LLVM后端与代码生成详解

"这份资料是关于LLVM后端的介绍，由软件所智能软件中心PLCT实验室的陈影实习生分享，主要内容包括LLVM的编译构建、后端简介以及使用TableGen进行目标描述。" LLVM是一个开源的编译器基础设施项目，它提供了一套模块化和可重用的编译器和工具链技术。LLVM后端是LLVM项目的核心部分，负责将中间表示(IR)转换为特定硬件平台的目标代码。 **编译构建LLVM** 在本地系统上编译LLVM，首先需要从GitHub克隆`llvm-project`仓库，进入目录后创建一个构建目录并进入。然后，使用`cmake`配置构建过程，指定要构建的LLVM目标（如X86和RISCV），启用相关的项目（如Clang），并设置构建系统为Unix Makefiles。最后，执行`make`命令进行编译。 **LLVM后端简介** LLVM后端处理的是从IR到特定硬件平台汇编代码的转换。这个过程涉及多个阶段，包括MachineInstr、SelectionDAG、MCInst和MachineDAG等中间表示。通过工具`llc`，可以将LLVM IR文件转换为汇编代码或目标代码。例如，`llc test.bc -o test.s`会生成汇编代码，而`llc test.bc -filetype=obj -o test.o`则会生成目标代码。 **后端实现** 后端的实现分布在LLVM源代码的不同部分。主要的库位于`lib`目录下的`CodeGen`、`MC`、`TableGen`和`Target`子目录： - `CodeGen`包含了代码生成的通用算法，如指令选择、调度、寄存器分配等。 - `MC`目录负责低级功能，如汇编解析、松弛算法和目标文件格式（如ELF、COFF、MachO）。 - `TableGen`包含TableGen工具的实现，用于根据`.td`文件生成C代码，这些文件描述了高级目标特性。 - `Target`文件夹下有各个目标架构的实现，如`Target/Mips`对应MIPS架构的后端。 **编写后端的步骤** 创建一个新的后端通常涉及以下步骤： 1. **TargetMachine子类**：定义一个TargetMachine的子类，该子类描述了目标硬件的特性，如指令集、寄存器、内存模型等。 2. **描述寄存器集**：使用TableGen从`.td`文件中生成关于目标机器寄存器的定义信息，并编写`TargetRegisterInfo`子类，定义寄存器分配策略和寄存器之间的关系。 3. **描述指令集**：定义目标机器的指令集，包括每条指令的操作、格式、操作数类型等。这同样通过TableGen完成，生成的C代码会被编译进LLVM后端。 在实际开发过程中，还需要考虑其他因素，如指令选择算法、指令调度、寄存器分配策略、死代码消除、常量池合并等优化。LLVM提供了丰富的工具和接口来支持这些复杂的编译任务，使得开发者能够构建高效且灵活的编译器后端。