Remove MCInstrItineraries includes in parts that don't use them anymore
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / ScheduleDAGInstrs.cpp
1 //===---- ScheduleDAGInstrs.cpp - MachineInstr Rescheduling ---------------===//
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 the ScheduleDAGInstrs class, which implements re-scheduling
11 // of MachineInstrs.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "llvm/CodeGen/ScheduleDAGInstrs.h"
16 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
17 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
18 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
19 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
20 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
21 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
22 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
23 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
24 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
25 #include "llvm/CodeGen/MachineMemOperand.h"
26 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
27 #include "llvm/CodeGen/PseudoSourceValue.h"
28 #include "llvm/CodeGen/RegisterPressure.h"
29 #include "llvm/CodeGen/ScheduleDFS.h"
30 #include "llvm/IR/Operator.h"
31 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
32 #include "llvm/Support/Debug.h"
33 #include "llvm/Support/Format.h"
34 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
35 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
36 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
37 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
38 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
39 #include <queue>
40
41 using namespace llvm;
42
43 #define DEBUG_TYPE "misched"
44
45 static cl::opt<bool> EnableAASchedMI("enable-aa-sched-mi", cl::Hidden,
46     cl::ZeroOrMore, cl::init(false),
47     cl::desc("Enable use of AA during MI DAG construction"));
48
49 static cl::opt<bool> UseTBAA("use-tbaa-in-sched-mi", cl::Hidden,
50     cl::init(true), cl::desc("Enable use of TBAA during MI DAG construction"));
51
52 ScheduleDAGInstrs::ScheduleDAGInstrs(MachineFunction &mf,
53                                      const MachineLoopInfo *mli,
54                                      bool IsPostRAFlag, bool RemoveKillFlags,
55                                      LiveIntervals *lis)
56     : ScheduleDAG(mf), MLI(mli), MFI(mf.getFrameInfo()), LIS(lis),
57       IsPostRA(IsPostRAFlag), RemoveKillFlags(RemoveKillFlags),
58       CanHandleTerminators(false), FirstDbgValue(nullptr) {
59   assert((IsPostRA || LIS) && "PreRA scheduling requires LiveIntervals");
60   DbgValues.clear();
61   assert(!(IsPostRA && MRI.getNumVirtRegs()) &&
62          "Virtual registers must be removed prior to PostRA scheduling");
63
64   const TargetSubtargetInfo &ST = mf.getSubtarget();
65   SchedModel.init(ST.getSchedModel(), &ST, TII);
66 }
67
68 /// getUnderlyingObjectFromInt - This is the function that does the work of
69 /// looking through basic ptrtoint+arithmetic+inttoptr sequences.
70 static const Value *getUnderlyingObjectFromInt(const Value *V) {
71   do {
72     if (const Operator *U = dyn_cast<Operator>(V)) {
73       // If we find a ptrtoint, we can transfer control back to the
74       // regular getUnderlyingObjectFromInt.
75       if (U->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
76         return U->getOperand(0);
77       // If we find an add of a constant, a multiplied value, or a phi, it's
78       // likely that the other operand will lead us to the base
79       // object. We don't have to worry about the case where the
80       // object address is somehow being computed by the multiply,
81       // because our callers only care when the result is an
82       // identifiable object.
83       if (U->getOpcode() != Instruction::Add ||
84           (!isa<ConstantInt>(U->getOperand(1)) &&
85            Operator::getOpcode(U->getOperand(1)) != Instruction::Mul &&
86            !isa<PHINode>(U->getOperand(1))))
87         return V;
88       V = U->getOperand(0);
89     } else {
90       return V;
91     }
92     assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Unexpected operand type!");
93   } while (1);
94 }
95
96 /// getUnderlyingObjects - This is a wrapper around GetUnderlyingObjects
97 /// and adds support for basic ptrtoint+arithmetic+inttoptr sequences.
98 static void getUnderlyingObjects(const Value *V,
99                                  SmallVectorImpl<Value *> &Objects,
100                                  const DataLayout &DL) {
101   SmallPtrSet<const Value *, 16> Visited;
102   SmallVector<const Value *, 4> Working(1, V);
103   do {
104     V = Working.pop_back_val();
105
106     SmallVector<Value *, 4> Objs;
107     GetUnderlyingObjects(const_cast<Value *>(V), Objs, DL);
108
109     for (SmallVectorImpl<Value *>::iterator I = Objs.begin(), IE = Objs.end();
110          I != IE; ++I) {
111       V = *I;
112       if (!Visited.insert(V).second)
113         continue;
114       if (Operator::getOpcode(V) == Instruction::IntToPtr) {
115         const Value *O =
116           getUnderlyingObjectFromInt(cast<User>(V)->getOperand(0));
117         if (O->getType()->isPointerTy()) {
118           Working.push_back(O);
119           continue;
120         }
121       }
122       Objects.push_back(const_cast<Value *>(V));
123     }
124   } while (!Working.empty());
125 }
126
127 typedef PointerUnion<const Value *, const PseudoSourceValue *> ValueType;
128 typedef SmallVector<PointerIntPair<ValueType, 1, bool>, 4>
129 UnderlyingObjectsVector;
130
131 /// getUnderlyingObjectsForInstr - If this machine instr has memory reference
132 /// information and it can be tracked to a normal reference to a known
133 /// object, return the Value for that object.
134 static void getUnderlyingObjectsForInstr(const MachineInstr *MI,
135                                          const MachineFrameInfo *MFI,
136                                          UnderlyingObjectsVector &Objects,
137                                          const DataLayout &DL) {
138   if (!MI->hasOneMemOperand() ||
139       (!(*MI->memoperands_begin())->getValue() &&
140        !(*MI->memoperands_begin())->getPseudoValue()) ||
141       (*MI->memoperands_begin())->isVolatile())
142     return;
143
144   if (const PseudoSourceValue *PSV =
145       (*MI->memoperands_begin())->getPseudoValue()) {
146     // Function that contain tail calls don't have unique PseudoSourceValue
147     // objects. Two PseudoSourceValues might refer to the same or overlapping
148     // locations. The client code calling this function assumes this is not the
149     // case. So return a conservative answer of no known object.
150     if (MFI->hasTailCall())
151       return;
152
153     // For now, ignore PseudoSourceValues which may alias LLVM IR values
154     // because the code that uses this function has no way to cope with
155     // such aliases.
156     if (!PSV->isAliased(MFI)) {
157       bool MayAlias = PSV->mayAlias(MFI);
158       Objects.push_back(UnderlyingObjectsVector::value_type(PSV, MayAlias));
159     }
160     return;
161   }
162
163   const Value *V = (*MI->memoperands_begin())->getValue();
164   if (!V)
165     return;
166
167   SmallVector<Value *, 4> Objs;
168   getUnderlyingObjects(V, Objs, DL);
169
170   for (SmallVectorImpl<Value *>::iterator I = Objs.begin(), IE = Objs.end();
171          I != IE; ++I) {
172     V = *I;
173
174     if (!isIdentifiedObject(V)) {
175       Objects.clear();
176       return;
177     }
178
179     Objects.push_back(UnderlyingObjectsVector::value_type(V, true));
180   }
181 }
182
183 void ScheduleDAGInstrs::startBlock(MachineBasicBlock *bb) {
184   BB = bb;
185 }
186
187 void ScheduleDAGInstrs::finishBlock() {
188   // Subclasses should no longer refer to the old block.
189   BB = nullptr;
190 }
191
192 /// Initialize the DAG and common scheduler state for the current scheduling
193 /// region. This does not actually create the DAG, only clears it. The
194 /// scheduling driver may call BuildSchedGraph multiple times per scheduling
195 /// region.
196 void ScheduleDAGInstrs::enterRegion(MachineBasicBlock *bb,
197                                     MachineBasicBlock::iterator begin,
198                                     MachineBasicBlock::iterator end,
199                                     unsigned regioninstrs) {
200   assert(bb == BB && "startBlock should set BB");
201   RegionBegin = begin;
202   RegionEnd = end;
203   NumRegionInstrs = regioninstrs;
204 }
205
206 /// Close the current scheduling region. Don't clear any state in case the
207 /// driver wants to refer to the previous scheduling region.
208 void ScheduleDAGInstrs::exitRegion() {
209   // Nothing to do.
210 }
211
212 /// addSchedBarrierDeps - Add dependencies from instructions in the current
213 /// list of instructions being scheduled to scheduling barrier by adding
214 /// the exit SU to the register defs and use list. This is because we want to
215 /// make sure instructions which define registers that are either used by
216 /// the terminator or are live-out are properly scheduled. This is
217 /// especially important when the definition latency of the return value(s)
218 /// are too high to be hidden by the branch or when the liveout registers
219 /// used by instructions in the fallthrough block.
220 void ScheduleDAGInstrs::addSchedBarrierDeps() {
221   MachineInstr *ExitMI = RegionEnd != BB->end() ? &*RegionEnd : nullptr;
222   ExitSU.setInstr(ExitMI);
223   bool AllDepKnown = ExitMI &&
224     (ExitMI->isCall() || ExitMI->isBarrier());
225   if (ExitMI && AllDepKnown) {
226     // If it's a call or a barrier, add dependencies on the defs and uses of
227     // instruction.
