[Hexagon] Implement bit-tracking facility with specifics for Hexagon
[oota-llvm.git] / lib / Target / Hexagon / BitTracker.cpp
diff --git a/lib/Target/Hexagon/BitTracker.cpp b/lib/Target/Hexagon/BitTracker.cpp
new file mode 100644 (file)
index 0000000..3b79e62
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,1133 @@
+//===--- BitTracker.cpp ---------------------------------------------------===//
+//
+//                     The LLVM Compiler Infrastructure
+//
+// This file is distributed under the University of Illinois Open Source
+// License. See LICENSE.TXT for details.
+//
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+
+// SSA-based bit propagation.
+//
+// The purpose of this code is, for a given virtual register, to provide
+// information about the value of each bit in the register. The values
+// of bits are represented by the class BitValue, and take one of four
+// cases: 0, 1, "ref" and "bottom". The 0 and 1 are rather clear, the
+// "ref" value means that the bit is a copy of another bit (which itself
+// cannot be a copy of yet another bit---such chains are not allowed).
+// A "ref" value is associated with a BitRef structure, which indicates
+// which virtual register, and which bit in that register is the origin
+// of the value. For example, given an instruction
+//   vreg2 = ASL vreg1, 1
+// assuming that nothing is known about bits of vreg1, bit 1 of vreg2
+// will be a "ref" to (vreg1, 0). If there is a subsequent instruction
+//   vreg3 = ASL vreg2, 2
+// then bit 3 of vreg3 will be a "ref" to (vreg1, 0) as well.
+// The "bottom" case means that the bit's value cannot be determined,
+// and that this virtual register actually defines it. The "bottom" case
+// is discussed in detail in BitTracker.h. In fact, "bottom" is a "ref
+// to self", so for the vreg1 above, the bit 0 of it will be a "ref" to
+// (vreg1, 0), bit 1 will be a "ref" to (vreg1, 1), etc.
+//
+// The tracker implements the Wegman-Zadeck algorithm, originally developed
+// for SSA-based constant propagation. Each register is represented as
+// a sequence of bits, with the convention that bit 0 is the least signi-
+// ficant bit. Each bit is propagated individually. The class RegisterCell
+// implements the register's representation, and is also the subject of
+// the lattice operations in the tracker.
+//
+// The intended usage of the bit tracker is to create a target-specific
+// machine instruction evaluator, pass the evaluator to the BitTracker
+// object, and run the tracker. The tracker will then collect the bit
+// value information for a given machine function. After that, it can be
+// queried for the cells for each virtual register.
+// Sample code:
+//   const TargetSpecificEvaluator TSE(TRI, MRI);
+//   BitTracker BT(TSE, MF);
+//   BT.run();
+//   ...
+//   unsigned Reg = interestingRegister();
+//   RegisterCell RC = BT.get(Reg);
+//   if (RC[3].is(1))
+//      Reg0bit3 = 1;
+//
+// The code below is intended to be fully target-independent.
+
+#include "llvm/CodeGen/MachineBasicBlock.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
+#include "llvm/IR/Constants.h"
+#include "llvm/Support/Debug.h"
+#include "llvm/Support/raw_ostream.h"
+#include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
+
+#include "BitTracker.h"
+
+using namespace llvm;
+
+typedef BitTracker BT;
+
+namespace {
+  // Local trickery to pretty print a register (without the whole "%vreg"
+  // business).
+  struct printv {
+    printv(unsigned r) : R(r) {}
+    unsigned R;
+  };
+  raw_ostream &operator<< (raw_ostream &OS, const printv &PV) {
+    if (PV.R)
+      OS << 'v' << TargetRegisterInfo::virtReg2Index(PV.R);
+    else
+      OS << 's';
+    return OS;
+  }
+}
+
+
+raw_ostream &operator<< (raw_ostream &OS, const BT::BitValue &BV) {
+  switch (BV.Type) {
+    case BT::BitValue::Top:
+      OS << 'T';
+      break;
+    case BT::BitValue::Zero:
+      OS << '0';
+      break;
+    case BT::BitValue::One:
+      OS << '1';
+      break;
+    case BT::BitValue::Ref:
+      OS << printv(BV.RefI.Reg) << '[' << BV.RefI.Pos << ']';
+      break;
+  }
+  return OS;
+}
+
+
+raw_ostream &operator<< (raw_ostream &OS, const BT::RegisterCell &RC) {
+  unsigned n = RC.Bits.size();
+  OS << "{ w:" << n;
+  // Instead of printing each bit value individually, try to group them
+  // into logical segments, such as sequences of 0 or 1 bits or references
+  // to consecutive bits (e.g. "bits 3-5 are same as bits 7-9 of reg xyz").
+  // "Start" will be the index of the beginning of the most recent segment.
+  unsigned Start = 0;
+  bool SeqRef = false;    // A sequence of refs to consecutive bits.
+  bool ConstRef = false;  // A sequence of refs to the same bit.
+
+  for (unsigned i = 1, n = RC.Bits.size(); i < n; ++i) {
+    const BT::BitValue &V = RC[i];
+    const BT::BitValue &SV = RC[Start];
+    bool IsRef = (V.Type == BT::BitValue::Ref);
+    // If the current value is the same as Start, skip to the next one.
