lib/Target/SparcV9/RegAlloc/LiveRangeInfo.cpp

   1 //===-- LiveRangeInfo.cpp -------------------------------------------------===//
   2 //
   3 //  Live range construction for coloring-based register allocation for LLVM.
   4 //
   5 //===----------------------------------------------------------------------===//
   6
   7 #include "llvm/CodeGen/LiveRangeInfo.h"
   8 #include "RegAllocCommon.h"
   9 #include "RegClass.h"
  10 #include "llvm/CodeGen/IGNode.h"
  11 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
  12 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
  13 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  14 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  15 #include "llvm/Function.h"
  16 #include "Support/SetOperations.h"
  17 using std::cerr;
  18
  19 unsigned LiveRange::getRegClassID() const { return getRegClass()->getID(); }
  20
  21 LiveRangeInfo::LiveRangeInfo(const Function *F, const TargetMachine &tm,
  22                              std::vector<RegClass *> &RCL)
  23   : Meth(F), TM(tm), RegClassList(RCL), MRI(tm.getRegInfo()) { }
  24
  25
  26 LiveRangeInfo::~LiveRangeInfo() {
  27   for (LiveRangeMapType::iterator MI = LiveRangeMap.begin();
  28        MI != LiveRangeMap.end(); ++MI) {
  29
  30     if (MI->first && MI->second) {
  31       LiveRange *LR = MI->second;
  32
  33       // we need to be careful in deleting LiveRanges in LiveRangeMap
  34       // since two/more Values in the live range map can point to the same
  35       // live range. We have to make the other entries NULL when we delete
  36       // a live range.
  37
  38       for (LiveRange::iterator LI = LR->begin(); LI != LR->end(); ++LI)
  39         LiveRangeMap[*LI] = 0;
  40
  41       delete LR;
  42     }
  43   }
  44 }
  45
  46
  47 //---------------------------------------------------------------------------
  48 // union two live ranges into one. The 2nd LR is deleted. Used for coalescing.
  49 // Note: the caller must make sure that L1 and L2 are distinct and both
  50 // LRs don't have suggested colors
  51 //---------------------------------------------------------------------------
  52
  53 void LiveRangeInfo::unionAndUpdateLRs(LiveRange *L1, LiveRange *L2) {
  54   assert(L1 != L2 && (!L1->hasSuggestedColor() || !L2->hasSuggestedColor()));
  55   set_union(*L1, *L2);                   // add elements of L2 to L1
  56
  57   for(ValueSet::iterator L2It = L2->begin(); L2It != L2->end(); ++L2It) {
  58     //assert(( L1->getTypeID() == L2->getTypeID()) && "Merge:Different types");
  59
  60     L1->insert(*L2It);                  // add the var in L2 to L1
  61     LiveRangeMap[*L2It] = L1;           // now the elements in L2 should map
  62                                         //to L1
  63   }
  64
  65
  66   // Now if LROfDef(L1) has a suggested color, it will remain.
  67   // But, if LROfUse(L2) has a suggested color, the new range
  68   // must have the same color.
  69
  70   if(L2->hasSuggestedColor())
  71     L1->setSuggestedColor(L2->getSuggestedColor());
  72
  73
  74   if (L2->isCallInterference())
  75     L1->setCallInterference();
  76
  77   // add the spill costs
  78   L1->addSpillCost(L2->getSpillCost());
  79
  80   delete L2;                        // delete L2 as it is no longer needed
  81 }
  82
  83
  84 //---------------------------------------------------------------------------
  85 // Method for creating a single live range for a definition.
  86 // The definition must be represented by a virtual register (a Value).
  87 // Note: this function does *not* check that no live range exists for def.
