REG_SEQUENCE expansion to COPY instructions wasn't taking account of sub register...
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / TwoAddressInstructionPass.cpp
index 892ec623cc65e27959ab985200a88b80524589a9..8f260800cc5285b3500d5e5431a52ad04ecc3cf7 100644 (file)
 #include "llvm/CodeGen/LiveVariables.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
+#include "llvm/MC/MCInstrItineraries.h"
 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
@@ -55,14 +57,18 @@ STATISTIC(NumConvertedTo3Addr, "Number of instructions promoted to 3-address");
 STATISTIC(Num3AddrSunk,        "Number of 3-address instructions sunk");
 STATISTIC(NumReMats,           "Number of instructions re-materialized");
 STATISTIC(NumDeletes,          "Number of dead instructions deleted");
+STATISTIC(NumReSchedUps,       "Number of instructions re-scheduled up");
+STATISTIC(NumReSchedDowns,     "Number of instructions re-scheduled down");
 
 namespace {
   class TwoAddressInstructionPass : public MachineFunctionPass {
     const TargetInstrInfo *TII;
     const TargetRegisterInfo *TRI;
+    const InstrItineraryData *InstrItins;
     MachineRegisterInfo *MRI;
     LiveVariables *LV;
     AliasAnalysis *AA;
+    CodeGenOpt::Level OptLevel;
 
     // DistanceMap - Keep track the distance of a MI from the start of the
     // current basic block.
@@ -104,12 +110,12 @@ namespace {
                             MachineFunction::iterator &mbbi,
                             unsigned RegB, unsigned RegC, unsigned Dist);
 
-    bool isProfitableToConv3Addr(unsigned RegA);
+    bool isProfitableToConv3Addr(unsigned RegA, unsigned RegB);
 
     bool ConvertInstTo3Addr(MachineBasicBlock::iterator &mi,
                             MachineBasicBlock::iterator &nmi,
                             MachineFunction::iterator &mbbi,
-                            unsigned RegB, unsigned Dist);
+                            unsigned RegA, unsigned RegB, unsigned Dist);
 
     typedef std::pair<std::pair<unsigned, bool>, MachineInstr*> NewKill;
     bool canUpdateDeletedKills(SmallVector<unsigned, 4> &Kills,
@@ -119,11 +125,27 @@ namespace {
                            MachineBasicBlock::iterator &nmi,
                            MachineFunction::iterator &mbbi, unsigned Dist);
 
+    bool isDefTooClose(unsigned Reg, unsigned Dist,
+                       MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB);
+
+    bool RescheduleMIBelowKill(MachineBasicBlock *MBB,
+                               MachineBasicBlock::iterator &mi,
+                               MachineBasicBlock::iterator &nmi,
+                               unsigned Reg);
+    bool RescheduleKillAboveMI(MachineBasicBlock *MBB,
+                               MachineBasicBlock::iterator &mi,
+                               MachineBasicBlock::iterator &nmi,
+                               unsigned Reg);
+
     bool TryInstructionTransform(MachineBasicBlock::iterator &mi,
                                  MachineBasicBlock::iterator &nmi,
                                  MachineFunction::iterator &mbbi,
                                  unsigned SrcIdx, unsigned DstIdx,
-                                 unsigned Dist);
+                                 unsigned Dist,
+                                 SmallPtrSet<MachineInstr*, 8> &Processed);
+
+    void ScanUses(unsigned DstReg, MachineBasicBlock *MBB,
+                  SmallPtrSet<MachineInstr*, 8> &Processed);
 
     void ProcessCopy(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
                      SmallPtrSet<MachineInstr*, 8> &Processed);
@@ -137,7 +159,9 @@ namespace {
 
   public:
     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
-    TwoAddressInstructionPass() : MachineFunctionPass(&ID) {}
+    TwoAddressInstructionPass() : MachineFunctionPass(ID) {
+      initializeTwoAddressInstructionPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+    }
 
     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
       AU.setPreservesCFG();
@@ -145,10 +169,6 @@ namespace {
       AU.addPreserved<LiveVariables>();
       AU.addPreservedID(MachineLoopInfoID);
       AU.addPreservedID(MachineDominatorsID);
-      if (StrongPHIElim)
-        AU.addPreservedID(StrongPHIEliminationID);
-      else
-        AU.addPreservedID(PHIEliminationID);
       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
     }
 
@@ -158,10 +178,13 @@ namespace {
 }
 
 char TwoAddressInstructionPass::ID = 0;
-static RegisterPass<TwoAddressInstructionPass>
-X("twoaddressinstruction", "Two-Address instruction pass");
+INITIALIZE_PASS_BEGIN(TwoAddressInstructionPass, "twoaddressinstruction",
+                "Two-Address instruction pass", false, false)
+INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
+INITIALIZE_PASS_END(TwoAddressInstructionPass, "twoaddressinstruction",
+                "Two-Address instruction pass", false, false)
 
-const PassInfo *const llvm::TwoAddressInstructionPassID = &X;
+char &llvm::TwoAddressInstructionPassID = TwoAddressInstructionPass::ID;
 
 /// Sink3AddrInstruction - A two-address instruction has been converted to a
 /// three-address instruction to avoid clobbering a register. Try to sink it
@@ -170,6 +193,10 @@ const PassInfo *const llvm::TwoAddressInstructionPassID = &X;
 bool TwoAddressInstructionPass::Sink3AddrInstruction(MachineBasicBlock *MBB,
                                            MachineInstr *MI, unsigned SavedReg,
                                            MachineBasicBlock::iterator OldPos) {
+  // FIXME: Shouldn't we be trying to do this before we three-addressify the
+  // instruction?  After this transformation is done, we no longer need
+  // the instruction to be in three-address form.
+
   // Check if it's safe to move this instruction.
   bool SeenStore = true; // Be conservative.
   if (!MI->isSafeToMove(TII, AA, SeenStore))
@@ -210,12 +237,16 @@ bool TwoAddressInstructionPass::Sink3AddrInstruction(MachineBasicBlock *MBB,
     break;
   }
 
-  if (!KillMI || KillMI->getParent() != MBB || KillMI == MI)
+  // If we find the instruction that kills SavedReg, and it is in an
+  // appropriate location, we can try to sink the current instruction
+  // past it.
+  if (!KillMI || KillMI->getParent() != MBB || KillMI == MI ||
+      KillMI->isTerminator())
     return false;
 
   // If any of the definitions are used by another instruction between the
   // position and the kill use, then it's not safe to sink it.
-  // 
+  //
   // FIXME: This can be sped up if there is an easy way to query whether an
   // instruction is before or after another instruction. Then we can use
   // MachineRegisterInfo def / use instead.
@@ -258,7 +289,7 @@ bool TwoAddressInstructionPass::Sink3AddrInstruction(MachineBasicBlock *MBB,
   KillMO->setIsKill(false);
   KillMO = MI->findRegisterUseOperand(SavedReg, false, TRI);
   KillMO->setIsKill(true);
-  
+
   if (LV)
     LV->replaceKillInstruction(SavedReg, KillMI, MI);
 
