lib/CodeGen/Spiller.cpp

   1 //===-- llvm/CodeGen/Spiller.cpp -  Spiller -------------------------------===//
   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 #define DEBUG_TYPE "spiller"
  11
  12 #include "Spiller.h"
  13 #include "VirtRegMap.h"
  14 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
  15 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
  16 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
  17 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
  18 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
  19 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
  20 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  21 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  22 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  23 #include "llvm/Support/Debug.h"
  24 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  25 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  26 #include <set>
  27
  28 using namespace llvm;
  29
  30 namespace {
  31   enum SpillerName { trivial, standard, splitting, inline_ };
  32 }
  33
  34 static cl::opt<SpillerName>
  35 spillerOpt("spiller",
  36            cl::desc("Spiller to use: (default: standard)"),
  37            cl::Prefix,
  38            cl::values(clEnumVal(trivial,   "trivial spiller"),
  39                       clEnumVal(standard,  "default spiller"),
  40                       clEnumVal(splitting, "splitting spiller"),
  41                       clEnumValN(inline_,  "inline", "inline spiller"),
  42                       clEnumValEnd),
  43            cl::init(standard));
  44
  45 // Spiller virtual destructor implementation.
  46 Spiller::~Spiller() {}
  47
  48 namespace {
  49
  50 /// Utility class for spillers.
  51 class SpillerBase : public Spiller {
  52 protected:
  53   MachineFunctionPass *pass;
  54   MachineFunction *mf;
  55   VirtRegMap *vrm;
  56   LiveIntervals *lis;
  57   MachineFrameInfo *mfi;
  58   MachineRegisterInfo *mri;
  59   const TargetInstrInfo *tii;
  60   const TargetRegisterInfo *tri;
  61
  62   /// Construct a spiller base.
  63   SpillerBase(MachineFunctionPass &pass, MachineFunction &mf, VirtRegMap &vrm)
  64     : pass(&pass), mf(&mf), vrm(&vrm)
  65   {
  66     lis = &pass.getAnalysis<LiveIntervals>();
  67     mfi = mf.getFrameInfo();
  68     mri = &mf.getRegInfo();
  69     tii = mf.getTarget().getInstrInfo();
  70     tri = mf.getTarget().getRegisterInfo();
  71   }
  72
  73   /// Add spill ranges for every use/def of the live interval, inserting loads
  74   /// immediately before each use, and stores after each def. No folding or
  75   /// remat is attempted.
  76   void trivialSpillEverywhere(LiveInterval *li,
  77                               SmallVectorImpl<LiveInterval*> &newIntervals) {
  78     DEBUG(dbgs() << "Spilling everywhere " << *li << "\n");
  79
  80     assert(li->weight != HUGE_VALF &&
  81            "Attempting to spill already spilled value.");
  82
  83     assert(!li->isStackSlot() &&
  84            "Trying to spill a stack slot.");
  85
  86     DEBUG(dbgs() << "Trivial spill everywhere of reg" << li->reg << "\n");
  87
  88     const TargetRegisterClass *trc = mri->getRegClass(li->reg);
  89     unsigned ss = vrm->assignVirt2StackSlot(li->reg);
  90
  91     // Iterate over reg uses/defs.
  92     for (MachineRegisterInfo::reg_iterator
  93          regItr = mri->reg_begin(li->reg); regItr != mri->reg_end();) {
  94
  95       // Grab the use/def instr.
  96       MachineInstr *mi = &*regItr;
  97
  98       DEBUG(dbgs() << "  Processing " << *mi);
  99
 100       // Step regItr to the next use/def instr.
 101       do {
 102         ++regItr;
 103       } while (regItr != mri->reg_end() && (&*regItr == mi));
 104
 105       // Collect uses & defs for this instr.
