lib/CodeGen/MachineScheduler.cpp

   1 //===- MachineScheduler.cpp - Machine Instruction Scheduler ---------------===//
   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 // MachineScheduler schedules machine instructions after phi elimination. It
  11 // preserves LiveIntervals so it can be invoked before register allocation.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #define DEBUG_TYPE "misched"
  16
  17 #include "RegisterClassInfo.h"
  18 #include "RegisterPressure.h"
  19 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
  20 #include "llvm/CodeGen/MachineScheduler.h"
  21 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  22 #include "llvm/CodeGen/ScheduleDAGInstrs.h"
  23 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
  24 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  25 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  26 #include "llvm/Support/Debug.h"
  27 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  28 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  29 #include "llvm/ADT/OwningPtr.h"
  30 #include "llvm/ADT/PriorityQueue.h"
  31
  32 #include <queue>
  33
  34 using namespace llvm;
  35
  36 static cl::opt<bool> ForceTopDown("misched-topdown", cl::Hidden,
  37                                   cl::desc("Force top-down list scheduling"));
  38 static cl::opt<bool> ForceBottomUp("misched-bottomup", cl::Hidden,
  39                                   cl::desc("Force bottom-up list scheduling"));
  40
  41 #ifndef NDEBUG
  42 static cl::opt<bool> ViewMISchedDAGs("view-misched-dags", cl::Hidden,
  43   cl::desc("Pop up a window to show MISched dags after they are processed"));
  44
  45 static cl::opt<unsigned> MISchedCutoff("misched-cutoff", cl::Hidden,
  46   cl::desc("Stop scheduling after N instructions"), cl::init(~0U));
  47 #else
  48 static bool ViewMISchedDAGs = false;
  49 #endif // NDEBUG
  50
  51 //===----------------------------------------------------------------------===//
  52 // Machine Instruction Scheduling Pass and Registry
  53 //===----------------------------------------------------------------------===//
  54
  55 MachineSchedContext::MachineSchedContext():
  56     MF(0), MLI(0), MDT(0), PassConfig(0), AA(0), LIS(0) {
  57   RegClassInfo = new RegisterClassInfo();
  58 }
  59
  60 MachineSchedContext::~MachineSchedContext() {
  61   delete RegClassInfo;
  62 }
  63
  64 namespace {
  65 /// MachineScheduler runs after coalescing and before register allocation.
  66 class MachineScheduler : public MachineSchedContext,
  67                          public MachineFunctionPass {
  68 public:
  69   MachineScheduler();
  70
  71   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
  72
  73   virtual void releaseMemory() {}
  74
  75   virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction&);
  76
  77   virtual void print(raw_ostream &O, const Module* = 0) const;
  78
  79   static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
  80 };
  81 } // namespace
  82
  83 char MachineScheduler::ID = 0;
  84
  85 char &llvm::MachineSchedulerID = MachineScheduler::ID;
  86
  87 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MachineScheduler, "misched",
  88                       "Machine Instruction Scheduler", false, false)
  89 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
  90 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(SlotIndexes)
  91 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LiveIntervals)
  92 INITIALIZE_PASS_END(MachineScheduler, "misched",
  93                     "Machine Instruction Scheduler", false, false)
  94
  95 MachineScheduler::MachineScheduler()
  96 : MachineFunctionPass(ID) {
  97   initializeMachineSchedulerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
  98 }
  99
 100 void MachineScheduler::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
 101   AU.setPreservesCFG();
 102   AU.addRequiredID(MachineDominatorsID);
 103   AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
 104   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
 105   AU.addRequired<TargetPassConfig>();
 106   AU.addRequired<SlotIndexes>();
 107   AU.addPreserved<SlotIndexes>();
 108   AU.addRequired<LiveIntervals>();
 109   AU.addPreserved<LiveIntervals>();
 110   MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
 111 }
 112
 113 MachinePassRegistry MachineSchedRegistry::Registry;
 114
 115 /// A dummy default scheduler factory indicates whether the scheduler
 116 /// is overridden on the command line.
 117 static ScheduleDAGInstrs *useDefaultMachineSched(MachineSchedContext *C) {
 118   return 0;
 119 }
 120
 121 /// MachineSchedOpt allows command line selection of the scheduler.
 122 static cl::opt<MachineSchedRegistry::ScheduleDAGCtor, false,
 123                RegisterPassParser<MachineSchedRegistry> >
 124 MachineSchedOpt("misched",
 125                 cl::init(&useDefaultMachineSched), cl::Hidden,
 126                 cl::desc("Machine instruction scheduler to use"));
 127
 128 static MachineSchedRegistry
 129 DefaultSchedRegistry("default", "Use the target's default scheduler choice.",
 130                      useDefaultMachineSched);
 131
 132 /// Forward declare the standard machine scheduler. This will be used as the
 133 /// default scheduler if the target does not set a default.
 134 static ScheduleDAGInstrs *createConvergingSched(MachineSchedContext *C);
 135
 136
 137 /// Decrement this iterator until reaching the top or a non-debug instr.
 138 static MachineBasicBlock::iterator
 139 priorNonDebug(MachineBasicBlock::iterator I, MachineBasicBlock::iterator Beg) {
 140   assert(I != Beg && "reached the top of the region, cannot decrement");
 141   while (--I != Beg) {
 142     if (!I->isDebugValue())
 143       break;
 144   }
 145   return I;
 146 }
 147
 148 /// If this iterator is a debug value, increment until reaching the End or a
 149 /// non-debug instruction.
 150 static MachineBasicBlock::iterator
 151 nextIfDebug(MachineBasicBlock::iterator I, MachineBasicBlock::iterator End) {
 152   for(; I != End; ++I) {
 153     if (!I->isDebugValue())
 154       break;
 155   }
 156   return I;
 157 }
 158
 159 /// Top-level MachineScheduler pass driver.
 160 ///
 161 /// Visit blocks in function order. Divide each block into scheduling regions
 162 /// and visit them bottom-up. Visiting regions bottom-up is not required, but is
 163 /// consistent with the DAG builder, which traverses the interior of the
 164 /// scheduling regions bottom-up.
