llvm生成rdrand指令

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问题

在做一个project的时候需要使用llvm的pass对函数进行插桩，在每一个函数头之前插入一条指令rdrand %rax，在寻找llvm基本指令之后发现并没有生成随机数的指令，这时就想到了llvm中intrinsic函数中是否有关于rdrand指令的函数，在对llvm整个源码进行扫描之后，发现有x86的rdrand的intrinsic函数:

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X86_INTRINSIC_DATA(rdrand_16, RDRAND, X86ISD::RDRAND, 0),
X86_INTRINSIC_DATA(rdrand_32, RDRAND, X86ISD::RDRAND, 0),
X86_INTRINSIC_DATA(rdrand_64, RDRAND, X86ISD::RDRAND, 0),

既然有对它们的定义，那是否有关于它们的使用呢，又经过一番查找，终于在一个测试文件中(/test/CodeGen/X86/rdrand.ll)找到相应的使用:

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declare {i16, i32} @llvm.x86.rdrand.16()
declare {i32, i32} @llvm.x86.rdrand.32()
declare {i64, i32} @llvm.x86.rdrand.64()

define i32 @_rdrand16_step(i16* %random_val) {
  %call = call {i16, i32} @llvm.x86.rdrand.16()
  %randval = extractvalue {i16, i32} %call, 0
  store i16 %randval, i16* %random_val
  %isvalid = extractvalue {i16, i32} %call, 1
  ret i32 %isvalid
; CHECK-LABEL: _rdrand16_step:
; CHECK: rdrandw	%ax
; CHECK: movzwl	%ax, %ecx
; CHECK: movl	$1, %eax
; CHECK: cmovael	%ecx, %eax
; CHECK: movw	%cx, (%r[[A0:di|cx]])
; CHECK: ret
}

define i32 @_rdrand32_step(i32* %random_val) {
  %call = call {i32, i32} @llvm.x86.rdrand.32()
  %randval = extractvalue {i32, i32} %call, 0
  store i32 %randval, i32* %random_val
  %isvalid = extractvalue {i32, i32} %call, 1
  ret i32 %isvalid
; CHECK-LABEL: _rdrand32_step:
; CHECK: rdrandl	%e[[T0:[a-z]+]]
; CHECK: movl	$1, %eax
; CHECK: cmovael	%e[[T0]], %eax
; CHECK: movl	%e[[T0]], (%r[[A0]])
; CHECK: ret
}

define i32 @_rdrand64_step(i64* %random_val) {
  %call = call {i64, i32} @llvm.x86.rdrand.64()
  %randval = extractvalue {i64, i32} %call, 0
  store i64 %randval, i64* %random_val
  %isvalid = extractvalue {i64, i32} %call, 1
  ret i32 %isvalid
; CHECK-LABEL: _rdrand64_step:
; CHECK: rdrandq	%r[[T1:[a-z]+]]
; CHECK: movl	$1, %eax
; CHECK: cmovael	%e[[T1]], %eax
; CHECK: movq	%r[[T1]], (%r[[A0]])
; CHECK: ret
}

这个系列函数是对rdrandx_step(address)系列函数的包装，在这些函数中是生成随机数，并将该随机数保存到address参数中。发现在该系列函数中对@llvm.x86.rdrand.xx()系列函数的调用，可以发现，在该函数第一个语句是对@llvm.x86.rdrand.xx() intrinsic函数的调用，该函数返回一个StructType类型的结果，该结果一共有两个成员组成，第一个成员是@llvm.x86.rdrand.xx()函数产生的随机数，第二个参数表示该函数是否调用成功。第二个语句就是从结果中取出随机数。弄清了该函数的逻辑后就可以通过llvm C API产生相应的IR指令。

llvm C API

下面是我通过llvm的C API产生的相应的IR指令的代码:

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AllocaInst* AI3 = B.CreateAlloca(PtrTy, nullptr, "RandomValue");
	
std::vector<Type *> arg_type;
	
Function *fun = Intrinsic::getDeclaration(F->getParent(), Intrinsic::x86_rdrand_64, arg_type);
CallInst* result = B.CreateCall(fun, {});
	//B.CreateRet(result);
	//result->dump();
if (dyn_cast<StructType>(result->getType())) {
		//errs() << "Hello\n";
	Value* randomValue = B.CreateExtractValue(result, (uint64_t)0);
	Value* randomValuePtr = B.CreateIntToPtr(randomValue, Type::getInt8PtrTy(B.getContext()));
	B.CreateStore(randomValuePtr, AI3, true);
}

注意事项

在生成了.ll文件后，需要用llc工具生成二进制文件，此时需要添加-mattr=rdrnd的属性:

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llc -filetype=obj input.ll -mattr=+rdrnd -o output.o

否则会出现LLVM ERROR: Cannot select: t74: i64,i32,ch = X86ISD::RDRAND t0错误