@@ -273,8 +304,8 @@ bool TwoAddressInstructionPass::Sink3AddrInstruction(MachineBasicBlock *MBB,
 /// isTwoAddrUse - Return true if the specified MI is using the specified
 /// register as a two-address operand.
 static bool isTwoAddrUse(MachineInstr *UseMI, unsigned Reg) {
-  const TargetInstrDesc &TID = UseMI->getDesc();
-  for (unsigned i = 0, e = TID.getNumOperands(); i != e; ++i) {
+  const MCInstrDesc &MCID = UseMI->getDesc();
+  for (unsigned i = 0, e = MCID.getNumOperands(); i != e; ++i) {
     MachineOperand &MO = UseMI->getOperand(i);
     if (MO.isReg() && MO.getReg() == Reg &&
         (MO.isDef() || UseMI->isRegTiedToDefOperand(i)))
@@ -304,7 +335,7 @@ TwoAddressInstructionPass::isProfitableToReMat(unsigned Reg,
         continue;  // Current use.
       OtherUse = true;
       // There is at least one other use in the MBB that will clobber the
-      // register. 
+      // register.
       if (isTwoAddrUse(UseMI, Reg))
         return true;
     }
@@ -379,26 +410,18 @@ static bool isCopyToReg(MachineInstr &MI, const TargetInstrInfo *TII,
                         bool &IsSrcPhys, bool &IsDstPhys) {
   SrcReg = 0;
   DstReg = 0;
-  unsigned SrcSubIdx, DstSubIdx;
-  if (!TII->isMoveInstr(MI, SrcReg, DstReg, SrcSubIdx, DstSubIdx)) {
-    if (MI.isExtractSubreg()) {
-      DstReg = MI.getOperand(0).getReg();
-      SrcReg = MI.getOperand(1).getReg();
-    } else if (MI.isInsertSubreg()) {
-      DstReg = MI.getOperand(0).getReg();
-      SrcReg = MI.getOperand(2).getReg();
-    } else if (MI.isSubregToReg()) {
-      DstReg = MI.getOperand(0).getReg();
-      SrcReg = MI.getOperand(2).getReg();
-    }
-  }
+  if (MI.isCopy()) {
+    DstReg = MI.getOperand(0).getReg();
+    SrcReg = MI.getOperand(1).getReg();
+  } else if (MI.isInsertSubreg() || MI.isSubregToReg()) {
+    DstReg = MI.getOperand(0).getReg();
+    SrcReg = MI.getOperand(2).getReg();
+  } else
+    return false;
 
-  if (DstReg) {
-    IsSrcPhys = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg);
-    IsDstPhys = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(DstReg);
-    return true;
-  }
-  return false;
+  IsSrcPhys = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg);
+  IsDstPhys = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(DstReg);
+  return true;
 }
 
 /// isKilled - Test if the given register value, which is used by the given
@@ -444,8 +467,9 @@ static bool isKilled(MachineInstr &MI, unsigned Reg,
 /// isTwoAddrUse - Return true if the specified MI uses the specified register
 /// as a two-address use. If so, return the destination register by reference.
 static bool isTwoAddrUse(MachineInstr &MI, unsigned Reg, unsigned &DstReg) {
-  const TargetInstrDesc &TID = MI.getDesc();
-  unsigned NumOps = MI.isInlineAsm() ? MI.getNumOperands():TID.getNumOperands();
+  const MCInstrDesc &MCID = MI.getDesc();
+  unsigned NumOps = MI.isInlineAsm()
+    ? MI.getNumOperands() : MCID.getNumOperands();
   for (unsigned i = 0; i != NumOps; ++i) {
     const MachineOperand &MO = MI.getOperand(i);
     if (!MO.isReg() || !MO.isUse() || MO.getReg() != Reg)
@@ -459,6 +483,32 @@ static bool isTwoAddrUse(MachineInstr &MI, unsigned Reg, unsigned &DstReg) {
   return false;
 }
 
+/// findLocalKill - Look for an instruction below MI in the MBB that kills the
+/// specified register. Returns null if there are any other Reg use between the
+/// instructions.
+static
+MachineInstr *findLocalKill(unsigned Reg, MachineBasicBlock *MBB,
+                            MachineInstr *MI, MachineRegisterInfo *MRI,
+                            DenseMap<MachineInstr*, unsigned> &DistanceMap) {
+  MachineInstr *KillMI = 0;
+  for (MachineRegisterInfo::use_nodbg_iterator
+         UI = MRI->use_nodbg_begin(Reg),
+         UE = MRI->use_nodbg_end(); UI != UE; ++UI) {
+    MachineInstr *UseMI = &*UI;
+    if (UseMI == MI || UseMI->getParent() != MBB)
+      continue;
+    if (DistanceMap.count(UseMI))
+      continue;
+    if (!UI.getOperand().isKill())
+      return 0;
+    if (KillMI)
+      return 0;  // -O0 kill markers cannot be trusted?
+    KillMI = UseMI;
+  }
+
+  return KillMI;
+}
+
 /// findOnlyInterestingUse - Given a register, if has a single in-basic block
 /// use, return the use instruction if it's a copy or a two-address use.
 static
@@ -520,6 +570,9 @@ bool
 TwoAddressInstructionPass::isProfitableToCommute(unsigned regB, unsigned regC,
                                        MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
                                        unsigned Dist) {
+  if (OptLevel == CodeGenOpt::None)
+    return false;
+
   // Determine if it's profitable to commute this two address instruction. In
   // general, we want no uses between this instruction and the definition of
   // the two-address register.
@@ -536,7 +589,7 @@ TwoAddressInstructionPass::isProfitableToCommute(unsigned regB, unsigned regC,
   // %reg1029<def> = MOV8rr %reg1028
   // %reg1029<def> = SHR8ri %reg1029, 7, %EFLAGS<imp-def,dead>
   // insert => %reg1030<def> = MOV8rr %reg1029
-  // %reg1030<def> = ADD8rr %reg1029<kill>, %reg1028<kill>, %EFLAGS<imp-def,dead>  
+  // %reg1030<def> = ADD8rr %reg1029<kill>, %reg1028<kill>, %EFLAGS<imp-def,dead>
 
   if (!MI->killsRegister(regC))
     return false;
@@ -555,8 +608,9 @@ TwoAddressInstructionPass::isProfitableToCommute(unsigned regB, unsigned regC,
   unsigned FromRegC = getMappedReg(regC, SrcRegMap);
   unsigned ToRegB = getMappedReg(regB, DstRegMap);
   unsigned ToRegC = getMappedReg(regC, DstRegMap);
-  if (!regsAreCompatible(FromRegB, ToRegB, TRI) &&
-      (regsAreCompatible(FromRegB, ToRegC, TRI) ||
+  if ((FromRegB && ToRegB && !regsAreCompatible(FromRegB, ToRegB, TRI)) &&
+      ((!FromRegC && !ToRegC) ||
+       regsAreCompatible(FromRegB, ToRegC, TRI) ||
        regsAreCompatible(FromRegC, ToRegB, TRI)))
     return true;
 
@@ -619,16 +673,18 @@ TwoAddressInstructionPass::CommuteInstruction(MachineBasicBlock::iterator &mi,
 /// isProfitableToConv3Addr - Return true if it is profitable to convert the
 /// given 2-address instruction to a 3-address one.
 bool
-TwoAddressInstructionPass::isProfitableToConv3Addr(unsigned RegA{
+TwoAddressInstructionPass::isProfitableToConv3Addr(unsigned RegA,unsigned RegB){
   // Look for situations like this:
   // %reg1024<def> = MOV r1
   // %reg1025<def> = MOV r0
   // %reg1026<def> = ADD %reg1024, %reg1025
   // r2            = MOV %reg1026
   // Turn ADD into a 3-address instruction to avoid a copy.
-  unsigned FromRegA = getMappedReg(RegA, SrcRegMap);
+  unsigned FromRegB = getMappedReg(RegB, SrcRegMap);
+  if (!FromRegB)
+    return false;
   unsigned ToRegA = getMappedReg(RegA, DstRegMap);
-  return (FromRegA && ToRegA && !regsAreCompatible(FromRegA, ToRegA, TRI));
+  return (ToRegA && !regsAreCompatible(FromRegB, ToRegA, TRI));
 }
 
