lib/CodeGen/InstrSched/SchedGraph.cpp

   1 // $Id$
   2 //***************************************************************************
   3 // File:
   4 //      SchedGraph.cpp
   5 //
   6 // Purpose:
   7 //      Scheduling graph based on SSA graph plus extra dependence edges
   8 //      capturing dependences due to machine resources (machine registers,
   9 //      CC registers, and any others).
  10 //
  11 // History:
  12 //      7/20/01  -  Vikram Adve  -  Created
  13 //**************************************************************************/
  14
  15 #include "SchedGraph.h"
  16 #include "llvm/CodeGen/InstrSelection.h"
  17 #include "llvm/CodeGen/MachineCodeForInstruction.h"
  18 #include "llvm/Target/MachineRegInfo.h"
  19 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  20 #include "llvm/BasicBlock.h"
  21 #include "llvm/Function.h"
  22 #include "llvm/iOther.h"
  23 #include "Support/StringExtras.h"
  24 #include "Support/STLExtras.h"
  25 #include <iostream>
  26
  27 using std::vector;
  28 using std::pair;
  29 using std::hash_map;
  30 using std::cerr;
  31
  32 //*********************** Internal Data Structures *************************/
  33
  34 // The following two types need to be classes, not typedefs, so we can use
  35 // opaque declarations in SchedGraph.h
  36 //
  37 struct RefVec: public vector< pair<SchedGraphNode*, int> > {
  38   typedef vector< pair<SchedGraphNode*, int> >::      iterator       iterator;
  39   typedef vector< pair<SchedGraphNode*, int> >::const_iterator const_iterator;
  40 };
  41
  42 struct RegToRefVecMap: public hash_map<int, RefVec> {
  43   typedef hash_map<int, RefVec>::      iterator       iterator;
  44   typedef hash_map<int, RefVec>::const_iterator const_iterator;
  45 };
  46
  47 struct ValueToDefVecMap: public hash_map<const Instruction*, RefVec> {
  48   typedef hash_map<const Instruction*, RefVec>::      iterator       iterator;
  49   typedef hash_map<const Instruction*, RefVec>::const_iterator const_iterator;
  50 };
  51
  52 //
  53 // class SchedGraphEdge
  54 //
  55
  56 /*ctor*/
  57 SchedGraphEdge::SchedGraphEdge(SchedGraphNode* _src,
  58                                SchedGraphNode* _sink,
  59                                SchedGraphEdgeDepType _depType,
  60                                unsigned int     _depOrderType,
  61                                int _minDelay)
  62   : src(_src),
  63     sink(_sink),
  64     depType(_depType),
  65     depOrderType(_depOrderType),
  66     minDelay((_minDelay >= 0)? _minDelay : _src->getLatency()),
  67     val(NULL)
  68 {
  69   assert(src != sink && "Self-loop in scheduling graph!");
  70   src->addOutEdge(this);
  71   sink->addInEdge(this);
  72 }
  73
  74
  75 /*ctor*/
  76 SchedGraphEdge::SchedGraphEdge(SchedGraphNode*  _src,
  77                                SchedGraphNode*  _sink,
  78                                const Value*     _val,
  79                                unsigned int     _depOrderType,
  80                                int              _minDelay)
  81   : src(_src),
  82     sink(_sink),
  83     depType(ValueDep),
  84     depOrderType(_depOrderType),
  85     minDelay((_minDelay >= 0)? _minDelay : _src->getLatency()),
  86     val(_val)
  87 {
  88   assert(src != sink && "Self-loop in scheduling graph!");
  89   src->addOutEdge(this);
  90   sink->addInEdge(this);
  91 }
  92
  93
  94 /*ctor*/
  95 SchedGraphEdge::SchedGraphEdge(SchedGraphNode*  _src,
  96                                SchedGraphNode*  _sink,
  97                                unsigned int     _regNum,
  98                                unsigned int     _depOrderType,
  99                                int             _minDelay)
 100   : src(_src),
 101     sink(_sink),
 102     depType(MachineRegister),
 103     depOrderType(_depOrderType),
 104     minDelay((_minDelay >= 0)? _minDelay : _src->getLatency()),
 105     machineRegNum(_regNum)
 106 {
 107   assert(src != sink && "Self-loop in scheduling graph!");
 108   src->addOutEdge(this);
 109   sink->addInEdge(this);
 110 }
 111
 112
 113 /*ctor*/
 114 SchedGraphEdge::SchedGraphEdge(SchedGraphNode* _src,
 115                                SchedGraphNode* _sink,
 116                                ResourceId      _resourceId,
 117                                int             _minDelay)
 118   : src(_src),
 119     sink(_sink),
 120     depType(MachineResource),
 121     depOrderType(NonDataDep),
 122     minDelay((_minDelay >= 0)? _minDelay : _src->getLatency()),
 123     resourceId(_resourceId)
 124 {
 125   assert(src != sink && "Self-loop in scheduling graph!");
 126   src->addOutEdge(this);
 127   sink->addInEdge(this);
 128 }
 129
 130 /*dtor*/