 165 ///
 166 /// This design avoids exposing scheduling boundaries to the DAG builder,
 167 /// simplifying the DAG builder's support for "special" target instructions.
 168 /// At the same time the design allows target schedulers to operate across
 169 /// scheduling boundaries, for example to bundle the boudary instructions
 170 /// without reordering them. This creates complexity, because the target
 171 /// scheduler must update the RegionBegin and RegionEnd positions cached by
 172 /// ScheduleDAGInstrs whenever adding or removing instructions. A much simpler
 173 /// design would be to split blocks at scheduling boundaries, but LLVM has a
 174 /// general bias against block splitting purely for implementation simplicity.
 175 bool MachineScheduler::runOnMachineFunction(MachineFunction &mf) {
 176   DEBUG(dbgs() << "Before MISsched:\n"; mf.print(dbgs()));
 177
 178   // Initialize the context of the pass.
 179   MF = &mf;
 180   MLI = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
 181   MDT = &getAnalysis<MachineDominatorTree>();
 182   PassConfig = &getAnalysis<TargetPassConfig>();
 183   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
 184
 185   LIS = &getAnalysis<LiveIntervals>();
 186   const TargetInstrInfo *TII = MF->getTarget().getInstrInfo();
 187
 188   RegClassInfo->runOnMachineFunction(*MF);
 189
 190   // Select the scheduler, or set the default.
 191   MachineSchedRegistry::ScheduleDAGCtor Ctor = MachineSchedOpt;
 192   if (Ctor == useDefaultMachineSched) {
 193     // Get the default scheduler set by the target.
 194     Ctor = MachineSchedRegistry::getDefault();
 195     if (!Ctor) {
 196       Ctor = createConvergingSched;
 197       MachineSchedRegistry::setDefault(Ctor);
 198     }
 199   }
 200   // Instantiate the selected scheduler.
 201   OwningPtr<ScheduleDAGInstrs> Scheduler(Ctor(this));
 202
 203   // Visit all machine basic blocks.
 204   //
 205   // TODO: Visit blocks in global postorder or postorder within the bottom-up
 206   // loop tree. Then we can optionally compute global RegPressure.
 207   for (MachineFunction::iterator MBB = MF->begin(), MBBEnd = MF->end();
 208        MBB != MBBEnd; ++MBB) {
 209
 210     Scheduler->startBlock(MBB);
 211
 212     // Break the block into scheduling regions [I, RegionEnd), and schedule each
 213     // region as soon as it is discovered. RegionEnd points the the scheduling
 214     // boundary at the bottom of the region. The DAG does not include RegionEnd,
 215     // but the region does (i.e. the next RegionEnd is above the previous
 216     // RegionBegin). If the current block has no terminator then RegionEnd ==
 217     // MBB->end() for the bottom region.
 218     //
 219     // The Scheduler may insert instructions during either schedule() or
 220     // exitRegion(), even for empty regions. So the local iterators 'I' and
 221     // 'RegionEnd' are invalid across these calls.
 222     unsigned RemainingCount = MBB->size();
 223     for(MachineBasicBlock::iterator RegionEnd = MBB->end();
 224         RegionEnd != MBB->begin(); RegionEnd = Scheduler->begin()) {
 225
 226       // Avoid decrementing RegionEnd for blocks with no terminator.
 227       if (RegionEnd != MBB->end()
 228           || TII->isSchedulingBoundary(llvm::prior(RegionEnd), MBB, *MF)) {
 229         --RegionEnd;
 230         // Count the boundary instruction.
 231         --RemainingCount;
 232       }
 233
 234       // The next region starts above the previous region. Look backward in the
 235       // instruction stream until we find the nearest boundary.
 236       MachineBasicBlock::iterator I = RegionEnd;
 237       for(;I != MBB->begin(); --I, --RemainingCount) {
 238         if (TII->isSchedulingBoundary(llvm::prior(I), MBB, *MF))
 239           break;
 240       }
 241       // Notify the scheduler of the region, even if we may skip scheduling
 242       // it. Perhaps it still needs to be bundled.
 243       Scheduler->enterRegion(MBB, I, RegionEnd, RemainingCount);
 244
 245       // Skip empty scheduling regions (0 or 1 schedulable instructions).
 246       if (I == RegionEnd || I == llvm::prior(RegionEnd)) {
 247         // Close the current region. Bundle the terminator if needed.
 248         // This invalidates 'RegionEnd' and 'I'.
 249         Scheduler->exitRegion();
 250         continue;
 251       }
 252       DEBUG(dbgs() << "MachineScheduling " << MF->getFunction()->getName()
 253             << ":BB#" << MBB->getNumber() << "\n  From: " << *I << "    To: ";
 254             if (RegionEnd != MBB->end()) dbgs() << *RegionEnd;
 255             else dbgs() << "End";
 256             dbgs() << " Remaining: " << RemainingCount << "\n");
 257
 258       // Schedule a region: possibly reorder instructions.
 259       // This invalidates 'RegionEnd' and 'I'.
 260       Scheduler->schedule();
 261
 262       // Close the current region.
 263       Scheduler->exitRegion();
 264
 265       // Scheduling has invalidated the current iterator 'I'. Ask the
 266       // scheduler for the top of it's scheduled region.
 267       RegionEnd = Scheduler->begin();
 268     }
 269     assert(RemainingCount == 0 && "Instruction count mismatch!");
 270     Scheduler->finishBlock();
 271   }
 272   Scheduler->finalizeSchedule();
 273   DEBUG(LIS->print(dbgs()));
 274   return true;
 275 }
 276
 277 void MachineScheduler::print(raw_ostream &O, const Module* m) const {
 278   // unimplemented
 279 }
 280
 281 //===----------------------------------------------------------------------===//
 282 // MachineSchedStrategy - Interface to a machine scheduling algorithm.
 283 //===----------------------------------------------------------------------===//
 284
 285 namespace {
 286 class ScheduleDAGMI;
 287
 288 /// MachineSchedStrategy - Interface used by ScheduleDAGMI to drive the selected
 289 /// scheduling algorithm.
 290 ///
 291 /// If this works well and targets wish to reuse ScheduleDAGMI, we may expose it
 292 /// in ScheduleDAGInstrs.h
 293 class MachineSchedStrategy {
 294 public:
 295   virtual ~MachineSchedStrategy() {}
 296
 297   /// Initialize the strategy after building the DAG for a new region.
