Make post regalloc machine licm functional. It now passes all of MultiSource.
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / MachineLICM.cpp
index 9a0fbc29da0bcb8b1ff23b4266f4726ac685a7bc..907a92bb506840290020c1127b141b7036bb6f80 100644 (file)
 // This pass performs loop invariant code motion on machine instructions. We
 // attempt to remove as much code from the body of a loop as possible.
 //
+// This pass does not attempt to throttle itself to limit register pressure.
+// The register allocation phases are expected to perform rematerialization
+// to recover when register pressure is high.
+//
+// This pass is not intended to be a replacement or a complete alternative
+// for the LLVM-IR-level LICM pass. It is only designed to hoist simple
+// constructs that are not exposed before lowering and instruction selection.
+//
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #define DEBUG_TYPE "machine-licm"
-#include "llvm/ADT/IndexedMap.h"
-#include "llvm/ADT/SmallVector.h"
-#include "llvm/ADT/Statistic.h"
-#include "llvm/CodeGen/MachineBasicBlock.h"
+#include "llvm/CodeGen/Passes.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
-#include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineMemOperand.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
-#include "llvm/CodeGen/Passes.h"
-#include "llvm/Support/CFG.h"
-#include "llvm/Support/CommandLine.h"
-#include "llvm/Support/Compiler.h"
-#include "llvm/Support/Debug.h"
-#include "llvm/Target/MRegisterInfo.h"
+#include "llvm/CodeGen/PseudoSourceValue.h"
+#include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
+#include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
+#include "llvm/ADT/DenseMap.h"
+#include "llvm/ADT/SmallSet.h"
+#include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include "llvm/Support/Debug.h"
+#include "llvm/Support/raw_ostream.h"
 
 using namespace llvm;
 
-namespace {
-  // Hidden options to help debugging
-  cl::opt<bool>
-  PerformLICM("machine-licm",
-              cl::init(false), cl::Hidden,
-              cl::desc("Perform loop-invariant code motion on machine code"));
-}
-
 STATISTIC(NumHoisted, "Number of machine instructions hoisted out of loops");
+STATISTIC(NumCSEed,   "Number of hoisted machine instructions CSEed");
+STATISTIC(NumPostRAHoisted,
+          "Number of machine instructions hoisted out of loops post regalloc");
 
 namespace {
-  class VISIBILITY_HIDDEN MachineLICM : public MachineFunctionPass {
+  class MachineLICM : public MachineFunctionPass {
+    bool PreRegAlloc;
+
     const TargetMachine   *TM;
     const TargetInstrInfo *TII;
-    MachineFunction       *CurMF; // Current MachineFunction
+    const TargetRegisterInfo *TRI;
+    const MachineFrameInfo *MFI;
+    MachineRegisterInfo *RegInfo;
 
     // Various analyses that we use...
-    MachineLoopInfo      *LI;   // Current MachineLoopInfo
-    MachineDominatorTree *DT;   // Machine dominator tree for the current Loop
-    MachineRegisterInfo  *RegInfo; // Machine register information
+    AliasAnalysis        *AA;      // Alias analysis info.
+    MachineLoopInfo      *MLI;     // Current MachineLoopInfo
+    MachineDominatorTree *DT;      // Machine dominator tree for the cur loop
 
     // State that is updated as we process loops
-    bool         Changed;       // True if a loop is changed.
-    MachineLoop *CurLoop;       // The current loop we are working on.
+    bool         Changed;          // True if a loop is changed.
+    MachineLoop *CurLoop;          // The current loop we are working on.
+    MachineBasicBlock *CurPreheader; // The preheader for CurLoop.
+
+    BitVector AllocatableSet;
+
+    // For each opcode, keep a list of potentail CSE instructions.
+    DenseMap<unsigned, std::vector<const MachineInstr*> > CSEMap;
 
-    // Map the def of a virtual register to the machine instruction.
-    IndexedMap<const MachineInstr*, VirtReg2IndexFunctor> VRegDefs;
   public:
     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
-    MachineLICM() : MachineFunctionPass((intptr_t)&ID) {}
+    MachineLICM() :
+      MachineFunctionPass(&ID), PreRegAlloc(true) {}
+
+    explicit MachineLICM(bool PreRA) :
+      MachineFunctionPass(&ID), PreRegAlloc(PreRA) {}
 
     virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
 
-    /// FIXME: Loop preheaders?
-    ///
+    const char *getPassName() const { return "Machine Instruction LICM"; }
+
+    // FIXME: Loop preheaders?
     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
       AU.setPreservesCFG();
       AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
       AU.addRequired<MachineDominatorTree>();
+      AU.addRequired<AliasAnalysis>();
+      AU.addPreserved<MachineLoopInfo>();
+      AU.addPreserved<MachineDominatorTree>();
+      MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
     }
-  private:
-    /// VisitAllLoops - Visit all of the loops in depth first order and try to
-    /// hoist invariant instructions from them.
-    /// 
-    void VisitAllLoops(MachineLoop *L) {
-      const std::vector<MachineLoop*> &SubLoops = L->getSubLoops();
 
