lib/CodeGen/PostRASchedulerList.cpp

   1 //===----- SchedulePostRAList.cpp - list scheduler ------------------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This implements a top-down list scheduler, using standard algorithms.
  11 // The basic approach uses a priority queue of available nodes to schedule.
  12 // One at a time, nodes are taken from the priority queue (thus in priority
  13 // order), checked for legality to schedule, and emitted if legal.
  14 //
  15 // Nodes may not be legal to schedule either due to structural hazards (e.g.
  16 // pipeline or resource constraints) or because an input to the instruction has
  17 // not completed execution.
  18 //
  19 //===----------------------------------------------------------------------===//
  20
  21 #define DEBUG_TYPE "post-RA-sched"
  22 #include "ScheduleDAGInstrs.h"
  23 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  24 #include "llvm/CodeGen/LatencyPriorityQueue.h"
  25 #include "llvm/CodeGen/SchedulerRegistry.h"
  26 #include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
  27 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
  28 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
  29 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
  30 #include "llvm/CodeGen/ScheduleHazardRecognizer.h"
  31 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
  32 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  33 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  34 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
  35 #include "llvm/Support/Compiler.h"
  36 #include "llvm/Support/Debug.h"
  37 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  38 #include <map>
  39 using namespace llvm;
  40
  41 STATISTIC(NumNoops, "Number of noops inserted");
  42 STATISTIC(NumStalls, "Number of pipeline stalls");
  43
  44 static cl::opt<bool>
  45 EnableAntiDepBreaking("break-anti-dependencies",
  46                       cl::desc("Break post-RA scheduling anti-dependencies"),
  47                       cl::init(true), cl::Hidden);
  48
  49 static cl::opt<bool>
  50 EnablePostRAHazardAvoidance("avoid-hazards",
  51                       cl::desc("Enable simple hazard-avoidance"),
  52                       cl::init(true), cl::Hidden);
  53
  54 namespace {
  55   class VISIBILITY_HIDDEN PostRAScheduler : public MachineFunctionPass {
  56   public:
  57     static char ID;
  58     PostRAScheduler() : MachineFunctionPass(&ID) {}
  59
  60     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  61       AU.addRequired<MachineDominatorTree>();
  62       AU.addPreserved<MachineDominatorTree>();
  63       AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
  64       AU.addPreserved<MachineLoopInfo>();
  65       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
  66     }
  67
  68     const char *getPassName() const {
  69       return "Post RA top-down list latency scheduler";
  70     }
  71
  72     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn);
  73   };
  74   char PostRAScheduler::ID = 0;
  75
  76   class VISIBILITY_HIDDEN SchedulePostRATDList : public ScheduleDAGInstrs {
  77     /// AvailableQueue - The priority queue to use for the available SUnits.
  78     ///
  79     LatencyPriorityQueue AvailableQueue;
  80
  81     /// PendingQueue - This contains all of the instructions whose operands have
  82     /// been issued, but their results are not ready yet (due to the latency of
  83     /// the operation).  Once the operands becomes available, the instruction is
  84     /// added to the AvailableQueue.
  85     std::vector<SUnit*> PendingQueue;
  86
  87     /// Topo - A topological ordering for SUnits.
  88     ScheduleDAGTopologicalSort Topo;
  89
  90     /// AllocatableSet - The set of allocatable registers.
  91     /// We'll be ignoring anti-dependencies on non-allocatable registers,
  92     /// because they may not be safe to break.
  93     const BitVector AllocatableSet;
  94
  95     /// HazardRec - The hazard recognizer to use.
  96     ScheduleHazardRecognizer *HazardRec;
  97
  98     /// Classes - For live regs that are only used in one register class in a
  99     /// live range, the register class. If the register is not live, the
 100     /// corresponding value is null. If the register is live but used in
 101     /// multiple register classes, the corresponding value is -1 casted to a
 102     /// pointer.
 103     const TargetRegisterClass *
 104       Classes[TargetRegisterInfo::FirstVirtualRegister];
 105
 106     /// RegRegs - Map registers to all their references within a live range.
 107     std::multimap<unsigned, MachineOperand *> RegRefs;
 108
 109     /// The index of the most recent kill (proceding bottom-up), or ~0u if
 110     /// the register is not live.
 111     unsigned KillIndices[TargetRegisterInfo::FirstVirtualRegister];
 112
 113     /// The index of the most recent complete def (proceding bottom up), or ~0u
 114     /// if the register is live.
 115     unsigned DefIndices[TargetRegisterInfo::FirstVirtualRegister];
 116
 117   public:
 118     SchedulePostRATDList(MachineFunction &MF,
 119                          const MachineLoopInfo &MLI,
 120                          const MachineDominatorTree &MDT,
 121                          ScheduleHazardRecognizer *HR)
 122       : ScheduleDAGInstrs(MF, MLI, MDT), Topo(SUnits),
 123         AllocatableSet(TRI->getAllocatableSet(MF)),
 124         HazardRec(HR) {}
 125
 126     ~SchedulePostRATDList() {
 127       delete HazardRec;
 128     }
 129
 130     /// StartBlock - Initialize register live-range state for scheduling in
 131     /// this block.
 132     ///
 133     void StartBlock(MachineBasicBlock *BB);
 134
 135     /// Schedule - Schedule the instruction range using list scheduling.
