Make UnreachableMachineBlockElim preserve MachineDominatorTree and
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / RegAllocPBQP.cpp
1 //===------ RegAllocPBQP.cpp ---- PBQP Register Allocator -------*- C++ -*-===//
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 file contains a Partitioned Boolean Quadratic Programming (PBQP) based
11 // register allocator for LLVM. This allocator works by constructing a PBQP
12 // problem representing the register allocation problem under consideration,
13 // solving this using a PBQP solver, and mapping the solution back to a
14 // register assignment. If any variables are selected for spilling then spill
15 // code is inserted and the process repeated.
16 //
17 // The PBQP solver (pbqp.c) provided for this allocator uses a heuristic tuned
18 // for register allocation. For more information on PBQP for register
19 // allocation, see the following papers:
20 //
21 //   (1) Hames, L. and Scholz, B. 2006. Nearly optimal register allocation with
22 //   PBQP. In Proceedings of the 7th Joint Modular Languages Conference
23 //   (JMLC'06). LNCS, vol. 4228. Springer, New York, NY, USA. 346-361.
24 //
25 //   (2) Scholz, B., Eckstein, E. 2002. Register allocation for irregular
26 //   architectures. In Proceedings of the Joint Conference on Languages,
27 //   Compilers and Tools for Embedded Systems (LCTES'02), ACM Press, New York,
28 //   NY, USA, 139-148.
29 //
30 //===----------------------------------------------------------------------===//
31
32 #define DEBUG_TYPE "regalloc"
33
34 #include "PBQP.h"
35 #include "VirtRegMap.h"
36 #include "VirtRegRewriter.h"
37 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
38 #include "llvm/CodeGen/LiveStackAnalysis.h"
39 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
40 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
41 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
42 #include "llvm/CodeGen/RegAllocRegistry.h"
43 #include "llvm/CodeGen/RegisterCoalescer.h"
44 #include "llvm/Support/Debug.h"
45 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
46 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
47 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
48 #include <limits>
49 #include <map>
50 #include <memory>
51 #include <set>
52 #include <vector>
53
54 using namespace llvm;
55
56 static RegisterRegAlloc
57 registerPBQPRepAlloc("pbqp", "PBQP register allocator",
58                      createPBQPRegisterAllocator);
59
60 namespace {
61
62   //!
63   //! PBQP based allocators solve the register allocation problem by mapping
64   //! register allocation problems to Partitioned Boolean Quadratic
65   //! Programming problems.
66   class VISIBILITY_HIDDEN PBQPRegAlloc : public MachineFunctionPass {
67   public:
68
69     static char ID;
70
71     //! Construct a PBQP register allocator.
72     PBQPRegAlloc() : MachineFunctionPass((intptr_t)&ID) {}
73
74     //! Return the pass name.
75     virtual const char* getPassName() const throw() {
76       return "PBQP Register Allocator";
77     }
78
79     //! PBQP analysis usage.
80     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
81       AU.setPreservesCFG();
82       AU.addRequired<LiveIntervals>();
83       AU.addRequiredTransitive<RegisterCoalescer>();
84       AU.addRequired<LiveStacks>();
85       AU.addPreserved<LiveStacks>();
86       AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
87       AU.addPreserved<MachineLoopInfo>();
88       AU.addRequired<VirtRegMap>();
89       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
90     }
91
92     //! Perform register allocation
93     virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
94
95   private:
96     typedef std::map<const LiveInterval*, unsigned> LI2NodeMap;
97     typedef std::vector<const LiveInterval*> Node2LIMap;
98     typedef std::vector<unsigned> AllowedSet;
99     typedef std::vector<AllowedSet> AllowedSetMap;
100     typedef std::set<unsigned> RegSet;
101     typedef std::pair<unsigned, unsigned> RegPair;
102     typedef std::map<RegPair, PBQPNum> CoalesceMap;
103
104     typedef std::set<LiveInterval*> LiveIntervalSet;
105
106     MachineFunction *mf;
107     const TargetMachine *tm;
108     const TargetRegisterInfo *tri;
109     const TargetInstrInfo *tii;
110     const MachineLoopInfo *loopInfo;
111     MachineRegisterInfo *mri;
112
113     LiveIntervals *lis;
114     LiveStacks *lss;
115     VirtRegMap *vrm;
116
117     LI2NodeMap li2Node;
118     Node2LIMap node2LI;
119     AllowedSetMap allowedSets;
120     LiveIntervalSet vregIntervalsToAlloc,
121                     emptyVRegIntervals;
122
123
124     //! Builds a PBQP cost vector.