-      for (MachineLoop::iterator
-             I = SubLoops.begin(), E = SubLoops.end(); I != E; ++I) {
-        MachineLoop *ML = *I;
-
-        // Traverse the body of the loop in depth first order on the dominator
-        // tree so that we are guaranteed to see definitions before we see uses.
-        VisitAllLoops(ML);
-        HoistRegion(DT->getNode(ML->getHeader()));
-      }
-
-      HoistRegion(DT->getNode(L->getHeader()));
+    virtual void releaseMemory() {
+      CSEMap.clear();
     }
 
-    /// MapVirtualRegisterDefs - Create a map of which machine instruction
-    /// defines a virtual register.
-    /// 
-    void MapVirtualRegisterDefs();
-
-    /// IsInSubLoop - A little predicate that returns true if the specified
-    /// basic block is in a subloop of the current one, not the current one
-    /// itself.
-    ///
-    bool IsInSubLoop(MachineBasicBlock *BB) {
-      assert(CurLoop->contains(BB) && "Only valid if BB is IN the loop");
-      return LI->getLoopFor(BB) != CurLoop;
-    }
+  private:
+    /// CandidateInfo - Keep track of information about hoisting candidates.
+    struct CandidateInfo {
+      MachineInstr *MI;
+      int           FI;
+      unsigned      Def;
+      CandidateInfo(MachineInstr *mi, int fi, unsigned def)
+        : MI(mi), FI(fi), Def(def) {}
+    };
+
+    /// HoistRegionPostRA - Walk the specified region of the CFG and hoist loop
+    /// invariants out to the preheader.
+    void HoistRegionPostRA(MachineDomTreeNode *N);
+
+    /// HoistPostRA - When an instruction is found to only use loop invariant
+    /// operands that is safe to hoist, this instruction is called to do the
+    /// dirty work.
+    void HoistPostRA(MachineInstr *MI, unsigned Def);
+
+    /// ProcessMI - Examine the instruction for potentai LICM candidate. Also
+    /// gather register def and frame object update information.
+    void ProcessMI(MachineInstr *MI, unsigned *PhysRegDefs,
+                   SmallSet<int, 32> &StoredFIs,
+                   SmallVector<CandidateInfo, 32> &Candidates);
+
+    /// AddToLiveIns - Add 'Reg' to the livein sets of BBs in the backedge path
+    /// from MBB to LoopHeader (inclusive).
+    void AddToLiveIns(unsigned Reg,
+                      MachineBasicBlock *MBB, MachineBasicBlock *LoopHeader);    
 
     /// IsLoopInvariantInst - Returns true if the instruction is loop
     /// invariant. I.e., all virtual register operands are defined outside of
@@ -113,44 +134,9 @@ namespace {
     /// 
     bool IsLoopInvariantInst(MachineInstr &I);
 
-    /// FindPredecessors - Get all of the predecessors of the loop that are not
-    /// back-edges.
-    /// 
-    void FindPredecessors(std::vector<MachineBasicBlock*> &Preds) {
-      const MachineBasicBlock *Header = CurLoop->getHeader();
-
-      for (MachineBasicBlock::const_pred_iterator
-             I = Header->pred_begin(), E = Header->pred_end(); I != E; ++I)
-        if (!CurLoop->contains(*I))
-          Preds.push_back(*I);
-    }
-
-    /// MoveInstToEndOfBlock - Moves the machine instruction to the bottom of
-    /// the predecessor basic block (but before the terminator instructions).
-    /// 
-    void MoveInstToEndOfBlock(MachineBasicBlock *ToMBB,
-                              MachineBasicBlock *FromMBB,
-                              MachineInstr *MI) {
-      DEBUG({
-          DOUT << "Hoisting " << *MI;
-          if (ToMBB->getBasicBlock())
-            DOUT << " to MachineBasicBlock "
-                 << ToMBB->getBasicBlock()->getName();
-          DOUT << "\n";
-        });
-
-      MachineBasicBlock::iterator WhereIter = ToMBB->getFirstTerminator();
-      MachineBasicBlock::iterator To, From = FromMBB->begin();
-
-      while (&*From != MI)
-        ++From;
-
-      assert(From != FromMBB->end() && "Didn't find instr in BB!");
-
-      To = From;
-      ToMBB->splice(WhereIter, FromMBB, From, ++To);
-      ++NumHoisted;
-    }
+    /// IsProfitableToHoist - Return true if it is potentially profitable to
+    /// hoist the given loop invariant.
+    bool IsProfitableToHoist(MachineInstr &MI);
 
     /// HoistRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all
     /// blocks dominated by the specified block, and that are in the current
@@ -160,79 +146,308 @@ namespace {
     ///
     void HoistRegion(MachineDomTreeNode *N);
 
