Fixed several pointer related bugs in the PIC port
[fw/sdcc] / src / pic / pcode.h
1 /*-------------------------------------------------------------------------
2
3    pcode.h - post code generation
4    Written By -  Scott Dattalo scott@dattalo.com
5
6    This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
7    under the terms of the GNU General Public License as published by the
8    Free Software Foundation; either version 2, or (at your option) any
9    later version.
10    
11    This program is distributed in the hope that it will be useful,
12    but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13    MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14    GNU General Public License for more details.
15    
16    You should have received a copy of the GNU General Public License
17    along with this program; if not, write to the Free Software
18    Foundation, 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA 02111-1307, USA.
19    
20 -------------------------------------------------------------------------*/
21
22 //#include "ralloc.h"
23 struct regs;
24
25 /*
26    Post code generation
27
28    The post code generation is an assembler optimizer. The assembly code
29    produced by all of the previous steps is fully functional. This step
30    will attempt to analyze the flow of the assembly code and agressively 
31    optimize it. The peep hole optimizer attempts to do the same thing.
32    As you may recall, the peep hole optimizer replaces blocks of assembly
33    with more optimal blocks (e.g. removing redundant register loads).
34    However, the peep hole optimizer has to be somewhat conservative since
35    an assembly program has implicit state information that's unavailable 
36    when only a few instructions are examined.
37      Consider this example:
38
39    example1:
40      movwf  t1
41      movf   t1,w
42
43    The movf seems redundant since we know that the W register already
44    contains the same value of t1. So a peep hole optimizer is tempted to
45    remove the "movf". However, this is dangerous since the movf affects
46    the flags in the status register (specifically the Z flag) and subsequent
47    code may depend upon this. Look at these two examples:
48
49    example2:
50      movwf  t1
51      movf   t1,w     ; Can't remove this movf
52      skpz
53       return
54
55    example3:
56      movwf  t1
57      movf   t1,w     ; This  movf can be removed
58      xorwf  t2,w     ; since xorwf will over write Z 
59      skpz
60       return
61
62 */
63
64
65 #ifndef __PCODE_H__
66 #define __PCODE_H__
67
68 /***********************************************************************
69  * debug stuff
70  * 
71  * The DFPRINTF macro will call fprintf if PCODE_DEBUG is defined.
72  * The macro is used like:
73  *
74  * DPRINTF(("%s #%d\n","test", 1));
75  *
76  * The double parenthesis (()) are necessary
77  * 
78  ***********************************************************************/
79 //#define PCODE_DEBUG
80
81 #ifdef PCODE_DEBUG
82 #define DFPRINTF(args) (fprintf args)
83 #else
84 #define DFPRINTF(args) ;
85 #endif
86
87
88 /***********************************************************************
89  *  PIC status bits - this will move into device dependent headers
90  ***********************************************************************/
91 #define PIC_C_BIT    0
92 #define PIC_DC_BIT   1
93 #define PIC_Z_BIT    2
94 #define PIC_RP0_BIT  5   /* Register Bank select bits RP1:0 : */
95 #define PIC_RP1_BIT  6   /* 00 - bank 0, 01 - bank 1, 10 - bank 2, 11 - bank 3 */
96 #define PIC_IRP_BIT  7   /* Indirect register page select */
97
98 /***********************************************************************
99  *  PIC INTCON bits - this will move into device dependent headers
100  ***********************************************************************/
101 #define PIC_RBIF_BIT 0   /* Port B level has changed flag */
102 #define PIC_INTF_BIT 1   /* Port B bit 0 interrupt on edge flag */
103 #define PIC_T0IF_BIT 2   /* TMR0 has overflowed flag */
104 #define PIC_RBIE_BIT 3   /* Port B level has changed - Interrupt Enable */
105 #define PIC_INTE_BIT 4   /* Port B bit 0 interrupt on edge - Int Enable */
106 #define PIC_T0IE_BIT 5   /* TMR0 overflow Interrupt Enable */
107 #define PIC_PIE_BIT  6   /* Peripheral Interrupt Enable */
108 #define PIC_GIE_BIT  7   /* Global Interrupt Enable */
109
110 /***********************************************************************
111  *  Operand types 
112  ***********************************************************************/
113 #define POT_RESULT  0
114 #define POT_LEFT    1
115 #define POT_RIGHT   2
116
117
118 /***********************************************************************
119  *
120  *  PIC_OPTYPE - Operand types that are specific to the PIC architecture
121  *
122  *  If a PIC assembly instruction has an operand then here is where we
123  *  associate a type to it. For example,
124  *
125  *     movf    reg,W
126  *
127  *  The movf has two operands: 'reg' and the W register. 'reg' is some
128  *  arbitrary general purpose register, hence it has the type PO_GPR_REGISTER.