125     template <typename RegContainer>
126     PBQPVector* buildCostVector(unsigned vReg,
127                                 const RegContainer &allowed,
128                                 const CoalesceMap &cealesces,
129                                 PBQPNum spillCost) const;
130
131     //! \brief Builds a PBQP interference matrix.
132     //!
133     //! @return Either a pointer to a non-zero PBQP matrix representing the
134     //!         allocation option costs, or a null pointer for a zero matrix.
135     //!
136     //! Expects allowed sets for two interfering LiveIntervals. These allowed
137     //! sets should contain only allocable registers from the LiveInterval's
138     //! register class, with any interfering pre-colored registers removed.
139     template <typename RegContainer>
140     PBQPMatrix* buildInterferenceMatrix(const RegContainer &allowed1,
141                                         const RegContainer &allowed2) const;
142
143     //!
144     //! Expects allowed sets for two potentially coalescable LiveIntervals,
145     //! and an estimated benefit due to coalescing. The allowed sets should
146     //! contain only allocable registers from the LiveInterval's register
147     //! classes, with any interfering pre-colored registers removed.
148     template <typename RegContainer>
149     PBQPMatrix* buildCoalescingMatrix(const RegContainer &allowed1,
150                                       const RegContainer &allowed2,
151                                       PBQPNum cBenefit) const;
152
153     //! \brief Finds coalescing opportunities and returns them as a map.
154     //!
155     //! Any entries in the map are guaranteed coalescable, even if their
156     //! corresponding live intervals overlap.
157     CoalesceMap findCoalesces();
158
159     //! \brief Finds the initial set of vreg intervals to allocate.
160     void findVRegIntervalsToAlloc();
161
162     //! \brief Constructs a PBQP problem representation of the register
163     //! allocation problem for this function.
164     //!
165     //! @return a PBQP solver object for the register allocation problem.
166     pbqp* constructPBQPProblem();
167
168     //! \brief Adds a stack interval if the given live interval has been
169     //! spilled. Used to support stack slot coloring.
170     void addStackInterval(const LiveInterval *spilled,MachineRegisterInfo* mri);
171
172     //! \brief Given a solved PBQP problem maps this solution back to a register
173     //! assignment.
174     bool mapPBQPToRegAlloc(pbqp *problem);
175
176     //! \brief Postprocessing before final spilling. Sets basic block "live in"
177     //! variables.
178     void finalizeAlloc() const;
179
180   };
181
182   char PBQPRegAlloc::ID = 0;
183 }
184
185
186 template <typename RegContainer>
187 PBQPVector* PBQPRegAlloc::buildCostVector(unsigned vReg,
188                                           const RegContainer &allowed,
189                                           const CoalesceMap &coalesces,
190                                           PBQPNum spillCost) const {
191
192   typedef typename RegContainer::const_iterator AllowedItr;
193
194   // Allocate vector. Additional element (0th) used for spill option
195   PBQPVector *v = new PBQPVector(allowed.size() + 1);
196
197   (*v)[0] = spillCost;
198
199   // Iterate over the allowed registers inserting coalesce benefits if there
200   // are any.
201   unsigned ai = 0;
202   for (AllowedItr itr = allowed.begin(), end = allowed.end();
203        itr != end; ++itr, ++ai) {
204
205     unsigned pReg = *itr;
206
207     CoalesceMap::const_iterator cmItr =
208       coalesces.find(RegPair(vReg, pReg));
209
210     // No coalesce - on to the next preg.
