Satiate the sanitizer build bot
[oota-llvm.git] / include / llvm / Target / TargetSchedule.td
1 //===- TargetSchedule.td - Target Independent Scheduling ---*- tablegen -*-===//
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 defines the target-independent scheduling interfaces which should
11 // be implemented by each target which is using TableGen based scheduling.
12 //
13 // The SchedMachineModel is defined by subtargets for three categories of data:
14 // 1. Basic properties for coarse grained instruction cost model.
15 // 2. Scheduler Read/Write resources for simple per-opcode cost model.
16 // 3. Instruction itineraties for detailed reservation tables.
17 //
18 // (1) Basic properties are defined by the SchedMachineModel
19 // class. Target hooks allow subtargets to associate opcodes with
20 // those properties.
21 //
22 // (2) A per-operand machine model can be implemented in any
23 // combination of the following ways:
24 //
25 // A. Associate per-operand SchedReadWrite types with Instructions by
26 // modifying the Instruction definition to inherit from Sched. For
27 // each subtarget, define WriteRes and ReadAdvance to associate
28 // processor resources and latency with each SchedReadWrite type.
29 //
30 // B. In each instruction definition, name an ItineraryClass. For each
31 // subtarget, define ItinRW entries to map ItineraryClass to
32 // per-operand SchedReadWrite types. Unlike method A, these types may
33 // be subtarget specific and can be directly associated with resources
34 // by defining SchedWriteRes and SchedReadAdvance.
35 //
36 // C. In the subtarget, map SchedReadWrite types to specific
37 // opcodes. This overrides any SchedReadWrite types or
38 // ItineraryClasses defined by the Instruction. As in method B, the
39 // subtarget can directly associate resources with SchedReadWrite
40 // types by defining SchedWriteRes and SchedReadAdvance.
41 //
42 // D. In either the target or subtarget, define SchedWriteVariant or
43 // SchedReadVariant to map one SchedReadWrite type onto another
44 // sequence of SchedReadWrite types. This allows dynamic selection of
45 // an instruction's machine model via custom C++ code. It also allows
46 // a machine-independent SchedReadWrite type to map to a sequence of
47 // machine-dependent types.
48 //
49 // (3) A per-pipeline-stage machine model can be implemented by providing
50 // Itineraries in addition to mapping instructions to ItineraryClasses.
51 //===----------------------------------------------------------------------===//
52
53 // Include legacy support for instruction itineraries.
54 include "llvm/Target/TargetItinerary.td"
55
56 class Instruction; // Forward def
57
58 // DAG operator that interprets the DAG args as Instruction defs.
59 def instrs;
60
61 // DAG operator that interprets each DAG arg as a regex pattern for
62 // matching Instruction opcode names.
63 // The regex must match the beginning of the opcode (as in Python re.match).
64 // To avoid matching prefixes, append '$' to the pattern.
65 def instregex;
66
67 // Define the SchedMachineModel and provide basic properties for
68 // coarse grained instruction cost model. Default values for the
69 // properties are defined in MCSchedModel. A value of "-1" in the
70 // target description's SchedMachineModel indicates that the property
71 // is not overriden by the target.
72 //
73 // Target hooks allow subtargets to associate LoadLatency and
74 // HighLatency with groups of opcodes.
75 //
76 // See MCSchedule.h for detailed comments.
77 class SchedMachineModel {
78   int IssueWidth = -1; // Max micro-ops that may be scheduled per cycle.
79   int MinLatency = -1; // Determines which instructions are allowed in a group.
80                        // (-1) inorder (0) ooo, (1): inorder +var latencies.
81   int MicroOpBufferSize = -1; // Max micro-ops that can be buffered.
82   int LoopMicroOpBufferSize = -1; // Max micro-ops that can be buffered for
83                                   // optimized loop dispatch/execution.
84   int LoadLatency = -1; // Cycles for loads to access the cache.
85   int HighLatency = -1; // Approximation of cycles for "high latency" ops.
86   int MispredictPenalty = -1; // Extra cycles for a mispredicted branch.
87
88   // Per-cycle resources tables.
89   ProcessorItineraries Itineraries = NoItineraries;
90
91   bit PostRAScheduler = 0; // Enable Post RegAlloc Scheduler pass.
92
93   // Subtargets that define a model for only a subset of instructions
94   // that have a scheduling class (itinerary class or SchedRW list)
95   // and may actually be generated for that subtarget must clear this
96   // bit. Otherwise, the scheduler considers an unmodelled opcode to
97   // be an error. This should only be set during initial bringup,
98   // or there will be no way to catch simple errors in the model
99   // resulting from changes to the instruction definitions.
100   bit CompleteModel = 1;
101
102   bit NoModel = 0; // Special tag to indicate missing machine model.