 106       SmallVector<unsigned, 2> indices;
 107       bool hasUse = false;
 108       bool hasDef = false;
 109       for (unsigned i = 0; i != mi->getNumOperands(); ++i) {
 110         MachineOperand &op = mi->getOperand(i);
 111         if (!op.isReg() || op.getReg() != li->reg)
 112           continue;
 113         hasUse |= mi->getOperand(i).isUse();
 114         hasDef |= mi->getOperand(i).isDef();
 115         indices.push_back(i);
 116       }
 117
 118       // Create a new vreg & interval for this instr.
 119       unsigned newVReg = mri->createVirtualRegister(trc);
 120       vrm->grow();
 121       vrm->assignVirt2StackSlot(newVReg, ss);
 122       LiveInterval *newLI = &lis->getOrCreateInterval(newVReg);
 123       newLI->weight = HUGE_VALF;
 124
 125       // Update the reg operands & kill flags.
 126       for (unsigned i = 0; i < indices.size(); ++i) {
 127         unsigned mopIdx = indices[i];
 128         MachineOperand &mop = mi->getOperand(mopIdx);
 129         mop.setReg(newVReg);
 130         if (mop.isUse() && !mi->isRegTiedToDefOperand(mopIdx)) {
 131           mop.setIsKill(true);
 132         }
 133       }
 134       assert(hasUse || hasDef);
 135
 136       // Insert reload if necessary.
 137       MachineBasicBlock::iterator miItr(mi);
 138       if (hasUse) {
 139         tii->loadRegFromStackSlot(*mi->getParent(), miItr, newVReg, ss, trc,
 140                                   tri);
 141         MachineInstr *loadInstr(prior(miItr));
 142         SlotIndex loadIndex =
 143           lis->InsertMachineInstrInMaps(loadInstr).getDefIndex();
 144         vrm->addSpillSlotUse(ss, loadInstr);
 145         SlotIndex endIndex = loadIndex.getNextIndex();
 146         VNInfo *loadVNI =
 147           newLI->getNextValue(loadIndex, 0, true, lis->getVNInfoAllocator());
 148         newLI->addRange(LiveRange(loadIndex, endIndex, loadVNI));
 149       }
 150
 151       // Insert store if necessary.
 152       if (hasDef) {
 153         tii->storeRegToStackSlot(*mi->getParent(), llvm::next(miItr), newVReg,
 154                                  true, ss, trc, tri);
 155         MachineInstr *storeInstr(llvm::next(miItr));
 156         SlotIndex storeIndex =
 157           lis->InsertMachineInstrInMaps(storeInstr).getDefIndex();
 158         vrm->addSpillSlotUse(ss, storeInstr);
 159         SlotIndex beginIndex = storeIndex.getPrevIndex();
 160         VNInfo *storeVNI =
 161           newLI->getNextValue(beginIndex, 0, true, lis->getVNInfoAllocator());
 162         newLI->addRange(LiveRange(beginIndex, storeIndex, storeVNI));
 163       }
 164
 165       newIntervals.push_back(newLI);
 166     }
 167   }
 168 };
 169
 170 } // end anonymous namespace
 171
 172 namespace {
 173
 174 /// Spills any live range using the spill-everywhere method with no attempt at
 175 /// folding.
 176 class TrivialSpiller : public SpillerBase {
 177 public:
 178
 179   TrivialSpiller(MachineFunctionPass &pass, MachineFunction &mf,
 180                  VirtRegMap &vrm)
 181     : SpillerBase(pass, mf, vrm) {}
 182
 183   void spill(LiveInterval *li,
 184              SmallVectorImpl<LiveInterval*> &newIntervals,
 185              SmallVectorImpl<LiveInterval*> &) {
 186     // Ignore spillIs - we don't use it.
 187     trivialSpillEverywhere(li, newIntervals);
 188   }
 189 };
 190
 191 } // end anonymous namespace
 192
 193 namespace {
 194
 195 /// Falls back on LiveIntervals::addIntervalsForSpills.