211     if (cmItr == coalesces.end())
212       continue;
213
214     // We have a coalesce - insert the benefit.
215     (*v)[ai + 1] = -cmItr->second;
216   }
217
218   return v;
219 }
220
221 template <typename RegContainer>
222 PBQPMatrix* PBQPRegAlloc::buildInterferenceMatrix(
223       const RegContainer &allowed1, const RegContainer &allowed2) const {
224
225   typedef typename RegContainer::const_iterator RegContainerIterator;
226
227   // Construct a PBQP matrix representing the cost of allocation options. The
228   // rows and columns correspond to the allocation options for the two live
229   // intervals.  Elements will be infinite where corresponding registers alias,
230   // since we cannot allocate aliasing registers to interfering live intervals.
231   // All other elements (non-aliasing combinations) will have zero cost. Note
232   // that the spill option (element 0,0) has zero cost, since we can allocate
233   // both intervals to memory safely (the cost for each individual allocation
234   // to memory is accounted for by the cost vectors for each live interval).
235   PBQPMatrix *m = new PBQPMatrix(allowed1.size() + 1, allowed2.size() + 1);
236
237   // Assume this is a zero matrix until proven otherwise.  Zero matrices occur
238   // between interfering live ranges with non-overlapping register sets (e.g.
239   // non-overlapping reg classes, or disjoint sets of allowed regs within the
240   // same class). The term "overlapping" is used advisedly: sets which do not
241   // intersect, but contain registers which alias, will have non-zero matrices.
242   // We optimize zero matrices away to improve solver speed.
243   bool isZeroMatrix = true;
244
245
246   // Row index. Starts at 1, since the 0th row is for the spill option, which
247   // is always zero.
248   unsigned ri = 1;
249
250   // Iterate over allowed sets, insert infinities where required.
251   for (RegContainerIterator a1Itr = allowed1.begin(), a1End = allowed1.end();
252        a1Itr != a1End; ++a1Itr) {
253
254     // Column index, starts at 1 as for row index.
255     unsigned ci = 1;
256     unsigned reg1 = *a1Itr;
257
258     for (RegContainerIterator a2Itr = allowed2.begin(), a2End = allowed2.end();
259          a2Itr != a2End; ++a2Itr) {
260
261       unsigned reg2 = *a2Itr;
262
263       // If the row/column regs are identical or alias insert an infinity.
264       if ((reg1 == reg2) || tri->areAliases(reg1, reg2)) {
265         (*m)[ri][ci] = std::numeric_limits<PBQPNum>::infinity();
266         isZeroMatrix = false;
267       }
268
269       ++ci;
270     }
271
272     ++ri;
273   }
274
275   // If this turns out to be a zero matrix...
276   if (isZeroMatrix) {
277     // free it and return null.
278     delete m;
279     return 0;
280   }
281
282   // ...otherwise return the cost matrix.
283   return m;
284 }
285
286 template <typename RegContainer>
287 PBQPMatrix* PBQPRegAlloc::buildCoalescingMatrix(
288       const RegContainer &allowed1, const RegContainer &allowed2,
289       PBQPNum cBenefit) const {
290
291   typedef typename RegContainer::const_iterator RegContainerIterator;
292
293   // Construct a PBQP Matrix representing the benefits of coalescing. As with
294   // interference matrices the rows and columns represent allowed registers
295   // for the LiveIntervals which are (potentially) to be coalesced. The amount
296   // -cBenefit will be placed in any element representing the same register
297   // for both intervals.
298   PBQPMatrix *m = new PBQPMatrix(allowed1.size() + 1, allowed2.size() + 1);
299
300   // Reset costs to zero.
301   m->reset(0);
302
303   // Assume the matrix is zero till proven otherwise. Zero matrices will be
304   // optimized away as in the interference case.
305   bool isZeroMatrix = true;
306
307   // Row index. Starts at 1, since the 0th row is for the spill option, which
308   // is always zero.
309   unsigned ri = 1;
310
311   // Iterate over the allowed sets, insert coalescing benefits where
312   // appropriate.