 /// ConvertInstTo3Addr - Convert the specified two-address instruction into a
@@ -637,7 +693,8 @@ bool
 TwoAddressInstructionPass::ConvertInstTo3Addr(MachineBasicBlock::iterator &mi,
                                               MachineBasicBlock::iterator &nmi,
                                               MachineFunction::iterator &mbbi,
-                                              unsigned RegB, unsigned Dist) {
+                                              unsigned RegA, unsigned RegB,
+                                              unsigned Dist) {
   MachineInstr *NewMI = TII->convertToThreeAddress(mbbi, mi, LV);
   if (NewMI) {
     DEBUG(dbgs() << "2addr: CONVERTING 2-ADDR: " << *mi);
@@ -657,12 +714,64 @@ TwoAddressInstructionPass::ConvertInstTo3Addr(MachineBasicBlock::iterator &mi,
       mi = NewMI;
       nmi = llvm::next(mi);
     }
+
+    // Update source and destination register maps.
+    SrcRegMap.erase(RegA);
+    DstRegMap.erase(RegB);
     return true;
   }
 
   return false;
 }
 
+/// ScanUses - Scan forward recursively for only uses, update maps if the use
+/// is a copy or a two-address instruction.
+void
+TwoAddressInstructionPass::ScanUses(unsigned DstReg, MachineBasicBlock *MBB,
+                                    SmallPtrSet<MachineInstr*, 8> &Processed) {
+  SmallVector<unsigned, 4> VirtRegPairs;
+  bool IsDstPhys;
+  bool IsCopy = false;
+  unsigned NewReg = 0;
+  unsigned Reg = DstReg;
+  while (MachineInstr *UseMI = findOnlyInterestingUse(Reg, MBB, MRI, TII,IsCopy,
+                                                      NewReg, IsDstPhys)) {
+    if (IsCopy && !Processed.insert(UseMI))
+      break;
+
+    DenseMap<MachineInstr*, unsigned>::iterator DI = DistanceMap.find(UseMI);
+    if (DI != DistanceMap.end())
+      // Earlier in the same MBB.Reached via a back edge.
+      break;
+
+    if (IsDstPhys) {
+      VirtRegPairs.push_back(NewReg);
+      break;
+    }
+    bool isNew = SrcRegMap.insert(std::make_pair(NewReg, Reg)).second;
+    if (!isNew)
+      assert(SrcRegMap[NewReg] == Reg && "Can't map to two src registers!");
+    VirtRegPairs.push_back(NewReg);
+    Reg = NewReg;
+  }
+
+  if (!VirtRegPairs.empty()) {
+    unsigned ToReg = VirtRegPairs.back();
+    VirtRegPairs.pop_back();
+    while (!VirtRegPairs.empty()) {
+      unsigned FromReg = VirtRegPairs.back();
+      VirtRegPairs.pop_back();
+      bool isNew = DstRegMap.insert(std::make_pair(FromReg, ToReg)).second;
+      if (!isNew)
+        assert(DstRegMap[FromReg] == ToReg &&"Can't map to two dst registers!");
+      ToReg = FromReg;
+    }
+    bool isNew = DstRegMap.insert(std::make_pair(DstReg, ToReg)).second;
+    if (!isNew)
+      assert(DstRegMap[DstReg] == ToReg && "Can't map to two dst registers!");
+  }
+}
+
 /// ProcessCopy - If the specified instruction is not yet processed, process it
 /// if it's a copy. For a copy instruction, we find the physical registers the
 /// source and destination registers might be mapped to. These are kept in
@@ -694,49 +803,11 @@ void TwoAddressInstructionPass::ProcessCopy(MachineInstr *MI,
       assert(SrcRegMap[DstReg] == SrcReg &&
              "Can't map to two src physical registers!");
 
-    SmallVector<unsigned, 4> VirtRegPairs;
-    bool IsCopy = false;
-    unsigned NewReg = 0;
-    while (MachineInstr *UseMI = findOnlyInterestingUse(DstReg, MBB, MRI,TII,
-                                                   IsCopy, NewReg, IsDstPhys)) {
-      if (IsCopy) {
-        if (!Processed.insert(UseMI))
-          break;
-      }
-
-      DenseMap<MachineInstr*, unsigned>::iterator DI = DistanceMap.find(UseMI);
-      if (DI != DistanceMap.end())
-        // Earlier in the same MBB.Reached via a back edge.
-        break;
-
-      if (IsDstPhys) {
-        VirtRegPairs.push_back(NewReg);
-        break;
-      }
-      bool isNew = SrcRegMap.insert(std::make_pair(NewReg, DstReg)).second;
-      if (!isNew)
-        assert(SrcRegMap[NewReg] == DstReg &&
-               "Can't map to two src physical registers!");
-      VirtRegPairs.push_back(NewReg);
-      DstReg = NewReg;
-    }
-
-    if (!VirtRegPairs.empty()) {
-      unsigned ToReg = VirtRegPairs.back();
-      VirtRegPairs.pop_back();
-      while (!VirtRegPairs.empty()) {
-        unsigned FromReg = VirtRegPairs.back();
-        VirtRegPairs.pop_back();
-        bool isNew = DstRegMap.insert(std::make_pair(FromReg, ToReg)).second;
-        if (!isNew)
-          assert(DstRegMap[FromReg] == ToReg &&
-                 "Can't map to two dst physical registers!");
-        ToReg = FromReg;
-      }
-    }
+    ScanUses(DstReg, MBB, Processed);
   }
 
   Processed.insert(MI);
+  return;
 }
 
 /// isSafeToDelete - If the specified instruction does not produce any side
@@ -744,10 +815,9 @@ void TwoAddressInstructionPass::ProcessCopy(MachineInstr *MI,
 static bool isSafeToDelete(MachineInstr *MI,
                            const TargetInstrInfo *TII,
                            SmallVector<unsigned, 4> &Kills) {
-  const TargetInstrDesc &TID = MI->getDesc();
-  if (TID.mayStore() || TID.isCall())
+  if (MI->mayStore() || MI->isCall())
     return false;
-  if (TID.isTerminator() || TID.hasUnmodeledSideEffects())
+  if (MI->isTerminator() || MI->hasUnmodeledSideEffects())
     return false;
 
   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
@@ -826,6 +896,290 @@ TwoAddressInstructionPass::DeleteUnusedInstr(MachineBasicBlock::iterator &mi,
   return true;
 }
 