228     for (unsigned i = 0, e = ExitMI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
229       const MachineOperand &MO = ExitMI->getOperand(i);
230       if (!MO.isReg() || MO.isDef()) continue;
231       unsigned Reg = MO.getReg();
232       if (Reg == 0) continue;
233
234       if (TRI->isPhysicalRegister(Reg))
235         Uses.insert(PhysRegSUOper(&ExitSU, -1, Reg));
236       else {
237         assert(!IsPostRA && "Virtual register encountered after regalloc.");
238         if (MO.readsReg()) // ignore undef operands
239           addVRegUseDeps(&ExitSU, i);
240       }
241     }
242   } else {
243     // For others, e.g. fallthrough, conditional branch, assume the exit
244     // uses all the registers that are livein to the successor blocks.
245     assert(Uses.empty() && "Uses in set before adding deps?");
246     for (MachineBasicBlock::succ_iterator SI = BB->succ_begin(),
247            SE = BB->succ_end(); SI != SE; ++SI)
248       for (MachineBasicBlock::livein_iterator I = (*SI)->livein_begin(),
249              E = (*SI)->livein_end(); I != E; ++I) {
250         unsigned Reg = *I;
251         if (!Uses.contains(Reg))
252           Uses.insert(PhysRegSUOper(&ExitSU, -1, Reg));
253       }
254   }
255 }
256
257 /// MO is an operand of SU's instruction that defines a physical register. Add
258 /// data dependencies from SU to any uses of the physical register.
259 void ScheduleDAGInstrs::addPhysRegDataDeps(SUnit *SU, unsigned OperIdx) {
260   const MachineOperand &MO = SU->getInstr()->getOperand(OperIdx);
261   assert(MO.isDef() && "expect physreg def");
262
263   // Ask the target if address-backscheduling is desirable, and if so how much.
264   const TargetSubtargetInfo &ST = MF.getSubtarget();
265
266   for (MCRegAliasIterator Alias(MO.getReg(), TRI, true);
267        Alias.isValid(); ++Alias) {
268     if (!Uses.contains(*Alias))
269       continue;
270     for (Reg2SUnitsMap::iterator I = Uses.find(*Alias); I != Uses.end(); ++I) {
271       SUnit *UseSU = I->SU;
272       if (UseSU == SU)
273         continue;
274
275       // Adjust the dependence latency using operand def/use information,
276       // then allow the target to perform its own adjustments.
277       int UseOp = I->OpIdx;
278       MachineInstr *RegUse = nullptr;
279       SDep Dep;
280       if (UseOp < 0)
281         Dep = SDep(SU, SDep::Artificial);
282       else {
283         // Set the hasPhysRegDefs only for physreg defs that have a use within
284         // the scheduling region.
285         SU->hasPhysRegDefs = true;
286         Dep = SDep(SU, SDep::Data, *Alias);
287         RegUse = UseSU->getInstr();
288       }
289       Dep.setLatency(
290         SchedModel.computeOperandLatency(SU->getInstr(), OperIdx, RegUse,
291                                          UseOp));
292
293       ST.adjustSchedDependency(SU, UseSU, Dep);
294       UseSU->addPred(Dep);
295     }
296   }
297 }
298
299 /// addPhysRegDeps - Add register dependencies (data, anti, and output) from
300 /// this SUnit to following instructions in the same scheduling region that
301 /// depend the physical register referenced at OperIdx.
302 void ScheduleDAGInstrs::addPhysRegDeps(SUnit *SU, unsigned OperIdx) {
303   MachineInstr *MI = SU->getInstr();
304   MachineOperand &MO = MI->getOperand(OperIdx);
305
306   // Optionally add output and anti dependencies. For anti
307   // dependencies we use a latency of 0 because for a multi-issue
308   // target we want to allow the defining instruction to issue
309   // in the same cycle as the using instruction.
310   // TODO: Using a latency of 1 here for output dependencies assumes
311   //       there's no cost for reusing registers.
312   SDep::Kind Kind = MO.isUse() ? SDep::Anti : SDep::Output;
313   for (MCRegAliasIterator Alias(MO.getReg(), TRI, true);
314        Alias.isValid(); ++Alias) {
315     if (!Defs.contains(*Alias))
316       continue;
317     for (Reg2SUnitsMap::iterator I = Defs.find(*Alias); I != Defs.end(); ++I) {
318       SUnit *DefSU = I->SU;
319       if (DefSU == &ExitSU)
320         continue;
321       if (DefSU != SU &&
322           (Kind != SDep::Output || !MO.isDead() ||
323            !DefSU->getInstr()->registerDefIsDead(*Alias))) {
324         if (Kind == SDep::Anti)
325           DefSU->addPred(SDep(SU, Kind, /*Reg=*/*Alias));
326         else {
327           SDep Dep(SU, Kind, /*Reg=*/*Alias);
328           Dep.setLatency(
329             SchedModel.computeOutputLatency(MI, OperIdx, DefSU->getInstr()));
330           DefSU->addPred(Dep);
331         }
332       }
333     }
334   }
335
336   if (!MO.isDef()) {
337     SU->hasPhysRegUses = true;
338     // Either insert a new Reg2SUnits entry with an empty SUnits list, or
339     // retrieve the existing SUnits list for this register's uses.
340     // Push this SUnit on the use list.
341     Uses.insert(PhysRegSUOper(SU, OperIdx, MO.getReg()));
342     if (RemoveKillFlags)
343       MO.setIsKill(false);
344   }
345   else {
346     addPhysRegDataDeps(SU, OperIdx);
347     unsigned Reg = MO.getReg();
348
349     // clear this register's use list
350     if (Uses.contains(Reg))
351       Uses.eraseAll(Reg);
352
353     if (!MO.isDead()) {
354       Defs.eraseAll(Reg);
355     } else if (SU->isCall) {
356       // Calls will not be reordered because of chain dependencies (see
357       // below). Since call operands are dead, calls may continue to be added
358       // to the DefList making dependence checking quadratic in the size of
359       // the block. Instead, we leave only one call at the back of the
360       // DefList.
361       Reg2SUnitsMap::RangePair P = Defs.equal_range(Reg);
362       Reg2SUnitsMap::iterator B = P.first;
363       Reg2SUnitsMap::iterator I = P.second;
364       for (bool isBegin = I == B; !isBegin; /* empty */) {
365         isBegin = (--I) == B;
366         if (!I->SU->isCall)
367           break;
368         I = Defs.erase(I);
369       }
370     }
371
372     // Defs are pushed in the order they are visited and never reordered.
373     Defs.insert(PhysRegSUOper(SU, OperIdx, Reg));
374   }
375 }
376
377 /// addVRegDefDeps - Add register output and data dependencies from this SUnit
378 /// to instructions that occur later in the same scheduling region if they read
379 /// from or write to the virtual register defined at OperIdx.
380 ///
381 /// TODO: Hoist loop induction variable increments. This has to be
382 /// reevaluated. Generally, IV scheduling should be done before coalescing.
383 void ScheduleDAGInstrs::addVRegDefDeps(SUnit *SU, unsigned OperIdx) {
384   const MachineInstr *MI = SU->getInstr();
385   unsigned Reg = MI->getOperand(OperIdx).getReg();
386
387   // Singly defined vregs do not have output/anti dependencies.
388   // The current operand is a def, so we have at least one.
389   // Check here if there are any others...
390   if (MRI.hasOneDef(Reg))
391     return;
392
393   // Add output dependence to the next nearest def of this vreg.
394   //
395   // Unless this definition is dead, the output dependence should be
396   // transitively redundant with antidependencies from this definition's
397   // uses. We're conservative for now until we have a way to guarantee the uses
398   // are not eliminated sometime during scheduling. The output dependence edge
399   // is also useful if output latency exceeds def-use latency.
400   VReg2SUnitMap::iterator DefI = VRegDefs.find(Reg);
401   if (DefI == VRegDefs.end())
402     VRegDefs.insert(VReg2SUnit(Reg, SU));
403   else {
404     SUnit *DefSU = DefI->SU;
405     if (DefSU != SU && DefSU != &ExitSU) {
406       SDep Dep(SU, SDep::Output, Reg);
407       Dep.setLatency(
408         SchedModel.computeOutputLatency(MI, OperIdx, DefSU->getInstr()));
409       DefSU->addPred(Dep);
410     }
411     DefI->SU = SU;
412   }
413 }
414
415 /// addVRegUseDeps - Add a register data dependency if the instruction that
416 /// defines the virtual register used at OperIdx is mapped to an SUnit. Add a
417 /// register antidependency from this SUnit to instructions that occur later in
418 /// the same scheduling region if they write the virtual register.
419 ///
420 /// TODO: Handle ExitSU "uses" properly.
421 void ScheduleDAGInstrs::addVRegUseDeps(SUnit *SU, unsigned OperIdx) {
422   MachineInstr *MI = SU->getInstr();
423   unsigned Reg = MI->getOperand(OperIdx).getReg();
424
425   // Record this local VReg use.