129  *  The W register, which is the PIC's accumulator, has the type PO_W.
130  *
131  ***********************************************************************/
132
133
134
135 typedef enum 
136 {
137   PO_NONE=0,         // No operand e.g. NOP
138   PO_W,              // The 'W' register
139   PO_STATUS,         // The 'STATUS' register
140   PO_FSR,            // The "file select register" (in 18c it's one of three)
141   PO_INDF,           // The Indirect register
142   PO_INTCON,         // Interrupt Control register
143   PO_GPR_REGISTER,   // A general purpose register
144   PO_GPR_BIT,        // A bit of a general purpose register
145   PO_GPR_TEMP,       // A general purpose temporary register
146   PO_SFR_REGISTER,   // A special function register (e.g. PORTA)
147   PO_PCL,            // Program counter Low register
148   PO_PCLATH,         // Program counter Latch high register
149   PO_LITERAL,        // A constant
150   PO_IMMEDIATE,      //  (8051 legacy)
151   PO_DIR,            // Direct memory (8051 legacy)
152   PO_CRY,            // bit memory (8051 legacy)
153   PO_BIT,            // bit operand.
154   PO_STR,            //  (8051 legacy)
155   PO_LABEL,
156   PO_WILD            // Wild card operand in peep optimizer
157 } PIC_OPTYPE;
158
159
160 /***********************************************************************
161  *
162  *  PIC_OPCODE
163  *
164  *  This is not a list of the PIC's opcodes per se, but instead
165  *  an enumeration of all of the different types of pic opcodes. 
166  *
167  ***********************************************************************/
168
169 typedef enum
170 {
171   POC_WILD=-1,   /* Wild card - used in the pCode peep hole optimizer
172                   * to represent ANY pic opcode */
173   POC_ADDLW=0,
174   POC_ADDWF,
175   POC_ADDFW,
176   POC_ANDLW,
177   POC_ANDWF,
178   POC_ANDFW,
179   POC_BCF,
180   POC_BSF,
181   POC_BTFSC,
182   POC_BTFSS,
183   POC_CALL,
184   POC_COMF,
185   POC_COMFW,
186   POC_CLRF,
187   POC_CLRW,
188   POC_DECF,
189   POC_DECFW,
190   POC_DECFSZ,
191   POC_DECFSZW,
192   POC_GOTO,
193   POC_INCF,
194   POC_INCFW,
195   POC_INCFSZ,
196   POC_INCFSZW,
197   POC_IORLW,
198   POC_IORWF,
199   POC_IORFW,
200   POC_MOVF,
201   POC_MOVFW,
202   POC_MOVLW,
203   POC_MOVWF,
204   POC_NOP,
205   POC_RETLW,
206   POC_RETURN,
207   POC_RETFIE,
208   POC_RLF,
209   POC_RLFW,
210   POC_RRF,
211   POC_RRFW,
212   POC_SUBLW,
213   POC_SUBWF,
214   POC_SUBFW,
215   POC_SWAPF,
216   POC_SWAPFW,
217   POC_TRIS,
218   POC_XORLW,
219   POC_XORWF,
220   POC_XORFW
221 } PIC_OPCODE;
222
223
224 /***********************************************************************
225  *  PC_TYPE  - pCode Types
226  ***********************************************************************/
227
228 typedef enum
229 {
230   PC_COMMENT=0,   /* pCode is a comment     */
231   PC_OPCODE,      /* PORT dependent opcode  */
232   PC_LABEL,       /* assembly label         */
233   PC_FLOW,        /* flow analysis          */
234   PC_FUNCTION,    /* Function start or end  */
235   PC_WILD         /* wildcard - an opcode place holder used 
236                    * in the pCode peep hole optimizer */
237 } PC_TYPE;
238
239 /************************************************/
240 /***************  Structures ********************/
241 /************************************************/
242 struct pCode;
243 struct pCodeWildBlock;
244
245 /*************************************************
246   pBranch
247
248   The first step in optimizing pCode is determining
249  the program flow. This information is stored in
250  single-linked lists in the for of 'from' and 'to'
251  objects with in a pcode. For example, most instructions
252  don't involve any branching. So their from branch
253  points to the pCode immediately preceding them and
254  their 'to' branch points to the pcode immediately
255  following them. A skip instruction is an example of
256  a pcode that has multiple (in this case two) elements
257  in the 'to' branch. A 'label' pcode is an where there
258  may be multiple 'from' branches.