+/// RescheduleMIBelowKill - If there is one more local instruction that reads
+/// 'Reg' and it kills 'Reg, consider moving the instruction below the kill
+/// instruction in order to eliminate the need for the copy.
+bool
+TwoAddressInstructionPass::RescheduleMIBelowKill(MachineBasicBlock *MBB,
+                                     MachineBasicBlock::iterator &mi,
+                                     MachineBasicBlock::iterator &nmi,
+                                     unsigned Reg) {
+  MachineInstr *MI = &*mi;
+  DenseMap<MachineInstr*, unsigned>::iterator DI = DistanceMap.find(MI);
+  if (DI == DistanceMap.end())
+    // Must be created from unfolded load. Don't waste time trying this.
+    return false;
+
+  MachineInstr *KillMI = findLocalKill(Reg, MBB, mi, MRI, DistanceMap);
+  if (!KillMI || KillMI->isCopy() || KillMI->isCopyLike())
+    // Don't mess with copies, they may be coalesced later.
+    return false;
+
+  if (KillMI->hasUnmodeledSideEffects() || KillMI->isCall() ||
+      KillMI->isBranch() || KillMI->isTerminator())
+    // Don't move pass calls, etc.
+    return false;
+
+  unsigned DstReg;
+  if (isTwoAddrUse(*KillMI, Reg, DstReg))
+    return false;
+
+  bool SeenStore = true;
+  if (!MI->isSafeToMove(TII, AA, SeenStore))
+    return false;
+
+  if (TII->getInstrLatency(InstrItins, MI) > 1)
+    // FIXME: Needs more sophisticated heuristics.
+    return false;
+
+  SmallSet<unsigned, 2> Uses;
+  SmallSet<unsigned, 2> Kills;
+  SmallSet<unsigned, 2> Defs;
+  for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+    const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
+    if (!MO.isReg())
+      continue;
+    unsigned MOReg = MO.getReg();
+    if (!MOReg)
+      continue;
+    if (MO.isDef())
+      Defs.insert(MOReg);
+    else {
+      Uses.insert(MOReg);
+      if (MO.isKill() && MOReg != Reg)
+        Kills.insert(MOReg);
+    }
+  }
+
+  // Move the copies connected to MI down as well.
+  MachineBasicBlock::iterator From = MI;
+  MachineBasicBlock::iterator To = llvm::next(From);
+  while (To->isCopy() && Defs.count(To->getOperand(1).getReg())) {
+    Defs.insert(To->getOperand(0).getReg());
+    ++To;
+  }
+
+  // Check if the reschedule will not break depedencies.
+  unsigned NumVisited = 0;
+  MachineBasicBlock::iterator KillPos = KillMI;
+  ++KillPos;
+  for (MachineBasicBlock::iterator I = To; I != KillPos; ++I) {
+    MachineInstr *OtherMI = I;
+    // DBG_VALUE cannot be counted against the limit.
+    if (OtherMI->isDebugValue())
+      continue;
+    if (NumVisited > 10)  // FIXME: Arbitrary limit to reduce compile time cost.
+      return false;
+    ++NumVisited;
+    if (OtherMI->hasUnmodeledSideEffects() || OtherMI->isCall() ||
+        OtherMI->isBranch() || OtherMI->isTerminator())
+      // Don't move pass calls, etc.
+      return false;
+    for (unsigned i = 0, e = OtherMI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+      const MachineOperand &MO = OtherMI->getOperand(i);
+      if (!MO.isReg())
+        continue;
+      unsigned MOReg = MO.getReg();
+      if (!MOReg)
+        continue;
+      if (MO.isDef()) {
+        if (Uses.count(MOReg))
+          // Physical register use would be clobbered.
+          return false;
+        if (!MO.isDead() && Defs.count(MOReg))
+          // May clobber a physical register def.
+          // FIXME: This may be too conservative. It's ok if the instruction
+          // is sunken completely below the use.
+          return false;
+      } else {
+        if (Defs.count(MOReg))
+          return false;
+        if (MOReg != Reg &&
+            ((MO.isKill() && Uses.count(MOReg)) || Kills.count(MOReg)))
+          // Don't want to extend other live ranges and update kills.
+          return false;
+      }
+    }
+  }
+
+  // Move debug info as well.
+  while (From != MBB->begin() && llvm::prior(From)->isDebugValue())
+    --From;
+
+  // Copies following MI may have been moved as well.
+  nmi = To;
+  MBB->splice(KillPos, MBB, From, To);
+  DistanceMap.erase(DI);
+
+  if (LV) {
+    // Update live variables
+    LV->removeVirtualRegisterKilled(Reg, KillMI);
+    LV->addVirtualRegisterKilled(Reg, MI);
+  } else {
+    for (unsigned i = 0, e = KillMI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+      MachineOperand &MO = KillMI->getOperand(i);
+      if (!MO.isReg() || !MO.isUse() || MO.getReg() != Reg)
+        continue;
+      MO.setIsKill(false);
+    }
+    MI->addRegisterKilled(Reg, 0);
+  }
+
+  return true;
+}
+
+/// isDefTooClose - Return true if the re-scheduling will put the given
+/// instruction too close to the defs of its register dependencies.
+bool TwoAddressInstructionPass::isDefTooClose(unsigned Reg, unsigned Dist,
+                                              MachineInstr *MI,
+                                              MachineBasicBlock *MBB) {
+  for (MachineRegisterInfo::def_iterator DI = MRI->def_begin(Reg),
+         DE = MRI->def_end(); DI != DE; ++DI) {
+    MachineInstr *DefMI = &*DI;
+    if (DefMI->getParent() != MBB || DefMI->isCopy() || DefMI->isCopyLike())
+      continue;
+    if (DefMI == MI)
+      return true; // MI is defining something KillMI uses
+    DenseMap<MachineInstr*, unsigned>::iterator DDI = DistanceMap.find(DefMI);
+    if (DDI == DistanceMap.end())
+      return true;  // Below MI
+    unsigned DefDist = DDI->second;
+    assert(Dist > DefDist && "Visited def already?");
+    if (TII->getInstrLatency(InstrItins, DefMI) > (int)(Dist - DefDist))
+      return true;
+  }
+  return false;
+}
+
+/// RescheduleKillAboveMI - If there is one more local instruction that reads
+/// 'Reg' and it kills 'Reg, consider moving the kill instruction above the
+/// current two-address instruction in order to eliminate the need for the
+/// copy.
+bool
+TwoAddressInstructionPass::RescheduleKillAboveMI(MachineBasicBlock *MBB,
+                                     MachineBasicBlock::iterator &mi,
+                                     MachineBasicBlock::iterator &nmi,
+                                     unsigned Reg) {
+  MachineInstr *MI = &*mi;
+  DenseMap<MachineInstr*, unsigned>::iterator DI = DistanceMap.find(MI);
+  if (DI == DistanceMap.end())
+    // Must be created from unfolded load. Don't waste time trying this.
+    return false;
+
+  MachineInstr *KillMI = findLocalKill(Reg, MBB, mi, MRI, DistanceMap);
+  if (!KillMI || KillMI->isCopy() || KillMI->isCopyLike())
+    // Don't mess with copies, they may be coalesced later.
+    return false;
+
+  unsigned DstReg;
+  if (isTwoAddrUse(*KillMI, Reg, DstReg))
+    return false;
+
+  bool SeenStore = true;
+  if (!KillMI->isSafeToMove(TII, AA, SeenStore))
+    return false;
+
+  SmallSet<unsigned, 2> Uses;
+  SmallSet<unsigned, 2> Kills;
+  SmallSet<unsigned, 2> Defs;
+  SmallSet<unsigned, 2> LiveDefs;
+  for (unsigned i = 0, e = KillMI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+    const MachineOperand &MO = KillMI->getOperand(i);
+    if (!MO.isReg())
+      continue;
+    unsigned MOReg = MO.getReg();
+    if (MO.isUse()) {
+      if (!MOReg)
+        continue;
+      if (isDefTooClose(MOReg, DI->second, MI, MBB))
+        return false;
+      Uses.insert(MOReg);
+      if (MO.isKill() && MOReg != Reg)
+        Kills.insert(MOReg);
+    } else if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(MOReg)) {
+      Defs.insert(MOReg);
+      if (!MO.isDead())
+        LiveDefs.insert(MOReg);
+    }
+  }
+
+  // Check if the reschedule will not break depedencies.
+  unsigned NumVisited = 0;
+  MachineBasicBlock::iterator KillPos = KillMI;
+  for (MachineBasicBlock::iterator I = mi; I != KillPos; ++I) {
+    MachineInstr *OtherMI = I;
+    // DBG_VALUE cannot be counted against the limit.
+    if (OtherMI->isDebugValue())
+      continue;
+    if (NumVisited > 10)  // FIXME: Arbitrary limit to reduce compile time cost.
+      return false;
+    ++NumVisited;
+    if (OtherMI->hasUnmodeledSideEffects() || OtherMI->isCall() ||
+        OtherMI->isBranch() || OtherMI->isTerminator())
+      // Don't move pass calls, etc.
+      return false;
+    SmallVector<unsigned, 2> OtherDefs;
+    for (unsigned i = 0, e = OtherMI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+      const MachineOperand &MO = OtherMI->getOperand(i);
+      if (!MO.isReg())
+        continue;
+      unsigned MOReg = MO.getReg();
+      if (!MOReg)
+        continue;
+      if (MO.isUse()) {
+        if (Defs.count(MOReg))
+          // Moving KillMI can clobber the physical register if the def has
+          // not been seen.
+          return false;
+        if (Kills.count(MOReg))
+          // Don't want to extend other live ranges and update kills.
+          return false;
+      } else {
+        OtherDefs.push_back(MOReg);
+      }
+    }
+
+    for (unsigned i = 0, e = OtherDefs.size(); i != e; ++i) {
+      unsigned MOReg = OtherDefs[i];
+      if (Uses.count(MOReg))
+        return false;
+      if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(MOReg) &&
+          LiveDefs.count(MOReg))
+        return false;
+      // Physical register def is seen.
+      Defs.erase(MOReg);
+    }
+  }
+
+  // Move the old kill above MI, don't forget to move debug info as well.
+  MachineBasicBlock::iterator InsertPos = mi;
+  while (InsertPos != MBB->begin() && llvm::prior(InsertPos)->isDebugValue())
+    --InsertPos;
+  MachineBasicBlock::iterator From = KillMI;
+  MachineBasicBlock::iterator To = llvm::next(From);
+  while (llvm::prior(From)->isDebugValue())
+    --From;
+  MBB->splice(InsertPos, MBB, From, To);
+
+  nmi = llvm::prior(InsertPos); // Backtrack so we process the moved instr.
+  DistanceMap.erase(DI);
+
+  if (LV) {
+    // Update live variables
+    LV->removeVirtualRegisterKilled(Reg, KillMI);
+    LV->addVirtualRegisterKilled(Reg, MI);
+  } else {
+    for (unsigned i = 0, e = KillMI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+      MachineOperand &MO = KillMI->getOperand(i);
+      if (!MO.isReg() || !MO.isUse() || MO.getReg() != Reg)
+        continue;
+      MO.setIsKill(false);
+    }
+    MI->addRegisterKilled(Reg, 0);
+  }
+  return true;
+}
+
 /// TryInstructionTransform - For the case where an instruction has a single
 /// pair of tied register operands, attempt some transformations that may
 /// either eliminate the tied operands or improve the opportunities for
@@ -835,18 +1189,22 @@ bool TwoAddressInstructionPass::
 TryInstructionTransform(MachineBasicBlock::iterator &mi,
                         MachineBasicBlock::iterator &nmi,
                         MachineFunction::iterator &mbbi,
-                        unsigned SrcIdx, unsigned DstIdx, unsigned Dist) {
-  const TargetInstrDesc &TID = mi->getDesc();
-  unsigned regA = mi->getOperand(DstIdx).getReg();
-  unsigned regB = mi->getOperand(SrcIdx).getReg();
+                        unsigned SrcIdx, unsigned DstIdx, unsigned Dist,
+                        SmallPtrSet<MachineInstr*, 8> &Processed) {
+  if (OptLevel == CodeGenOpt::None)
+    return false;
+
+  MachineInstr &MI = *mi;
+  unsigned regA = MI.getOperand(DstIdx).getReg();
+  unsigned regB = MI.getOperand(SrcIdx).getReg();
 
   assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(regB) &&
          "cannot make instruction into two-address form");
 