 196 class StandardSpiller : public Spiller {
 197 protected:
 198   LiveIntervals *lis;
 199   MachineLoopInfo *loopInfo;
 200   VirtRegMap *vrm;
 201 public:
 202   StandardSpiller(MachineFunctionPass &pass, MachineFunction &mf,
 203                   VirtRegMap &vrm)
 204     : lis(&pass.getAnalysis<LiveIntervals>()),
 205       loopInfo(pass.getAnalysisIfAvailable<MachineLoopInfo>()),
 206       vrm(&vrm) {}
 207
 208   /// Falls back on LiveIntervals::addIntervalsForSpills.
 209   void spill(LiveInterval *li,
 210              SmallVectorImpl<LiveInterval*> &newIntervals,
 211              SmallVectorImpl<LiveInterval*> &spillIs) {
 212     std::vector<LiveInterval*> added =
 213       lis->addIntervalsForSpills(*li, spillIs, loopInfo, *vrm);
 214     newIntervals.insert(newIntervals.end(), added.begin(), added.end());
 215   }
 216 };
 217
 218 } // end anonymous namespace
 219
 220 namespace {
 221
 222 /// When a call to spill is placed this spiller will first try to break the
 223 /// interval up into its component values (one new interval per value).
 224 /// If this fails, or if a call is placed to spill a previously split interval
 225 /// then the spiller falls back on the standard spilling mechanism.
 226 class SplittingSpiller : public StandardSpiller {
 227 public:
 228   SplittingSpiller(MachineFunctionPass &pass, MachineFunction &mf,
 229                    VirtRegMap &vrm)
 230     : StandardSpiller(pass, mf, vrm) {
 231     mri = &mf.getRegInfo();
 232     tii = mf.getTarget().getInstrInfo();
 233     tri = mf.getTarget().getRegisterInfo();
 234   }
 235
 236   void spill(LiveInterval *li,
 237              SmallVectorImpl<LiveInterval*> &newIntervals,
 238              SmallVectorImpl<LiveInterval*> &spillIs) {
 239     if (worthTryingToSplit(li))
 240       tryVNISplit(li);
 241     else
 242       StandardSpiller::spill(li, newIntervals, spillIs);
 243   }
 244
 245 private:
 246
 247   MachineRegisterInfo *mri;
 248   const TargetInstrInfo *tii;
 249   const TargetRegisterInfo *tri;
 250   DenseSet<LiveInterval*> alreadySplit;
 251
 252   bool worthTryingToSplit(LiveInterval *li) const {
 253     return (!alreadySplit.count(li) && li->getNumValNums() > 1);
 254   }
 255
 256   /// Try to break a LiveInterval into its component values.
 257   std::vector<LiveInterval*> tryVNISplit(LiveInterval *li) {
 258
 259     DEBUG(dbgs() << "Trying VNI split of %reg" << *li << "\n");
 260
 261     std::vector<LiveInterval*> added;
 262     SmallVector<VNInfo*, 4> vnis;
 263
 264     std::copy(li->vni_begin(), li->vni_end(), std::back_inserter(vnis));
 265
 266     for (SmallVectorImpl<VNInfo*>::iterator vniItr = vnis.begin(),
 267          vniEnd = vnis.end(); vniItr != vniEnd; ++vniItr) {
 268       VNInfo *vni = *vniItr;
 269
 270       // Skip unused VNIs.
 271       if (vni->isUnused())
 272         continue;
 273
 274       DEBUG(dbgs() << "  Extracted Val #" << vni->id << " as ");
 275       LiveInterval *splitInterval = extractVNI(li, vni);
 276
 277       if (splitInterval != 0) {
 278         DEBUG(dbgs() << *splitInterval << "\n");
 279         added.push_back(splitInterval);
 280         alreadySplit.insert(splitInterval);
 281       } else {
 282         DEBUG(dbgs() << "0\n");
 283       }
 284     }
 285
 286     DEBUG(dbgs() << "Original LI: " << *li << "\n");
 287
 288     // If there original interval still contains some live ranges
 289     // add it to added and alreadySplit.