 131 SchedGraphEdge::~SchedGraphEdge()
 132 {
 133 }
 134
 135 void SchedGraphEdge::dump(int indent=0) const {
 136   cerr << std::string(indent*2, ' ') << *this;
 137 }
 138
 139
 140 //
 141 // class SchedGraphNode
 142 //
 143
 144 /*ctor*/
 145 SchedGraphNode::SchedGraphNode(unsigned int _nodeId,
 146                                const BasicBlock*   _bb,
 147                                const MachineInstr* _minstr,
 148                                int   indexInBB,
 149                                const TargetMachine& target)
 150   : nodeId(_nodeId),
 151     bb(_bb),
 152     minstr(_minstr),
 153     origIndexInBB(indexInBB),
 154     latency(0)
 155 {
 156   if (minstr)
 157     {
 158       MachineOpCode mopCode = minstr->getOpCode();
 159       latency = target.getInstrInfo().hasResultInterlock(mopCode)
 160         ? target.getInstrInfo().minLatency(mopCode)
 161         : target.getInstrInfo().maxLatency(mopCode);
 162     }
 163 }
 164
 165
 166 /*dtor*/
 167 SchedGraphNode::~SchedGraphNode()
 168 {
 169   // for each node, delete its out-edges
 170   std::for_each(beginOutEdges(), endOutEdges(),
 171                 deleter<SchedGraphEdge>);
 172 }
 173
 174 void SchedGraphNode::dump(int indent=0) const {
 175   cerr << std::string(indent*2, ' ') << *this;
 176 }
 177
 178
 179 inline void
 180 SchedGraphNode::addInEdge(SchedGraphEdge* edge)
 181 {
 182   inEdges.push_back(edge);
 183 }
 184
 185
 186 inline void
 187 SchedGraphNode::addOutEdge(SchedGraphEdge* edge)
 188 {
 189   outEdges.push_back(edge);
 190 }
 191
 192 inline void
 193 SchedGraphNode::removeInEdge(const SchedGraphEdge* edge)
 194 {
 195   assert(edge->getSink() == this);
 196
 197   for (iterator I = beginInEdges(); I != endInEdges(); ++I)
 198     if ((*I) == edge)
 199       {
 200         inEdges.erase(I);
 201         break;
 202       }
 203 }
 204
 205 inline void
 206 SchedGraphNode::removeOutEdge(const SchedGraphEdge* edge)
 207 {
 208   assert(edge->getSrc() == this);
 209
 210   for (iterator I = beginOutEdges(); I != endOutEdges(); ++I)
 211     if ((*I) == edge)
 212       {
 213         outEdges.erase(I);
 214         break;
 215       }
 216 }
 217
 218
 219 //
 220 // class SchedGraph
 221 //
 222
 223
 224 /*ctor*/
 225 SchedGraph::SchedGraph(const BasicBlock* bb,
 226                        const TargetMachine& target)
 227 {
 228   bbVec.push_back(bb);
 229   buildGraph(target);
 230 }
 231
 232
 233 /*dtor*/
 234 SchedGraph::~SchedGraph()
 235 {
 236   for (const_iterator I = begin(); I != end(); ++I)
 237     delete I->second;
 238   delete graphRoot;
 239   delete graphLeaf;
 240 }
 241
 242
 243 void
 244 SchedGraph::dump() const
 245 {
 246   cerr << "  Sched Graph for Basic Blocks: ";
 247   for (unsigned i=0, N=bbVec.size(); i < N; i++)
 248     {
 249       cerr << (bbVec[i]->hasName()? bbVec[i]->getName() : "block")
 250            << " (" << bbVec[i] << ")"
 251            << ((i == N-1)? "" : ", ");
 252     }
 253
 254   cerr << "\n\n    Actual Root nodes : ";
 255   for (unsigned i=0, N=graphRoot->outEdges.size(); i < N; i++)
 256     cerr << graphRoot->outEdges[i]->getSink()->getNodeId()
 257          << ((i == N-1)? "" : ", ");
 258
 259   cerr << "\n    Graph Nodes:\n";
 260   for (const_iterator I=begin(); I != end(); ++I)
 261     cerr << "\n" << *I->second;
 262
 263   cerr << "\n";
 264 }
 265
 266
 267 void
 268 SchedGraph::eraseIncomingEdges(SchedGraphNode* node, bool addDummyEdges)
 269 {
 270   // Delete and disconnect all in-edges for the node
 271   for (SchedGraphNode::iterator I = node->beginInEdges();
 272        I != node->endInEdges(); ++I)
 273     {
 274       SchedGraphNode* srcNode = (*I)->getSrc();
 275       srcNode->removeOutEdge(*I);
 276       delete *I;
 277
 278       if (addDummyEdges &&
 279           srcNode != getRoot() &&
 280           srcNode->beginOutEdges() == srcNode->endOutEdges())
 281         { // srcNode has no more out edges, so add an edge to dummy EXIT node
 282           assert(node != getLeaf() && "Adding edge that was just removed?");
 283           (void) new SchedGraphEdge(srcNode, getLeaf(),
 284                     SchedGraphEdge::CtrlDep, SchedGraphEdge::NonDataDep, 0);
 285         }
 286     }
 287
 288   node->inEdges.clear();
 289 }
 290
 291 void
 292 SchedGraph::eraseOutgoingEdges(SchedGraphNode* node, bool addDummyEdges)
 293 {
 294   // Delete and disconnect all out-edges for the node
 295   for (SchedGraphNode::iterator I = node->beginOutEdges();
 296        I != node->endOutEdges(); ++I)
 297     {
 298       SchedGraphNode* sinkNode = (*I)->getSink();
 299       sinkNode->removeInEdge(*I);
 300       delete *I;
 301
 302       if (addDummyEdges &&
 303           sinkNode != getLeaf() &&
