ad55a77a499f5675c9d0acb38b252a5baaa097a8
[oota-llvm.git] / 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 "llvm/CodeGen/MachineScheduler.h"
18 #include "llvm/ADT/OwningPtr.h"
19 #include "llvm/ADT/PriorityQueue.h"
20 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
21 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
22 #include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
23 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
24 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
25 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
26 #include "llvm/CodeGen/RegisterClassInfo.h"
27 #include "llvm/CodeGen/ScheduleDFS.h"
28 #include "llvm/CodeGen/ScheduleHazardRecognizer.h"
29 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
30 #include "llvm/Support/Debug.h"
31 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
32 #include "llvm/Support/GraphWriter.h"
33 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
34 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
35 #include <queue>
36
37 using namespace llvm;
38
39 namespace llvm {
40 cl::opt<bool> ForceTopDown("misched-topdown", cl::Hidden,
41                            cl::desc("Force top-down list scheduling"));
42 cl::opt<bool> ForceBottomUp("misched-bottomup", cl::Hidden,
43                             cl::desc("Force bottom-up list scheduling"));
44 }
45
46 #ifndef NDEBUG
47 static cl::opt<bool> ViewMISchedDAGs("view-misched-dags", cl::Hidden,
48   cl::desc("Pop up a window to show MISched dags after they are processed"));
49
50 static cl::opt<unsigned> MISchedCutoff("misched-cutoff", cl::Hidden,
51   cl::desc("Stop scheduling after N instructions"), cl::init(~0U));
52 #else
53 static bool ViewMISchedDAGs = false;
54 #endif // NDEBUG
55
56 static cl::opt<bool> EnableLoadCluster("misched-cluster", cl::Hidden,
57   cl::desc("Enable load clustering."), cl::init(true));
58
59 // Experimental heuristics
60 static cl::opt<bool> EnableMacroFusion("misched-fusion", cl::Hidden,
61   cl::desc("Enable scheduling for macro fusion."), cl::init(true));
62
63 static cl::opt<bool> VerifyScheduling("verify-misched", cl::Hidden,
64   cl::desc("Verify machine instrs before and after machine scheduling"));
65
66 // DAG subtrees must have at least this many nodes.
67 static const unsigned MinSubtreeSize = 8;
68
69 //===----------------------------------------------------------------------===//
70 // Machine Instruction Scheduling Pass and Registry
71 //===----------------------------------------------------------------------===//
72
73 MachineSchedContext::MachineSchedContext():
74     MF(0), MLI(0), MDT(0), PassConfig(0), AA(0), LIS(0) {
75   RegClassInfo = new RegisterClassInfo();
76 }
77
78 MachineSchedContext::~MachineSchedContext() {
79   delete RegClassInfo;
80 }
81
82 namespace {
83 /// MachineScheduler runs after coalescing and before register allocation.
84 class MachineScheduler : public MachineSchedContext,
85                          public MachineFunctionPass {
86 public:
87   MachineScheduler();
88
89   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
90
91   virtual void releaseMemory() {}
92
93   virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction&);
94
95   virtual void print(raw_ostream &O, const Module* = 0) const;
96
97   static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
98 };
99 } // namespace
100
101 char MachineScheduler::ID = 0;
102
103 char &llvm::MachineSchedulerID = MachineScheduler::ID;
104
105 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MachineScheduler, "misched",
106                       "Machine Instruction Scheduler", false, false)
107 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
108 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(SlotIndexes)
109 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LiveIntervals)
110 INITIALIZE_PASS_END(MachineScheduler, "misched",
111                     "Machine Instruction Scheduler", false, false)
112
113 MachineScheduler::MachineScheduler()
114 : MachineFunctionPass(ID) {
115   initializeMachineSchedulerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
116 }
117
118 void MachineScheduler::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
119   AU.setPreservesCFG();
120   AU.addRequiredID(MachineDominatorsID);
121   AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
122   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
123   AU.addRequired<TargetPassConfig>();
124   AU.addRequired<SlotIndexes>();
125   AU.addPreserved<SlotIndexes>();
126   AU.addRequired<LiveIntervals>();
127   AU.addPreserved<LiveIntervals>();
128   MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
129 }
130
131 MachinePassRegistry MachineSchedRegistry::Registry;
132
133 /// A dummy default scheduler factory indicates whether the scheduler
134 /// is overridden on the command line.
135 static ScheduleDAGInstrs *useDefaultMachineSched(MachineSchedContext *C) {
136   return 0;
137 }
138
139 /// MachineSchedOpt allows command line selection of the scheduler.
140 static cl::opt<MachineSchedRegistry::ScheduleDAGCtor, false,
141                RegisterPassParser<MachineSchedRegistry> >
142 MachineSchedOpt("misched",
143                 cl::init(&useDefaultMachineSched), cl::Hidden,
144                 cl::desc("Machine instruction scheduler to use"));
145
146 static MachineSchedRegistry
147 DefaultSchedRegistry("default", "Use the target's default scheduler choice.",
148                      useDefaultMachineSched);
149
150 /// Forward declare the standard machine scheduler. This will be used as the
151 /// default scheduler if the target does not set a default.
152 static ScheduleDAGInstrs *createConvergingSched(MachineSchedContext *C);
153
154
155 /// Decrement this iterator until reaching the top or a non-debug instr.
156 static MachineBasicBlock::iterator
157 priorNonDebug(MachineBasicBlock::iterator I, MachineBasicBlock::iterator Beg) {
158   assert(I != Beg && "reached the top of the region, cannot decrement");
159   while (--I != Beg) {
160     if (!I->isDebugValue())
161       break;
162   }
163   return I;
164 }
165
166 /// If this iterator is a debug value, increment until reaching the End or a
167 /// non-debug instruction.
168 static MachineBasicBlock::iterator
169 nextIfDebug(MachineBasicBlock::iterator I, MachineBasicBlock::iterator End) {
170   for(; I != End; ++I) {
171     if (!I->isDebugValue())
172       break;
173   }
174   return I;
175 }
176
177 /// Top-level MachineScheduler pass driver.
178 ///
179 /// Visit blocks in function order. Divide each block into scheduling regions
180 /// and visit them bottom-up. Visiting regions bottom-up is not required, but is
181 /// consistent with the DAG builder, which traverses the interior of the
182 /// scheduling regions bottom-up.
183 ///
184 /// This design avoids exposing scheduling boundaries to the DAG builder,
185 /// simplifying the DAG builder's support for "special" target instructions.
186 /// At the same time the design allows target schedulers to operate across
187 /// scheduling boundaries, for example to bundle the boudary instructions
188 /// without reordering them. This creates complexity, because the target
189 /// scheduler must update the RegionBegin and RegionEnd positions cached by
190 /// ScheduleDAGInstrs whenever adding or removing instructions. A much simpler
191 /// design would be to split blocks at scheduling boundaries, but LLVM has a
192 /// general bias against block splitting purely for implementation simplicity.
193 bool MachineScheduler::runOnMachineFunction(MachineFunction &mf) {
194   DEBUG(dbgs() << "Before MISsched:\n"; mf.print(dbgs()));
195
196   // Initialize the context of the pass.
197   MF = &mf;
198   MLI = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
199   MDT = &getAnalysis<MachineDominatorTree>();
200   PassConfig = &getAnalysis<TargetPassConfig>();
201   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
202
203   LIS = &getAnalysis<LiveIntervals>();
204   const TargetInstrInfo *TII = MF->getTarget().getInstrInfo();
205
206   if (VerifyScheduling) {
207     DEBUG(LIS->print(dbgs()));
208     MF->verify(this, "Before machine scheduling.");
209   }
210   RegClassInfo->runOnMachineFunction(*MF);
211
212   // Select the scheduler, or set the default.
213   MachineSchedRegistry::ScheduleDAGCtor Ctor = MachineSchedOpt;
214   if (Ctor == useDefaultMachineSched) {
215     // Get the default scheduler set by the target.
216     Ctor = MachineSchedRegistry::getDefault();
217     if (!Ctor) {
218       Ctor = createConvergingSched;
219       MachineSchedRegistry::setDefault(Ctor);
220     }
221   }
222   // Instantiate the selected scheduler.
223   OwningPtr<ScheduleDAGInstrs> Scheduler(Ctor(this));
224
225   // Visit all machine basic blocks.
226   //
227   // TODO: Visit blocks in global postorder or postorder within the bottom-up
228   // loop tree. Then we can optionally compute global RegPressure.
229   for (MachineFunction::iterator MBB = MF->begin(), MBBEnd = MF->end();
230        MBB != MBBEnd; ++MBB) {
231
232     Scheduler->startBlock(MBB);
233
234     // Break the block into scheduling regions [I, RegionEnd), and schedule each
235     // region as soon as it is discovered. RegionEnd points the scheduling
236     // boundary at the bottom of the region. The DAG does not include RegionEnd,
237     // but the region does (i.e. the next RegionEnd is above the previous
238     // RegionBegin). If the current block has no terminator then RegionEnd ==
239     // MBB->end() for the bottom region.
240     //
241     // The Scheduler may insert instructions during either schedule() or
242     // exitRegion(), even for empty regions. So the local iterators 'I' and
243     // 'RegionEnd' are invalid across these calls.
244     unsigned RemainingInstrs = MBB->size();
245     for(MachineBasicBlock::iterator RegionEnd = MBB->end();
246         RegionEnd != MBB->begin(); RegionEnd = Scheduler->begin()) {
247
248       // Avoid decrementing RegionEnd for blocks with no terminator.
