fc51de68479ba8ad85a3bdf6f088984d5ae2bc92
[sbcl.git] / src / compiler / x86 / parms.lisp
1 ;;;; This file contains some parameterizations of various VM
2 ;;;; attributes for the x86. This file is separate from other stuff so
3 ;;;; that it can be compiled and loaded earlier.
4
5 ;;;; This software is part of the SBCL system. See the README file for
6 ;;;; more information.
7 ;;;;
8 ;;;; This software is derived from the CMU CL system, which was
9 ;;;; written at Carnegie Mellon University and released into the
10 ;;;; public domain. The software is in the public domain and is
11 ;;;; provided with absolutely no warranty. See the COPYING and CREDITS
12 ;;;; files for more information.
13
14 (in-package "SB!VM")
15
16 ;;; ### Note: we simultaneously use ``word'' to mean a 32 bit quantity
17 ;;; and a 16 bit quantity depending on context. This is because Intel
18 ;;; insists on calling 16 bit things words and 32 bit things
19 ;;; double-words (or dwords). Therefore, in the instruction definition
20 ;;; and register specs, we use the Intel convention. But whenever we
21 ;;; are talking about stuff the rest of the lisp system might be
22 ;;; interested in, we use ``word'' to mean the size of a descriptor
23 ;;; object, which is 32 bits.
24 \f
25 ;;;; machine architecture parameters
26
27 ;;; the number of bits per word, where a word holds one lisp descriptor
28 (def!constant n-word-bits 32)
29
30 ;;; the natural width of a machine word (as seen in e.g. register width,
31 ;;; address space)
32 (def!constant n-machine-word-bits 32)
33
34 ;;; the number of bits per byte, where a byte is the smallest
35 ;;; addressable object
36 (def!constant n-byte-bits 8)
37
38 ;;; The minimum immediate offset in a memory-referencing instruction.
39 (def!constant minimum-immediate-offset (- (expt 2 31)))
40
41 ;;; The maximum immediate offset in a memory-referencing instruction.
42 (def!constant maximum-immediate-offset (1- (expt 2 31)))
43
44 (def!constant float-sign-shift 31)
45
46 ;;; comment from CMU CL:
47 ;;;   These values were taken from the alpha code. The values for
48 ;;;   bias and exponent min/max are not the same as shown in the 486 book.
49 ;;;   They may be correct for how Python uses them.
50 (def!constant single-float-bias 126)    ; Intel says 127.
51 (defconstant-eqx single-float-exponent-byte    (byte 8 23) #'equalp)
52 (defconstant-eqx single-float-significand-byte (byte 23 0) #'equalp)
53 ;;; comment from CMU CL:
54 ;;;   The 486 book shows the exponent range -126 to +127. The Lisp
55 ;;;   code that uses these values seems to want already biased numbers.
56 (def!constant single-float-normal-exponent-min 1)
57 (def!constant single-float-normal-exponent-max 254)
58 (def!constant single-float-hidden-bit (ash 1 23))
59 (def!constant single-float-trapping-nan-bit (ash 1 22))
60
61 (def!constant double-float-bias 1022)
62 (defconstant-eqx double-float-exponent-byte    (byte 11 20) #'equalp)
63 (defconstant-eqx double-float-significand-byte (byte 20 0)  #'equalp)
64 (def!constant double-float-normal-exponent-min 1)
65 (def!constant double-float-normal-exponent-max #x7FE)
66 (def!constant double-float-hidden-bit (ash 1 20))
67 (def!constant double-float-trapping-nan-bit (ash 1 19))
68
69 (def!constant long-float-bias 16382)
70 (defconstant-eqx long-float-exponent-byte    (byte 15 0) #'equalp)
71 (defconstant-eqx long-float-significand-byte (byte 31 0) #'equalp)
72 (def!constant long-float-normal-exponent-min 1)
73 (def!constant long-float-normal-exponent-max #x7FFE)
74 (def!constant long-float-hidden-bit (ash 1 31))         ; actually not hidden
75 (def!constant long-float-trapping-nan-bit (ash 1 30))
76
77 (def!constant single-float-digits
78   (+ (byte-size single-float-significand-byte) 1))
79
80 (def!constant double-float-digits
81   (+ (byte-size double-float-significand-byte) n-word-bits 1))
82
83 (def!constant long-float-digits
84   (+ (byte-size long-float-significand-byte) n-word-bits 1))
85
86 ;;; pfw -- from i486 microprocessor programmer's reference manual
87 (def!constant float-invalid-trap-bit       (ash 1 0))