+    if (!IsRef && V == SV)
+      continue;
+    if (IsRef && SV.Type == BT::BitValue::Ref && V.RefI.Reg == SV.RefI.Reg) {
+      if (Start+1 == i) {
+        SeqRef = (V.RefI.Pos == SV.RefI.Pos+1);
+        ConstRef = (V.RefI.Pos == SV.RefI.Pos);
+      }
+      if (SeqRef && V.RefI.Pos == SV.RefI.Pos+(i-Start))
+        continue;
+      if (ConstRef && V.RefI.Pos == SV.RefI.Pos)
+        continue;
+    }
+
+    // The current value is different. Print the previous one and reset
+    // the Start.
+    OS << " [" << Start;
+    unsigned Count = i - Start;
+    if (Count == 1) {
+      OS << "]:" << SV;
+    } else {
+      OS << '-' << i-1 << "]:";
+      if (SV.Type == BT::BitValue::Ref && SeqRef)
+        OS << printv(SV.RefI.Reg) << '[' << SV.RefI.Pos << '-'
+           << SV.RefI.Pos+(Count-1) << ']';
+      else
+        OS << SV;
+    }
+    Start = i;
+    SeqRef = ConstRef = false;
+  }
+
+  OS << " [" << Start;
+  unsigned Count = n - Start;
+  if (n-Start == 1) {
+    OS << "]:" << RC[Start];
+  } else {
+    OS << '-' << n-1 << "]:";
+    const BT::BitValue &SV = RC[Start];
+    if (SV.Type == BT::BitValue::Ref && SeqRef)
+      OS << printv(SV.RefI.Reg) << '[' << SV.RefI.Pos << '-'
+         << SV.RefI.Pos+(Count-1) << ']';
+    else
+      OS << SV;
+  }
+  OS << " }";
+
+  return OS;
+}
+
+
+BitTracker::BitTracker(const MachineEvaluator &E, llvm::MachineFunction &F) :
+  Trace(false), ME(E), MF(F), MRI(F.getRegInfo()), Map(*new CellMapType) {
+}
+
+
+BitTracker::~BitTracker() {
+  delete &Map;
+}
+
+
+// If we were allowed to update a cell for a part of a register, the meet
+// operation would need to be parametrized by the register number and the
+// exact part of the register, so that the computer BitRefs correspond to
+// the actual bits of the "self" register.
+// While this cannot happen in the current implementation, I'm not sure
+// if this should be ruled out in the future.
+bool BT::RegisterCell::meet(const RegisterCell &RC, unsigned SelfR) {
+  // An example when "meet" can be invoked with SelfR == 0 is a phi node
+  // with a physical register as an operand.
+  assert(SelfR == 0 || TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(SelfR));
+  bool Changed = false;
+  for (uint16_t i = 0, n = Bits.size(); i < n; ++i) {
+    const BitValue &RCV = RC[i];
+    Changed |= Bits[i].meet(RCV, BitRef(SelfR, i));
+  }
+  return Changed;
+}
+
+
+// Insert the entire cell RC into the current cell at position given by M.
+BT::RegisterCell &BT::RegisterCell::insert(const BT::RegisterCell &RC,
+      const BitMask &M) {
+  uint16_t B = M.first(), E = M.last(), W = width();
+  // Sanity: M must be a valid mask for *this.
+  assert(B < W && E < W);
+  // Sanity: the masked part of *this must have the same number of bits
+  // as the source.
+  assert(B > E || E-B+1 == RC.width());      // B <= E  =>  E-B+1 = |RC|.
+  assert(B <= E || E+(W-B)+1 == RC.width()); // E < B   =>  E+(W-B)+1 = |RC|.
+  if (B <= E) {
+    for (uint16_t i = 0; i <= E-B; ++i)
+      Bits[i+B] = RC[i];
+  } else {
+    for (uint16_t i = 0; i < W-B; ++i)
+      Bits[i+B] = RC[i];
+    for (uint16_t i = 0; i <= E; ++i)
+      Bits[i] = RC[i+(W-B)];
+  }
+  return *this;
+}
+
+
+BT::RegisterCell BT::RegisterCell::extract(const BitMask &M) const {
+  uint16_t B = M.first(), E = M.last(), W = width();
+  assert(B < W && E < W);
+  if (B <= E) {
+    RegisterCell RC(E-B+1);
+    for (uint16_t i = B; i <= E; ++i)
+      RC.Bits[i-B] = Bits[i];
+    return RC;
+  }
+
+  RegisterCell RC(E+(W-B)+1);
+  for (uint16_t i = 0; i < W-B; ++i)
+    RC.Bits[i] = Bits[i+B];
+  for (uint16_t i = 0; i <= E; ++i)
+    RC.Bits[i+(W-B)] = Bits[i];
+  return RC;
+}
+
+
+BT::RegisterCell &BT::RegisterCell::rol(uint16_t Sh) {
+  // Rotate left (i.e. towards increasing bit indices).
+  // Swap the two parts:  [0..W-Sh-1] [W-Sh..W-1]
+  uint16_t W = width();
+  Sh = Sh % W;
+  if (Sh == 0)
+    return *this;
+
+  RegisterCell Tmp(W-Sh);
+  // Tmp = [0..W-Sh-1].
+  for (uint16_t i = 0; i < W-Sh; ++i)
+    Tmp[i] = Bits[i];
+  // Shift [W-Sh..W-1] to [0..Sh-1].
+  for (uint16_t i = 0; i < Sh; ++i)
+    Bits[i] = Bits[W-Sh+i];
+  // Copy Tmp to [Sh..W-1].