249       if (RegionEnd != MBB->end()
250           || TII->isSchedulingBoundary(llvm::prior(RegionEnd), MBB, *MF)) {
251         --RegionEnd;
252         // Count the boundary instruction.
253         --RemainingInstrs;
254       }
255
256       // The next region starts above the previous region. Look backward in the
257       // instruction stream until we find the nearest boundary.
258       MachineBasicBlock::iterator I = RegionEnd;
259       for(;I != MBB->begin(); --I, --RemainingInstrs) {
260         if (TII->isSchedulingBoundary(llvm::prior(I), MBB, *MF))
261           break;
262       }
263       // Notify the scheduler of the region, even if we may skip scheduling
264       // it. Perhaps it still needs to be bundled.
265       Scheduler->enterRegion(MBB, I, RegionEnd, RemainingInstrs);
266
267       // Skip empty scheduling regions (0 or 1 schedulable instructions).
268       if (I == RegionEnd || I == llvm::prior(RegionEnd)) {
269         // Close the current region. Bundle the terminator if needed.
270         // This invalidates 'RegionEnd' and 'I'.
271         Scheduler->exitRegion();
272         continue;
273       }
274       DEBUG(dbgs() << "********** MI Scheduling **********\n");
275       DEBUG(dbgs() << MF->getName()
276             << ":BB#" << MBB->getNumber() << " " << MBB->getName()
277             << "\n  From: " << *I << "    To: ";
278             if (RegionEnd != MBB->end()) dbgs() << *RegionEnd;
279             else dbgs() << "End";
280             dbgs() << " Remaining: " << RemainingInstrs << "\n");
281
282       // Schedule a region: possibly reorder instructions.
283       // This invalidates 'RegionEnd' and 'I'.
284       Scheduler->schedule();
285
286       // Close the current region.
287       Scheduler->exitRegion();
288
289       // Scheduling has invalidated the current iterator 'I'. Ask the
290       // scheduler for the top of it's scheduled region.
291       RegionEnd = Scheduler->begin();
292     }
293     assert(RemainingInstrs == 0 && "Instruction count mismatch!");
294     Scheduler->finishBlock();
295   }
296   Scheduler->finalizeSchedule();
297   DEBUG(LIS->print(dbgs()));
298   if (VerifyScheduling)
299     MF->verify(this, "After machine scheduling.");
300   return true;
301 }
302
303 void MachineScheduler::print(raw_ostream &O, const Module* m) const {
304   // unimplemented
305 }
306
307 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
308 void ReadyQueue::dump() {
309   dbgs() << Name << ": ";
310   for (unsigned i = 0, e = Queue.size(); i < e; ++i)
311     dbgs() << Queue[i]->NodeNum << " ";
312   dbgs() << "\n";
313 }
314 #endif
315
316 //===----------------------------------------------------------------------===//
317 // ScheduleDAGMI - Base class for MachineInstr scheduling with LiveIntervals
318 // preservation.
319 //===----------------------------------------------------------------------===//
320
321 ScheduleDAGMI::~ScheduleDAGMI() {
322   delete DFSResult;
323   DeleteContainerPointers(Mutations);
324   delete SchedImpl;
325 }
326
327 bool ScheduleDAGMI::canAddEdge(SUnit *SuccSU, SUnit *PredSU) {
328   return SuccSU == &ExitSU || !Topo.IsReachable(PredSU, SuccSU);
329 }
330
331 bool ScheduleDAGMI::addEdge(SUnit *SuccSU, const SDep &PredDep) {
332   if (SuccSU != &ExitSU) {
333     // Do not use WillCreateCycle, it assumes SD scheduling.
334     // If Pred is reachable from Succ, then the edge creates a cycle.
335     if (Topo.IsReachable(PredDep.getSUnit(), SuccSU))
336       return false;
337     Topo.AddPred(SuccSU, PredDep.getSUnit());
338   }
339   SuccSU->addPred(PredDep, /*Required=*/!PredDep.isArtificial());
340   // Return true regardless of whether a new edge needed to be inserted.
341   return true;
342 }
343
344 /// ReleaseSucc - Decrement the NumPredsLeft count of a successor. When
345 /// NumPredsLeft reaches zero, release the successor node.
346 ///
347 /// FIXME: Adjust SuccSU height based on MinLatency.
348 void ScheduleDAGMI::releaseSucc(SUnit *SU, SDep *SuccEdge) {
349   SUnit *SuccSU = SuccEdge->getSUnit();
350
351   if (SuccEdge->isWeak()) {
352     --SuccSU->WeakPredsLeft;
353     if (SuccEdge->isCluster())
354       NextClusterSucc = SuccSU;
355     return;
356   }
357 #ifndef NDEBUG
358   if (SuccSU->NumPredsLeft == 0) {
359     dbgs() << "*** Scheduling failed! ***\n";
360     SuccSU->dump(this);
361     dbgs() << " has been released too many times!\n";
362     llvm_unreachable(0);
363   }
364 #endif
365   --SuccSU->NumPredsLeft;
366   if (SuccSU->NumPredsLeft == 0 && SuccSU != &ExitSU)
367     SchedImpl->releaseTopNode(SuccSU);
368 }
369
370 /// releaseSuccessors - Call releaseSucc on each of SU's successors.
371 void ScheduleDAGMI::releaseSuccessors(SUnit *SU) {
372   for (SUnit::succ_iterator I = SU->Succs.begin(), E = SU->Succs.end();
373        I != E; ++I) {
374     releaseSucc(SU, &*I);
375   }
376 }
377
378 /// ReleasePred - Decrement the NumSuccsLeft count of a predecessor. When
379 /// NumSuccsLeft reaches zero, release the predecessor node.
380 ///
381 /// FIXME: Adjust PredSU height based on MinLatency.
382 void ScheduleDAGMI::releasePred(SUnit *SU, SDep *PredEdge) {
383   SUnit *PredSU = PredEdge->getSUnit();
384
385   if (PredEdge->isWeak()) {
386     --PredSU->WeakSuccsLeft;
387     if (PredEdge->isCluster())
388       NextClusterPred = PredSU;
389     return;
390   }
391 #ifndef NDEBUG
392   if (PredSU->NumSuccsLeft == 0) {
393     dbgs() << "*** Scheduling failed! ***\n";
394     PredSU->dump(this);
395     dbgs() << " has been released too many times!\n";
396     llvm_unreachable(0);
397   }
398 #endif
399   --PredSU->NumSuccsLeft;
400   if (PredSU->NumSuccsLeft == 0 && PredSU != &EntrySU)
401     SchedImpl->releaseBottomNode(PredSU);
402 }
403
404 /// releasePredecessors - Call releasePred on each of SU's predecessors.
405 void ScheduleDAGMI::releasePredecessors(SUnit *SU) {
406   for (SUnit::pred_iterator I = SU->Preds.begin(), E = SU->Preds.end();
407        I != E; ++I) {
408     releasePred(SU, &*I);
409   }
410 }
411
412 /// This is normally called from the main scheduler loop but may also be invoked
413 /// by the scheduling strategy to perform additional code motion.
414 void ScheduleDAGMI::moveInstruction(MachineInstr *MI,
415                                     MachineBasicBlock::iterator InsertPos) {
416   // Advance RegionBegin if the first instruction moves down.
417   if (&*RegionBegin == MI)
418     ++RegionBegin;
419
420   // Update the instruction stream.
421   BB->splice(InsertPos, BB, MI);
422
423   // Update LiveIntervals
424   LIS->handleMove(MI, /*UpdateFlags=*/true);
425
426   // Recede RegionBegin if an instruction moves above the first.
427   if (RegionBegin == InsertPos)
428     RegionBegin = MI;
429 }
430
431 bool ScheduleDAGMI::checkSchedLimit() {
432 #ifndef NDEBUG
433   if (NumInstrsScheduled == MISchedCutoff && MISchedCutoff != ~0U) {
434     CurrentTop = CurrentBottom;
435     return false;
436   }
437   ++NumInstrsScheduled;
438 #endif
439   return true;
440 }
441
442 /// enterRegion - Called back from MachineScheduler::runOnMachineFunction after
443 /// crossing a scheduling boundary. [begin, end) includes all instructions in
444 /// the region, including the boundary itself and single-instruction regions
445 /// that don't get scheduled.
446 void ScheduleDAGMI::enterRegion(MachineBasicBlock *bb,
447                                 MachineBasicBlock::iterator begin,
448                                 MachineBasicBlock::iterator end,
449                                 unsigned endcount)
450 {
451   ScheduleDAGInstrs::enterRegion(bb, begin, end, endcount);
452
453   // For convenience remember the end of the liveness region.
454   LiveRegionEnd =
455     (RegionEnd == bb->end()) ? RegionEnd : llvm::next(RegionEnd);
456 }
457
458 // Setup the register pressure trackers for the top scheduled top and bottom
459 // scheduled regions.
460 void ScheduleDAGMI::initRegPressure() {
461   TopRPTracker.init(&MF, RegClassInfo, LIS, BB, RegionBegin);
462   BotRPTracker.init(&MF, RegClassInfo, LIS, BB, LiveRegionEnd);
463
464   // Close the RPTracker to finalize live ins.
465   RPTracker.closeRegion();
466
467   DEBUG(RPTracker.getPressure().dump(TRI));
468
469   // Initialize the live ins and live outs.
