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[factor.git] / 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.architecture
5 kernel kernel.private math memory namespaces make sequences
6 words system layouts combinators math.order fry locals
7 compiler.constants compiler.cfg.registers
8 compiler.cfg.instructions compiler.cfg.intrinsics
9 compiler.codegen compiler.codegen.fixup ;
10 IN: cpu.x86
11
12 << enable-fixnum-log2 >>
13
14 M: x86 two-operand? t ;
15
16 HOOK: temp-reg-1 cpu ( -- reg )
17 HOOK: temp-reg-2 cpu ( -- reg )
18
19 HOOK: param-reg-1 cpu ( -- reg )
20 HOOK: param-reg-2 cpu ( -- reg )
21
22 M: x86 %load-immediate MOV ;
23
24 M: x86 %load-reference swap 0 MOV rc-absolute-cell rel-immediate ;
25
26 HOOK: ds-reg cpu ( -- reg )
27 HOOK: rs-reg cpu ( -- reg )
28
29 : reg-stack ( n reg -- op ) swap cells neg [+] ;
30
31 GENERIC: loc>operand ( loc -- operand )
32
33 M: ds-loc loc>operand n>> ds-reg reg-stack ;
34 M: rs-loc loc>operand n>> rs-reg reg-stack ;
35
36 M: x86 %peek loc>operand MOV ;
37 M: x86 %replace loc>operand swap MOV ;
38 : (%inc) ( n reg -- ) swap cells dup 0 > [ ADD ] [ neg SUB ] if ; inline
39 M: x86 %inc-d ( n -- ) ds-reg (%inc) ;
40 M: x86 %inc-r ( n -- ) rs-reg (%inc) ;
41
42 : align-stack ( n -- n' )
43     os macosx? cpu x86.64? or [ 16 align ] when ;
44
45 HOOK: reserved-area-size cpu ( -- n )
46
47 M: x86 stack-frame-size ( stack-frame -- i )
48     [ spill-counts>> [ swap reg-size * ] { } assoc>map sum ]
49     [ params>> ]
50     [ return>> ]
51     tri + +
52     3 cells +
53     reserved-area-size +
54     align-stack ;
55
56 M: x86 %call ( label -- ) CALL ;
57 M: x86 %jump-label ( label -- ) JMP ;
58 M: x86 %return ( -- ) 0 RET ;
59
60 : code-alignment ( align -- n )
61     [ building get [ integer? ] count dup ] dip align swap - ;
62
63 : align-code ( n -- )
64     0 <repetition> % ;
65
66 M: x86 %dispatch-label ( word -- )
67     0 cell, rc-absolute-cell rel-word ;
68
69 :: (%slot) ( obj slot tag temp -- op )
70     temp slot obj [+] LEA
71     temp tag neg [+] ; inline
72
73 :: (%slot-imm) ( obj slot tag -- op )
74     obj slot cells tag - [+] ; inline
75
76 M: x86 %slot ( dst obj slot tag temp -- ) (%slot) MOV ;
77 M: x86 %slot-imm ( dst obj slot tag -- ) (%slot-imm) MOV ;
78 M: x86 %set-slot ( src obj slot tag temp -- ) (%slot) swap MOV ;
79 M: x86 %set-slot-imm ( src obj slot tag -- ) (%slot-imm) swap MOV ;
80
81 M: x86 %add     [+] LEA ;
82 M: x86 %add-imm [+] LEA ;
83 M: x86 %sub     nip SUB ;
84 M: x86 %sub-imm neg [+] LEA ;
85 M: x86 %mul     nip swap IMUL2 ;
86 M: x86 %mul-imm nip IMUL2 ;
87 M: x86 %and     nip AND ;
88 M: x86 %and-imm nip AND ;
89 M: x86 %or      nip OR ;
90 M: x86 %or-imm  nip OR ;
91 M: x86 %xor     nip XOR ;
92 M: x86 %xor-imm nip XOR ;
93 M: x86 %shl-imm nip SHL ;
94 M: x86 %shr-imm nip SHR ;
95 M: x86 %sar-imm nip SAR ;
96 M: x86 %not     drop NOT ;
97 M: x86 %log2    BSR ;
98
99 : ?MOV ( dst src -- )
100     2dup = [ 2drop ] [ MOV ] if ; inline
101
102 :: move>args ( src1 src2 -- )
103     {
104         { [ src1 param-reg-2 = ] [ param-reg-1 src2 ?MOV param-reg-1 param-reg-2 XCHG ] }
105         { [ src1 param-reg-1 = ] [ param-reg-2 src2 ?MOV ] }
106         { [ src2 param-reg-1 = ] [ param-reg-2 src1 ?MOV param-reg-1 param-reg-2 XCHG ] }
107         { [ src2 param-reg-2 = ] [ param-reg-1 src1 ?MOV ] }
