中文第一计算机图形学社区OpenGPU 版权所有2007-2018

 找回密码
 注册

扫一扫,访问微社区

搜索
查看: 6692|回复: 6

LLVM函数的调用协议与变量的内存对齐

[复制链接]
发表于 2011-8-17 17:05:59 | 显示全部楼层 |阅读模式
在设计一门语言与其他语言交互的API与ABI(Application Binary Interface,二进制接口)时,调用协议和内存对齐是两个无从回避的问题。
本文将讨论如何在LLVM上生成正确的内存对齐和调用协议的代码。
在这里为了方便和标准起见,假定应用LLVM的语言的Extending和Embedding的对象都是C。
调用协议
先来讨论调用协议。调用协议用于保证调用方和被调用方在二进制/汇编一级上是相容的。合适的调用协议可以帮助构造出以下代码:
// Callee Signature of LLVM codevoid __cdecl foo( int a, float b, float4 c);// C callertypedef void (__cdecl* fn_ptr)(int, float, float4)fn_ptr p = static_cast<fn_ptr>( get_jit_function("foo") );p(1, 1.0, vec);
一般来说调用协议包括参数传递和返回值传递和堆栈平衡三个部分。在x86平台上的C/C++编译器中常见的调用协议有cdecl, fastcall和stdcall。具体的协议内容请参见MSDN。
在C++中还有一类特殊的调用协议thiscall,用于调用对象的成员函数。但是这一类调用协议不同的平台,不同的编译器实现皆有不同,既无书面标准,也无事实标准,再加上virtual call等复杂的情况存在,并不适合用于做跨语言的调用。
对于x64平台而言,在windows下和linux下分别有两种调用协议。
先来看x86。由于x86在cdecl和fastcall上是有着跨平台的标准的,因此LLVM对它的支持是比较完整的。程序只要在创建Function的时候指定Call Convention即可。
但是对于x64,LLVM的支持便不是那么完善。以windows为例,windows的x64调用协议要求以rcx,rdx,r8,r9寄存器传递前四个不大于64bit的参数,其余参数放在栈上。如果参数大于64bit,则要求传递它的指针。浮点使用xmm0-3来传递。但是对于LLVM而言,一旦参数大于64bit,它便会将整个对象而不是指针压到栈上传递。因此在遇到x64时,需要小心处理API部分的调用协议。
在这里,我们需要将所有超过64bit的结构体处理成指针(或者拷贝后处理成指针)传递。
同时,LLVM提供了readonly和byval两个参数属性(Attribute)来确保参数的值语义。前者意味着传入的指针所指向的值是不被修改的,(类似于T const*),而后者会对传入的指针做一份内存拷贝,确保写值不被传递出函数(类似于值拷贝)。这样,LLVM生成的函数便可以MSVC生成的x64代码正确调用了。
内存对齐
与移动平台的体系结构相比,x86对内存对齐的条件算是相当宽松的了。大部分的指令对内存对齐基本上是没有特殊要求的。只有一些SIMD的指令会对内存对齐有所限定,例如movaps。
为了方便后端生成SIMD代码,LLVM提供了vector类型,例如vector<float, 1>。在代码生成的时候,vector会编译成最有可能的SIMD类型。因此在x86平台上,vector<float, 1-4>都被处理成类似于__m128的类型,更长的vector则被拆分成多个__m128类型。
这实际上意味着,所有的vector都应该遵循16Bytes对齐的原则。
考虑到我们的需求,类似于struct{ float[3]; }这样的结构,如果能表示为vector<float, 3>显然适合一些数学运算,例如shuffle,逐元素的add,sub,mul,同时LLVM指令的选择也更加灵活。但是显然,这个结构体有两个条件是不满足的:16字节对齐和16字节的大小(movups和movaps都是一次取16字节)。这会造成边界下读写的内存越界。因此非常可惜,这些数据必须表示为struct{ float ,float, float }。在读取的时候,也会生成正确的指令:movss。
那么,对于一般的非对齐的vec4应用vector<float,4>行不行呢?
答案是,很困难。对于LLVM而言,他们在设计的时候就没有过多的考虑vector在非对齐时候的应用。尽管load和store都能够指定alignment以生成非对齐的内存操作(例如movups)并且确实会起效,但是由于代码优化、临时存取等特性的存在,导致一些非load和store的内存操作仍然是要求对齐的(例如生成了addaps xmm, [addr])。此时仍然有可能为非对齐的数据生成了内存对齐的指令。
因此综合权衡,SASL在API界面上使用了struct{float x,y,z,w;} 这样的ABI来表示数据,在代码生成时,会首先将struct的数据转换成vector,然后再执行其它的操作,兼顾ABI与SIMD;同时对于Intrinsic,由于并不暴露给Host,所以它们仍然尽可能使用Vector,便于LLVM进行优化。

头像被屏蔽
发表于 2011-8-18 23:49:45 | 显示全部楼层
提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
头像被屏蔽
发表于 2011-8-19 11:38:32 | 显示全部楼层
提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
 楼主| 发表于 2011-11-3 11:52:51 | 显示全部楼层
zenny_chen 发表于 2011-8-19 11:38
哇,Ma大亲自给LLVM团队发邮件啊?

最近又确认了一下,他们是支持Windows ABI的,但是,当byval传递struct或者返回struct时,都是一定会挂的。x86和x64都有问题。最近SALVIA把这个问题修好了已经。
头像被屏蔽
发表于 2011-11-3 11:55:15 | 显示全部楼层
提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
 楼主| 发表于 2011-11-3 11:58:51 | 显示全部楼层
zenny_chen 发表于 2011-11-3 11:55
哦,呵呵。我想也应该支持。这可能是个BUG。

09年的bug
发表于 2012-9-4 19:49:31 | 显示全部楼层
谢谢您,顶
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

QQ|关于我们|小黑屋|Archiver|手机版|中文第一计算机图形学社区OpenGPU

GMT+8, 2019-1-18 08:30 , Processed in 0.069154 second(s), 24 queries .

Powered by Discuz! X3.4

© 2001-2017 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表