470   TopRPTracker.addLiveRegs(RPTracker.getPressure().LiveInRegs);
471   BotRPTracker.addLiveRegs(RPTracker.getPressure().LiveOutRegs);
472
473   // Close one end of the tracker so we can call
474   // getMaxUpward/DownwardPressureDelta before advancing across any
475   // instructions. This converts currently live regs into live ins/outs.
476   TopRPTracker.closeTop();
477   BotRPTracker.closeBottom();
478
479   // Account for liveness generated by the region boundary.
480   if (LiveRegionEnd != RegionEnd)
481     BotRPTracker.recede();
482
483   assert(BotRPTracker.getPos() == RegionEnd && "Can't find the region bottom");
484
485   // Cache the list of excess pressure sets in this region. This will also track
486   // the max pressure in the scheduled code for these sets.
487   RegionCriticalPSets.clear();
488   const std::vector<unsigned> &RegionPressure =
489     RPTracker.getPressure().MaxSetPressure;
490   for (unsigned i = 0, e = RegionPressure.size(); i < e; ++i) {
491     unsigned Limit = RegClassInfo->getRegPressureSetLimit(i);
492     if (RegionPressure[i] > Limit) {
493       DEBUG(dbgs() << TRI->getRegPressureSetName(i)
494             << " Limit " << Limit
495             << " Actual " << RegionPressure[i] << "\n");
496       RegionCriticalPSets.push_back(PressureElement(i, 0));
497     }
498   }
499   DEBUG(dbgs() << "Excess PSets: ";
500         for (unsigned i = 0, e = RegionCriticalPSets.size(); i != e; ++i)
501           dbgs() << TRI->getRegPressureSetName(
502             RegionCriticalPSets[i].PSetID) << " ";
503         dbgs() << "\n");
504 }
505
506 // FIXME: When the pressure tracker deals in pressure differences then we won't
507 // iterate over all RegionCriticalPSets[i].
508 void ScheduleDAGMI::
509 updateScheduledPressure(const std::vector<unsigned> &NewMaxPressure) {
510   for (unsigned i = 0, e = RegionCriticalPSets.size(); i < e; ++i) {
511     unsigned ID = RegionCriticalPSets[i].PSetID;
512     int &MaxUnits = RegionCriticalPSets[i].UnitIncrease;
513     if ((int)NewMaxPressure[ID] > MaxUnits)
514       MaxUnits = NewMaxPressure[ID];
515   }
516   DEBUG(
517     for (unsigned i = 0, e = NewMaxPressure.size(); i < e; ++i) {
518       unsigned Limit = RegClassInfo->getRegPressureSetLimit(i);
519       if (NewMaxPressure[i] > Limit ) {
520         dbgs() << "  " << TRI->getRegPressureSetName(i) << ": "
521                << NewMaxPressure[i] << " > " << Limit << "\n";
522       }
523     });
524 }
525
526 /// schedule - Called back from MachineScheduler::runOnMachineFunction
527 /// after setting up the current scheduling region. [RegionBegin, RegionEnd)
528 /// only includes instructions that have DAG nodes, not scheduling boundaries.
529 ///
530 /// This is a skeletal driver, with all the functionality pushed into helpers,
531 /// so that it can be easilly extended by experimental schedulers. Generally,
532 /// implementing MachineSchedStrategy should be sufficient to implement a new
533 /// scheduling algorithm. However, if a scheduler further subclasses
534 /// ScheduleDAGMI then it will want to override this virtual method in order to
535 /// update any specialized state.
536 void ScheduleDAGMI::schedule() {
537   buildDAGWithRegPressure();
538
539   Topo.InitDAGTopologicalSorting();
540
541   postprocessDAG();
542
543   SmallVector<SUnit*, 8> TopRoots, BotRoots;
544   findRootsAndBiasEdges(TopRoots, BotRoots);
545
546   // Initialize the strategy before modifying the DAG.
547   // This may initialize a DFSResult to be used for queue priority.
548   SchedImpl->initialize(this);
549
550   DEBUG(for (unsigned su = 0, e = SUnits.size(); su != e; ++su)
551           SUnits[su].dumpAll(this));
552   if (ViewMISchedDAGs) viewGraph();
553
554   // Initialize ready queues now that the DAG and priority data are finalized.
555   initQueues(TopRoots, BotRoots);
556
557   bool IsTopNode = false;
558   while (SUnit *SU = SchedImpl->pickNode(IsTopNode)) {
559     assert(!SU->isScheduled && "Node already scheduled");
560     if (!checkSchedLimit())
561       break;
562
563     scheduleMI(SU, IsTopNode);
564
565     updateQueues(SU, IsTopNode);
566   }
567   assert(CurrentTop == CurrentBottom && "Nonempty unscheduled zone.");
568
569   placeDebugValues();
570
571   DEBUG({
572       unsigned BBNum = begin()->getParent()->getNumber();
573       dbgs() << "*** Final schedule for BB#" << BBNum << " ***\n";
574       dumpSchedule();
575       dbgs() << '\n';
576     });
577 }
578
579 /// Build the DAG and setup three register pressure trackers.
580 void ScheduleDAGMI::buildDAGWithRegPressure() {
581   // Initialize the register pressure tracker used by buildSchedGraph.
582   RPTracker.init(&MF, RegClassInfo, LIS, BB, LiveRegionEnd);
583
584   // Account for liveness generate by the region boundary.
585   if (LiveRegionEnd != RegionEnd)
586     RPTracker.recede();
587
588   // Build the DAG, and compute current register pressure.
589   buildSchedGraph(AA, &RPTracker);
590
591   // Initialize top/bottom trackers after computing region pressure.
592   initRegPressure();
593 }
594
595 /// Apply each ScheduleDAGMutation step in order.
596 void ScheduleDAGMI::postprocessDAG() {
597   for (unsigned i = 0, e = Mutations.size(); i < e; ++i) {
598     Mutations[i]->apply(this);
599   }
600 }
601
602 void ScheduleDAGMI::computeDFSResult() {
603   if (!DFSResult)
604     DFSResult = new SchedDFSResult(/*BottomU*/true, MinSubtreeSize);
605   DFSResult->clear();
606   ScheduledTrees.clear();
607   DFSResult->resize(SUnits.size());
608   DFSResult->compute(SUnits);
609   ScheduledTrees.resize(DFSResult->getNumSubtrees());
610 }
611
612 void ScheduleDAGMI::findRootsAndBiasEdges(SmallVectorImpl<SUnit*> &TopRoots,
613                                           SmallVectorImpl<SUnit*> &BotRoots) {
614   for (std::vector<SUnit>::iterator
615          I = SUnits.begin(), E = SUnits.end(); I != E; ++I) {
616     SUnit *SU = &(*I);
617     assert(!SU->isBoundaryNode() && "Boundary node should not be in SUnits");
618
619     // Order predecessors so DFSResult follows the critical path.
620     SU->biasCriticalPath();
621
622     // A SUnit is ready to top schedule if it has no predecessors.
623     if (!I->NumPredsLeft)
624       TopRoots.push_back(SU);
625     // A SUnit is ready to bottom schedule if it has no successors.
626     if (!I->NumSuccsLeft)
627       BotRoots.push_back(SU);
628   }
629   ExitSU.biasCriticalPath();
630 }
631
632 /// Identify DAG roots and setup scheduler queues.
633 void ScheduleDAGMI::initQueues(ArrayRef<SUnit*> TopRoots,
634                                ArrayRef<SUnit*> BotRoots) {
635   NextClusterSucc = NULL;
636   NextClusterPred = NULL;
637
638   // Release all DAG roots for scheduling, not including EntrySU/ExitSU.
639   //
640   // Nodes with unreleased weak edges can still be roots.
641   // Release top roots in forward order.
642   for (SmallVectorImpl<SUnit*>::const_iterator
643          I = TopRoots.begin(), E = TopRoots.end(); I != E; ++I) {
644     SchedImpl->releaseTopNode(*I);
645   }
646   // Release bottom roots in reverse order so the higher priority nodes appear
647   // first. This is more natural and slightly more efficient.
648   for (SmallVectorImpl<SUnit*>::const_reverse_iterator
649          I = BotRoots.rbegin(), E = BotRoots.rend(); I != E; ++I) {
650     SchedImpl->releaseBottomNode(*I);
651   }
652
653   releaseSuccessors(&EntrySU);
654   releasePredecessors(&ExitSU);
655
656   SchedImpl->registerRoots();
657
658   // Advance past initial DebugValues.
659   assert(TopRPTracker.getPos() == RegionBegin && "bad initial Top tracker");
660   CurrentTop = nextIfDebug(RegionBegin, RegionEnd);
661   TopRPTracker.setPos(CurrentTop);
662
663   CurrentBottom = RegionEnd;
664 }
665
666 /// Move an instruction and update register pressure.
667 void ScheduleDAGMI::scheduleMI(SUnit *SU, bool IsTopNode) {
668   // Move the instruction to its new location in the instruction stream.
669   MachineInstr *MI = SU->getInstr();
670
671   if (IsTopNode) {
672     assert(SU->isTopReady() && "node still has unscheduled dependencies");
673     if (&*CurrentTop == MI)
674       CurrentTop = nextIfDebug(++CurrentTop, CurrentBottom);
675     else {
676       moveInstruction(MI, CurrentTop);
677       TopRPTracker.setPos(MI);
678     }
679
680     // Update top scheduled pressure.