108         [
109             param-reg-1 src1 MOV
110             param-reg-2 src2 MOV
111         ]
112     } cond ;
113
114 HOOK: %alien-invoke-tail cpu ( func dll -- )
115
116 :: overflow-template ( src1 src2 insn inverse func -- )
117     <label> "no-overflow" set
118     src1 src2 insn call
119     ds-reg [] src1 MOV
120     "no-overflow" get JNO
121     src1 src2 inverse call
122     src1 src2 move>args
123     %prepare-alien-invoke
124     func f %alien-invoke
125     "no-overflow" resolve-label ; inline
126
127 :: overflow-template-tail ( src1 src2 insn inverse func -- )
128     <label> "no-overflow" set
129     src1 src2 insn call
130     "no-overflow" get JNO
131     src1 src2 inverse call
132     src1 src2 move>args
133     %prepare-alien-invoke
134     func f %alien-invoke-tail
135     "no-overflow" resolve-label
136     ds-reg [] src1 MOV
137     0 RET ; inline
138
139 M: x86 %fixnum-add ( src1 src2 -- )
140     [ ADD ] [ SUB ] "overflow_fixnum_add" overflow-template ;
141
142 M: x86 %fixnum-add-tail ( src1 src2 -- )
143     [ ADD ] [ SUB ] "overflow_fixnum_add" overflow-template-tail ;
144
145 M: x86 %fixnum-sub ( src1 src2 -- )
146     [ SUB ] [ ADD ] "overflow_fixnum_subtract" overflow-template ;
147
148 M: x86 %fixnum-sub-tail ( src1 src2 -- )
149     [ SUB ] [ ADD ] "overflow_fixnum_subtract" overflow-template-tail ;
150
151 M:: x86 %fixnum-mul ( src1 src2 temp1 temp2 -- )
152     "no-overflow" define-label
153     temp1 src1 MOV
154     temp1 tag-bits get SAR
155     src2 temp1 IMUL2
156     ds-reg [] temp1 MOV
157     "no-overflow" get JNO
158     src1 src2 move>args
159     param-reg-1 tag-bits get SAR
160     param-reg-2 tag-bits get SAR
161     %prepare-alien-invoke
162     "overflow_fixnum_multiply" f %alien-invoke
163     "no-overflow" resolve-label ;
164
165 M:: x86 %fixnum-mul-tail ( src1 src2 temp1 temp2 -- )
166     "overflow" define-label
167     temp1 src1 MOV
168     temp1 tag-bits get SAR
169     src2 temp1 IMUL2
170     "overflow" get JO
171     ds-reg [] temp1 MOV
172     0 RET
173     "overflow" resolve-label
174     src1 src2 move>args
175     param-reg-1 tag-bits get SAR
176     param-reg-2 tag-bits get SAR
177     %prepare-alien-invoke
178     "overflow_fixnum_multiply" f %alien-invoke-tail ;
179
180 : bignum@ ( reg n -- op )
181     cells bignum tag-number - [+] ; inline
182
183 M:: x86 %integer>bignum ( dst src temp -- )
184     #! on entry, inreg is a signed 32-bit quantity
185     #! exits with tagged ptr to bignum in outreg
186     #! 1 cell header, 1 cell length, 1 cell sign, + digits
187     #! length is the # of digits + sign
188     [
189         "end" define-label
190         ! Load cached zero value
191         dst 0 >bignum %load-reference
192         src 0 CMP
193         ! Is it zero? Then just go to the end and return this zero
194         "end" get JE
195         ! Allocate a bignum
196         dst 4 cells bignum temp %allot
197         ! Write length
198         dst 1 bignum@ 2 tag-fixnum MOV
199         ! Store value
200         dst 3 bignum@ src MOV
201         ! Compute sign
202         temp src MOV
203         temp cell-bits 1- SAR
204         temp 1 AND
205         ! Store sign
206         dst 2 bignum@ temp MOV
207         ! Make negative value positive
208         temp temp ADD