+    /// isLoadFromConstantMemory - Return true if the given instruction is a
+    /// load from constant memory.
+    bool isLoadFromConstantMemory(MachineInstr *MI);
+
+    /// ExtractHoistableLoad - Unfold a load from the given machineinstr if
+    /// the load itself could be hoisted. Return the unfolded and hoistable
+    /// load, or null if the load couldn't be unfolded or if it wouldn't
+    /// be hoistable.
+    MachineInstr *ExtractHoistableLoad(MachineInstr *MI);
+
+    /// LookForDuplicate - Find an instruction amount PrevMIs that is a
+    /// duplicate of MI. Return this instruction if it's found.
+    const MachineInstr *LookForDuplicate(const MachineInstr *MI,
+                                     std::vector<const MachineInstr*> &PrevMIs);
+
+    /// EliminateCSE - Given a LICM'ed instruction, look for an instruction on
+    /// the preheader that compute the same value. If it's found, do a RAU on
+    /// with the definition of the existing instruction rather than hoisting
+    /// the instruction to the preheader.
+    bool EliminateCSE(MachineInstr *MI,
+           DenseMap<unsigned, std::vector<const MachineInstr*> >::iterator &CI);
+
     /// Hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
     /// that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
     ///
-    void Hoist(MachineInstr &MI);
-  };
+    void Hoist(MachineInstr *MI);
 
-  char MachineLICM::ID = 0;
-  RegisterPass<MachineLICM> X("machine-licm",
-                              "Machine Loop Invariant Code Motion");
+    /// InitCSEMap - Initialize the CSE map with instructions that are in the
+    /// current loop preheader that may become duplicates of instructions that
+    /// are hoisted out of the loop.
+    void InitCSEMap(MachineBasicBlock *BB);
+  };
 } // end anonymous namespace
 
-FunctionPass *llvm::createMachineLICMPass() { return new MachineLICM(); }
+char MachineLICM::ID = 0;
+static RegisterPass<MachineLICM>
+X("machinelicm", "Machine Loop Invariant Code Motion");
+
+FunctionPass *llvm::createMachineLICMPass(bool PreRegAlloc) {
+  return new MachineLICM(PreRegAlloc);
+}
+
+/// LoopIsOuterMostWithPreheader - Test if the given loop is the outer-most
+/// loop that has a preheader.
+static bool LoopIsOuterMostWithPreheader(MachineLoop *CurLoop) {
+  for (MachineLoop *L = CurLoop->getParentLoop(); L; L = L->getParentLoop())
+    if (L->getLoopPreheader())
+      return false;
+  return true;
+}
 
 /// Hoist expressions out of the specified loop. Note, alias info for inner loop
 /// is not preserved so it is not a good idea to run LICM multiple times on one
 /// loop.
 ///
 bool MachineLICM::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
-  if (!PerformLICM) return false; // For debugging.
-
-  DOUT << "******** Machine LICM ********\n";
+  if (PreRegAlloc)
+    DEBUG(dbgs() << "******** Pre-regalloc Machine LICM ********\n");
+  else
+    DEBUG(dbgs() << "******** Post-regalloc Machine LICM ********\n");
 
   Changed = false;
-  CurMF = &MF;
-  TM = &CurMF->getTarget();
+  TM = &MF.getTarget();
   TII = TM->getInstrInfo();
-  RegInfo = new MachineRegisterInfo(*TM->getRegisterInfo());
+  TRI = TM->getRegisterInfo();
+  MFI = MF.getFrameInfo();
+  RegInfo = &MF.getRegInfo();
+  AllocatableSet = TRI->getAllocatableSet(MF);
 
   // Get our Loop information...
-  LI = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
-  DT = &getAnalysis<MachineDominatorTree>();
-
-  MapVirtualRegisterDefs();
+  MLI = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
+  DT  = &getAnalysis<MachineDominatorTree>();
+  AA  = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
 
-  for (MachineLoopInfo::iterator
-         I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I) {
+  for (MachineLoopInfo::iterator I = MLI->begin(), E = MLI->end(); I != E; ++I){
     CurLoop = *I;
 
-    // Visit all of the instructions of the loop. We want to visit the subloops
-    // first, though, so that we can hoist their invariants first into their
-    // containing loop before we process that loop.
-    VisitAllLoops(CurLoop);
+    // If this is done before regalloc, only visit outer-most preheader-sporting
+    // loops.
+    if (PreRegAlloc && !LoopIsOuterMostWithPreheader(CurLoop))
+      continue;
+
+    // Determine the block to which to hoist instructions. If we can't find a
+    // suitable loop preheader, we can't do any hoisting.
+    //
+    // FIXME: We are only hoisting if the basic block coming into this loop
+    // has only one successor. This isn't the case in general because we haven't
+    // broken critical edges or added preheaders.
+    CurPreheader = CurLoop->getLoopPreheader();
+    if (!CurPreheader)
+      continue;
+
+    // CSEMap is initialized for loop header when the first instruction is
+    // being hoisted.
+    MachineDomTreeNode *N = DT->getNode(CurLoop->getHeader());
+    if (!PreRegAlloc)
+      HoistRegionPostRA(N);
+    else {
+      HoistRegion(N);
+      CSEMap.clear();
+    }
   }
 
