Mate/X86CodeGen.hs

   1 {-# LANGUAGE OverloadedStrings #-}
   2 {-# LANGUAGE ForeignFunctionInterface #-}
   3 module Mate.X86CodeGen where
   4
   5 import Data.Binary
   6 import Data.Int
   7 import qualified Data.Map as M
   8 import qualified Data.ByteString.Lazy as B
   9
  10 import Foreign
  11 import Foreign.C.Types
  12
  13 import Text.Printf
  14
  15 import qualified JVM.Assembler as J
  16 import JVM.Assembler hiding (Instruction)
  17 import JVM.Converter
  18
  19 import Harpy
  20 import Harpy.X86Disassembler
  21
  22 import Mate.BasicBlocks
  23
  24 foreign import ccall "dynamic"
  25    code_int :: FunPtr (CInt -> CInt -> IO CInt) -> (CInt -> CInt -> IO CInt)
  26
  27 foreign import ccall "getaddr"
  28   getaddr :: CUInt
  29
  30 foreign import ccall "callertrap"
  31   callertrap :: IO ()
  32
  33 foreign import ccall "register_signal"
  34   register_signal :: IO ()
  35
  36 test_01, test_02, test_03 :: IO ()
  37 test_01 = do
  38   register_signal
  39   (entry, end) <- testCase "./tests/Fib.class" "fib"
  40   let entryFuncPtr = ((castPtrToFunPtr entry) :: FunPtr (CInt -> CInt -> IO CInt))
  41
  42   mapM_ (\x -> do
  43     result <- code_int entryFuncPtr x 0
  44     let iresult :: Int; iresult = fromIntegral result
  45     let kk :: String; kk = if iresult == (fib x) then "OK" else "FAIL (" ++ (show (fib x)) ++ ")"
  46     printf "result of fib(%2d): %3d\t\t%s\n" (fromIntegral x :: Int) iresult kk
  47     ) $ ([0..10] :: [CInt])
  48   printf "patched disasm:\n"
  49   Right newdisasm <- disassembleBlock entry end
  50   mapM_ (putStrLn . showAtt) newdisasm
  51   where
  52     fib :: CInt -> Int
  53     fib n
  54       | n <= 1 = 1
  55       | otherwise = (fib (n - 1)) + (fib (n - 2))
  56
  57
  58 test_02 = do
  59   (entry,_) <- testCase "./tests/While.class" "f"
  60   let entryFuncPtr = ((castPtrToFunPtr entry) :: FunPtr (CInt -> CInt -> IO CInt))
  61   result <- code_int entryFuncPtr 5 4
  62   let iresult :: Int; iresult = fromIntegral result
  63   let kk :: String; kk = if iresult == 15 then "OK" else "FAIL"
  64   printf "result of f(5,4): %3d\t\t%s\n" iresult kk
  65
  66   result2 <- code_int entryFuncPtr 4 3
  67   let iresult2 :: Int; iresult2 = fromIntegral result2
  68   let kk2 :: String; kk2 = if iresult2 == 10 then "OK" else "FAIL"
  69   printf "result of f(4,3): %3d\t\t%s\n" iresult2 kk2
  70
  71
  72 test_03 = do
  73   (entry,_) <- testCase "./tests/While.class" "g"
  74   let entryFuncPtr = ((castPtrToFunPtr entry) :: FunPtr (CInt -> CInt -> IO CInt))
  75   result <- code_int entryFuncPtr 5 4
  76   let iresult :: Int; iresult = fromIntegral result
  77   let kk :: String; kk = if iresult == 15 then "OK" else "FAIL"
  78   printf "result of g(5,4): %3d\t\t%s\n" iresult kk
  79
  80   result2 <- code_int entryFuncPtr 4 3
  81   let iresult2 :: Int; iresult2 = fromIntegral result2
  82   let kk2 :: String; kk2 = if iresult2 == 10 then "OK" else "FAIL"
  83   printf "result of g(4,3): %3d\t\t%s\n" iresult2 kk2
  84
  85
  86 testCase :: String -> B.ByteString -> IO (Ptr Word8, Int)
  87 testCase cf method = do
  88       cls <- parseClassFile cf
  89       hmap <- parseMethod cls method
  90       printMapBB hmap
  91       case hmap of
  92         Nothing -> error "sorry, no code generation"
  93         Just hmap' -> do
  94               let ebb = emitFromBB hmap'
  95               (_, Right ((entry, bbstarts, end), disasm)) <- runCodeGen ebb () ()
  96               let int_entry = ((fromIntegral $ ptrToIntPtr entry) :: Int)
  97               printf "disasm:\n"
  98               mapM_ (putStrLn . showAtt) disasm
  99               printf "basicblocks addresses:\n"
 100               let b = map (\(x,y) -> (x,y + int_entry)) $ M.toList bbstarts
 101               mapM_ (\(x,y) -> printf "\tBasicBlock %2d starts at 0x%08x\n" x y) b
 102               return (entry, end)
 103
 104 type EntryPoint = Ptr Word8
 105 type EntryPointOffset = Int
 106 type PatchInfo = (BlockID, EntryPointOffset)
 107
 108 type BBStarts = M.Map BlockID Int
 109
 110 type CompileInfo = (EntryPoint, BBStarts, Int)
 111
 112 emitFromBB :: MapBB -> CodeGen e s (CompileInfo, [Instruction])
 113 emitFromBB hmap =  do
 114         llmap <- sequence [newNamedLabel ("bb_" ++ show x) | (x,_) <- M.toList hmap]
 115         let lmap = zip (Prelude.fst $ unzip $ M.toList hmap) llmap
 116         ep <- getEntryPoint
 117         push ebp
 118         mov ebp esp
 119
 120         bbstarts <- efBB (0,(hmap M.! 0)) M.empty lmap
 121         d <- disassemble
 122         end <- getCodeOffset
 123         return ((ep, bbstarts, end), d)
 124   where
 125   getLabel :: BlockID -> [(BlockID, Label)] -> Label
 126   getLabel _ [] = error "label not found!"