 136     ///
 137     void Schedule();
 138
 139     /// Observe - Update liveness information to account for the current
 140     /// instruction, which will not be scheduled.
 141     ///
 142     void Observe(MachineInstr *MI, unsigned Count);
 143
 144     /// FinishBlock - Clean up register live-range state.
 145     ///
 146     void FinishBlock();
 147
 148   private:
 149     void PrescanInstruction(MachineInstr *MI);
 150     void ScanInstruction(MachineInstr *MI, unsigned Count);
 151     void ReleaseSucc(SUnit *SU, SDep *SuccEdge);
 152     void ReleaseSuccessors(SUnit *SU);
 153     void ScheduleNodeTopDown(SUnit *SU, unsigned CurCycle);
 154     void ListScheduleTopDown();
 155     bool BreakAntiDependencies();
 156   };
 157
 158   /// SimpleHazardRecognizer - A *very* simple hazard recognizer. It uses
 159   /// a coarse classification and attempts to avoid that instructions of
 160   /// a given class aren't grouped too densely together.
 161   class SimpleHazardRecognizer : public ScheduleHazardRecognizer {
 162     /// Class - A simple classification for SUnits.
 163     enum Class {
 164       Other, Load, Store
 165     };
 166
 167     /// Window - The Class values of the most recently issued
 168     /// instructions.
 169     Class Window[8];
 170
 171     /// getClass - Classify the given SUnit.
 172     Class getClass(const SUnit *SU) {
 173       const MachineInstr *MI = SU->getInstr();
 174       const TargetInstrDesc &TID = MI->getDesc();
 175       if (TID.mayLoad())
 176         return Load;
 177       if (TID.mayStore())
 178         return Store;
 179       return Other;
 180     }
 181
 182     /// Step - Rotate the existing entries in Window and insert the
 183     /// given class value in position as the most recent.
 184     void Step(Class C) {
 185       std::copy(Window+1, array_endof(Window), Window);
 186       Window[array_lengthof(Window)-1] = C;
 187     }
 188
 189   public:
 190     SimpleHazardRecognizer() : Window() {}
 191
 192     virtual HazardType getHazardType(SUnit *SU) {
 193       Class C = getClass(SU);
 194       if (C == Other)
 195         return NoHazard;
 196       unsigned Score = 0;
 197       for (unsigned i = 0; i != array_lengthof(Window); ++i)
 198         if (Window[i] == C)
 199           Score += i + 1;
 200       if (Score > array_lengthof(Window) * 2)
 201         return Hazard;
 202       return NoHazard;
 203     }
 204
 205     virtual void EmitInstruction(SUnit *SU) {
 206       Step(getClass(SU));
 207     }
 208
 209     virtual void AdvanceCycle() {
 210       Step(Other);
 211     }
 212   };
 213 }
 214
 215 /// isSchedulingBoundary - Test if the given instruction should be
 216 /// considered a scheduling boundary. This primarily includes labels
 217 /// and terminators.
 218 ///
 219 static bool isSchedulingBoundary(const MachineInstr *MI,
 220                                  const MachineFunction &MF) {
 221   // Terminators and labels can't be scheduled around.
 222   if (MI->getDesc().isTerminator() || MI->isLabel())
 223     return true;
 224
 225   // Don't attempt to schedule around any instruction that modifies
 226   // a stack-oriented pointer, as it's unlikely to be profitable. This
 227   // saves compile time, because it doesn't require every single
 228   // stack slot reference to depend on the instruction that does the
 229   // modification.
 230   const TargetLowering &TLI = *MF.getTarget().getTargetLowering();
 231   if (MI->modifiesRegister(TLI.getStackPointerRegisterToSaveRestore()))
 232     return true;
 233
 234   return false;
 235 }
 236
 237 bool PostRAScheduler::runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn) {
 238   DOUT << "PostRAScheduler\n";
 239
 240   const MachineLoopInfo &MLI = getAnalysis<MachineLoopInfo>();
 241   const MachineDominatorTree &MDT = getAnalysis<MachineDominatorTree>();
 242   ScheduleHazardRecognizer *HR = EnablePostRAHazardAvoidance ?
 243                                  new SimpleHazardRecognizer :
 244                                  new ScheduleHazardRecognizer();
 245
 246   SchedulePostRATDList Scheduler(Fn, MLI, MDT, HR);
 247
 248   // Loop over all of the basic blocks
 249   for (MachineFunction::iterator MBB = Fn.begin(), MBBe = Fn.end();
 250        MBB != MBBe; ++MBB) {
 251     // Initialize register live-range state for scheduling in this block.
 252     Scheduler.StartBlock(MBB);
 253
 254     // Schedule each sequence of instructions not interrupted by a label
 255     // or anything else that effectively needs to shut down scheduling.
