lib/Target/R600/SIInsertWaits.cpp

   1 //===-- SILowerControlFlow.cpp - Use predicates for control flow ----------===//
   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 /// \file
  11 /// \brief Insert wait instructions for memory reads and writes.
  12 ///
  13 /// Memory reads and writes are issued asynchronously, so we need to insert
  14 /// S_WAITCNT instructions when we want to access any of their results or
  15 /// overwrite any register that's used asynchronously.
  16 //
  17 //===----------------------------------------------------------------------===//
  18
  19 #include "AMDGPU.h"
  20 #include "SIInstrInfo.h"
  21 #include "SIMachineFunctionInfo.h"
  22 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
  23 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
  24 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
  25 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
  26
  27 using namespace llvm;
  28
  29 namespace {
  30
  31 /// \brief One variable for each of the hardware counters
  32 typedef union {
  33   struct {
  34     unsigned VM;
  35     unsigned EXP;
  36     unsigned LGKM;
  37   } Named;
  38   unsigned Array[3];
  39
  40 } Counters;
  41
  42 typedef Counters RegCounters[512];
  43 typedef std::pair<unsigned, unsigned> RegInterval;
  44
  45 class SIInsertWaits : public MachineFunctionPass {
  46
  47 private:
  48   static char ID;
  49   const SIInstrInfo *TII;
  50   const SIRegisterInfo *TRI;
  51   const MachineRegisterInfo *MRI;
  52
  53   /// \brief Constant hardware limits
  54   static const Counters WaitCounts;
  55
  56   /// \brief Constant zero value
  57   static const Counters ZeroCounts;
  58
  59   /// \brief Counter values we have already waited on.
  60   Counters WaitedOn;
  61
  62   /// \brief Counter values for last instruction issued.
  63   Counters LastIssued;
  64
  65   /// \brief Registers used by async instructions.
  66   RegCounters UsedRegs;
  67
  68   /// \brief Registers defined by async instructions.
  69   RegCounters DefinedRegs;
  70
  71   /// \brief Different export instruction types seen since last wait.
  72   unsigned ExpInstrTypesSeen;
  73
  74   /// \brief Get increment/decrement amount for this instruction.
  75   Counters getHwCounts(MachineInstr &MI);
  76
  77   /// \brief Is operand relevant for async execution?
  78   bool isOpRelevant(MachineOperand &Op);
  79
  80   /// \brief Get register interval an operand affects.
  81   RegInterval getRegInterval(MachineOperand &Op);
  82
  83   /// \brief Handle instructions async components
  84   void pushInstruction(MachineInstr &MI);
  85
  86   /// \brief Insert the actual wait instruction
  87   bool insertWait(MachineBasicBlock &MBB,
  88                   MachineBasicBlock::iterator I,
  89                   const Counters &Counts);
  90
  91   /// \brief Do we need def2def checks?
  92   bool unorderedDefines(MachineInstr &MI);
  93
  94   /// \brief Resolve all operand dependencies to counter requirements
  95   Counters handleOperands(MachineInstr &MI);
  96
  97 public:
  98   SIInsertWaits(TargetMachine &tm) :
  99     MachineFunctionPass(ID),
 100     TII(0),
 101     TRI(0),
 102     ExpInstrTypesSeen(0) { }
 103
 104   virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
 105
 106   const char *getPassName() const {
 107     return "SI insert wait  instructions";
 108   }
 109
 110 };
 111
 112 } // End anonymous namespace
 113
 114 char SIInsertWaits::ID = 0;
 115
 116 const Counters SIInsertWaits::WaitCounts = { { 15, 7, 7 } };
 117 const Counters SIInsertWaits::ZeroCounts = { { 0, 0, 0 } };
 118
 119 FunctionPass *llvm::createSIInsertWaits(TargetMachine &tm) {
 120   return new SIInsertWaits(tm);
 121 }
 122
 123 Counters SIInsertWaits::getHwCounts(MachineInstr &MI) {
 124
 125   uint64_t TSFlags = TII->get(MI.getOpcode()).TSFlags;
 126   Counters Result;
 127
 128   Result.Named.VM = !!(TSFlags & SIInstrFlags::VM_CNT);
