code-generation-and-backends

コード生成とバックエンド

目的

LLVM（および一般的なコンパイラー）のバックエンドにおけるコード生成を概説します。IR の合法化、SelectionDAG による命令選択、レジスター割り当て、アセンブリー出力、新しいターゲットを追加する際に必要なことを扱い、IR のスキルおよび skills/compiler-internals/llvm-passes を補完します。

使用する場面

• 特定のターゲット向けの llc 出力を読むとき
• IR の型合法化で余分な演算が挿入された理由を理解するとき
• コンパイラーを新しいアーキテクチャへ移植することを（概要レベルで）評価するとき
• アセンブリーレベルの誤ったコードをデバッグするとき（IR ではない）

ワークフロー

1. バックエンドのパイプライン（LLVM）

LLVM IR per function
├── IR legalizer (types/ops target supports)
├── SelectionDAGBuilder
├── LegalizeTypes / LegalizeOps
├── Instruction selection (pattern match TableGen)
├── Scheduling (pre-RA)
├── Register allocation
├── Prolog/epilog insertion
└── AsmPrinter → .s object

2. llc の使用方法

clang -c -emit-llvm -O2 -o foo.bc foo.c
llc -march=aarch64 -O2 foo.bc -o foo.s
llc -march=riscv64 -O2 foo.bc -o foo-rv.s

3. TableGen パターン（概念）

def ADD32rr : Pat<(add i32 GPR:$a, GPR:$b),
                  (ADD32rr GPR:$a, GPR:$b)>;

パターンは DAG ノードをマシン命令に対応付けます。.td ファイルではレジスター、呼び出し規約、命令形式を定義します。

4. 呼び出し規約のローワリング

ABI のルールは TableGen で CC_AArch64 / CC_X86_64 になります。これは skills/computer-architecture/abi-and-calling-conventions に関連します。

5. ターゲットトリプル

clang --target=arm-none-eabi -c -O2 foo.c
llc -mtriple=thumbv7em-none-eabi foo.bc

トリプルと CPU 機能（+neon、+crc）の不一致は、合法化の失敗や最適でないコードの原因になります。

6. ターゲットの追加（概要）

1. TableGen でレジスタークラスと命令形式を定義する
2. ローワリングフック（TargetLowering）を実装する
3. リロケーション用の AsmPrinter と MC レイヤーを用意する
4. 組み込みの呼び出し規約と ELF/COFF オブジェクトライターを用意する

完全な移植には多大な作業が必要です。対象アーキテクチャに最も近い既存のバックエンドを再利用してください。

7. エージェントでの使用方法

/code-generation-and-backends Trace how this IR add becomes AArch64 ADD instruction

よくある問題

症状	原因	対処法
Cannot select の致命的エラー	ターゲットで未対応の IR 演算	演算を合法化するか展開する
ソフトフロートの結果が誤っている	ABI の不一致	-mfloat-abi / トリプルを設定する
スタックフレームが非常に大きい	RA 後のスピルが多い	IR レベルでレジスター圧力を軽減する
llc と clang の結果が異なる	渡されたターゲットが異なる	同じ -mtriple を指定する
TableGen のビルドが失敗する	.td 内の構文エラー	llvm-tblgen のエラー行を確認する

関連スキル

• skills/compiler-internals/llvm-ir-and-passes — コード生成前の IR
• skills/compiler-internals/compiler-optimizations-deep — RA の勘所
• skills/compilers/cross-gcc — 組み込み向けトリプル
• skills/computer-architecture/abi-and-calling-conventions — 呼び出しのローワリング
• skills/low-level-programming/assembly-arm — 出力されたアセンブリーを読む