small-register ; inline
 386
 387 : %alien-unsigned-getter ( dst src size -- )
 388     [ MOVZX ] %alien-integer-getter ; inline
 389
 390 M: x86 %alien-unsigned-1 8 %alien-unsigned-getter ;
 391 M: x86 %alien-unsigned-2 16 %alien-unsigned-getter ;
 392 M: x86 %alien-unsigned-4 32 [ 2drop ] %alien-integer-getter ;
 393
 394 : %alien-signed-getter ( dst src size -- )
 395     [ MOVSX ] %alien-integer-getter ; inline
 396
 397 M: x86 %alien-signed-1 8 %alien-signed-getter ;
 398 M: x86 %alien-signed-2 16 %alien-signed-getter ;
 399 M: x86 %alien-signed-4 32 %alien-signed-getter ;
 400
 401 M: x86 %alien-cell [] MOV ;
 402 M: x86 %alien-float dupd [] MOVSS dup CVTSS2SD ;
 403 M: x86 %alien-double [] MOVSD ;
 404
 405 :: %alien-integer-setter ( ptr value size -- )
 406     value { ptr } size [| new-value |
 407         new-value value ?MOV
 408         ptr [] new-value size n-bit-version-of MOV
 409     ] with-small-register ; inline
 410
 411 M: x86 %set-alien-integer-1 8 %alien-integer-setter ;
 412 M: x86 %set-alien-integer-2 16 %alien-integer-setter ;
 413 M: x86 %set-alien-integer-4 32 %alien-integer-setter ;
 414 M: x86 %set-alien-cell [ [] ] dip MOV ;
 415 M: x86 %set-alien-float dup dup CVTSD2SS [ [] ] dip MOVSS ;
 416 M: x86 %set-alien-double [ [] ] dip MOVSD ;
 417
 418 : shift-count? ( reg -- ? ) { ECX RCX } memq? ;
 419
 420 :: emit-shift ( dst src1 src2 quot -- )
 421     src2 shift-count? [
 422         dst CL quot call
 423     ] [
 424         dst shift-count? [
 425             dst src2 XCHG
 426             src2 CL quot call
 427             dst src2 XCHG
 428         ] [
 429             ECX native-version-of [
 430                 CL src2 MOV
 431                 drop dst CL quot call
 432             ] with-save/restore
 433         ] if
 434     ] if ; inline
 435
 436 M: x86 %shl [ SHL ] emit-shift ;
 437 M: x86 %shr [ SHR ] emit-shift ;
 438 M: x86 %sar [ SAR ] emit-shift ;
 439
 440 : load-zone-ptr ( reg -- )
 441     #! Load pointer to start of zone array
 442     0 MOV "nursery" f rc-absolute-cell rel-dlsym ;
 443
 444 : load-allot-ptr ( nursery-ptr allot-ptr -- )
 445     [ drop load-zone-ptr ] [ swap cell [+] MOV ] 2bi ;
 446
 447 : inc-allot-ptr ( nursery-ptr n -- )
 448     [ cell [+] ] dip 8 align ADD ;
 449
 450 : store-header ( temp class -- )
 451     [ [] ] [ type-number tag-fixnum ] bi* MOV ;
 452
 453 : store-tagged ( dst tag -- )
 454     tag-number OR ;
 455
 456 M:: x86 %allot ( dst size class nursery-ptr -- )
 457     nursery-ptr dst load-allot-ptr
 458     dst class store-header
 459     dst class store-tagged
 460     nursery-ptr size inc-allot-ptr ;
 461
 462 M:: x86 %write-barrier ( src card# table -- )
 463     #! Mark the card pointed to by vreg.