 129
 130   // Only consider stores or EXP for EXP_CNT
 131   Result.Named.EXP = !!(TSFlags & SIInstrFlags::EXP_CNT &&
 132       (MI.getOpcode() == AMDGPU::EXP || MI.getDesc().mayStore()));
 133
 134   // LGKM may uses larger values
 135   if (TSFlags & SIInstrFlags::LGKM_CNT) {
 136
 137     const MachineOperand &Op = MI.getOperand(0);
 138     assert(Op.isReg() && "First LGKM operand must be a register!");
 139
 140     unsigned Reg = Op.getReg();
 141     unsigned Size = TRI->getMinimalPhysRegClass(Reg)->getSize();
 142     Result.Named.LGKM = Size > 4 ? 2 : 1;
 143
 144   } else {
 145     Result.Named.LGKM = 0;
 146   }
 147
 148   return Result;
 149 }
 150
 151 bool SIInsertWaits::isOpRelevant(MachineOperand &Op) {
 152
 153   // Constants are always irrelevant
 154   if (!Op.isReg())
 155     return false;
 156
 157   // Defines are always relevant
 158   if (Op.isDef())
 159     return true;
 160
 161   // For exports all registers are relevant
 162   MachineInstr &MI = *Op.getParent();
 163   if (MI.getOpcode() == AMDGPU::EXP)
 164     return true;
 165
 166   // For stores the stored value is also relevant
 167   if (!MI.getDesc().mayStore())
 168     return false;
 169
 170   for (MachineInstr::mop_iterator I = MI.operands_begin(),
 171        E = MI.operands_end(); I != E; ++I) {
 172
 173     if (I->isReg() && I->isUse())
 174       return Op.isIdenticalTo(*I);
 175   }
 176
 177   return false;
 178 }
 179
 180 RegInterval SIInsertWaits::getRegInterval(MachineOperand &Op) {
 181
 182   if (!Op.isReg())
 183     return std::make_pair(0, 0);
 184
 185   unsigned Reg = Op.getReg();
 186   unsigned Size = TRI->getMinimalPhysRegClass(Reg)->getSize();
 187
 188   assert(Size >= 4);
 189
 190   RegInterval Result;
 191   Result.first = TRI->getEncodingValue(Reg);
 192   Result.second = Result.first + Size / 4;
 193
 194   return Result;
 195 }
 196
 197 void SIInsertWaits::pushInstruction(MachineInstr &MI) {
 198
 199   // Get the hardware counter increments and sum them up
 200   Counters Increment = getHwCounts(MI);
 201   unsigned Sum = 0;
 202
 203   for (unsigned i = 0; i < 3; ++i) {
 204     LastIssued.Array[i] += Increment.Array[i];
 205     Sum += Increment.Array[i];
 206   }
 207
 208   // If we don't increase anything then that's it
 209   if (Sum == 0)
 210     return;
 211
 212   // Remember which export instructions we have seen
 213   if (Increment.Named.EXP) {
 214     ExpInstrTypesSeen |= MI.getOpcode() == AMDGPU::EXP ? 1 : 2;
 215   }
 216
 217   for (unsigned i = 0, e = MI.getNumOperands(); i != e; ++i) {
 218
 219     MachineOperand &Op = MI.getOperand(i);
 220     if (!isOpRelevant(Op))
 221       continue;
 222
 223     RegInterval Interval = getRegInterval(Op);
 224     for (unsigned j = Interval.first; j < Interval.second; ++j) {
 225
 226       // Remember which registers we define
 227       if (Op.isDef())
 228         DefinedRegs[j] = LastIssued;
 229
 230       // and which one we are using
 231       if (Op.isUse())
 232         UsedRegs[j] = LastIssued;
 233     }
 234   }
 235 }
 236
 237 bool SIInsertWaits::insertWait(MachineBasicBlock &MBB,
 238                                MachineBasicBlock::iterator I,
 239                                const Counters &Required) {
 240
 241   // End of program? No need to wait on anything
 242   if (I != MBB.end() && I->getOpcode() == AMDGPU::S_ENDPGM)
 243     return false;
 244
 245   // Figure out if the async instructions execute in order
 246   bool Ordered[3];
 247
 248   // VM_CNT is always ordered
 249   Ordered[0] = true;
 250
 251   // EXP_CNT is unordered if we have both EXP & VM-writes
 252   Ordered[1] = ExpInstrTypesSeen == 3;
 253
 254   // LGKM_CNT is handled as always unordered. TODO: Handle LDS and GDS
 255   Ordered[2] = false;
 256
 257   // The values we are going to put into the S_WAITCNT instruction
 258   Counters Counts = WaitCounts;
 259
 260   // Do we really need to wait?