   // If regA is dead and the instruction can be deleted, just delete
   // it so it doesn't clobber regB.
-  bool regBKilled = isKilled(*mi, regB, MRI, TII);
-  if (!regBKilled && mi->getOperand(DstIdx).isDead() &&
+  bool regBKilled = isKilled(MI, regB, MRI, TII);
+  if (!regBKilled && MI.getOperand(DstIdx).isDead() &&
       DeleteUnusedInstr(mi, nmi, mbbi, Dist)) {
     ++NumDeletes;
     return true; // Done with this instruction.
@@ -858,20 +1216,20 @@ TryInstructionTransform(MachineBasicBlock::iterator &mi,
   unsigned regCIdx = ~0U;
   bool TryCommute = false;
   bool AggressiveCommute = false;
-  if (TID.isCommutable() && mi->getNumOperands() >= 3 &&
-      TII->findCommutedOpIndices(mi, SrcOp1, SrcOp2)) {
+  if (MI.isCommutable() && MI.getNumOperands() >= 3 &&
+      TII->findCommutedOpIndices(&MI, SrcOp1, SrcOp2)) {
     if (SrcIdx == SrcOp1)
       regCIdx = SrcOp2;
     else if (SrcIdx == SrcOp2)
       regCIdx = SrcOp1;
 
     if (regCIdx != ~0U) {
-      regC = mi->getOperand(regCIdx).getReg();
-      if (!regBKilled && isKilled(*mi, regC, MRI, TII))
+      regC = MI.getOperand(regCIdx).getReg();
+      if (!regBKilled && isKilled(MI, regC, MRI, TII))
         // If C dies but B does not, swap the B and C operands.
         // This makes the live ranges of A and C joinable.
         TryCommute = true;
-      else if (isProfitableToCommute(regB, regC, mi, mbbi, Dist)) {
+      else if (isProfitableToCommute(regB, regC, &MI, mbbi, Dist)) {
         TryCommute = true;
         AggressiveCommute = true;
       }
@@ -886,40 +1244,162 @@ TryInstructionTransform(MachineBasicBlock::iterator &mi,
     return false;
   }
 
-  if (TID.isConvertibleTo3Addr()) {
+  // If there is one more use of regB later in the same MBB, consider
+  // re-schedule this MI below it.
+  if (RescheduleMIBelowKill(mbbi, mi, nmi, regB)) {
+    ++NumReSchedDowns;
+    return false;
+  }
+
+  if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(regA))
+    ScanUses(regA, &*mbbi, Processed);
+
+  if (MI.isConvertibleTo3Addr()) {
     // This instruction is potentially convertible to a true
     // three-address instruction.  Check if it is profitable.
-    if (!regBKilled || isProfitableToConv3Addr(regA)) {
+    if (!regBKilled || isProfitableToConv3Addr(regA, regB)) {
       // Try to convert it.
-      if (ConvertInstTo3Addr(mi, nmi, mbbi, regB, Dist)) {
+      if (ConvertInstTo3Addr(mi, nmi, mbbi, regA, regB, Dist)) {
         ++NumConvertedTo3Addr;
         return true; // Done with this instruction.
       }
     }
   }
+
+  // If there is one more use of regB later in the same MBB, consider
+  // re-schedule it before this MI if it's legal.
+  if (RescheduleKillAboveMI(mbbi, mi, nmi, regB)) {
+    ++NumReSchedUps;
+    return false;
+  }
+
+  // If this is an instruction with a load folded into it, try unfolding
+  // the load, e.g. avoid this:
+  //   movq %rdx, %rcx
+  //   addq (%rax), %rcx
+  // in favor of this:
+  //   movq (%rax), %rcx
+  //   addq %rdx, %rcx
+  // because it's preferable to schedule a load than a register copy.
+  if (MI.mayLoad() && !regBKilled) {
+    // Determine if a load can be unfolded.
+    unsigned LoadRegIndex;
+    unsigned NewOpc =
+      TII->getOpcodeAfterMemoryUnfold(MI.getOpcode(),
+                                      /*UnfoldLoad=*/true,
+                                      /*UnfoldStore=*/false,
+                                      &LoadRegIndex);
+    if (NewOpc != 0) {
+      const MCInstrDesc &UnfoldMCID = TII->get(NewOpc);
+      if (UnfoldMCID.getNumDefs() == 1) {
+        MachineFunction &MF = *mbbi->getParent();
+
+        // Unfold the load.
+        DEBUG(dbgs() << "2addr:   UNFOLDING: " << MI);
+        const TargetRegisterClass *RC =
+          TII->getRegClass(UnfoldMCID, LoadRegIndex, TRI);
+        unsigned Reg = MRI->createVirtualRegister(RC);
+        SmallVector<MachineInstr *, 2> NewMIs;
+        if (!TII->unfoldMemoryOperand(MF, &MI, Reg,
+                                      /*UnfoldLoad=*/true,/*UnfoldStore=*/false,
+                                      NewMIs)) {
+          DEBUG(dbgs() << "2addr: ABANDONING UNFOLD\n");
+          return false;
+        }
+        assert(NewMIs.size() == 2 &&
+               "Unfolded a load into multiple instructions!");
+        // The load was previously folded, so this is the only use.
+        NewMIs[1]->addRegisterKilled(Reg, TRI);
+
+        // Tentatively insert the instructions into the block so that they
+        // look "normal" to the transformation logic.
+        mbbi->insert(mi, NewMIs[0]);
+        mbbi->insert(mi, NewMIs[1]);
+
+        DEBUG(dbgs() << "2addr:    NEW LOAD: " << *NewMIs[0]
+                     << "2addr:    NEW INST: " << *NewMIs[1]);
+
+        // Transform the instruction, now that it no longer has a load.
+        unsigned NewDstIdx = NewMIs[1]->findRegisterDefOperandIdx(regA);
+        unsigned NewSrcIdx = NewMIs[1]->findRegisterUseOperandIdx(regB);
+        MachineBasicBlock::iterator NewMI = NewMIs[1];
+        bool TransformSuccess =
+          TryInstructionTransform(NewMI, mi, mbbi,
+                                  NewSrcIdx, NewDstIdx, Dist, Processed);
+        if (TransformSuccess ||
+            NewMIs[1]->getOperand(NewSrcIdx).isKill()) {
+          // Success, or at least we made an improvement. Keep the unfolded
+          // instructions and discard the original.
+          if (LV) {
+            for (unsigned i = 0, e = MI.getNumOperands(); i != e; ++i) {
+              MachineOperand &MO = MI.getOperand(i);
+              if (MO.isReg() &&
+                  TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg())) {
+                if (MO.isUse()) {
+                  if (MO.isKill()) {
+                    if (NewMIs[0]->killsRegister(MO.getReg()))
+                      LV->replaceKillInstruction(MO.getReg(), &MI, NewMIs[0]);
+                    else {
+                      assert(NewMIs[1]->killsRegister(MO.getReg()) &&
+                             "Kill missing after load unfold!");
+                      LV->replaceKillInstruction(MO.getReg(), &MI, NewMIs[1]);
+                    }
+                  }
+                } else if (LV->removeVirtualRegisterDead(MO.getReg(), &MI)) {
+                  if (NewMIs[1]->registerDefIsDead(MO.getReg()))
+                    LV->addVirtualRegisterDead(MO.getReg(), NewMIs[1]);
+                  else {
+                    assert(NewMIs[0]->registerDefIsDead(MO.getReg()) &&
+                           "Dead flag missing after load unfold!");
+                    LV->addVirtualRegisterDead(MO.getReg(), NewMIs[0]);
+                  }
+                }
+              }
+            }
+            LV->addVirtualRegisterKilled(Reg, NewMIs[1]);
+          }
+          MI.eraseFromParent();
+          mi = NewMIs[1];
+          if (TransformSuccess)
+            return true;
+        } else {
+          // Transforming didn't eliminate the tie and didn't lead to an
+          // improvement. Clean up the unfolded instructions and keep the
+          // original.
+          DEBUG(dbgs() << "2addr: ABANDONING UNFOLD\n");
+          NewMIs[0]->eraseFromParent();
+          NewMIs[1]->eraseFromParent();
+        }
+      }
+    }
+  }
+
   return false;
 }
 