+  for (uint16_t i = 0; i < W-Sh; ++i)
+    Bits[i+Sh] = Tmp.Bits[i];
+  return *this;
+}
+
+
+BT::RegisterCell &BT::RegisterCell::fill(uint16_t B, uint16_t E,
+      const BitValue &V) {
+  assert(B <= E);
+  while (B < E)
+    Bits[B++] = V;
+  return *this;
+}
+
+
+BT::RegisterCell &BT::RegisterCell::cat(const RegisterCell &RC) {
+  // Append the cell given as the argument to the "this" cell.
+  // Bit 0 of RC becomes bit W of the result, where W is this->width().
+  uint16_t W = width(), WRC = RC.width();
+  Bits.resize(W+WRC);
+  for (uint16_t i = 0; i < WRC; ++i)
+    Bits[i+W] = RC.Bits[i];
+  return *this;
+}
+
+
+uint16_t BT::RegisterCell::ct(bool B) const {
+  uint16_t W = width();
+  uint16_t C = 0;
+  BitValue V = B;
+  while (C < W && Bits[C] == V)
+    C++;
+  return C;
+}
+
+
+uint16_t BT::RegisterCell::cl(bool B) const {
+  uint16_t W = width();
+  uint16_t C = 0;
+  BitValue V = B;
+  while (C < W && Bits[W-(C+1)] == V)
+    C++;
+  return C;
+}
+
+
+bool BT::RegisterCell::operator== (const RegisterCell &RC) const {
+  uint16_t W = Bits.size();
+  if (RC.Bits.size() != W)
+    return false;
+  for (uint16_t i = 0; i < W; ++i)
+    if (Bits[i] != RC[i])
+      return false;
+  return true;
+}
+
+
+uint16_t BT::MachineEvaluator::getRegBitWidth(const RegisterRef &RR) const {
+  // The general problem is with finding a register class that corresponds
+  // to a given reference reg:sub. There can be several such classes, and
+  // since we only care about the register size, it does not matter which
+  // such class we would find.
+  // The easiest way to accomplish what we want is to
+  // 1. find a physical register PhysR from the same class as RR.Reg,
+  // 2. find a physical register PhysS that corresponds to PhysR:RR.Sub,
+  // 3. find a register class that contains PhysS.
+  unsigned PhysR;
+  if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(RR.Reg)) {
+    const TargetRegisterClass *VC = MRI.getRegClass(RR.Reg);
+    assert(VC->begin() != VC->end() && "Empty register class");
+    PhysR = *VC->begin();
+  } else {
+    assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(RR.Reg));
+    PhysR = RR.Reg;
+  }
+
+  unsigned PhysS = (RR.Sub == 0) ? PhysR : TRI.getSubReg(PhysR, RR.Sub);
+  const TargetRegisterClass *RC = TRI.getMinimalPhysRegClass(PhysS);
+  uint16_t BW = RC->getSize()*8;
+  return BW;
+}
+
+
+BT::RegisterCell BT::MachineEvaluator::getCell(const RegisterRef &RR,
+      const CellMapType &M) const {
+  uint16_t BW = getRegBitWidth(RR);
+
+  // Physical registers are assumed to be present in the map with an unknown
+  // value. Don't actually insert anything in the map, just return the cell.
+  if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(RR.Reg))
+    return RegisterCell::self(0, BW);
+
+  assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(RR.Reg));
+  // For virtual registers that belong to a class that is not tracked,
+  // generate an "unknown" value as well.
+  const TargetRegisterClass *C = MRI.getRegClass(RR.Reg);
+  if (!track(C))
+    return RegisterCell::self(0, BW);
+
+  CellMapType::const_iterator F = M.find(RR.Reg);
+  if (F != M.end()) {
+    if (!RR.Sub)
+      return F->second;
+    BitMask M = mask(RR.Reg, RR.Sub);
+    return F->second.extract(M);
+  }
+  // If not found, create a "top" entry, but do not insert it in the map.
+  return RegisterCell::top(BW);
+}
+
+
+void BT::MachineEvaluator::putCell(const RegisterRef &RR, RegisterCell RC,
+      CellMapType &M) const {
+  // While updating the cell map can be done in a meaningful way for
+  // a part of a register, it makes little sense to implement it as the
+  // SSA representation would never contain such "partial definitions".
+  if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(RR.Reg))
+    return;
+  assert(RR.Sub == 0 && "Unexpected sub-register in definition");
+  // Eliminate all ref-to-reg-0 bit values: replace them with "self".
+  for (unsigned i = 0, n = RC.width(); i < n; ++i) {
+    const BitValue &V = RC[i];
+    if (V.Type == BitValue::Ref && V.RefI.Reg == 0)
+      RC[i].RefI = BitRef(RR.Reg, i);
+  }
+  M[RR.Reg] = RC;
+}
+
+
+// Check if the cell represents a compile-time integer value.
+bool BT::MachineEvaluator::isInt(const RegisterCell &A) const {
+  uint16_t W = A.width();
+  for (uint16_t i = 0; i < W; ++i)
+    if (!A[i].is(0) && !A[i].is(1))
+      return false;
+  return true;
+}
+
+
+// Convert a cell to the integer value. The result must fit in uint64_t.
+uint64_t BT::MachineEvaluator::toInt(const RegisterCell &A) const {
+  assert(isInt(A));
+  uint64_t Val = 0;
+  uint16_t W = A.width();
+  for (uint16_t i = 0; i < W; ++i) {
+    Val <<= 1;
+    Val |= A[i].is(1);
+  }
+  return Val;
+}
+
+
+// Evaluator helper functions. These implement some common operation on
+// register cells that can be used to implement target-specific instructions
+// in a target-specific evaluator.