 290     if (!li->empty()) {
 291       added.push_back(li);
 292       alreadySplit.insert(li);
 293     }
 294
 295     return added;
 296   }
 297
 298   /// Extract the given value number from the interval.
 299   LiveInterval* extractVNI(LiveInterval *li, VNInfo *vni) const {
 300     assert(vni->isDefAccurate() || vni->isPHIDef());
 301
 302     // Create a new vreg and live interval, copy VNI ranges over.
 303     const TargetRegisterClass *trc = mri->getRegClass(li->reg);
 304     unsigned newVReg = mri->createVirtualRegister(trc);
 305     vrm->grow();
 306     LiveInterval *newLI = &lis->getOrCreateInterval(newVReg);
 307     VNInfo *newVNI = newLI->createValueCopy(vni, lis->getVNInfoAllocator());
 308
 309     // Start by copying all live ranges in the VN to the new interval.
 310     for (LiveInterval::iterator rItr = li->begin(), rEnd = li->end();
 311          rItr != rEnd; ++rItr) {
 312       if (rItr->valno == vni) {
 313         newLI->addRange(LiveRange(rItr->start, rItr->end, newVNI));
 314       }
 315     }
 316
 317     // Erase the old VNI & ranges.
 318     li->removeValNo(vni);
 319
 320     // Collect all current uses of the register belonging to the given VNI.
 321     // We'll use this to rename the register after we've dealt with the def.
 322     std::set<MachineInstr*> uses;
 323     for (MachineRegisterInfo::use_iterator
 324          useItr = mri->use_begin(li->reg), useEnd = mri->use_end();
 325          useItr != useEnd; ++useItr) {
 326       uses.insert(&*useItr);
 327     }
 328
 329     // Process the def instruction for this VNI.
 330     if (newVNI->isPHIDef()) {
 331       // Insert a copy at the start of the MBB. The range proceeding the
 332       // copy will be attached to the original LiveInterval.
 333       MachineBasicBlock *defMBB = lis->getMBBFromIndex(newVNI->def);
 334       MachineInstr *copyMI = BuildMI(*defMBB, defMBB->begin(), DebugLoc(),
 335                                      tii->get(TargetOpcode::COPY), newVReg)
 336                                .addReg(li->reg, RegState::Kill);
 337       SlotIndex copyIdx = lis->InsertMachineInstrInMaps(copyMI);
 338       VNInfo *phiDefVNI = li->getNextValue(lis->getMBBStartIdx(defMBB),
 339                                            0, false, lis->getVNInfoAllocator());
 340       phiDefVNI->setIsPHIDef(true);
 341       li->addRange(LiveRange(phiDefVNI->def, copyIdx.getDefIndex(), phiDefVNI));
 342       LiveRange *oldPHIDefRange =
 343         newLI->getLiveRangeContaining(lis->getMBBStartIdx(defMBB));
 344
 345       // If the old phi def starts in the middle of the range chop it up.
 346       if (oldPHIDefRange->start < lis->getMBBStartIdx(defMBB)) {
 347         LiveRange oldPHIDefRange2(copyIdx.getDefIndex(), oldPHIDefRange->end,
 348                                   oldPHIDefRange->valno);
 349         oldPHIDefRange->end = lis->getMBBStartIdx(defMBB);
 350         newLI->addRange(oldPHIDefRange2);
 351       } else if (oldPHIDefRange->start == lis->getMBBStartIdx(defMBB)) {
 352         // Otherwise if it's at the start of the range just trim it.
 353         oldPHIDefRange->start = copyIdx.getDefIndex();
 354       } else {
 355         assert(false && "PHI def range doesn't cover PHI def?");
 356       }
 357
 358       newVNI->def = copyIdx.getDefIndex();
 359       newVNI->setCopy(copyMI);
 360       newVNI->setIsPHIDef(false); // not a PHI def anymore.