 304           sinkNode->beginInEdges() == sinkNode->endInEdges())
 305         { //sinkNode has no more in edges, so add an edge from dummy ENTRY node
 306           assert(node != getRoot() && "Adding edge that was just removed?");
 307           (void) new SchedGraphEdge(getRoot(), sinkNode,
 308                     SchedGraphEdge::CtrlDep, SchedGraphEdge::NonDataDep, 0);
 309         }
 310     }
 311
 312   node->outEdges.clear();
 313 }
 314
 315 void
 316 SchedGraph::eraseIncidentEdges(SchedGraphNode* node, bool addDummyEdges)
 317 {
 318   this->eraseIncomingEdges(node, addDummyEdges);
 319   this->eraseOutgoingEdges(node, addDummyEdges);
 320 }
 321
 322
 323 void
 324 SchedGraph::addDummyEdges()
 325 {
 326   assert(graphRoot->outEdges.size() == 0);
 327
 328   for (const_iterator I=begin(); I != end(); ++I)
 329     {
 330       SchedGraphNode* node = (*I).second;
 331       assert(node != graphRoot && node != graphLeaf);
 332       if (node->beginInEdges() == node->endInEdges())
 333         (void) new SchedGraphEdge(graphRoot, node, SchedGraphEdge::CtrlDep,
 334                                   SchedGraphEdge::NonDataDep, 0);
 335       if (node->beginOutEdges() == node->endOutEdges())
 336         (void) new SchedGraphEdge(node, graphLeaf, SchedGraphEdge::CtrlDep,
 337                                   SchedGraphEdge::NonDataDep, 0);
 338     }
 339 }
 340
 341
 342 void
 343 SchedGraph::addCDEdges(const TerminatorInst* term,
 344                        const TargetMachine& target)
 345 {
 346   const MachineInstrInfo& mii = target.getInstrInfo();
 347   MachineCodeForInstruction &termMvec = MachineCodeForInstruction::get(term);
 348
 349   // Find the first branch instr in the sequence of machine instrs for term
 350   //
 351   unsigned first = 0;
 352   while (!mii.isBranch(termMvec[first]->getOpCode()))
 353     ++first;
 354   assert(first < termMvec.size() &&
 355          "No branch instructions for BR?  Ok, but weird!  Delete assertion.");
 356   if (first == termMvec.size())
 357     return;
 358
 359   SchedGraphNode* firstBrNode = this->getGraphNodeForInstr(termMvec[first]);
 360
 361   // Add CD edges from each instruction in the sequence to the
 362   // *last preceding* branch instr. in the sequence
 363   // Use a latency of 0 because we only need to prevent out-of-order issue.
 364   //
 365   for (int i = (int) termMvec.size()-1; i > (int) first; i--)
 366     {
 367       SchedGraphNode* toNode = this->getGraphNodeForInstr(termMvec[i]);
 368       assert(toNode && "No node for instr generated for branch?");
 369
 370       for (int j = i-1; j >= 0; j--)
 371         if (mii.isBranch(termMvec[j]->getOpCode()))
 372           {
 373             SchedGraphNode* brNode = this->getGraphNodeForInstr(termMvec[j]);
 374             assert(brNode && "No node for instr generated for branch?");
 375             (void) new SchedGraphEdge(brNode, toNode, SchedGraphEdge::CtrlDep,
 376                                       SchedGraphEdge::NonDataDep, 0);
 377             break;                      // only one incoming edge is enough
 378           }
 379     }
 380
 381   // Add CD edges from each instruction preceding the first branch
 382   // to the first branch.  Use a latency of 0 as above.
 383   //
 384   for (int i = first-1; i >= 0; i--)
 385     {
 386       SchedGraphNode* fromNode = this->getGraphNodeForInstr(termMvec[i]);
 387       assert(fromNode && "No node for instr generated for branch?");
 388       (void) new SchedGraphEdge(fromNode, firstBrNode, SchedGraphEdge::CtrlDep,
 389                                 SchedGraphEdge::NonDataDep, 0);
 390     }
 391
 392   // Now add CD edges to the first branch instruction in the sequence from
 393   // all preceding instructions in the basic block.  Use 0 latency again.
 394   //
 395   const BasicBlock* bb = firstBrNode->getBB();
 396   const MachineCodeForBasicBlock& mvec = bb->getMachineInstrVec();
 397   for (unsigned i=0, N=mvec.size(); i < N; i++)
 398     {
 399       if (mvec[i] == termMvec[first]) // reached the first branch
 400         break;
 401
 402       SchedGraphNode* fromNode = this->getGraphNodeForInstr(mvec[i]);
 403       if (fromNode == NULL)
 404         continue;                       // dummy instruction, e.g., PHI
 405
 406       (void) new SchedGraphEdge(fromNode, firstBrNode,
 407                                 SchedGraphEdge::CtrlDep,
 408                                 SchedGraphEdge::NonDataDep, 0);
 409
 410       // If we find any other machine instructions (other than due to
 411       // the terminator) that also have delay slots, add an outgoing edge
 412       // from the instruction to the instructions in the delay slots.