313   for (RegContainerIterator a1Itr = allowed1.begin(), a1End = allowed1.end();
314        a1Itr != a1End; ++a1Itr) {
315
316     // Column index, starts at 1 as for row index.
317     unsigned ci = 1;
318     unsigned reg1 = *a1Itr;
319
320     for (RegContainerIterator a2Itr = allowed2.begin(), a2End = allowed2.end();
321          a2Itr != a2End; ++a2Itr) {
322
323       // If the row and column represent the same register insert a beneficial
324       // cost to preference this allocation - it would allow us to eliminate a
325       // move instruction.
326       if (reg1 == *a2Itr) {
327         (*m)[ri][ci] = -cBenefit;
328         isZeroMatrix = false;
329       }
330
331       ++ci;
332     }
333
334     ++ri;
335   }
336
337   // If this turns out to be a zero matrix...
338   if (isZeroMatrix) {
339     // ...free it and return null.
340     delete m;
341     return 0;
342   }
343
344   return m;
345 }
346
347 PBQPRegAlloc::CoalesceMap PBQPRegAlloc::findCoalesces() {
348
349   typedef MachineFunction::const_iterator MFIterator;
350   typedef MachineBasicBlock::const_iterator MBBIterator;
351   typedef LiveInterval::const_vni_iterator VNIIterator;
352
353   CoalesceMap coalescesFound;
354
355   // To find coalesces we need to iterate over the function looking for
356   // copy instructions.
357   for (MFIterator bbItr = mf->begin(), bbEnd = mf->end();
358        bbItr != bbEnd; ++bbItr) {
359
360     const MachineBasicBlock *mbb = &*bbItr;
361
362     for (MBBIterator iItr = mbb->begin(), iEnd = mbb->end();
363          iItr != iEnd; ++iItr) {
364
365       const MachineInstr *instr = &*iItr;
366       unsigned srcReg, dstReg, srcSubReg, dstSubReg;
367
368       // If this isn't a copy then continue to the next instruction.
369       if (!tii->isMoveInstr(*instr, srcReg, dstReg, srcSubReg, dstSubReg))
370         continue;
371
372       // If the registers are already the same our job is nice and easy.
373       if (dstReg == srcReg)
374         continue;
375
376       bool srcRegIsPhysical = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(srcReg),
377            dstRegIsPhysical = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(dstReg);
378
379       // If both registers are physical then we can't coalesce.
380       if (srcRegIsPhysical && dstRegIsPhysical)
381         continue;
382
383       // If it's a copy that includes a virtual register but the source and
384       // destination classes differ then we can't coalesce, so continue with
385       // the next instruction.
386       const TargetRegisterClass *srcRegClass = srcRegIsPhysical ?
387           tri->getPhysicalRegisterRegClass(srcReg) : mri->getRegClass(srcReg);
388
389       const TargetRegisterClass *dstRegClass = dstRegIsPhysical ?
390           tri->getPhysicalRegisterRegClass(dstReg) : mri->getRegClass(dstReg);
391
392       if (srcRegClass != dstRegClass)
393         continue;
394
395       // We also need any physical regs to be allocable, coalescing with
396       // a non-allocable register is invalid.
397       if (srcRegIsPhysical) {
398         if (std::find(srcRegClass->allocation_order_begin(*mf),
399                       srcRegClass->allocation_order_end(*mf), srcReg) ==
400             srcRegClass->allocation_order_end(*mf))
401           continue;
402       }
403
404       if (dstRegIsPhysical) {
405         if (std::find(dstRegClass->allocation_order_begin(*mf),
406                       dstRegClass->allocation_order_end(*mf), dstReg) ==
407             dstRegClass->allocation_order_end(*mf))
408           continue;
409       }
410
411       // If we've made it here we have a copy with compatible register classes.
412       // We can probably coalesce, but we need to consider overlap.
413       const LiveInterval *srcLI = &lis->getInterval(srcReg),
414                          *dstLI = &lis->getInterval(dstReg);
415
416       if (srcLI->overlaps(*dstLI)) {
417         // Even in the case of an overlap we might still be able to coalesce,
418         // but we need to make sure that no definition of either range occurs
419         // while the other range is live.