88 (def!constant float-denormal-trap-bit       (ash 1 1))
89 (def!constant float-divide-by-zero-trap-bit (ash 1 2))
90 (def!constant float-overflow-trap-bit       (ash 1 3))
91 (def!constant float-underflow-trap-bit      (ash 1 4))
92 (def!constant float-inexact-trap-bit       (ash 1 5))
93
94 (def!constant float-round-to-nearest  0)
95 (def!constant float-round-to-negative 1)
96 (def!constant float-round-to-positive 2)
97 (def!constant float-round-to-zero     3)
98
99 (def!constant float-precision-24-bit 0)
100 (def!constant float-precision-53-bit 2)
101 (def!constant float-precision-64-bit 3)
102
103 (defconstant-eqx float-rounding-mode     (byte 2 10) #'equalp)
104 (defconstant-eqx float-sticky-bits       (byte 6 16) #'equalp)
105 (defconstant-eqx float-traps-byte        (byte 6  0) #'equalp)
106 (defconstant-eqx float-exceptions-byte   (byte 6 16) #'equalp)
107 (defconstant-eqx float-precision-control (byte 2  8) #'equalp)
108 (def!constant float-fast-bit 0) ; no fast mode on x86
109 \f
110 ;;;; description of the target address space
111
112 ;;; where to put the different spaces
113 ;;;
114 ;;; Note: Mostly these values are black magic, inherited from CMU CL
115 ;;; without any documentation. However, there were a few explanatory
116 ;;; comments in the CMU CL sources:
117 ;;;   * On Linux,
118 ;;;     ** The space 0x08000000-0x10000000 is "C program and memory allocation".
119 ;;;     ** The space 0x40000000-0x48000000 is reserved for shared libs.
120 ;;;     ** The space >0xE0000000 is "C stack - Alien stack".
121 ;;;   * On FreeBSD,
122 ;;;     ** The space 0x0E000000-0x10000000 is "Foreign segment".
123 ;;;     ** The space 0x20000000-0x30000000 is reserved for shared libs.
124 ;;; And there have been some changes since the fork from CMU CL:
125 ;;;   * The OpenBSD port is new since the fork. We started with
126 ;;;     the FreeBSD address map, which actually worked until the
127 ;;;     Alpha port patches, for reasons which in retrospect are rather
128 ;;;     mysterious. After the Alpha port patches were added, the
129 ;;;     OpenBSD port suffered memory corruption problems. While
130 ;;;     debugging those, it was discovered that src/runtime/trymap
131 ;;;     failed for the control stack region #x40000000-#x47fff000.
132 ;;;     After the control stack was moved upward out of this region
133 ;;;     (stealing some bytes from dynamic space) the problems went
134 ;;;     away.
135 ;;;   * The FreeBSD STATIC-SPACE-START value was bumped up from
136 ;;;     #x28000000 to #x30000000 when FreeBSD ld.so dynamic linking
137 ;;;     support was added for FreeBSD ca. 20000910. This was to keep from
138 ;;;     stomping on an address range that the dynamic libraries want to
139 ;;;     use. (They want to use this address range even if we try to
140 ;;;     reserve it with a call to validate() as the first operation in
141 ;;;     main().)
142 ;;;   * For NetBSD 2.0, the following ranges are used by normal
143 ;;;     executables and mmap:
144 ;;;     ** Executables are (by default) loaded at 0x08048000.
145 ;;;     ** The break for the sbcl runtime seems to end around 0x08400000
146 ;;;     We set read only space around 0x20000000, static
147 ;;;     space around 0x30000000, all ending below 0x37fff000
148 ;;;     ** ld.so and other mmap'ed stuff like shared libs start around
149 ;;;        0x48000000
150 ;;;     We set dynamic space between 0x60000000 and 0x98000000
151 ;;;     ** Bottom of the stack is typically not below 0xb0000000
152 ;;;     FYI, this can be looked at with the "pmap" program, and if you
153 ;;;     set the top-down mmap allocation option in the kernel (not yet
154 ;;;     the default), all bets are totally off!
155 ;;;   * For FreeBSD, the requirement of user and kernel space are
156 ;;;     getting larger, and users tend to extend them.
157 ;;;     If MAXDSIZ is extended from 512MB to 1GB, we can't use up to
158 ;;;     around 0x50000000.
159 ;;;     And if KVA_PAGES is extended from 1GB to 1.5GB, we can't use
160 ;;;     down to around 0xA0000000.