426   VReg2UseMap::iterator UI = VRegUses.find(Reg);
427   for (; UI != VRegUses.end(); ++UI) {
428     if (UI->SU == SU)
429       break;
430   }
431   if (UI == VRegUses.end())
432     VRegUses.insert(VReg2SUnit(Reg, SU));
433
434   // Lookup this operand's reaching definition.
435   assert(LIS && "vreg dependencies requires LiveIntervals");
436   LiveQueryResult LRQ
437     = LIS->getInterval(Reg).Query(LIS->getInstructionIndex(MI));
438   VNInfo *VNI = LRQ.valueIn();
439
440   // VNI will be valid because MachineOperand::readsReg() is checked by caller.
441   assert(VNI && "No value to read by operand");
442   MachineInstr *Def = LIS->getInstructionFromIndex(VNI->def);
443   // Phis and other noninstructions (after coalescing) have a NULL Def.
444   if (Def) {
445     SUnit *DefSU = getSUnit(Def);
446     if (DefSU) {
447       // The reaching Def lives within this scheduling region.
448       // Create a data dependence.
449       SDep dep(DefSU, SDep::Data, Reg);
450       // Adjust the dependence latency using operand def/use information, then
451       // allow the target to perform its own adjustments.
452       int DefOp = Def->findRegisterDefOperandIdx(Reg);
453       dep.setLatency(SchedModel.computeOperandLatency(Def, DefOp, MI, OperIdx));
454
455       const TargetSubtargetInfo &ST = MF.getSubtarget();
456       ST.adjustSchedDependency(DefSU, SU, const_cast<SDep &>(dep));
457       SU->addPred(dep);
458     }
459   }
460
461   // Add antidependence to the following def of the vreg it uses.
462   VReg2SUnitMap::iterator DefI = VRegDefs.find(Reg);
463   if (DefI != VRegDefs.end() && DefI->SU != SU)
464     DefI->SU->addPred(SDep(SU, SDep::Anti, Reg));
465 }
466
467 /// Return true if MI is an instruction we are unable to reason about
468 /// (like a call or something with unmodeled side effects).
469 static inline bool isGlobalMemoryObject(AliasAnalysis *AA, MachineInstr *MI) {
470   if (MI->isCall() || MI->hasUnmodeledSideEffects() ||
471       (MI->hasOrderedMemoryRef() &&
472        (!MI->mayLoad() || !MI->isInvariantLoad(AA))))
473     return true;
474   return false;
475 }
476
477 // This MI might have either incomplete info, or known to be unsafe
478 // to deal with (i.e. volatile object).
479 static inline bool isUnsafeMemoryObject(MachineInstr *MI,
480                                         const MachineFrameInfo *MFI,
481                                         const DataLayout &DL) {
482   if (!MI || MI->memoperands_empty())
483     return true;
484   // We purposefully do no check for hasOneMemOperand() here
485   // in hope to trigger an assert downstream in order to
486   // finish implementation.
487   if ((*MI->memoperands_begin())->isVolatile() ||
488        MI->hasUnmodeledSideEffects())
489     return true;
490
491   if ((*MI->memoperands_begin())->getPseudoValue()) {
492     // Similarly to getUnderlyingObjectForInstr:
493     // For now, ignore PseudoSourceValues which may alias LLVM IR values
494     // because the code that uses this function has no way to cope with
495     // such aliases.
496     return true;
497   }
498
499   const Value *V = (*MI->memoperands_begin())->getValue();
500   if (!V)
501     return true;
502
503   SmallVector<Value *, 4> Objs;
504   getUnderlyingObjects(V, Objs, DL);
505   for (SmallVectorImpl<Value *>::iterator I = Objs.begin(),
506          IE = Objs.end(); I != IE; ++I) {
507     // Does this pointer refer to a distinct and identifiable object?
508     if (!isIdentifiedObject(*I))
509       return true;
510   }
511
512   return false;
513 }
514
515 /// This returns true if the two MIs need a chain edge betwee them.
516 /// If these are not even memory operations, we still may need
517 /// chain deps between them. The question really is - could
518 /// these two MIs be reordered during scheduling from memory dependency
519 /// point of view.
520 static bool MIsNeedChainEdge(AliasAnalysis *AA, const MachineFrameInfo *MFI,
521                              const DataLayout &DL, MachineInstr *MIa,
522                              MachineInstr *MIb) {
523   const MachineFunction *MF = MIa->getParent()->getParent();
524   const TargetInstrInfo *TII = MF->getSubtarget().getInstrInfo();
525
526   // Cover a trivial case - no edge is need to itself.
527   if (MIa == MIb)
528     return false;
529  
530   // Let the target decide if memory accesses cannot possibly overlap.
531   if ((MIa->mayLoad() || MIa->mayStore()) &&
532       (MIb->mayLoad() || MIb->mayStore()))
533     if (TII->areMemAccessesTriviallyDisjoint(MIa, MIb, AA))
534       return false;
535
536   // FIXME: Need to handle multiple memory operands to support all targets.
537   if (!MIa->hasOneMemOperand() || !MIb->hasOneMemOperand())
538     return true;
539
540   if (isUnsafeMemoryObject(MIa, MFI, DL) || isUnsafeMemoryObject(MIb, MFI, DL))
541     return true;
542
543   // If we are dealing with two "normal" loads, we do not need an edge
544   // between them - they could be reordered.
545   if (!MIa->mayStore() && !MIb->mayStore())
546     return false;
547
548   // To this point analysis is generic. From here on we do need AA.
549   if (!AA)
550     return true;
551
552   MachineMemOperand *MMOa = *MIa->memoperands_begin();
553   MachineMemOperand *MMOb = *MIb->memoperands_begin();
554
555   if (!MMOa->getValue() || !MMOb->getValue())
556     return true;
557
558   // The following interface to AA is fashioned after DAGCombiner::isAlias
559   // and operates with MachineMemOperand offset with some important
560   // assumptions:
561   //   - LLVM fundamentally assumes flat address spaces.
562   //   - MachineOperand offset can *only* result from legalization and
563   //     cannot affect queries other than the trivial case of overlap
564   //     checking.
565   //   - These offsets never wrap and never step outside
566   //     of allocated objects.
567   //   - There should never be any negative offsets here.
568   //
569   // FIXME: Modify API to hide this math from "user"
570   // FIXME: Even before we go to AA we can reason locally about some
571   // memory objects. It can save compile time, and possibly catch some
572   // corner cases not currently covered.
573
574   assert ((MMOa->getOffset() >= 0) && "Negative MachineMemOperand offset");
575   assert ((MMOb->getOffset() >= 0) && "Negative MachineMemOperand offset");
576
577   int64_t MinOffset = std::min(MMOa->getOffset(), MMOb->getOffset());
578   int64_t Overlapa = MMOa->getSize() + MMOa->getOffset() - MinOffset;
579   int64_t Overlapb = MMOb->getSize() + MMOb->getOffset() - MinOffset;
580
581   AliasAnalysis::AliasResult AAResult = AA->alias(
582       AliasAnalysis::Location(MMOa->getValue(), Overlapa,
583                               UseTBAA ? MMOa->getAAInfo() : AAMDNodes()),
584       AliasAnalysis::Location(MMOb->getValue(), Overlapb,
585                               UseTBAA ? MMOb->getAAInfo() : AAMDNodes()));
586
587   return (AAResult != AliasAnalysis::NoAlias);
588 }
589
590 /// This recursive function iterates over chain deps of SUb looking for
591 /// "latest" node that needs a chain edge to SUa.
592 static unsigned iterateChainSucc(AliasAnalysis *AA, const MachineFrameInfo *MFI,
593                                  const DataLayout &DL, SUnit *SUa, SUnit *SUb,
594                                  SUnit *ExitSU, unsigned *Depth,
595                                  SmallPtrSetImpl<const SUnit *> &Visited) {
596   if (!SUa || !SUb || SUb == ExitSU)
597     return *Depth;
598
599   // Remember visited nodes.
600   if (!Visited.insert(SUb).second)
601       return *Depth;
602   // If there is _some_ dependency already in place, do not
603   // descend any further.
604   // TODO: Need to make sure that if that dependency got eliminated or ignored
605   // for any reason in the future, we would not violate DAG topology.
606   // Currently it does not happen, but makes an implicit assumption about
607   // future implementation.
608   //
609   // Independently, if we encounter node that is some sort of global
610   // object (like a call) we already have full set of dependencies to it
611   // and we can stop descending.
612   if (SUa->isSucc(SUb) ||
613       isGlobalMemoryObject(AA, SUb->getInstr()))
614     return *Depth;
615
616   // If we do need an edge, or we have exceeded depth budget,
617   // add that edge to the predecessors chain of SUb,
618   // and stop descending.
619   if (*Depth > 200 ||
620       MIsNeedChainEdge(AA, MFI, DL, SUa->getInstr(), SUb->getInstr())) {
621     SUb->addPred(SDep(SUa, SDep::MayAliasMem));
622     return *Depth;
623   }
624   // Track current depth.