+
+BT::RegisterCell BT::MachineEvaluator::eIMM(int64_t V, uint16_t W) const {
+  RegisterCell Res(W);
+  // For bits beyond the 63rd, this will generate the sign bit of V.
+  for (uint16_t i = 0; i < W; ++i) {
+    Res[i] = BitValue(V & 1);
+    V >>= 1;
+  }
+  return Res;
+}
+
+
+BT::RegisterCell BT::MachineEvaluator::eIMM(const ConstantInt *CI) const {
+  APInt A = CI->getValue();
+  uint16_t BW = A.getBitWidth();
+  assert((unsigned)BW == A.getBitWidth() && "BitWidth overflow");
+  RegisterCell Res(BW);
+  for (uint16_t i = 0; i < BW; ++i)
+    Res[i] = A[i];
+  return Res;
+}
+
+
+BT::RegisterCell BT::MachineEvaluator::eADD(const RegisterCell &A1,
+      const RegisterCell &A2) const {
+  uint16_t W = A1.width();
+  assert(W == A2.width());
+  RegisterCell Res(W);
+  bool Carry = false;
+  uint16_t I;
+  for (I = 0; I < W; ++I) {
+    const BitValue &V1 = A1[I];
+    const BitValue &V2 = A2[I];
+    if (!V1.num() || !V2.num())
+      break;
+    unsigned S = bool(V1) + bool(V2) + Carry;
+    Res[I] = BitValue(S & 1);
+    Carry = (S > 1);
+  }
+  for (; I < W; ++I) {
+    const BitValue &V1 = A1[I];
+    const BitValue &V2 = A2[I];
+    // If the next bit is same as Carry, the result will be 0 plus the
+    // other bit. The Carry bit will remain unchanged.
+    if (V1.is(Carry))
+      Res[I] = BitValue::ref(V2);
+    else if (V2.is(Carry))
+      Res[I] = BitValue::ref(V1);
+    else
+      break;
+  }
+  for (; I < W; ++I)
+    Res[I] = BitValue::self();
+  return Res;
+}
+
+
+BT::RegisterCell BT::MachineEvaluator::eSUB(const RegisterCell &A1,
+      const RegisterCell &A2) const {
+  uint16_t W = A1.width();
+  assert(W == A2.width());
+  RegisterCell Res(W);
+  bool Borrow = false;
+  uint16_t I;
+  for (I = 0; I < W; ++I) {
+    const BitValue &V1 = A1[I];
+    const BitValue &V2 = A2[I];
+    if (!V1.num() || !V2.num())
+      break;
+    unsigned S = bool(V1) - bool(V2) - Borrow;
+    Res[I] = BitValue(S & 1);
+    Borrow = (S > 1);
+  }
+  for (; I < W; ++I) {
+    const BitValue &V1 = A1[I];
+    const BitValue &V2 = A2[I];
+    if (V1.is(Borrow)) {
+      Res[I] = BitValue::ref(V2);
+      break;
+    }
+    if (V2.is(Borrow))
+      Res[I] = BitValue::ref(V1);
+    else
+      break;
+  }
+  for (; I < W; ++I)
+    Res[I] = BitValue::self();
+  return Res;
+}
+
+
+BT::RegisterCell BT::MachineEvaluator::eMLS(const RegisterCell &A1,
+      const RegisterCell &A2) const {
+  uint16_t W = A1.width() + A2.width();
+  uint16_t Z = A1.ct(0) + A2.ct(0);
+  RegisterCell Res(W);
+  Res.fill(0, Z, BitValue::Zero);
+  Res.fill(Z, W, BitValue::self());
+  return Res;
+}
+
+
+BT::RegisterCell BT::MachineEvaluator::eMLU(const RegisterCell &A1,
+      const RegisterCell &A2) const {
+  uint16_t W = A1.width() + A2.width();
+  uint16_t Z = A1.ct(0) + A2.ct(0);
+  RegisterCell Res(W);
+  Res.fill(0, Z, BitValue::Zero);
+  Res.fill(Z, W, BitValue::self());
+  return Res;
+}
+
+
+BT::RegisterCell BT::MachineEvaluator::eASL(const RegisterCell &A1,
+      uint16_t Sh) const {
+  uint16_t W = A1.width();
+  assert(Sh <= W);
+  RegisterCell Res = RegisterCell::ref(A1);
+  Res.rol(Sh);
+  Res.fill(0, Sh, BitValue::Zero);
+  return Res;
+}
+
+
+BT::RegisterCell BT::MachineEvaluator::eLSR(const RegisterCell &A1,
+      uint16_t Sh) const {
+  uint16_t W = A1.width();
+  assert(Sh <= W);
+  RegisterCell Res = RegisterCell::ref(A1);
+  Res.rol(W-Sh);
+  Res.fill(W-Sh, W, BitValue::Zero);
+  return Res;
+}
+
+
+BT::RegisterCell BT::MachineEvaluator::eASR(const RegisterCell &A1,
+      uint16_t Sh) const {
+  uint16_t W = A1.width();
+  assert(Sh <= W);
+  RegisterCell Res = RegisterCell::ref(A1);
+  BitValue Sign = Res[W-1];
+  Res.rol(W-Sh);
+  Res.fill(W-Sh, W, Sign);
+  return Res;
+}
+
+
+BT::RegisterCell BT::MachineEvaluator::eAND(const RegisterCell &A1,
+      const RegisterCell &A2) const {
+  uint16_t W = A1.width();
+  assert(W == A2.width());
+  RegisterCell Res(W);
+  for (uint16_t i = 0; i < W; ++i) {