  88 //---------------------------------------------------------------------------
  89
  90 LiveRange*
  91 LiveRangeInfo::createNewLiveRange(const Value* Def, bool isCC /* = false*/)
  92 {
  93   LiveRange* DefRange = new LiveRange();  // Create a new live range,
  94   DefRange->insert(Def);                  // add Def to it,
  95   LiveRangeMap[Def] = DefRange;           // and update the map.
  96
  97   // set the register class of the new live range
  98   DefRange->setRegClass(RegClassList[MRI.getRegClassIDOfType(Def->getType(),
  99                                                              isCC)]);
 100
 101   if (DEBUG_RA >= RA_DEBUG_LiveRanges) {
 102     cerr << "  Creating a LR for def ";
 103     if (isCC) cerr << " (CC Register!)";
 104     cerr << " : " << RAV(Def) << "\n";
 105   }
 106   return DefRange;
 107 }
 108
 109
 110 LiveRange*
 111 LiveRangeInfo::createOrAddToLiveRange(const Value* Def, bool isCC /* = false*/)
 112 {
 113   LiveRange *DefRange = LiveRangeMap[Def];
 114
 115   // check if the LR is already there (because of multiple defs)
 116   if (!DefRange) {
 117     DefRange = createNewLiveRange(Def, isCC);
 118   } else {                          // live range already exists
 119     DefRange->insert(Def);          // add the operand to the range
 120     LiveRangeMap[Def] = DefRange;   // make operand point to merged set
 121     if (DEBUG_RA >= RA_DEBUG_LiveRanges)
 122       cerr << "   Added to existing LR for def: " << RAV(Def) << "\n";
 123   }
 124   return DefRange;
 125 }
 126
 127
 128 //---------------------------------------------------------------------------
 129 // Method for constructing all live ranges in a function. It creates live
 130 // ranges for all values defined in the instruction stream. Also, it
 131 // creates live ranges for all incoming arguments of the function.
 132 //---------------------------------------------------------------------------
 133 void LiveRangeInfo::constructLiveRanges() {
 134
 135   if (DEBUG_RA >= RA_DEBUG_LiveRanges)
 136     cerr << "Constructing Live Ranges ...\n";
 137
 138   // first find the live ranges for all incoming args of the function since
 139   // those LRs start from the start of the function
 140   for (Function::const_aiterator AI = Meth->abegin(); AI != Meth->aend(); ++AI)
 141     createNewLiveRange(AI, /*isCC*/ false);
 142
 143   // Now suggest hardware registers for these function args
 144   MRI.suggestRegs4MethodArgs(Meth, *this);
 145
 146   // Now create LRs for machine instructions.  A new LR will be created
 147   // only for defs in the machine instr since, we assume that all Values are
 148   // defined before they are used. However, there can be multiple defs for
 149   // the same Value in machine instructions.
 150   //
 151   // Also, find CALL and RETURN instructions, which need extra work.
 152   //
 153   MachineFunction &MF = MachineFunction::get(Meth);
 154   for (MachineFunction::iterator BBI = MF.begin(); BBI != MF.end(); ++BBI) {
 155     MachineBasicBlock &MBB = *BBI;
 156
 157     // iterate over all the machine instructions in BB
 158     for(MachineBasicBlock::iterator MInstIterator = MBB.begin();
 159         MInstIterator != MBB.end(); ++MInstIterator) {
 160       MachineInstr *MInst = *MInstIterator;
 161
 162       // If the machine instruction is a  call/return instruction, add it to
 163       // CallRetInstrList for processing its args, ret value, and ret addr.