625   (*Depth)++;
626   // Iterate over memory dependencies only.
627   for (SUnit::const_succ_iterator I = SUb->Succs.begin(), E = SUb->Succs.end();
628        I != E; ++I)
629     if (I->isNormalMemoryOrBarrier())
630       iterateChainSucc(AA, MFI, DL, SUa, I->getSUnit(), ExitSU, Depth, Visited);
631   return *Depth;
632 }
633
634 /// This function assumes that "downward" from SU there exist
635 /// tail/leaf of already constructed DAG. It iterates downward and
636 /// checks whether SU can be aliasing any node dominated
637 /// by it.
638 static void adjustChainDeps(AliasAnalysis *AA, const MachineFrameInfo *MFI,
639                             const DataLayout &DL, SUnit *SU, SUnit *ExitSU,
640                             std::set<SUnit *> &CheckList,
641                             unsigned LatencyToLoad) {
642   if (!SU)
643     return;
644
645   SmallPtrSet<const SUnit*, 16> Visited;
646   unsigned Depth = 0;
647
648   for (std::set<SUnit *>::iterator I = CheckList.begin(), IE = CheckList.end();
649        I != IE; ++I) {
650     if (SU == *I)
651       continue;
652     if (MIsNeedChainEdge(AA, MFI, DL, SU->getInstr(), (*I)->getInstr())) {
653       SDep Dep(SU, SDep::MayAliasMem);
654       Dep.setLatency(((*I)->getInstr()->mayLoad()) ? LatencyToLoad : 0);
655       (*I)->addPred(Dep);
656     }
657
658     // Iterate recursively over all previously added memory chain
659     // successors. Keep track of visited nodes.
660     for (SUnit::const_succ_iterator J = (*I)->Succs.begin(),
661          JE = (*I)->Succs.end(); J != JE; ++J)
662       if (J->isNormalMemoryOrBarrier())
663         iterateChainSucc(AA, MFI, DL, SU, J->getSUnit(), ExitSU, &Depth,
664                          Visited);
665   }
666 }
667
668 /// Check whether two objects need a chain edge, if so, add it
669 /// otherwise remember the rejected SU.
670 static inline void addChainDependency(AliasAnalysis *AA,
671                                       const MachineFrameInfo *MFI,
672                                       const DataLayout &DL, SUnit *SUa,
673                                       SUnit *SUb, std::set<SUnit *> &RejectList,
674                                       unsigned TrueMemOrderLatency = 0,
675                                       bool isNormalMemory = false) {
676   // If this is a false dependency,
677   // do not add the edge, but rememeber the rejected node.
678   if (MIsNeedChainEdge(AA, MFI, DL, SUa->getInstr(), SUb->getInstr())) {
679     SDep Dep(SUa, isNormalMemory ? SDep::MayAliasMem : SDep::Barrier);
680     Dep.setLatency(TrueMemOrderLatency);
681     SUb->addPred(Dep);
682   }
683   else {
684     // Duplicate entries should be ignored.
685     RejectList.insert(SUb);
686     DEBUG(dbgs() << "\tReject chain dep between SU("
687           << SUa->NodeNum << ") and SU("
688           << SUb->NodeNum << ")\n");
689   }
690 }
691
692 /// Create an SUnit for each real instruction, numbered in top-down toplological
693 /// order. The instruction order A < B, implies that no edge exists from B to A.
694 ///
695 /// Map each real instruction to its SUnit.
696 ///
697 /// After initSUnits, the SUnits vector cannot be resized and the scheduler may
698 /// hang onto SUnit pointers. We may relax this in the future by using SUnit IDs
699 /// instead of pointers.
700 ///
701 /// MachineScheduler relies on initSUnits numbering the nodes by their order in
702 /// the original instruction list.
703 void ScheduleDAGInstrs::initSUnits() {
704   // We'll be allocating one SUnit for each real instruction in the region,
705   // which is contained within a basic block.
706   SUnits.reserve(NumRegionInstrs);
707
708   for (MachineBasicBlock::iterator I = RegionBegin; I != RegionEnd; ++I) {
709     MachineInstr *MI = I;
710     if (MI->isDebugValue())
711       continue;
712
713     SUnit *SU = newSUnit(MI);
714     MISUnitMap[MI] = SU;
715
716     SU->isCall = MI->isCall();
717     SU->isCommutable = MI->isCommutable();
718
719     // Assign the Latency field of SU using target-provided information.
720     SU->Latency = SchedModel.computeInstrLatency(SU->getInstr());
721
722     // If this SUnit uses a reserved or unbuffered resource, mark it as such.
723     //
724     // Reserved resources block an instruction from issuing and stall the
725     // entire pipeline. These are identified by BufferSize=0.
726     //
727     // Unbuffered resources prevent execution of subsequent instructions that
728     // require the same resources. This is used for in-order execution pipelines
729     // within an out-of-order core. These are identified by BufferSize=1.
730     if (SchedModel.hasInstrSchedModel()) {
731       const MCSchedClassDesc *SC = getSchedClass(SU);
732       for (TargetSchedModel::ProcResIter
733              PI = SchedModel.getWriteProcResBegin(SC),
734              PE = SchedModel.getWriteProcResEnd(SC); PI != PE; ++PI) {
735         switch (SchedModel.getProcResource(PI->ProcResourceIdx)->BufferSize) {
736         case 0:
737           SU->hasReservedResource = true;
738           break;
739         case 1:
740           SU->isUnbuffered = true;
741           break;
742         default:
743           break;
744         }
745       }
746     }
747   }
748 }
749
750 /// If RegPressure is non-null, compute register pressure as a side effect. The
751 /// DAG builder is an efficient place to do it because it already visits
752 /// operands.
753 void ScheduleDAGInstrs::buildSchedGraph(AliasAnalysis *AA,
754                                         RegPressureTracker *RPTracker,
755                                         PressureDiffs *PDiffs) {
756   const TargetSubtargetInfo &ST = MF.getSubtarget();
757   bool UseAA = EnableAASchedMI.getNumOccurrences() > 0 ? EnableAASchedMI
758                                                        : ST.useAA();
759   AliasAnalysis *AAForDep = UseAA ? AA : nullptr;
760
761   MISUnitMap.clear();
762   ScheduleDAG::clearDAG();
763
764   // Create an SUnit for each real instruction.
765   initSUnits();
766
767   if (PDiffs)
768     PDiffs->init(SUnits.size());
769
770   // We build scheduling units by walking a block's instruction list from bottom
771   // to top.
772
773   // Remember where a generic side-effecting instruction is as we procede.
774   SUnit *BarrierChain = nullptr, *AliasChain = nullptr;
775
776   // Memory references to specific known memory locations are tracked
777   // so that they can be given more precise dependencies. We track
778   // separately the known memory locations that may alias and those
779   // that are known not to alias
780   MapVector<ValueType, std::vector<SUnit *> > AliasMemDefs, NonAliasMemDefs;
781   MapVector<ValueType, std::vector<SUnit *> > AliasMemUses, NonAliasMemUses;
782   std::set<SUnit*> RejectMemNodes;
783
784   // Remove any stale debug info; sometimes BuildSchedGraph is called again
785   // without emitting the info from the previous call.
786   DbgValues.clear();
787   FirstDbgValue = nullptr;
788
789   assert(Defs.empty() && Uses.empty() &&
790          "Only BuildGraph should update Defs/Uses");
791   Defs.setUniverse(TRI->getNumRegs());
792   Uses.setUniverse(TRI->getNumRegs());
793
794   assert(VRegDefs.empty() && "Only BuildSchedGraph may access VRegDefs");
795   VRegUses.clear();
796   VRegDefs.setUniverse(MRI.getNumVirtRegs());
797   VRegUses.setUniverse(MRI.getNumVirtRegs());
798
799   // Model data dependencies between instructions being scheduled and the
800   // ExitSU.
801   addSchedBarrierDeps();
802
803   // Walk the list of instructions, from bottom moving up.
804   MachineInstr *DbgMI = nullptr;
805   for (MachineBasicBlock::iterator MII = RegionEnd, MIE = RegionBegin;
806        MII != MIE; --MII) {
807     MachineInstr *MI = std::prev(MII);
808     if (MI && DbgMI) {
809       DbgValues.push_back(std::make_pair(DbgMI, MI));
810       DbgMI = nullptr;
811     }
812
813     if (MI->isDebugValue()) {
814       DbgMI = MI;
815       continue;
816     }
817     SUnit *SU = MISUnitMap[MI];
818     assert(SU && "No SUnit mapped to this MI");
819
820     if (RPTracker) {
821       PressureDiff *PDiff = PDiffs ? &(*PDiffs)[SU->NodeNum] : nullptr;
822       RPTracker->recede(/*LiveUses=*/nullptr, PDiff);
823       assert(RPTracker->getPos() == std::prev(MII) &&
824              "RPTracker can't find MI");
825     }
826
827     assert(
828         (CanHandleTerminators || (!MI->isTerminator() && !MI->isPosition())) &&
829         "Cannot schedule terminators or labels!");
830
831     // Add register-based dependencies (data, anti, and output).