 256     MachineBasicBlock::iterator Current = MBB->end();
 257     unsigned Count = MBB->size(), CurrentCount = Count;
 258     for (MachineBasicBlock::iterator I = Current; I != MBB->begin(); ) {
 259       MachineInstr *MI = prior(I);
 260       if (isSchedulingBoundary(MI, Fn)) {
 261         Scheduler.Run(MBB, I, Current, CurrentCount);
 262         Scheduler.EmitSchedule();
 263         Current = MI;
 264         CurrentCount = Count - 1;
 265         Scheduler.Observe(MI, CurrentCount);
 266       }
 267       I = MI;
 268       --Count;
 269     }
 270     assert(Count == 0 && "Instruction count mismatch!");
 271     assert((MBB->begin() == Current || CurrentCount != 0) &&
 272            "Instruction count mismatch!");
 273     Scheduler.Run(MBB, MBB->begin(), Current, CurrentCount);
 274     Scheduler.EmitSchedule();
 275
 276     // Clean up register live-range state.
 277     Scheduler.FinishBlock();
 278   }
 279
 280   return true;
 281 }
 282
 283 /// StartBlock - Initialize register live-range state for scheduling in
 284 /// this block.
 285 ///
 286 void SchedulePostRATDList::StartBlock(MachineBasicBlock *BB) {
 287   // Call the superclass.
 288   ScheduleDAGInstrs::StartBlock(BB);
 289
 290   // Clear out the register class data.
 291   std::fill(Classes, array_endof(Classes),
 292             static_cast<const TargetRegisterClass *>(0));
 293
 294   // Initialize the indices to indicate that no registers are live.
 295   std::fill(KillIndices, array_endof(KillIndices), ~0u);
 296   std::fill(DefIndices, array_endof(DefIndices), BB->size());
 297
 298   // Determine the live-out physregs for this block.
 299   if (!BB->empty() && BB->back().getDesc().isReturn())
 300     // In a return block, examine the function live-out regs.
 301     for (MachineRegisterInfo::liveout_iterator I = MRI.liveout_begin(),
 302          E = MRI.liveout_end(); I != E; ++I) {
 303       unsigned Reg = *I;
 304       Classes[Reg] = reinterpret_cast<TargetRegisterClass *>(-1);
 305       KillIndices[Reg] = BB->size();
 306       DefIndices[Reg] = ~0u;
 307       // Repeat, for all aliases.
 308       for (const unsigned *Alias = TRI->getAliasSet(Reg); *Alias; ++Alias) {
 309         unsigned AliasReg = *Alias;
 310         Classes[AliasReg] = reinterpret_cast<TargetRegisterClass *>(-1);
 311         KillIndices[AliasReg] = BB->size();
 312         DefIndices[AliasReg] = ~0u;
 313       }
 314     }
 315   else
 316     // In a non-return block, examine the live-in regs of all successors.
 317     for (MachineBasicBlock::succ_iterator SI = BB->succ_begin(),
 318          SE = BB->succ_end(); SI != SE; ++SI)
 319       for (MachineBasicBlock::livein_iterator I = (*SI)->livein_begin(),
 320            E = (*SI)->livein_end(); I != E; ++I) {
 321         unsigned Reg = *I;
 322         Classes[Reg] = reinterpret_cast<TargetRegisterClass *>(-1);
 323         KillIndices[Reg] = BB->size();
 324         DefIndices[Reg] = ~0u;
 325         // Repeat, for all aliases.
 326         for (const unsigned *Alias = TRI->getAliasSet(Reg); *Alias; ++Alias) {
 327           unsigned AliasReg = *Alias;
 328           Classes[AliasReg] = reinterpret_cast<TargetRegisterClass *>(-1);
 329           KillIndices[AliasReg] = BB->size();
 330           DefIndices[AliasReg] = ~0u;
 331         }
 332       }
 333
 334   // Consider callee-saved registers as live-out, since we're running after
 335   // prologue/epilogue insertion so there's no way to add additional
 336   // saved registers.
 337   //
 338   // TODO: If the callee saves and restores these, then we can potentially
 339   // use them between the save and the restore. To do that, we could scan
 340   // the exit blocks to see which of these registers are defined.
 341   // Alternatively, callee-saved registers that aren't saved and restored
 342   // could be marked live-in in every block.
 343   for (const unsigned *I = TRI->getCalleeSavedRegs(); *I; ++I) {
 344     unsigned Reg = *I;
 345     Classes[Reg] = reinterpret_cast<TargetRegisterClass *>(-1);
 346     KillIndices[Reg] = BB->size();
 347     DefIndices[Reg] = ~0u;
 348     // Repeat, for all aliases.
 349     for (const unsigned *Alias = TRI->getAliasSet(Reg); *Alias; ++Alias) {
 350       unsigned AliasReg = *Alias;
 351       Classes[AliasReg] = reinterpret_cast<TargetRegisterClass *>(-1);
 352       KillIndices[AliasReg] = BB->size();
 353       DefIndices[AliasReg] = ~0u;
 354     }
 355   }
 356 }
 357
 358 /// Schedule - Schedule the instruction range using list scheduling.
 359 ///
 360 void SchedulePostRATDList::Schedule() {
 361   DOUT << "********** List Scheduling **********\n";
 362
 363   // Build the scheduling graph.
 364   BuildSchedGraph();
 365
 366   if (EnableAntiDepBreaking) {
 367     if (BreakAntiDependencies()) {
 368       // We made changes. Update the dependency graph.
 369       // Theoretically we could update the graph in place:
 370       // When a live range is changed to use a different register, remove
 371       // the def's anti-dependence *and* output-dependence edges due to
 372       // that register, and add new anti-dependence and output-dependence
 373       // edges based on the next live range of the register.