 298   virtual void initialize(ScheduleDAGMI *DAG) = 0;
 299
 300   /// Pick the next node to schedule, or return NULL. Set IsTopNode to true to
 301   /// schedule the node at the top of the unscheduled region. Otherwise it will
 302   /// be scheduled at the bottom.
 303   virtual SUnit *pickNode(bool &IsTopNode) = 0;
 304
 305   /// When all predecessor dependencies have been resolved, free this node for
 306   /// top-down scheduling.
 307   virtual void releaseTopNode(SUnit *SU) = 0;
 308   /// When all successor dependencies have been resolved, free this node for
 309   /// bottom-up scheduling.
 310   virtual void releaseBottomNode(SUnit *SU) = 0;
 311 };
 312 } // namespace
 313
 314 //===----------------------------------------------------------------------===//
 315 // ScheduleDAGMI - Base class for MachineInstr scheduling with LiveIntervals
 316 // preservation.
 317 //===----------------------------------------------------------------------===//
 318
 319 namespace {
 320 /// ScheduleDAGMI is an implementation of ScheduleDAGInstrs that schedules
 321 /// machine instructions while updating LiveIntervals.
 322 class ScheduleDAGMI : public ScheduleDAGInstrs {
 323   AliasAnalysis *AA;
 324   RegisterClassInfo *RegClassInfo;
 325   MachineSchedStrategy *SchedImpl;
 326
 327   MachineBasicBlock::iterator LiveRegionEnd;
 328
 329   /// Register pressure in this region computed by buildSchedGraph.
 330   IntervalPressure RegPressure;
 331   RegPressureTracker RPTracker;
 332
 333   /// List of pressure sets that exceed the target's pressure limit before
 334   /// scheduling, listed in increasing set ID order. Each pressure set is paired
 335   /// with its max pressure in the currently scheduled regions.
 336   std::vector<PressureElement> RegionCriticalPSets;
 337
 338   /// The top of the unscheduled zone.
 339   MachineBasicBlock::iterator CurrentTop;
 340   IntervalPressure TopPressure;
 341   RegPressureTracker TopRPTracker;
 342
 343   /// The bottom of the unscheduled zone.
 344   MachineBasicBlock::iterator CurrentBottom;
 345   IntervalPressure BotPressure;
 346   RegPressureTracker BotRPTracker;
 347
 348   /// The number of instructions scheduled so far. Used to cut off the
 349   /// scheduler at the point determined by misched-cutoff.
 350   unsigned NumInstrsScheduled;
 351 public:
 352   ScheduleDAGMI(MachineSchedContext *C, MachineSchedStrategy *S):
 353     ScheduleDAGInstrs(*C->MF, *C->MLI, *C->MDT, /*IsPostRA=*/false, C->LIS),
 354     AA(C->AA), RegClassInfo(C->RegClassInfo), SchedImpl(S),
 355     RPTracker(RegPressure), CurrentTop(), TopRPTracker(TopPressure),
 356     CurrentBottom(), BotRPTracker(BotPressure), NumInstrsScheduled(0) {}
 357
 358   ~ScheduleDAGMI() {
 359     delete SchedImpl;
 360   }
 361
 362   MachineBasicBlock::iterator top() const { return CurrentTop; }
 363   MachineBasicBlock::iterator bottom() const { return CurrentBottom; }
 364
 365   /// Implement the ScheduleDAGInstrs interface for handling the next scheduling
 366   /// region. This covers all instructions in a block, while schedule() may only
 367   /// cover a subset.
 368   void enterRegion(MachineBasicBlock *bb,
 369                    MachineBasicBlock::iterator begin,
 370                    MachineBasicBlock::iterator end,
 371                    unsigned endcount);
 372
 373   /// Implement ScheduleDAGInstrs interface for scheduling a sequence of
 374   /// reorderable instructions.
 375   void schedule();
 376
 377   /// Get current register pressure for the top scheduled instructions.
 378   const IntervalPressure &getTopPressure() const { return TopPressure; }
 379   const RegPressureTracker &getTopRPTracker() const { return TopRPTracker; }
 380
 381   /// Get current register pressure for the bottom scheduled instructions.
 382   const IntervalPressure &getBotPressure() const { return BotPressure; }
 383   const RegPressureTracker &getBotRPTracker() const { return BotRPTracker; }
 384
 385   /// Get register pressure for the entire scheduling region before scheduling.
 386   const IntervalPressure &getRegPressure() const { return RegPressure; }
 387
 388   const std::vector<PressureElement> &getRegionCriticalPSets() const {
 389     return RegionCriticalPSets;
 390   }
 391
 392 protected:
 393   void initRegPressure();
 394   void updateScheduledPressure(std::vector<unsigned> NewMaxPressure);
 395
 396   void moveInstruction(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock::iterator InsertPos);
 397   bool checkSchedLimit();
 398
 399   void releaseRoots();
 400
 401   void releaseSucc(SUnit *SU, SDep *SuccEdge);
 402   void releaseSuccessors(SUnit *SU);
 403   void releasePred(SUnit *SU, SDep *PredEdge);
 404   void releasePredecessors(SUnit *SU);
 405
 406   void placeDebugValues();
 407 };
 408 } // namespace
 409
 410 /// ReleaseSucc - Decrement the NumPredsLeft count of a successor. When
 411 /// NumPredsLeft reaches zero, release the successor node.
 412 void ScheduleDAGMI::releaseSucc(SUnit *SU, SDep *SuccEdge) {
 413   SUnit *SuccSU = SuccEdge->getSUnit();
 414
 415 #ifndef NDEBUG
 416   if (SuccSU->NumPredsLeft == 0) {
 417     dbgs() << "*** Scheduling failed! ***\n";
 418     SuccSU->dump(this);
 419     dbgs() << " has been released too many times!\n";
 420     llvm_unreachable(0);
 421   }
 422 #endif
 423   --SuccSU->NumPredsLeft;
 424   if (SuccSU->NumPredsLeft == 0 && SuccSU != &ExitSU)
 425     SchedImpl->releaseTopNode(SuccSU);
 426 }
 427
 428 /// releaseSuccessors - Call releaseSucc on each of SU's successors.
