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[oota-llvm.git] / include / llvm / Target / TargetInstrItineraries.h
index 1a5f46b1500ff8de43fe89a3bbda00dce216770b..6011402d9e49b85adb696c88bf33c00c87384620 100644 (file)
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
-// This file describes the structures used for instruction itineraries and
-// states.  This is used by schedulers to determine instruction states and
-// latencies.
+// This file describes the structures used for instruction
+// itineraries, stages, and operand reads/writes.  This is used by
+// schedulers to determine instruction stages and latencies.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #ifndef LLVM_TARGET_TARGETINSTRITINERARIES_H
 #define LLVM_TARGET_TARGETINSTRITINERARIES_H
 
+#include <algorithm>
+
 namespace llvm {
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
-/// Instruction stage - These values represent a step in the execution of an
-/// instruction.  The latency represents the number of discrete time slots used
-/// need to complete the stage.  Units represent the choice of functional units
-/// that can be used to complete the stage.  Eg. IntUnit1, IntUnit2.
+/// Instruction stage - These values represent a non-pipelined step in
+/// the execution of an instruction.  Cycles represents the number of
+/// discrete time slots needed to complete the stage.  Units represent
+/// the choice of functional units that can be used to complete the
+/// stage.  Eg. IntUnit1, IntUnit2. NextCycles indicates how many
+/// cycles should elapse from the start of this stage to the start of
+/// the next stage in the itinerary. A value of -1 indicates that the
+/// next stage should start immediately after the current one.
+/// For example:
+///
+///   { 1, x, -1 }
+///      indicates that the stage occupies FU x for 1 cycle and that
+///      the next stage starts immediately after this one.
+///
+///   { 2, x|y, 1 }
+///      indicates that the stage occupies either FU x or FU y for 2
+///      consecuative cycles and that the next stage starts one cycle
+///      after this stage starts. That is, the stage requirements
+///      overlap in time.
 ///
+///   { 1, x, 0 }
+///      indicates that the stage occupies FU x for 1 cycle and that
+///      the next stage starts in this same cycle. This can be used to
+///      indicate that the instruction requires multiple stages at the
+///      same time.
+///
+/// FU reservation can be of two different kinds:
+///  - FUs which instruction actually requires
+///  - FUs which instruction just reserves. Reserved unit is not available for
+///    execution of other instruction. However, several instructions can reserve
+///    the same unit several times.
+/// Such two types of units reservation is used to model instruction domain
+/// change stalls, FUs using the same resource (e.g. same register file), etc.
+
 struct InstrStage {
-  unsigned Cycles;  ///< Length of stage in machine cycles
-  unsigned Units;   ///< Choice of functional units
+  enum ReservationKinds {
+    Required = 0,
+    Reserved = 1
+  };
+
+  unsigned Cycles_;  ///< Length of stage in machine cycles
+  unsigned Units_;   ///< Choice of functional units
+  int NextCycles_;   ///< Number of machine cycles to next stage
+  ReservationKinds Kind_; ///< Kind of the FU reservation
+
+  /// getCycles - returns the number of cycles the stage is occupied
+  unsigned getCycles() const {
+    return Cycles_;
+  }
+
+  /// getUnits - returns the choice of FUs
+  unsigned getUnits() const {
+    return Units_;
+  }
+
+  ReservationKinds getReservationKind() const {
+    return Kind_;
+  }
+
+  /// getNextCycles - returns the number of cycles from the start of
+  /// this stage to the start of the next stage in the itinerary
+  unsigned getNextCycles() const {
+    return (NextCycles_ >= 0) ? (unsigned)NextCycles_ : Cycles_;
+  }
 };
 