-  delete RegInfo;
   return Changed;
 }
 
-/// MapVirtualRegisterDefs - Create a map of which machine instruction defines a
-/// virtual register.
-/// 
-void MachineLICM::MapVirtualRegisterDefs() {
-  for (MachineFunction::const_iterator
-         I = CurMF->begin(), E = CurMF->end(); I != E; ++I) {
-    const MachineBasicBlock &MBB = *I;
-
-    for (MachineBasicBlock::const_iterator
-           II = MBB.begin(), IE = MBB.end(); II != IE; ++II) {
-      const MachineInstr &MI = *II;
-
-      for (unsigned i = 0, e = MI.getNumOperands(); i != e; ++i) {
-        const MachineOperand &MO = MI.getOperand(i);
-
-        if (MO.isRegister() && MO.isDef() &&
-            MRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg())) {
-          VRegDefs.grow(MO.getReg());
-          VRegDefs[MO.getReg()] = &MI;
-        }
-      }
+/// InstructionStoresToFI - Return true if instruction stores to the
+/// specified frame.
+static bool InstructionStoresToFI(const MachineInstr *MI, int FI) {
+  for (MachineInstr::mmo_iterator o = MI->memoperands_begin(),
+         oe = MI->memoperands_end(); o != oe; ++o) {
+    if (!(*o)->isStore() || !(*o)->getValue())
+      continue;
+    if (const FixedStackPseudoSourceValue *Value =
+        dyn_cast<const FixedStackPseudoSourceValue>((*o)->getValue())) {
+      if (Value->getFrameIndex() == FI)
+        return true;
+    }
+  }
+  return false;
+}
+
+/// ProcessMI - Examine the instruction for potentai LICM candidate. Also
+/// gather register def and frame object update information.
+void MachineLICM::ProcessMI(MachineInstr *MI,
+                            unsigned *PhysRegDefs,
+                            SmallSet<int, 32> &StoredFIs,
+                            SmallVector<CandidateInfo, 32> &Candidates) {
+  bool RuledOut = false;
+  unsigned Def = 0;
+  for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+    const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
+    if (MO.isFI()) {
+      // Remember if the instruction stores to the frame index.
+      int FI = MO.getIndex();
+      if (!StoredFIs.count(FI) &&
+          MFI->isSpillSlotObjectIndex(FI) &&
+          InstructionStoresToFI(MI, FI))
+        StoredFIs.insert(FI);
+      continue;
+    }
+
+    if (!MO.isReg())
+      continue;
+    unsigned Reg = MO.getReg();
+    if (!Reg)
+      continue;
+    assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg) &&
+           "Not expecting virtual register!");
+
+    if (!MO.isDef())
+      continue;
+
+    if (MO.isImplicit()) {
+      ++PhysRegDefs[Reg];
+      for (const unsigned *AS = TRI->getAliasSet(Reg); *AS; ++AS)
+        ++PhysRegDefs[*AS];
+      if (!MO.isDead())
+        // Non-dead implicit def? This cannot be hoisted.
+        RuledOut = true;
+      // No need to check if a dead implicit def is also defined by
+      // another instruction.
+      continue;
+    }
+
+    // FIXME: For now, avoid instructions with multiple defs, unless
+    // it's a dead implicit def.
+    if (Def)
+      RuledOut = true;
+    else
+      Def = Reg;
+
+    // If we have already seen another instruction that defines the same
+    // register, then this is not safe.
+    if (++PhysRegDefs[Reg] > 1)
+      // MI defined register is seen defined by another instruction in
+      // the loop, it cannot be a LICM candidate.
+      RuledOut = true;
+    for (const unsigned *AS = TRI->getAliasSet(Reg); *AS; ++AS)
+      if (++PhysRegDefs[*AS] > 1)
+        RuledOut = true;
+  }
+
+  // FIXME: Only consider reloads for now. We should be able to handle
+  // remats which does not have register operands.
+  if (Def && !RuledOut) {
+    int FI;
+    if (TII->isLoadFromStackSlot(MI, FI) &&
+        MFI->isSpillSlotObjectIndex(FI))
+      Candidates.push_back(CandidateInfo(MI, FI, Def));
+  }
+}
+
+/// HoistRegionPostRA - Walk the specified region of the CFG and hoist loop
+/// invariants out to the preheader.
+void MachineLICM::HoistRegionPostRA(MachineDomTreeNode *N) {
+  assert(N != 0 && "Null dominator tree node?");
+
+  unsigned NumRegs = TRI->getNumRegs();
+  unsigned *PhysRegDefs = new unsigned[NumRegs];
+  std::fill(PhysRegDefs, PhysRegDefs + NumRegs, 0);
+
+  SmallVector<CandidateInfo, 32> Candidates;
+  SmallSet<int, 32> StoredFIs;
+
+  // Walk the entire region, count number of defs for each register, and
+  // return potential LICM candidates.
+  SmallVector<MachineDomTreeNode*, 8> WorkList;
+  WorkList.push_back(N);
+  do {
+    N = WorkList.pop_back_val();
+    MachineBasicBlock *BB = N->getBlock();
+
+    if (!CurLoop->contains(MLI->getLoopFor(BB)))
+      continue;
+    // Conservatively treat live-in's as an external def.
+    // FIXME: That means a reload that're reused in successor block(s) will not
+    // be LICM'ed.
+    for (MachineBasicBlock::const_livein_iterator I = BB->livein_begin(),
+           E = BB->livein_end(); I != E; ++I) {
+      unsigned Reg = *I;
+      ++PhysRegDefs[Reg];
+      for (const unsigned *AS = TRI->getAliasSet(Reg); *AS; ++AS)
+        ++PhysRegDefs[*AS];
+    }
+
+    for (MachineBasicBlock::iterator
+           MII = BB->begin(), E = BB->end(); MII != E; ++MII) {
+      MachineInstr *MI = &*MII;
+      ProcessMI(MI, PhysRegDefs, StoredFIs, Candidates);
     }
+
+    const std::vector<MachineDomTreeNode*> &Children = N->getChildren();
+    for (unsigned I = 0, E = Children.size(); I != E; ++I)
+      WorkList.push_back(Children[I]);
+  } while (!WorkList.empty());
+
+  // Now evaluate whether the potential candidates qualify.
+  // 1. Check if the candidate defined register is defined by another
+  //    instruction in the loop.
+  // 2. If the candidate is a load from stack slot (always true for now),
+  //    check if the slot is stored anywhere in the loop.
+  for (unsigned i = 0, e = Candidates.size(); i != e; ++i) {
+    if (StoredFIs.count(Candidates[i].FI))
+      continue;
+
+    if (PhysRegDefs[Candidates[i].Def] == 1)
+      HoistPostRA(Candidates[i].MI, Candidates[i].Def);
   }
 }
 
