include/llvm/Target/TargetInstrItineraries.h

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