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 Data.List
   8 import Data.Maybe
   9 import qualified Data.Map as M
  10 import qualified Data.ByteString.Lazy as B
  11
  12 import Foreign
  13 import Foreign.Ptr
  14 import Foreign.C.Types
  15
  16 import Text.Printf
  17
  18 import qualified JVM.Assembler as J
  19 import JVM.Assembler hiding (Instruction)
  20
  21 import Harpy
  22 import Harpy.X86Disassembler
  23
  24 import Mate.BasicBlocks
  25
  26 foreign import ccall "dynamic"
  27    code_int :: FunPtr (CInt -> CInt -> IO CInt) -> (CInt -> CInt -> IO CInt)
  28
  29 foreign import ccall "getaddr"
  30   getaddr :: CUInt
  31
  32 foreign import ccall "callertrap"
  33   callertrap :: IO ()
  34
  35 foreign import ccall "register_signal"
  36   register_signal :: IO ()
  37
  38 test_01, test_02, test_03 :: IO ()
  39 test_01 = do
  40   register_signal
  41   (entry, end) <- testCase "./tests/Fib.class" "fib"
  42   let entryFuncPtr = ((castPtrToFunPtr entry) :: FunPtr (CInt -> CInt -> IO CInt))
  43
  44   mapM_ (\(x,entryFuncPtr) -> do
  45     result <- code_int entryFuncPtr (fromIntegral x) (fromIntegral 0)
  46     let iresult :: Int; iresult = fromIntegral result
  47     let kk :: String; kk = if iresult == (fib x) then "OK" else "FAIL (" ++ (show (fib x)) ++ ")"
  48     printf "result of fib(%2d): %3d\t\t%s\n" x iresult kk
  49     ) $ zip ([0..10] :: [Int]) (repeat entryFuncPtr)
  50   printf "patched disasm:\n"
  51   Right newdisasm <- disassembleBlock entry end
  52   mapM_ (putStrLn . showAtt) newdisasm
  53   where
  54     fib n
  55       | n <= 1 = 1
  56       | otherwise = (fib (n - 1)) + (fib (n - 2))
  57
  58
  59 test_02 = do
  60   (entry,_) <- testCase "./tests/While.class" "f"
  61   let entryFuncPtr = ((castPtrToFunPtr entry) :: FunPtr (CInt -> CInt -> IO CInt))
  62   result <- code_int entryFuncPtr (fromIntegral 5) (fromIntegral 4)
  63   let iresult :: Int; iresult = fromIntegral result
  64   let kk :: String; kk = if iresult == 15 then "OK" else "FAIL"
  65   printf "result of f(5,4): %3d\t\t%s\n" iresult kk
  66
  67   result <- code_int entryFuncPtr (fromIntegral 4) (fromIntegral 3)
  68   let iresult :: Int; iresult = fromIntegral result
  69   let kk :: String; kk = if iresult == 10 then "OK" else "FAIL"
  70   printf "result of f(4,3): %3d\t\t%s\n" iresult kk
  71
  72
  73 test_03 = do
  74   (entry,_) <- testCase "./tests/While.class" "g"
  75   let entryFuncPtr = ((castPtrToFunPtr entry) :: FunPtr (CInt -> CInt -> IO CInt))
  76   result <- code_int entryFuncPtr (fromIntegral 5) (fromIntegral 4)
  77   let iresult :: Int; iresult = fromIntegral result
  78   let kk :: String; kk = if iresult == 15 then "OK" else "FAIL"
  79   printf "result of g(5,4): %3d\t\t%s\n" iresult kk
  80
  81   result <- code_int entryFuncPtr (fromIntegral 4) (fromIntegral 3)
  82   let iresult :: Int; iresult = fromIntegral result
  83   let kk :: String; kk = if iresult == 10 then "OK" else "FAIL"
  84   printf "result of g(4,3): %3d\t\t%s\n" iresult kk
  85
  86
  87 testCase :: String -> B.ByteString -> IO (Ptr Word8, Int)
  88 testCase cf method = do
  89       hmap <- parseMethod cf 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         -- TODO(bernhard): remove me. just for PoC here
 121         ep <- getEntryPoint
 122         let w32_ep = (fromIntegral $ ptrToIntPtr ep) :: Word32
 123         push w32_ep
 124         -- '5' is the size of the `call' instruction ( + immediate)
 125         calladdr <- getCodeOffset
 126         let w32_calladdr = 5 + w32_ep + (fromIntegral calladdr) :: Word32
 127         let trapaddr = (fromIntegral getaddr :: Word32)
 128         call (trapaddr - w32_calladdr)
 129
 130         bbstarts <- efBB (0,(hmap M.! 0)) M.empty lmap
 131         d <- disassemble
 132         end <- getCodeOffset
 133         return ((ep, bbstarts, end), d)
 134   where
 135   getLabel :: BlockID -> [(BlockID, Label)] -> Label
 136   getLabel _ [] = error "label not found!"
 137   getLabel i ((x,l):xs) = if i==x then l else getLabel i xs
 138
 139   efBB :: (BlockID, BasicBlock) -> BBStarts -> [(BlockID, Label)] -> CodeGen e s (BBStarts)
 140   efBB (bid, bb) bbstarts lmap =
 141         if M.member bid bbstarts then
 142           return bbstarts
 143         else do
 144           bb_offset <- getCodeOffset
 145           let bbstarts' = M.insert bid bb_offset bbstarts
 146           defineLabel $ getLabel bid lmap
 147           mapM emit $ code bb
 148           case successor bb of
 149             Return -> return bbstarts'
 150             OneTarget t -> do
 151               efBB (t, hmap M.! t) bbstarts' lmap
 152             TwoTarget t1 t2 -> do
 153               bbstarts'' <- efBB (t1, hmap M.! t1) bbstarts' lmap
 154               efBB (t2, hmap M.! t2) bbstarts'' lmap
 155     -- TODO(bernhard): also use metainformation
 156     -- TODO(bernhard): implement `emit' as function which accepts a list of
 157     --                 instructions, so we can use patterns for optimizations
 158     where
 159     emit :: J.Instruction -> CodeGen e s ()
 160     emit (ICONST_1) = push (1 :: Word32)
 161     emit (ICONST_2) = push (2 :: 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
 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
 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
 195         jmp $ getLabel sid lmap
 196     emit (INVOKESTATIC x) = 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 IRETURN = do
 206         pop eax
 207         mov esp ebp
 208         pop ebp
 209         ret
 210     emit _ = do cmovbe eax eax -- dummy
 211
 212   cArgs x = (8 + 4 * (fromIntegral x))
 213   cArgs_ x = (8 + 4 * case x of I0 -> 0; I1 -> 1; I2 -> 2; I3 -> 3)
 214
 215   -- sign extension from w8 to w32 (over s8)
 216   --   unfortunately, hs-java is using Word8 everywhere (while
 217   --   it should be Int8 actually)
 218   s8_w32 :: Word8 -> Word32
 219   s8_w32 w8 = fromIntegral s8
 220     where s8 = (fromIntegral w8) :: Int8