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