 413       //
 414       unsigned d = mii.getNumDelaySlots(mvec[i]->getOpCode());
 415       assert(i+d < N && "Insufficient delay slots for instruction?");
 416
 417       for (unsigned j=1; j <= d; j++)
 418         {
 419           SchedGraphNode* toNode = this->getGraphNodeForInstr(mvec[i+j]);
 420           assert(toNode && "No node for machine instr in delay slot?");
 421           (void) new SchedGraphEdge(fromNode, toNode,
 422                                     SchedGraphEdge::CtrlDep,
 423                                     SchedGraphEdge::NonDataDep, 0);
 424         }
 425     }
 426 }
 427
 428 static const int SG_LOAD_REF  = 0;
 429 static const int SG_STORE_REF = 1;
 430 static const int SG_CALL_REF  = 2;
 431
 432 static const unsigned int SG_DepOrderArray[][3] = {
 433   { SchedGraphEdge::NonDataDep,
 434             SchedGraphEdge::AntiDep,
 435                         SchedGraphEdge::AntiDep },
 436   { SchedGraphEdge::TrueDep,
 437             SchedGraphEdge::OutputDep,
 438                         SchedGraphEdge::TrueDep | SchedGraphEdge::OutputDep },
 439   { SchedGraphEdge::TrueDep,
 440             SchedGraphEdge::AntiDep | SchedGraphEdge::OutputDep,
 441                         SchedGraphEdge::TrueDep | SchedGraphEdge::AntiDep
 442                                                 | SchedGraphEdge::OutputDep }
 443 };
 444
 445
 446 // Add a dependence edge between every pair of machine load/store/call
 447 // instructions, where at least one is a store or a call.
 448 // Use latency 1 just to ensure that memory operations are ordered;
 449 // latency does not otherwise matter (true dependences enforce that).
 450 //
 451 void
 452 SchedGraph::addMemEdges(const vector<SchedGraphNode*>& memNodeVec,
 453                         const TargetMachine& target)
 454 {
 455   const MachineInstrInfo& mii = target.getInstrInfo();
 456
 457   // Instructions in memNodeVec are in execution order within the basic block,
 458   // so simply look at all pairs <memNodeVec[i], memNodeVec[j: j > i]>.
 459   //
 460   for (unsigned im=0, NM=memNodeVec.size(); im < NM; im++)
 461     {
 462       MachineOpCode fromOpCode = memNodeVec[im]->getOpCode();
 463       int fromType = mii.isCall(fromOpCode)? SG_CALL_REF
 464                        : mii.isLoad(fromOpCode)? SG_LOAD_REF
 465                                                : SG_STORE_REF;
 466       for (unsigned jm=im+1; jm < NM; jm++)
 467         {
 468           MachineOpCode toOpCode = memNodeVec[jm]->getOpCode();
 469           int toType = mii.isCall(toOpCode)? SG_CALL_REF
 470                          : mii.isLoad(toOpCode)? SG_LOAD_REF
 471                                                : SG_STORE_REF;
 472
 473           if (fromType != SG_LOAD_REF || toType != SG_LOAD_REF)
 474             (void) new SchedGraphEdge(memNodeVec[im], memNodeVec[jm],
 475                                       SchedGraphEdge::MemoryDep,
 476                                       SG_DepOrderArray[fromType][toType], 1);
 477         }
 478     }
 479 }
 480
 481 // Add edges from/to CC reg instrs to/from call instrs.
 482 // Essentially this prevents anything that sets or uses a CC reg from being
 483 // reordered w.r.t. a call.
 484 // Use a latency of 0 because we only need to prevent out-of-order issue,
 485 // like with control dependences.
 486 //
 487 void
 488 SchedGraph::addCallCCEdges(const vector<SchedGraphNode*>& memNodeVec,
 489                            MachineCodeForBasicBlock& bbMvec,
 490                            const TargetMachine& target)
 491 {
 492   const MachineInstrInfo& mii = target.getInstrInfo();
 493   vector<SchedGraphNode*> callNodeVec;
 494
 495   // Find the call instruction nodes and put them in a vector.
 496   for (unsigned im=0, NM=memNodeVec.size(); im < NM; im++)
 497     if (mii.isCall(memNodeVec[im]->getOpCode()))
 498       callNodeVec.push_back(memNodeVec[im]);
 499
 500   // Now walk the entire basic block, looking for CC instructions *and*
 501   // call instructions, and keep track of the order of the instructions.
 502   // Use the call node vec to quickly find earlier and later call nodes
 503   // relative to the current CC instruction.
 504   //
 505   int lastCallNodeIdx = -1;
 506   for (unsigned i=0, N=bbMvec.size(); i < N; i++)
 507     if (mii.isCall(bbMvec[i]->getOpCode()))
 508       {
 509         ++lastCallNodeIdx;
 510         for ( ; lastCallNodeIdx < (int)callNodeVec.size(); ++lastCallNodeIdx)
 511           if (callNodeVec[lastCallNodeIdx]->getMachineInstr() == bbMvec[i])
 512             break;
 513         assert(lastCallNodeIdx < (int)callNodeVec.size() && "Missed Call?");
 514       }
 515     else if (mii.isCCInstr(bbMvec[i]->getOpCode()))
 516       { // Add incoming/outgoing edges from/to preceding/later calls
 517         SchedGraphNode* ccNode = this->getGraphNodeForInstr(bbMvec[i]);
 518         int j=0;
 519         for ( ; j <= lastCallNodeIdx; j++)
 520           (void) new SchedGraphEdge(callNodeVec[j], ccNode,
 521                                     MachineCCRegsRID, 0);
 522         for ( ; j < (int) callNodeVec.size(); j++)
 523           (void) new SchedGraphEdge(ccNode, callNodeVec[j],
 524                                     MachineCCRegsRID, 0);
 525       }
 526 }
 527
 528
 529 void
 530 SchedGraph::addMachineRegEdges(RegToRefVecMap& regToRefVecMap,
 531                                const TargetMachine& target)
 532 {
 533   assert(bbVec.size() == 1 && "Only handling a single basic block here");
 534
 535   // This assumes that such hardwired registers are never allocated
 536   // to any LLVM value (since register allocation happens later), i.e.,
 537   // any uses or defs of this register have been made explicit!