209         temp NEG
210         temp 1 ADD
211         src temp IMUL2
212         ! Store the bignum
213         dst 3 bignum@ temp MOV
214         "end" resolve-label
215     ] with-scope ;
216
217 M:: x86 %bignum>integer ( dst src temp -- )
218     [
219         "end" define-label
220         ! load length
221         temp src 1 bignum@ MOV
222         ! if the length is 1, its just the sign and nothing else,
223         ! so output 0
224         dst 0 MOV
225         temp 1 tag-fixnum CMP
226         "end" get JE
227         ! load the value
228         dst src 3 bignum@ MOV
229         ! load the sign
230         temp src 2 bignum@ MOV
231         ! convert it into -1 or 1
232         temp temp ADD
233         temp NEG
234         temp 1 ADD
235         ! make dst signed
236         temp dst IMUL2
237         "end" resolve-label
238     ] with-scope ;
239
240 M: x86 %add-float nip ADDSD ;
241 M: x86 %sub-float nip SUBSD ;
242 M: x86 %mul-float nip MULSD ;
243 M: x86 %div-float nip DIVSD ;
244
245 M: x86 %integer>float CVTSI2SD ;
246 M: x86 %float>integer CVTTSD2SI ;
247
248 M: x86 %copy ( dst src -- ) ?MOV ;
249
250 M: x86 %copy-float ( dst src -- )
251     2dup = [ 2drop ] [ MOVSD ] if ;
252
253 M: x86 %unbox-float ( dst src -- )
254     float-offset [+] MOVSD ;
255
256 M:: x86 %unbox-any-c-ptr ( dst src temp -- )
257     [
258         { "is-byte-array" "end" "start" } [ define-label ] each
259         dst 0 MOV
260         temp src MOV
261         ! We come back here with displaced aliens
262         "start" resolve-label
263         ! Is the object f?
264         temp \ f tag-number CMP
265         "end" get JE
266         ! Is the object an alien?
267         temp header-offset [+] alien type-number tag-fixnum CMP
268         "is-byte-array" get JNE
269         ! If so, load the offset and add it to the address
270         dst temp alien-offset [+] ADD
271         ! Now recurse on the underlying alien
272         temp temp underlying-alien-offset [+] MOV
273         "start" get JMP
274         "is-byte-array" resolve-label
275         ! Add byte array address to address being computed
276         dst temp ADD
277         ! Add an offset to start of byte array's data
278         dst byte-array-offset ADD
279         "end" resolve-label
280     ] with-scope ;
281
282 M:: x86 %box-float ( dst src temp -- )
283     dst 16 float temp %allot
284     dst float-offset [+] src MOVSD ;
285
286 : alien@ ( reg n -- op ) cells alien tag-number - [+] ;
287
288 M:: x86 %box-alien ( dst src temp -- )
289     [
290         "end" define-label
291         dst \ f tag-number MOV
292         src 0 CMP
293         "end" get JE
294         dst 4 cells alien temp %allot
295         dst 1 alien@ \ f tag-number MOV
296         dst 2 alien@ \ f tag-number MOV
297         ! Store src in alien-offset slot
298         dst 3 alien@ src MOV
299         "end" resolve-label
300     ] with-scope ;
301
302 : small-reg-4 ( reg -- reg' )
303     H{
304         { EAX EAX }
305         { ECX ECX }
306         { EDX EDX }
307         { EBX EBX }
308         { ESP ESP }
309         { EBP EBP }
310         { ESI ESP }
311         { EDI EDI }
312
313         { RAX EAX }
314         { RCX ECX }
315         { RDX EDX }
316         { RBX EBX }
317         { RSP ESP }
318         { RBP EBP }
319         { RSI ESP }