681     TopRPTracker.advance();
682     assert(TopRPTracker.getPos() == CurrentTop && "out of sync");
683     updateScheduledPressure(TopRPTracker.getPressure().MaxSetPressure);
684   }
685   else {
686     assert(SU->isBottomReady() && "node still has unscheduled dependencies");
687     MachineBasicBlock::iterator priorII =
688       priorNonDebug(CurrentBottom, CurrentTop);
689     if (&*priorII == MI)
690       CurrentBottom = priorII;
691     else {
692       if (&*CurrentTop == MI) {
693         CurrentTop = nextIfDebug(++CurrentTop, priorII);
694         TopRPTracker.setPos(CurrentTop);
695       }
696       moveInstruction(MI, CurrentBottom);
697       CurrentBottom = MI;
698     }
699     // Update bottom scheduled pressure.
700     BotRPTracker.recede();
701     assert(BotRPTracker.getPos() == CurrentBottom && "out of sync");
702     updateScheduledPressure(BotRPTracker.getPressure().MaxSetPressure);
703   }
704 }
705
706 /// Update scheduler queues after scheduling an instruction.
707 void ScheduleDAGMI::updateQueues(SUnit *SU, bool IsTopNode) {
708   // Release dependent instructions for scheduling.
709   if (IsTopNode)
710     releaseSuccessors(SU);
711   else
712     releasePredecessors(SU);
713
714   SU->isScheduled = true;
715
716   if (DFSResult) {
717     unsigned SubtreeID = DFSResult->getSubtreeID(SU);
718     if (!ScheduledTrees.test(SubtreeID)) {
719       ScheduledTrees.set(SubtreeID);
720       DFSResult->scheduleTree(SubtreeID);
721       SchedImpl->scheduleTree(SubtreeID);
722     }
723   }
724
725   // Notify the scheduling strategy after updating the DAG.
726   SchedImpl->schedNode(SU, IsTopNode);
727 }
728
729 /// Reinsert any remaining debug_values, just like the PostRA scheduler.
730 void ScheduleDAGMI::placeDebugValues() {
731   // If first instruction was a DBG_VALUE then put it back.
732   if (FirstDbgValue) {
733     BB->splice(RegionBegin, BB, FirstDbgValue);
734     RegionBegin = FirstDbgValue;
735   }
736
737   for (std::vector<std::pair<MachineInstr *, MachineInstr *> >::iterator
738          DI = DbgValues.end(), DE = DbgValues.begin(); DI != DE; --DI) {
739     std::pair<MachineInstr *, MachineInstr *> P = *prior(DI);
740     MachineInstr *DbgValue = P.first;
741     MachineBasicBlock::iterator OrigPrevMI = P.second;
742     if (&*RegionBegin == DbgValue)
743       ++RegionBegin;
744     BB->splice(++OrigPrevMI, BB, DbgValue);
745     if (OrigPrevMI == llvm::prior(RegionEnd))
746       RegionEnd = DbgValue;
747   }
748   DbgValues.clear();
749   FirstDbgValue = NULL;
750 }
751
752 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
753 void ScheduleDAGMI::dumpSchedule() const {
754   for (MachineBasicBlock::iterator MI = begin(), ME = end(); MI != ME; ++MI) {
755     if (SUnit *SU = getSUnit(&(*MI)))
756       SU->dump(this);
757     else
758       dbgs() << "Missing SUnit\n";
759   }
760 }
761 #endif
762
763 //===----------------------------------------------------------------------===//
764 // LoadClusterMutation - DAG post-processing to cluster loads.
765 //===----------------------------------------------------------------------===//
766
767 namespace {
768 /// \brief Post-process the DAG to create cluster edges between neighboring
769 /// loads.
770 class LoadClusterMutation : public ScheduleDAGMutation {
771   struct LoadInfo {
772     SUnit *SU;
773     unsigned BaseReg;
774     unsigned Offset;
775     LoadInfo(SUnit *su, unsigned reg, unsigned ofs)
776       : SU(su), BaseReg(reg), Offset(ofs) {}
777   };
778   static bool LoadInfoLess(const LoadClusterMutation::LoadInfo &LHS,
779                            const LoadClusterMutation::LoadInfo &RHS);
780
781   const TargetInstrInfo *TII;
782   const TargetRegisterInfo *TRI;
783 public:
784   LoadClusterMutation(const TargetInstrInfo *tii,
785                       const TargetRegisterInfo *tri)
786     : TII(tii), TRI(tri) {}
787
788   virtual void apply(ScheduleDAGMI *DAG);
789 protected:
790   void clusterNeighboringLoads(ArrayRef<SUnit*> Loads, ScheduleDAGMI *DAG);
791 };
792 } // anonymous
793
794 bool LoadClusterMutation::LoadInfoLess(
795   const LoadClusterMutation::LoadInfo &LHS,
796   const LoadClusterMutation::LoadInfo &RHS) {
797   if (LHS.BaseReg != RHS.BaseReg)
798     return LHS.BaseReg < RHS.BaseReg;
799   return LHS.Offset < RHS.Offset;
800 }
801
802 void LoadClusterMutation::clusterNeighboringLoads(ArrayRef<SUnit*> Loads,
803                                                   ScheduleDAGMI *DAG) {
804   SmallVector<LoadClusterMutation::LoadInfo,32> LoadRecords;
805   for (unsigned Idx = 0, End = Loads.size(); Idx != End; ++Idx) {
806     SUnit *SU = Loads[Idx];
807     unsigned BaseReg;
808     unsigned Offset;
809     if (TII->getLdStBaseRegImmOfs(SU->getInstr(), BaseReg, Offset, TRI))
810       LoadRecords.push_back(LoadInfo(SU, BaseReg, Offset));
811   }
812   if (LoadRecords.size() < 2)
813     return;
814   std::sort(LoadRecords.begin(), LoadRecords.end(), LoadInfoLess);
815   unsigned ClusterLength = 1;
816   for (unsigned Idx = 0, End = LoadRecords.size(); Idx < (End - 1); ++Idx) {
817     if (LoadRecords[Idx].BaseReg != LoadRecords[Idx+1].BaseReg) {
818       ClusterLength = 1;
819       continue;
820     }
821
822     SUnit *SUa = LoadRecords[Idx].SU;
823     SUnit *SUb = LoadRecords[Idx+1].SU;
824     if (TII->shouldClusterLoads(SUa->getInstr(), SUb->getInstr(), ClusterLength)
825         && DAG->addEdge(SUb, SDep(SUa, SDep::Cluster))) {
826
827       DEBUG(dbgs() << "Cluster loads SU(" << SUa->NodeNum << ") - SU("
828             << SUb->NodeNum << ")\n");
829       // Copy successor edges from SUa to SUb. Interleaving computation
830       // dependent on SUa can prevent load combining due to register reuse.
831       // Predecessor edges do not need to be copied from SUb to SUa since nearby
832       // loads should have effectively the same inputs.
833       for (SUnit::const_succ_iterator
834              SI = SUa->Succs.begin(), SE = SUa->Succs.end(); SI != SE; ++SI) {
835         if (SI->getSUnit() == SUb)
836           continue;
837         DEBUG(dbgs() << "  Copy Succ SU(" << SI->getSUnit()->NodeNum << ")\n");
838         DAG->addEdge(SI->getSUnit(), SDep(SUb, SDep::Artificial));
839       }
840       ++ClusterLength;
841     }
842     else
843       ClusterLength = 1;
844   }
845 }
846
847 /// \brief Callback from DAG postProcessing to create cluster edges for loads.
848 void LoadClusterMutation::apply(ScheduleDAGMI *DAG) {
849   // Map DAG NodeNum to store chain ID.
850   DenseMap<unsigned, unsigned> StoreChainIDs;
851   // Map each store chain to a set of dependent loads.
852   SmallVector<SmallVector<SUnit*,4>, 32> StoreChainDependents;
853   for (unsigned Idx = 0, End = DAG->SUnits.size(); Idx != End; ++Idx) {
854     SUnit *SU = &DAG->SUnits[Idx];
855     if (!SU->getInstr()->mayLoad())
856       continue;
857     unsigned ChainPredID = DAG->SUnits.size();
858     for (SUnit::const_pred_iterator
859            PI = SU->Preds.begin(), PE = SU->Preds.end(); PI != PE; ++PI) {
860       if (PI->isCtrl()) {
861         ChainPredID = PI->getSUnit()->NodeNum;
862         break;
863       }
864     }
865     // Check if this chain-like pred has been seen
866     // before. ChainPredID==MaxNodeID for loads at the top of the schedule.
867     unsigned NumChains = StoreChainDependents.size();
868     std::pair<DenseMap<unsigned, unsigned>::iterator, bool> Result =
869       StoreChainIDs.insert(std::make_pair(ChainPredID, NumChains));
870     if (Result.second)
871       StoreChainDependents.resize(NumChains + 1);
872     StoreChainDependents[Result.first->second].push_back(SU);
873   }
874   // Iterate over the store chains.
875   for (unsigned Idx = 0, End = StoreChainDependents.size(); Idx != End; ++Idx)
876     clusterNeighboringLoads(StoreChainDependents[Idx], DAG);
877 }
878
879 //===----------------------------------------------------------------------===//
880 // MacroFusion - DAG post-processing to encourage fusion of macro ops.
881 //===----------------------------------------------------------------------===//
882
883 namespace {
884 /// \brief Post-process the DAG to create cluster edges between instructions
885 /// that may be fused by the processor into a single operation.
886 class MacroFusion : public ScheduleDAGMutation {
887   const TargetInstrInfo *TII;
888 public:
889   MacroFusion(const TargetInstrInfo *tii): TII(tii) {}
890
891   virtual void apply(ScheduleDAGMI *DAG);
892 };
893 } // anonymous
894
895 /// \brief Callback from DAG postProcessing to create cluster edges to encourage
896 /// fused operations.
