lib/CodeGen/DFAPacketizer.cpp

   1 //=- llvm/CodeGen/DFAPacketizer.cpp - DFA Packetizer for VLIW -*- 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 // This class implements a deterministic finite automaton (DFA) based
  10 // packetizing mechanism for VLIW architectures. It provides APIs to
  11 // determine whether there exists a legal mapping of instructions to
  12 // functional unit assignments in a packet. The DFA is auto-generated from
  13 // the target's Schedule.td file.
  14 //
  15 // A DFA consists of 3 major elements: states, inputs, and transitions. For
  16 // the packetizing mechanism, the input is the set of instruction classes for
  17 // a target. The state models all possible combinations of functional unit
  18 // consumption for a given set of instructions in a packet. A transition
  19 // models the addition of an instruction to a packet. In the DFA constructed
  20 // by this class, if an instruction can be added to a packet, then a valid
  21 // transition exists from the corresponding state. Invalid transitions
  22 // indicate that the instruction cannot be added to the current packet.
  23 //
  24 //===----------------------------------------------------------------------===//
  25
  26 #include "llvm/CodeGen/DFAPacketizer.h"
  27 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
  28 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBundle.h"
  29 #include "llvm/CodeGen/ScheduleDAGInstrs.h"
  30 #include "llvm/MC/MCInstrItineraries.h"
  31 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  32 using namespace llvm;
  33
  34 // --------------------------------------------------------------------
  35 // Definitions shared between DFAPacketizer.cpp and DFAPacketizerEmitter.cpp
  36
  37 namespace {
  38   DFAInput addDFAFuncUnits(DFAInput Inp, unsigned FuncUnits) {
  39     return (Inp << DFA_MAX_RESOURCES) | FuncUnits;
  40   }
  41
  42   /// Return the DFAInput for an instruction class input vector.
  43   /// This function is used in both DFAPacketizer.cpp and in
  44   /// DFAPacketizerEmitter.cpp.
  45   DFAInput getDFAInsnInput(const std::vector<unsigned> &InsnClass) {
  46     DFAInput InsnInput = 0;
  47     assert ((InsnClass.size() <= DFA_MAX_RESTERMS) &&
  48             "Exceeded maximum number of DFA terms");
  49     for (auto U : InsnClass)
  50       InsnInput = addDFAFuncUnits(InsnInput, U);
  51     return InsnInput;
  52   }
  53 }
  54 // --------------------------------------------------------------------
  55
  56 DFAPacketizer::DFAPacketizer(const InstrItineraryData *I,
  57                              const DFAStateInput (*SIT)[2],
  58                              const unsigned *SET):
  59   InstrItins(I), CurrentState(0), DFAStateInputTable(SIT),
  60   DFAStateEntryTable(SET) {
  61   // Make sure DFA types are large enough for the number of terms & resources.
  62   assert((DFA_MAX_RESTERMS * DFA_MAX_RESOURCES) <= (8 * sizeof(DFAInput))
  63         && "(DFA_MAX_RESTERMS * DFA_MAX_RESOURCES) too big for DFAInput");
  64   assert((DFA_MAX_RESTERMS * DFA_MAX_RESOURCES) <= (8 * sizeof(DFAStateInput))
  65         && "(DFA_MAX_RESTERMS * DFA_MAX_RESOURCES) too big for DFAStateInput");
  66 }
  67
  68
  69 //
  70 // ReadTable - Read the DFA transition table and update CachedTable.
  71 //
  72 // Format of the transition tables:
  73 // DFAStateInputTable[][2] = pairs of <Input, Transition> for all valid
  74 //                           transitions
  75 // DFAStateEntryTable[i] = Index of the first entry in DFAStateInputTable
  76 //                         for the ith state
  77 //
  78 void DFAPacketizer::ReadTable(unsigned int state) {
  79   unsigned ThisState = DFAStateEntryTable[state];
  80   unsigned NextStateInTable = DFAStateEntryTable[state+1];
  81   // Early exit in case CachedTable has already contains this
  82   // state's transitions.
  83   if (CachedTable.count(UnsignPair(state,
  84                                    DFAStateInputTable[ThisState][0])))
  85     return;
  86
  87   for (unsigned i = ThisState; i < NextStateInTable; i++)
  88     CachedTable[UnsignPair(state, DFAStateInputTable[i][0])] =
  89       DFAStateInputTable[i][1];
  90 }
  91
  92 //
  93 // getInsnInput - Return the DFAInput for an instruction class.