 538   // Also assumes that two registers with different numbers are
 539   // not aliased!
 540   //
 541   for (RegToRefVecMap::iterator I = regToRefVecMap.begin();
 542        I != regToRefVecMap.end(); ++I)
 543     {
 544       int regNum        = (*I).first;
 545       RefVec& regRefVec = (*I).second;
 546
 547       // regRefVec is ordered by control flow order in the basic block
 548       for (unsigned i=0; i < regRefVec.size(); ++i)
 549         {
 550           SchedGraphNode* node = regRefVec[i].first;
 551           unsigned int opNum   = regRefVec[i].second;
 552           bool isDef = node->getMachineInstr()->operandIsDefined(opNum);
 553
 554           for (unsigned p=0; p < i; ++p)
 555             {
 556               SchedGraphNode* prevNode = regRefVec[p].first;
 557               if (prevNode != node)
 558                 {
 559                   unsigned int prevOpNum = regRefVec[p].second;
 560                   bool prevIsDef =
 561                     prevNode->getMachineInstr()->operandIsDefined(prevOpNum);
 562
 563                   if (isDef)
 564                     new SchedGraphEdge(prevNode, node, regNum,
 565                                        (prevIsDef)? SchedGraphEdge::OutputDep
 566                                                   : SchedGraphEdge::AntiDep);
 567                   else if (prevIsDef)
 568                     new SchedGraphEdge(prevNode, node, regNum,
 569                                        SchedGraphEdge::TrueDep);
 570                 }
 571             }
 572         }
 573     }
 574 }
 575
 576
 577 void
 578 SchedGraph::addEdgesForValue(SchedGraphNode* refNode,
 579                              const RefVec& defVec,
 580                              const Value* defValue,
 581                              bool  refNodeIsDef,
 582                              const TargetMachine& target)
 583 {
 584   // Add true or output dep edges from all def nodes before refNode in BB.
 585   // Add anti or output dep edges to all def nodes after refNode.
 586   for (RefVec::const_iterator I=defVec.begin(), E=defVec.end(); I != E; ++I)
 587     {
 588       if ((*I).first == refNode)
 589         continue;                       // Dont add any self-loops
 590
 591       if ((*I).first->getOrigIndexInBB() < refNode->getOrigIndexInBB())
 592         // (*).first is before refNode
 593         (void) new SchedGraphEdge((*I).first, refNode, defValue,
 594                                   (refNodeIsDef)? SchedGraphEdge::OutputDep
 595                                                 : SchedGraphEdge::TrueDep);
 596       else
 597         // (*).first is after refNode
 598         (void) new SchedGraphEdge(refNode, (*I).first, defValue,
 599                                   (refNodeIsDef)? SchedGraphEdge::OutputDep
 600                                                 : SchedGraphEdge::AntiDep);
 601     }
 602 }
 603
 604
 605 void
 606 SchedGraph::addEdgesForInstruction(const MachineInstr& minstr,
 607                                    const ValueToDefVecMap& valueToDefVecMap,
 608                                    const TargetMachine& target)
 609 {
 610   SchedGraphNode* node = this->getGraphNodeForInstr(&minstr);
 611   if (node == NULL)
 612     return;
 613
 614   // Add edges for all operands of the machine instruction.
 615   //
 616   for (unsigned i=0, numOps=minstr.getNumOperands(); i < numOps; i++)
 617     {
 618       const MachineOperand& mop = minstr.getOperand(i);
 619       switch(mop.getOperandType())
 620         {
 621         case MachineOperand::MO_VirtualRegister:
 622         case MachineOperand::MO_CCRegister:
 623           if (const Instruction* srcI =
 624               dyn_cast_or_null<Instruction>(mop.getVRegValue()))
 625             {
 626               ValueToDefVecMap::const_iterator I = valueToDefVecMap.find(srcI);
 627               if (I != valueToDefVecMap.end())
 628                 addEdgesForValue(node, (*I).second, mop.getVRegValue(),
 629                                  minstr.operandIsDefined(i), target);
 630             }
 631           break;
 632
 633         case MachineOperand::MO_MachineRegister:
 634           break;
 635
 636         case MachineOperand::MO_SignExtendedImmed:
 637         case MachineOperand::MO_UnextendedImmed:
 638         case MachineOperand::MO_PCRelativeDisp:
 639           break;        // nothing to do for immediate fields
 640
 641         default:
 642           assert(0 && "Unknown machine operand type in SchedGraph builder");
 643           break;
 644         }
 645     }
 646
 647   // Add edges for values implicitly used by the machine instruction.
 648   // Examples include function arguments to a Call instructions or the return
 649   // value of a Ret instruction.