 /// runOnMachineFunction - Reduce two-address instructions to two operands.
 ///
 bool TwoAddressInstructionPass::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
-  DEBUG(dbgs() << "Machine Function\n");
   const TargetMachine &TM = MF.getTarget();
   MRI = &MF.getRegInfo();
   TII = TM.getInstrInfo();
   TRI = TM.getRegisterInfo();
+  InstrItins = TM.getInstrItineraryData();
   LV = getAnalysisIfAvailable<LiveVariables>();
   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
+  OptLevel = TM.getOptLevel();
 
   bool MadeChange = false;
 
   DEBUG(dbgs() << "********** REWRITING TWO-ADDR INSTRS **********\n");
-  DEBUG(dbgs() << "********** Function: " 
+  DEBUG(dbgs() << "********** Function: "
         << MF.getFunction()->getName() << '\n');
 
+  // This pass takes the function out of SSA form.
+  MRI->leaveSSA();
+
   // ReMatRegs - Keep track of the registers whose def's are remat'ed.
-  BitVector ReMatRegs;
-  ReMatRegs.resize(MRI->getLastVirtReg()+1);
+  BitVector ReMatRegs(MRI->getNumVirtRegs());
 
   typedef DenseMap<unsigned, SmallVector<std::pair<unsigned, unsigned>, 4> >
     TiedOperandMap;
@@ -945,7 +1425,7 @@ bool TwoAddressInstructionPass::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
       if (mi->isRegSequence())
         RegSequences.push_back(&*mi);
 
-      const TargetInstrDesc &TID = mi->getDesc();
+      const MCInstrDesc &MCID = mi->getDesc();
       bool FirstTied = true;
 
       DistanceMap.insert(std::make_pair(mi, ++Dist));
@@ -955,7 +1435,7 @@ bool TwoAddressInstructionPass::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
       // First scan through all the tied register uses in this instruction
       // and record a list of pairs of tied operands for each register.
       unsigned NumOps = mi->isInlineAsm()
-        ? mi->getNumOperands() : TID.getNumOperands();
+        ? mi->getNumOperands() : MCID.getNumOperands();
       for (unsigned SrcIdx = 0; SrcIdx < NumOps; ++SrcIdx) {
         unsigned DstIdx = 0;
         if (!mi->isRegTiedToDefOperand(SrcIdx, &DstIdx))
@@ -973,12 +1453,7 @@ bool TwoAddressInstructionPass::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
                "two address instruction invalid");
 
         unsigned regB = mi->getOperand(SrcIdx).getReg();
-        TiedOperandMap::iterator OI = TiedOperands.find(regB);
-        if (OI == TiedOperands.end()) {
-          SmallVector<std::pair<unsigned, unsigned>, 4> TiedPair;
-          OI = TiedOperands.insert(std::make_pair(regB, TiedPair)).first;
-        }
-        OI->second.push_back(std::make_pair(SrcIdx, DstIdx));
+        TiedOperands[regB].push_back(std::make_pair(SrcIdx, DstIdx));
       }
 
       // Now iterate over the information collected above.
@@ -998,10 +1473,12 @@ bool TwoAddressInstructionPass::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
               mi->getOperand(DstIdx).getReg())
             break; // Done with this instruction.
 
-          if (TryInstructionTransform(mi, nmi, mbbi, SrcIdx, DstIdx, Dist))
+          if (TryInstructionTransform(mi, nmi, mbbi, SrcIdx, DstIdx, Dist,
+                                      Processed))
             break; // The tied operands have been eliminated.
         }
 
+        bool IsEarlyClobber = false;
         bool RemovedKillFlag = false;
         bool AllUsesCopied = true;
         unsigned LastCopiedReg = 0;
@@ -1009,7 +1486,11 @@ bool TwoAddressInstructionPass::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
         for (unsigned tpi = 0, tpe = TiedPairs.size(); tpi != tpe; ++tpi) {
           unsigned SrcIdx = TiedPairs[tpi].first;
           unsigned DstIdx = TiedPairs[tpi].second;
-          unsigned regA = mi->getOperand(DstIdx).getReg();
+
+          const MachineOperand &DstMO = mi->getOperand(DstIdx);
+          unsigned regA = DstMO.getReg();
+          IsEarlyClobber |= DstMO.isEarlyClobber();
+
           // Grab regB from the instruction because it may have changed if the
           // instruction was commuted.
           regB = mi->getOperand(SrcIdx).getReg();
@@ -1042,19 +1523,17 @@ bool TwoAddressInstructionPass::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
           // If it's safe and profitable, remat the definition instead of
           // copying it.
           if (DefMI &&
-              DefMI->getDesc().isAsCheapAsAMove() &&
+              DefMI->isAsCheapAsAMove() &&
               DefMI->isSafeToReMat(TII, AA, regB) &&
               isProfitableToReMat(regB, rc, mi, DefMI, mbbi, Dist)){
             DEBUG(dbgs() << "2addr: REMATTING : " << *DefMI << "\n");
             unsigned regASubIdx = mi->getOperand(DstIdx).getSubReg();
             TII->reMaterialize(*mbbi, mi, regA, regASubIdx, DefMI, *TRI);
-            ReMatRegs.set(regB);
+            ReMatRegs.set(TargetRegisterInfo::virtReg2Index(regB));
             ++NumReMats;
           } else {
-            bool Emitted = TII->copyRegToReg(*mbbi, mi, regA, regB, rc, rc,
-                                             mi->getDebugLoc());
-            (void)Emitted;
-            assert(Emitted && "Unable to issue a copy instruction!\n");
+            BuildMI(*mbbi, mi, mi->getDebugLoc(), TII->get(TargetOpcode::COPY),
+                    regA).addReg(regB);
           }
 
           MachineBasicBlock::iterator prevMI = prior(mi);
@@ -1075,15 +1554,17 @@ bool TwoAddressInstructionPass::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
         }
 
         if (AllUsesCopied) {
-          // Replace other (un-tied) uses of regB with LastCopiedReg.
-          for (unsigned i = 0, e = mi->getNumOperands(); i != e; ++i) {
-            MachineOperand &MO = mi->getOperand(i);
-            if (MO.isReg() && MO.getReg() == regB && MO.isUse()) {
-              if (MO.isKill()) {
-                MO.setIsKill(false);
-                RemovedKillFlag = true;
+          if (!IsEarlyClobber) {
+            // Replace other (un-tied) uses of regB with LastCopiedReg.
+            for (unsigned i = 0, e = mi->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+              MachineOperand &MO = mi->getOperand(i);
+              if (MO.isReg() && MO.getReg() == regB && MO.isUse()) {
+                if (MO.isKill()) {
+                  MO.setIsKill(false);
+                  RemovedKillFlag = true;
+                }
+                MO.setReg(LastCopiedReg);
               }
-              MO.setReg(LastCopiedReg);
             }
           }
 
@@ -1104,12 +1585,30 @@ bool TwoAddressInstructionPass::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
             }
           }
         }
-          
+
+        // Schedule the source copy / remat inserted to form two-address
+        // instruction. FIXME: Does it matter the distance map may not be
+        // accurate after it's scheduled?
+        TII->scheduleTwoAddrSource(prior(mi), mi, *TRI);
+
         MadeChange = true;
 