+/// AddToLiveIns - Add register 'Reg' to the livein sets of BBs in the
+/// backedge path from MBB to LoopHeader.
+void MachineLICM::AddToLiveIns(unsigned Reg, MachineBasicBlock *MBB,
+                               MachineBasicBlock *LoopHeader) {
+  SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 4> Visited;
+  SmallVector<MachineBasicBlock*, 4> WorkList;
+  WorkList.push_back(MBB);
+  do {
+    MBB = WorkList.pop_back_val();
+    if (!Visited.insert(MBB))
+      continue;
+    MBB->addLiveIn(Reg);
+    if (MBB == LoopHeader)
+      continue;
+    for (MachineBasicBlock::pred_iterator PI = MBB->pred_begin(),
+           E = MBB->pred_end(); PI != E; ++PI)
+      WorkList.push_back(*PI);
+  } while (!WorkList.empty());
+}
+
+/// HoistPostRA - When an instruction is found to only use loop invariant
+/// operands that is safe to hoist, this instruction is called to do the
+/// dirty work.
+void MachineLICM::HoistPostRA(MachineInstr *MI, unsigned Def) {
+  // Now move the instructions to the predecessor, inserting it before any
+  // terminator instructions.
+  DEBUG({
+      dbgs() << "Hoisting " << *MI;
+      if (CurPreheader->getBasicBlock())
+        dbgs() << " to MachineBasicBlock "
+               << CurPreheader->getName();
+      if (MI->getParent()->getBasicBlock())
+        dbgs() << " from MachineBasicBlock "
+               << MI->getParent()->getName();
+      dbgs() << "\n";
+    });
+
+  // Splice the instruction to the preheader.
+  MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
+  CurPreheader->splice(CurPreheader->getFirstTerminator(), MBB, MI);
+
+  // Add register to livein list to BBs in the path from loop header to original
+  // BB. Note, currently it's not necessary to worry about adding it to all BB's
+  // with uses. Reload that're reused in successor block(s) are not being
+  // hoisted.
+  AddToLiveIns(Def, MBB, CurLoop->getHeader());
+
+  ++NumPostRAHoisted;
+  Changed = true;
+}
+
 /// HoistRegion - Walk the specified region of the CFG (defined by all blocks
 /// dominated by the specified block, and that are in the current loop) in depth
 /// first order w.r.t the DominatorTree. This allows us to visit definitions
@@ -245,21 +460,14 @@ void MachineLICM::HoistRegion(MachineDomTreeNode *N) {
   // If this subregion is not in the top level loop at all, exit.
   if (!CurLoop->contains(BB)) return;
 
-  // Only need to process the contents of this block if it is not part of a
-  // subloop (which would already have been processed).
-  if (!IsInSubLoop(BB))
-    for (MachineBasicBlock::iterator
-           I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ) {
-      MachineInstr &MI = *I++;
-
-      // Try hoisting the instruction out of the loop. We can only do this if
-      // all of the operands of the instruction are loop invariant and if it is
-      // safe to hoist the instruction.
-      Hoist(MI);
-    }
+  for (MachineBasicBlock::iterator
+         MII = BB->begin(), E = BB->end(); MII != E; ) {
+    MachineBasicBlock::iterator NextMII = MII; ++NextMII;
+    Hoist(&*MII);
+    MII = NextMII;
+  }
 