897 void MacroFusion::apply(ScheduleDAGMI *DAG) {
898   // For now, assume targets can only fuse with the branch.
899   MachineInstr *Branch = DAG->ExitSU.getInstr();
900   if (!Branch)
901     return;
902
903   for (unsigned Idx = DAG->SUnits.size(); Idx > 0;) {
904     SUnit *SU = &DAG->SUnits[--Idx];
905     if (!TII->shouldScheduleAdjacent(SU->getInstr(), Branch))
906       continue;
907
908     // Create a single weak edge from SU to ExitSU. The only effect is to cause
909     // bottom-up scheduling to heavily prioritize the clustered SU.  There is no
910     // need to copy predecessor edges from ExitSU to SU, since top-down
911     // scheduling cannot prioritize ExitSU anyway. To defer top-down scheduling
912     // of SU, we could create an artificial edge from the deepest root, but it
913     // hasn't been needed yet.
914     bool Success = DAG->addEdge(&DAG->ExitSU, SDep(SU, SDep::Cluster));
915     (void)Success;
916     assert(Success && "No DAG nodes should be reachable from ExitSU");
917
918     DEBUG(dbgs() << "Macro Fuse SU(" << SU->NodeNum << ")\n");
919     break;
920   }
921 }
922
923 //===----------------------------------------------------------------------===//
924 // CopyConstrain - DAG post-processing to encourage copy elimination.
925 //===----------------------------------------------------------------------===//
926
927 namespace {
928 /// \brief Post-process the DAG to create weak edges from all uses of a copy to
929 /// the one use that defines the copy's source vreg, most likely an induction
930 /// variable increment.
931 class CopyConstrain : public ScheduleDAGMutation {
932   // Transient state.
933   SlotIndex RegionBeginIdx;
934   // RegionEndIdx is the slot index of the last non-debug instruction in the
935   // scheduling region. So we may have RegionBeginIdx == RegionEndIdx.
936   SlotIndex RegionEndIdx;
937 public:
938   CopyConstrain(const TargetInstrInfo *, const TargetRegisterInfo *) {}
939
940   virtual void apply(ScheduleDAGMI *DAG);
941
942 protected:
943   void constrainLocalCopy(SUnit *CopySU, ScheduleDAGMI *DAG);
944 };
945 } // anonymous
946
947 /// constrainLocalCopy handles two possibilities:
948 /// 1) Local src:
949 /// I0:     = dst
950 /// I1: src = ...
951 /// I2:     = dst
952 /// I3: dst = src (copy)
953 /// (create pred->succ edges I0->I1, I2->I1)
954 ///
955 /// 2) Local copy:
956 /// I0: dst = src (copy)
957 /// I1:     = dst
958 /// I2: src = ...
959 /// I3:     = dst
960 /// (create pred->succ edges I1->I2, I3->I2)
961 ///
962 /// Although the MachineScheduler is currently constrained to single blocks,
963 /// this algorithm should handle extended blocks. An EBB is a set of
964 /// contiguously numbered blocks such that the previous block in the EBB is
965 /// always the single predecessor.
966 void CopyConstrain::constrainLocalCopy(SUnit *CopySU, ScheduleDAGMI *DAG) {
967   LiveIntervals *LIS = DAG->getLIS();
968   MachineInstr *Copy = CopySU->getInstr();
969
970   // Check for pure vreg copies.
971   unsigned SrcReg = Copy->getOperand(1).getReg();
972   if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(SrcReg))
973     return;
974
975   unsigned DstReg = Copy->getOperand(0).getReg();
976   if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(DstReg))
977     return;
978
979   // Check if either the dest or source is local. If it's live across a back
980   // edge, it's not local. Note that if both vregs are live across the back
981   // edge, we cannot successfully contrain the copy without cyclic scheduling.
982   unsigned LocalReg = DstReg;
983   unsigned GlobalReg = SrcReg;
984   LiveInterval *LocalLI = &LIS->getInterval(LocalReg);
985   if (!LocalLI->isLocal(RegionBeginIdx, RegionEndIdx)) {
986     LocalReg = SrcReg;
987     GlobalReg = DstReg;
988     LocalLI = &LIS->getInterval(LocalReg);
989     if (!LocalLI->isLocal(RegionBeginIdx, RegionEndIdx))
990       return;
991   }
992   LiveInterval *GlobalLI = &LIS->getInterval(GlobalReg);
993
994   // Find the global segment after the start of the local LI.
995   LiveInterval::iterator GlobalSegment = GlobalLI->find(LocalLI->beginIndex());
996   // If GlobalLI does not overlap LocalLI->start, then a copy directly feeds a
997   // local live range. We could create edges from other global uses to the local
998   // start, but the coalescer should have already eliminated these cases, so
999   // don't bother dealing with it.
1000   if (GlobalSegment == GlobalLI->end())
1001     return;
1002
1003   // If GlobalSegment is killed at the LocalLI->start, the call to find()
1004   // returned the next global segment. But if GlobalSegment overlaps with
1005   // LocalLI->start, then advance to the next segement. If a hole in GlobalLI
1006   // exists in LocalLI's vicinity, GlobalSegment will be the end of the hole.
1007   if (GlobalSegment->contains(LocalLI->beginIndex()))
1008     ++GlobalSegment;
1009
1010   if (GlobalSegment == GlobalLI->end())
1011     return;
1012
1013   // Check if GlobalLI contains a hole in the vicinity of LocalLI.
1014   if (GlobalSegment != GlobalLI->begin()) {
1015     // Two address defs have no hole.
1016     if (SlotIndex::isSameInstr(llvm::prior(GlobalSegment)->end,
1017                                GlobalSegment->start)) {
1018       return;
1019     }
1020     // If GlobalLI has a prior segment, it must be live into the EBB. Otherwise
1021     // it would be a disconnected component in the live range.
1022     assert(llvm::prior(GlobalSegment)->start < LocalLI->beginIndex() &&
1023            "Disconnected LRG within the scheduling region.");
1024   }
1025   MachineInstr *GlobalDef = LIS->getInstructionFromIndex(GlobalSegment->start);
1026   if (!GlobalDef)
1027     return;
1028
1029   SUnit *GlobalSU = DAG->getSUnit(GlobalDef);
1030   if (!GlobalSU)
1031     return;
1032
1033   // GlobalDef is the bottom of the GlobalLI hole. Open the hole by
1034   // constraining the uses of the last local def to precede GlobalDef.
1035   SmallVector<SUnit*,8> LocalUses;
1036   const VNInfo *LastLocalVN = LocalLI->getVNInfoBefore(LocalLI->endIndex());
1037   MachineInstr *LastLocalDef = LIS->getInstructionFromIndex(LastLocalVN->def);
1038   SUnit *LastLocalSU = DAG->getSUnit(LastLocalDef);
1039   for (SUnit::const_succ_iterator
1040          I = LastLocalSU->Succs.begin(), E = LastLocalSU->Succs.end();
1041        I != E; ++I) {
1042     if (I->getKind() != SDep::Data || I->getReg() != LocalReg)
1043       continue;
1044     if (I->getSUnit() == GlobalSU)
1045       continue;
1046     if (!DAG->canAddEdge(GlobalSU, I->getSUnit()))
1047       return;
1048     LocalUses.push_back(I->getSUnit());
1049   }
1050   // Open the top of the GlobalLI hole by constraining any earlier global uses
1051   // to precede the start of LocalLI.
1052   SmallVector<SUnit*,8> GlobalUses;
1053   MachineInstr *FirstLocalDef =
1054     LIS->getInstructionFromIndex(LocalLI->beginIndex());
1055   SUnit *FirstLocalSU = DAG->getSUnit(FirstLocalDef);
1056   for (SUnit::const_pred_iterator
1057          I = GlobalSU->Preds.begin(), E = GlobalSU->Preds.end(); I != E; ++I) {
1058     if (I->getKind() != SDep::Anti || I->getReg() != GlobalReg)
1059       continue;
1060     if (I->getSUnit() == FirstLocalSU)
1061       continue;
1062     if (!DAG->canAddEdge(FirstLocalSU, I->getSUnit()))
1063       return;
1064     GlobalUses.push_back(I->getSUnit());
1065   }
1066   DEBUG(dbgs() << "Constraining copy SU(" << CopySU->NodeNum << ")\n");
1067   // Add the weak edges.
1068   for (SmallVectorImpl<SUnit*>::const_iterator
1069          I = LocalUses.begin(), E = LocalUses.end(); I != E; ++I) {
1070     DEBUG(dbgs() << "  Local use SU(" << (*I)->NodeNum << ") -> SU("
1071           << GlobalSU->NodeNum << ")\n");
1072     DAG->addEdge(GlobalSU, SDep(*I, SDep::Weak));
1073   }
1074   for (SmallVectorImpl<SUnit*>::const_iterator
1075          I = GlobalUses.begin(), E = GlobalUses.end(); I != E; ++I) {
1076     DEBUG(dbgs() << "  Global use SU(" << (*I)->NodeNum << ") -> SU("
1077           << FirstLocalSU->NodeNum << ")\n");
1078     DAG->addEdge(FirstLocalSU, SDep(*I, SDep::Weak));
1079   }
1080 }
1081
1082 /// \brief Callback from DAG postProcessing to create weak edges to encourage
1083 /// copy elimination.
