如何为堆栈机编写 LLVM 后端？答案

【问题标题】：How to write an LLVM backend for stack machine?如何为堆栈机编写 LLVM 后端？
【发布时间】：2016-08-16 07:39:47
【问题描述】：

当我尝试构建 LLVM 后端而不在 TableGen 文件中定义 RegisterClass 实例时，它会引发以下错误：

error:No 'RegisterClass' subclasses defined

如何为 LLVM 定义堆栈机器目标（即不使用寄存器）？

【问题讨论】：

【解决方案1】：

只是不要这样做。 LLVM DAG是专门为寄存器机设计的，对于栈机编译价值不大。您需要一个自定义后端。

我用于解决类似问题的一种方法（LLVM IR -> FPGA 上的堆栈软核）如下：

1) 脱离 SSA (reg2mem)

2) 构建中间树表示（即，如果顺序允许，将所有一次性寄存器分配压缩到树中）。这是主要的优化瓶颈，留下的寄存器分配越少越好。

3) 剩余寄存器的“寄存器分配”现在都表示为堆栈分配的变量（希望您的堆栈机器 ISA 允许）。

4) 直接翻译树，无需任何指令选择（您可以在 LLVM IR 级别上执行此操作，而不是使用内在函数和自定义 instcombine 通道）。

编辑：使用基于 DAG 的后端来做到这一点并不容易，它从来没有打算以这种方式使用。

我能想到的最接近的事情是使用 DAG 后端生成中间寄存器机器代码，然后使用后处理传递在可能的情况下重新排序指令，否则注入堆栈分配的变量访问。即，将每个堆栈机器指令表示为具有 1 个或 2 个寄存器参数和 1 个寄存器结果的伪指令。

【讨论】：

感谢您的回答，但我的目标是发现是否可以不编写自定义后端。因此，如果您知道任何方法 - 请更新您的答案。
我还在学习 LLVM，我不清楚为什么 DAG 不适合基于堆栈的机器。文档说 SelectionDAG 看起来像这样：(fadd:f32 (fmul:f32 (fadd:f32 W, X), Y), Z) - 就像 lisp ;) 所以将其转换为基于堆栈的机器代码似乎并不难。
例如X86 是基于堆栈的，因为据我所知，如果参数数量大于寄存器数量，则参数将在堆栈上传递。所以，如果我的理解是正确的，我应该避免将参数传递给寄存器并直接传递给堆栈。现在我创建了一个我不使用的寄存器，并且后端无法正常工作（因为它还不完整），但我看不出有什么大问题。
还有另一种选择——寄存器可以映射到内存。它速度较慢，但应该可以工作。
@KolesnichenkoDS DAG 中的边是虚拟寄存器。 Stack machine 需要在这些边缘有一定的顺序（并且可能需要一些复杂的溢出）。你的选择就是把所有东西都洒出来，这是非常低效的。您可以在此处查看我如何将 LLVM IR 实现为堆栈机器转换：github.com/combinatorylogic/soc/blob/master/backends/small1/… - 具有树重新排序和溢出。

【解决方案2】：

虽然我同意不要这样做，但您应该看看 WebAssembly 后端。

【讨论】：