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 /// 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   /// Returns the number of cycles the stage is occupied.
  71   unsigned getCycles() const {
  72     return Cycles_;
  73   }
  74
  75   /// Returns the choice of FUs.
  76   unsigned getUnits() const {
  77     return Units_;
  78   }
  79
  80   ReservationKinds getReservationKind() const {
  81     return Kind_;
  82   }
  83
  84   /// 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 /// An itinerary represents the scheduling information for an instruction.
  94 /// This includes a set of stages occupied by the instruction and the pipeline
  95 /// cycle in which operands are read and written.
  96 ///
  97 struct InstrItinerary {
  98   int      NumMicroOps;        ///< # of micro-ops, -1 means it's variable
  99   unsigned FirstStage;         ///< Index of first stage in itinerary
 100   unsigned LastStage;          ///< Index of last + 1 stage in itinerary
 101   unsigned FirstOperandCycle;  ///< Index of first operand rd/wr
 102   unsigned LastOperandCycle;   ///< Index of last + 1 operand rd/wr
 103 };
 104
 105
 106 //===----------------------------------------------------------------------===//
 107 /// Itinerary data supplied by a subtarget to be used by a target.
 108 ///
 109 class InstrItineraryData {
 110 public:
 111   MCSchedModel          SchedModel;     ///< Basic machine properties.
 112   const InstrStage     *Stages;         ///< Array of stages selected
 113   const unsigned       *OperandCycles;  ///< Array of operand cycles selected
 114   const unsigned       *Forwardings;    ///< Array of pipeline forwarding pathes
 115   const InstrItinerary *Itineraries;    ///< Array of itineraries selected
 116
 117   /// Ctors.
 118   ///
 119   InstrItineraryData() : SchedModel(MCSchedModel::GetDefaultSchedModel()),
 120                          Stages(nullptr), OperandCycles(nullptr),
 121                          Forwardings(nullptr), Itineraries(nullptr) {}
 122
 123   InstrItineraryData(const MCSchedModel &SM, const InstrStage *S,
 124                      const unsigned *OS, const unsigned *F)
 125     : SchedModel(SM), Stages(S), OperandCycles(OS), Forwardings(F),
 126       Itineraries(SchedModel.InstrItineraries) {}
 127
 128   /// Returns true if there are no itineraries.
 129   bool isEmpty() const { return Itineraries == nullptr; }
 130
 131   /// Returns true if the index is for the end marker itinerary.
 132   bool isEndMarker(unsigned ItinClassIndx) const {
 133     return ((Itineraries[ItinClassIndx].FirstStage == ~0U) &&
 134             (Itineraries[ItinClassIndx].LastStage == ~0U));
 135   }
 136
 137   /// Return the first stage of the itinerary.
 138   const InstrStage *beginStage(unsigned ItinClassIndx) const {
 139     unsigned StageIdx = Itineraries[ItinClassIndx].FirstStage;
 140     return Stages + StageIdx;
 141   }
 142
 143   /// Return the last+1 stage of the itinerary.
 144   const InstrStage *endStage(unsigned ItinClassIndx) const {
 145     unsigned StageIdx = Itineraries[ItinClassIndx].LastStage;
 146     return Stages + StageIdx;
 147   }
 148
 149   /// Return the total stage latency of the given class.
 150   /// The latency is the maximum completion time for any stage in the itinerary.
 151   /// If no stages exist, it defaults to one cycle.
 152   unsigned getStageLatency(unsigned ItinClassIndx) const {
 153     // If the target doesn't provide itinerary information, use a simple
 154     // non-zero default value for all instructions.
 155     if (isEmpty())
 156       return 1;
 157
 158     // Calculate the maximum completion time for any stage.
 159     unsigned Latency = 0, StartCycle = 0;
 160     for (const InstrStage *IS = beginStage(ItinClassIndx),
 161            *E = endStage(ItinClassIndx); IS != E; ++IS) {
 162       Latency = std::max(Latency, StartCycle + IS->getCycles());
 163       StartCycle += IS->getNextCycles();
 164     }
 165     return Latency;
 166   }
 167
 168   /// Return the cycle for the given class and operand.
 169   /// Return -1 if no cycle is specified for the operand.
 170   int getOperandCycle(unsigned ItinClassIndx, unsigned OperandIdx) const {
 171     if (isEmpty())
 172       return -1;
 173
 174     unsigned FirstIdx = Itineraries[ItinClassIndx].FirstOperandCycle;
 175     unsigned LastIdx = Itineraries[ItinClassIndx].LastOperandCycle;
 176     if ((FirstIdx + OperandIdx) >= LastIdx)
 177       return -1;
 178
 179     return (int)OperandCycles[FirstIdx + OperandIdx];
 180   }
 181
 182   /// Return true if there is a pipeline forwarding
 183   /// between instructions of itinerary classes DefClass and UseClasses so that
 184   /// value produced by an instruction of itinerary class DefClass, operand
 185   /// index DefIdx can be bypassed when it's read by an instruction of
 186   /// itinerary class UseClass, operand index UseIdx.
 187   bool hasPipelineForwarding(unsigned DefClass, unsigned DefIdx,
 188                              unsigned UseClass, unsigned UseIdx) const {
 189     unsigned FirstDefIdx = Itineraries[DefClass].FirstOperandCycle;
 190     unsigned LastDefIdx = Itineraries[DefClass].LastOperandCycle;
 191     if ((FirstDefIdx + DefIdx) >= LastDefIdx)
 192       return false;
 193     if (Forwardings[FirstDefIdx + DefIdx] == 0)
 194       return false;
 195
 196     unsigned FirstUseIdx = Itineraries[UseClass].FirstOperandCycle;
 197     unsigned LastUseIdx = Itineraries[UseClass].LastOperandCycle;
 198     if ((FirstUseIdx + UseIdx) >= LastUseIdx)
 199       return false;
 200
 201     return Forwardings[FirstDefIdx + DefIdx] ==
 202       Forwardings[FirstUseIdx + UseIdx];
 203   }
 204
 205   /// Compute and return the use operand latency of a given
 206   /// itinerary class and operand index if the value is produced by an
 207   /// instruction of the specified itinerary class and def operand index.
 208   int getOperandLatency(unsigned DefClass, unsigned DefIdx,
 209                         unsigned UseClass, unsigned UseIdx) const {
 210     if (isEmpty())
 211       return -1;
 212
 213     int DefCycle = getOperandCycle(DefClass, DefIdx);
 214     if (DefCycle == -1)
 215       return -1;
 216
 217     int UseCycle = getOperandCycle(UseClass, UseIdx);
 218     if (UseCycle == -1)
 219       return -1;
 220
 221     UseCycle = DefCycle - UseCycle + 1;
 222     if (UseCycle > 0 &&
 223         hasPipelineForwarding(DefClass, DefIdx, UseClass, UseIdx))
 224       // FIXME: This assumes one cycle benefit for every pipeline forwarding.
 225       --UseCycle;
 226     return UseCycle;
 227   }
 228
 229   /// Return the number of micro-ops that the given class decodes to.
 230   /// Return -1 for classes that require dynamic lookup via TargetInstrInfo.
 231   int getNumMicroOps(unsigned ItinClassIndx) const {
 232     if (isEmpty())
 233       return 1;
 234     return Itineraries[ItinClassIndx].NumMicroOps;
 235   }
 236 };
 237
 238 } // End llvm namespace
 239
 240 #endif