编写LLVM的后端(一）

关于作者：SkyEye项目的维护者，长期从事系统软件的开发和培训工作。

 

本文档是指如何编写一个可以把LLVM的中间表示转换成一个特定的机器或者其他语言的后端。对于一个特定机器的代码或者是汇编语言或者是二进制代码。

llvm后端的是一个和目标相关的代码产生器，可以创建不同类型的目标处理器的输出，如x86, powerpc, alpha, sparc。后端也可以用于产生针对Cell处理器的SPU或者GPU来支持计算内核的执行。

文档重点描述了在llvm/lib/Target子目录下存在的一些例子。特别的，文档描述了如何创建一个静态编译器（一个产生文本汇编）。sparc有相对标准的特性，如RISC指令集和一个比较直接的调用约定。

预备只是：
下面的一些基本文档是在阅读本文档之前应该阅读的：
llvm language reference manual
the llvm target-independent code generator
tablegen fundamentals
writing an llvm pass

基本步骤：
写一个的编译器后端，把LLVM  IR代码转换成一个特定的目标，需要遵循以下步骤：
创建一个 Targetmachine类的子类来描述你的目标机器的特性。拷贝已经存在的某些机器的类和头文件，从SparcTargetMachine.cpp和SparcTargetMachine.h开始，然后把这两个文件改为你自己的目标的文件名。
描述你的目标机器的寄存器集合，使用 Tablegen为寄存器定义，寄存器别名和来自目标特定的RegisterInfo.td的寄存器类产生代码。你应该为TargetInfo类添加一些额外的代码来表示这个目标机器支持的指令集。
描述LLVM IR的选择和转换，从一个指令的DAG表示到本地目标指令。使用TableGen产生符合模式的代码，基于目标特定的TargetInstrInfo.td的额外信息来用TableGen产生符合模式的代码和选择指令。编写代码文件xxxxISelDAGToDAG.cpp，xxxx是你的目标名称。用来进行模式匹配和DAG到DAG的指令选择。也可以写xxxISelLowering.cpp来代替或者去除SelectionDAG中不支持的数据类型和操作。
编译汇编打印，来进行LLVM到汇编的转换，一个TargetAsmInfo的子类。
可选的，添加对子目标的支持。你可以写对TargetSubtarget类的子类。这样运行用-mcpu和-mattr的命令行选项。
可选的，添加JIT支持，来创建一个机器码的发射器 （TargetJITInfo的子类），可以用于直接把二进制代码存储在内存中。

在你写的.cpp和.h文件中，先把这些方法写出来，后面再去实现他们。否则，开始的时候你并不知道哪些私有成员会被这个类需要，那个组件需要被子类化。
Preliminaries
实际创建一个编译器的后端，你需要创建和修改一些文件。这里讨论一个最简化的工作。但实际上使用LLVM中目标依赖的代码产生器，你必须进行在LLVM Target-indepedent Code Generator中的那些步骤。
首先，应该创建一个子目录来存放和你的目标相关的文件。假设你的目标是Dummy，那创建lib/Target/Dummy目录。
在这个新的目录，创建一个Makefile，最简单的方法是拷贝一个已存在的目标的Makefile,然后进行修改，这个Makefile至少要有LEVEL, LIBRARYNAME和TARGET这些变量。然后Include $(LEVEL)/Makefile.common。这个库可以命名为LLVMDummy(参考MIPS目标)。或者你可以把这个库分割为LLVMDummy和LLVMDUmmyAsmPrinter，后者应该实现在一个lib/Target/Dummy的子目录（参考PowerPC目标）。为了能够让你的目标实现做一些实际的事情，你需要实现Targetmachine的子类。这个实现一般位于lib/Targe/DummyTargetMachine.cpp文件。但是在lib/Target目录中的任何文件都会被编译。使用LLVM目标无关的代码生成器，你可以做当前机器后端的工作：创建一个LLVMTargetmachine的子类。

使LLVM编译并链接你的目标机器的代码，你需要把文件添加到TARGETS_TO_BUILD变量。为了完成这一步，你需要修改configure脚本，在传递 --enable-targets选项。搜索configure脚本中的TARGETS_TO_BUILD，添加你的目标到列表中。然后重新培训。另外一种方法你也可以修改修改autotools/configure.ac，并且需要运行./autoconf/AutoGen.sh脚本。

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MK