 374       SUnits.clear();
 375       EntrySU = SUnit();
 376       ExitSU = SUnit();
 377       BuildSchedGraph();
 378     }
 379   }
 380
 381   AvailableQueue.initNodes(SUnits);
 382
 383   ListScheduleTopDown();
 384
 385   AvailableQueue.releaseState();
 386 }
 387
 388 /// Observe - Update liveness information to account for the current
 389 /// instruction, which will not be scheduled.
 390 ///
 391 void SchedulePostRATDList::Observe(MachineInstr *MI, unsigned Count) {
 392   assert(Count < InsertPosIndex && "Instruction index out of expected range!");
 393
 394   // Any register which was defined within the previous scheduling region
 395   // may have been rescheduled and its lifetime may overlap with registers
 396   // in ways not reflected in our current liveness state. For each such
 397   // register, adjust the liveness state to be conservatively correct.
 398   for (unsigned Reg = 0; Reg != TargetRegisterInfo::FirstVirtualRegister; ++Reg)
 399     if (DefIndices[Reg] < InsertPosIndex && DefIndices[Reg] >= Count) {
 400       assert(KillIndices[Reg] == ~0u && "Clobbered register is live!");
 401       // Mark this register to be non-renamable.
 402       Classes[Reg] = reinterpret_cast<TargetRegisterClass *>(-1);
 403       // Move the def index to the end of the previous region, to reflect
 404       // that the def could theoretically have been scheduled at the end.
 405       DefIndices[Reg] = InsertPosIndex;
 406     }
 407
 408   PrescanInstruction(MI);
 409   ScanInstruction(MI, Count);
 410 }
 411
 412 /// FinishBlock - Clean up register live-range state.
 413 ///
 414 void SchedulePostRATDList::FinishBlock() {
 415   RegRefs.clear();
 416
 417   // Call the superclass.
 418   ScheduleDAGInstrs::FinishBlock();
 419 }
 420
 421 /// getInstrOperandRegClass - Return register class of the operand of an
 422 /// instruction of the specified TargetInstrDesc.
 423 static const TargetRegisterClass*
 424 getInstrOperandRegClass(const TargetRegisterInfo *TRI,
 425                          const TargetInstrDesc &II, unsigned Op) {
 426   if (Op >= II.getNumOperands())
 427     return NULL;
 428   if (II.OpInfo[Op].isLookupPtrRegClass())
 429     return TRI->getPointerRegClass();
 430   return TRI->getRegClass(II.OpInfo[Op].RegClass);
 431 }
 432
 433 /// CriticalPathStep - Return the next SUnit after SU on the bottom-up
 434 /// critical path.
 435 static SDep *CriticalPathStep(SUnit *SU) {
 436   SDep *Next = 0;
 437   unsigned NextDepth = 0;
 438   // Find the predecessor edge with the greatest depth.
 439   for (SUnit::pred_iterator P = SU->Preds.begin(), PE = SU->Preds.end();
 440        P != PE; ++P) {
 441     SUnit *PredSU = P->getSUnit();
 442     unsigned PredLatency = P->getLatency();
 443     unsigned PredTotalLatency = PredSU->getDepth() + PredLatency;
 444     // In the case of a latency tie, prefer an anti-dependency edge over
 445     // other types of edges.
 446     if (NextDepth < PredTotalLatency ||
 447         (NextDepth == PredTotalLatency && P->getKind() == SDep::Anti)) {
 448       NextDepth = PredTotalLatency;
 449       Next = &*P;
 450     }
 451   }
 452   return Next;
 453 }
 454
 455 void SchedulePostRATDList::PrescanInstruction(MachineInstr *MI) {
 456   // Scan the register operands for this instruction and update
 457   // Classes and RegRefs.
 458   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 459     MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
 460     if (!MO.isReg()) continue;
 461     unsigned Reg = MO.getReg();
 462     if (Reg == 0) continue;
 463     const TargetRegisterClass *NewRC =
 464       getInstrOperandRegClass(TRI, MI->getDesc(), i);
 465
 466     // For now, only allow the register to be changed if its register
 467     // class is consistent across all uses.
 468     if (!Classes[Reg] && NewRC)
 469       Classes[Reg] = NewRC;
 470     else if (!NewRC || Classes[Reg] != NewRC)
 471       Classes[Reg] = reinterpret_cast<TargetRegisterClass *>(-1);
 472
 473     // Now check for aliases.
 474     for (const unsigned *Alias = TRI->getAliasSet(Reg); *Alias; ++Alias) {
 475       // If an alias of the reg is used during the live range, give up.
 476       // Note that this allows us to skip checking if AntiDepReg
 477       // overlaps with any of the aliases, among other things.
 478       unsigned AliasReg = *Alias;
 479       if (Classes[AliasReg]) {
 480         Classes[AliasReg] = reinterpret_cast<TargetRegisterClass *>(-1);
 481         Classes[Reg] = reinterpret_cast<TargetRegisterClass *>(-1);
 482       }
 483     }
 484
 485     // If we're still willing to consider this register, note the reference.