103 }
104
105 def NoSchedModel : SchedMachineModel {
106   let NoModel = 1;
107 }
108
109 // Define a kind of processor resource that may be common across
110 // similar subtargets.
111 class ProcResourceKind;
112
113 // Define a number of interchangeable processor resources. NumUnits
114 // determines the throughput of instructions that require the resource.
115 //
116 // An optional Super resource may be given to model these resources as
117 // a subset of the more general super resources. Using one of these
118 // resources implies using one of the super resoruces.
119 //
120 // ProcResourceUnits normally model a few buffered resources within an
121 // out-of-order engine. Buffered resources may be held for multiple
122 // clock cycles, but the scheduler does not pin them to a particular
123 // clock cycle relative to instruction dispatch. Setting BufferSize=0
124 // changes this to an in-order issue/dispatch resource. In this case,
125 // the scheduler counts down from the cycle that the instruction
126 // issues in-order, forcing a stall whenever a subsequent instruction
127 // requires the same resource until the number of ResourceCyles
128 // specified in WriteRes expire. Setting BufferSize=1 changes this to
129 // an in-order latency resource. In this case, the scheduler models
130 // producer/consumer stalls between instructions that use the
131 // resource.
132 //
133 // Examples (all assume an out-of-order engine):
134 //
135 // Use BufferSize = -1 for "issue ports" fed by a unified reservation
136 // station. Here the size of the reservation station is modeled by
137 // MicroOpBufferSize, which should be the minimum size of either the
138 // register rename pool, unified reservation station, or reorder
139 // buffer.
140 //
141 // Use BufferSize = 0 for resources that force "dispatch/issue
142 // groups". (Different processors define dispath/issue
143 // differently. Here we refer to stage between decoding into micro-ops
144 // and moving them into a reservation station.) Normally NumMicroOps
145 // is sufficient to limit dispatch/issue groups. However, some
146 // processors can form groups of with only certain combinitions of
147 // instruction types. e.g. POWER7.
148 //
149 // Use BufferSize = 1 for in-order execution units. This is used for
150 // an in-order pipeline within an out-of-order core where scheduling
151 // dependent operations back-to-back is guaranteed to cause a
152 // bubble. e.g. Cortex-a9 floating-point.
153 //
154 // Use BufferSize > 1 for out-of-order executions units with a
155 // separate reservation station. This simply models the size of the
156 // reservation station.
157 //
158 // To model both dispatch/issue groups and in-order execution units,
159 // create two types of units, one with BufferSize=0 and one with
160 // BufferSize=1.
161 //
162 // SchedModel ties these units to a processor for any stand-alone defs
163 // of this class. Instances of subclass ProcResource will be automatically
164 // attached to a processor, so SchedModel is not needed.
165 class ProcResourceUnits<ProcResourceKind kind, int num> {
166   ProcResourceKind Kind = kind;
167   int NumUnits = num;
168   ProcResourceKind Super = ?;
169   int BufferSize = -1;
170   SchedMachineModel SchedModel = ?;
171 }
172
173 // EponymousProcResourceKind helps implement ProcResourceUnits by
174 // allowing a ProcResourceUnits definition to reference itself. It
175 // should not be referenced anywhere else.
176 def EponymousProcResourceKind : ProcResourceKind;
177
178 // Subtargets typically define processor resource kind and number of
179 // units in one place.
180 class ProcResource<int num> : ProcResourceKind,
181   ProcResourceUnits<EponymousProcResourceKind, num>;
182
183 class ProcResGroup<list<ProcResource> resources> : ProcResourceKind {
184   list<ProcResource> Resources = resources;
185   SchedMachineModel SchedModel = ?;
186   int BufferSize = -1;
187 }
188
189 // A target architecture may define SchedReadWrite types and associate
190 // them with instruction operands.
191 class SchedReadWrite;
192
193 // List the per-operand types that map to the machine model of an
194 // instruction. One SchedWrite type must be listed for each explicit
195 // def operand in order. Additional SchedWrite types may optionally be
196 // listed for implicit def operands.  SchedRead types may optionally
197 // be listed for use operands in order. The order of defs relative to
198 // uses is insignificant. This way, the same SchedReadWrite list may
199 // be used for multiple forms of an operation. For example, a
200 // two-address instruction could have two tied operands or single
201 // operand that both reads and writes a reg. In both cases we have a
202 // single SchedWrite and single SchedRead in any order.
203 class Sched<list<SchedReadWrite> schedrw> {
204   list<SchedReadWrite> SchedRW = schedrw;
205 }
206
207 // Define a scheduler resource associated with a def operand.
208 class SchedWrite : SchedReadWrite;
209 def NoWrite : SchedWrite;
210
211 // Define a scheduler resource associated with a use operand.