   const std::vector<MachineDomTreeNode*> &Children = N->getChildren();
-
   for (unsigned I = 0, E = Children.size(); I != E; ++I)
     HoistRegion(Children[I]);
 }
@@ -270,88 +478,299 @@ void MachineLICM::HoistRegion(MachineDomTreeNode *N) {
 /// effects that aren't captured by the operands or other flags.
 /// 
 bool MachineLICM::IsLoopInvariantInst(MachineInstr &I) {
-  DEBUG({
-      DOUT << "--- Checking if we can hoist " << I;
-      if (I.getInstrDescriptor()->ImplicitUses) {
-        DOUT << "  * Instruction has implicit uses:\n";
-
-        const MRegisterInfo *MRI = TM->getRegisterInfo();
-        const unsigned *ImpUses = I.getInstrDescriptor()->ImplicitUses;
-
-        for (; *ImpUses; ++ImpUses)
-          DOUT << "      -> " << MRI->getName(*ImpUses) << "\n";
-      }
-
-      if (I.getInstrDescriptor()->ImplicitDefs) {
-        DOUT << "  * Instruction has implicit defines:\n";
-
-        const MRegisterInfo *MRI = TM->getRegisterInfo();
-        const unsigned *ImpDefs = I.getInstrDescriptor()->ImplicitDefs;
-
-        for (; *ImpDefs; ++ImpDefs)
-          DOUT << "      -> " << MRI->getName(*ImpDefs) << "\n";
-      }
-
-      if (TII->hasUnmodelledSideEffects(&I))
-        DOUT << "  * Instruction has side effects.\n";
-    });
+  const TargetInstrDesc &TID = I.getDesc();
+  
+  // Ignore stuff that we obviously can't hoist.
+  if (TID.mayStore() || TID.isCall() || TID.isTerminator() ||
+      TID.hasUnmodeledSideEffects())
+    return false;
+
+  if (TID.mayLoad()) {
+    // Okay, this instruction does a load. As a refinement, we allow the target
+    // to decide whether the loaded value is actually a constant. If so, we can
+    // actually use it as a load.
+    if (!I.isInvariantLoad(AA))
+      // FIXME: we should be able to hoist loads with no other side effects if
+      // there are no other instructions which can change memory in this loop.
+      // This is a trivial form of alias analysis.
+      return false;
+  }
 
-  // The instruction is loop invariant if all of its operands are loop-invariant
+  // The instruction is loop invariant if all of its operands are.
   for (unsigned i = 0, e = I.getNumOperands(); i != e; ++i) {
     const MachineOperand &MO = I.getOperand(i);
 
-    if (!(MO.isRegister() && MO.getReg() && MO.isUse()))
+    if (!MO.isReg())
       continue;
 
     unsigned Reg = MO.getReg();
+    if (Reg == 0) continue;
+
+    // Don't hoist an instruction that uses or defines a physical register.
+    if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg)) {
+      if (MO.isUse()) {
+        // If the physreg has no defs anywhere, it's just an ambient register
+        // and we can freely move its uses. Alternatively, if it's allocatable,
+        // it could get allocated to something with a def during allocation.
+        if (!RegInfo->def_empty(Reg))
+          return false;
+        if (AllocatableSet.test(Reg))
+          return false;
+        // Check for a def among the register's aliases too.
+        for (const unsigned *Alias = TRI->getAliasSet(Reg); *Alias; ++Alias) {
+          unsigned AliasReg = *Alias;
+          if (!RegInfo->def_empty(AliasReg))
+            return false;
+          if (AllocatableSet.test(AliasReg))
+            return false;
+        }
+        // Otherwise it's safe to move.
+        continue;
+      } else if (!MO.isDead()) {
+        // A def that isn't dead. We can't move it.
+        return false;
+      } else if (CurLoop->getHeader()->isLiveIn(Reg)) {
+        // If the reg is live into the loop, we can't hoist an instruction
+        // which would clobber it.
+        return false;
+      }
+    }
 
-    // Don't hoist instructions that access physical registers.
-    if (!MRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
-      return false;
+    if (!MO.isUse())
+      continue;
 
-    assert(RegInfo->getVRegDef(Reg)&&"Machine instr not mapped for this vreg?");
+    assert(RegInfo->getVRegDef(Reg) &&
+           "Machine instr not mapped for this vreg?!");
 
     // If the loop contains the definition of an operand, then the instruction
     // isn't loop invariant.
-    if (CurLoop->contains(RegInfo->getVRegDef(Reg)->getParent()))
+    if (CurLoop->contains(RegInfo->getVRegDef(Reg)))
       return false;
   }
 
-  // Don't hoist something that has unmodelled side effects.
-  if (TII->hasUnmodelledSideEffects(&I)) return false;
-
   // If we got this far, the instruction is loop invariant!
   return true;
 }
 
-/// Hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
-/// that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
-///
-void MachineLICM::Hoist(MachineInstr &MI) {
-  if (!IsLoopInvariantInst(MI)) return;
 
-  std::vector<MachineBasicBlock*> Preds;
+/// HasPHIUses - Return true if the specified register has any PHI use.
+static bool HasPHIUses(unsigned Reg, MachineRegisterInfo *RegInfo) {
+  for (MachineRegisterInfo::use_iterator UI = RegInfo->use_begin(Reg),
+         UE = RegInfo->use_end(); UI != UE; ++UI) {
+    MachineInstr *UseMI = &*UI;
+    if (UseMI->isPHI())
+      return true;
+  }
+  return false;
+}
 