+    const BitValue &V1 = A1[i];
+    const BitValue &V2 = A2[i];
+    if (V1.is(1))
+      Res[i] = BitValue::ref(V2);
+    else if (V2.is(1))
+      Res[i] = BitValue::ref(V1);
+    else if (V1.is(0) || V2.is(0))
+      Res[i] = BitValue::Zero;
+    else if (V1 == V2)
+      Res[i] = V1;
+    else
+      Res[i] = BitValue::self();
+  }
+  return Res;
+}
+
+
+BT::RegisterCell BT::MachineEvaluator::eORL(const RegisterCell &A1,
+      const RegisterCell &A2) const {
+  uint16_t W = A1.width();
+  assert(W == A2.width());
+  RegisterCell Res(W);
+  for (uint16_t i = 0; i < W; ++i) {
+    const BitValue &V1 = A1[i];
+    const BitValue &V2 = A2[i];
+    if (V1.is(1) || V2.is(1))
+      Res[i] = BitValue::One;
+    else if (V1.is(0))
+      Res[i] = BitValue::ref(V2);
+    else if (V2.is(0))
+      Res[i] = BitValue::ref(V1);
+    else if (V1 == V2)
+      Res[i] = V1;
+    else
+      Res[i] = BitValue::self();
+  }
+  return Res;
+}
+
+
+BT::RegisterCell BT::MachineEvaluator::eXOR(const RegisterCell &A1,
+      const RegisterCell &A2) const {
+  uint16_t W = A1.width();
+  assert(W == A2.width());
+  RegisterCell Res(W);
+  for (uint16_t i = 0; i < W; ++i) {
+    const BitValue &V1 = A1[i];
+    const BitValue &V2 = A2[i];
+    if (V1.is(0))
+      Res[i] = BitValue::ref(V2);
+    else if (V2.is(0))
+      Res[i] = BitValue::ref(V1);
+    else if (V1 == V2)
+      Res[i] = BitValue::Zero;
+    else
+      Res[i] = BitValue::self();
+  }
+  return Res;
+}
+
+
+BT::RegisterCell BT::MachineEvaluator::eNOT(const RegisterCell &A1) const {
+  uint16_t W = A1.width();
+  RegisterCell Res(W);
+  for (uint16_t i = 0; i < W; ++i) {
+    const BitValue &V = A1[i];
+    if (V.is(0))
+      Res[i] = BitValue::One;
+    else if (V.is(1))
+      Res[i] = BitValue::Zero;
+    else
+      Res[i] = BitValue::self();
+  }
+  return Res;
+}
+
+
+BT::RegisterCell BT::MachineEvaluator::eSET(const RegisterCell &A1,
+      uint16_t BitN) const {
+  uint16_t W = A1.width();
+  assert(BitN < W);
+  RegisterCell Res = RegisterCell::ref(A1);
+  Res[BitN] = BitValue::One;
+  return Res;
+}
+
+
+BT::RegisterCell BT::MachineEvaluator::eCLR(const RegisterCell &A1,
+      uint16_t BitN) const {
+  uint16_t W = A1.width();
+  assert(BitN < W);
+  RegisterCell Res = RegisterCell::ref(A1);
+  Res[BitN] = BitValue::Zero;
+  return Res;
+}
+
+
+BT::RegisterCell BT::MachineEvaluator::eCLB(const RegisterCell &A1, bool B,
+      uint16_t W) const {
+  uint16_t C = A1.cl(B), AW = A1.width();
+  // If the last leading non-B bit is not a constant, then we don't know
+  // the real count.
+  if ((C < AW && A1[AW-1-C].num()) || C == AW)
+    return eIMM(C, W);
+  return RegisterCell::self(0, W);
+}
+
+
+BT::RegisterCell BT::MachineEvaluator::eCTB(const RegisterCell &A1, bool B,
+      uint16_t W) const {
+  uint16_t C = A1.ct(B), AW = A1.width();
+  // If the last trailing non-B bit is not a constant, then we don't know
+  // the real count.
+  if ((C < AW && A1[C].num()) || C == AW)
+    return eIMM(C, W);
+  return RegisterCell::self(0, W);
+}
+
+
+BT::RegisterCell BT::MachineEvaluator::eSXT(const RegisterCell &A1,
+      uint16_t FromN) const {
+  uint16_t W = A1.width();
+  assert(FromN <= W);
+  RegisterCell Res = RegisterCell::ref(A1);
+  BitValue Sign = Res[FromN-1];
+  // Sign-extend "inreg".
+  Res.fill(FromN, W, Sign);
+  return Res;
+}
+
+
+BT::RegisterCell BT::MachineEvaluator::eZXT(const RegisterCell &A1,
+      uint16_t FromN) const {
+  uint16_t W = A1.width();
+  assert(FromN <= W);
+  RegisterCell Res = RegisterCell::ref(A1);
+  Res.fill(FromN, W, BitValue::Zero);
+  return Res;
+}
+
+
+BT::RegisterCell BT::MachineEvaluator::eXTR(const RegisterCell &A1,
+      uint16_t B, uint16_t E) const {
+  uint16_t W = A1.width();
+  assert(B < W && E <= W);
+  if (B == E)
+    return RegisterCell(0);
+  uint16_t Last = (E > 0) ? E-1 : W-1;
+  RegisterCell Res = RegisterCell::ref(A1).extract(BT::BitMask(B, Last));
+  // Return shorter cell.