 486     if (Classes[Reg] != reinterpret_cast<TargetRegisterClass *>(-1))
 487       RegRefs.insert(std::make_pair(Reg, &MO));
 488   }
 489 }
 490
 491 void SchedulePostRATDList::ScanInstruction(MachineInstr *MI,
 492                                            unsigned Count) {
 493   // Update liveness.
 494   // Proceding upwards, registers that are defed but not used in this
 495   // instruction are now dead.
 496   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 497     MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
 498     if (!MO.isReg()) continue;
 499     unsigned Reg = MO.getReg();
 500     if (Reg == 0) continue;
 501     if (!MO.isDef()) continue;
 502     // Ignore two-addr defs.
 503     if (MI->isRegTiedToUseOperand(i)) continue;
 504
 505     DefIndices[Reg] = Count;
 506     KillIndices[Reg] = ~0u;
 507           assert(((KillIndices[Reg] == ~0u) !=
 508                   (DefIndices[Reg] == ~0u)) &&
 509                "Kill and Def maps aren't consistent for Reg!");
 510     Classes[Reg] = 0;
 511     RegRefs.erase(Reg);
 512     // Repeat, for all subregs.
 513     for (const unsigned *Subreg = TRI->getSubRegisters(Reg);
 514          *Subreg; ++Subreg) {
 515       unsigned SubregReg = *Subreg;
 516       DefIndices[SubregReg] = Count;
 517       KillIndices[SubregReg] = ~0u;
 518       Classes[SubregReg] = 0;
 519       RegRefs.erase(SubregReg);
 520     }
 521     // Conservatively mark super-registers as unusable.
 522     for (const unsigned *Super = TRI->getSuperRegisters(Reg);
 523          *Super; ++Super) {
 524       unsigned SuperReg = *Super;
 525       Classes[SuperReg] = reinterpret_cast<TargetRegisterClass *>(-1);
 526     }
 527   }
 528   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 529     MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
 530     if (!MO.isReg()) continue;
 531     unsigned Reg = MO.getReg();
 532     if (Reg == 0) continue;
 533     if (!MO.isUse()) continue;
 534
 535     const TargetRegisterClass *NewRC =
 536       getInstrOperandRegClass(TRI, MI->getDesc(), i);
 537
 538     // For now, only allow the register to be changed if its register
 539     // class is consistent across all uses.
 540     if (!Classes[Reg] && NewRC)
 541       Classes[Reg] = NewRC;
 542     else if (!NewRC || Classes[Reg] != NewRC)
 543       Classes[Reg] = reinterpret_cast<TargetRegisterClass *>(-1);
 544
 545     RegRefs.insert(std::make_pair(Reg, &MO));
 546
 547     // It wasn't previously live but now it is, this is a kill.
 548     if (KillIndices[Reg] == ~0u) {
 549       KillIndices[Reg] = Count;
 550       DefIndices[Reg] = ~0u;
 551           assert(((KillIndices[Reg] == ~0u) !=
 552                   (DefIndices[Reg] == ~0u)) &&
 553                "Kill and Def maps aren't consistent for Reg!");
 554     }
 555     // Repeat, for all aliases.
 556     for (const unsigned *Alias = TRI->getAliasSet(Reg); *Alias; ++Alias) {
 557       unsigned AliasReg = *Alias;
 558       if (KillIndices[AliasReg] == ~0u) {
 559         KillIndices[AliasReg] = Count;
 560         DefIndices[AliasReg] = ~0u;
 561       }
 562     }
 563   }
 564 }
 565
 566 /// BreakAntiDependencies - Identifiy anti-dependencies along the critical path
 567 /// of the ScheduleDAG and break them by renaming registers.
 568 ///
 569 bool SchedulePostRATDList::BreakAntiDependencies() {
 570   // The code below assumes that there is at least one instruction,
 571   // so just duck out immediately if the block is empty.
 572   if (SUnits.empty()) return false;
 573
 574   // Find the node at the bottom of the critical path.
 575   SUnit *Max = 0;
 576   for (unsigned i = 0, e = SUnits.size(); i != e; ++i) {
 577     SUnit *SU = &SUnits[i];
 578     if (!Max || SU->getDepth() + SU->Latency > Max->getDepth() + Max->Latency)
 579       Max = SU;
 580   }
 581
 582   DOUT << "Critical path has total latency "
 583        << (Max->getDepth() + Max->Latency) << "\n";
 584
 585   // Track progress along the critical path through the SUnit graph as we walk
 586   // the instructions.
 587   SUnit *CriticalPathSU = Max;
 588   MachineInstr *CriticalPathMI = CriticalPathSU->getInstr();
 589
 590   // Consider this pattern:
 591   //   A = ...
 592   //   ... = A
 593   //   A = ...
 594   //   ... = A
 595   //   A = ...
 596   //   ... = A
 597   //   A = ...
 598   //   ... = A
 599   // There are three anti-dependencies here, and without special care,
 600   // we'd break all of them using the same register:
 601   //   A = ...
 602   //   ... = A
 603   //   B = ...
 604   //   ... = B
 605   //   B = ...
 606   //   ... = B
 607   //   B = ...
 608   //   ... = B
 609   // because at each anti-dependence, B is the first register that
 610   // isn't A which is free.  This re-introduces anti-dependencies
 611   // at all but one of the original anti-dependencies that we were
 612   // trying to break.  To avoid this, keep track of the most recent
 613   // register that each register was replaced with, avoid avoid
 614   // using it to repair an anti-dependence on the same register.