832     bool HasVRegDef = false;
833     for (unsigned j = 0, n = MI->getNumOperands(); j != n; ++j) {
834       const MachineOperand &MO = MI->getOperand(j);
835       if (!MO.isReg()) continue;
836       unsigned Reg = MO.getReg();
837       if (Reg == 0) continue;
838
839       if (TRI->isPhysicalRegister(Reg))
840         addPhysRegDeps(SU, j);
841       else {
842         assert(!IsPostRA && "Virtual register encountered!");
843         if (MO.isDef()) {
844           HasVRegDef = true;
845           addVRegDefDeps(SU, j);
846         }
847         else if (MO.readsReg()) // ignore undef operands
848           addVRegUseDeps(SU, j);
849       }
850     }
851     // If we haven't seen any uses in this scheduling region, create a
852     // dependence edge to ExitSU to model the live-out latency. This is required
853     // for vreg defs with no in-region use, and prefetches with no vreg def.
854     //
855     // FIXME: NumDataSuccs would be more precise than NumSuccs here. This
856     // check currently relies on being called before adding chain deps.
857     if (SU->NumSuccs == 0 && SU->Latency > 1
858         && (HasVRegDef || MI->mayLoad())) {
859       SDep Dep(SU, SDep::Artificial);
860       Dep.setLatency(SU->Latency - 1);
861       ExitSU.addPred(Dep);
862     }
863
864     // Add chain dependencies.
865     // Chain dependencies used to enforce memory order should have
866     // latency of 0 (except for true dependency of Store followed by
867     // aliased Load... we estimate that with a single cycle of latency
868     // assuming the hardware will bypass)
869     // Note that isStoreToStackSlot and isLoadFromStackSLot are not usable
870     // after stack slots are lowered to actual addresses.
871     // TODO: Use an AliasAnalysis and do real alias-analysis queries, and
872     // produce more precise dependence information.
873     unsigned TrueMemOrderLatency = MI->mayStore() ? 1 : 0;
874     if (isGlobalMemoryObject(AA, MI)) {
875       // Be conservative with these and add dependencies on all memory
876       // references, even those that are known to not alias.
877       for (MapVector<ValueType, std::vector<SUnit *> >::iterator I =
878              NonAliasMemDefs.begin(), E = NonAliasMemDefs.end(); I != E; ++I) {
879         for (unsigned i = 0, e = I->second.size(); i != e; ++i) {
880           I->second[i]->addPred(SDep(SU, SDep::Barrier));
881         }
882       }
883       for (MapVector<ValueType, std::vector<SUnit *> >::iterator I =
884              NonAliasMemUses.begin(), E = NonAliasMemUses.end(); I != E; ++I) {
885         for (unsigned i = 0, e = I->second.size(); i != e; ++i) {
886           SDep Dep(SU, SDep::Barrier);
887           Dep.setLatency(TrueMemOrderLatency);
888           I->second[i]->addPred(Dep);
889         }
890       }
891       // Add SU to the barrier chain.
892       if (BarrierChain)
893         BarrierChain->addPred(SDep(SU, SDep::Barrier));
894       BarrierChain = SU;
895       // This is a barrier event that acts as a pivotal node in the DAG,
896       // so it is safe to clear list of exposed nodes.
897       adjustChainDeps(AA, MFI, *TM.getDataLayout(), SU, &ExitSU, RejectMemNodes,
898                       TrueMemOrderLatency);
899       RejectMemNodes.clear();
900       NonAliasMemDefs.clear();
901       NonAliasMemUses.clear();
902
903       // fall-through
904     new_alias_chain:
905       // Chain all possibly aliasing memory references through SU.
906       if (AliasChain) {
907         unsigned ChainLatency = 0;
908         if (AliasChain->getInstr()->mayLoad())
909           ChainLatency = TrueMemOrderLatency;
910         addChainDependency(AAForDep, MFI, *TM.getDataLayout(), SU, AliasChain,
911                            RejectMemNodes, ChainLatency);
912       }
913       AliasChain = SU;
914       for (unsigned k = 0, m = PendingLoads.size(); k != m; ++k)
915         addChainDependency(AAForDep, MFI, *TM.getDataLayout(), SU,
916                            PendingLoads[k], RejectMemNodes,
917                            TrueMemOrderLatency);
918       for (MapVector<ValueType, std::vector<SUnit *> >::iterator I =
919            AliasMemDefs.begin(), E = AliasMemDefs.end(); I != E; ++I) {
920         for (unsigned i = 0, e = I->second.size(); i != e; ++i)
921           addChainDependency(AAForDep, MFI, *TM.getDataLayout(), SU,
922                              I->second[i], RejectMemNodes);
923       }
924       for (MapVector<ValueType, std::vector<SUnit *> >::iterator I =
925            AliasMemUses.begin(), E = AliasMemUses.end(); I != E; ++I) {
926         for (unsigned i = 0, e = I->second.size(); i != e; ++i)
927           addChainDependency(AAForDep, MFI, *TM.getDataLayout(), SU,
928                              I->second[i], RejectMemNodes, TrueMemOrderLatency);
929       }
930       adjustChainDeps(AA, MFI, *TM.getDataLayout(), SU, &ExitSU, RejectMemNodes,
931                       TrueMemOrderLatency);
932       PendingLoads.clear();
933       AliasMemDefs.clear();
934       AliasMemUses.clear();
935     } else if (MI->mayStore()) {
936       // Add dependence on barrier chain, if needed.
937       // There is no point to check aliasing on barrier event. Even if
938       // SU and barrier _could_ be reordered, they should not. In addition,
939       // we have lost all RejectMemNodes below barrier.
940       if (BarrierChain)
941         BarrierChain->addPred(SDep(SU, SDep::Barrier));
942
943       UnderlyingObjectsVector Objs;
944       getUnderlyingObjectsForInstr(MI, MFI, Objs, *TM.getDataLayout());
945
946       if (Objs.empty()) {
947         // Treat all other stores conservatively.
948         goto new_alias_chain;
949       }
950
951       bool MayAlias = false;
952       for (UnderlyingObjectsVector::iterator K = Objs.begin(), KE = Objs.end();
953            K != KE; ++K) {
954         ValueType V = K->getPointer();
955         bool ThisMayAlias = K->getInt();
956         if (ThisMayAlias)
957           MayAlias = true;
958
959         // A store to a specific PseudoSourceValue. Add precise dependencies.
960         // Record the def in MemDefs, first adding a dep if there is
961         // an existing def.
962         MapVector<ValueType, std::vector<SUnit *> >::iterator I =
963           ((ThisMayAlias) ? AliasMemDefs.find(V) : NonAliasMemDefs.find(V));
964         MapVector<ValueType, std::vector<SUnit *> >::iterator IE =
965           ((ThisMayAlias) ? AliasMemDefs.end() : NonAliasMemDefs.end());
966         if (I != IE) {
967           for (unsigned i = 0, e = I->second.size(); i != e; ++i)
968             addChainDependency(AAForDep, MFI, *TM.getDataLayout(), SU,
969                                I->second[i], RejectMemNodes, 0, true);
970
971           // If we're not using AA, then we only need one store per object.
972           if (!AAForDep)
973             I->second.clear();
974           I->second.push_back(SU);
975         } else {
976           if (ThisMayAlias) {
977             if (!AAForDep)
978               AliasMemDefs[V].clear();
979             AliasMemDefs[V].push_back(SU);
980           } else {
981             if (!AAForDep)
982               NonAliasMemDefs[V].clear();
983             NonAliasMemDefs[V].push_back(SU);
984           }
985         }
986         // Handle the uses in MemUses, if there are any.
987         MapVector<ValueType, std::vector<SUnit *> >::iterator J =
988           ((ThisMayAlias) ? AliasMemUses.find(V) : NonAliasMemUses.find(V));
989         MapVector<ValueType, std::vector<SUnit *> >::iterator JE =
990           ((ThisMayAlias) ? AliasMemUses.end() : NonAliasMemUses.end());
991         if (J != JE) {
992           for (unsigned i = 0, e = J->second.size(); i != e; ++i)
993             addChainDependency(AAForDep, MFI, *TM.getDataLayout(), SU,
994                                J->second[i], RejectMemNodes,
995                                TrueMemOrderLatency, true);
996           J->second.clear();
997         }
998       }
999       if (MayAlias) {
1000         // Add dependencies from all the PendingLoads, i.e. loads
1001         // with no underlying object.
1002         for (unsigned k = 0, m = PendingLoads.size(); k != m; ++k)
1003           addChainDependency(AAForDep, MFI, *TM.getDataLayout(), SU,
1004                              PendingLoads[k], RejectMemNodes,
1005                              TrueMemOrderLatency);
1006         // Add dependence on alias chain, if needed.