  94 //
  95 DFAInput DFAPacketizer::getInsnInput(unsigned InsnClass) {
  96   // Note: this logic must match that in DFAPacketizerDefs.h for input vectors.
  97   DFAInput InsnInput = 0;
  98   unsigned i = 0;
  99   for (const InstrStage *IS = InstrItins->beginStage(InsnClass),
 100         *IE = InstrItins->endStage(InsnClass); IS != IE; ++IS, ++i) {
 101     InsnInput = addDFAFuncUnits(InsnInput, IS->getUnits());
 102     assert ((i < DFA_MAX_RESTERMS) && "Exceeded maximum number of DFA inputs");
 103   }
 104   return InsnInput;
 105 }
 106
 107 // getInsnInput - Return the DFAInput for an instruction class input vector.
 108 DFAInput DFAPacketizer::getInsnInput(const std::vector<unsigned> &InsnClass) {
 109   return getDFAInsnInput(InsnClass);
 110 }
 111
 112 // canReserveResources - Check if the resources occupied by a MCInstrDesc
 113 // are available in the current state.
 114 bool DFAPacketizer::canReserveResources(const llvm::MCInstrDesc *MID) {
 115   unsigned InsnClass = MID->getSchedClass();
 116   DFAInput InsnInput = getInsnInput(InsnClass);
 117   UnsignPair StateTrans = UnsignPair(CurrentState, InsnInput);
 118   ReadTable(CurrentState);
 119   return (CachedTable.count(StateTrans) != 0);
 120 }
 121
 122 // reserveResources - Reserve the resources occupied by a MCInstrDesc and
 123 // change the current state to reflect that change.
 124 void DFAPacketizer::reserveResources(const llvm::MCInstrDesc *MID) {
 125   unsigned InsnClass = MID->getSchedClass();
 126   DFAInput InsnInput = getInsnInput(InsnClass);
 127   UnsignPair StateTrans = UnsignPair(CurrentState, InsnInput);
 128   ReadTable(CurrentState);
 129   assert(CachedTable.count(StateTrans) != 0);
 130   CurrentState = CachedTable[StateTrans];
 131 }
 132
 133
 134 // canReserveResources - Check if the resources occupied by a machine
 135 // instruction are available in the current state.
 136 bool DFAPacketizer::canReserveResources(llvm::MachineInstr *MI) {
 137   const llvm::MCInstrDesc &MID = MI->getDesc();
 138   return canReserveResources(&MID);
 139 }
 140
 141 // reserveResources - Reserve the resources occupied by a machine
 142 // instruction and change the current state to reflect that change.
 143 void DFAPacketizer::reserveResources(llvm::MachineInstr *MI) {
 144   const llvm::MCInstrDesc &MID = MI->getDesc();
 145   reserveResources(&MID);
 146 }
 147
 148 namespace llvm {
 149 // DefaultVLIWScheduler - This class extends ScheduleDAGInstrs and overrides
 150 // Schedule method to build the dependence graph.
 151 class DefaultVLIWScheduler : public ScheduleDAGInstrs {
 152 private:
 153   AliasAnalysis *AA;
 154 public:
 155   DefaultVLIWScheduler(MachineFunction &MF, MachineLoopInfo &MLI,
 156                        AliasAnalysis *AA);
 157   // Schedule - Actual scheduling work.
 158   void schedule() override;
 159 };
 160 }
 161
 162 DefaultVLIWScheduler::DefaultVLIWScheduler(MachineFunction &MF,
 163                                            MachineLoopInfo &MLI,
 164                                            AliasAnalysis *AA)
 165     : ScheduleDAGInstrs(MF, &MLI), AA(AA) {
 166   CanHandleTerminators = true;
 167 }
 168
 169 void DefaultVLIWScheduler::schedule() {
 170   // Build the scheduling graph.