259  *************************************************/
260
261 typedef struct pBranch
262 {
263   struct pCode   *pc;    // Next pCode in a branch
264   struct pBranch *next;  /* If more than one branch
265                           * the next one is here */
266
267 } pBranch;
268
269 /*************************************************
270   pCodeOp
271
272   pCode Operand structure.
273   For those assembly instructions that have arguments, 
274   the pCode will have a pCodeOp in which the argument
275   can be stored. For example
276
277     movf   some_register,w
278
279   'some_register' will be stored/referenced in a pCodeOp
280
281  *************************************************/
282
283 typedef struct pCodeOp
284 {
285   PIC_OPTYPE type;
286   char *name;
287   
288 } pCodeOp;
289 #if 0
290 typedef struct pCodeOpBit
291 {
292   pCodeOp pcop;
293   int bit;
294   unsigned int inBitSpace: 1; /* True if in bit space, else
295                                  just a bit of a register */
296 } pCodeOpBit;
297 #endif
298 typedef struct pCodeOpLit
299 {
300   pCodeOp pcop;
301   int lit;
302 } pCodeOpLit;
303
304 typedef struct pCodeOpImmd
305 {
306   pCodeOp pcop;
307   int offset;                   /* low,med, or high byte of immediat value */
308   int index;                    /* add this to the immediate value */
309   unsigned _const:1;            /* is in code space    */
310
311 } pCodeOpImmd;
312
313 typedef struct pCodeOpLabel
314 {
315   pCodeOp pcop;
316   int key;
317 } pCodeOpLabel;
318
319 typedef struct pCodeOpReg
320 {
321   pCodeOp pcop;    // Can be either GPR or SFR
322   int rIdx;        // Index into the register table
323   struct regs *r;
324   int instance;    // byte # of Multi-byte registers
325   struct pBlock *pb;
326 } pCodeOpReg;
327
328 typedef struct pCodeOpRegBit
329 {
330   pCodeOpReg  pcor;       // The Register containing this bit
331   int bit;                // 0-7 bit number.
332   PIC_OPTYPE subtype;     // The type of this register.
333   unsigned int inBitSpace: 1; /* True if in bit space, else
334                                  just a bit of a register */
335 } pCodeOpRegBit;
336
337
338 typedef struct pCodeOpWild
339 {
340   pCodeOp pcop;
341
342   struct pCodeWildBlock *pcwb;
343
344   int id;                 /* index into an array of char *'s that will match
345                            * the wild card. The array is in *pcp. */
346   pCodeOp *subtype;       /* Pointer to the Operand type into which this wild
347                            * card will be expanded */
348   pCodeOp *matched;       /* When a wild matches, we'll store a pointer to the
349                            * opcode we matched */
350
351 } pCodeOpWild;
352
353
354 /*************************************************
355     pCode
356
357     Here is the basic build block of a PIC instruction.
358     Each pic instruction will get allocated a pCode.
359     A linked list of pCodes makes a program.
360
361 **************************************************/
362
363 typedef struct pCode
364 {
365   PC_TYPE    type;
366
367   struct pCode *prev;  // The pCode objects are linked together
368   struct pCode *next;  // in doubly linked lists.
369
370   int seq;             // sequence number
371
372   struct pBlock *pb;   // The pBlock that contains this pCode.
