lib/CodeGen/RegAllocSimple.cpp

   1 //===-- RegAllocSimple.cpp - A simple generic register allocator ----------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
   6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file implements a simple register allocator. *Very* simple: It immediate
  11 // spills every value right after it is computed, and it reloads all used
  12 // operands from the spill area to temporary registers before each instruction.
  13 // It does not keep values in registers across instructions.
  14 //
  15 //===----------------------------------------------------------------------===//
  16
  17 #define DEBUG_TYPE "regalloc"
  18 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  19 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
  20 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
  21 #include "llvm/CodeGen/SSARegMap.h"
  22 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
  23 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  24 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  25 #include "Support/Debug.h"
  26 #include "Support/Statistic.h"
  27 #include "Support/STLExtras.h"
  28 #include <iostream>
  29 using namespace llvm;
  30
  31 namespace {
  32   Statistic<> NumStores("ra-simple", "Number of stores added");
  33   Statistic<> NumLoads ("ra-simple", "Number of loads added");
  34
  35   class RegAllocSimple : public MachineFunctionPass {
  36     MachineFunction *MF;
  37     const TargetMachine *TM;
  38     const MRegisterInfo *RegInfo;
  39
  40     // StackSlotForVirtReg - Maps SSA Regs => frame index on the stack where
  41     // these values are spilled
  42     std::map<unsigned, int> StackSlotForVirtReg;
  43
  44     // RegsUsed - Keep track of what registers are currently in use.  This is a
  45     // bitset.
  46     std::vector<bool> RegsUsed;
  47
  48     // RegClassIdx - Maps RegClass => which index we can take a register
  49     // from. Since this is a simple register allocator, when we need a register
  50     // of a certain class, we just take the next available one.
  51     std::map<const TargetRegisterClass*, unsigned> RegClassIdx;
  52
  53   public:
  54     virtual const char *getPassName() const {
  55       return "Simple Register Allocator";
  56     }
  57
  58     /// runOnMachineFunction - Register allocate the whole function
  59     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn);
  60
  61     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  62       AU.addRequiredID(PHIEliminationID);           // Eliminate PHI nodes
  63       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
  64     }
  65   private:
  66     /// AllocateBasicBlock - Register allocate the specified basic block.
  67     void AllocateBasicBlock(MachineBasicBlock &MBB);
  68
  69     /// getStackSpaceFor - This returns the offset of the specified virtual
  70     /// register on the stack, allocating space if necessary.
  71     int getStackSpaceFor(unsigned VirtReg, const TargetRegisterClass *RC);
  72
  73     /// Given a virtual register, return a compatible physical register that is
  74     /// currently unused.
  75     ///
  76     /// Side effect: marks that register as being used until manually cleared
  77     ///
  78     unsigned getFreeReg(unsigned virtualReg);
  79
  80     /// Moves value from memory into that register
  81     unsigned reloadVirtReg(MachineBasicBlock &MBB,
  82                            MachineBasicBlock::iterator I, unsigned VirtReg);
  83
  84     /// Saves reg value on the stack (maps virtual register to stack value)
  85     void spillVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator I,
  86                       unsigned VirtReg, unsigned PhysReg);
  87   };
  88
  89 }
  90
  91 /// getStackSpaceFor - This allocates space for the specified virtual
  92 /// register to be held on the stack.
  93 int RegAllocSimple::getStackSpaceFor(unsigned VirtReg,
  94                                      const TargetRegisterClass *RC) {
  95   // Find the location VirtReg would belong...
  96   std::map<unsigned, int>::iterator I =
  97     StackSlotForVirtReg.lower_bound(VirtReg);
  98
  99   if (I != StackSlotForVirtReg.end() && I->first == VirtReg)
 100     return I->second;          // Already has space allocated?
 101
 102   // Allocate a new stack object for this spill location...
 103   int FrameIdx = MF->getFrameInfo()->CreateStackObject(RC);
 104
 105   // Assign the slot...