212 class SchedRead  : SchedReadWrite;
213
214 // Define a SchedWrite that is modeled as a sequence of other
215 // SchedWrites with additive latency. This allows a single operand to
216 // be mapped the resources composed from a set of previously defined
217 // SchedWrites.
218 //
219 // If the final write in this sequence is a SchedWriteVariant marked
220 // Variadic, then the list of prior writes are distributed across all
221 // operands after resolving the predicate for the final write.
222 //
223 // SchedModel silences warnings but is ignored.
224 class WriteSequence<list<SchedWrite> writes, int rep = 1> : SchedWrite {
225   list<SchedWrite> Writes = writes;
226   int Repeat = rep;
227   SchedMachineModel SchedModel = ?;
228 }
229
230 // Define values common to WriteRes and SchedWriteRes.
231 //
232 // SchedModel ties these resources to a processor.
233 class ProcWriteResources<list<ProcResourceKind> resources> {
234   list<ProcResourceKind> ProcResources = resources;
235   list<int> ResourceCycles = [];
236   int Latency = 1;
237   int NumMicroOps = 1;
238   bit BeginGroup = 0;
239   bit EndGroup = 0;
240   // Allow a processor to mark some scheduling classes as unsupported
241   // for stronger verification.
242   bit Unsupported = 0;
243   SchedMachineModel SchedModel = ?;
244 }
245
246 // Define the resources and latency of a SchedWrite. This will be used
247 // directly by targets that have no itinerary classes. In this case,
248 // SchedWrite is defined by the target, while WriteResources is
249 // defined by the subtarget, and maps the SchedWrite to processor
250 // resources.
251 //
252 // If a target already has itinerary classes, SchedWriteResources can
253 // be used instead to define subtarget specific SchedWrites and map
254 // them to processor resources in one place. Then ItinRW can map
255 // itinerary classes to the subtarget's SchedWrites.
256 //
257 // ProcResources indicates the set of resources consumed by the write.
258 // Optionally, ResourceCycles indicates the number of cycles the
259 // resource is consumed. Each ResourceCycles item is paired with the
260 // ProcResource item at the same position in its list. Since
261 // ResourceCycles are rarely specialized, the list may be
262 // incomplete. By default, resources are consumed for a single cycle,
263 // regardless of latency, which models a fully pipelined processing
264 // unit. A value of 0 for ResourceCycles means that the resource must
265 // be available but is not consumed, which is only relevant for
266 // unbuffered resources.
267 //
268 // By default, each SchedWrite takes one micro-op, which is counted
269 // against the processor's IssueWidth limit. If an instruction can
270 // write multiple registers with a single micro-op, the subtarget
271 // should define one of the writes to be zero micro-ops. If a
272 // subtarget requires multiple micro-ops to write a single result, it
273 // should either override the write's NumMicroOps to be greater than 1
274 // or require additional writes. Extra writes can be required either
275 // by defining a WriteSequence, or simply listing extra writes in the
276 // instruction's list of writers beyond the number of "def"
277 // operands. The scheduler assumes that all micro-ops must be
278 // dispatched in the same cycle. These micro-ops may be required to
279 // begin or end the current dispatch group.
280 class WriteRes<SchedWrite write, list<ProcResourceKind> resources>
281   : ProcWriteResources<resources> {
282   SchedWrite WriteType = write;
283 }
284
285 // Directly name a set of WriteResources defining a new SchedWrite
286 // type at the same time. This class is unaware of its SchedModel so
287 // must be referenced by InstRW or ItinRW.
288 class SchedWriteRes<list<ProcResourceKind> resources> : SchedWrite,
289   ProcWriteResources<resources>;
290
291 // Define values common to ReadAdvance and SchedReadAdvance.
292 //
293 // SchedModel ties these resources to a processor.
294 class ProcReadAdvance<int cycles, list<SchedWrite> writes = []> {
295   int Cycles = cycles;
296   list<SchedWrite> ValidWrites = writes;
297   // Allow a processor to mark some scheduling classes as unsupported
298   // for stronger verification.
299   bit Unsupported = 0;
300   SchedMachineModel SchedModel = ?;
301 }
302
303 // A processor may define a ReadAdvance associated with a SchedRead
304 // to reduce latency of a prior write by N cycles. A negative advance
305 // effectively increases latency, which may be used for cross-domain
306 // stalls.
307 //
308 // A ReadAdvance may be associated with a list of SchedWrites
309 // to implement pipeline bypass. The Writes list may be empty to
310 // indicate operands that are always read this number of Cycles later
311 // than a normal register read, allowing the read's parent instruction
312 // to issue earlier relative to the writer.