 261   bool NeedWait = false;
 262
 263   for (unsigned i = 0; i < 3; ++i) {
 264
 265     if (Required.Array[i] <= WaitedOn.Array[i])
 266       continue;
 267
 268     NeedWait = true;
 269
 270     if (Ordered[i]) {
 271       unsigned Value = LastIssued.Array[i] - Required.Array[i];
 272
 273       // adjust the value to the real hardware posibilities
 274       Counts.Array[i] = std::min(Value, WaitCounts.Array[i]);
 275
 276     } else
 277       Counts.Array[i] = 0;
 278
 279     // Remember on what we have waited on
 280     WaitedOn.Array[i] = LastIssued.Array[i] - Counts.Array[i];
 281   }
 282
 283   if (!NeedWait)
 284     return false;
 285
 286   // Reset EXP_CNT instruction types
 287   if (Counts.Named.EXP == 0)
 288     ExpInstrTypesSeen = 0;
 289
 290   // Build the wait instruction
 291   BuildMI(MBB, I, DebugLoc(), TII->get(AMDGPU::S_WAITCNT))
 292           .addImm((Counts.Named.VM & 0xF) |
 293                   ((Counts.Named.EXP & 0x7) << 4) |
 294                   ((Counts.Named.LGKM & 0x7) << 8));
 295
 296   return true;
 297 }
 298
 299 /// \brief helper function for handleOperands
 300 static void increaseCounters(Counters &Dst, const Counters &Src) {
 301
 302   for (unsigned i = 0; i < 3; ++i)
 303     Dst.Array[i] = std::max(Dst.Array[i], Src.Array[i]);
 304 }
 305
 306 Counters SIInsertWaits::handleOperands(MachineInstr &MI) {
 307
 308   Counters Result = ZeroCounts;
 309
 310   // For each register affected by this
 311   // instruction increase the result sequence
 312   for (unsigned i = 0, e = MI.getNumOperands(); i != e; ++i) {
 313
 314     MachineOperand &Op = MI.getOperand(i);
 315     RegInterval Interval = getRegInterval(Op);
 316     for (unsigned j = Interval.first; j < Interval.second; ++j) {
 317
 318       if (Op.isDef()) {
 319         increaseCounters(Result, UsedRegs[j]);
 320         increaseCounters(Result, DefinedRegs[j]);
 321       }
 322
 323       if (Op.isUse())
 324         increaseCounters(Result, DefinedRegs[j]);
 325     }
 326   }
 327
 328   return Result;
 329 }
 330
 331 bool SIInsertWaits::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
 332   bool Changes = false;
 333
 334   TII = static_cast<const SIInstrInfo*>(MF.getTarget().getInstrInfo());
 335   TRI = static_cast<const SIRegisterInfo*>(MF.getTarget().getRegisterInfo());
 336
 337   MRI = &MF.getRegInfo();
 338
 339   WaitedOn = ZeroCounts;
 340   LastIssued = ZeroCounts;
 341
 342   memset(&UsedRegs, 0, sizeof(UsedRegs));
 343   memset(&DefinedRegs, 0, sizeof(DefinedRegs));
 344
 345   for (MachineFunction::iterator BI = MF.begin(), BE = MF.end();
 346        BI != BE; ++BI) {
 347
 348     MachineBasicBlock &MBB = *BI;
 349     for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB.begin(), E = MBB.end();
 350          I != E; ++I) {
 351
 352       Changes |= insertWait(MBB, I, handleOperands(*I));
 353       pushInstruction(*I);
 354     }
 355
 356     // Wait for everything at the end of the MBB
 357     Changes |= insertWait(MBB, MBB.getFirstTerminator(), LastIssued);
 358   }
 359
 360   return Changes;
 361 }