 429 void ScheduleDAGMI::releaseSuccessors(SUnit *SU) {
 430   for (SUnit::succ_iterator I = SU->Succs.begin(), E = SU->Succs.end();
 431        I != E; ++I) {
 432     releaseSucc(SU, &*I);
 433   }
 434 }
 435
 436 /// ReleasePred - Decrement the NumSuccsLeft count of a predecessor. When
 437 /// NumSuccsLeft reaches zero, release the predecessor node.
 438 void ScheduleDAGMI::releasePred(SUnit *SU, SDep *PredEdge) {
 439   SUnit *PredSU = PredEdge->getSUnit();
 440
 441 #ifndef NDEBUG
 442   if (PredSU->NumSuccsLeft == 0) {
 443     dbgs() << "*** Scheduling failed! ***\n";
 444     PredSU->dump(this);
 445     dbgs() << " has been released too many times!\n";
 446     llvm_unreachable(0);
 447   }
 448 #endif
 449   --PredSU->NumSuccsLeft;
 450   if (PredSU->NumSuccsLeft == 0 && PredSU != &EntrySU)
 451     SchedImpl->releaseBottomNode(PredSU);
 452 }
 453
 454 /// releasePredecessors - Call releasePred on each of SU's predecessors.
 455 void ScheduleDAGMI::releasePredecessors(SUnit *SU) {
 456   for (SUnit::pred_iterator I = SU->Preds.begin(), E = SU->Preds.end();
 457        I != E; ++I) {
 458     releasePred(SU, &*I);
 459   }
 460 }
 461
 462 void ScheduleDAGMI::moveInstruction(MachineInstr *MI,
 463                                     MachineBasicBlock::iterator InsertPos) {
 464   // Advance RegionBegin if the first instruction moves down.
 465   if (&*RegionBegin == MI)
 466     ++RegionBegin;
 467
 468   // Update the instruction stream.
 469   BB->splice(InsertPos, BB, MI);
 470
 471   // Update LiveIntervals
 472   LIS->handleMove(MI);
 473
 474   // Recede RegionBegin if an instruction moves above the first.
 475   if (RegionBegin == InsertPos)
 476     RegionBegin = MI;
 477 }
 478
 479 bool ScheduleDAGMI::checkSchedLimit() {
 480 #ifndef NDEBUG
 481   if (NumInstrsScheduled == MISchedCutoff && MISchedCutoff != ~0U) {
 482     CurrentTop = CurrentBottom;
 483     return false;
 484   }
 485   ++NumInstrsScheduled;
 486 #endif
 487   return true;
 488 }
 489
 490 /// enterRegion - Called back from MachineScheduler::runOnMachineFunction after
 491 /// crossing a scheduling boundary. [begin, end) includes all instructions in
 492 /// the region, including the boundary itself and single-instruction regions
 493 /// that don't get scheduled.
 494 void ScheduleDAGMI::enterRegion(MachineBasicBlock *bb,
 495                                 MachineBasicBlock::iterator begin,
 496                                 MachineBasicBlock::iterator end,
 497                                 unsigned endcount)
 498 {
 499   ScheduleDAGInstrs::enterRegion(bb, begin, end, endcount);
 500
 501   // For convenience remember the end of the liveness region.
 502   LiveRegionEnd =
 503     (RegionEnd == bb->end()) ? RegionEnd : llvm::next(RegionEnd);
 504 }
 505
 506 // Setup the register pressure trackers for the top scheduled top and bottom
 507 // scheduled regions.
 508 void ScheduleDAGMI::initRegPressure() {
 509   TopRPTracker.init(&MF, RegClassInfo, LIS, BB, RegionBegin);
 510   BotRPTracker.init(&MF, RegClassInfo, LIS, BB, LiveRegionEnd);
 511
 512   // Close the RPTracker to finalize live ins.
 513   RPTracker.closeRegion();
 514
 515   // Initialize the live ins and live outs.
 516   TopRPTracker.addLiveRegs(RPTracker.getPressure().LiveInRegs);
 517   BotRPTracker.addLiveRegs(RPTracker.getPressure().LiveOutRegs);
 518
 519   // Close one end of the tracker so we can call
 520   // getMaxUpward/DownwardPressureDelta before advancing across any
 521   // instructions. This converts currently live regs into live ins/outs.
 522   TopRPTracker.closeTop();
 523   BotRPTracker.closeBottom();
 524
 525   // Account for liveness generated by the region boundary.
 526   if (LiveRegionEnd != RegionEnd)
 527     BotRPTracker.recede();
 528
 529   assert(BotRPTracker.getPos() == RegionEnd && "Can't find the region bottom");
 530
 531   // Cache the list of excess pressure sets in this region. This will also track
 532   // the max pressure in the scheduled code for these sets.
 533   RegionCriticalPSets.clear();
 534   std::vector<unsigned> RegionPressure = RPTracker.getPressure().MaxSetPressure;
 535   for (unsigned i = 0, e = RegionPressure.size(); i < e; ++i) {
 536     unsigned Limit = TRI->getRegPressureSetLimit(i);
 537     if (RegionPressure[i] > Limit)
 538       RegionCriticalPSets.push_back(PressureElement(i, 0));
 539   }
 540   DEBUG(dbgs() << "Excess PSets: ";
 541         for (unsigned i = 0, e = RegionCriticalPSets.size(); i != e; ++i)
 542           dbgs() << TRI->getRegPressureSetName(
 543             RegionCriticalPSets[i].PSetID) << " ";
 544         dbgs() << "\n");
 545 }
 546
 547 // FIXME: When the pressure tracker deals in pressure differences then we won't
 548 // iterate over all RegionCriticalPSets[i].
 549 void ScheduleDAGMI::
 550 updateScheduledPressure(std::vector<unsigned> NewMaxPressure) {
 551   for (unsigned i = 0, e = RegionCriticalPSets.size(); i < e; ++i) {
 552     unsigned ID = RegionCriticalPSets[i].PSetID;
 553     int &MaxUnits = RegionCriticalPSets[i].UnitIncrease;
 554     if ((int)NewMaxPressure[ID] > MaxUnits)
 555       MaxUnits = NewMaxPressure[ID];
 556   }
 557 }
 558
 559 // Release all DAG roots for scheduling.