373
374   /* "virtual functions"
375    *  The pCode structure is like a base class
376    * in C++. The subsequent structures that "inherit"
377    * the pCode structure will initialize these function
378    * pointers to something useful */
379   //  void (*analyze) (struct pCode *_this);
380   void (*destruct)(struct pCode *_this);
381   void (*print)  (FILE *of,struct pCode *_this);
382
383 } pCode;
384
385
386 /*************************************************
387     pCodeComment
388 **************************************************/
389
390 typedef struct pCodeComment
391 {
392
393   pCode  pc;
394
395   char *comment;
396
397 } pCodeComment;
398
399 /*************************************************
400     pCodeFlow
401
402   The Flow object is used as marker to separate 
403  the assembly code into contiguous chunks. In other
404  words, everytime an instruction cause or potentially
405  causes a branch, a Flow object will be inserted into
406  the pCode chain to mark the beginning of the next
407  contiguous chunk.
408 **************************************************/
409
410 typedef struct pCodeFlow
411 {
412
413   pCode  pc;
414
415   pCode *end;   /* Last pCode in this flow. Note that
416                    the first pCode is pc.next */
417
418   set **uses;   /* map the pCode instruction inCond and outCond conditions 
419                  * in this array of set's. The reason we allocate an 
420                  * array of pointers instead of declaring each type of 
421                  * usage is because there are port dependent usage definitions */
422   int nuses;    /* number of uses sets */
423
424   set *from;    /* flow blocks that can send control to this flow block */
425   set *to;      /* flow blocks to which this one can send control */
426
427   int inCond;   /* Input conditions - stuff assumed defined at entry */
428   int outCond;  /* Output conditions - stuff modified by flow block */
429
430 } pCodeFlow;
431
432 /*************************************************
433     pCodeInstruction
434
435     Here we describe all the facets of a PIC instruction
436     (expansion for the 18cxxx is also provided).
437
438 **************************************************/
439
440 typedef struct pCodeInstruction
441 {
442
443   pCode  pc;
444
445   PIC_OPCODE op;        // The opcode of the instruction.
446
447   char const * const mnemonic;       // Pointer to mnemonic string
448
449   pBranch *from;       // pCodes that execute before this one
450   pBranch *to;         // pCodes that execute after
451   pBranch *label;      // pCode instructions that have labels
452
453   pCodeOp *pcop;              /* Operand, if this instruction has one */
454
455   pCodeFlow *pcflow;   /* flow block to which this instruction belongs */
456
457   unsigned int num_ops;        /* Number of operands (0,1,2 for mid range pics) */
458   unsigned int isModReg:  1;   /* If destination is W or F, then 1==F */
459   unsigned int isBitInst: 1;   /* e.g. BCF */
460   unsigned int isBranch:  1;   /* True if this is a branching instruction */
461   unsigned int isSkip:    1;   /* True if this is a skip instruction */
462
463   PIC_OPCODE inverted_op;      /* Opcode of instruction that's the opposite of this one */
464   unsigned int inCond;   // Input conditions for this instruction
465   unsigned int outCond;  // Output conditions for this instruction
466
467 } pCodeInstruction;
468
469
470 /*************************************************
471     pCodeLabel
472 **************************************************/
473
474 typedef struct pCodeLabel
475 {
476
477   pCode  pc;
478
479   char *label;
480   int key;
481
482 } pCodeLabel;
483
484 /*************************************************
485     pCodeFunction
486 **************************************************/
487
488 typedef struct pCodeFunction
489 {
490
491   pCode  pc;
492
493   char *modname;
494   char *fname;     /* If NULL, then this is the end of
495                       a function. Otherwise, it's the
496                       start and the name is contained
497                       here */
498
499   pBranch *from;       // pCodes that execute before this one
500   pBranch *to;         // pCodes that execute after
501   pBranch *label;      // pCode instructions that have labels
502
503 } pCodeFunction;
504
505
506 /*************************************************
507     pCodeWild
508 **************************************************/
509
510 typedef struct pCodeWild
511 {
512
513   pCodeInstruction  pci;
514
515   int    id;     /* Index into the wild card array of a peepBlock 
516                   * - this wild card will get expanded into that pCode
517                   *   that is stored at this index */
518
519   /* Conditions on wild pcode instruction */
520   int    mustBeBitSkipInst:1;
521   int    mustNotBeBitSkipInst:1;
522   int    invertBitSkipInst:1;
523
524   pCodeOp *operand;  // Optional operand
525   pCodeOp *label;    // Optional label
526
527 } pCodeWild;
528
529 /*************************************************
530     pBlock
531
532     Here are PIC program snippets. There's a strong
533     correlation between the eBBlocks and pBlocks.