         DEBUG(dbgs() << "\t\trewrite to:\t" << *mi);
       }
 
+      // Rewrite INSERT_SUBREG as COPY now that we no longer need SSA form.
+      if (mi->isInsertSubreg()) {
+        // From %reg = INSERT_SUBREG %reg, %subreg, subidx
+        // To   %reg:subidx = COPY %subreg
+        unsigned SubIdx = mi->getOperand(3).getImm();
+        mi->RemoveOperand(3);
+        assert(mi->getOperand(0).getSubReg() == 0 && "Unexpected subreg idx");
+        mi->getOperand(0).setSubReg(SubIdx);
+        mi->RemoveOperand(1);
+        mi->setDesc(TII->get(TargetOpcode::COPY));
+        DEBUG(dbgs() << "\t\tconvert to:\t" << *mi);
+      }
+
       // Clear TiedOperands here instead of at the top of the loop
       // since most instructions do not have tied operands.
       TiedOperands.clear();
@@ -1118,13 +1617,12 @@ bool TwoAddressInstructionPass::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
   }
 
   // Some remat'ed instructions are dead.
-  int VReg = ReMatRegs.find_first();
-  while (VReg != -1) {
+  for (int i = ReMatRegs.find_first(); i != -1; i = ReMatRegs.find_next(i)) {
+    unsigned VReg = TargetRegisterInfo::index2VirtReg(i);
     if (MRI->use_nodbg_empty(VReg)) {
       MachineInstr *DefMI = MRI->getVRegDef(VReg);
       DefMI->eraseFromParent();
     }
-    VReg = ReMatRegs.find_next(VReg);
   }
 
   // Eliminate REG_SEQUENCE instructions. Their whole purpose was to preseve
@@ -1146,6 +1644,36 @@ static void UpdateRegSequenceSrcs(unsigned SrcReg,
   }
 }
 
+// Find the first def of Reg, assuming they are all in the same basic block.
+static MachineInstr *findFirstDef(unsigned Reg, MachineRegisterInfo *MRI) {
+  SmallPtrSet<MachineInstr*, 8> Defs;
+  MachineInstr *First = 0;
+  for (MachineRegisterInfo::def_iterator RI = MRI->def_begin(Reg);
+       MachineInstr *MI = RI.skipInstruction(); Defs.insert(MI))
+    First = MI;
+  if (!First)
+    return 0;
+
+  MachineBasicBlock *MBB = First->getParent();
+  MachineBasicBlock::iterator A = First, B = First;
+  bool Moving;
+  do {
+    Moving = false;
+    if (A != MBB->begin()) {
+      Moving = true;
+      --A;
+      if (Defs.erase(A)) First = A;
+    }
+    if (B != MBB->end()) {
+      Defs.erase(B);
+      ++B;
+      Moving = true;
+    }
+  } while (Moving && !Defs.empty());
+  assert(Defs.empty() && "Instructions outside basic block!");
+  return First;
+}
+
 /// CoalesceExtSubRegs - If a number of sources of the REG_SEQUENCE are
 /// EXTRACT_SUBREG from the same register and to the same virtual register
 /// with different sub-register indices, attempt to combine the
@@ -1164,53 +1692,105 @@ TwoAddressInstructionPass::CoalesceExtSubRegs(SmallVector<unsigned,4> &Srcs,
     if (!Seen.insert(SrcReg))
       continue;
 
-    // If there are no other uses than extract_subreg which feed into
+    // Check that the instructions are all in the same basic block.
+    MachineInstr *SrcDefMI = MRI->getVRegDef(SrcReg);
+    MachineInstr *DstDefMI = MRI->getVRegDef(DstReg);
+    if (SrcDefMI->getParent() != DstDefMI->getParent())
+      continue;
+
+    // If there are no other uses than copies which feed into
     // the reg_sequence, then we might be able to coalesce them.
     bool CanCoalesce = true;
-    SmallVector<unsigned, 4> SubIndices;
+    SmallVector<unsigned, 4> SrcSubIndices, DstSubIndices;
     for (MachineRegisterInfo::use_nodbg_iterator
            UI = MRI->use_nodbg_begin(SrcReg),
            UE = MRI->use_nodbg_end(); UI != UE; ++UI) {
       MachineInstr *UseMI = &*UI;
-      if (!UseMI->isExtractSubreg() ||
-          UseMI->getOperand(0).getReg() != DstReg) {
+      if (!UseMI->isCopy() || UseMI->getOperand(0).getReg() != DstReg) {
         CanCoalesce = false;
         break;
       }
-      SubIndices.push_back(UseMI->getOperand(2).getImm());
+      SrcSubIndices.push_back(UseMI->getOperand(1).getSubReg());
+      DstSubIndices.push_back(UseMI->getOperand(0).getSubReg());
     }
 
-    if (!CanCoalesce || SubIndices.size() < 2)
+    if (!CanCoalesce || SrcSubIndices.size() < 2)
       continue;
 
-    std::sort(SubIndices.begin(), SubIndices.end());
-    unsigned NewSubIdx = 0;
-    if (TRI->canCombineSubRegIndices(MRI->getRegClass(SrcReg), SubIndices,
-                                     NewSubIdx)) {
-      bool Proceed = true;
-      if (NewSubIdx)
-        for (MachineRegisterInfo::reg_iterator RI = MRI->reg_begin(SrcReg),
-               RE = MRI->reg_end(); RI != RE; ) {
-          MachineOperand &MO = RI.getOperand();
-          ++RI;
-          // FIXME: If the sub-registers do not combine to the whole
-          // super-register, i.e. NewSubIdx != 0, and any of the use has a
-          // sub-register index, then abort the coalescing attempt.
-          if (MO.getSubReg()) {
-            Proceed = false;
-            break;
-          }
-        }
-      if (Proceed)
-        for (MachineRegisterInfo::reg_iterator RI = MRI->reg_begin(SrcReg),
-               RE = MRI->reg_end(); RI != RE; ) {
-          MachineOperand &MO = RI.getOperand();
-          ++RI;
-          MO.setReg(DstReg);
-          if (NewSubIdx)
-            MO.setSubReg(NewSubIdx);
-        }
+    // Check that the source subregisters can be combined.
+    std::sort(SrcSubIndices.begin(), SrcSubIndices.end());
+    unsigned NewSrcSubIdx = 0;
+    if (!TRI->canCombineSubRegIndices(MRI->getRegClass(SrcReg), SrcSubIndices,
+                                      NewSrcSubIdx))
+      continue;
+
+    // Check that the destination subregisters can also be combined.
+    std::sort(DstSubIndices.begin(), DstSubIndices.end());
+    unsigned NewDstSubIdx = 0;
+    if (!TRI->canCombineSubRegIndices(MRI->getRegClass(DstReg), DstSubIndices,
+                                      NewDstSubIdx))
+      continue;
+
+    // If neither source nor destination can be combined to the full register,
+    // just give up.  This could be improved if it ever matters.
+    if (NewSrcSubIdx != 0 && NewDstSubIdx != 0)
+      continue;
+
+    // Now that we know that all the uses are extract_subregs and that those
+    // subregs can somehow be combined, scan all the extract_subregs again to
+    // make sure the subregs are in the right order and can be composed.
+    MachineInstr *SomeMI = 0;
+    CanCoalesce = true;
+    for (MachineRegisterInfo::use_nodbg_iterator
+           UI = MRI->use_nodbg_begin(SrcReg),
+           UE = MRI->use_nodbg_end(); UI != UE; ++UI) {
+      MachineInstr *UseMI = &*UI;
+      assert(UseMI->isCopy());
+      unsigned DstSubIdx = UseMI->getOperand(0).getSubReg();
+      unsigned SrcSubIdx = UseMI->getOperand(1).getSubReg();
+      assert(DstSubIdx != 0 && "missing subreg from RegSequence elimination");
+      if ((NewDstSubIdx == 0 &&
+           TRI->composeSubRegIndices(NewSrcSubIdx, DstSubIdx) != SrcSubIdx) ||
+          (NewSrcSubIdx == 0 &&
+           TRI->composeSubRegIndices(NewDstSubIdx, SrcSubIdx) != DstSubIdx)) {
+        CanCoalesce = false;
+        break;
       }
+      // Keep track of one of the uses.  Preferably the first one which has a
+      // <def,undef> flag.
+      if (!SomeMI || UseMI->getOperand(0).isUndef())
+        SomeMI = UseMI;
+    }
+    if (!CanCoalesce)
+      continue;
+
+    // Insert a copy to replace the original.
+    MachineInstr *CopyMI = BuildMI(*SomeMI->getParent(), SomeMI,
+                                   SomeMI->getDebugLoc(),
+                                   TII->get(TargetOpcode::COPY))
+      .addReg(DstReg, RegState::Define |
+                      getUndefRegState(SomeMI->getOperand(0).isUndef()),
+              NewDstSubIdx)
+      .addReg(SrcReg, 0, NewSrcSubIdx);
+
+    // Remove all the old extract instructions.
+    for (MachineRegisterInfo::use_nodbg_iterator
+           UI = MRI->use_nodbg_begin(SrcReg),
+           UE = MRI->use_nodbg_end(); UI != UE; ) {
+      MachineInstr *UseMI = &*UI;
+      ++UI;
+      if (UseMI == CopyMI)
+        continue;
+      assert(UseMI->isCopy());
+      // Move any kills to the new copy or extract instruction.
+      if (UseMI->getOperand(1).isKill()) {
+        CopyMI->getOperand(1).setIsKill();
+        if (LV)
+          // Update live variables
+          LV->replaceKillInstruction(SrcReg, UseMI, &*CopyMI);
+      }
+      UseMI->eraseFromParent();
+    }
   }
 }
 