 560 void ScheduleDAGMI::releaseRoots() {
 561   SmallVector<SUnit*, 16> BotRoots;
 562
 563   for (std::vector<SUnit>::iterator
 564          I = SUnits.begin(), E = SUnits.end(); I != E; ++I) {
 565     // A SUnit is ready to top schedule if it has no predecessors.
 566     if (I->Preds.empty())
 567       SchedImpl->releaseTopNode(&(*I));
 568     // A SUnit is ready to bottom schedule if it has no successors.
 569     if (I->Succs.empty())
 570       BotRoots.push_back(&(*I));
 571   }
 572   // Release bottom roots in reverse order so the higher priority nodes appear
 573   // first. This is more natural and slightly more efficient.
 574   for (SmallVectorImpl<SUnit*>::const_reverse_iterator
 575          I = BotRoots.rbegin(), E = BotRoots.rend(); I != E; ++I)
 576     SchedImpl->releaseBottomNode(*I);
 577 }
 578
 579 /// schedule - Called back from MachineScheduler::runOnMachineFunction
 580 /// after setting up the current scheduling region. [RegionBegin, RegionEnd)
 581 /// only includes instructions that have DAG nodes, not scheduling boundaries.
 582 void ScheduleDAGMI::schedule() {
 583   // Initialize the register pressure tracker used by buildSchedGraph.
 584   RPTracker.init(&MF, RegClassInfo, LIS, BB, LiveRegionEnd);
 585
 586   // Account for liveness generate by the region boundary.
 587   if (LiveRegionEnd != RegionEnd)
 588     RPTracker.recede();
 589
 590   // Build the DAG, and compute current register pressure.
 591   buildSchedGraph(AA, &RPTracker);
 592
 593   // Initialize top/bottom trackers after computing region pressure.
 594   initRegPressure();
 595
 596   DEBUG(dbgs() << "********** MI Scheduling **********\n");
 597   DEBUG(for (unsigned su = 0, e = SUnits.size(); su != e; ++su)
 598           SUnits[su].dumpAll(this));
 599
 600   if (ViewMISchedDAGs) viewGraph();
 601
 602   SchedImpl->initialize(this);
 603
 604   // Release edges from the special Entry node or to the special Exit node.
 605   releaseSuccessors(&EntrySU);
 606   releasePredecessors(&ExitSU);
 607
 608   // Release all DAG roots for scheduling.
 609   releaseRoots();
 610
 611   CurrentTop = nextIfDebug(RegionBegin, RegionEnd);
 612   CurrentBottom = RegionEnd;
 613   bool IsTopNode = false;
 614   while (SUnit *SU = SchedImpl->pickNode(IsTopNode)) {
 615     DEBUG(dbgs() << "*** " << (IsTopNode ? "Top" : "Bottom")
 616           << " Scheduling Instruction:\n"; SU->dump(this));
 617     if (!checkSchedLimit())
 618       break;
 619
 620     // Move the instruction to its new location in the instruction stream.
 621     MachineInstr *MI = SU->getInstr();
 622
 623     if (IsTopNode) {
 624       assert(SU->isTopReady() && "node still has unscheduled dependencies");
 625       if (&*CurrentTop == MI)
 626         CurrentTop = nextIfDebug(++CurrentTop, CurrentBottom);
 627       else {
 628         moveInstruction(MI, CurrentTop);
 629         TopRPTracker.setPos(MI);
 630       }
 631
 632       // Update top scheduled pressure.
 633       TopRPTracker.advance();
 634       assert(TopRPTracker.getPos() == CurrentTop && "out of sync");
 635       updateScheduledPressure(TopRPTracker.getPressure().MaxSetPressure);
 636
 637       // Release dependent instructions for scheduling.
 638       releaseSuccessors(SU);
 639     }
 640     else {
 641       assert(SU->isBottomReady() && "node still has unscheduled dependencies");
 642       MachineBasicBlock::iterator priorII =
 643         priorNonDebug(CurrentBottom, CurrentTop);
 644       if (&*priorII == MI)
 645         CurrentBottom = priorII;
 646       else {
 647         if (&*CurrentTop == MI) {
 648           CurrentTop = nextIfDebug(++CurrentTop, priorII);
 649           TopRPTracker.setPos(CurrentTop);
 650         }
 651         moveInstruction(MI, CurrentBottom);
 652         CurrentBottom = MI;
 653       }
 654       // Update bottom scheduled pressure.
 655       BotRPTracker.recede();
 656       assert(BotRPTracker.getPos() == CurrentBottom && "out of sync");
 657       updateScheduledPressure(BotRPTracker.getPressure().MaxSetPressure);
 658
 659       // Release dependent instructions for scheduling.
 660       releasePredecessors(SU);
 661     }
 662     SU->isScheduled = true;
 663   }
 664   assert(CurrentTop == CurrentBottom && "Nonempty unscheduled zone.");
 665
 666   placeDebugValues();
 667 }
 668
 669 /// Reinsert any remaining debug_values, just like the PostRA scheduler.
 670 void ScheduleDAGMI::placeDebugValues() {
 671   // If first instruction was a DBG_VALUE then put it back.
 672   if (FirstDbgValue) {
 673     BB->splice(RegionBegin, BB, FirstDbgValue);
 674     RegionBegin = FirstDbgValue;
 675   }
 676
 677   for (std::vector<std::pair<MachineInstr *, MachineInstr *> >::iterator
 678          DI = DbgValues.end(), DE = DbgValues.begin(); DI != DE; --DI) {
 679     std::pair<MachineInstr *, MachineInstr *> P = *prior(DI);
 680     MachineInstr *DbgValue = P.first;
 681     MachineBasicBlock::iterator OrigPrevMI = P.second;
 682     BB->splice(++OrigPrevMI, BB, DbgValue);
 683     if (OrigPrevMI == llvm::prior(RegionEnd))
 684       RegionEnd = DbgValue;
 685   }
 686   DbgValues.clear();
 687   FirstDbgValue = NULL;
 688 }
 689
 690 //===----------------------------------------------------------------------===//
 691 // ConvergingScheduler - Implementation of the standard MachineSchedStrategy.