+  return Res;
+}
+
+
+BT::RegisterCell BT::MachineEvaluator::eINS(const RegisterCell &A1,
+      const RegisterCell &A2, uint16_t AtN) const {
+  uint16_t W1 = A1.width(), W2 = A2.width();
+  assert(AtN < W1 && AtN+W2 <= W1);
+  // Copy bits from A1, insert A2 at position AtN.
+  RegisterCell Res = RegisterCell::ref(A1);
+  if (W2 > 0)
+    Res.insert(RegisterCell::ref(A2), BT::BitMask(AtN, AtN+W2-1));
+  return Res;
+}
+
+
+BT::BitMask BT::MachineEvaluator::mask(unsigned Reg, unsigned Sub) const {
+  assert(Sub == 0 && "Generic BitTracker::mask called for Sub != 0");
+  uint16_t W = getRegBitWidth(Reg);
+  assert(W > 0 && "Cannot generate mask for empty register");
+  return BitMask(0, W-1);
+}
+
+
+bool BT::MachineEvaluator::evaluate(const MachineInstr *MI,
+      const CellMapType &Inputs, CellMapType &Outputs) const {
+  unsigned Opc = MI->getOpcode();
+  switch (Opc) {
+    case TargetOpcode::REG_SEQUENCE: {
+      RegisterRef RD = MI->getOperand(0);
+      assert(RD.Sub == 0);
+      RegisterRef RS = MI->getOperand(1);
+      unsigned SS = MI->getOperand(2).getImm();
+      RegisterRef RT = MI->getOperand(3);
+      unsigned ST = MI->getOperand(4).getImm();
+      assert(SS != ST);
+
+      uint16_t W = getRegBitWidth(RD);
+      RegisterCell Res(W);
+      Res.insert(RegisterCell::ref(getCell(RS, Inputs)), mask(RD.Reg, SS));
+      Res.insert(RegisterCell::ref(getCell(RT, Inputs)), mask(RD.Reg, ST));
+      putCell(RD, Res, Outputs);
+      break;
+    }
+
+    case TargetOpcode::COPY: {
+      // COPY can transfer a smaller register into a wider one.
+      // If that is the case, fill the remaining high bits with 0.
+      RegisterRef RD = MI->getOperand(0);
+      RegisterRef RS = MI->getOperand(1);
+      assert(RD.Sub == 0);
+      uint16_t WD = getRegBitWidth(RD);
+      uint16_t WS = getRegBitWidth(RS);
+      assert(WD >= WS);
+      RegisterCell Src = getCell(RS, Inputs);
+      RegisterCell Res(WD);
+      Res.insert(Src, BitMask(0, WS-1));
+      Res.fill(WS, WD, BitValue::Zero);
+      putCell(RD, Res, Outputs);
+      break;
+    }
+
+    default:
+      return false;
+  }
+
+  return true;
+}
+
+
+// Main W-Z implementation.
+
+void BT::visitPHI(const MachineInstr *PI) {
+  int ThisN = PI->getParent()->getNumber();
+  if (Trace)
+    dbgs() << "Visit FI(BB#" << ThisN << "): " << *PI;
+
+  const MachineOperand &MD = PI->getOperand(0);
+  assert(MD.getSubReg() == 0 && "Unexpected sub-register in definition");
+  RegisterRef DefRR(MD);
+  uint16_t DefBW = ME.getRegBitWidth(DefRR);
+
+  RegisterCell DefC = ME.getCell(DefRR, Map);
+  if (DefC == RegisterCell::self(DefRR.Reg, DefBW))    // XXX slow
+    return;
+
+  bool Changed = false;
+
+  for (unsigned i = 1, n = PI->getNumOperands(); i < n; i += 2) {
+    const MachineBasicBlock *PB = PI->getOperand(i+1).getMBB();
+    int PredN = PB->getNumber();
+    if (Trace)
+      dbgs() << "  edge BB#" << PredN << "->BB#" << ThisN;
+    if (!EdgeExec.count(CFGEdge(PredN, ThisN))) {
+      if (Trace)
+        dbgs() << " not executable\n";
+      continue;
+    }
+
+    RegisterRef RU = PI->getOperand(i);
+    RegisterCell ResC = ME.getCell(RU, Map);
+    if (Trace)
+      dbgs() << " input reg: " << PrintReg(RU.Reg, &ME.TRI, RU.Sub)
+             << " cell: " << ResC << "\n";
+    Changed |= DefC.meet(ResC, DefRR.Reg);
+  }
+
+  if (Changed) {
+    if (Trace)
+      dbgs() << "Output: " << PrintReg(DefRR.Reg, &ME.TRI, DefRR.Sub)
+             << " cell: " << DefC << "\n";
+    ME.putCell(DefRR, DefC, Map);
+    visitUsesOf(DefRR.Reg);
+  }
+}
+
+
+void BT::visitNonBranch(const MachineInstr *MI) {
+  if (Trace) {
+    int ThisN = MI->getParent()->getNumber();
+    dbgs() << "Visit MI(BB#" << ThisN << "): " << *MI;
+  }
+  if (MI->isDebugValue())
+    return;
+  assert(!MI->isBranch() && "Unexpected branch instruction");
+
+  CellMapType ResMap;
+  bool Eval = ME.evaluate(MI, Map, ResMap);
+
+  if (Trace && Eval) {
+    for (unsigned i = 0, n = MI->getNumOperands(); i < n; ++i) {
+      const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
+      if (!MO.isReg() || !MO.isUse())
+        continue;
+      RegisterRef RU(MO);
+      dbgs() << "  input reg: " << PrintReg(RU.Reg, &ME.TRI, RU.Sub)
+             << " cell: " << ME.getCell(RU, Map) << "\n";
+    }
+    dbgs() << "Outputs:\n";
+    for (CellMapType::iterator I = ResMap.begin(), E = ResMap.end();
+         I != E; ++I) {
+      RegisterRef RD(I->first);
+      dbgs() << "  " << PrintReg(I->first, &ME.TRI) << " cell: "
+             << ME.getCell(RD, ResMap) << "\n";
+    }
+  }
+
+  // Iterate over all definitions of the instruction, and update the
+  // cells accordingly.