534     SDCC subdivides a C program into managable chunks.
535     Each chunk becomes a eBBlock and ultimately in the
536     PIC port a pBlock.
537
538 **************************************************/
539
540 typedef struct pBlock
541 {
542   memmap *cmemmap;   /* The snippet is from this memmap */
543   char   dbName;     /* if cmemmap is NULL, then dbName will identify the block */
544   pCode *pcHead;     /* A pointer to the first pCode in a link list of pCodes */
545   pCode *pcTail;     /* A pointer to the last pCode in a link list of pCodes */
546
547   struct pBlock *next;      /* The pBlocks will form a doubly linked list */
548   struct pBlock *prev;
549
550   set *function_entries;    /* dll of functions in this pblock */
551   set *function_exits;
552   set *function_calls;
553   set *tregisters;
554
555   unsigned visited:1;       /* set true if traversed in call tree */
556
557   unsigned seq;             /* sequence number of this pBlock */
558
559 } pBlock;
560
561 /*************************************************
562     pFile
563
564     The collection of pBlock program snippets are
565     placed into a linked list that is implemented
566     in the pFile structure.
567
568     The pcode optimizer will parse the pFile.
569
570 **************************************************/
571
572 typedef struct pFile
573 {
574   pBlock *pbHead;     /* A pointer to the first pBlock */
575   pBlock *pbTail;     /* A pointer to the last pBlock */
576
577   pBranch *functions; /* A SLL of functions in this pFile */
578
579 } pFile;
580
581
582
583 /*************************************************
584   pCodeWildBlock
585
586   The pCodeWildBlock object keeps track of the wild
587   variables, operands, and opcodes that exist in
588   a pBlock.
589 **************************************************/
590 typedef struct pCodeWildBlock {
591   pBlock    *pb;
592   struct pCodePeep *pcp;    // pointer back to ... I don't like this...
593
594   int       nvars;          // Number of wildcard registers in target.
595   char    **vars;           // array of pointers to them
596
597   int       nops;           // Number of wildcard operands in target.
598   pCodeOp **wildpCodeOps;   // array of pointers to the pCodeOp's.
599
600   int       nwildpCodes;    // Number of wildcard pCodes in target/replace
601   pCode   **wildpCodes;     // array of pointers to the pCode's.
602
603 } pCodeWildBlock;
604
605 /*************************************************
606   pCodePeep
607
608   The pCodePeep object mimics the peep hole optimizer
609   in the main SDCC src (e.g. SDCCpeeph.c). Essentially
610   there is a target pCode chain and a replacement
611   pCode chain. The target chain is compared to the
612   pCode that is generated by gen.c. If a match is
613   found then the pCode is replaced by the replacement
614   pCode chain.
615 **************************************************/
616 typedef struct pCodePeep {
617   pCodeWildBlock target;     // code we'd like to optimize
618   pCodeWildBlock replace;    // and this is what we'll optimize it with.
619
620   //pBlock *target;
621   //pBlock replace;            // and this is what we'll optimize it with.
622
623
624
625   /* (Note: a wildcard register is a place holder. Any register
626    * can be replaced by the wildcard when the pcode is being 
627    * compared to the target. */
628
629   /* Post Conditions. A post condition is a condition that
630    * must be either true or false before the peep rule is
631    * accepted. For example, a certain rule may be accepted
632    * if and only if the Z-bit is not used as an input to 
633    * the subsequent instructions in a pCode chain.
634    */
635   unsigned int postFalseCond;  
636   unsigned int postTrueCond;
637
638 } pCodePeep;
639
640 /*************************************************
641
642   pCode peep command definitions 
643
644  Here are some special commands that control the
645 way the peep hole optimizer behaves
646
647 **************************************************/
648
649 enum peepCommandTypes{
650   NOTBITSKIP = 0,
651   BITSKIP,
652   INVERTBITSKIP,
653   _LAST_PEEP_COMMAND_
654 };
655
656 /*************************************************
657     peepCommand structure stores the peep commands.
