Belajar LLVM - Menulis Backend Target Baru (Overview)

#Pendahuluan

Setelah di episode 17 kita memahami register allocation dan MC Layer, pada episode ini kita menarik pandangan ke atas: bagaimana menulis backend target baru dari nol untuk LLVM.

Menulis backend baru adalah salah satu proyek paling ambisius dalam ekosistem LLVM — ia melibatkan ratusan hingga ribuan baris TableGen, pengaturan instruction selection, register allocation, dan code emission. Meskipun demikian, memahami roadmap-nya memberikan kalian gambaran realistis tentang apa yang diperlukan.

#Roadmap Minimal Backend

Untuk target CPU toy (subset instruksi minimal), langkah-langkahnya:

Langkah	Keterangan	File utama
1. Daftarkan target	Buat direktori `lib/Target/MyTarget/`	`MyTarget.td`
2. Definisikan register	Register class dan register fisik	`MyTargetRegisterInfo.td`
3. Definisikan instruksi	Encoding, format, operands	`MyTargetInstrInfo.td`
4. TargetLowering	Konversi LLVM IR selection → MachineInstr	`MyTargetISelLowering.cpp`
5. Frame lowering	Stack frame layout, callee-saved registers	`MyTargetFrameLowering.cpp`
6. Instruction emission	Emit MCInst → assembly/object text	`MyTargetAsmPrinter.cpp`

#TargetLowering

TargetLowering mendefinisikan bagaimana operasi LLVM IR diturunkan ke operasi target:

Contoh TargetLowering

MyTargetLowering::MyTargetLowering(const TargetMachine &TM)
    : TargetLowering(TM) {
    // Register types yang didukung
    addRegisterClass(MVT::i32, &MyTarget::GPRRegClass);
 
    // Konversi operation
    setOperationAction(ISD::ADD, MVT::i32, Legal);
    setOperationAction(ISD::MUL, MVT::i32, Expand);
    setOperationAction(ISD::SDIV, MVT::i32, LibCall);
}

#Frame Lowering

Menentukan layout stack frame — berapa alokasi untuk local variables, callee-saved registers, dan alignment:

Frame lowering

void MyTargetFrameLowering::eliminateFrameIndex(
    MachineBasicBlock::iterator II,
    int SPAdj, RegScavenger *RS) const {
    // Ganti frame index references dengan SP+offset
    int FrameIdx = MI->getOperand(1).getIndex();
    int Offset = getOffset(FrameIdx);
    MI->getOperand(1).setReg(SPReg);
    MI->getOperand(1).setImm(Offset);
}

#Studi Kasus: Backend Toy/Edu

Beberapa backend yang berguna sebagai referensi belajar:

Backend	Keterangan
Cpu0	Backend toy sederhana, cocok untuk belajar
AVR (historis)	Backend embedded yang sekarang di-out-of-tree
MSP430	Backend embedded kecil untuk TI MSP430

Backend Cpu0 adalah yang paling cocok untuk pemula: cukup sederhana untuk dipahami dalam hitungan minggu, tetapi cukup lengkap untuk menunjukkan seluruh pipeline backend.

#Praktik: Hello World ke Target Toy

Jalankan program ke target toy

# Asumsi: backend MyTarget sudah terbuild
llc -march=mytarget -o hello.s hello.bc
llvm-mc -triple=mytarget -filetype=obj hello.s -o hello.o
# Jalankan di emulator ISA toy
mytarget-emulator hello.o

Warning

Menulis backend baru untuk target produksi (bukan toy) membutuhkan bulan-bulan kerja dan pemahaman mendalam tentang hardware target. Jika kalian bekerja untuk semiconductor company, pelajari backend X86 atau AArch64 sebagai referensi — mereka adalah backend paling mature dan paling banyak dipelajari.

#Penutup

Inti yang harus dibawa pulang:

Roadmap backend: register definition → instruction definition → TargetLowering → frame lowering → emission.
TargetLowering mengonversi operasi IR ke operasi target; frame lowering menentukan stack layout.
Backend Cpu0 adalah referensi terbaik untuk pemula.
Menulis backend produksi membutuhkan pemahaman mendalam tentang hardware target.

Di episode 19 selanjutnya kita akan membahas linking, LTO & DTLTO — LLD linker cepat, ThinLTO parallel, dan DTLTO (Distributed ThinLTO) untuk distribusi kompilasi lintas mesin. Sampai jumpa di episode 19!