 615   // This lets us produce this:
 616   //   A = ...
 617   //   ... = A
 618   //   B = ...
 619   //   ... = B
 620   //   C = ...
 621   //   ... = C
 622   //   B = ...
 623   //   ... = B
 624   // This still has an anti-dependence on B, but at least it isn't on the
 625   // original critical path.
 626   //
 627   // TODO: If we tracked more than one register here, we could potentially
 628   // fix that remaining critical edge too. This is a little more involved,
 629   // because unlike the most recent register, less recent registers should
 630   // still be considered, though only if no other registers are available.
 631   unsigned LastNewReg[TargetRegisterInfo::FirstVirtualRegister] = {};
 632
 633   // Attempt to break anti-dependence edges on the critical path. Walk the
 634   // instructions from the bottom up, tracking information about liveness
 635   // as we go to help determine which registers are available.
 636   bool Changed = false;
 637   unsigned Count = InsertPosIndex - 1;
 638   for (MachineBasicBlock::iterator I = InsertPos, E = Begin;
 639        I != E; --Count) {
 640     MachineInstr *MI = --I;
 641
 642     // After regalloc, IMPLICIT_DEF instructions aren't safe to treat as
 643     // dependence-breaking. In the case of an INSERT_SUBREG, the IMPLICIT_DEF
 644     // is left behind appearing to clobber the super-register, while the
 645     // subregister needs to remain live. So we just ignore them.
 646     if (MI->getOpcode() == TargetInstrInfo::IMPLICIT_DEF)
 647       continue;
 648
 649     // Check if this instruction has a dependence on the critical path that
 650     // is an anti-dependence that we may be able to break. If it is, set
 651     // AntiDepReg to the non-zero register associated with the anti-dependence.
 652     //
 653     // We limit our attention to the critical path as a heuristic to avoid
 654     // breaking anti-dependence edges that aren't going to significantly
 655     // impact the overall schedule. There are a limited number of registers
 656     // and we want to save them for the important edges.
 657     //
 658     // TODO: Instructions with multiple defs could have multiple
 659     // anti-dependencies. The current code here only knows how to break one
 660     // edge per instruction. Note that we'd have to be able to break all of
 661     // the anti-dependencies in an instruction in order to be effective.
 662     unsigned AntiDepReg = 0;
 663     if (MI == CriticalPathMI) {
 664       if (SDep *Edge = CriticalPathStep(CriticalPathSU)) {
 665         SUnit *NextSU = Edge->getSUnit();
 666
 667         // Only consider anti-dependence edges.
 668         if (Edge->getKind() == SDep::Anti) {
 669           AntiDepReg = Edge->getReg();
 670           assert(AntiDepReg != 0 && "Anti-dependence on reg0?");
 671           // Don't break anti-dependencies on non-allocatable registers.
 672           if (!AllocatableSet.test(AntiDepReg))
 673             AntiDepReg = 0;
 674           else {
 675             // If the SUnit has other dependencies on the SUnit that it
 676             // anti-depends on, don't bother breaking the anti-dependency
 677             // since those edges would prevent such units from being
 678             // scheduled past each other regardless.
 679             //
 680             // Also, if there are dependencies on other SUnits with the
 681             // same register as the anti-dependency, don't attempt to
 682             // break it.
 683             for (SUnit::pred_iterator P = CriticalPathSU->Preds.begin(),
 684                  PE = CriticalPathSU->Preds.end(); P != PE; ++P)
 685               if (P->getSUnit() == NextSU ?
 686                     (P->getKind() != SDep::Anti || P->getReg() != AntiDepReg) :
 687                     (P->getKind() == SDep::Data && P->getReg() == AntiDepReg)) {
 688                 AntiDepReg = 0;
 689                 break;
 690               }
 691           }
 692         }
 693         CriticalPathSU = NextSU;
 694         CriticalPathMI = CriticalPathSU->getInstr();
 695       } else {
 696         // We've reached the end of the critical path.
 697         CriticalPathSU = 0;
 698         CriticalPathMI = 0;
 699       }
 700     }
 701
 702     PrescanInstruction(MI);
 703
 704     // If this instruction has a use of AntiDepReg, breaking it
 705     // is invalid.
 706     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 707       MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
 708       if (!MO.isReg()) continue;
 709       unsigned Reg = MO.getReg();
 710       if (Reg == 0) continue;
 711       if (MO.isUse() && AntiDepReg == Reg) {
 712         AntiDepReg = 0;
 713         break;
 714       }
 715     }
 716
 717     // Determine AntiDepReg's register class, if it is live and is
 718     // consistently used within a single class.
 719     const TargetRegisterClass *RC = AntiDepReg != 0 ? Classes[AntiDepReg] : 0;
 720     assert((AntiDepReg == 0 || RC != NULL) &&
 721            "Register should be live if it's causing an anti-dependence!");
 722     if (RC == reinterpret_cast<TargetRegisterClass *>(-1))
 723       AntiDepReg = 0;
 724
 725     // Look for a suitable register to use to break the anti-depenence.
 726     //
 727     // TODO: Instead of picking the first free register, consider which might
 728     // be the best.