 692 //===----------------------------------------------------------------------===//
 693
 694 namespace {
 695 /// Wrapper around a vector of SUnits with some basic convenience methods.
 696 struct ReadyQueue {
 697   typedef std::vector<SUnit*>::iterator iterator;
 698
 699   unsigned ID;
 700   std::vector<SUnit*> Queue;
 701
 702   ReadyQueue(unsigned id): ID(id) {}
 703
 704   bool isInQueue(SUnit *SU) const {
 705     return SU->NodeQueueId & ID;
 706   }
 707
 708   bool empty() const { return Queue.empty(); }
 709
 710   unsigned size() const { return Queue.size(); }
 711
 712   iterator begin() { return Queue.begin(); }
 713
 714   iterator end() { return Queue.end(); }
 715
 716   iterator find(SUnit *SU) {
 717     return std::find(Queue.begin(), Queue.end(), SU);
 718   }
 719
 720   void push(SUnit *SU) {
 721     Queue.push_back(SU);
 722     SU->NodeQueueId |= ID;
 723   }
 724
 725   void remove(iterator I) {
 726     (*I)->NodeQueueId &= ~ID;
 727     *I = Queue.back();
 728     Queue.pop_back();
 729   }
 730
 731   void dump(const char* Name) {
 732     dbgs() << Name << ": ";
 733     for (unsigned i = 0, e = Queue.size(); i < e; ++i)
 734       dbgs() << Queue[i]->NodeNum << " ";
 735     dbgs() << "\n";
 736   }
 737 };
 738
 739 /// ConvergingScheduler shrinks the unscheduled zone using heuristics to balance
 740 /// the schedule.
 741 class ConvergingScheduler : public MachineSchedStrategy {
 742
 743   /// Store the state used by ConvergingScheduler heuristics, required for the
 744   /// lifetime of one invocation of pickNode().
 745   struct SchedCandidate {
 746     // The best SUnit candidate.
 747     SUnit *SU;
 748
 749     // Register pressure values for the best candidate.
 750     RegPressureDelta RPDelta;
 751
 752     SchedCandidate(): SU(NULL) {}
 753   };
 754   /// Represent the type of SchedCandidate found within a single queue.
 755   enum CandResult {
 756     NoCand, NodeOrder, SingleExcess, SingleCritical, SingleMax, MultiPressure };
 757
 758   ScheduleDAGMI *DAG;
 759   const TargetRegisterInfo *TRI;
 760
 761   ReadyQueue TopQueue;
 762   ReadyQueue BotQueue;
 763
 764 public:
 765   /// SUnit::NodeQueueId = 0 (none), = 1 (top), = 2 (bottom), = 3 (both)
 766   enum {
 767     TopQID = 1,
 768     BotQID = 2
 769   };
 770
 771   ConvergingScheduler(): DAG(0), TRI(0), TopQueue(TopQID), BotQueue(BotQID) {}
 772
 773   static const char *getQName(unsigned ID) {
 774     switch(ID) {
 775     default: return "NoQ";
 776     case TopQID: return "TopQ";
 777     case BotQID: return "BotQ";
 778     };
 779   }
 780
 781   virtual void initialize(ScheduleDAGMI *dag) {
 782     DAG = dag;
 783     TRI = DAG->TRI;
 784
 785     assert((!ForceTopDown || !ForceBottomUp) &&
 786            "-misched-topdown incompatible with -misched-bottomup");
 787   }
 788
 789   virtual SUnit *pickNode(bool &IsTopNode);
 790
 791   virtual void releaseTopNode(SUnit *SU) {
 792     if (!SU->isScheduled)
 793       TopQueue.push(SU);
 794   }
 795   virtual void releaseBottomNode(SUnit *SU) {
 796     if (!SU->isScheduled)
 797       BotQueue.push(SU);
 798   }
 799 protected:
 800   SUnit *pickNodeBidrectional(bool &IsTopNode);
 801
 802   CandResult pickNodeFromQueue(ReadyQueue &Q,
 803                                const RegPressureTracker &RPTracker,
 804                                SchedCandidate &Candidate);
 805 #ifndef NDEBUG
 806   void traceCandidate(const char *Label, unsigned QID, SUnit *SU,
 807                       PressureElement P = PressureElement());
 808 #endif
 809 };
 810 } // namespace
 811
 812 #ifndef NDEBUG
 813 void ConvergingScheduler::
 814 traceCandidate(const char *Label, unsigned QID, SUnit *SU,
 815                PressureElement P) {
 816   dbgs() << Label << getQName(QID) << " ";
 817   if (P.isValid())
 818     dbgs() << TRI->getRegPressureSetName(P.PSetID) << ":" << P.UnitIncrease
 819            << " ";
 820   else
 821     dbgs() << "     ";
 822   SU->dump(DAG);
 823 }
 824 #endif
 825
 826 /// pickNodeFromQueue helper that returns true if the LHS reg pressure effect is
 827 /// more desirable than RHS from scheduling standpoint.
 828 static bool compareRPDelta(const RegPressureDelta &LHS,
 829                            const RegPressureDelta &RHS) {
 830   // Compare each component of pressure in decreasing order of importance
 831   // without checking if any are valid. Invalid PressureElements are assumed to
 832   // have UnitIncrease==0, so are neutral.
 833
 834   // Avoid increasing the max critical pressure in the scheduled region.
 835   if (LHS.Excess.UnitIncrease != RHS.Excess.UnitIncrease)
 836     return LHS.Excess.UnitIncrease < RHS.Excess.UnitIncrease;
 837
 838   // Avoid increasing the max critical pressure in the scheduled region.
 839   if (LHS.CriticalMax.UnitIncrease != RHS.CriticalMax.UnitIncrease)
 840     return LHS.CriticalMax.UnitIncrease < RHS.CriticalMax.UnitIncrease;
 841
 842   // Avoid increasing the max pressure of the entire region.