 171   buildSchedGraph(AA);
 172 }
 173
 174 // VLIWPacketizerList Ctor
 175 VLIWPacketizerList::VLIWPacketizerList(MachineFunction &MF,
 176                                        MachineLoopInfo &MLI, AliasAnalysis *AA)
 177     : MF(MF), AA(AA) {
 178   TII = MF.getSubtarget().getInstrInfo();
 179   ResourceTracker = TII->CreateTargetScheduleState(MF.getSubtarget());
 180   VLIWScheduler = new DefaultVLIWScheduler(MF, MLI, AA);
 181 }
 182
 183 // VLIWPacketizerList Dtor
 184 VLIWPacketizerList::~VLIWPacketizerList() {
 185   if (VLIWScheduler)
 186     delete VLIWScheduler;
 187
 188   if (ResourceTracker)
 189     delete ResourceTracker;
 190 }
 191
 192 // endPacket - End the current packet, bundle packet instructions and reset
 193 // DFA state.
 194 void VLIWPacketizerList::endPacket(MachineBasicBlock *MBB,
 195                                          MachineInstr *MI) {
 196   if (CurrentPacketMIs.size() > 1) {
 197     MachineInstr *MIFirst = CurrentPacketMIs.front();
 198     finalizeBundle(*MBB, MIFirst->getIterator(), MI->getIterator());
 199   }
 200   CurrentPacketMIs.clear();
 201   ResourceTracker->clearResources();
 202 }
 203
 204 // PacketizeMIs - Bundle machine instructions into packets.
 205 void VLIWPacketizerList::PacketizeMIs(MachineBasicBlock *MBB,
 206                                       MachineBasicBlock::iterator BeginItr,
 207                                       MachineBasicBlock::iterator EndItr) {
 208   assert(VLIWScheduler && "VLIW Scheduler is not initialized!");
 209   VLIWScheduler->startBlock(MBB);
 210   VLIWScheduler->enterRegion(MBB, BeginItr, EndItr,
 211                              std::distance(BeginItr, EndItr));
 212   VLIWScheduler->schedule();
 213
 214   // Generate MI -> SU map.
 215   MIToSUnit.clear();
 216   for (unsigned i = 0, e = VLIWScheduler->SUnits.size(); i != e; ++i) {
 217     SUnit *SU = &VLIWScheduler->SUnits[i];
 218     MIToSUnit[SU->getInstr()] = SU;
 219   }
 220
 221   // The main packetizer loop.
 222   for (; BeginItr != EndItr; ++BeginItr) {
 223     MachineInstr *MI = BeginItr;
 224
 225     this->initPacketizerState();
 226
 227     // End the current packet if needed.
 228     if (this->isSoloInstruction(MI)) {
 229       endPacket(MBB, MI);
 230       continue;
 231     }
 232
 233     // Ignore pseudo instructions.
 234     if (this->ignorePseudoInstruction(MI, MBB))
 235       continue;
 236
 237     SUnit *SUI = MIToSUnit[MI];
 238     assert(SUI && "Missing SUnit Info!");
 239
 240     // Ask DFA if machine resource is available for MI.
 241     bool ResourceAvail = ResourceTracker->canReserveResources(MI);
 242     if (ResourceAvail && shouldAddToPacket(MI)) {
 243       // Dependency check for MI with instructions in CurrentPacketMIs.
 244       for (std::vector<MachineInstr*>::iterator VI = CurrentPacketMIs.begin(),
 245            VE = CurrentPacketMIs.end(); VI != VE; ++VI) {
 246         MachineInstr *MJ = *VI;
 247         SUnit *SUJ = MIToSUnit[MJ];
 248         assert(SUJ && "Missing SUnit Info!");
 249
 250         // Is it legal to packetize SUI and SUJ together.
 251         if (!this->isLegalToPacketizeTogether(SUI, SUJ)) {
 252           // Allow packetization if dependency can be pruned.
 253           if (!this->isLegalToPruneDependencies(SUI, SUJ)) {
 254             // End the packet if dependency cannot be pruned.
 255             endPacket(MBB, MI);
 256             break;
 257           } // !isLegalToPruneDependencies.
 258         } // !isLegalToPacketizeTogether.
 259       } // For all instructions in CurrentPacketMIs.
 260     } else {
 261       // End the packet if resource is not available, or if the instruction
 262       // shoud not be added to the current packet.
 263       endPacket(MBB, MI);
 264     }
 265
 266     // Add MI to the current packet.
 267     BeginItr = this->addToPacket(MI);
 268   } // For all instructions in BB.
 269
 270   // End any packet left behind.
 271   endPacket(MBB, EndItr);
 272   VLIWScheduler->exitRegion();
 273   VLIWScheduler->finishBlock();
 274 }