include/llvm/MC/MCInstrItineraries.h

   1 //===-- llvm/MC/MCInstrItineraries.h - Scheduling ---------------*- C++ -*-===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file describes the structures used for instruction
  11 // itineraries, stages, and operand reads/writes.  This is used by
  12 // schedulers to determine instruction stages and latencies.
  13 //
  14 //===----------------------------------------------------------------------===//
  15
  16 #ifndef LLVM_MC_MCINSTRITINERARIES_H
  17 #define LLVM_MC_MCINSTRITINERARIES_H
  18
  19 #include "llvm/MC/MCSchedule.h"
  20 #include <algorithm>
  21
  22 namespace llvm {
  23
  24 //===----------------------------------------------------------------------===//
  25 /// Instruction stage - These values represent a non-pipelined step in
  26 /// the execution of an instruction.  Cycles represents the number of
  27 /// discrete time slots needed to complete the stage.  Units represent
  28 /// the choice of functional units that can be used to complete the
  29 /// stage.  Eg. IntUnit1, IntUnit2. NextCycles indicates how many
  30 /// cycles should elapse from the start of this stage to the start of
  31 /// the next stage in the itinerary. A value of -1 indicates that the
  32 /// next stage should start immediately after the current one.
  33 /// For example:
  34 ///
  35 ///   { 1, x, -1 }
  36 ///      indicates that the stage occupies FU x for 1 cycle and that
  37 ///      the next stage starts immediately after this one.
  38 ///
  39 ///   { 2, x|y, 1 }
  40 ///      indicates that the stage occupies either FU x or FU y for 2
  41 ///      consecuative cycles and that the next stage starts one cycle
  42 ///      after this stage starts. That is, the stage requirements
  43 ///      overlap in time.
  44 ///
  45 ///   { 1, x, 0 }
  46 ///      indicates that the stage occupies FU x for 1 cycle and that
  47 ///      the next stage starts in this same cycle. This can be used to
  48 ///      indicate that the instruction requires multiple stages at the
  49 ///      same time.
  50 ///
  51 /// FU reservation can be of two different kinds:
  52 ///  - FUs which instruction actually requires
  53 ///  - FUs which instruction just reserves. Reserved unit is not available for
  54 ///    execution of other instruction. However, several instructions can reserve
  55 ///    the same unit several times.
  56 /// Such two types of units reservation is used to model instruction domain
  57 /// change stalls, FUs using the same resource (e.g. same register file), etc.
  58
  59 struct InstrStage {
  60   enum ReservationKinds {
  61     Required = 0,
  62     Reserved = 1
  63   };
  64
  65   unsigned Cycles_;  ///< Length of stage in machine cycles
  66   unsigned Units_;   ///< Choice of functional units
  67   int NextCycles_;   ///< Number of machine cycles to next stage
  68   ReservationKinds Kind_; ///< Kind of the FU reservation
  69
  70   /// getCycles - returns the number of cycles the stage is occupied
  71   unsigned getCycles() const {
  72     return Cycles_;
  73   }
  74
  75   /// getUnits - returns the choice of FUs
  76   unsigned getUnits() const {
  77     return Units_;
  78   }
  79
  80   ReservationKinds getReservationKind() const {
  81     return Kind_;
  82   }
  83
  84   /// getNextCycles - returns the number of cycles from the start of
  85   /// this stage to the start of the next stage in the itinerary
  86   unsigned getNextCycles() const {
  87     return (NextCycles_ >= 0) ? (unsigned)NextCycles_ : Cycles_;
  88   }
  89 };
  90
  91
  92 //===----------------------------------------------------------------------===//
  93 /// Instruction itinerary - An itinerary represents the scheduling
  94 /// information for an instruction. This includes a set of stages
  95 /// occupies by the instruction, and the pipeline cycle in which
  96 /// operands are read and written.
  97 ///
  98 struct InstrItinerary {
  99   int      NumMicroOps;        ///< # of micro-ops, -1 means it's variable
 100   unsigned FirstStage;         ///< Index of first stage in itinerary
 101   unsigned LastStage;          ///< Index of last + 1 stage in itinerary
 102   unsigned FirstOperandCycle;  ///< Index of first operand rd/wr
 103   unsigned LastOperandCycle;   ///< Index of last + 1 operand rd/wr
 104 };
 105
 106
 107 //===----------------------------------------------------------------------===//
 108 /// Instruction itinerary Data - Itinerary data supplied by a subtarget to be
 109 /// used by a target.
 110 ///
 111 class InstrItineraryData {
 112 public:
 113   const MCSchedModel   *SchedModel;     ///< Basic machine properties.
 114   const InstrStage     *Stages;         ///< Array of stages selected
 115   const unsigned       *OperandCycles;  ///< Array of operand cycles selected
 116   const unsigned       *Forwardings;    ///< Array of pipeline forwarding pathes
 117   const InstrItinerary *Itineraries;    ///< Array of itineraries selected
 118
 119   /// Ctors.
 120   ///
 121   InstrItineraryData() : SchedModel(&MCSchedModel::DefaultSchedModel),
 122                          Stages(0), OperandCycles(0),
 123                          Forwardings(0), Itineraries(0) {}
 124
 125   InstrItineraryData(const MCSchedModel *SM, const InstrStage *S,
 126                      const unsigned *OS, const unsigned *F)
 127     : SchedModel(SM), Stages(S), OperandCycles(OS), Forwardings(F),
 128       Itineraries(SchedModel->InstrItineraries) {}
 129
 130   /// isEmpty - Returns true if there are no itineraries.
 131   ///
 132   bool isEmpty() const { return Itineraries == 0; }
 133
 134   /// isEndMarker - Returns true if the index is for the end marker
 135   /// itinerary.