1084 void CopyConstrain::apply(ScheduleDAGMI *DAG) {
1085   MachineBasicBlock::iterator FirstPos = nextIfDebug(DAG->begin(), DAG->end());
1086   if (FirstPos == DAG->end())
1087     return;
1088   RegionBeginIdx = DAG->getLIS()->getInstructionIndex(&*FirstPos);
1089   RegionEndIdx = DAG->getLIS()->getInstructionIndex(
1090     &*priorNonDebug(DAG->end(), DAG->begin()));
1091
1092   for (unsigned Idx = 0, End = DAG->SUnits.size(); Idx != End; ++Idx) {
1093     SUnit *SU = &DAG->SUnits[Idx];
1094     if (!SU->getInstr()->isCopy())
1095       continue;
1096
1097     constrainLocalCopy(SU, DAG);
1098   }
1099 }
1100
1101 //===----------------------------------------------------------------------===//
1102 // ConvergingScheduler - Implementation of the generic MachineSchedStrategy.
1103 //===----------------------------------------------------------------------===//
1104
1105 namespace {
1106 /// ConvergingScheduler shrinks the unscheduled zone using heuristics to balance
1107 /// the schedule.
1108 class ConvergingScheduler : public MachineSchedStrategy {
1109 public:
1110   /// Represent the type of SchedCandidate found within a single queue.
1111   /// pickNodeBidirectional depends on these listed by decreasing priority.
1112   enum CandReason {
1113     NoCand, PhysRegCopy, RegExcess, RegCritical, Cluster, Weak, RegMax,
1114     ResourceReduce, ResourceDemand, BotHeightReduce, BotPathReduce,
1115     TopDepthReduce, TopPathReduce, NextDefUse, NodeOrder};
1116
1117 #ifndef NDEBUG
1118   static const char *getReasonStr(ConvergingScheduler::CandReason Reason);
1119 #endif
1120
1121   /// Policy for scheduling the next instruction in the candidate's zone.
1122   struct CandPolicy {
1123     bool ReduceLatency;
1124     unsigned ReduceResIdx;
1125     unsigned DemandResIdx;
1126
1127     CandPolicy(): ReduceLatency(false), ReduceResIdx(0), DemandResIdx(0) {}
1128   };
1129
1130   /// Status of an instruction's critical resource consumption.
1131   struct SchedResourceDelta {
1132     // Count critical resources in the scheduled region required by SU.
1133     unsigned CritResources;
1134
1135     // Count critical resources from another region consumed by SU.
1136     unsigned DemandedResources;
1137
1138     SchedResourceDelta(): CritResources(0), DemandedResources(0) {}
1139
1140     bool operator==(const SchedResourceDelta &RHS) const {
1141       return CritResources == RHS.CritResources
1142         && DemandedResources == RHS.DemandedResources;
1143     }
1144     bool operator!=(const SchedResourceDelta &RHS) const {
1145       return !operator==(RHS);
1146     }
1147   };
1148
1149   /// Store the state used by ConvergingScheduler heuristics, required for the
1150   /// lifetime of one invocation of pickNode().
1151   struct SchedCandidate {
1152     CandPolicy Policy;
1153
1154     // The best SUnit candidate.
1155     SUnit *SU;
1156
1157     // The reason for this candidate.
1158     CandReason Reason;
1159
1160     // Set of reasons that apply to multiple candidates.
1161     uint32_t RepeatReasonSet;
1162
1163     // Register pressure values for the best candidate.
1164     RegPressureDelta RPDelta;
1165
1166     // Critical resource consumption of the best candidate.
1167     SchedResourceDelta ResDelta;
1168
1169     SchedCandidate(const CandPolicy &policy)
1170       : Policy(policy), SU(NULL), Reason(NoCand), RepeatReasonSet(0) {}
1171
1172     bool isValid() const { return SU; }
1173
1174     // Copy the status of another candidate without changing policy.
1175     void setBest(SchedCandidate &Best) {
1176       assert(Best.Reason != NoCand && "uninitialized Sched candidate");
1177       SU = Best.SU;
1178       Reason = Best.Reason;
1179       RPDelta = Best.RPDelta;
1180       ResDelta = Best.ResDelta;
1181     }
1182
1183     bool isRepeat(CandReason R) { return RepeatReasonSet & (1 << R); }
1184     void setRepeat(CandReason R) { RepeatReasonSet |= (1 << R); }
1185
1186     void initResourceDelta(const ScheduleDAGMI *DAG,
1187                            const TargetSchedModel *SchedModel);
1188   };
1189
1190   /// Summarize the unscheduled region.
1191   struct SchedRemainder {
1192     // Critical path through the DAG in expected latency.
1193     unsigned CriticalPath;
1194
1195     // Scaled count of micro-ops left to schedule.
1196     unsigned RemIssueCount;
1197
1198     // Unscheduled resources
1199     SmallVector<unsigned, 16> RemainingCounts;
1200
1201     void reset() {
1202       CriticalPath = 0;
1203       RemIssueCount = 0;
1204       RemainingCounts.clear();
1205     }
1206
1207     SchedRemainder() { reset(); }
1208
1209     void init(ScheduleDAGMI *DAG, const TargetSchedModel *SchedModel);
1210   };
1211
1212   /// Each Scheduling boundary is associated with ready queues. It tracks the
1213   /// current cycle in the direction of movement, and maintains the state
1214   /// of "hazards" and other interlocks at the current cycle.
1215   struct SchedBoundary {
1216     ScheduleDAGMI *DAG;
1217     const TargetSchedModel *SchedModel;
1218     SchedRemainder *Rem;
1219
1220     ReadyQueue Available;
1221     ReadyQueue Pending;
1222     bool CheckPending;
1223
1224     // For heuristics, keep a list of the nodes that immediately depend on the
1225     // most recently scheduled node.
1226     SmallPtrSet<const SUnit*, 8> NextSUs;
1227
1228     ScheduleHazardRecognizer *HazardRec;
1229
1230     /// Number of cycles it takes to issue the instructions scheduled in this
1231     /// zone. It is defined as: scheduled-micro-ops / issue-width + stalls.
1232     /// See getStalls().
1233     unsigned CurrCycle;
1234
1235     /// Micro-ops issued in the current cycle
1236     unsigned CurrMOps;
1237
1238     /// MinReadyCycle - Cycle of the soonest available instruction.
1239     unsigned MinReadyCycle;
1240
1241     // The expected latency of the critical path in this scheduled zone.
1242     unsigned ExpectedLatency;
1243
1244     // The latency of dependence chains leading into this zone.
1245     // For each node scheduled top-down: DLat = max DLat, N.Depth.
1246     // For each cycle scheduled: DLat -= 1.
1247     unsigned DependentLatency;
1248
1249     /// Count the scheduled (issued) micro-ops that can be retired by
1250     /// time=CurrCycle assuming the first scheduled instr is retired at time=0.
1251     unsigned RetiredMOps;
1252
1253     // Count scheduled resources that have been executed. Resources are
1254     // considered executed if they become ready in the time that it takes to
1255     // saturate any resource including the one in question. Counts are scaled
1256     // for direct comparison with other resources. Counts ca be compared with
1257     // MOps * getMicroOpFactor and Latency * getLatencyFactor.
1258     SmallVector<unsigned, 16> ExecutedResCounts;
1259
1260     /// Cache the max count for a single resource.
1261     unsigned MaxExecutedResCount;
1262
1263     // Cache the critical resources ID in this scheduled zone.
1264     unsigned ZoneCritResIdx;
1265
1266     // Is the scheduled region resource limited vs. latency limited.
1267     bool IsResourceLimited;
1268
1269 #ifndef NDEBUG
1270     // Remember the greatest operand latency as an upper bound on the number of
1271     // times we should retry the pending queue because of a hazard.
1272     unsigned MaxObservedLatency;
1273 #endif
1274
1275     void reset() {
1276       // A new HazardRec is created for each DAG and owned by SchedBoundary.
1277       delete HazardRec;
1278
1279       Available.clear();
1280       Pending.clear();
1281       CheckPending = false;
1282       NextSUs.clear();
1283       HazardRec = 0;
1284       CurrCycle = 0;
1285       CurrMOps = 0;
1286       MinReadyCycle = UINT_MAX;
1287       ExpectedLatency = 0;
1288       DependentLatency = 0;
1289       RetiredMOps = 0;
1290       MaxExecutedResCount = 0;
1291       ZoneCritResIdx = 0;
1292       IsResourceLimited = false;
1293 #ifndef NDEBUG
1294       MaxObservedLatency = 0;
1295 #endif
1296       // Reserve a zero-count for invalid CritResIdx.
1297       ExecutedResCounts.resize(1);
1298       assert(!ExecutedResCounts[0] && "nonzero count for bad resource");
1299     }
1300
1301     /// Pending queues extend the ready queues with the same ID and the
1302     /// PendingFlag set.
1303     SchedBoundary(unsigned ID, const Twine &Name):
1304       DAG(0), SchedModel(0), Rem(0), Available(ID, Name+".A"),
1305       Pending(ID << ConvergingScheduler::LogMaxQID, Name+".P"),
1306       HazardRec(0) {
1307       reset();
1308     }
1309
1310     ~SchedBoundary() { delete HazardRec; }
1311
1312     void init(ScheduleDAGMI *dag, const TargetSchedModel *smodel,
1313               SchedRemainder *rem);
1314
1315     bool isTop() const {
1316       return Available.getID() == ConvergingScheduler::TopQID;
1317     }
1318
1319 #ifndef NDEBUG
1320     const char *getResourceName(unsigned PIdx) {
1321       if (!PIdx)
1322         return "MOps";
1323       return SchedModel->getProcResource(PIdx)->Name;
1324     }
1325 #endif
1326
1327     /// Get the number of latency cycles "covered" by the scheduled
1328     /// instructions. This is the larger of the critical path within the zone
1329     /// and the number of cycles required to issue the instructions.