161 ;;;     So we use 0x58000000--0x98000000 for dynamic space.
162 ;;;   * OpenBSD address space changes for W^X as well as malloc()
163 ;;;     randomization made the old addresses unsafe.
164 ;;;     ** By default (linked without -Z option):
165 ;;;        The executable's text segment starts at #x1c000000 and the
166 ;;;        data segment MAXDSIZ bytes higher, at #x3c000000. Shared
167 ;;;        library text segments start randomly between #x00002000 and
168 ;;;        #x10002000, with the data segment MAXDSIZ bytes after that.
169 ;;;     ** If the -Z linker option is used:
170 ;;;        The executable's text and data segments simply start at
171 ;;;        #x08048000, data immediately following text. Shared library
172 ;;;        text and data is placed as if allocated by malloc().
173 ;;;     ** In both cases, the randomized range for malloc() starts
174 ;;;        MAXDSIZ bytes after the end of the data segment (#x48048000
175 ;;;        with -Z, #x7c000000 without), and extends 256 MB.
176 ;;;     ** The read only, static, and linkage table spaces should be
177 ;;;        safe with and without -Z if they are located just before
178 ;;;        #x1c000000.
179 ;;;     ** Ideally the dynamic space should be at #x94000000, 64 MB
180 ;;;        after the end of the highest random malloc() address.
181 ;;;        Unfortunately the dynamic space must be in the lower half
182 ;;;        of the address space, where there are no large areas which
183 ;;;        are unused both with and without -Z. So we break -Z by
184 ;;;        starting at #x40000000. By only using 512 - 64 MB we can
185 ;;;        run under the default 512 MB data size resource limit.
186
187 #!+win32
188 (progn
189   (def!constant read-only-space-start #x22000000)
190   (def!constant read-only-space-end   #x220ff000)
191
192   (def!constant static-space-start    #x22100000)
193   (def!constant static-space-end      #x221ff000)
194
195   (def!constant dynamic-space-start   #x22300000)
196   (def!constant dynamic-space-end     (!configure-dynamic-space-end))
197
198   (def!constant linkage-table-space-start #x22200000)
199   (def!constant linkage-table-space-end   #x222ff000))
200
201 #!+linux
202 (progn
203   (def!constant read-only-space-start     #x01000000)
204   (def!constant read-only-space-end       #x010ff000)
205
206   (def!constant static-space-start        #x01100000)
207   (def!constant static-space-end          #x011ff000)
208
209   (def!constant dynamic-space-start       #x09000000)
210   (def!constant dynamic-space-end         (!configure-dynamic-space-end))
211
212   (def!constant linkage-table-space-start #x01200000)
213   (def!constant linkage-table-space-end   #x012ff000))
214
215 #!+sunos
216 (progn
217   (def!constant read-only-space-start     #x20000000)
218   (def!constant read-only-space-end       #x200ff000)
219
220   (def!constant static-space-start        #x20100000)
221   (def!constant static-space-end          #x201ff000)
222
223   (def!constant dynamic-space-start       #x48000000)
224   (def!constant dynamic-space-end         (!configure-dynamic-space-end))
225
226   (def!constant linkage-table-space-start #x20200000)
227   (def!constant linkage-table-space-end   #x202ff000))
228
229 #!+freebsd
230 (progn
231   (def!constant read-only-space-start     #x01000000)
232   (def!constant read-only-space-end       #x010ff000)
233
234   (def!constant static-space-start        #x01100000)
235   (def!constant static-space-end          #x011ff000)
236
237   (def!constant dynamic-space-start       #x58000000)
238   (def!constant dynamic-space-end         (!configure-dynamic-space-end))
239
240   (def!constant linkage-table-space-start #x01200000)
241   (def!constant linkage-table-space-end   #x012ff000))
242
243 #!+openbsd
244 (progn
245   (def!constant read-only-space-start     #x1b000000)
246   (def!constant read-only-space-end       #x1b0ff000)
247
248   (def!constant static-space-start        #x1b100000)
249   (def!constant static-space-end          #x1b1ff000)
250
251   (def!constant dynamic-space-start       #x40000000)
252   (def!constant dynamic-space-end         (!configure-dynamic-space-end))
253
254   (def!constant linkage-table-space-start #x1b200000)
255   (def!constant linkage-table-space-end   #x1b2ff000))
256
257 #!+netbsd
258 (progn
259   (def!constant read-only-space-start     #x20000000)
260   (def!constant read-only-space-end       #x200ff000)
261
262   (def!constant static-space-start        #x20100000)
263   (def!constant static-space-end          #x201ff000)
264
265   (def!constant dynamic-space-start       #x60000000)
266   (def!constant dynamic-space-end         (!configure-dynamic-space-end))
267
268   ;; In CMUCL: 0xB0000000->0xB1000000
269   (def!constant linkage-table-space-start #x20200000)
270   (def!constant linkage-table-space-end   #x202ff000))
271
272
273 #!+darwin
274 (progn
275   (def!constant read-only-space-start #x04000000)
276   (def!constant read-only-space-end   #x040ff000)
277
278   (def!constant static-space-start    #x04100000)
279   (def!constant static-space-end      #x041ff000)
280
281   (def!constant dynamic-space-start #x10000000)
282   (def!constant dynamic-space-end   (!configure-dynamic-space-end))
283
284   (def!constant linkage-table-space-start #x04200000)
285   (def!constant linkage-table-space-end   #x042ff000))
286
287 ;;; Size of one linkage-table entry in bytes.