420
421         // Otherwise start by assuming we're ok.
422         bool badDef = false;
423
424         // Test all defs of the source range.
425         for (VNIIterator
426                vniItr = srcLI->vni_begin(), vniEnd = srcLI->vni_end();
427                vniItr != vniEnd; ++vniItr) {
428
429           // If we find a def that kills the coalescing opportunity then
430           // record it and break from the loop.
431           if (dstLI->liveAt((*vniItr)->def)) {
432             badDef = true;
433             break;
434           }
435         }
436
437         // If we have a bad def give up, continue to the next instruction.
438         if (badDef)
439           continue;
440
441         // Otherwise test definitions of the destination range.
442         for (VNIIterator
443                vniItr = dstLI->vni_begin(), vniEnd = dstLI->vni_end();
444                vniItr != vniEnd; ++vniItr) {
445
446           // We want to make sure we skip the copy instruction itself.
447           if ((*vniItr)->copy == instr)
448             continue;
449
450           if (srcLI->liveAt((*vniItr)->def)) {
451             badDef = true;
452             break;
453           }
454         }
455
456         // As before a bad def we give up and continue to the next instr.
457         if (badDef)
458           continue;
459       }
460
461       // If we make it to here then either the ranges didn't overlap, or they
462       // did, but none of their definitions would prevent us from coalescing.
463       // We're good to go with the coalesce.
464
465       float cBenefit = powf(10.0f, loopInfo->getLoopDepth(mbb)) / 5.0;
466
467       coalescesFound[RegPair(srcReg, dstReg)] = cBenefit;
468       coalescesFound[RegPair(dstReg, srcReg)] = cBenefit;
469     }
470
471   }
472
473   return coalescesFound;
474 }
475
476 void PBQPRegAlloc::findVRegIntervalsToAlloc() {
477
478   // Iterate over all live ranges.
479   for (LiveIntervals::iterator itr = lis->begin(), end = lis->end();
480        itr != end; ++itr) {
481
482     // Ignore physical ones.
483     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(itr->first))
484       continue;
485
486     LiveInterval *li = itr->second;
487
488     // If this live interval is non-empty we will use pbqp to allocate it.
489     // Empty intervals we allocate in a simple post-processing stage in
490     // finalizeAlloc.
491     if (!li->empty()) {
492       vregIntervalsToAlloc.insert(li);
493     }
494     else {
495       emptyVRegIntervals.insert(li);
496     }
497   }
498 }
499
500 pbqp* PBQPRegAlloc::constructPBQPProblem() {
501
502   typedef std::vector<const LiveInterval*> LIVector;
503   typedef std::vector<unsigned> RegVector;
504
505   // This will store the physical intervals for easy reference.
506   LIVector physIntervals;
507
508   // Start by clearing the old node <-> live interval mappings & allowed sets
509   li2Node.clear();
510   node2LI.clear();
511   allowedSets.clear();
512
513   // Populate physIntervals, update preg use:
514   for (LiveIntervals::iterator itr = lis->begin(), end = lis->end();
515        itr != end; ++itr) {
516
517     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(itr->first)) {
518       physIntervals.push_back(itr->second);
519       mri->setPhysRegUsed(itr->second->reg);
520     }
521   }
522
523   // Iterate over vreg intervals, construct live interval <-> node number
524   //  mappings.
525   for (LiveIntervalSet::const_iterator
526        itr = vregIntervalsToAlloc.begin(), end = vregIntervalsToAlloc.end();
527        itr != end; ++itr) {
528     const LiveInterval *li = *itr;
529
530     li2Node[li] = node2LI.size();
531     node2LI.push_back(li);
532   }
533
534   // Get the set of potential coalesces.
535   CoalesceMap coalesces(findCoalesces());
536
537   // Construct a PBQP solver for this problem
538   pbqp *solver = alloc_pbqp(vregIntervalsToAlloc.size());
539
540   // Resize allowedSets container appropriately.