+  for (unsigned i = 0, n = MI->getNumOperands(); i < n; ++i) {
+    const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
+    // Visit register defs only.
+    if (!MO.isReg() || !MO.isDef())
+      continue;
+    RegisterRef RD(MO);
+    assert(RD.Sub == 0 && "Unexpected sub-register in definition");
+    if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(RD.Reg))
+      continue;
+
+    bool Changed = false;
+    if (!Eval || !ResMap.has(RD.Reg)) {
+      // Set to "ref" (aka "bottom").
+      uint16_t DefBW = ME.getRegBitWidth(RD);
+      RegisterCell RefC = RegisterCell::self(RD.Reg, DefBW);
+      if (RefC != ME.getCell(RD, Map)) {
+        ME.putCell(RD, RefC, Map);
+        Changed = true;
+      }
+    } else {
+      RegisterCell DefC = ME.getCell(RD, Map);
+      RegisterCell ResC = ME.getCell(RD, ResMap);
+      // This is a non-phi instruction, so the values of the inputs come
+      // from the same registers each time this instruction is evaluated.
+      // During the propagation, the values of the inputs can become lowered
+      // in the sense of the lattice operation, which may cause different
+      // results to be calculated in subsequent evaluations. This should
+      // not cause the bottoming of the result in the map, since the new
+      // result is already reflecting the lowered inputs.
+      for (uint16_t i = 0, w = DefC.width(); i < w; ++i) {
+        BitValue &V = DefC[i];
+        // Bits that are already "bottom" should not be updated.
+        if (V.Type == BitValue::Ref && V.RefI.Reg == RD.Reg)
+          continue;
+        // Same for those that are identical in DefC and ResC.
+        if (V == ResC[i])
+          continue;
+        V = ResC[i];
+        Changed = true;
+      }
+      if (Changed)
+        ME.putCell(RD, DefC, Map);
+    }
+    if (Changed)
+      visitUsesOf(RD.Reg);
+  }
+}
+
+
+void BT::visitBranchesFrom(const MachineInstr *BI) {
+  const MachineBasicBlock &B = *BI->getParent();
+  MachineBasicBlock::const_iterator It = BI, End = B.end();
+  BranchTargetList Targets, BTs;
+  bool FallsThrough = true, DefaultToAll = false;
+  int ThisN = B.getNumber();
+
+  do {
+    BTs.clear();
+    const MachineInstr *MI = &*It;
+    if (Trace)
+      dbgs() << "Visit BR(BB#" << ThisN << "): " << *MI;
+    assert(MI->isBranch() && "Expecting branch instruction");
+    InstrExec.insert(MI);
+    bool Eval = ME.evaluate(MI, Map, BTs, FallsThrough);
+    if (!Eval) {
+      // If the evaluation failed, we will add all targets. Keep going in
+      // the loop to mark all executable branches as such.
+      DefaultToAll = true;
+      FallsThrough = true;
+      if (Trace)
+        dbgs() << "  failed to evaluate: will add all CFG successors\n";
+    } else if (!DefaultToAll) {
+      // If evaluated successfully add the targets to the cumulative list.
+      if (Trace) {
+        dbgs() << "  adding targets:";
+        for (unsigned i = 0, n = BTs.size(); i < n; ++i)
+          dbgs() << " BB#" << BTs[i]->getNumber();
+        if (FallsThrough)
+          dbgs() << "\n  falls through\n";
+        else
+          dbgs() << "\n  does not fall through\n";
+      }
+      Targets.insert(BTs.begin(), BTs.end());
+    }
+    ++It;
+  } while (FallsThrough && It != End);
+
+  typedef MachineBasicBlock::const_succ_iterator succ_iterator;
+  if (!DefaultToAll) {
+    // Need to add all CFG successors that lead to EH landing pads.
+    // There won't be explicit branches to these blocks, but they must
+    // be processed.
+    for (succ_iterator I = B.succ_begin(), E = B.succ_end(); I != E; ++I) {
+      const MachineBasicBlock *SB = *I;
+      if (SB->isLandingPad())
+        Targets.insert(SB);
+    }
+    if (FallsThrough) {
+      MachineFunction::const_iterator BIt = &B;
+      MachineFunction::const_iterator Next = std::next(BIt);
+      if (Next != MF.end())
+        Targets.insert(&*Next);
+    }
+  } else {
+    for (succ_iterator I = B.succ_begin(), E = B.succ_end(); I != E; ++I)
+      Targets.insert(*I);
+  }
+
+  for (unsigned i = 0, n = Targets.size(); i < n; ++i) {
+    int TargetN = Targets[i]->getNumber();
+    FlowQ.push(CFGEdge(ThisN, TargetN));
+  }
+}
+
+
+void BT::visitUsesOf(unsigned Reg) {
+  if (Trace)
+    dbgs() << "visiting uses of " << PrintReg(Reg, &ME.TRI) << "\n";
+
+  typedef MachineRegisterInfo::use_nodbg_iterator use_iterator;
+  use_iterator End = MRI.use_nodbg_end();
+  for (use_iterator I = MRI.use_nodbg_begin(Reg); I != End; ++I) {
+    MachineInstr *UseI = I->getParent();
+    if (!InstrExec.count(UseI))
+      continue;
+    if (UseI->isPHI())
+      visitPHI(UseI);
+    else if (!UseI->isBranch())
+      visitNonBranch(UseI);
+    else
+      visitBranchesFrom(UseI);
+  }
+}
+
+
+BT::RegisterCell BT::get(RegisterRef RR) const {
+  return ME.getCell(RR, Map);
+}
+
+
+void BT::put(RegisterRef RR, const RegisterCell &RC) {
+  ME.putCell(RR, RC, Map);
+}
+
+
+// Replace all references to bits from OldRR with the corresponding bits
+// in NewRR.