1007         if (AliasChain)
1008           addChainDependency(AAForDep, MFI, *TM.getDataLayout(), SU, AliasChain,
1009                              RejectMemNodes);
1010       }
1011       adjustChainDeps(AA, MFI, *TM.getDataLayout(), SU, &ExitSU, RejectMemNodes,
1012                       TrueMemOrderLatency);
1013     } else if (MI->mayLoad()) {
1014       bool MayAlias = true;
1015       if (MI->isInvariantLoad(AA)) {
1016         // Invariant load, no chain dependencies needed!
1017       } else {
1018         UnderlyingObjectsVector Objs;
1019         getUnderlyingObjectsForInstr(MI, MFI, Objs, *TM.getDataLayout());
1020
1021         if (Objs.empty()) {
1022           // A load with no underlying object. Depend on all
1023           // potentially aliasing stores.
1024           for (MapVector<ValueType, std::vector<SUnit *> >::iterator I =
1025                  AliasMemDefs.begin(), E = AliasMemDefs.end(); I != E; ++I)
1026             for (unsigned i = 0, e = I->second.size(); i != e; ++i)
1027               addChainDependency(AAForDep, MFI, *TM.getDataLayout(), SU,
1028                                  I->second[i], RejectMemNodes);
1029
1030           PendingLoads.push_back(SU);
1031           MayAlias = true;
1032         } else {
1033           MayAlias = false;
1034         }
1035
1036         for (UnderlyingObjectsVector::iterator
1037              J = Objs.begin(), JE = Objs.end(); J != JE; ++J) {
1038           ValueType V = J->getPointer();
1039           bool ThisMayAlias = J->getInt();
1040
1041           if (ThisMayAlias)
1042             MayAlias = true;
1043
1044           // A load from a specific PseudoSourceValue. Add precise dependencies.
1045           MapVector<ValueType, std::vector<SUnit *> >::iterator I =
1046             ((ThisMayAlias) ? AliasMemDefs.find(V) : NonAliasMemDefs.find(V));
1047           MapVector<ValueType, std::vector<SUnit *> >::iterator IE =
1048             ((ThisMayAlias) ? AliasMemDefs.end() : NonAliasMemDefs.end());
1049           if (I != IE)
1050             for (unsigned i = 0, e = I->second.size(); i != e; ++i)
1051               addChainDependency(AAForDep, MFI, *TM.getDataLayout(), SU,
1052                                  I->second[i], RejectMemNodes, 0, true);
1053           if (ThisMayAlias)
1054             AliasMemUses[V].push_back(SU);
1055           else
1056             NonAliasMemUses[V].push_back(SU);
1057         }
1058         if (MayAlias)
1059           adjustChainDeps(AA, MFI, *TM.getDataLayout(), SU, &ExitSU,
1060                           RejectMemNodes, /*Latency=*/0);
1061         // Add dependencies on alias and barrier chains, if needed.
1062         if (MayAlias && AliasChain)
1063           addChainDependency(AAForDep, MFI, *TM.getDataLayout(), SU, AliasChain,
1064                              RejectMemNodes);
1065         if (BarrierChain)
1066           BarrierChain->addPred(SDep(SU, SDep::Barrier));
1067       }
1068     }
1069   }
1070   if (DbgMI)
1071     FirstDbgValue = DbgMI;
1072
1073   Defs.clear();
1074   Uses.clear();
1075   VRegDefs.clear();
1076   PendingLoads.clear();
1077 }
1078
1079 /// \brief Initialize register live-range state for updating kills.
1080 void ScheduleDAGInstrs::startBlockForKills(MachineBasicBlock *BB) {
1081   // Start with no live registers.
1082   LiveRegs.reset();
1083
1084   // Examine the live-in regs of all successors.
1085   for (MachineBasicBlock::succ_iterator SI = BB->succ_begin(),
1086        SE = BB->succ_end(); SI != SE; ++SI) {
1087     for (MachineBasicBlock::livein_iterator I = (*SI)->livein_begin(),
1088          E = (*SI)->livein_end(); I != E; ++I) {
1089       unsigned Reg = *I;
1090       // Repeat, for reg and all subregs.
1091       for (MCSubRegIterator SubRegs(Reg, TRI, /*IncludeSelf=*/true);
1092            SubRegs.isValid(); ++SubRegs)
1093         LiveRegs.set(*SubRegs);
1094     }
1095   }
1096 }
1097
1098 /// \brief If we change a kill flag on the bundle instruction implicit register
1099 /// operands, then we also need to propagate that to any instructions inside
1100 /// the bundle which had the same kill state.
1101 static void toggleBundleKillFlag(MachineInstr *MI, unsigned Reg,
1102                                  bool NewKillState) {
1103   if (MI->getOpcode() != TargetOpcode::BUNDLE)
1104     return;
1105
1106   // Walk backwards from the last instruction in the bundle to the first.
1107   // Once we set a kill flag on an instruction, we bail out, as otherwise we
1108   // might set it on too many operands.  We will clear as many flags as we
1109   // can though.
1110   MachineBasicBlock::instr_iterator Begin = MI;
1111   MachineBasicBlock::instr_iterator End = getBundleEnd(MI);
1112   while (Begin != End) {
1113     for (MIOperands MO(--End); MO.isValid(); ++MO) {
1114       if (!MO->isReg() || MO->isDef() || Reg != MO->getReg())
1115         continue;
1116
1117       // DEBUG_VALUE nodes do not contribute to code generation and should
1118       // always be ignored.  Failure to do so may result in trying to modify
1119       // KILL flags on DEBUG_VALUE nodes, which is distressing.
1120       if (MO->isDebug())
1121         continue;
1122
1123       // If the register has the internal flag then it could be killing an
1124       // internal def of the register.  In this case, just skip.  We only want
1125       // to toggle the flag on operands visible outside the bundle.
1126       if (MO->isInternalRead())
1127         continue;
1128
1129       if (MO->isKill() == NewKillState)
1130         continue;
1131       MO->setIsKill(NewKillState);
1132       if (NewKillState)
1133         return;
1134     }
1135   }
1136 }
1137
1138 bool ScheduleDAGInstrs::toggleKillFlag(MachineInstr *MI, MachineOperand &MO) {
1139   // Setting kill flag...
1140   if (!MO.isKill()) {
1141     MO.setIsKill(true);
1142     toggleBundleKillFlag(MI, MO.getReg(), true);
1143     return false;
1144   }
1145
1146   // If MO itself is live, clear the kill flag...
1147   if (LiveRegs.test(MO.getReg())) {
1148     MO.setIsKill(false);
1149     toggleBundleKillFlag(MI, MO.getReg(), false);
1150     return false;
1151   }
1152
1153   // If any subreg of MO is live, then create an imp-def for that
1154   // subreg and keep MO marked as killed.
1155   MO.setIsKill(false);
1156   toggleBundleKillFlag(MI, MO.getReg(), false);
1157   bool AllDead = true;
1158   const unsigned SuperReg = MO.getReg();
1159   MachineInstrBuilder MIB(MF, MI);
1160   for (MCSubRegIterator SubRegs(SuperReg, TRI); SubRegs.isValid(); ++SubRegs) {
1161     if (LiveRegs.test(*SubRegs)) {
1162       MIB.addReg(*SubRegs, RegState::ImplicitDefine);
1163       AllDead = false;
1164     }
1165   }
1166
1167   if(AllDead) {
1168     MO.setIsKill(true);
1169     toggleBundleKillFlag(MI, MO.getReg(), true);
1170   }
1171   return false;
1172 }
1173
1174 // FIXME: Reuse the LivePhysRegs utility for this.
1175 void ScheduleDAGInstrs::fixupKills(MachineBasicBlock *MBB) {
1176   DEBUG(dbgs() << "Fixup kills for BB#" << MBB->getNumber() << '\n');
1177
1178   LiveRegs.resize(TRI->getNumRegs());
1179   BitVector killedRegs(TRI->getNumRegs());
1180
1181   startBlockForKills(MBB);
1182
1183   // Examine block from end to start...
1184   unsigned Count = MBB->size();
1185   for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB->end(), E = MBB->begin();
1186        I != E; --Count) {
1187     MachineInstr *MI = --I;
1188     if (MI->isDebugValue())
1189       continue;
1190
1191     // Update liveness.  Registers that are defed but not used in this
1192     // instruction are now dead. Mark register and all subregs as they
1193     // are completely defined.
1194     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1195       MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
1196       if (MO.isRegMask())
1197         LiveRegs.clearBitsNotInMask(MO.getRegMask());
1198       if (!MO.isReg()) continue;
1199       unsigned Reg = MO.getReg();
1200       if (Reg == 0) continue;
1201       if (!MO.isDef()) continue;
1202       // Ignore two-addr defs.
1203       if (MI->isRegTiedToUseOperand(i)) continue;
1204
1205       // Repeat for reg and all subregs.
1206       for (MCSubRegIterator SubRegs(Reg, TRI, /*IncludeSelf=*/true);
1207            SubRegs.isValid(); ++SubRegs)
1208         LiveRegs.reset(*SubRegs);
1209     }
1210
1211     // Examine all used registers and set/clear kill flag. When a
1212     // register is used multiple times we only set the kill flag on
1213     // the first use. Don't set kill flags on undef operands.