313 class ReadAdvance<SchedRead read, int cycles, list<SchedWrite> writes = []>
314   : ProcReadAdvance<cycles, writes> {
315   SchedRead ReadType = read;
316 }
317
318 // Directly associate a new SchedRead type with a delay and optional
319 // pipeline bypess. For use with InstRW or ItinRW.
320 class SchedReadAdvance<int cycles, list<SchedWrite> writes = []> : SchedRead,
321   ProcReadAdvance<cycles, writes>;
322
323 // Define SchedRead defaults. Reads seldom need special treatment.
324 def ReadDefault : SchedRead;
325 def NoReadAdvance : SchedReadAdvance<0>;
326
327 // Define shared code that will be in the same scope as all
328 // SchedPredicates. Available variables are:
329 // (const MachineInstr *MI, const TargetSchedModel *SchedModel)
330 class PredicateProlog<code c> {
331   code Code = c;
332 }
333
334 // Define a predicate to determine which SchedVariant applies to a
335 // particular MachineInstr. The code snippet is used as an
336 // if-statement's expression. Available variables are MI, SchedModel,
337 // and anything defined in a PredicateProlog.
338 //
339 // SchedModel silences warnings but is ignored.
340 class SchedPredicate<code pred> {
341   SchedMachineModel SchedModel = ?;
342   code Predicate = pred;
343 }
344 def NoSchedPred : SchedPredicate<[{true}]>;
345
346 // Associate a predicate with a list of SchedReadWrites. By default,
347 // the selected SchedReadWrites are still associated with a single
348 // operand and assumed to execute sequentially with additive
349 // latency. However, if the parent SchedWriteVariant or
350 // SchedReadVariant is marked "Variadic", then each Selected
351 // SchedReadWrite is mapped in place to the instruction's variadic
352 // operands. In this case, latency is not additive. If the current Variant
353 // is already part of a Sequence, then that entire chain leading up to
354 // the Variant is distributed over the variadic operands.
355 class SchedVar<SchedPredicate pred, list<SchedReadWrite> selected> {
356   SchedPredicate Predicate = pred;
357   list<SchedReadWrite> Selected = selected;
358 }
359
360 // SchedModel silences warnings but is ignored.
361 class SchedVariant<list<SchedVar> variants> {
362   list<SchedVar> Variants = variants;
363   bit Variadic = 0;
364   SchedMachineModel SchedModel = ?;
365 }
366
367 // A SchedWriteVariant is a single SchedWrite type that maps to a list
368 // of SchedWrite types under the conditions defined by its predicates.
369 //
370 // A Variadic write is expanded to cover multiple "def" operands. The
371 // SchedVariant's Expansion list is then interpreted as one write
372 // per-operand instead of the usual sequential writes feeding a single
373 // operand.
374 class SchedWriteVariant<list<SchedVar> variants> : SchedWrite,
375   SchedVariant<variants> {
376 }
377
378 // A SchedReadVariant is a single SchedRead type that maps to a list
379 // of SchedRead types under the conditions defined by its predicates.
380 //
381 // A Variadic write is expanded to cover multiple "readsReg" operands as
382 // explained above.
383 class SchedReadVariant<list<SchedVar> variants> : SchedRead,
384   SchedVariant<variants> {
385 }
386
387 // Map a set of opcodes to a list of SchedReadWrite types. This allows
388 // the subtarget to easily override specific operations.
389 //
390 // SchedModel ties this opcode mapping to a processor.
391 class InstRW<list<SchedReadWrite> rw, dag instrlist> {
392   list<SchedReadWrite> OperandReadWrites = rw;
393   dag Instrs = instrlist;
394   SchedMachineModel SchedModel = ?;
395 }
396
397 // Map a set of itinerary classes to SchedReadWrite resources. This is
398 // used to bootstrap a target (e.g. ARM) when itineraries already
399 // exist and changing InstrInfo is undesirable.
400 //
401 // SchedModel ties this ItineraryClass mapping to a processor.
402 class ItinRW<list<SchedReadWrite> rw, list<InstrItinClass> iic> {
403   list<InstrItinClass> MatchedItinClasses = iic;
404   list<SchedReadWrite> OperandReadWrites = rw;
405   SchedMachineModel SchedModel = ?;
406 }
407
408 // Alias a target-defined SchedReadWrite to a processor specific
409 // SchedReadWrite. This allows a subtarget to easily map a
410 // SchedReadWrite type onto a WriteSequence, SchedWriteVariant, or
411 // SchedReadVariant.
412 //
413 // SchedModel will usually be provided by surrounding let statement
414 // and ties this SchedAlias mapping to a processor.
415 class SchedAlias<SchedReadWrite match, SchedReadWrite alias> {
416   SchedReadWrite MatchRW = match;
417   SchedReadWrite AliasRW = alias;
418   SchedMachineModel SchedModel = ?;
419 }