320         { RDI EDI }
321     } at ; inline
322
323 : small-reg-2 ( reg -- reg' )
324     small-reg-4 H{
325         { EAX AX }
326         { ECX CX }
327         { EDX DX }
328         { EBX BX }
329         { ESP SP }
330         { EBP BP }
331         { ESI SI }
332         { EDI DI }
333     } at ; inline
334
335 : small-reg-1 ( reg -- reg' )
336     small-reg-4 {
337         { EAX AL }
338         { ECX CL }
339         { EDX DL }
340         { EBX BL }
341     } at ; inline
342
343 : small-reg ( reg size -- reg' )
344     {
345         { 1 [ small-reg-1 ] }
346         { 2 [ small-reg-2 ] }
347         { 4 [ small-reg-4 ] }
348     } case ;
349
350 : small-regs ( -- regs ) { EAX ECX EDX EBX } ; inline
351
352 : small-reg-that-isn't ( exclude -- reg' )
353     small-regs swap [ small-reg-4 ] map '[ _ memq? not ] find nip ;
354
355 : with-save/restore ( reg quot -- )
356     [ drop PUSH ] [ call ] [ drop POP ] 2tri ; inline
357
358 :: with-small-register ( dst exclude quot: ( new-dst -- ) -- )
359     #! If the destination register overlaps a small register, we
360     #! call the quot with that. Otherwise, we find a small
361     #! register that is not in exclude, and call quot, saving
362     #! and restoring the small register.
363     dst small-reg-4 small-regs memq? [ dst quot call ] [
364         exclude small-reg-that-isn't
365         [ quot call ] with-save/restore
366     ] if ; inline
367
368 M:: x86 %string-nth ( dst src index temp -- )
369     "end" define-label
370     dst { src index temp } [| new-dst |
371         ! Load the least significant 7 bits into new-dst.
372         ! 8th bit indicates whether we have to load from
373         ! the aux vector or not.
374         temp src index [+] LEA
375         new-dst 1 small-reg temp string-offset [+] MOV
376         new-dst new-dst 1 small-reg MOVZX
377         ! Do we have to look at the aux vector?
378         new-dst HEX: 80 CMP
379         "end" get JL
380         ! Yes, this is a non-ASCII character. Load aux vector
381         temp src string-aux-offset [+] MOV
382         new-dst temp XCHG
383         ! Compute index
384         new-dst index ADD
385         new-dst index ADD
386         ! Load high 16 bits
387         new-dst 2 small-reg new-dst byte-array-offset [+] MOV
388         new-dst new-dst 2 small-reg MOVZX
389         new-dst 7 SHL
390         ! Compute code point
391         new-dst temp XOR
392         "end" resolve-label
393         dst new-dst ?MOV
394     ] with-small-register ;
395
396 M:: x86 %set-string-nth-fast ( ch str index temp -- )
397     ch { index str temp } [| new-ch |
398         new-ch ch ?MOV
399         temp str index [+] LEA
400         temp string-offset [+] new-ch 1 small-reg MOV
401     ] with-small-register ;
402
403 :: %alien-integer-getter ( dst src size quot -- )
404     dst { src } [| new-dst |
405         new-dst dup size small-reg dup src [] MOV
406         quot call
407         dst new-dst ?MOV
408     ] with-small-register ; inline
409
410 : %alien-unsigned-getter ( dst src size -- )
411     [ MOVZX ] %alien-integer-getter ; inline
412
413 M: x86 %alien-unsigned-1 1 %alien-unsigned-getter ;
414 M: x86 %alien-unsigned-2 2 %alien-unsigned-getter ;
415
416 : %alien-signed-getter ( dst src size -- )
417     [ MOVSX ] %alien-integer-getter ; inline