1330     unsigned getScheduledLatency() const {
1331       return std::max(ExpectedLatency, CurrCycle);
1332     }
1333
1334     unsigned getUnscheduledLatency(SUnit *SU) const {
1335       return isTop() ? SU->getHeight() : SU->getDepth();
1336     }
1337
1338     unsigned getResourceCount(unsigned ResIdx) const {
1339       return ExecutedResCounts[ResIdx];
1340     }
1341
1342     /// Get the scaled count of scheduled micro-ops and resources, including
1343     /// executed resources.
1344     unsigned getCriticalCount() const {
1345       if (!ZoneCritResIdx)
1346         return RetiredMOps * SchedModel->getMicroOpFactor();
1347       return getResourceCount(ZoneCritResIdx);
1348     }
1349
1350     /// Get a scaled count for the minimum execution time of the scheduled
1351     /// micro-ops that are ready to execute by getExecutedCount. Notice the
1352     /// feedback loop.
1353     unsigned getExecutedCount() const {
1354       return std::max(CurrCycle * SchedModel->getLatencyFactor(),
1355                       MaxExecutedResCount);
1356     }
1357
1358     bool checkHazard(SUnit *SU);
1359
1360     unsigned findMaxLatency(ArrayRef<SUnit*> ReadySUs);
1361
1362     unsigned getOtherResourceCount(unsigned &OtherCritIdx);
1363
1364     void setPolicy(CandPolicy &Policy, SchedBoundary &OtherZone);
1365
1366     void releaseNode(SUnit *SU, unsigned ReadyCycle);
1367
1368     void bumpCycle(unsigned NextCycle);
1369
1370     void incExecutedResources(unsigned PIdx, unsigned Count);
1371
1372     unsigned countResource(unsigned PIdx, unsigned Cycles, unsigned ReadyCycle);
1373
1374     void bumpNode(SUnit *SU);
1375
1376     void releasePending();
1377
1378     void removeReady(SUnit *SU);
1379
1380     SUnit *pickOnlyChoice();
1381
1382 #ifndef NDEBUG
1383     void dumpScheduledState();
1384 #endif
1385   };
1386
1387 private:
1388   ScheduleDAGMI *DAG;
1389   const TargetSchedModel *SchedModel;
1390   const TargetRegisterInfo *TRI;
1391
1392   // State of the top and bottom scheduled instruction boundaries.
1393   SchedRemainder Rem;
1394   SchedBoundary Top;
1395   SchedBoundary Bot;
1396
1397 public:
1398   /// SUnit::NodeQueueId: 0 (none), 1 (top), 2 (bot), 3 (both)
1399   enum {
1400     TopQID = 1,
1401     BotQID = 2,
1402     LogMaxQID = 2
1403   };
1404
1405   ConvergingScheduler():
1406     DAG(0), SchedModel(0), TRI(0), Top(TopQID, "TopQ"), Bot(BotQID, "BotQ") {}
1407
1408   virtual void initialize(ScheduleDAGMI *dag);
1409
1410   virtual SUnit *pickNode(bool &IsTopNode);
1411
1412   virtual void schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode);
1413
1414   virtual void releaseTopNode(SUnit *SU);
1415
1416   virtual void releaseBottomNode(SUnit *SU);
1417
1418   virtual void registerRoots();
1419
1420 protected:
1421   void tryCandidate(SchedCandidate &Cand,
1422                     SchedCandidate &TryCand,
1423                     SchedBoundary &Zone,
1424                     const RegPressureTracker &RPTracker,
1425                     RegPressureTracker &TempTracker);
1426
1427   SUnit *pickNodeBidirectional(bool &IsTopNode);
1428
1429   void pickNodeFromQueue(SchedBoundary &Zone,
1430                          const RegPressureTracker &RPTracker,
1431                          SchedCandidate &Candidate);
1432
1433   void reschedulePhysRegCopies(SUnit *SU, bool isTop);
1434
1435 #ifndef NDEBUG
1436   void traceCandidate(const SchedCandidate &Cand);
1437 #endif
1438 };
1439 } // namespace
1440
1441 void ConvergingScheduler::SchedRemainder::
1442 init(ScheduleDAGMI *DAG, const TargetSchedModel *SchedModel) {
1443   reset();
1444   if (!SchedModel->hasInstrSchedModel())
1445     return;
1446   RemainingCounts.resize(SchedModel->getNumProcResourceKinds());
1447   for (std::vector<SUnit>::iterator
1448          I = DAG->SUnits.begin(), E = DAG->SUnits.end(); I != E; ++I) {
1449     const MCSchedClassDesc *SC = DAG->getSchedClass(&*I);
1450     RemIssueCount += SchedModel->getNumMicroOps(I->getInstr(), SC)
1451       * SchedModel->getMicroOpFactor();
1452     for (TargetSchedModel::ProcResIter
1453            PI = SchedModel->getWriteProcResBegin(SC),
1454            PE = SchedModel->getWriteProcResEnd(SC); PI != PE; ++PI) {
1455       unsigned PIdx = PI->ProcResourceIdx;
1456       unsigned Factor = SchedModel->getResourceFactor(PIdx);
1457       RemainingCounts[PIdx] += (Factor * PI->Cycles);
1458     }
1459   }
1460 }
1461
1462 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::
1463 init(ScheduleDAGMI *dag, const TargetSchedModel *smodel, SchedRemainder *rem) {
1464   reset();
1465   DAG = dag;
1466   SchedModel = smodel;
1467   Rem = rem;
1468   if (SchedModel->hasInstrSchedModel())
1469     ExecutedResCounts.resize(SchedModel->getNumProcResourceKinds());
1470 }
1471
1472 void ConvergingScheduler::initialize(ScheduleDAGMI *dag) {
1473   DAG = dag;
1474   SchedModel = DAG->getSchedModel();
1475   TRI = DAG->TRI;
1476
1477   Rem.init(DAG, SchedModel);
1478   Top.init(DAG, SchedModel, &Rem);
1479   Bot.init(DAG, SchedModel, &Rem);
1480
1481   // Initialize resource counts.
1482
1483   // Initialize the HazardRecognizers. If itineraries don't exist, are empty, or
1484   // are disabled, then these HazardRecs will be disabled.
1485   const InstrItineraryData *Itin = SchedModel->getInstrItineraries();
1486   const TargetMachine &TM = DAG->MF.getTarget();
1487   Top.HazardRec = TM.getInstrInfo()->CreateTargetMIHazardRecognizer(Itin, DAG);
1488   Bot.HazardRec = TM.getInstrInfo()->CreateTargetMIHazardRecognizer(Itin, DAG);
1489
1490   assert((!ForceTopDown || !ForceBottomUp) &&
1491          "-misched-topdown incompatible with -misched-bottomup");
1492 }
1493
1494 void ConvergingScheduler::releaseTopNode(SUnit *SU) {
1495   if (SU->isScheduled)
1496     return;
1497
1498   for (SUnit::pred_iterator I = SU->Preds.begin(), E = SU->Preds.end();
1499        I != E; ++I) {
1500     if (I->isWeak())
1501       continue;
1502     unsigned PredReadyCycle = I->getSUnit()->TopReadyCycle;
1503     unsigned Latency = I->getLatency();
1504 #ifndef NDEBUG
1505     Top.MaxObservedLatency = std::max(Latency, Top.MaxObservedLatency);
1506 #endif
1507     if (SU->TopReadyCycle < PredReadyCycle + Latency)
1508       SU->TopReadyCycle = PredReadyCycle + Latency;
1509   }
1510   Top.releaseNode(SU, SU->TopReadyCycle);
1511 }
1512
1513 void ConvergingScheduler::releaseBottomNode(SUnit *SU) {
1514   if (SU->isScheduled)
1515     return;
1516
1517   assert(SU->getInstr() && "Scheduled SUnit must have instr");
1518
1519   for (SUnit::succ_iterator I = SU->Succs.begin(), E = SU->Succs.end();
1520        I != E; ++I) {
1521     if (I->isWeak())
1522       continue;
1523     unsigned SuccReadyCycle = I->getSUnit()->BotReadyCycle;
1524     unsigned Latency = I->getLatency();
1525 #ifndef NDEBUG
1526     Bot.MaxObservedLatency = std::max(Latency, Bot.MaxObservedLatency);
1527 #endif
1528     if (SU->BotReadyCycle < SuccReadyCycle + Latency)
1529       SU->BotReadyCycle = SuccReadyCycle + Latency;
1530   }
1531   Bot.releaseNode(SU, SU->BotReadyCycle);
1532 }
1533
1534 void ConvergingScheduler::registerRoots() {
1535   Rem.CriticalPath = DAG->ExitSU.getDepth();
1536   // Some roots may not feed into ExitSU. Check all of them in case.
1537   for (std::vector<SUnit*>::const_iterator
1538          I = Bot.Available.begin(), E = Bot.Available.end(); I != E; ++I) {
1539     if ((*I)->getDepth() > Rem.CriticalPath)
1540       Rem.CriticalPath = (*I)->getDepth();
1541   }
1542   DEBUG(dbgs() << "Critical Path: " << Rem.CriticalPath << '\n');
1543 }
1544
1545 /// Does this SU have a hazard within the current instruction group.