541   allowedSets.resize(vregIntervalsToAlloc.size());
542
543   // Iterate over virtual register intervals to compute allowed sets...
544   for (unsigned node = 0; node < node2LI.size(); ++node) {
545
546     // Grab pointers to the interval and its register class.
547     const LiveInterval *li = node2LI[node];
548     const TargetRegisterClass *liRC = mri->getRegClass(li->reg);
549
550     // Start by assuming all allocable registers in the class are allowed...
551     RegVector liAllowed(liRC->allocation_order_begin(*mf),
552                         liRC->allocation_order_end(*mf));
553
554     // Eliminate the physical registers which overlap with this range, along
555     // with all their aliases.
556     for (LIVector::iterator pItr = physIntervals.begin(),
557        pEnd = physIntervals.end(); pItr != pEnd; ++pItr) {
558
559       if (!li->overlaps(**pItr))
560         continue;
561
562       unsigned pReg = (*pItr)->reg;
563
564       // If we get here then the live intervals overlap, but we're still ok
565       // if they're coalescable.
566       if (coalesces.find(RegPair(li->reg, pReg)) != coalesces.end())
567         continue;
568
569       // If we get here then we have a genuine exclusion.
570
571       // Remove the overlapping reg...
572       RegVector::iterator eraseItr =
573         std::find(liAllowed.begin(), liAllowed.end(), pReg);
574
575       if (eraseItr != liAllowed.end())
576         liAllowed.erase(eraseItr);
577
578       const unsigned *aliasItr = tri->getAliasSet(pReg);
579
580       if (aliasItr != 0) {
581         // ...and its aliases.
582         for (; *aliasItr != 0; ++aliasItr) {
583           RegVector::iterator eraseItr =
584             std::find(liAllowed.begin(), liAllowed.end(), *aliasItr);
585
586           if (eraseItr != liAllowed.end()) {
587             liAllowed.erase(eraseItr);
588           }
589         }
590       }
591     }
592
593     // Copy the allowed set into a member vector for use when constructing cost
594     // vectors & matrices, and mapping PBQP solutions back to assignments.
595     allowedSets[node] = AllowedSet(liAllowed.begin(), liAllowed.end());
596
597     // Set the spill cost to the interval weight, or epsilon if the
598     // interval weight is zero
599     PBQPNum spillCost = (li->weight != 0.0) ?
600         li->weight : std::numeric_limits<PBQPNum>::min();
601
602     // Build a cost vector for this interval.
603     add_pbqp_nodecosts(solver, node,
604                        buildCostVector(li->reg, allowedSets[node], coalesces,
605                                        spillCost));
606
607   }
608
609
610   // Now add the cost matrices...
611   for (unsigned node1 = 0; node1 < node2LI.size(); ++node1) {
612     const LiveInterval *li = node2LI[node1];
613
614     // Test for live range overlaps and insert interference matrices.
615     for (unsigned node2 = node1 + 1; node2 < node2LI.size(); ++node2) {
616       const LiveInterval *li2 = node2LI[node2];
617
618       CoalesceMap::const_iterator cmItr =
619         coalesces.find(RegPair(li->reg, li2->reg));
620
621       PBQPMatrix *m = 0;
622
623       if (cmItr != coalesces.end()) {
624         m = buildCoalescingMatrix(allowedSets[node1], allowedSets[node2],
625                                   cmItr->second);
626       }
627       else if (li->overlaps(*li2)) {
628         m = buildInterferenceMatrix(allowedSets[node1], allowedSets[node2]);
629       }
630
631       if (m != 0) {
632         add_pbqp_edgecosts(solver, node1, node2, m);
633         delete m;
634       }
635     }
636   }
637
638   // We're done, PBQP problem constructed - return it.