-  // Non-back-edge predecessors.
-  FindPredecessors(Preds);
+/// isLoadFromConstantMemory - Return true if the given instruction is a
+/// load from constant memory. Machine LICM will hoist these even if they are
+/// not re-materializable.
+bool MachineLICM::isLoadFromConstantMemory(MachineInstr *MI) {
+  if (!MI->getDesc().mayLoad()) return false;
+  if (!MI->hasOneMemOperand()) return false;
+  MachineMemOperand *MMO = *MI->memoperands_begin();
+  if (MMO->isVolatile()) return false;
+  if (!MMO->getValue()) return false;
+  const PseudoSourceValue *PSV = dyn_cast<PseudoSourceValue>(MMO->getValue());
+  if (PSV) {
+    MachineFunction &MF = *MI->getParent()->getParent();
+    return PSV->isConstant(MF.getFrameInfo());
+  } else {
+    return AA->pointsToConstantMemory(MMO->getValue());
+  }
+}
 
-  // Either we don't have any predecessors(?!) or we have more than one, which
-  // is forbidden.
-  if (Preds.empty() || Preds.size() != 1) return;
+/// IsProfitableToHoist - Return true if it is potentially profitable to hoist
+/// the given loop invariant.
+bool MachineLICM::IsProfitableToHoist(MachineInstr &MI) {
+  if (MI.isImplicitDef())
+    return false;
+
+  // FIXME: For now, only hoist re-materilizable instructions. LICM will
+  // increase register pressure. We want to make sure it doesn't increase
+  // spilling.
+  // Also hoist loads from constant memory, e.g. load from stubs, GOT. Hoisting
+  // these tend to help performance in low register pressure situation. The
+  // trade off is it may cause spill in high pressure situation. It will end up
+  // adding a store in the loop preheader. But the reload is no more expensive.
+  // The side benefit is these loads are frequently CSE'ed.
+  if (!TII->isTriviallyReMaterializable(&MI, AA)) {
+    if (!isLoadFromConstantMemory(&MI))
+      return false;
+  }
 
-  // Check that the predecessor is qualified to take the hoisted
-  // instruction. I.e., there is only one edge from the predecessor, and it's to
-  // the loop header.
-  MachineBasicBlock *MBB = Preds.front();
+  // If result(s) of this instruction is used by PHIs, then don't hoist it.
+  // The presence of joins makes it difficult for current register allocator
+  // implementation to perform remat.
+  for (unsigned i = 0, e = MI.getNumOperands(); i != e; ++i) {
+    const MachineOperand &MO = MI.getOperand(i);
+    if (!MO.isReg() || !MO.isDef())
+      continue;
+    if (HasPHIUses(MO.getReg(), RegInfo))
+      return false;
+  }
 