418
419 M: x86 %alien-signed-1 1 %alien-signed-getter ;
420 M: x86 %alien-signed-2 2 %alien-signed-getter ;
421 M: x86 %alien-signed-4 4 %alien-signed-getter ;
422
423 M: x86 %alien-unsigned-4 4 [ 2drop ] %alien-integer-getter ;
424
425 M: x86 %alien-cell [] MOV ;
426 M: x86 %alien-float dupd [] MOVSS dup CVTSS2SD ;
427 M: x86 %alien-double [] MOVSD ;
428
429 :: %alien-integer-setter ( ptr value size -- )
430     value { ptr } [| new-value |
431         new-value value ?MOV
432         ptr [] new-value size small-reg MOV
433     ] with-small-register ; inline
434
435 M: x86 %set-alien-integer-1 1 %alien-integer-setter ;
436 M: x86 %set-alien-integer-2 2 %alien-integer-setter ;
437 M: x86 %set-alien-integer-4 4 %alien-integer-setter ;
438 M: x86 %set-alien-cell [ [] ] dip MOV ;
439 M: x86 %set-alien-float dup dup CVTSD2SS [ [] ] dip MOVSS ;
440 M: x86 %set-alien-double [ [] ] dip MOVSD ;
441
442 : load-zone-ptr ( reg -- )
443     #! Load pointer to start of zone array
444     0 MOV "nursery" f rc-absolute-cell rel-dlsym ;
445
446 : load-allot-ptr ( nursery-ptr allot-ptr -- )
447     [ drop load-zone-ptr ] [ swap cell [+] MOV ] 2bi ;
448
449 : inc-allot-ptr ( nursery-ptr n -- )
450     [ cell [+] ] dip 8 align ADD ;
451
452 : store-header ( temp class -- )
453     [ [] ] [ type-number tag-fixnum ] bi* MOV ;
454
455 : store-tagged ( dst tag -- )
456     tag-number OR ;
457
458 M:: x86 %allot ( dst size class nursery-ptr -- )
459     nursery-ptr dst load-allot-ptr
460     dst class store-header
461     dst class store-tagged
462     nursery-ptr size inc-allot-ptr ;
463
464 M:: x86 %write-barrier ( src card# table -- )
465     #! Mark the card pointed to by vreg.
466     ! Mark the card
467     card# src MOV
468     card# card-bits SHR
469     table "cards_offset" f %alien-global
470     table table [] MOV
471     table card# [+] card-mark <byte> MOV
472
473     ! Mark the card deck
474     card# deck-bits card-bits - SHR
475     table "decks_offset" f %alien-global
476     table table [] MOV
477     table card# [+] card-mark <byte> MOV ;
478
479 M: x86 %gc ( -- )
480     "end" define-label
481     temp-reg-1 load-zone-ptr
482     temp-reg-2 temp-reg-1 cell [+] MOV
483     temp-reg-2 1024 ADD
484     temp-reg-1 temp-reg-1 3 cells [+] MOV
485     temp-reg-2 temp-reg-1 CMP
486     "end" get JLE
487     %prepare-alien-invoke
488     "minor_gc" f %alien-invoke
489     "end" resolve-label ;
490
491 M: x86 %alien-global
492     [ 0 MOV ] 2dip rc-absolute-cell rel-dlsym ;
493
494 HOOK: stack-reg cpu ( -- reg )
495
496 : decr-stack-reg ( n -- )
497     dup 0 = [ drop ] [ stack-reg swap SUB ] if ;
498
499 : incr-stack-reg ( n -- )
500     dup 0 = [ drop ] [ stack-reg swap ADD ] if ;
501
502 M: x86 %epilogue ( n -- ) cell - incr-stack-reg ;
503
504 :: %boolean ( dst temp word -- )
505     dst \ f tag-number MOV
506     temp 0 MOV \ t rc-absolute-cell rel-immediate
507     dst temp word execute ; inline
508
509 M: x86 %compare ( dst temp cc src1 src2 -- )
510     CMP {
511         { cc< [ \ CMOVL %boolean ] }
512         { cc<= [ \ CMOVLE %boolean ] }
513         { cc> [ \ CMOVG %boolean ] }
514         { cc>= [ \ CMOVGE %boolean ] }
515         { cc= [ \ CMOVE %boolean ] }
516         { cc/= [ \ CMOVNE %boolean ] }
517     } case ;
518
519 M: x86 %compare-imm ( dst temp cc src1 src2 -- )