 136   ///
 137   bool isEndMarker(unsigned ItinClassIndx) const {
 138     return ((Itineraries[ItinClassIndx].FirstStage == ~0U) &&
 139             (Itineraries[ItinClassIndx].LastStage == ~0U));
 140   }
 141
 142   /// beginStage - Return the first stage of the itinerary.
 143   ///
 144   const InstrStage *beginStage(unsigned ItinClassIndx) const {
 145     unsigned StageIdx = Itineraries[ItinClassIndx].FirstStage;
 146     return Stages + StageIdx;
 147   }
 148
 149   /// endStage - Return the last+1 stage of the itinerary.
 150   ///
 151   const InstrStage *endStage(unsigned ItinClassIndx) const {
 152     unsigned StageIdx = Itineraries[ItinClassIndx].LastStage;
 153     return Stages + StageIdx;
 154   }
 155
 156   /// getStageLatency - Return the total stage latency of the given
 157   /// class.  The latency is the maximum completion time for any stage
 158   /// in the itinerary.
 159   ///
 160   /// InstrStages override the itinerary's MinLatency property. In fact, if the
 161   /// stage latencies, which may be zero, are less than MinLatency,
 162   /// getStageLatency returns a value less than MinLatency.
 163   ///
 164   /// If no stages exist, MinLatency is used. If MinLatency is invalid (<0),
 165   /// then it defaults to one cycle.
 166   unsigned getStageLatency(unsigned ItinClassIndx) const {
 167     // If the target doesn't provide itinerary information, use a simple
 168     // non-zero default value for all instructions.
 169     if (isEmpty())
 170       return SchedModel->MinLatency < 0 ? 1 : SchedModel->MinLatency;
 171
 172     // Calculate the maximum completion time for any stage.
 173     unsigned Latency = 0, StartCycle = 0;
 174     for (const InstrStage *IS = beginStage(ItinClassIndx),
 175            *E = endStage(ItinClassIndx); IS != E; ++IS) {
 176       Latency = std::max(Latency, StartCycle + IS->getCycles());
 177       StartCycle += IS->getNextCycles();
 178     }
 179
 180     return Latency;
 181   }
 182
 183   /// getOperandCycle - Return the cycle for the given class and
 184   /// operand. Return -1 if no cycle is specified for the operand.
 185   ///
 186   int getOperandCycle(unsigned ItinClassIndx, unsigned OperandIdx) const {
 187     if (isEmpty())
 188       return -1;
 189
 190     unsigned FirstIdx = Itineraries[ItinClassIndx].FirstOperandCycle;
 191     unsigned LastIdx = Itineraries[ItinClassIndx].LastOperandCycle;
 192     if ((FirstIdx + OperandIdx) >= LastIdx)
 193       return -1;
 194
 195     return (int)OperandCycles[FirstIdx + OperandIdx];
 196   }
 197
 198   /// hasPipelineForwarding - Return true if there is a pipeline forwarding
 199   /// between instructions of itinerary classes DefClass and UseClasses so that
 200   /// value produced by an instruction of itinerary class DefClass, operand
 201   /// index DefIdx can be bypassed when it's read by an instruction of
 202   /// itinerary class UseClass, operand index UseIdx.
 203   bool hasPipelineForwarding(unsigned DefClass, unsigned DefIdx,
 204                              unsigned UseClass, unsigned UseIdx) const {
 205     unsigned FirstDefIdx = Itineraries[DefClass].FirstOperandCycle;
 206     unsigned LastDefIdx = Itineraries[DefClass].LastOperandCycle;
 207     if ((FirstDefIdx + DefIdx) >= LastDefIdx)
 208       return false;
 209     if (Forwardings[FirstDefIdx + DefIdx] == 0)
 210       return false;
 211
 212     unsigned FirstUseIdx = Itineraries[UseClass].FirstOperandCycle;
 213     unsigned LastUseIdx = Itineraries[UseClass].LastOperandCycle;
 214     if ((FirstUseIdx + UseIdx) >= LastUseIdx)
 215       return false;
 216
 217     return Forwardings[FirstDefIdx + DefIdx] ==
 218       Forwardings[FirstUseIdx + UseIdx];
 219   }
 220
 221   /// getOperandLatency - Compute and return the use operand latency of a given
 222   /// itinerary class and operand index if the value is produced by an
 223   /// instruction of the specified itinerary class and def operand index.
 224   int getOperandLatency(unsigned DefClass, unsigned DefIdx,
 225                         unsigned UseClass, unsigned UseIdx) const {
 226     if (isEmpty())
 227       return -1;
 228
 229     int DefCycle = getOperandCycle(DefClass, DefIdx);
 230     if (DefCycle == -1)
 231       return -1;
 232
 233     int UseCycle = getOperandCycle(UseClass, UseIdx);
 234     if (UseCycle == -1)
 235       return -1;
 236
 237     UseCycle = DefCycle - UseCycle + 1;
 238     if (UseCycle > 0 &&
 239         hasPipelineForwarding(DefClass, DefIdx, UseClass, UseIdx))
 240       // FIXME: This assumes one cycle benefit for every pipeline forwarding.
 241       --UseCycle;
 242     return UseCycle;
 243   }
 244
 245   /// getNumMicroOps - Return the number of micro-ops that the given class
 246   /// decodes to. Return -1 for classes that require dynamic lookup via
 247   /// TargetInstrInfo.
 248   int getNumMicroOps(unsigned ItinClassIndx) const {
 249     if (isEmpty())
 250       return 1;
 251     return Itineraries[ItinClassIndx].NumMicroOps;
 252   }
 253 };
 254
 255 } // End llvm namespace
 256
 257 #endif