-  // FIXME: We are assuming at first that the basic block coming into this loop
-  // has only one successor. This isn't the case in general because we haven't
-  // broken critical edges or added preheaders.
-  if (MBB->succ_size() != 1) return;
-  assert(*MBB->succ_begin() == CurLoop->getHeader() &&
-         "The predecessor doesn't feed directly into the loop header!");
+  return true;
+}
+
+MachineInstr *MachineLICM::ExtractHoistableLoad(MachineInstr *MI) {
+  // If not, we may be able to unfold a load and hoist that.
+  // First test whether the instruction is loading from an amenable
+  // memory location.
+  if (!isLoadFromConstantMemory(MI))
+    return 0;
+
+  // Next determine the register class for a temporary register.
+  unsigned LoadRegIndex;
+  unsigned NewOpc =
+    TII->getOpcodeAfterMemoryUnfold(MI->getOpcode(),
+                                    /*UnfoldLoad=*/true,
+                                    /*UnfoldStore=*/false,
+                                    &LoadRegIndex);
+  if (NewOpc == 0) return 0;
+  const TargetInstrDesc &TID = TII->get(NewOpc);
+  if (TID.getNumDefs() != 1) return 0;
+  const TargetRegisterClass *RC = TID.OpInfo[LoadRegIndex].getRegClass(TRI);
+  // Ok, we're unfolding. Create a temporary register and do the unfold.
+  unsigned Reg = RegInfo->createVirtualRegister(RC);
+
+  MachineFunction &MF = *MI->getParent()->getParent();
+  SmallVector<MachineInstr *, 2> NewMIs;
+  bool Success =
+    TII->unfoldMemoryOperand(MF, MI, Reg,
+                             /*UnfoldLoad=*/true, /*UnfoldStore=*/false,
+                             NewMIs);
+  (void)Success;
+  assert(Success &&
+         "unfoldMemoryOperand failed when getOpcodeAfterMemoryUnfold "
+         "succeeded!");
+  assert(NewMIs.size() == 2 &&
+         "Unfolded a load into multiple instructions!");
+  MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
+  MBB->insert(MI, NewMIs[0]);
+  MBB->insert(MI, NewMIs[1]);
+  // If unfolding produced a load that wasn't loop-invariant or profitable to
+  // hoist, discard the new instructions and bail.
+  if (!IsLoopInvariantInst(*NewMIs[0]) || !IsProfitableToHoist(*NewMIs[0])) {
+    NewMIs[0]->eraseFromParent();
+    NewMIs[1]->eraseFromParent();
+    return 0;
+  }
+  // Otherwise we successfully unfolded a load that we can hoist.
+  MI->eraseFromParent();
+  return NewMIs[0];
+}
+
+void MachineLICM::InitCSEMap(MachineBasicBlock *BB) {
+  for (MachineBasicBlock::iterator I = BB->begin(),E = BB->end(); I != E; ++I) {
+    const MachineInstr *MI = &*I;
+    // FIXME: For now, only hoist re-materilizable instructions. LICM will
+    // increase register pressure. We want to make sure it doesn't increase
+    // spilling.
+    if (TII->isTriviallyReMaterializable(MI, AA)) {
+      unsigned Opcode = MI->getOpcode();
+      DenseMap<unsigned, std::vector<const MachineInstr*> >::iterator
+        CI = CSEMap.find(Opcode);
+      if (CI != CSEMap.end())
+        CI->second.push_back(MI);
+      else {
+        std::vector<const MachineInstr*> CSEMIs;
+        CSEMIs.push_back(MI);
+        CSEMap.insert(std::make_pair(Opcode, CSEMIs));
+      }
+    }
+  }
+}
+
+const MachineInstr*
+MachineLICM::LookForDuplicate(const MachineInstr *MI,
+                              std::vector<const MachineInstr*> &PrevMIs) {
+  for (unsigned i = 0, e = PrevMIs.size(); i != e; ++i) {
+    const MachineInstr *PrevMI = PrevMIs[i];
+    if (TII->produceSameValue(MI, PrevMI))
+      return PrevMI;
+  }
+  return 0;
+}
+
+bool MachineLICM::EliminateCSE(MachineInstr *MI,
+          DenseMap<unsigned, std::vector<const MachineInstr*> >::iterator &CI) {
+  if (CI == CSEMap.end())
+    return false;
+
+  if (const MachineInstr *Dup = LookForDuplicate(MI, CI->second)) {
+    DEBUG(dbgs() << "CSEing " << *MI << " with " << *Dup);
+
+    // Replace virtual registers defined by MI by their counterparts defined
+    // by Dup.
+    for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+      const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
+
+      // Physical registers may not differ here.
+      assert((!MO.isReg() || MO.getReg() == 0 ||
+              !TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(MO.getReg()) ||
+              MO.getReg() == Dup->getOperand(i).getReg()) &&
+             "Instructions with different phys regs are not identical!");
+
+      if (MO.isReg() && MO.isDef() &&
+          !TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(MO.getReg()))
+        RegInfo->replaceRegWith(MO.getReg(), Dup->getOperand(i).getReg());
+    }
+    MI->eraseFromParent();
+    ++NumCSEed;
+    return true;
+  }
+  return false;
+}
+
+/// Hoist - When an instruction is found to use only loop invariant operands
+/// that are safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
+///
+void MachineLICM::Hoist(MachineInstr *MI) {
+  // First check whether we should hoist this instruction.
+  if (!IsLoopInvariantInst(*MI) || !IsProfitableToHoist(*MI)) {
+    // If not, try unfolding a hoistable load.
+    MI = ExtractHoistableLoad(MI);
+    if (!MI) return;
+  }
+
+  // Now move the instructions to the predecessor, inserting it before any
+  // terminator instructions.
+  DEBUG({
+      dbgs() << "Hoisting " << *MI;
+      if (CurPreheader->getBasicBlock())
+        dbgs() << " to MachineBasicBlock "
+               << CurPreheader->getName();
+      if (MI->getParent()->getBasicBlock())
+        dbgs() << " from MachineBasicBlock "
+               << MI->getParent()->getName();
+      dbgs() << "\n";
+    });
+
+  // If this is the first instruction being hoisted to the preheader,
+  // initialize the CSE map with potential common expressions.
+  InitCSEMap(CurPreheader);
+
+  // Look for opportunity to CSE the hoisted instruction.
+  unsigned Opcode = MI->getOpcode();
+  DenseMap<unsigned, std::vector<const MachineInstr*> >::iterator
+    CI = CSEMap.find(Opcode);
+  if (!EliminateCSE(MI, CI)) {
+    // Otherwise, splice the instruction to the preheader.
+    CurPreheader->splice(CurPreheader->getFirstTerminator(),MI->getParent(),MI);
+
+    // Add to the CSE map.
+    if (CI != CSEMap.end())
+      CI->second.push_back(MI);
+    else {
+      std::vector<const MachineInstr*> CSEMIs;
+      CSEMIs.push_back(MI);
+      CSEMap.insert(std::make_pair(Opcode, CSEMIs));
+    }
+  }
 
-  // Now move the instructions to the predecessor.
-  MoveInstToEndOfBlock(MBB, MI.getParent(), &MI);
+  ++NumHoisted;
   Changed = true;
 }