639   return solver;
640 }
641
642 void PBQPRegAlloc::addStackInterval(const LiveInterval *spilled,
643                                     MachineRegisterInfo* mri) {
644   int stackSlot = vrm->getStackSlot(spilled->reg);
645
646   if (stackSlot == VirtRegMap::NO_STACK_SLOT)
647     return;
648
649   const TargetRegisterClass *RC = mri->getRegClass(spilled->reg);
650   LiveInterval &stackInterval = lss->getOrCreateInterval(stackSlot, RC);
651
652   VNInfo *vni;
653   if (stackInterval.getNumValNums() != 0)
654     vni = stackInterval.getValNumInfo(0);
655   else
656     vni = stackInterval.getNextValue(0, 0, false, lss->getVNInfoAllocator());
657
658   LiveInterval &rhsInterval = lis->getInterval(spilled->reg);
659   stackInterval.MergeRangesInAsValue(rhsInterval, vni);
660 }
661
662 bool PBQPRegAlloc::mapPBQPToRegAlloc(pbqp *problem) {
663
664   // Set to true if we have any spills
665   bool anotherRoundNeeded = false;
666
667   // Clear the existing allocation.
668   vrm->clearAllVirt();
669
670   // Iterate over the nodes mapping the PBQP solution to a register assignment.
671   for (unsigned node = 0; node < node2LI.size(); ++node) {
672     unsigned virtReg = node2LI[node]->reg,
673              allocSelection = get_pbqp_solution(problem, node);
674
675     // If the PBQP solution is non-zero it's a physical register...
676     if (allocSelection != 0) {
677       // Get the physical reg, subtracting 1 to account for the spill option.
678       unsigned physReg = allowedSets[node][allocSelection - 1];
679
680       DOUT << "VREG " << virtReg << " -> " << tri->getName(physReg) << "\n";
681
682       assert(physReg != 0);
683
684       // Add to the virt reg map and update the used phys regs.
685       vrm->assignVirt2Phys(virtReg, physReg);
686     }
687     // ...Otherwise it's a spill.
688     else {
689
690       // Make sure we ignore this virtual reg on the next round
691       // of allocation
692       vregIntervalsToAlloc.erase(&lis->getInterval(virtReg));
693
694       // Insert spill ranges for this live range
695       const LiveInterval *spillInterval = node2LI[node];
696       double oldSpillWeight = spillInterval->weight;
697       SmallVector<LiveInterval*, 8> spillIs;
698       std::vector<LiveInterval*> newSpills =
699         lis->addIntervalsForSpills(*spillInterval, spillIs, loopInfo, *vrm);
700       addStackInterval(spillInterval, mri);
701
702       DOUT << "VREG " << virtReg << " -> SPILLED (Cost: "
703            << oldSpillWeight << ", New vregs: ";
704
705       // Copy any newly inserted live intervals into the list of regs to
706       // allocate.
707       for (std::vector<LiveInterval*>::const_iterator
708            itr = newSpills.begin(), end = newSpills.end();
709            itr != end; ++itr) {
710
711         assert(!(*itr)->empty() && "Empty spill range.");
712
713         DOUT << (*itr)->reg << " ";
714
715         vregIntervalsToAlloc.insert(*itr);
716       }
717
718       DOUT << ")\n";
719
720       // We need another round if spill intervals were added.
721       anotherRoundNeeded |= !newSpills.empty();
722     }
723   }
724
725   return !anotherRoundNeeded;
726 }
727
728 void PBQPRegAlloc::finalizeAlloc() const {
729   typedef LiveIntervals::iterator LIIterator;
730   typedef LiveInterval::Ranges::const_iterator LRIterator;
731
732   // First allocate registers for the empty intervals.
733   for (LiveIntervalSet::const_iterator
734          itr = emptyVRegIntervals.begin(), end = emptyVRegIntervals.end();
735          itr != end; ++itr) {
736     LiveInterval *li = *itr;
737
738     unsigned physReg = vrm->getRegAllocPref(li->reg);
739     if (physReg == 0) {
740       const TargetRegisterClass *liRC = mri->getRegClass(li->reg);
741       physReg = *liRC->allocation_order_begin(*mf);
742     }
743
744     vrm->assignVirt2Phys(li->reg, physReg);
745   }
746
747   // Finally iterate over the basic blocks to compute and set the live-in sets.