+void BT::subst(RegisterRef OldRR, RegisterRef NewRR) {
+  assert(Map.has(OldRR.Reg) && "OldRR not present in map");
+  BitMask OM = ME.mask(OldRR.Reg, OldRR.Sub);
+  BitMask NM = ME.mask(NewRR.Reg, NewRR.Sub);
+  uint16_t OMB = OM.first(), OME = OM.last();
+  uint16_t NMB = NM.first(), NME = NM.last();
+  assert((OME-OMB == NME-NMB) &&
+         "Substituting registers of different lengths");
+  for (CellMapType::iterator I = Map.begin(), E = Map.end(); I != E; ++I) {
+    RegisterCell &RC = I->second;
+    for (uint16_t i = 0, w = RC.width(); i < w; ++i) {
+      BitValue &V = RC[i];
+      if (V.Type != BitValue::Ref || V.RefI.Reg != OldRR.Reg)
+        continue;
+      if (V.RefI.Pos < OMB || V.RefI.Pos > OME)
+        continue;
+      V.RefI.Reg = NewRR.Reg;
+      V.RefI.Pos += NMB-OMB;
+    }
+  }
+}
+
+
+// Check if the block has been "executed" during propagation. (If not, the
+// block is dead, but it may still appear to be reachable.)
+bool BT::reached(const MachineBasicBlock *B) const {
+  int BN = B->getNumber();
+  assert(BN >= 0);
+  for (EdgeSetType::iterator I = EdgeExec.begin(), E = EdgeExec.end();
+       I != E; ++I) {
+    if (I->second == BN)
+      return true;
+  }
+  return false;
+}
+
+
+void BT::reset() {
+  EdgeExec.clear();
+  InstrExec.clear();
+  Map.clear();
+}
+
+
+void BT::run() {
+  reset();
+  assert(FlowQ.empty());
+
+  typedef GraphTraits<const MachineFunction*> MachineFlowGraphTraits;
+  const MachineBasicBlock *Entry = MachineFlowGraphTraits::getEntryNode(&MF);
+
+  unsigned MaxBN = 0;
+  for (MachineFunction::const_iterator I = MF.begin(), E = MF.end();
+       I != E; ++I) {
+    assert(I->getNumber() >= 0 && "Disconnected block");
+    unsigned BN = I->getNumber();
+    if (BN > MaxBN)
+      MaxBN = BN;
+  }
+
+  // Keep track of visited blocks.
+  BitVector BlockScanned(MaxBN+1);
+
+  int EntryN = Entry->getNumber();
+  // Generate a fake edge to get something to start with.
+  FlowQ.push(CFGEdge(-1, EntryN));
+
+  while (!FlowQ.empty()) {
+    CFGEdge Edge = FlowQ.front();
+    FlowQ.pop();
+
+    if (EdgeExec.count(Edge))
+      continue;
+    EdgeExec.insert(Edge);
+
+    const MachineBasicBlock &B = *MF.getBlockNumbered(Edge.second);
+    MachineBasicBlock::const_iterator It = B.begin(), End = B.end();
+    // Visit PHI nodes first.
+    while (It != End && It->isPHI()) {
+      const MachineInstr *PI = &*It++;
+      InstrExec.insert(PI);
+      visitPHI(PI);
+    }
+
+    // If this block has already been visited through a flow graph edge,
+    // then the instructions have already been processed. Any updates to
+    // the cells would now only happen through visitUsesOf...
+    if (BlockScanned[Edge.second])
+      continue;
+    BlockScanned[Edge.second] = true;
+
+    // Visit non-branch instructions.
+    while (It != End && !It->isBranch()) {
+      const MachineInstr *MI = &*It++;
+      InstrExec.insert(MI);
+      visitNonBranch(MI);
+    }
+    // If block end has been reached, add the fall-through edge to the queue.
+    if (It == End) {
+      MachineFunction::const_iterator BIt = &B;
+      MachineFunction::const_iterator Next = std::next(BIt);
+      if (Next != MF.end()) {
+        int ThisN = B.getNumber();
+        int NextN = Next->getNumber();
+        FlowQ.push(CFGEdge(ThisN, NextN));
+      }
+    } else {
+      // Handle the remaining sequence of branches. This function will update
+      // the work queue.
+      visitBranchesFrom(It);
+    }
+  } // while (!FlowQ->empty())
+
+  if (Trace) {
+    dbgs() << "Cells after propagation:\n";
+    for (CellMapType::iterator I = Map.begin(), E = Map.end(); I != E; ++I)
+      dbgs() << PrintReg(I->first, &ME.TRI) << " -> " << I->second << "\n";
+  }
+}
+