1214     killedRegs.reset();
1215     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1216       MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
1217       if (!MO.isReg() || !MO.isUse() || MO.isUndef()) continue;
1218       unsigned Reg = MO.getReg();
1219       if ((Reg == 0) || MRI.isReserved(Reg)) continue;
1220
1221       bool kill = false;
1222       if (!killedRegs.test(Reg)) {
1223         kill = true;
1224         // A register is not killed if any subregs are live...
1225         for (MCSubRegIterator SubRegs(Reg, TRI); SubRegs.isValid(); ++SubRegs) {
1226           if (LiveRegs.test(*SubRegs)) {
1227             kill = false;
1228             break;
1229           }
1230         }
1231
1232         // If subreg is not live, then register is killed if it became
1233         // live in this instruction
1234         if (kill)
1235           kill = !LiveRegs.test(Reg);
1236       }
1237
1238       if (MO.isKill() != kill) {
1239         DEBUG(dbgs() << "Fixing " << MO << " in ");
1240         // Warning: toggleKillFlag may invalidate MO.
1241         toggleKillFlag(MI, MO);
1242         DEBUG(MI->dump());
1243         DEBUG(if (MI->getOpcode() == TargetOpcode::BUNDLE) {
1244           MachineBasicBlock::instr_iterator Begin = MI;
1245           MachineBasicBlock::instr_iterator End = getBundleEnd(MI);
1246           while (++Begin != End)
1247             DEBUG(Begin->dump());
1248         });
1249       }
1250
1251       killedRegs.set(Reg);
1252     }
1253
1254     // Mark any used register (that is not using undef) and subregs as
1255     // now live...
1256     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1257       MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
1258       if (!MO.isReg() || !MO.isUse() || MO.isUndef()) continue;
1259       unsigned Reg = MO.getReg();
1260       if ((Reg == 0) || MRI.isReserved(Reg)) continue;
1261
1262       for (MCSubRegIterator SubRegs(Reg, TRI, /*IncludeSelf=*/true);
1263            SubRegs.isValid(); ++SubRegs)
1264         LiveRegs.set(*SubRegs);
1265     }
1266   }
1267 }
1268
1269 void ScheduleDAGInstrs::dumpNode(const SUnit *SU) const {
1270 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1271   SU->getInstr()->dump();
1272 #endif
1273 }
1274
1275 std::string ScheduleDAGInstrs::getGraphNodeLabel(const SUnit *SU) const {
1276   std::string s;
1277   raw_string_ostream oss(s);
1278   if (SU == &EntrySU)
1279     oss << "<entry>";
1280   else if (SU == &ExitSU)
1281     oss << "<exit>";
1282   else
1283     SU->getInstr()->print(oss, /*SkipOpers=*/true);
1284   return oss.str();
1285 }
1286
1287 /// Return the basic block label. It is not necessarilly unique because a block
1288 /// contains multiple scheduling regions. But it is fine for visualization.
1289 std::string ScheduleDAGInstrs::getDAGName() const {
1290   return "dag." + BB->getFullName();
1291 }
1292
1293 //===----------------------------------------------------------------------===//
1294 // SchedDFSResult Implementation
1295 //===----------------------------------------------------------------------===//
1296
1297 namespace llvm {
1298 /// \brief Internal state used to compute SchedDFSResult.
1299 class SchedDFSImpl {
1300   SchedDFSResult &R;
1301
1302   /// Join DAG nodes into equivalence classes by their subtree.
1303   IntEqClasses SubtreeClasses;
1304   /// List PredSU, SuccSU pairs that represent data edges between subtrees.
1305   std::vector<std::pair<const SUnit*, const SUnit*> > ConnectionPairs;
1306
1307   struct RootData {
1308     unsigned NodeID;
1309     unsigned ParentNodeID;  // Parent node (member of the parent subtree).
1310     unsigned SubInstrCount; // Instr count in this tree only, not children.
1311
1312     RootData(unsigned id): NodeID(id),
1313                            ParentNodeID(SchedDFSResult::InvalidSubtreeID),
1314                            SubInstrCount(0) {}
1315
1316     unsigned getSparseSetIndex() const { return NodeID; }
1317   };
1318
1319   SparseSet<RootData> RootSet;
1320
1321 public:
1322   SchedDFSImpl(SchedDFSResult &r): R(r), SubtreeClasses(R.DFSNodeData.size()) {
1323     RootSet.setUniverse(R.DFSNodeData.size());
1324   }
1325
1326   /// Return true if this node been visited by the DFS traversal.
1327   ///
1328   /// During visitPostorderNode the Node's SubtreeID is assigned to the Node
1329   /// ID. Later, SubtreeID is updated but remains valid.
1330   bool isVisited(const SUnit *SU) const {
1331     return R.DFSNodeData[SU->NodeNum].SubtreeID
1332       != SchedDFSResult::InvalidSubtreeID;
1333   }
1334
1335   /// Initialize this node's instruction count. We don't need to flag the node
1336   /// visited until visitPostorder because the DAG cannot have cycles.
1337   void visitPreorder(const SUnit *SU) {
1338     R.DFSNodeData[SU->NodeNum].InstrCount =
1339       SU->getInstr()->isTransient() ? 0 : 1;
1340   }
1341
1342   /// Called once for each node after all predecessors are visited. Revisit this
1343   /// node's predecessors and potentially join them now that we know the ILP of
1344   /// the other predecessors.
1345   void visitPostorderNode(const SUnit *SU) {
1346     // Mark this node as the root of a subtree. It may be joined with its
1347     // successors later.
1348     R.DFSNodeData[SU->NodeNum].SubtreeID = SU->NodeNum;
1349     RootData RData(SU->NodeNum);
1350     RData.SubInstrCount = SU->getInstr()->isTransient() ? 0 : 1;
1351
1352     // If any predecessors are still in their own subtree, they either cannot be
1353     // joined or are large enough to remain separate. If this parent node's
1354     // total instruction count is not greater than a child subtree by at least
1355     // the subtree limit, then try to join it now since splitting subtrees is
1356     // only useful if multiple high-pressure paths are possible.
1357     unsigned InstrCount = R.DFSNodeData[SU->NodeNum].InstrCount;
1358     for (SUnit::const_pred_iterator
1359            PI = SU->Preds.begin(), PE = SU->Preds.end(); PI != PE; ++PI) {
1360       if (PI->getKind() != SDep::Data)
1361         continue;
1362       unsigned PredNum = PI->getSUnit()->NodeNum;
1363       if ((InstrCount - R.DFSNodeData[PredNum].InstrCount) < R.SubtreeLimit)
1364         joinPredSubtree(*PI, SU, /*CheckLimit=*/false);
1365
1366       // Either link or merge the TreeData entry from the child to the parent.
1367       if (R.DFSNodeData[PredNum].SubtreeID == PredNum) {
1368         // If the predecessor's parent is invalid, this is a tree edge and the
1369         // current node is the parent.
1370         if (RootSet[PredNum].ParentNodeID == SchedDFSResult::InvalidSubtreeID)
1371           RootSet[PredNum].ParentNodeID = SU->NodeNum;
1372       }
1373       else if (RootSet.count(PredNum)) {
1374         // The predecessor is not a root, but is still in the root set. This
1375         // must be the new parent that it was just joined to. Note that
1376         // RootSet[PredNum].ParentNodeID may either be invalid or may still be
1377         // set to the original parent.
1378         RData.SubInstrCount += RootSet[PredNum].SubInstrCount;
1379         RootSet.erase(PredNum);
1380       }
1381     }
1382     RootSet[SU->NodeNum] = RData;
1383   }
1384
1385   /// Called once for each tree edge after calling visitPostOrderNode on the
1386   /// predecessor. Increment the parent node's instruction count and
1387   /// preemptively join this subtree to its parent's if it is small enough.
1388   void visitPostorderEdge(const SDep &PredDep, const SUnit *Succ) {
1389     R.DFSNodeData[Succ->NodeNum].InstrCount
1390       += R.DFSNodeData[PredDep.getSUnit()->NodeNum].InstrCount;
1391     joinPredSubtree(PredDep, Succ);
1392   }
1393
1394   /// Add a connection for cross edges.
1395   void visitCrossEdge(const SDep &PredDep, const SUnit *Succ) {
1396     ConnectionPairs.push_back(std::make_pair(PredDep.getSUnit(), Succ));
1397   }
1398
1399   /// Set each node's subtree ID to the representative ID and record connections
1400   /// between trees.
1401   void finalize() {
1402     SubtreeClasses.compress();
1403     R.DFSTreeData.resize(SubtreeClasses.getNumClasses());
1404     assert(SubtreeClasses.getNumClasses() == RootSet.size()
1405            && "number of roots should match trees");
1406     for (SparseSet<RootData>::const_iterator
1407            RI = RootSet.begin(), RE = RootSet.end(); RI != RE; ++RI) {
1408       unsigned TreeID = SubtreeClasses[RI->NodeID];
1409       if (RI->ParentNodeID != SchedDFSResult::InvalidSubtreeID)
1410         R.DFSTreeData[TreeID].ParentTreeID = SubtreeClasses[RI->ParentNodeID];
1411       R.DFSTreeData[TreeID].SubInstrCount = RI->SubInstrCount;
1412       // Note that SubInstrCount may be greater than InstrCount if we joined
1413       // subtrees across a cross edge. InstrCount will be attributed to the
1414       // original parent, while SubInstrCount will be attributed to the joined
1415       // parent.