748   SmallVector<MachineBasicBlock*, 8> liveInMBBs;
749   MachineBasicBlock *entryMBB = &*mf->begin();
750
751   for (LIIterator liItr = lis->begin(), liEnd = lis->end();
752        liItr != liEnd; ++liItr) {
753
754     const LiveInterval *li = liItr->second;
755     unsigned reg = 0;
756
757     // Get the physical register for this interval
758     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(li->reg)) {
759       reg = li->reg;
760     }
761     else if (vrm->isAssignedReg(li->reg)) {
762       reg = vrm->getPhys(li->reg);
763     }
764     else {
765       // Ranges which are assigned a stack slot only are ignored.
766       continue;
767     }
768
769     // Ignore unallocated vregs:
770     if (reg == 0) {
771       continue;
772     }
773
774     // Iterate over the ranges of the current interval...
775     for (LRIterator lrItr = li->begin(), lrEnd = li->end();
776          lrItr != lrEnd; ++lrItr) {
777
778       // Find the set of basic blocks which this range is live into...
779       if (lis->findLiveInMBBs(lrItr->start, lrItr->end,  liveInMBBs)) {
780         // And add the physreg for this interval to their live-in sets.
781         for (unsigned i = 0; i < liveInMBBs.size(); ++i) {
782           if (liveInMBBs[i] != entryMBB) {
783             if (!liveInMBBs[i]->isLiveIn(reg)) {
784               liveInMBBs[i]->addLiveIn(reg);
785             }
786           }
787         }
788         liveInMBBs.clear();
789       }
790     }
791   }
792
793 }
794
795 bool PBQPRegAlloc::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
796
797   mf = &MF;
798   tm = &mf->getTarget();
799   tri = tm->getRegisterInfo();
800   tii = tm->getInstrInfo();
801   mri = &mf->getRegInfo();
802
803   lis = &getAnalysis<LiveIntervals>();
804   lss = &getAnalysis<LiveStacks>();
805   loopInfo = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
806
807   vrm = &getAnalysis<VirtRegMap>();
808
809   DEBUG(errs() << "PBQP Register Allocating for " 
810         << mf->getFunction()->getName() << "\n");
811
812   // Allocator main loop:
813   //
814   // * Map current regalloc problem to a PBQP problem
815   // * Solve the PBQP problem
816   // * Map the solution back to a register allocation
817   // * Spill if necessary
818   //
819   // This process is continued till no more spills are generated.
820
821   // Find the vreg intervals in need of allocation.
822   findVRegIntervalsToAlloc();
823
824   // If there aren't any then we're done here.
825   if (vregIntervalsToAlloc.empty() && emptyVRegIntervals.empty())
826     return true;
827
828   // If there are non-empty intervals allocate them using pbqp.
829   if (!vregIntervalsToAlloc.empty()) {
830
831     bool pbqpAllocComplete = false;
832     unsigned round = 0;
833
834     while (!pbqpAllocComplete) {
835       DOUT << "  PBQP Regalloc round " << round << ":\n";
836
837       pbqp *problem = constructPBQPProblem();
838
839       solve_pbqp(problem);
840
841       pbqpAllocComplete = mapPBQPToRegAlloc(problem);
842
843       free_pbqp(problem);
844
845       ++round;
846     }
847   }
848
849   // Finalise allocation, allocate empty ranges.
850   finalizeAlloc();
851
852   vregIntervalsToAlloc.clear();
853   emptyVRegIntervals.clear();
854   li2Node.clear();
855   node2LI.clear();
856   allowedSets.clear();
857
858   DOUT << "Post alloc VirtRegMap:\n" << *vrm << "\n";
859
860   // Run rewriter
861   std::auto_ptr<VirtRegRewriter> rewriter(createVirtRegRewriter());
862
863   rewriter->runOnMachineFunction(*mf, *vrm, lis);
864
865   return true;
866 }
867
868 FunctionPass* llvm::createPBQPRegisterAllocator() {
869   return new PBQPRegAlloc();
870 }
871
872
873 #undef DEBUG_TYPE