 843   if (LHS.CurrentMax.UnitIncrease != RHS.CurrentMax.UnitIncrease)
 844     return LHS.CurrentMax.UnitIncrease < RHS.CurrentMax.UnitIncrease;
 845
 846   return false;
 847 }
 848
 849 /// Pick the best candidate from the top queue.
 850 ///
 851 /// TODO: getMaxPressureDelta results can be mostly cached for each SUnit during
 852 /// DAG building. To adjust for the current scheduling location we need to
 853 /// maintain the number of vreg uses remaining to be top-scheduled.
 854 ConvergingScheduler::CandResult ConvergingScheduler::
 855 pickNodeFromQueue(ReadyQueue &Q, const RegPressureTracker &RPTracker,
 856                   SchedCandidate &Candidate) {
 857   DEBUG(Q.dump(getQName(Q.ID)));
 858
 859   // getMaxPressureDelta temporarily modifies the tracker.
 860   RegPressureTracker &TempTracker = const_cast<RegPressureTracker&>(RPTracker);
 861
 862   // BestSU remains NULL if no top candidates beat the best existing candidate.
 863   CandResult FoundCandidate = NoCand;
 864   for (ReadyQueue::iterator I = Q.begin(), E = Q.end(); I != E; ++I) {
 865
 866     RegPressureDelta RPDelta;
 867     TempTracker.getMaxPressureDelta((*I)->getInstr(), RPDelta,
 868                                     DAG->getRegionCriticalPSets(),
 869                                     DAG->getRegPressure().MaxSetPressure);
 870
 871     // Initialize the candidate if needed.
 872     if (!Candidate.SU) {
 873       Candidate.SU = *I;
 874       Candidate.RPDelta = RPDelta;
 875       FoundCandidate = NodeOrder;
 876       continue;
 877     }
 878     // Avoid exceeding the target's limit.
 879     if (RPDelta.Excess.UnitIncrease < Candidate.RPDelta.Excess.UnitIncrease) {
 880       DEBUG(traceCandidate("ECAND", Q.ID, *I, RPDelta.Excess));
 881       Candidate.SU = *I;
 882       Candidate.RPDelta = RPDelta;
 883       FoundCandidate = SingleExcess;
 884       continue;
 885     }
 886     if (RPDelta.Excess.UnitIncrease > Candidate.RPDelta.Excess.UnitIncrease)
 887       continue;
 888     if (FoundCandidate == SingleExcess)
 889       FoundCandidate = MultiPressure;
 890
 891     // Avoid increasing the max critical pressure in the scheduled region.
 892     if (RPDelta.CriticalMax.UnitIncrease
 893         < Candidate.RPDelta.CriticalMax.UnitIncrease) {
 894       DEBUG(traceCandidate("PCAND", Q.ID, *I, RPDelta.CriticalMax));
 895       Candidate.SU = *I;
 896       Candidate.RPDelta = RPDelta;
 897       FoundCandidate = SingleCritical;
 898       continue;
 899     }
 900     if (RPDelta.CriticalMax.UnitIncrease
 901         > Candidate.RPDelta.CriticalMax.UnitIncrease)
 902       continue;
 903     if (FoundCandidate == SingleCritical)
 904       FoundCandidate = MultiPressure;
 905
 906     // Avoid increasing the max pressure of the entire region.
 907     if (RPDelta.CurrentMax.UnitIncrease
 908         < Candidate.RPDelta.CurrentMax.UnitIncrease) {
 909       DEBUG(traceCandidate("MCAND", Q.ID, *I, RPDelta.CurrentMax));
 910       Candidate.SU = *I;
 911       Candidate.RPDelta = RPDelta;
 912       FoundCandidate = SingleMax;
 913       continue;
 914     }
 915     if (RPDelta.CurrentMax.UnitIncrease
 916         > Candidate.RPDelta.CurrentMax.UnitIncrease)
 917       continue;
 918     if (FoundCandidate == SingleMax)
 919       FoundCandidate = MultiPressure;
 920
 921     // Fall through to original instruction order.
 922     // Only consider node order if Candidate was chosen from this Q.
 923     if (FoundCandidate == NoCand)
 924       continue;
 925
 926     if ((Q.ID == TopQID && (*I)->NodeNum < Candidate.SU->NodeNum)
 927         || (Q.ID == BotQID && (*I)->NodeNum > Candidate.SU->NodeNum)) {
 928       DEBUG(traceCandidate("NCAND", Q.ID, *I));
 929       Candidate.SU = *I;
 930       Candidate.RPDelta = RPDelta;
 931       FoundCandidate = NodeOrder;
 932     }
 933   }
 934   return FoundCandidate;
 935 }
 936
 937 /// Pick the best candidate node from either the top or bottom queue.
 938 SUnit *ConvergingScheduler::pickNodeBidrectional(bool &IsTopNode) {
 939   // Schedule as far as possible in the direction of no choice. This is most
 940   // efficient, but also provides the best heuristics for CriticalPSets.
 941   if (BotQueue.size() == 1) {
 942     IsTopNode = false;
 943     return *BotQueue.begin();
 944   }
 945   if (TopQueue.size() == 1) {
 946     IsTopNode = true;
 947     return *TopQueue.begin();
 948   }
 949   SchedCandidate BotCandidate;
 950   // Prefer bottom scheduling when heuristics are silent.
 951   CandResult BotResult =
 952     pickNodeFromQueue(BotQueue, DAG->getBotRPTracker(), BotCandidate);
 953   assert(BotResult != NoCand && "failed to find the first candidate");
 954
 955   // If either Q has a single candidate that provides the least increase in
 956   // Excess pressure, we can immediately schedule from that Q.
 957   //
 958   // RegionCriticalPSets summarizes the pressure within the scheduled region and
 959   // affects picking from either Q. If scheduling in one direction must
 960   // increase pressure for one of the excess PSets, then schedule in that
 961   // direction first to provide more freedom in the other direction.
 962   if (BotResult == SingleExcess || BotResult == SingleCritical) {
 963     IsTopNode = false;
 964     return BotCandidate.SU;
 965   }
 966   // Check if the top Q has a better candidate.