520     %compare ;
521
522 M: x86 %compare-float ( dst temp cc src1 src2 -- )
523     UCOMISD {
524         { cc< [ \ CMOVB %boolean ] }
525         { cc<= [ \ CMOVBE %boolean ] }
526         { cc> [ \ CMOVA %boolean ] }
527         { cc>= [ \ CMOVAE %boolean ] }
528         { cc= [ \ CMOVE %boolean ] }
529         { cc/= [ \ CMOVNE %boolean ] }
530     } case ;
531
532 M: x86 %compare-branch ( label cc src1 src2 -- )
533     CMP {
534         { cc< [ JL ] }
535         { cc<= [ JLE ] }
536         { cc> [ JG ] }
537         { cc>= [ JGE ] }
538         { cc= [ JE ] }
539         { cc/= [ JNE ] }
540     } case ;
541
542 M: x86 %compare-imm-branch ( label src1 src2 cc -- )
543     %compare-branch ;
544
545 M: x86 %compare-float-branch ( label cc src1 src2 -- )
546     UCOMISD {
547         { cc< [ JB ] }
548         { cc<= [ JBE ] }
549         { cc> [ JA ] }
550         { cc>= [ JAE ] }
551         { cc= [ JE ] }
552         { cc/= [ JNE ] }
553     } case ;
554
555 : stack@ ( n -- op ) stack-reg swap [+] ;
556
557 : param@ ( n -- op ) reserved-area-size + stack@ ;
558
559 : spill-integer-base ( stack-frame -- n )
560     [ params>> ] [ return>> ] bi + reserved-area-size + ;
561
562 : spill-integer@ ( n -- op )
563     cells
564     stack-frame get spill-integer-base
565     + stack@ ;
566
567 : spill-float-base ( stack-frame -- n )
568     [ spill-integer-base ]
569     [ spill-counts>> int-regs swap at int-regs reg-size * ]
570     bi + ;
571
572 : spill-float@ ( n -- op )
573     double-float-regs reg-size *
574     stack-frame get spill-float-base
575     + stack@ ;
576
577 M: x86 %spill-integer ( src n -- ) spill-integer@ swap MOV ;
578 M: x86 %reload-integer ( dst n -- ) spill-integer@ MOV ;
579
580 M: x86 %spill-float ( src n -- ) spill-float@ swap MOVSD ;
581 M: x86 %reload-float ( dst n -- ) spill-float@ MOVSD ;
582
583 M: x86 %loop-entry 16 code-alignment [ NOP ] times ;
584
585 M: int-regs %save-param-reg drop [ param@ ] dip MOV ;
586 M: int-regs %load-param-reg drop swap param@ MOV ;
587
588 GENERIC: MOVSS/D ( dst src reg-class -- )
589
590 M: single-float-regs MOVSS/D drop MOVSS ;
591 M: double-float-regs MOVSS/D drop MOVSD ;
592
593 M: float-regs %save-param-reg [ param@ ] 2dip MOVSS/D ;
594 M: float-regs %load-param-reg [ swap param@ ] dip MOVSS/D ;
595
596 GENERIC: push-return-reg ( reg-class -- )
597 GENERIC: load-return-reg ( n reg-class -- )
598 GENERIC: store-return-reg ( n reg-class -- )
599
600 M: x86 %prepare-alien-invoke
601     #! Save Factor stack pointers in case the C code calls a
602     #! callback which does a GC, which must reliably trace
603     #! all roots.
604     temp-reg-1 "stack_chain" f %alien-global
605     temp-reg-1 temp-reg-1 [] MOV
606     temp-reg-1 [] stack-reg MOV
607     temp-reg-1 [] cell SUB
608     temp-reg-1 2 cells [+] ds-reg MOV
609     temp-reg-1 3 cells [+] rs-reg MOV ;
610
611 M: x86 value-struct? drop t ;
612
613 M: x86 small-enough? ( n -- ? )
614     HEX: -80000000 HEX: 7fffffff between? ;
615
616 : next-stack@ ( n -- operand )
617     #! nth parameter from the next stack frame. Used to box
618     #! input values to callbacks; the callback has its own
619     #! stack frame set up, and we want to read the frame
620     #! set up by the caller.
621     stack-frame get total-size>> + stack@ ;