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
-/// Instruction itinerary - An itinerary represents a sequential series of steps
-/// required to complete an instruction.  Itineraries are represented as
-/// sequences of instruction stages.
+/// Instruction itinerary - An itinerary represents the scheduling
+/// information for an instruction. This includes a set of stages
+/// occupies by the instruction, and the pipeline cycle in which
+/// operands are read and written.
 ///
 struct InstrItinerary {
-  unsigned First;    ///< Index of first stage in itinerary
-  unsigned Last;     ///< Index of last + 1 stage in itinerary
+  unsigned NumMicroOps;        ///< # of micro-ops, 0 means it's variable
+  unsigned FirstStage;         ///< Index of first stage in itinerary
+  unsigned LastStage;          ///< Index of last + 1 stage in itinerary
+  unsigned FirstOperandCycle;  ///< Index of first operand rd/wr
+  unsigned LastOperandCycle;   ///< Index of last + 1 operand rd/wr
 };
 
 
-
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 /// Instruction itinerary Data - Itinerary data supplied by a subtarget to be
 /// used by a target.
 ///
-struct InstrItineraryData {
+class InstrItineraryData {
+public:
   const InstrStage     *Stages;         ///< Array of stages selected
-  const InstrItinerary *Itineratries;   ///< Array of itineraries selected
+  const unsigned       *OperandCycles;  ///< Array of operand cycles selected
+  const unsigned       *Forwardings;    ///< Array of pipeline forwarding pathes
+  const InstrItinerary *Itineraries;    ///< Array of itineraries selected
+  unsigned              IssueWidth;     ///< Max issue per cycle. 0=Unknown.
 
   /// Ctors.
   ///
-  InstrItineraryData() : Stages(0), Itineratries(0) {}
-  InstrItineraryData(const InstrStage *S, const InstrItinerary *I)
-    : Stages(S), Itineratries(I) {}
-  
+  InstrItineraryData() : Stages(0), OperandCycles(0), Forwardings(0),
+                         Itineraries(0), IssueWidth(0) {}
+
+  InstrItineraryData(const InstrStage *S, const unsigned *OS,
+                     const unsigned *F, const InstrItinerary *I)
+    : Stages(S), OperandCycles(OS), Forwardings(F), Itineraries(I),
+      IssueWidth(0) {}
+
   /// isEmpty - Returns true if there are no itineraries.
   ///
-  bool isEmpty() const { return Itineratries == 0; }
-  
-  /// begin - Return the first stage of the itinerary.
-  /// 
-  const InstrStage *begin(unsigned ItinClassIndx) const {
-    unsigned StageIdx = Itineratries[ItinClassIndx].First;
+  bool isEmpty() const { return Itineraries == 0; }
+
+  /// isEndMarker - Returns true if the index is for the end marker
+  /// itinerary.
+  ///
+  bool isEndMarker(unsigned ItinClassIndx) const {
+    return ((Itineraries[ItinClassIndx].FirstStage == ~0U) &&
+            (Itineraries[ItinClassIndx].LastStage == ~0U));
+  }
+
+  /// beginStage - Return the first stage of the itinerary.
+  ///
+  const InstrStage *beginStage(unsigned ItinClassIndx) const {
+    unsigned StageIdx = Itineraries[ItinClassIndx].FirstStage;
     return Stages + StageIdx;
   }
 
