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