 729     if (AntiDepReg != 0) {
 730       for (TargetRegisterClass::iterator R = RC->allocation_order_begin(MF),
 731            RE = RC->allocation_order_end(MF); R != RE; ++R) {
 732         unsigned NewReg = *R;
 733         // Don't replace a register with itself.
 734         if (NewReg == AntiDepReg) continue;
 735         // Don't replace a register with one that was recently used to repair
 736         // an anti-dependence with this AntiDepReg, because that would
 737         // re-introduce that anti-dependence.
 738         if (NewReg == LastNewReg[AntiDepReg]) continue;
 739         // If NewReg is dead and NewReg's most recent def is not before
 740         // AntiDepReg's kill, it's safe to replace AntiDepReg with NewReg.
 741         assert(((KillIndices[AntiDepReg] == ~0u) != (DefIndices[AntiDepReg] == ~0u)) &&
 742                "Kill and Def maps aren't consistent for AntiDepReg!");
 743         assert(((KillIndices[NewReg] == ~0u) != (DefIndices[NewReg] == ~0u)) &&
 744                "Kill and Def maps aren't consistent for NewReg!");
 745         if (KillIndices[NewReg] == ~0u &&
 746             Classes[NewReg] != reinterpret_cast<TargetRegisterClass *>(-1) &&
 747             KillIndices[AntiDepReg] <= DefIndices[NewReg]) {
 748           DOUT << "Breaking anti-dependence edge on "
 749                << TRI->getName(AntiDepReg)
 750                << " with " << RegRefs.count(AntiDepReg) << " references"
 751                << " using " << TRI->getName(NewReg) << "!\n";
 752
 753           // Update the references to the old register to refer to the new
 754           // register.
 755           std::pair<std::multimap<unsigned, MachineOperand *>::iterator,
 756                     std::multimap<unsigned, MachineOperand *>::iterator>
 757              Range = RegRefs.equal_range(AntiDepReg);
 758           for (std::multimap<unsigned, MachineOperand *>::iterator
 759                Q = Range.first, QE = Range.second; Q != QE; ++Q)
 760             Q->second->setReg(NewReg);
 761
 762           // We just went back in time and modified history; the
 763           // liveness information for the anti-depenence reg is now
 764           // inconsistent. Set the state as if it were dead.
 765           Classes[NewReg] = Classes[AntiDepReg];
 766           DefIndices[NewReg] = DefIndices[AntiDepReg];
 767           KillIndices[NewReg] = KillIndices[AntiDepReg];
 768           assert(((KillIndices[NewReg] == ~0u) !=
 769                   (DefIndices[NewReg] == ~0u)) &&
 770                "Kill and Def maps aren't consistent for NewReg!");
 771
 772           Classes[AntiDepReg] = 0;
 773           DefIndices[AntiDepReg] = KillIndices[AntiDepReg];
 774           KillIndices[AntiDepReg] = ~0u;
 775           assert(((KillIndices[AntiDepReg] == ~0u) !=
 776                   (DefIndices[AntiDepReg] == ~0u)) &&
 777                "Kill and Def maps aren't consistent for AntiDepReg!");
 778
 779           RegRefs.erase(AntiDepReg);
 780           Changed = true;
 781           LastNewReg[AntiDepReg] = NewReg;
 782           break;
 783         }
 784       }
 785     }
 786
 787     ScanInstruction(MI, Count);
 788   }
 789
 790   return Changed;
 791 }
 792
 793 //===----------------------------------------------------------------------===//
 794 //  Top-Down Scheduling
 795 //===----------------------------------------------------------------------===//
 796
 797 /// ReleaseSucc - Decrement the NumPredsLeft count of a successor. Add it to
 798 /// the PendingQueue if the count reaches zero. Also update its cycle bound.
 799 void SchedulePostRATDList::ReleaseSucc(SUnit *SU, SDep *SuccEdge) {
 800   SUnit *SuccSU = SuccEdge->getSUnit();
 801   --SuccSU->NumPredsLeft;
 802
 803 #ifndef NDEBUG
 804   if (SuccSU->NumPredsLeft < 0) {
 805     cerr << "*** Scheduling failed! ***\n";
 806     SuccSU->dump(this);
 807     cerr << " has been released too many times!\n";
 808     assert(0);
 809   }
 810 #endif
 811
 812   // Compute how many cycles it will be before this actually becomes
 813   // available.  This is the max of the start time of all predecessors plus
 814   // their latencies.
 815   SuccSU->setDepthToAtLeast(SU->getDepth() + SuccEdge->getLatency());
 816
 817   // If all the node's predecessors are scheduled, this node is ready
 818   // to be scheduled. Ignore the special ExitSU node.
 819   if (SuccSU->NumPredsLeft == 0 && SuccSU != &ExitSU)
 820     PendingQueue.push_back(SuccSU);
 821 }
 822
 823 /// ReleaseSuccessors - Call ReleaseSucc on each of SU's successors.
 824 void SchedulePostRATDList::ReleaseSuccessors(SUnit *SU) {
 825   for (SUnit::succ_iterator I = SU->Succs.begin(), E = SU->Succs.end();
 826        I != E; ++I)
 827     ReleaseSucc(SU, &*I);
 828 }
 829
 830 /// ScheduleNodeTopDown - Add the node to the schedule. Decrement the pending
 831 /// count of its successors. If a successor pending count is zero, add it to
 832 /// the Available queue.