658
659 **************************************************/
660
661 typedef struct peepCommand {
662   int id;
663   char *cmd;
664 } peepCommand;
665
666
667 /*************************************************
668     pCode Macros
669
670 **************************************************/
671 #define PCODE(x)  ((pCode *)(x))
672 #define PCI(x)    ((pCodeInstruction *)(x))
673 #define PCL(x)    ((pCodeLabel *)(x))
674 #define PCF(x)    ((pCodeFunction *)(x))
675 #define PCFL(x)    ((pCodeFlow *)(x))
676 #define PCW(x)    ((pCodeWild *)(x))
677
678 #define PCOP(x)   ((pCodeOp *)(x))
679 //#define PCOB(x)   ((pCodeOpBit *)(x))
680 #define PCOL(x)   ((pCodeOpLit *)(x))
681 #define PCOI(x)   ((pCodeOpImmd *)(x))
682 #define PCOLAB(x) ((pCodeOpLabel *)(x))
683 #define PCOR(x)   ((pCodeOpReg *)(x))
684 #define PCORB(x)  ((pCodeOpRegBit *)(x))
685 #define PCOW(x)   ((pCodeOpWild *)(x))
686
687 #define PBR(x)    ((pBranch *)(x))
688
689 #define PCWB(x)   ((pCodeWildBlock *)(x))
690
691 /*-----------------------------------------------------------------*
692  * pCode functions.
693  *-----------------------------------------------------------------*/
694
695 pCode *newpCode (PIC_OPCODE op, pCodeOp *pcop); // Create a new pCode given an operand
696 pCode *newpCodeCharP(char *cP);              // Create a new pCode given a char *
697 pCode *newpCodeFunction(char *g, char *f);   // Create a new function
698 pCode *newpCodeLabel(char *name,int key);    // Create a new label given a key
699 pBlock *newpCodeChain(memmap *cm,char c, pCode *pc); // Create a new pBlock
700 void printpBlock(FILE *of, pBlock *pb);      // Write a pBlock to a file
701 void printpCode(FILE *of, pCode *pc);        // Write a pCode to a file
702 void addpCode2pBlock(pBlock *pb, pCode *pc); // Add a pCode to a pBlock
703 void addpBlock(pBlock *pb);                  // Add a pBlock to a pFile
704 void copypCode(FILE *of, char dbName);       // Write all pBlocks with dbName to *of
705 void movepBlock2Head(char dbName);           // move pBlocks around
706 void AnalyzepCode(char dbName);
707 void OptimizepCode(char dbName);
708 void printCallTree(FILE *of);
709 void pCodePeepInit(void);
710 void pBlockConvert2ISR(pBlock *pb);
711
712 pCodeOp *newpCodeOpLabel(char *name, int key);
713 pCodeOp *newpCodeOpImmd(char *name, int offset, int index, int code_space);
714 pCodeOp *newpCodeOpLit(int lit);
715 pCodeOp *newpCodeOpBit(char *name, int bit,int inBitSpace);
716 pCodeOp *newpCodeOpRegFromStr(char *name);
717 pCodeOp *newpCodeOp(char *name, PIC_OPTYPE p);
718 pCodeOp *pCodeOpCopy(pCodeOp *pcop);
719
720 extern void pcode_test(void);
721
722 /*-----------------------------------------------------------------*
723  * pCode objects.
724  *-----------------------------------------------------------------*/
725
726 extern pCodeOpReg pc_status;
727 extern pCodeOpReg pc_intcon;
728 extern pCodeOpReg pc_indf;
729 extern pCodeOpReg pc_fsr;
730 extern pCodeOpReg pc_pcl;
731 extern pCodeOpReg pc_pclath;
732 extern pCodeOpReg pc_kzero;
733 extern pCodeOpReg pc_wsave;     /* wsave and ssave are used to save W and the Status */
734 extern pCodeOpReg pc_ssave;     /* registers during an interrupt */
735
736
737 #endif // __PCODE_H__