@@ -1252,28 +1832,33 @@ bool TwoAddressInstructionPass::EliminateRegSequences() {
     SmallSet<unsigned, 4> Seen;
     for (unsigned i = 1, e = MI->getNumOperands(); i < e; i += 2) {
       unsigned SrcReg = MI->getOperand(i).getReg();
-      if (MI->getOperand(i).getSubReg() ||
-          TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg)) {
-        DEBUG(dbgs() << "Illegal REG_SEQUENCE instruction:" << *MI);
-        llvm_unreachable(0);
+      unsigned SrcSubIdx = MI->getOperand(i).getSubReg();
+      unsigned SubIdx = MI->getOperand(i+1).getImm();
+      // DefMI of NULL means the value does not have a vreg in this block
+      // i.e., its a physical register or a subreg.
+      // In either case we force a copy to be generated.
+      MachineInstr *DefMI = NULL;
+      if (!MI->getOperand(i).getSubReg() &&
+          !TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg)) {
+        DefMI = MRI->getVRegDef(SrcReg);
       }
 
-      MachineInstr *DefMI = MRI->getVRegDef(SrcReg);
-      if (DefMI->isImplicitDef()) {
+      if (DefMI && DefMI->isImplicitDef()) {
         DefMI->eraseFromParent();
         continue;
       }
       IsImpDef = false;
 
-      // Remember EXTRACT_SUBREG sources. These might be candidate for
-      // coalescing.
-      if (DefMI->isExtractSubreg())
+      // Remember COPY sources. These might be candidate for coalescing.
+      if (DefMI && DefMI->isCopy() && DefMI->getOperand(1).getSubReg())
         RealSrcs.push_back(DefMI->getOperand(1).getReg());
 
-      if (!Seen.insert(SrcReg) ||
+      bool isKill = MI->getOperand(i).isKill();
+      if (!DefMI || !Seen.insert(SrcReg) ||
           MI->getParent() != DefMI->getParent() ||
-          !MI->getOperand(i).isKill() ||
-          HasOtherRegSequenceUses(SrcReg, MI, MRI)) {
+          !isKill || HasOtherRegSequenceUses(SrcReg, MI, MRI) ||
+          !TRI->getMatchingSuperRegClass(MRI->getRegClass(DstReg),
+                                         MRI->getRegClass(SrcReg), SubIdx)) {
         // REG_SEQUENCE cannot have duplicated operands, add a copy.
         // Also add an copy if the source is live-in the block. We don't want
         // to end up with a partial-redef of a livein, e.g.
@@ -1288,45 +1873,67 @@ bool TwoAddressInstructionPass::EliminateRegSequences() {
         //
         // If the REG_SEQUENCE doesn't kill its source, keeping live variables
         // correctly up to date becomes very difficult. Insert a copy.
-        //
-        const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(SrcReg);
-        unsigned NewReg = MRI->createVirtualRegister(RC);
+
+        // Defer any kill flag to the last operand using SrcReg. Otherwise, we
+        // might insert a COPY that uses SrcReg after is was killed.
+        if (isKill)
+          for (unsigned j = i + 2; j < e; j += 2)
+            if (MI->getOperand(j).getReg() == SrcReg) {
+              MI->getOperand(j).setIsKill();
+              isKill = false;
+              break;
+            }
+
         MachineBasicBlock::iterator InsertLoc = MI;
-        bool Emitted =
-          TII->copyRegToReg(*MI->getParent(), InsertLoc, NewReg, SrcReg, RC, RC,
-                            MI->getDebugLoc());
-        (void)Emitted;
-        assert(Emitted && "Unable to issue a copy instruction!\n");
-        MI->getOperand(i).setReg(NewReg);
-        if (MI->getOperand(i).isKill()) {
-          MachineBasicBlock::iterator CopyMI = prior(InsertLoc);
-          MachineOperand *KillMO = CopyMI->findRegisterUseOperand(SrcReg);
-          KillMO->setIsKill();
-          if (LV)
-            // Update live variables
-            LV->replaceKillInstruction(SrcReg, MI, &*CopyMI);
-        }
+        MachineInstr *CopyMI = BuildMI(*MI->getParent(), InsertLoc,
+                                MI->getDebugLoc(), TII->get(TargetOpcode::COPY))
+            .addReg(DstReg, RegState::Define, SubIdx)
+            .addReg(SrcReg, getKillRegState(isKill), SrcSubIdx);
+        MI->getOperand(i).setReg(0);
+        if (LV && isKill && !TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg))
+          LV->replaceKillInstruction(SrcReg, MI, CopyMI);
+        DEBUG(dbgs() << "Inserted: " << *CopyMI);
       }
     }
 
     for (unsigned i = 1, e = MI->getNumOperands(); i < e; i += 2) {
       unsigned SrcReg = MI->getOperand(i).getReg();
+      if (!SrcReg) continue;
       unsigned SubIdx = MI->getOperand(i+1).getImm();
       UpdateRegSequenceSrcs(SrcReg, DstReg, SubIdx, MRI, *TRI);
     }
 
+    // Set <def,undef> flags on the first DstReg def in the basic block.
+    // It marks the beginning of the live range. All the other defs are
+    // read-modify-write.
+    if (MachineInstr *Def = findFirstDef(DstReg, MRI)) {
+      for (unsigned i = 0, e = Def->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+        MachineOperand &MO = Def->getOperand(i);
+        if (MO.isReg() && MO.isDef() && MO.getReg() == DstReg)
+          MO.setIsUndef();
+      }
+      // Make sure there is a full non-subreg imp-def operand on the
+      // instruction.  This shouldn't be necessary, but it seems that at least
+      // RAFast requires it.
+      Def->addRegisterDefined(DstReg, TRI);
+      DEBUG(dbgs() << "First def: " << *Def);
+    }
+
     if (IsImpDef) {
       DEBUG(dbgs() << "Turned: " << *MI << " into an IMPLICIT_DEF");
       MI->setDesc(TII->get(TargetOpcode::IMPLICIT_DEF));
       for (int j = MI->getNumOperands() - 1, ee = 0; j > ee; --j)
-        MI->RemoveOperand(j);      
+        MI->RemoveOperand(j);
     } else {
       DEBUG(dbgs() << "Eliminated: " << *MI);
       MI->eraseFromParent();
     }
 
-    // Try coalescing some EXTRACT_SUBREG instructions.
-    CoalesceExtSubRegs(RealSrcs, DstReg);
+    // Try coalescing some EXTRACT_SUBREG instructions. This can create
+    // INSERT_SUBREG instructions that must have <undef> flags added by
+    // LiveIntervalAnalysis, so only run it when LiveVariables is available.
+    if (LV)
+      CoalesceExtSubRegs(RealSrcs, DstReg);
   }
 
   RegSequences.clear();