 967   SchedCandidate TopCandidate;
 968   CandResult TopResult =
 969     pickNodeFromQueue(TopQueue, DAG->getTopRPTracker(), TopCandidate);
 970   assert(TopResult != NoCand && "failed to find the first candidate");
 971
 972   if (TopResult == SingleExcess || TopResult == SingleCritical) {
 973     IsTopNode = true;
 974     return TopCandidate.SU;
 975   }
 976   // If either Q has a single candidate that minimizes pressure above the
 977   // original region's pressure pick it.
 978   if (BotResult == SingleMax) {
 979     IsTopNode = false;
 980     return BotCandidate.SU;
 981   }
 982   if (TopResult == SingleMax) {
 983     IsTopNode = true;
 984     return TopCandidate.SU;
 985   }
 986   // Check for a salient pressure difference and pick the best from either side.
 987   if (compareRPDelta(TopCandidate.RPDelta, BotCandidate.RPDelta)) {
 988     IsTopNode = true;
 989     return TopCandidate.SU;
 990   }
 991   // Otherwise prefer the bottom candidate in node order.
 992   IsTopNode = false;
 993   return BotCandidate.SU;
 994 }
 995
 996 /// Pick the best node to balance the schedule. Implements MachineSchedStrategy.
 997 SUnit *ConvergingScheduler::pickNode(bool &IsTopNode) {
 998   if (DAG->top() == DAG->bottom()) {
 999     assert(TopQueue.empty() && BotQueue.empty() && "ReadyQueue garbage");
1000     return NULL;
1001   }
1002   SUnit *SU;
1003   if (ForceTopDown) {
1004     SU = DAG->getSUnit(DAG->top());
1005     IsTopNode = true;
1006   }
1007   else if (ForceBottomUp) {
1008     SU = DAG->getSUnit(priorNonDebug(DAG->bottom(), DAG->top()));
1009     IsTopNode = false;
1010   }
1011   else {
1012     SU = pickNodeBidrectional(IsTopNode);
1013   }
1014   if (SU->isTopReady()) {
1015     assert(!TopQueue.empty() && "bad ready count");
1016     TopQueue.remove(TopQueue.find(SU));
1017   }
1018   if (SU->isBottomReady()) {
1019     assert(!BotQueue.empty() && "bad ready count");
1020     BotQueue.remove(BotQueue.find(SU));
1021   }
1022   return SU;
1023 }
1024
1025 /// Create the standard converging machine scheduler. This will be used as the
1026 /// default scheduler if the target does not set a default.
1027 static ScheduleDAGInstrs *createConvergingSched(MachineSchedContext *C) {
1028   assert((!ForceTopDown || !ForceBottomUp) &&
1029          "-misched-topdown incompatible with -misched-bottomup");
1030   return new ScheduleDAGMI(C, new ConvergingScheduler());
1031 }
1032 static MachineSchedRegistry
1033 ConvergingSchedRegistry("converge", "Standard converging scheduler.",
1034                         createConvergingSched);
1035
1036 //===----------------------------------------------------------------------===//
1037 // Machine Instruction Shuffler for Correctness Testing
1038 //===----------------------------------------------------------------------===//
1039
1040 #ifndef NDEBUG
1041 namespace {
1042 /// Apply a less-than relation on the node order, which corresponds to the
1043 /// instruction order prior to scheduling. IsReverse implements greater-than.
1044 template<bool IsReverse>
1045 struct SUnitOrder {
1046   bool operator()(SUnit *A, SUnit *B) const {
1047     if (IsReverse)
1048       return A->NodeNum > B->NodeNum;
1049     else
1050       return A->NodeNum < B->NodeNum;
1051   }
1052 };
1053
1054 /// Reorder instructions as much as possible.
1055 class InstructionShuffler : public MachineSchedStrategy {
1056   bool IsAlternating;
1057   bool IsTopDown;
1058
1059   // Using a less-than relation (SUnitOrder<false>) for the TopQ priority
1060   // gives nodes with a higher number higher priority causing the latest
1061   // instructions to be scheduled first.
1062   PriorityQueue<SUnit*, std::vector<SUnit*>, SUnitOrder<false> >
1063     TopQ;
1064   // When scheduling bottom-up, use greater-than as the queue priority.
1065   PriorityQueue<SUnit*, std::vector<SUnit*>, SUnitOrder<true> >
1066     BottomQ;
1067 public:
1068   InstructionShuffler(bool alternate, bool topdown)
1069     : IsAlternating(alternate), IsTopDown(topdown) {}
1070
1071   virtual void initialize(ScheduleDAGMI *) {
1072     TopQ.clear();
1073     BottomQ.clear();
1074   }
1075
1076   /// Implement MachineSchedStrategy interface.
1077   /// -----------------------------------------
1078
1079   virtual SUnit *pickNode(bool &IsTopNode) {
1080     SUnit *SU;
1081     if (IsTopDown) {
1082       do {
1083         if (TopQ.empty()) return NULL;
1084         SU = TopQ.top();
1085         TopQ.pop();
1086       } while (SU->isScheduled);
1087       IsTopNode = true;
1088     }
1089     else {
1090       do {
1091         if (BottomQ.empty()) return NULL;
1092         SU = BottomQ.top();
1093         BottomQ.pop();
1094       } while (SU->isScheduled);
1095       IsTopNode = false;
1096     }
1097     if (IsAlternating)
1098       IsTopDown = !IsTopDown;
1099     return SU;
1100   }
1101
1102   virtual void releaseTopNode(SUnit *SU) {
1103     TopQ.push(SU);
1104   }
1105   virtual void releaseBottomNode(SUnit *SU) {
1106     BottomQ.push(SU);
1107   }
1108 };
1109 } // namespace
1110
1111 static ScheduleDAGInstrs *createInstructionShuffler(MachineSchedContext *C) {
1112   bool Alternate = !ForceTopDown && !ForceBottomUp;
1113   bool TopDown = !ForceBottomUp;
1114   assert((TopDown || !ForceTopDown) &&
1115          "-misched-topdown incompatible with -misched-bottomup");
1116   return new ScheduleDAGMI(C, new InstructionShuffler(Alternate, TopDown));
1117 }
1118 static MachineSchedRegistry ShufflerRegistry(
1119   "shuffle", "Shuffle machine instructions alternating directions",
1120   createInstructionShuffler);
1121 #endif // !NDEBUG