 650   //
 651   for (unsigned i=0, N=minstr.getNumImplicitRefs(); i < N; ++i)
 652     if (! minstr.implicitRefIsDefined(i))
 653       if (const Instruction* srcI =
 654           dyn_cast_or_null<Instruction>(minstr.getImplicitRef(i)))
 655         {
 656           ValueToDefVecMap::const_iterator I = valueToDefVecMap.find(srcI);
 657           if (I != valueToDefVecMap.end())
 658             addEdgesForValue(node, (*I).second, minstr.getImplicitRef(i),
 659                              minstr.implicitRefIsDefined(i), target);
 660         }
 661 }
 662
 663
 664 #undef NEED_SEPARATE_NONSSA_EDGES_CODE
 665 #ifdef NEED_SEPARATE_NONSSA_EDGES_CODE
 666 void
 667 SchedGraph::addNonSSAEdgesForValue(const Instruction* instr,
 668                                    const TargetMachine& target)
 669 {
 670   if (isa<PHINode>(instr))
 671     return;
 672
 673   MachineCodeForVMInstr& mvec = instr->getMachineInstrVec();
 674   const MachineInstrInfo& mii = target.getInstrInfo();
 675   RefVec refVec;
 676
 677   for (unsigned i=0, N=mvec.size(); i < N; i++)
 678     for (int o=0, N = mii.getNumOperands(mvec[i]->getOpCode()); o < N; o++)
 679       {
 680         const MachineOperand& mop = mvec[i]->getOperand(o);
 681
 682         if ((mop.getOperandType() == MachineOperand::MO_VirtualRegister ||
 683              mop.getOperandType() == MachineOperand::MO_CCRegister)
 684             && mop.getVRegValue() == (Value*) instr)
 685           {
 686             // this operand is a definition or use of value `instr'
 687             SchedGraphNode* node = this->getGraphNodeForInstr(mvec[i]);
 688             assert(node && "No node for machine instruction in this BB?");
 689             refVec.push_back(std::make_pair(node, o));
 690           }
 691       }
 692
 693   // refVec is ordered by control flow order of the machine instructions
 694   for (unsigned i=0; i < refVec.size(); ++i)
 695     {
 696       SchedGraphNode* node = refVec[i].first;
 697       unsigned int   opNum = refVec[i].second;
 698       bool isDef = node->getMachineInstr()->operandIsDefined(opNum);
 699
 700       if (isDef)
 701         // add output and/or anti deps to this definition
 702         for (unsigned p=0; p < i; ++p)
 703           {
 704             SchedGraphNode* prevNode = refVec[p].first;
 705             if (prevNode != node)
 706               {
 707                 bool prevIsDef = prevNode->getMachineInstr()->
 708                   operandIsDefined(refVec[p].second);
 709                 new SchedGraphEdge(prevNode, node, SchedGraphEdge::ValueDep,
 710                                    (prevIsDef)? SchedGraphEdge::OutputDep
 711                                               : SchedGraphEdge::AntiDep);
 712               }
 713           }
 714     }
 715 }
 716 #endif //NEED_SEPARATE_NONSSA_EDGES_CODE
 717
 718
 719 void
 720 SchedGraph::findDefUseInfoAtInstr(const TargetMachine& target,
 721                                   SchedGraphNode* node,
 722                                   vector<SchedGraphNode*>& memNodeVec,
 723                                   RegToRefVecMap& regToRefVecMap,
 724                                   ValueToDefVecMap& valueToDefVecMap)
 725 {
 726   const MachineInstrInfo& mii = target.getInstrInfo();
 727
 728
 729   MachineOpCode opCode = node->getOpCode();
 730   if (mii.isLoad(opCode) || mii.isStore(opCode) || mii.isCall(opCode))
 731     memNodeVec.push_back(node);
 732
 733   // Collect the register references and value defs. for explicit operands
 734   //
 735   const MachineInstr& minstr = * node->getMachineInstr();
 736   for (int i=0, numOps = (int) minstr.getNumOperands(); i < numOps; i++)
 737     {
 738       const MachineOperand& mop = minstr.getOperand(i);
 739
 740       // if this references a register other than the hardwired
 741       // "zero" register, record the reference.
 742       if (mop.getOperandType() == MachineOperand::MO_MachineRegister)
 743         {
 744           int regNum = mop.getMachineRegNum();
 745           if (regNum != target.getRegInfo().getZeroRegNum())
 746             regToRefVecMap[mop.getMachineRegNum()].push_back(
 747                                                   std::make_pair(node, i));
 748           continue;                     // nothing more to do
 749         }
 750
 751       // ignore all other non-def operands
 752       if (! minstr.operandIsDefined(i))
 753         continue;
 754
 755       // We must be defining a value.
 756       assert((mop.getOperandType() == MachineOperand::MO_VirtualRegister ||
 757               mop.getOperandType() == MachineOperand::MO_CCRegister)
 758              && "Do not expect any other kind of operand to be defined!");
 759
 760       const Instruction* defInstr = cast<Instruction>(mop.getVRegValue());
 761       valueToDefVecMap[defInstr].push_back(std::make_pair(node, i));
 762     }
 763
 764   //
 765   // Collect value defs. for implicit operands.  The interface to extract
 766   // them assumes they must be virtual registers!
 767   //
 768   for (int i=0, N = (int) minstr.getNumImplicitRefs(); i < N; ++i)
 769     if (minstr.implicitRefIsDefined(i))
 770       if (const Instruction* defInstr =
 771           dyn_cast_or_null<Instruction>(minstr.getImplicitRef(i)))
 772         {
 773           valueToDefVecMap[defInstr].push_back(std::make_pair(node, -i));
 774         }
 775 }
 776
 777
 778 void
 779 SchedGraph::buildNodesforBB(const TargetMachine& target,
 780                             const BasicBlock* bb,
 781                             vector<SchedGraphNode*>& memNodeVec,
 782                             RegToRefVecMap& regToRefVecMap,
 783                             ValueToDefVecMap& valueToDefVecMap)
 784 {
 785   const MachineInstrInfo& mii = target.getInstrInfo();
 786
 787   // Build graph nodes for each VM instruction and gather def/use info.
 788   // Do both those together in a single pass over all machine instructions.