 464     ! Mark the card
 465     card# src MOV
 466     card# card-bits SHR
 467     table "cards_offset" f %alien-global
 468     table table [] MOV
 469     table card# [+] card-mark <byte> MOV
 470
 471     ! Mark the card deck
 472     card# deck-bits card-bits - SHR
 473     table "decks_offset" f %alien-global
 474     table table [] MOV
 475     table card# [+] card-mark <byte> MOV ;
 476
 477 M:: x86 %check-nursery ( label temp1 temp2 -- )
 478     temp1 load-zone-ptr
 479     temp2 temp1 cell [+] MOV
 480     temp2 1024 ADD
 481     temp1 temp1 3 cells [+] MOV
 482     temp2 temp1 CMP
 483     label JLE ;
 484
 485 M: x86 %save-gc-root ( gc-root register -- ) [ gc-root@ ] dip MOV ;
 486
 487 M: x86 %load-gc-root ( gc-root register -- ) swap gc-root@ MOV ;
 488
 489 M:: x86 %call-gc ( gc-root-count -- )
 490     ! Pass pointer to start of GC roots as first parameter
 491     param-reg-1 gc-root-base param@ LEA
 492     ! Pass number of roots as second parameter
 493     param-reg-2 gc-root-count MOV
 494     ! Call GC
 495     %prepare-alien-invoke
 496     "inline_gc" f %alien-invoke ;
 497
 498 M: x86 %alien-global
 499     [ 0 MOV ] 2dip rc-absolute-cell rel-dlsym ;
 500
 501 M: x86 %epilogue ( n -- ) cell - incr-stack-reg ;
 502
 503 :: %boolean ( dst temp word -- )
 504     dst \ f tag-number MOV
 505     temp 0 MOV \ t rc-absolute-cell rel-immediate
 506     dst temp word execute ; inline
 507
 508 M: x86 %compare ( dst temp cc src1 src2 -- )
 509     CMP {
 510         { cc< [ \ CMOVL %boolean ] }
 511         { cc<= [ \ CMOVLE %boolean ] }
 512         { cc> [ \ CMOVG %boolean ] }
 513         { cc>= [ \ CMOVGE %boolean ] }
 514         { cc= [ \ CMOVE %boolean ] }
 515         { cc/= [ \ CMOVNE %boolean ] }
 516     } case ;
 517
 518 M: x86 %compare-imm ( dst temp cc src1 src2 -- )
 519     %compare ;
 520
 521 M: x86 %compare-float ( dst temp cc src1 src2 -- )
 522     UCOMISD {
 523         { cc< [ \ CMOVB %boolean ] }
 524         { cc<= [ \ CMOVBE %boolean ] }
 525         { cc> [ \ CMOVA %boolean ] }
 526         { cc>= [ \ CMOVAE %boolean ] }
 527         { cc= [ \ CMOVE %boolean ] }
 528         { cc/= [ \ CMOVNE %boolean ] }
 529     } case ;
 530
 531 M: x86 %compare-branch ( label cc src1 src2 -- )
 532     CMP {
 533         { cc< [ JL ] }
 534         { cc<= [ JLE ] }
 535         { cc> [ JG ] }
 536         { cc>= [ JGE ] }
 537         { cc= [ JE ] }
 538         { cc/= [ JNE ] }
 539     } case ;
 540
 541 M: x86 %compare-imm-branch ( label src1 src2 cc -- )
 542     %compare-branch ;
 543
 544 M: x86 %compare-float-branch ( label cc src1 src2 -- )
 545     UCOMISD {
 546         { cc< [ JB ] }
 547         { cc<= [ JBE ] }
 548         { cc> [ JA ] }
 549         { cc>= [ JAE ] }
 550         { cc= [ JE ] }
 551         { cc/= [ JNE ] }
 552     } case ;
 553
 554 M: x86 %spill ( src n rep -- ) [ spill@ swap ] dip copy-register ;
 555 M: x86 %reload ( dst n rep -- ) [ spill@ ] dip copy-register ;
 556
 557 M: x86 %loop-entry 16 code-alignment [ NOP ] times ;
 558
 559 M: x86 %prepare-alien-invoke
 560     #! Save Factor stack pointers in case the C code calls a
 561     #! callback which does a GC, which must reliably trace
 562     #! all roots.
 563     temp-reg "stack_chain" f %alien-global
 564     temp-reg temp-reg [] MOV
 565     temp-reg [] stack-reg MOV
 566     temp-reg [] cell SUB
 567     temp-reg 2 cells [+] ds-reg MOV
 568     temp-reg 3 cells [+] rs-reg MOV ;
 569
 570 M: x86 value-struct? drop t ;
 571
 572 M: x86 small-enough? ( n -- ? )
 573     HEX: -80000000 HEX: 7fffffff between? ;
 574
 575 : next-stack@ ( n -- operand )
 576     #! nth parameter from the next stack frame. Used to box
 577     #! input values to callbacks; the callback has its own
 578     #! stack frame set up, and we want to read the frame
 579     #! set up by the caller.
 580     stack-frame get total-size>> + stack@ ;
 581
 582 : enable-sse2 ( -- )
 583     enable-float-intrinsics
 584     enable-fsqrt
 585     enable-float-min/max ;
 586
 587 enable-min/max