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OpenCLのOSS実装poclを調べる その8 - poclとClang/LLVMの引数

目次: OpenCL

前回に続いてpoclとClang/LLVMの関係について説明します。Clangは引数の体系が2つあります。1つは通常使用するGCCと互換があるオプション、もう1つはclang -cc1オプションを指定したときに使う内部用オプションです。正式な名前がわからないので適当に呼んでいます。正式な名前をご存知の方は教えていただけると嬉しいです。

前者と後者は -Iや -oのように同じ名前の場合もありますし、顕著に異なる場合もあります。RISC-V向けのmarchやmabiは差が顕著なので、例として紹介します。

$ riscv32-unknown-elf-gcc b.c -c -march=rv32gc -mabi=ilp32f

$ clang --target=riscv32 b.c -c -march=rv32gc -mabi=ilp32f

GCCとClangのオプションがほぼ同じですね。次にClang内部用のオプションを確認します。内部用のオプションは -vを指定すると表示できます。

$ clang --target=riscv32 b.c -c -march=rv32gc -mabi=ilp32f -v

Debian clang version 11.0.1-2
Target: riscv32--
Thread model: posix
InstalledDir: /usr/bin
 (in-process)
 "/usr/lib/llvm-11/bin/clang" -cc1 -triple riscv32-- -emit-obj -mrelax-all -disable-free -disable-llvm-verifier -discard-value-names -main-file-name b.c -mrelocation-model static -mframe-pointer=all -fmath-errno -fno-rounding-math -mconstructor-aliases -nostdsysteminc -target-feature +m -target-feature +a -target-feature +f -target-feature +d -target-feature +c -target-feature +relax -target-feature -save-restore -target-abi ilp32f -msmall-data-limit 8 -fno-split-dwarf-inlining -debugger-tuning=gdb -v -resource-dir /usr/lib/llvm-11/lib/clang/11.0.1 -internal-isystem include -fdebug-compilation-dir /home/katsuhiro/share/projects/c/clang_test -ferror-limit 19 -fno-signed-char -fgnuc-version=4.2.1 -fcolor-diagnostics -faddrsig -o b.o -x c b.c
clang -cc1 version 11.0.1 based upon LLVM 11.0.1 default target x86_64-pc-linux-gnu
ignoring nonexistent directory "include"
#include "..." search starts here:
#include <...> search starts here:
 /usr/lib/llvm-11/lib/clang/11.0.1/include
End of search list.

先ほどと全く違うことがわかると思います。このままだと色々ごちゃごちゃ表示されていてわかりにくいので、対応するオプションだけ抜粋します。

--target=riscv32: -triple riscv32--
-march=rv32gc   : -target-feature +m -target-feature +a -target-feature +f -target-feature +d -target-feature +c
-mabi=ilp32f    : -target-abi ilp32f

なお -target-featureはカンマ区切りで複数指定することもできるようです。上記で言えば -target-feature +m,+a,+f,+d,+cにしても良いです。

poclと何の関係が？

なぜこの話をしたのかというとpocl内でLLVMを呼び出す際は、Clang内部用オプションを使わなければならない箇所があるからです。一番わかりやすい（文字列の形でオプションを指定している）のはpocl_llvm_build_program() です。

// pocl/lib/CL/pocl_llvm_build.cc

int pocl_llvm_build_program(cl_program program,
                            unsigned device_i,
                            const char *user_options_cstr,
                            char *program_bc_path,
                            cl_uint num_input_headers,
                            const cl_program *input_headers,
                            const char **header_include_names,
                            int linking_program)

{

...

  CompilerInvocation &pocl_build = CI.getInvocation();

...

  // This is required otherwise the initialization fails with
  // unknown triple ''
  ss << "-triple=" << device->llvm_target_triplet << " ";    //★これ
  if (device->llvm_cpu != NULL)
    ss << "-target-cpu " << device->llvm_cpu << " ";    //★これも同様

...

  std::istream_iterator<std::string> begin(ss);
  std::istream_iterator<std::string> end;
  std::istream_iterator<std::string> i = begin;
  std::vector<const char*> itemcstrs;
  std::vector<std::string> itemstrs;
  while (i != end) {
    itemstrs.push_back(*i);    //★std::vectorにオプションのstd::stringを並べる
    ++i;
  }

  for (unsigned idx = 0; idx < itemstrs.size(); idx++) {
    // note: if itemstrs is modified after this, itemcstrs will be full
    // of invalid pointers! Could make copies, but would have to clean up then...
    itemcstrs.push_back(itemstrs[idx].c_str());    //★std::vectorにオプションの文字列のポインタを並べる
  }

...

  //★コンパイラに上記のオプションを指定する（この時点ではまだコンパイラは起動しない）
  if (!CompilerInvocation::CreateFromArgs(
          pocl_build,    //★CompilerInvocation
#ifndef LLVM_OLDER_THAN_10_0
          ArrayRef<const char *>(itemcstrs.data(),
                                 itemcstrs.data() + itemcstrs.size()),
#else
          itemcstrs.data(), itemcstrs.data() + itemcstrs.size(),
#endif
          diags)) {

あとはpocl_llvm_codegen() も同様ですが、指定の方法が違います。-target-feature +mのような文字列ではなく、TargetMachineのメソッドを呼び出して指定します。コードで見たほうがわかりやすいでしょう。

// pocl/lib/CL/pocl_llvm_wg.cc

int pocl_llvm_codegen(cl_device_id Device, void *Modp, char **Output,
                      uint64_t *OutputSize) {

...

  llvm::Triple Triple(Device->llvm_target_triplet);
  llvm::TargetMachine *Target = GetTargetMachine(Device, Triple);

  // First try direct object code generation from LLVM, if supported by the
  // LLVM backend for the target.
  bool LLVMGeneratesObjectFiles = true;

  SmallVector<char, 4096> Data;
  llvm::raw_svector_ostream SOS(Data);
  bool cannotEmitFile;

  cannotEmitFile = Target->addPassesToEmitFile(PMObj, SOS,
#ifndef LLVM_OLDER_THAN_7_0
                                  nullptr,
#endif
                                  CODEGEN_FILE_TYPE_NS::CGFT_ObjectFile);

  Target->setTargetFeatureString("+m,+a,+f");    //★-target-feature +m,+a,+fに相当する

独自アクセラレータ向けの実装を行う際にClang/LLVMのオプションを変えたくなることは多々ありますから、今回のオプションの違いは今後の説明でも登場するはずです。たぶん。