 789   const MachineCodeForBasicBlock& mvec = bb->getMachineInstrVec();
 790   for (unsigned i=0; i < mvec.size(); i++)
 791     if (! mii.isDummyPhiInstr(mvec[i]->getOpCode()))
 792       {
 793         SchedGraphNode* node = new SchedGraphNode(getNumNodes(), bb,
 794                                                   mvec[i], i, target);
 795         this->noteGraphNodeForInstr(mvec[i], node);
 796
 797         // Remember all register references and value defs
 798         findDefUseInfoAtInstr(target, node,
 799                               memNodeVec, regToRefVecMap,valueToDefVecMap);
 800       }
 801
 802 #undef REALLY_NEED_TO_SEARCH_SUCCESSOR_PHIS
 803 #ifdef REALLY_NEED_TO_SEARCH_SUCCESSOR_PHIS
 804   // This is a BIG UGLY HACK.  IT NEEDS TO BE ELIMINATED.
 805   // Look for copy instructions inserted in this BB due to Phi instructions
 806   // in the successor BBs.
 807   // There MUST be exactly one copy per Phi in successor nodes.
 808   //
 809   for (BasicBlock::succ_const_iterator SI=bb->succ_begin(), SE=bb->succ_end();
 810        SI != SE; ++SI)
 811     for (BasicBlock::const_iterator PI=(*SI)->begin(), PE=(*SI)->end();
 812          PI != PE; ++PI)
 813       {
 814         if ((*PI)->getOpcode() != Instruction::PHINode)
 815           break;                        // No more Phis in this successor
 816
 817         // Find the incoming value from block bb to block (*SI)
 818         int bbIndex = cast<PHINode>(*PI)->getBasicBlockIndex(bb);
 819         assert(bbIndex >= 0 && "But I know bb is a predecessor of (*SI)?");
 820         Value* inVal = cast<PHINode>(*PI)->getIncomingValue(bbIndex);
 821         assert(inVal != NULL && "There must be an in-value on every edge");
 822
 823         // Find the machine instruction that makes a copy of inval to (*PI).
 824         // This must be in the current basic block (bb).
 825         const MachineCodeForVMInstr& mvec = (*PI)->getMachineInstrVec();
 826         const MachineInstr* theCopy = NULL;
 827         for (unsigned i=0; i < mvec.size() && theCopy == NULL; i++)
 828           if (! mii.isDummyPhiInstr(mvec[i]->getOpCode()))
 829             // not a Phi: assume this is a copy and examine its operands
 830             for (int o=0, N=(int) mvec[i]->getNumOperands(); o < N; o++)
 831               {
 832                 const MachineOperand& mop = mvec[i]->getOperand(o);
 833                 if (mvec[i]->operandIsDefined(o))
 834                   assert(mop.getVRegValue() == (*PI) && "dest shd be my Phi");
 835                 else if (mop.getVRegValue() == inVal)
 836                   { // found the copy!
 837                     theCopy = mvec[i];
 838                     break;
 839                   }
 840               }
 841
 842         // Found the dang instruction.  Now create a node and do the rest...
 843         if (theCopy != NULL)
 844           {
 845             SchedGraphNode* node = new SchedGraphNode(getNumNodes(), bb,
 846                                             theCopy, origIndexInBB++, target);
 847             this->noteGraphNodeForInstr(theCopy, node);
 848             findDefUseInfoAtInstr(target, node,
 849                                   memNodeVec, regToRefVecMap,valueToDefVecMap);
 850           }
 851       }
 852 #endif  //REALLY_NEED_TO_SEARCH_SUCCESSOR_PHIS
 853 }
 854
 855
 856 void
 857 SchedGraph::buildGraph(const TargetMachine& target)
 858 {
 859   const BasicBlock* bb = bbVec[0];
 860
 861   assert(bbVec.size() == 1 && "Only handling a single basic block here");
 862
 863   // Use this data structure to note all machine operands that compute
 864   // ordinary LLVM values.  These must be computed defs (i.e., instructions).
 865   // Note that there may be multiple machine instructions that define
 866   // each Value.
 867   ValueToDefVecMap valueToDefVecMap;
 868
 869   // Use this data structure to note all memory instructions.
 870   // We use this to add memory dependence edges without a second full walk.
 871   //
 872   // vector<const Instruction*> memVec;
 873   vector<SchedGraphNode*> memNodeVec;
 874
 875   // Use this data structure to note any uses or definitions of
 876   // machine registers so we can add edges for those later without
 877   // extra passes over the nodes.
 878   // The vector holds an ordered list of references to the machine reg,
 879   // ordered according to control-flow order.  This only works for a
 880   // single basic block, hence the assertion.  Each reference is identified
 881   // by the pair: <node, operand-number>.
 882   //
 883   RegToRefVecMap regToRefVecMap;
 884
 885   // Make a dummy root node.  We'll add edges to the real roots later.
 886   graphRoot = new SchedGraphNode(0, NULL, NULL, -1, target);
 887   graphLeaf = new SchedGraphNode(1, NULL, NULL, -1, target);
 888
 889   //----------------------------------------------------------------
 890   // First add nodes for all the machine instructions in the basic block
 891   // because this greatly simplifies identifying which edges to add.
 892   // Do this one VM instruction at a time since the SchedGraphNode needs that.
 893   // Also, remember the load/store instructions to add memory deps later.