 106   StackSlotForVirtReg.insert(I, std::make_pair(VirtReg, FrameIdx));
 107
 108   return FrameIdx;
 109 }
 110
 111 unsigned RegAllocSimple::getFreeReg(unsigned virtualReg) {
 112   const TargetRegisterClass* RC = MF->getSSARegMap()->getRegClass(virtualReg);
 113   TargetRegisterClass::iterator RI = RC->allocation_order_begin(*MF);
 114   TargetRegisterClass::iterator RE = RC->allocation_order_end(*MF);
 115
 116   while (1) {
 117     unsigned regIdx = RegClassIdx[RC]++;
 118     assert(RI+regIdx != RE && "Not enough registers!");
 119     unsigned PhysReg = *(RI+regIdx);
 120
 121     if (!RegsUsed[PhysReg])
 122       return PhysReg;
 123   }
 124 }
 125
 126 unsigned RegAllocSimple::reloadVirtReg(MachineBasicBlock &MBB,
 127                                        MachineBasicBlock::iterator I,
 128                                        unsigned VirtReg) {
 129   const TargetRegisterClass* RC = MF->getSSARegMap()->getRegClass(VirtReg);
 130   int FrameIdx = getStackSpaceFor(VirtReg, RC);
 131   unsigned PhysReg = getFreeReg(VirtReg);
 132
 133   // Add move instruction(s)
 134   ++NumLoads;
 135   RegInfo->loadRegFromStackSlot(MBB, I, PhysReg, FrameIdx, RC);
 136   return PhysReg;
 137 }
 138
 139 void RegAllocSimple::spillVirtReg(MachineBasicBlock &MBB,
 140                                   MachineBasicBlock::iterator I,
 141                                   unsigned VirtReg, unsigned PhysReg) {
 142   const TargetRegisterClass* RC = MF->getSSARegMap()->getRegClass(VirtReg);
 143   int FrameIdx = getStackSpaceFor(VirtReg, RC);
 144
 145   // Add move instruction(s)
 146   ++NumStores;
 147   RegInfo->storeRegToStackSlot(MBB, I, PhysReg, FrameIdx, RC);
 148 }
 149
 150
 151 void RegAllocSimple::AllocateBasicBlock(MachineBasicBlock &MBB) {
 152   // loop over each instruction
 153   for (MachineBasicBlock::iterator MI = MBB.begin(); MI != MBB.end(); ++MI) {
 154     // Made to combat the incorrect allocation of r2 = add r1, r1
 155     std::map<unsigned, unsigned> Virt2PhysRegMap;
 156
 157     RegsUsed.resize(RegInfo->getNumRegs());
 158
 159     // a preliminary pass that will invalidate any registers that
 160     // are used by the instruction (including implicit uses)
 161     unsigned Opcode = MI->getOpcode();
 162     const TargetInstrDescriptor &Desc = TM->getInstrInfo().get(Opcode);
 163     const unsigned *Regs = Desc.ImplicitUses;
 164     while (*Regs)
 165       RegsUsed[*Regs++] = true;
 166
 167     Regs = Desc.ImplicitDefs;
 168     while (*Regs)
 169       RegsUsed[*Regs++] = true;
 170
 171     // Loop over uses, move from memory into registers
 172     for (int i = MI->getNumOperands() - 1; i >= 0; --i) {
 173       MachineOperand &op = MI->getOperand(i);
 174
 175       if (op.isRegister() && op.getReg() &&
 176           MRegisterInfo::isVirtualRegister(op.getReg())) {
 177         unsigned virtualReg = (unsigned) op.getReg();
 178         DEBUG(std::cerr << "op: " << op << "\n");
 179         DEBUG(std::cerr << "\t inst[" << i << "]: ";
 180               MI->print(std::cerr, *TM));
 181
 182         // make sure the same virtual register maps to the same physical
 183         // register in any given instruction
 184         unsigned physReg = Virt2PhysRegMap[virtualReg];
 185         if (physReg == 0) {
 186           if (op.isDef()) {
 187             if (!TM->getInstrInfo().isTwoAddrInstr(MI->getOpcode()) || i) {
 188               physReg = getFreeReg(virtualReg);
 189             } else {
 190               // must be same register number as the first operand
 191               // This maps a = b + c into b += c, and saves b into a's spot
 192               assert(MI->getOperand(1).isRegister()  &&
 193                      MI->getOperand(1).getReg() &&
 194                      MI->getOperand(1).isUse() &&
 195                      "Two address instruction invalid!");
 196
 197               physReg = MI->getOperand(1).getReg();
 198               spillVirtReg(MBB, next(MI), virtualReg, physReg);
 199               MI->getOperand(1).setDef();
 200               MI->RemoveOperand(0);
 201               break; // This is the last operand to process
 202             }
 203             spillVirtReg(MBB, next(MI), virtualReg, physReg);
 204           } else {
 205             physReg = reloadVirtReg(MBB, MI, virtualReg);
 206             Virt2PhysRegMap[virtualReg] = physReg;
 207           }
 208         }
 209         MI->SetMachineOperandReg(i, physReg);
 210         DEBUG(std::cerr << "virt: " << virtualReg <<
 211               ", phys: " << op.getReg() << "\n");
 212       }
 213     }
 214     RegClassIdx.clear();
 215     RegsUsed.clear();
 216   }
 217 }
 218
 219
 220 /// runOnMachineFunction - Register allocate the whole function
 221 ///
 222 bool RegAllocSimple::runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn) {
 223   DEBUG(std::cerr << "Machine Function " << "\n");
 224   MF = &Fn;
 225   TM = &MF->getTarget();
 226   RegInfo = TM->getRegisterInfo();
 227
 228   // Loop over all of the basic blocks, eliminating virtual register references
 229   for (MachineFunction::iterator MBB = Fn.begin(), MBBe = Fn.end();
 230        MBB != MBBe; ++MBB)
 231     AllocateBasicBlock(*MBB);
 232
 233   StackSlotForVirtReg.clear();
 234   return true;
 235 }
 236
 237 FunctionPass *llvm::createSimpleRegisterAllocator() {
 238   return new RegAllocSimple();
 239 }