 833 void SchedulePostRATDList::ScheduleNodeTopDown(SUnit *SU, unsigned CurCycle) {
 834   DOUT << "*** Scheduling [" << CurCycle << "]: ";
 835   DEBUG(SU->dump(this));
 836
 837   Sequence.push_back(SU);
 838   assert(CurCycle >= SU->getDepth() && "Node scheduled above its depth!");
 839   SU->setDepthToAtLeast(CurCycle);
 840
 841   ReleaseSuccessors(SU);
 842   SU->isScheduled = true;
 843   AvailableQueue.ScheduledNode(SU);
 844 }
 845
 846 /// ListScheduleTopDown - The main loop of list scheduling for top-down
 847 /// schedulers.
 848 void SchedulePostRATDList::ListScheduleTopDown() {
 849   unsigned CurCycle = 0;
 850
 851   // Release any successors of the special Entry node.
 852   ReleaseSuccessors(&EntrySU);
 853
 854   // All leaves to Available queue.
 855   for (unsigned i = 0, e = SUnits.size(); i != e; ++i) {
 856     // It is available if it has no predecessors.
 857     if (SUnits[i].Preds.empty()) {
 858       AvailableQueue.push(&SUnits[i]);
 859       SUnits[i].isAvailable = true;
 860     }
 861   }
 862
 863   // While Available queue is not empty, grab the node with the highest
 864   // priority. If it is not ready put it back.  Schedule the node.
 865   std::vector<SUnit*> NotReady;
 866   Sequence.reserve(SUnits.size());
 867   while (!AvailableQueue.empty() || !PendingQueue.empty()) {
 868     // Check to see if any of the pending instructions are ready to issue.  If
 869     // so, add them to the available queue.
 870     unsigned MinDepth = ~0u;
 871     for (unsigned i = 0, e = PendingQueue.size(); i != e; ++i) {
 872       if (PendingQueue[i]->getDepth() <= CurCycle) {
 873         AvailableQueue.push(PendingQueue[i]);
 874         PendingQueue[i]->isAvailable = true;
 875         PendingQueue[i] = PendingQueue.back();
 876         PendingQueue.pop_back();
 877         --i; --e;
 878       } else if (PendingQueue[i]->getDepth() < MinDepth)
 879         MinDepth = PendingQueue[i]->getDepth();
 880     }
 881
 882     // If there are no instructions available, don't try to issue anything, and
 883     // don't advance the hazard recognizer.
 884     if (AvailableQueue.empty()) {
 885       CurCycle = MinDepth != ~0u ? MinDepth : CurCycle + 1;
 886       continue;
 887     }
 888
 889     SUnit *FoundSUnit = 0;
 890
 891     bool HasNoopHazards = false;
 892     while (!AvailableQueue.empty()) {
 893       SUnit *CurSUnit = AvailableQueue.pop();
 894
 895       ScheduleHazardRecognizer::HazardType HT =
 896         HazardRec->getHazardType(CurSUnit);
 897       if (HT == ScheduleHazardRecognizer::NoHazard) {
 898         FoundSUnit = CurSUnit;
 899         break;
 900       }
 901
 902       // Remember if this is a noop hazard.
 903       HasNoopHazards |= HT == ScheduleHazardRecognizer::NoopHazard;
 904
 905       NotReady.push_back(CurSUnit);
 906     }
 907
 908     // Add the nodes that aren't ready back onto the available list.
 909     if (!NotReady.empty()) {
 910       AvailableQueue.push_all(NotReady);
 911       NotReady.clear();
 912     }
 913
 914     // If we found a node to schedule, do it now.
 915     if (FoundSUnit) {
 916       ScheduleNodeTopDown(FoundSUnit, CurCycle);
 917       HazardRec->EmitInstruction(FoundSUnit);
 918
 919       // If this is a pseudo-op node, we don't want to increment the current
 920       // cycle.
 921       if (FoundSUnit->Latency)  // Don't increment CurCycle for pseudo-ops!
 922         ++CurCycle;
 923     } else if (!HasNoopHazards) {
 924       // Otherwise, we have a pipeline stall, but no other problem, just advance
 925       // the current cycle and try again.
 926       DOUT << "*** Advancing cycle, no work to do\n";
 927       HazardRec->AdvanceCycle();
 928       ++NumStalls;
 929       ++CurCycle;
 930     } else {
 931       // Otherwise, we have no instructions to issue and we have instructions
 932       // that will fault if we don't do this right.  This is the case for
 933       // processors without pipeline interlocks and other cases.
 934       DOUT << "*** Emitting noop\n";
 935       HazardRec->EmitNoop();
 936       Sequence.push_back(0);   // NULL here means noop
 937       ++NumNoops;
 938       ++CurCycle;
 939     }
 940   }
 941
 942 #ifndef NDEBUG
 943   VerifySchedule(/*isBottomUp=*/false);
 944 #endif
 945 }
 946
 947 //===----------------------------------------------------------------------===//
 948 //                         Public Constructor Functions
 949 //===----------------------------------------------------------------------===//
 950
 951 FunctionPass *llvm::createPostRAScheduler() {
 952   return new PostRAScheduler();
 953 }