 164       //
 165       if(TM.getInstrInfo().isReturn(MInst->getOpCode()) ||
 166          TM.getInstrInfo().isCall(MInst->getOpCode()))
 167         CallRetInstrList.push_back(MInst);
 168
 169       // iterate over explicit MI operands and create a new LR
 170       // for each operand that is defined by the instruction
 171       for (MachineInstr::val_op_iterator OpI = MInst->begin(),
 172              OpE = MInst->end(); OpI != OpE; ++OpI)
 173         if (OpI.isDefOnly() || OpI.isDefAndUse()) {
 174           const Value *Def = *OpI;
 175           bool isCC = (OpI.getMachineOperand().getType()
 176                        == MachineOperand::MO_CCRegister);
 177           createOrAddToLiveRange(Def, isCC);
 178         }
 179
 180       // iterate over implicit MI operands and create a new LR
 181       // for each operand that is defined by the instruction
 182       for (unsigned i = 0; i < MInst->getNumImplicitRefs(); ++i)
 183         if (MInst->getImplicitOp(i).opIsDefOnly() ||
 184             MInst->getImplicitOp(i).opIsDefAndUse()) {
 185           const Value *Def = MInst->getImplicitRef(i);
 186           createOrAddToLiveRange(Def, /*isCC*/ false);
 187         }
 188
 189     } // for all machine instructions in the BB
 190
 191   } // for all BBs in function
 192
 193   // Now we have to suggest clors for call and return arg live ranges.
 194   // Also, if there are implicit defs (e.g., retun value of a call inst)
 195   // they must be added to the live range list
 196   //
 197   suggestRegs4CallRets();
 198
 199   if( DEBUG_RA >= RA_DEBUG_LiveRanges)
 200     cerr << "Initial Live Ranges constructed!\n";
 201 }
 202
 203
 204 //---------------------------------------------------------------------------
 205 // If some live ranges must be colored with specific hardware registers
 206 // (e.g., for outgoing call args), suggesting of colors for such live
 207 // ranges is done using target specific function. Those functions are called
 208 // from this function. The target specific methods must:
 209 //    1) suggest colors for call and return args.
 210 //    2) create new LRs for implicit defs in machine instructions
 211 //---------------------------------------------------------------------------
 212 void LiveRangeInfo::suggestRegs4CallRets() {
 213   std::vector<MachineInstr*>::iterator It = CallRetInstrList.begin();
 214   for( ; It != CallRetInstrList.end(); ++It) {
 215     MachineInstr *MInst = *It;
 216     MachineOpCode OpCode = MInst->getOpCode();
 217
 218     if ((TM.getInstrInfo()).isReturn(OpCode))
 219       MRI.suggestReg4RetValue(MInst, *this);
 220     else if ((TM.getInstrInfo()).isCall(OpCode))
 221       MRI.suggestRegs4CallArgs(MInst, *this);
 222     else
 223       assert( 0 && "Non call/ret instr in CallRetInstrList" );
 224   }
 225 }
 226
 227
 228 //--------------------------------------------------------------------------
 229 // The following method coalesces live ranges when possible. This method
 230 // must be called after the interference graph has been constructed.
 231
 232
 233 /* Algorithm:
 234    for each BB in function
 235      for each machine instruction (inst)
 236        for each definition (def) in inst
 237          for each operand (op) of inst that is a use
 238            if the def and op are of the same register type
 239              if the def and op do not interfere //i.e., not simultaneously live
 240                if (degree(LR of def) + degree(LR of op)) <= # avail regs
 241                  if both LRs do not have suggested colors
 242                     merge2IGNodes(def, op) // i.e., merge 2 LRs
 243
 244 */
 245 //---------------------------------------------------------------------------
 246 void LiveRangeInfo::coalesceLRs()
 247 {
 248   if(DEBUG_RA >= RA_DEBUG_LiveRanges)
 249     cerr << "\nCoalescing LRs ...\n";
 250
 251   MachineFunction &MF = MachineFunction::get(Meth);