1416     }
1417     R.SubtreeConnections.resize(SubtreeClasses.getNumClasses());
1418     R.SubtreeConnectLevels.resize(SubtreeClasses.getNumClasses());
1419     DEBUG(dbgs() << R.getNumSubtrees() << " subtrees:\n");
1420     for (unsigned Idx = 0, End = R.DFSNodeData.size(); Idx != End; ++Idx) {
1421       R.DFSNodeData[Idx].SubtreeID = SubtreeClasses[Idx];
1422       DEBUG(dbgs() << "  SU(" << Idx << ") in tree "
1423             << R.DFSNodeData[Idx].SubtreeID << '\n');
1424     }
1425     for (std::vector<std::pair<const SUnit*, const SUnit*> >::const_iterator
1426            I = ConnectionPairs.begin(), E = ConnectionPairs.end();
1427          I != E; ++I) {
1428       unsigned PredTree = SubtreeClasses[I->first->NodeNum];
1429       unsigned SuccTree = SubtreeClasses[I->second->NodeNum];
1430       if (PredTree == SuccTree)
1431         continue;
1432       unsigned Depth = I->first->getDepth();
1433       addConnection(PredTree, SuccTree, Depth);
1434       addConnection(SuccTree, PredTree, Depth);
1435     }
1436   }
1437
1438 protected:
1439   /// Join the predecessor subtree with the successor that is its DFS
1440   /// parent. Apply some heuristics before joining.
1441   bool joinPredSubtree(const SDep &PredDep, const SUnit *Succ,
1442                        bool CheckLimit = true) {
1443     assert(PredDep.getKind() == SDep::Data && "Subtrees are for data edges");
1444
1445     // Check if the predecessor is already joined.
1446     const SUnit *PredSU = PredDep.getSUnit();
1447     unsigned PredNum = PredSU->NodeNum;
1448     if (R.DFSNodeData[PredNum].SubtreeID != PredNum)
1449       return false;
1450
1451     // Four is the magic number of successors before a node is considered a
1452     // pinch point.
1453     unsigned NumDataSucs = 0;
1454     for (SUnit::const_succ_iterator SI = PredSU->Succs.begin(),
1455            SE = PredSU->Succs.end(); SI != SE; ++SI) {
1456       if (SI->getKind() == SDep::Data) {
1457         if (++NumDataSucs >= 4)
1458           return false;
1459       }
1460     }
1461     if (CheckLimit && R.DFSNodeData[PredNum].InstrCount > R.SubtreeLimit)
1462       return false;
1463     R.DFSNodeData[PredNum].SubtreeID = Succ->NodeNum;
1464     SubtreeClasses.join(Succ->NodeNum, PredNum);
1465     return true;
1466   }
1467
1468   /// Called by finalize() to record a connection between trees.
1469   void addConnection(unsigned FromTree, unsigned ToTree, unsigned Depth) {
1470     if (!Depth)
1471       return;
1472
1473     do {
1474       SmallVectorImpl<SchedDFSResult::Connection> &Connections =
1475         R.SubtreeConnections[FromTree];
1476       for (SmallVectorImpl<SchedDFSResult::Connection>::iterator
1477              I = Connections.begin(), E = Connections.end(); I != E; ++I) {
1478         if (I->TreeID == ToTree) {
1479           I->Level = std::max(I->Level, Depth);
1480           return;
1481         }
1482       }
1483       Connections.push_back(SchedDFSResult::Connection(ToTree, Depth));
1484       FromTree = R.DFSTreeData[FromTree].ParentTreeID;
1485     } while (FromTree != SchedDFSResult::InvalidSubtreeID);
1486   }
1487 };
1488 } // namespace llvm
1489
1490 namespace {
1491 /// \brief Manage the stack used by a reverse depth-first search over the DAG.
1492 class SchedDAGReverseDFS {
1493   std::vector<std::pair<const SUnit*, SUnit::const_pred_iterator> > DFSStack;
1494 public:
1495   bool isComplete() const { return DFSStack.empty(); }
1496
1497   void follow(const SUnit *SU) {
1498     DFSStack.push_back(std::make_pair(SU, SU->Preds.begin()));
1499   }
1500   void advance() { ++DFSStack.back().second; }
1501
1502   const SDep *backtrack() {
1503     DFSStack.pop_back();
1504     return DFSStack.empty() ? nullptr : std::prev(DFSStack.back().second);
1505   }
1506
1507   const SUnit *getCurr() const { return DFSStack.back().first; }
1508
1509   SUnit::const_pred_iterator getPred() const { return DFSStack.back().second; }
1510
1511   SUnit::const_pred_iterator getPredEnd() const {
1512     return getCurr()->Preds.end();
1513   }
1514 };
1515 } // anonymous
1516
1517 static bool hasDataSucc(const SUnit *SU) {
1518   for (SUnit::const_succ_iterator
1519          SI = SU->Succs.begin(), SE = SU->Succs.end(); SI != SE; ++SI) {
1520     if (SI->getKind() == SDep::Data && !SI->getSUnit()->isBoundaryNode())
1521       return true;
1522   }
1523   return false;
1524 }
1525
1526 /// Compute an ILP metric for all nodes in the subDAG reachable via depth-first
1527 /// search from this root.
1528 void SchedDFSResult::compute(ArrayRef<SUnit> SUnits) {
1529   if (!IsBottomUp)
1530     llvm_unreachable("Top-down ILP metric is unimplemnted");
1531
1532   SchedDFSImpl Impl(*this);
1533   for (ArrayRef<SUnit>::const_iterator
1534          SI = SUnits.begin(), SE = SUnits.end(); SI != SE; ++SI) {
1535     const SUnit *SU = &*SI;
1536     if (Impl.isVisited(SU) || hasDataSucc(SU))
1537       continue;
1538
1539     SchedDAGReverseDFS DFS;
1540     Impl.visitPreorder(SU);
1541     DFS.follow(SU);
1542     for (;;) {
1543       // Traverse the leftmost path as far as possible.
1544       while (DFS.getPred() != DFS.getPredEnd()) {
1545         const SDep &PredDep = *DFS.getPred();
1546         DFS.advance();
1547         // Ignore non-data edges.
1548         if (PredDep.getKind() != SDep::Data
1549             || PredDep.getSUnit()->isBoundaryNode()) {
1550           continue;
1551         }
1552         // An already visited edge is a cross edge, assuming an acyclic DAG.
1553         if (Impl.isVisited(PredDep.getSUnit())) {
1554           Impl.visitCrossEdge(PredDep, DFS.getCurr());
1555           continue;
1556         }
1557         Impl.visitPreorder(PredDep.getSUnit());
1558         DFS.follow(PredDep.getSUnit());
1559       }
1560       // Visit the top of the stack in postorder and backtrack.
1561       const SUnit *Child = DFS.getCurr();
1562       const SDep *PredDep = DFS.backtrack();
1563       Impl.visitPostorderNode(Child);
1564       if (PredDep)
1565         Impl.visitPostorderEdge(*PredDep, DFS.getCurr());
1566       if (DFS.isComplete())
1567         break;
1568     }
1569   }
1570   Impl.finalize();
1571 }
1572
1573 /// The root of the given SubtreeID was just scheduled. For all subtrees
1574 /// connected to this tree, record the depth of the connection so that the
1575 /// nearest connected subtrees can be prioritized.
1576 void SchedDFSResult::scheduleTree(unsigned SubtreeID) {
1577   for (SmallVectorImpl<Connection>::const_iterator
1578          I = SubtreeConnections[SubtreeID].begin(),
1579          E = SubtreeConnections[SubtreeID].end(); I != E; ++I) {
1580     SubtreeConnectLevels[I->TreeID] =
1581       std::max(SubtreeConnectLevels[I->TreeID], I->Level);
1582     DEBUG(dbgs() << "  Tree: " << I->TreeID
1583           << " @" << SubtreeConnectLevels[I->TreeID] << '\n');
1584   }
1585 }
1586
1587 LLVM_DUMP_METHOD
1588 void ILPValue::print(raw_ostream &OS) const {
1589   OS << InstrCount << " / " << Length << " = ";
1590   if (!Length)
1591     OS << "BADILP";
1592   else
1593     OS << format("%g", ((double)InstrCount / Length));
1594 }
1595
1596 LLVM_DUMP_METHOD
1597 void ILPValue::dump() const {
1598   dbgs() << *this << '\n';
1599 }
1600
1601 namespace llvm {
1602
1603 LLVM_DUMP_METHOD
1604 raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const ILPValue &Val) {
1605   Val.print(OS);
1606   return OS;
1607 }
1608
1609 } // namespace llvm