 361       newVNI->setIsDefAccurate(true);
 362     } else {
 363       // non-PHI def. Rename the def. If it's two-addr that means renaming the
 364       // use and inserting a new copy too.
 365       MachineInstr *defInst = lis->getInstructionFromIndex(newVNI->def);
 366       // We'll rename this now, so we can remove it from uses.
 367       uses.erase(defInst);
 368       unsigned defOpIdx = defInst->findRegisterDefOperandIdx(li->reg);
 369       bool isTwoAddr = defInst->isRegTiedToUseOperand(defOpIdx),
 370         twoAddrUseIsUndef = false;
 371
 372       for (unsigned i = 0; i < defInst->getNumOperands(); ++i) {
 373         MachineOperand &mo = defInst->getOperand(i);
 374         if (mo.isReg() && (mo.isDef() || isTwoAddr) && (mo.getReg()==li->reg)) {
 375           mo.setReg(newVReg);
 376           if (isTwoAddr && mo.isUse() && mo.isUndef())
 377             twoAddrUseIsUndef = true;
 378         }
 379       }
 380
 381       SlotIndex defIdx = lis->getInstructionIndex(defInst);
 382       newVNI->def = defIdx.getDefIndex();
 383
 384       if (isTwoAddr && !twoAddrUseIsUndef) {
 385         MachineBasicBlock *defMBB = defInst->getParent();
 386         MachineInstr *copyMI = BuildMI(*defMBB, defInst, DebugLoc(),
 387                                        tii->get(TargetOpcode::COPY), newVReg)
 388                                  .addReg(li->reg, RegState::Kill);
 389         SlotIndex copyIdx = lis->InsertMachineInstrInMaps(copyMI);
 390         LiveRange *origUseRange =
 391           li->getLiveRangeContaining(newVNI->def.getUseIndex());
 392         origUseRange->end = copyIdx.getDefIndex();
 393         VNInfo *copyVNI = newLI->getNextValue(copyIdx.getDefIndex(), copyMI,
 394                                               true, lis->getVNInfoAllocator());
 395         LiveRange copyRange(copyIdx.getDefIndex(),defIdx.getDefIndex(),copyVNI);
 396         newLI->addRange(copyRange);
 397       }
 398     }
 399
 400     for (std::set<MachineInstr*>::iterator
 401          usesItr = uses.begin(), usesEnd = uses.end();
 402          usesItr != usesEnd; ++usesItr) {
 403       MachineInstr *useInst = *usesItr;
 404       SlotIndex useIdx = lis->getInstructionIndex(useInst);
 405       LiveRange *useRange =
 406         newLI->getLiveRangeContaining(useIdx.getUseIndex());
 407
 408       // If this use doesn't belong to the new interval skip it.
 409       if (useRange == 0)
 410         continue;
 411
 412       // This use doesn't belong to the VNI, skip it.
 413       if (useRange->valno != newVNI)
 414         continue;
 415
 416       // Check if this instr is two address.
 417       unsigned useOpIdx = useInst->findRegisterUseOperandIdx(li->reg);
 418       bool isTwoAddress = useInst->isRegTiedToDefOperand(useOpIdx);
 419
 420       // Rename uses (and defs for two-address instrs).
 421       for (unsigned i = 0; i < useInst->getNumOperands(); ++i) {
 422         MachineOperand &mo = useInst->getOperand(i);
 423         if (mo.isReg() && (mo.isUse() || isTwoAddress) &&
 424             (mo.getReg() == li->reg)) {
 425           mo.setReg(newVReg);
 426         }
 427       }
 428
 429       // If this is a two address instruction we've got some extra work to do.
 430       if (isTwoAddress) {
 431         // We modified the def operand, so we need to copy back to the original
 432         // reg.