 252   for (MachineFunction::iterator BBI = MF.begin(); BBI != MF.end(); ++BBI) {
 253     MachineBasicBlock &MBB = *BBI;
 254
 255     // iterate over all the machine instructions in BB
 256     for(MachineBasicBlock::iterator MII = MBB.begin(); MII != MBB.end(); ++MII){
 257       const MachineInstr *MI = *MII;
 258
 259       if( DEBUG_RA >= RA_DEBUG_LiveRanges) {
 260         cerr << " *Iterating over machine instr ";
 261         MI->dump();
 262         cerr << "\n";
 263       }
 264
 265       // iterate over  MI operands to find defs
 266       for(MachineInstr::const_val_op_iterator DefI = MI->begin(),
 267             DefE = MI->end(); DefI != DefE; ++DefI) {
 268         if (DefI.isDefOnly() || DefI.isDefAndUse()) { // this operand is modified
 269           LiveRange *LROfDef = getLiveRangeForValue( *DefI );
 270           RegClass *RCOfDef = LROfDef->getRegClass();
 271
 272           MachineInstr::const_val_op_iterator UseI = MI->begin(),
 273             UseE = MI->end();
 274           for( ; UseI != UseE; ++UseI) { // for all uses
 275             LiveRange *LROfUse = getLiveRangeForValue( *UseI );
 276             if (!LROfUse) {             // if LR of use is not found
 277               //don't warn about labels
 278               if (!isa<BasicBlock>(*UseI) && DEBUG_RA >= RA_DEBUG_LiveRanges)
 279                 cerr << " !! Warning: No LR for use " << RAV(*UseI) << "\n";
 280               continue;                 // ignore and continue
 281             }
 282
 283             if (LROfUse == LROfDef)     // nothing to merge if they are same
 284               continue;
 285
 286             if (MRI.getRegType(LROfDef) == MRI.getRegType(LROfUse)) {
 287               // If the two RegTypes are the same
 288               if (!RCOfDef->getInterference(LROfDef, LROfUse) ) {
 289
 290                 unsigned CombinedDegree =
 291                   LROfDef->getUserIGNode()->getNumOfNeighbors() +
 292                   LROfUse->getUserIGNode()->getNumOfNeighbors();
 293
 294                 if (CombinedDegree > RCOfDef->getNumOfAvailRegs()) {
 295                   // get more precise estimate of combined degree
 296                   CombinedDegree = LROfDef->getUserIGNode()->
 297                     getCombinedDegree(LROfUse->getUserIGNode());
 298                 }
 299
 300                 if (CombinedDegree <= RCOfDef->getNumOfAvailRegs()) {
 301                   // if both LRs do not have suggested colors
 302                   if (!(LROfDef->hasSuggestedColor() &&
 303                         LROfUse->hasSuggestedColor())) {
 304
 305                     RCOfDef->mergeIGNodesOfLRs(LROfDef, LROfUse);
 306                     unionAndUpdateLRs(LROfDef, LROfUse);
 307                   }
 308
 309                 } // if combined degree is less than # of regs
 310               } // if def and use do not interfere
 311             }// if reg classes are the same
 312           } // for all uses
 313         } // if def
 314       } // for all defs
 315     } // for all machine instructions
 316   } // for all BBs
 317
 318   if (DEBUG_RA >= RA_DEBUG_LiveRanges)
 319     cerr << "\nCoalescing Done!\n";
 320 }
 321
 322
 323
 324
 325
 326 /*--------------------------- Debug code for printing ---------------*/
 327
 328
 329 void LiveRangeInfo::printLiveRanges() {
 330   LiveRangeMapType::iterator HMI = LiveRangeMap.begin();   // hash map iterator
 331   cerr << "\nPrinting Live Ranges from Hash Map:\n";
 332   for( ; HMI != LiveRangeMap.end(); ++HMI) {
 333     if (HMI->first && HMI->second) {
 334       cerr << " Value* " << RAV(HMI->first) << "\t: ";
 335       if (IGNode* igNode = HMI->second->getUserIGNode())
 336         cerr << "LR# " << igNode->getIndex();
 337       else
 338         cerr << "LR# " << "<no-IGNode>";
 339       cerr << "\t:Values = "; printSet(*HMI->second); cerr << "\n";
 340     }
 341   }
 342 }