 894   //----------------------------------------------------------------
 895
 896   buildNodesforBB(target, bb, memNodeVec, regToRefVecMap, valueToDefVecMap);
 897
 898   //----------------------------------------------------------------
 899   // Now add edges for the following (all are incoming edges except (4)):
 900   // (1) operands of the machine instruction, including hidden operands
 901   // (2) machine register dependences
 902   // (3) memory load/store dependences
 903   // (3) other resource dependences for the machine instruction, if any
 904   // (4) output dependences when multiple machine instructions define the
 905   //     same value; all must have been generated from a single VM instrn
 906   // (5) control dependences to branch instructions generated for the
 907   //     terminator instruction of the BB. Because of delay slots and
 908   //     2-way conditional branches, multiple CD edges are needed
 909   //     (see addCDEdges for details).
 910   // Also, note any uses or defs of machine registers.
 911   //
 912   //----------------------------------------------------------------
 913
 914   MachineCodeForBasicBlock& bbMvec = bb->getMachineInstrVec();
 915
 916   // First, add edges to the terminator instruction of the basic block.
 917   this->addCDEdges(bb->getTerminator(), target);
 918
 919   // Then add memory dep edges: store->load, load->store, and store->store.
 920   // Call instructions are treated as both load and store.
 921   this->addMemEdges(memNodeVec, target);
 922
 923   // Then add edges between call instructions and CC set/use instructions
 924   this->addCallCCEdges(memNodeVec, bbMvec, target);
 925
 926   // Then add incoming def-use (SSA) edges for each machine instruction.
 927   for (unsigned i=0, N=bbMvec.size(); i < N; i++)
 928     addEdgesForInstruction(*bbMvec[i], valueToDefVecMap, target);
 929
 930 #ifdef NEED_SEPARATE_NONSSA_EDGES_CODE
 931   // Then add non-SSA edges for all VM instructions in the block.
 932   // We assume that all machine instructions that define a value are
 933   // generated from the VM instruction corresponding to that value.
 934   // TODO: This could probably be done much more efficiently.
 935   for (BasicBlock::const_iterator II = bb->begin(); II != bb->end(); ++II)
 936     this->addNonSSAEdgesForValue(*II, target);
 937 #endif //NEED_SEPARATE_NONSSA_EDGES_CODE
 938
 939   // Then add edges for dependences on machine registers
 940   this->addMachineRegEdges(regToRefVecMap, target);
 941
 942   // Finally, add edges from the dummy root and to dummy leaf
 943   this->addDummyEdges();
 944 }
 945
 946
 947 //
 948 // class SchedGraphSet
 949 //
 950
 951 /*ctor*/
 952 SchedGraphSet::SchedGraphSet(const Function* _function,
 953                              const TargetMachine& target) :
 954   method(_function)
 955 {
 956   buildGraphsForMethod(method, target);
 957 }
 958
 959
 960 /*dtor*/
 961 SchedGraphSet::~SchedGraphSet()
 962 {
 963   // delete all the graphs
 964   for(iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
 965     delete *I;  // destructor is a friend
 966 }
 967
 968
 969 void
 970 SchedGraphSet::dump() const
 971 {
 972   cerr << "======== Sched graphs for function `" << method->getName()
 973        << "' ========\n\n";
 974
 975   for (const_iterator I=begin(); I != end(); ++I)
 976     (*I)->dump();
 977
 978   cerr << "\n====== End graphs for function `" << method->getName()
 979        << "' ========\n\n";
 980 }
 981
 982
 983 void
 984 SchedGraphSet::buildGraphsForMethod(const Function *F,
 985                                     const TargetMachine& target)
 986 {
 987   for (Function::const_iterator BI = F->begin(); BI != F->end(); ++BI)
 988     addGraph(new SchedGraph(BI, target));
 989 }
 990
 991
 992 std::ostream &operator<<(std::ostream &os, const SchedGraphEdge& edge)
 993 {
 994   os << "edge [" << edge.src->getNodeId() << "] -> ["
 995      << edge.sink->getNodeId() << "] : ";
 996
 997   switch(edge.depType) {
 998   case SchedGraphEdge::CtrlDep:         os<< "Control Dep"; break;
 999   case SchedGraphEdge::ValueDep:        os<< "Reg Value " << edge.val; break;
1000   case SchedGraphEdge::MemoryDep:       os<< "Memory Dep"; break;
1001   case SchedGraphEdge::MachineRegister: os<< "Reg " <<edge.machineRegNum;break;
1002   case SchedGraphEdge::MachineResource: os<<"Resource "<<edge.resourceId;break;
1003   default: assert(0); break;
1004   }
1005
1006   os << " : delay = " << edge.minDelay << "\n";
1007
1008   return os;
1009 }
1010
1011 std::ostream &operator<<(std::ostream &os, const SchedGraphNode& node)
1012 {
1013   os << std::string(8, ' ')
1014      << "Node " << node.nodeId << " : "
1015      << "latency = " << node.latency << "\n" << std::string(12, ' ');
1016
1017   if (node.getMachineInstr() == NULL)
1018     os << "(Dummy node)\n";
1019   else
1020     {
1021       os << *node.getMachineInstr() << "\n" << std::string(12, ' ');
1022       os << node.inEdges.size() << " Incoming Edges:\n";
1023       for (unsigned i=0, N=node.inEdges.size(); i < N; i++)
1024           os << std::string(16, ' ') << *node.inEdges[i];
1025
1026       os << std::string(12, ' ') << node.outEdges.size()
1027          << " Outgoing Edges:\n";
1028       for (unsigned i=0, N=node.outEdges.size(); i < N; i++)
1029         os << std::string(16, ' ') << *node.outEdges[i];
1030     }
1031
1032   return os;
1033 }