 127   getLabel i ((x,l):xs) = if i==x then l else getLabel i xs
 128
 129   efBB :: (BlockID, BasicBlock) -> BBStarts -> [(BlockID, Label)] -> CodeGen e s (BBStarts)
 130   efBB (bid, bb) bbstarts lmap =
 131         if M.member bid bbstarts then
 132           return bbstarts
 133         else do
 134           bb_offset <- getCodeOffset
 135           let bbstarts' = M.insert bid bb_offset bbstarts
 136           defineLabel $ getLabel bid lmap
 137           mapM_ emit $ code bb
 138           case successor bb of
 139             Return -> return bbstarts'
 140             OneTarget t -> do
 141               efBB (t, hmap M.! t) bbstarts' lmap
 142             TwoTarget t1 t2 -> do
 143               bbstarts'' <- efBB (t1, hmap M.! t1) bbstarts' lmap
 144               efBB (t2, hmap M.! t2) bbstarts'' lmap
 145     -- TODO(bernhard): also use metainformation
 146     -- TODO(bernhard): implement `emit' as function which accepts a list of
 147     --                 instructions, so we can use patterns for optimizations
 148     where
 149     emit :: J.Instruction -> CodeGen e s ()
 150     emit POP = do -- print dropped value
 151         ep <- getEntryPoint
 152         let w32_ep = (fromIntegral $ ptrToIntPtr ep) :: Word32
 153         -- '5' is the size of the `call' instruction ( + immediate)
 154         calladdr <- getCodeOffset
 155         let w32_calladdr = 5 + w32_ep + (fromIntegral calladdr) :: Word32
 156         let trapaddr = (fromIntegral getaddr :: Word32)
 157         call (trapaddr - w32_calladdr)
 158     emit (BIPUSH val) = push ((fromIntegral val) :: Word32)
 159     emit (ICONST_1) = push (1 :: Word32)
 160     emit (ICONST_2) = push (2 :: Word32)
 161     emit (ICONST_5) = push (5 :: Word32)
 162     emit (ILOAD_ x) = do
 163         push (Disp (cArgs_ x), ebp)
 164     emit (ISTORE_ x) = do
 165         pop eax
 166         mov (Disp (cArgs_ x), ebp) eax
 167     emit IADD = do pop ebx; pop eax; add eax ebx; push eax
 168     emit ISUB = do pop ebx; pop eax; sub eax ebx; push eax
 169     emit (IINC x imm) = do
 170         add (Disp (cArgs x), ebp) (s8_w32 imm)
 171
 172     emit (IF_ICMP cond _) = do
 173         pop eax -- value2
 174         pop ebx -- value1
 175         cmp ebx eax -- intel syntax is swapped (TODO(bernhard): test that plz)
 176         let sid = case successor bb of TwoTarget _ t -> t; _ -> error "bad"
 177         let l = getLabel sid lmap
 178         case cond of
 179           C_EQ -> je  l; C_NE -> jne l
 180           C_LT -> jl  l; C_GT -> jg  l
 181           C_GE -> jge l; C_LE -> jle l
 182
 183     emit (IF cond _) = do
 184         pop eax -- value1
 185         cmp eax (0 :: Word32) -- TODO(bernhard): test that plz
 186         let sid = case successor bb of TwoTarget _ t -> t; _ -> error "bad"
 187         let l = getLabel sid lmap
 188         case cond of
 189           C_EQ -> je  l; C_NE -> jne l
 190           C_LT -> jl  l; C_GT -> jg  l
 191           C_GE -> jge l; C_LE -> jle l
 192
 193     emit (GOTO _ ) = do
 194         let sid = case successor bb of OneTarget t -> t; _ -> error "bad"
 195         jmp $ getLabel sid lmap
 196     emit (INVOKESTATIC _) = do
 197         -- TODO(bernhard): get and save information about this call
 198         -- TODO(bernhard): better try SIGILL instead of SIGSEGV?
 199         mov (Addr 0) eax
 200         -- discard arguments (TODO(bernhard): don't hardcode it)
 201         add esp (4 :: Word32)
 202         -- push result on stack (TODO(bernhard): if any)
 203         push eax
 204
 205     emit RETURN = do mov esp ebp; pop ebp; ret
 206     emit IRETURN = do
 207         pop eax
 208         mov esp ebp
 209         pop ebp
 210         ret
 211     emit _ = do cmovbe eax eax -- dummy
 212
 213   cArgs x = (8 + 4 * (fromIntegral x))
 214   cArgs_ x = (8 + 4 * case x of I0 -> 0; I1 -> 1; I2 -> 2; I3 -> 3)
 215
 216   -- sign extension from w8 to w32 (over s8)
 217   --   unfortunately, hs-java is using Word8 everywhere (while
 218   --   it should be Int8 actually)
 219   s8_w32 :: Word8 -> Word32
 220   s8_w32 w8 = fromIntegral s8
 221     where s8 = (fromIntegral w8) :: Int8