 433         MachineBasicBlock *useMBB = useInst->getParent();
 434         MachineBasicBlock::iterator useItr(useInst);
 435         MachineInstr *copyMI = BuildMI(*useMBB, llvm::next(useItr), DebugLoc(),
 436                                        tii->get(TargetOpcode::COPY), newVReg)
 437                                  .addReg(li->reg, RegState::Kill);
 438         SlotIndex copyIdx = lis->InsertMachineInstrInMaps(copyMI);
 439
 440         // Change the old two-address defined range & vni to start at
 441         // (and be defined by) the copy.
 442         LiveRange *origDefRange =
 443           li->getLiveRangeContaining(useIdx.getDefIndex());
 444         origDefRange->start = copyIdx.getDefIndex();
 445         origDefRange->valno->def = copyIdx.getDefIndex();
 446         origDefRange->valno->setCopy(copyMI);
 447
 448         // Insert a new range & vni for the two-address-to-copy value. This
 449         // will be attached to the new live interval.
 450         VNInfo *copyVNI =
 451           newLI->getNextValue(useIdx.getDefIndex(), 0, true,
 452                               lis->getVNInfoAllocator());
 453         LiveRange copyRange(useIdx.getDefIndex(),copyIdx.getDefIndex(),copyVNI);
 454         newLI->addRange(copyRange);
 455       }
 456     }
 457
 458     // Iterate over any PHI kills - we'll need to insert new copies for them.
 459     for (LiveInterval::iterator LRI = newLI->begin(), LRE = newLI->end();
 460          LRI != LRE; ++LRI) {
 461       if (LRI->valno != newVNI || LRI->end.isPHI())
 462         continue;
 463       SlotIndex killIdx = LRI->end;
 464       MachineBasicBlock *killMBB = lis->getMBBFromIndex(killIdx);
 465       MachineInstr *copyMI = BuildMI(*killMBB, killMBB->getFirstTerminator(),
 466                                      DebugLoc(), tii->get(TargetOpcode::COPY),
 467                                      li->reg)
 468                                .addReg(newVReg, RegState::Kill);
 469       SlotIndex copyIdx = lis->InsertMachineInstrInMaps(copyMI);
 470
 471       // Save the current end. We may need it to add a new range if the
 472       // current range runs of the end of the MBB.
 473       SlotIndex newKillRangeEnd = LRI->end;
 474       LRI->end = copyIdx.getDefIndex();
 475
 476       if (newKillRangeEnd != lis->getMBBEndIdx(killMBB)) {
 477         assert(newKillRangeEnd > lis->getMBBEndIdx(killMBB) &&
 478                "PHI kill range doesn't reach kill-block end. Not sane.");
 479         newLI->addRange(LiveRange(lis->getMBBEndIdx(killMBB),
 480                                   newKillRangeEnd, newVNI));
 481       }
 482
 483       VNInfo *newKillVNI = li->getNextValue(copyIdx.getDefIndex(),
 484                                             copyMI, true,
 485                                             lis->getVNInfoAllocator());
 486       newKillVNI->setHasPHIKill(true);
 487       li->addRange(LiveRange(copyIdx.getDefIndex(),
 488                              lis->getMBBEndIdx(killMBB),
 489                              newKillVNI));
 490     }
 491     newVNI->setHasPHIKill(false);
 492
 493     return newLI;
 494   }
 495
 496 };
 497
 498 } // end anonymous namespace
 499
 500
 501 namespace llvm {
 502 Spiller *createInlineSpiller(MachineFunctionPass &pass,
 503                              MachineFunction &mf,
 504                              VirtRegMap &vrm);
 505 }
 506
 507 llvm::Spiller* llvm::createSpiller(MachineFunctionPass &pass,
 508                                    MachineFunction &mf,
 509                                    VirtRegMap &vrm) {
 510   switch (spillerOpt) {
 511   default: assert(0 && "unknown spiller");
 512   case trivial: return new TrivialSpiller(pass, mf, vrm);
 513   case standard: return new StandardSpiller(pass, mf, vrm);
 514   case splitting: return new SplittingSpiller(pass, mf, vrm);
 515   case inline_: return createInlineSpiller(pass, mf, vrm);
 516   }
 517 }