-  /// end - Return the last+1 stage of the itinerary.
-  /// 
-  const InstrStage *end(unsigned ItinClassIndx) const {
-    unsigned StageIdx = Itineratries[ItinClassIndx].Last;
+  /// endStage - Return the last+1 stage of the itinerary.
+  ///
+  const InstrStage *endStage(unsigned ItinClassIndx) const {
+    unsigned StageIdx = Itineraries[ItinClassIndx].LastStage;
     return Stages + StageIdx;
   }
+
+  /// getStageLatency - Return the total stage latency of the given
+  /// class.  The latency is the maximum completion time for any stage
+  /// in the itinerary.
+  ///
+  unsigned getStageLatency(unsigned ItinClassIndx) const {
+    // If the target doesn't provide itinerary information, use a simple
+    // non-zero default value for all instructions.  Some target's provide a
+    // dummy (Generic) itinerary which should be handled as if it's itinerary is
+    // empty. We identify this by looking for a reference to stage zero (invalid
+    // stage). This is different from beginStage == endState != 0, which could
+    // be used for zero-latency pseudo ops.
+    if (isEmpty() || Itineraries[ItinClassIndx].FirstStage == 0)
+      return 1;
+
+    // Calculate the maximum completion time for any stage.
+    unsigned Latency = 0, StartCycle = 0;
+    for (const InstrStage *IS = beginStage(ItinClassIndx),
+           *E = endStage(ItinClassIndx); IS != E; ++IS) {
+      Latency = std::max(Latency, StartCycle + IS->getCycles());
+      StartCycle += IS->getNextCycles();
+    }
+
+    return Latency;
+  }
+
+  /// getOperandCycle - Return the cycle for the given class and
+  /// operand. Return -1 if no cycle is specified for the operand.
+  ///
+  int getOperandCycle(unsigned ItinClassIndx, unsigned OperandIdx) const {
+    if (isEmpty())
+      return -1;
+
+    unsigned FirstIdx = Itineraries[ItinClassIndx].FirstOperandCycle;
+    unsigned LastIdx = Itineraries[ItinClassIndx].LastOperandCycle;
+    if ((FirstIdx + OperandIdx) >= LastIdx)
+      return -1;
+
+    return (int)OperandCycles[FirstIdx + OperandIdx];
+  }
+
+  /// hasPipelineForwarding - Return true if there is a pipeline forwarding
+  /// between instructions of itinerary classes DefClass and UseClasses so that
+  /// value produced by an instruction of itinerary class DefClass, operand
+  /// index DefIdx can be bypassed when it's read by an instruction of
+  /// itinerary class UseClass, operand index UseIdx.
+  bool hasPipelineForwarding(unsigned DefClass, unsigned DefIdx,
+                             unsigned UseClass, unsigned UseIdx) const {
+    unsigned FirstDefIdx = Itineraries[DefClass].FirstOperandCycle;
+    unsigned LastDefIdx = Itineraries[DefClass].LastOperandCycle;
+    if ((FirstDefIdx + DefIdx) >= LastDefIdx)
+      return false;
+    if (Forwardings[FirstDefIdx + DefIdx] == 0)
+      return false;
+
+    unsigned FirstUseIdx = Itineraries[UseClass].FirstOperandCycle;
+    unsigned LastUseIdx = Itineraries[UseClass].LastOperandCycle;
+    if ((FirstUseIdx + UseIdx) >= LastUseIdx)
+      return false;
+
+    return Forwardings[FirstDefIdx + DefIdx] ==
+      Forwardings[FirstUseIdx + UseIdx];
+  }
+
+  /// getOperandLatency - Compute and return the use operand latency of a given
+  /// itinerary class and operand index if the value is produced by an
+  /// instruction of the specified itinerary class and def operand index.
+  int getOperandLatency(unsigned DefClass, unsigned DefIdx,
+                        unsigned UseClass, unsigned UseIdx) const {
+    if (isEmpty())
+      return -1;
+
+    int DefCycle = getOperandCycle(DefClass, DefIdx);
+    if (DefCycle == -1)
+      return -1;
+
+    int UseCycle = getOperandCycle(UseClass, UseIdx);
+    if (UseCycle == -1)
+      return -1;
+
+    UseCycle = DefCycle - UseCycle + 1;
+    if (UseCycle > 0 &&
+        hasPipelineForwarding(DefClass, DefIdx, UseClass, UseIdx))
+      // FIXME: This assumes one cycle benefit for every pipeline forwarding.
+      --UseCycle;
+    return UseCycle;
+  }
+
+  /// isMicroCoded - Return true if the instructions in the given class decode
+  /// to more than one micro-ops.
+  bool isMicroCoded(unsigned ItinClassIndx) const {
+    if (isEmpty())
+      return false;
+    return Itineraries[ItinClassIndx].NumMicroOps != 1;
+  }
 };