288 (def!constant linkage-table-entry-size 8)
289
290 ;;; Given that NIL is the first thing allocated in static space, we
291 ;;; know its value at compile time:
292 (def!constant nil-value (+ static-space-start #xb))
293 \f
294 ;;;; other miscellaneous constants
295
296 (defenum (:start 8)
297   halt-trap
298   pending-interrupt-trap
299   error-trap
300   cerror-trap
301   breakpoint-trap
302   fun-end-breakpoint-trap
303   single-step-around-trap
304   single-step-before-trap)
305
306 (defenum (:start 24)
307   object-not-list-trap
308   object-not-instance-trap
309   #!+sb-safepoint global-safepoint-trap
310   #!+sb-safepoint csp-safepoint-trap)
311 \f
312 ;;;; static symbols
313
314 ;;; These symbols are loaded into static space directly after NIL so
315 ;;; that the system can compute their address by adding a constant
316 ;;; amount to NIL.
317 ;;;
318 ;;; The fdefn objects for the static functions are loaded into static
319 ;;; space directly after the static symbols. That way, the raw-addr
320 ;;; can be loaded directly out of them by indirecting relative to NIL.
321 ;;;
322 ;;; pfw X86 doesn't have enough registers to keep these things there.
323 ;;;     Note these spaces grow from low to high addresses.
324 (defvar *allocation-pointer*)
325 (defvar *binding-stack-pointer*)
326
327 (defparameter *static-symbols*
328   (append
329    *common-static-symbols*
330    *c-callable-static-symbols*
331    '(*alien-stack*
332
333      ;; interrupt handling
334      *pseudo-atomic-bits*
335
336      *allocation-pointer*
337      *binding-stack-pointer*
338
339      ;; the floating point constants
340      *fp-constant-0d0*
341      *fp-constant-1d0*
342      *fp-constant-0f0*
343      *fp-constant-1f0*
344      ;; The following are all long-floats.
345      *fp-constant-0l0*
346      *fp-constant-1l0*
347      *fp-constant-pi*
348      *fp-constant-l2t*
349      *fp-constant-l2e*
350      *fp-constant-lg2*
351      *fp-constant-ln2*
352
353      ;; For GC-AND-SAVE
354      *restart-lisp-function*
355
356      ;; Needed for callbacks to work across saving cores. see
357      ;; ALIEN-CALLBACK-ASSEMBLER-WRAPPER in c-call.lisp for gory
358      ;; details.
359      sb!alien::*enter-alien-callback*
360
361      ;; see comments in ../x86-64/parms.lisp
362      sb!pcl::..slot-unbound..)))
363
364 (defparameter *static-funs*
365   '(length
366     sb!kernel:two-arg-+
367     sb!kernel:two-arg--
368     sb!kernel:two-arg-*
369     sb!kernel:two-arg-/
370     sb!kernel:two-arg-<
371     sb!kernel:two-arg->
372     sb!kernel:two-arg-=
373     eql
374     sb!kernel:%negate
375     sb!kernel:two-arg-and
376     sb!kernel:two-arg-ior
377     sb!kernel:two-arg-xor
378     sb!kernel:two-arg-gcd
379     sb!kernel:two-arg-lcm))
380 \f
381 ;;;; stuff added by jrd
382
383 ;;; FIXME: Is this used? Delete it or document it.
384 ;;; cf the sparc PARMS.LISP
385 (defparameter *assembly-unit-length* 8)