1546 ///
1547 /// The scheduler supports two modes of hazard recognition. The first is the
1548 /// ScheduleHazardRecognizer API. It is a fully general hazard recognizer that
1549 /// supports highly complicated in-order reservation tables
1550 /// (ScoreboardHazardRecognizer) and arbitraty target-specific logic.
1551 ///
1552 /// The second is a streamlined mechanism that checks for hazards based on
1553 /// simple counters that the scheduler itself maintains. It explicitly checks
1554 /// for instruction dispatch limitations, including the number of micro-ops that
1555 /// can dispatch per cycle.
1556 ///
1557 /// TODO: Also check whether the SU must start a new group.
1558 bool ConvergingScheduler::SchedBoundary::checkHazard(SUnit *SU) {
1559   if (HazardRec->isEnabled())
1560     return HazardRec->getHazardType(SU) != ScheduleHazardRecognizer::NoHazard;
1561
1562   unsigned uops = SchedModel->getNumMicroOps(SU->getInstr());
1563   if ((CurrMOps > 0) && (CurrMOps + uops > SchedModel->getIssueWidth())) {
1564     DEBUG(dbgs() << "  SU(" << SU->NodeNum << ") uops="
1565           << SchedModel->getNumMicroOps(SU->getInstr()) << '\n');
1566     return true;
1567   }
1568   return false;
1569 }
1570
1571 // Find the unscheduled node in ReadySUs with the highest latency.
1572 unsigned ConvergingScheduler::SchedBoundary::
1573 findMaxLatency(ArrayRef<SUnit*> ReadySUs) {
1574   SUnit *LateSU = 0;
1575   unsigned RemLatency = 0;
1576   for (ArrayRef<SUnit*>::iterator I = ReadySUs.begin(), E = ReadySUs.end();
1577        I != E; ++I) {
1578     unsigned L = getUnscheduledLatency(*I);
1579     if (L > RemLatency) {
1580       RemLatency = L;
1581       LateSU = *I;
1582     }
1583   }
1584   if (LateSU) {
1585     DEBUG(dbgs() << Available.getName() << " RemLatency SU("
1586           << LateSU->NodeNum << ") " << RemLatency << "c\n");
1587   }
1588   return RemLatency;
1589 }
1590
1591 // Count resources in this zone and the remaining unscheduled
1592 // instruction. Return the max count, scaled. Set OtherCritIdx to the critical
1593 // resource index, or zero if the zone is issue limited.
1594 unsigned ConvergingScheduler::SchedBoundary::
1595 getOtherResourceCount(unsigned &OtherCritIdx) {
1596   if (!SchedModel->hasInstrSchedModel())
1597     return 0;
1598
1599   unsigned OtherCritCount = Rem->RemIssueCount
1600     + (RetiredMOps * SchedModel->getMicroOpFactor());
1601   DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName() << " + Remain MOps: "
1602         << OtherCritCount / SchedModel->getMicroOpFactor() << '\n');
1603   OtherCritIdx = 0;
1604   for (unsigned PIdx = 1, PEnd = SchedModel->getNumProcResourceKinds();
1605        PIdx != PEnd; ++PIdx) {
1606     unsigned OtherCount = getResourceCount(PIdx) + Rem->RemainingCounts[PIdx];
1607     if (OtherCount > OtherCritCount) {
1608       OtherCritCount = OtherCount;
1609       OtherCritIdx = PIdx;
1610     }
1611   }
1612   if (OtherCritIdx) {
1613     DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName() << " + Remain CritRes: "
1614           << OtherCritCount / SchedModel->getResourceFactor(OtherCritIdx)
1615           << " " << getResourceName(OtherCritIdx) << "\n");
1616   }
1617   return OtherCritCount;
1618 }
1619
1620 /// Set the CandPolicy for this zone given the current resources and latencies
1621 /// inside and outside the zone.
1622 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::setPolicy(CandPolicy &Policy,
1623                                                    SchedBoundary &OtherZone) {
1624   // Now that potential stalls have been considered, apply preemptive heuristics
1625   // based on the the total latency and resources inside and outside this
1626   // zone.
1627
1628   // Compute remaining latency. We need this both to determine whether the
1629   // overall schedule has become latency-limited and whether the instructions
1630   // outside this zone are resource or latency limited.
1631   //
1632   // The "dependent" latency is updated incrementally during scheduling as the
1633   // max height/depth of scheduled nodes minus the cycles since it was
1634   // scheduled:
1635   //   DLat = max (N.depth - (CurrCycle - N.ReadyCycle) for N in Zone
1636   //
1637   // The "independent" latency is the max ready queue depth:
1638   //   ILat = max N.depth for N in Available|Pending
1639   //
1640   // RemainingLatency is the greater of independent and dependent latency.
1641   unsigned RemLatency = DependentLatency;
1642   RemLatency = std::max(RemLatency, findMaxLatency(Available.elements()));
1643   RemLatency = std::max(RemLatency, findMaxLatency(Pending.elements()));
1644
1645   // Compute the critical resource outside the zone.
1646   unsigned OtherCritIdx;
1647   unsigned OtherCount = OtherZone.getOtherResourceCount(OtherCritIdx);
1648
1649   bool OtherResLimited = false;
1650   if (SchedModel->hasInstrSchedModel()) {
1651     unsigned LFactor = SchedModel->getLatencyFactor();
1652     OtherResLimited = (int)(OtherCount - (RemLatency * LFactor)) > (int)LFactor;
1653   }
1654   if (!OtherResLimited && (RemLatency + CurrCycle > Rem->CriticalPath)) {
1655     Policy.ReduceLatency |= true;
1656     DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName() << " RemainingLatency "
1657           << RemLatency << " + " << CurrCycle << "c > CritPath "
1658           << Rem->CriticalPath << "\n");
1659   }
1660   // If the same resource is limiting inside and outside the zone, do nothing.
1661   if (IsResourceLimited && OtherResLimited && (ZoneCritResIdx == OtherCritIdx))
1662     return;
1663
1664   DEBUG(
1665     if (IsResourceLimited) {
1666       dbgs() << "  " << Available.getName() << " ResourceLimited: "
1667              << getResourceName(ZoneCritResIdx) << "\n";
1668     }
1669     if (OtherResLimited)
1670       dbgs() << "  RemainingLimit: " << getResourceName(OtherCritIdx) << "\n";
1671     if (!IsResourceLimited && !OtherResLimited)
1672       dbgs() << "  Latency limited both directions.\n");
1673
1674   if (IsResourceLimited && !Policy.ReduceResIdx)
1675     Policy.ReduceResIdx = ZoneCritResIdx;
1676
1677   if (OtherResLimited)
1678     Policy.DemandResIdx = OtherCritIdx;
1679 }
1680
1681 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::releaseNode(SUnit *SU,
1682                                                      unsigned ReadyCycle) {
1683   if (ReadyCycle < MinReadyCycle)
1684     MinReadyCycle = ReadyCycle;
1685
1686   // Check for interlocks first. For the purpose of other heuristics, an
1687   // instruction that cannot issue appears as if it's not in the ReadyQueue.
1688   bool IsBuffered = SchedModel->getMicroOpBufferSize() != 0;
1689   if ((!IsBuffered && ReadyCycle > CurrCycle) || checkHazard(SU))
1690     Pending.push(SU);
1691   else
1692     Available.push(SU);
1693
1694   // Record this node as an immediate dependent of the scheduled node.
1695   NextSUs.insert(SU);
1696 }
1697
1698 /// Move the boundary of scheduled code by one cycle.
1699 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::bumpCycle(unsigned NextCycle) {
1700   if (SchedModel->getMicroOpBufferSize() == 0) {
1701     assert(MinReadyCycle < UINT_MAX && "MinReadyCycle uninitialized");
1702     if (MinReadyCycle > NextCycle)
1703       NextCycle = MinReadyCycle;
1704   }
1705   // Update the current micro-ops, which will issue in the next cycle.
1706   unsigned DecMOps = SchedModel->getIssueWidth() * (NextCycle - CurrCycle);
1707   CurrMOps = (CurrMOps <= DecMOps) ? 0 : CurrMOps - DecMOps;
1708
1709   // Decrement DependentLatency based on the next cycle.
1710   if ((NextCycle - CurrCycle) > DependentLatency)
1711     DependentLatency = 0;
1712   else
1713     DependentLatency -= (NextCycle - CurrCycle);
1714
1715   if (!HazardRec->isEnabled()) {
1716     // Bypass HazardRec virtual calls.
1717     CurrCycle = NextCycle;
1718   }
1719   else {
1720     // Bypass getHazardType calls in case of long latency.
1721     for (; CurrCycle != NextCycle; ++CurrCycle) {
1722       if (isTop())
1723         HazardRec->AdvanceCycle();
1724       else
1725         HazardRec->RecedeCycle();
1726     }
1727   }
1728   CheckPending = true;
1729   unsigned LFactor = SchedModel->getLatencyFactor();
1730   IsResourceLimited =
1731     (int)(getCriticalCount() - (getScheduledLatency() * LFactor))
1732     > (int)LFactor;
1733
1734   DEBUG(dbgs() << "Cycle: " << CurrCycle << ' ' << Available.getName() << '\n');
1735 }
1736
1737 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::incExecutedResources(unsigned PIdx,
1738                                                               unsigned Count) {
1739   ExecutedResCounts[PIdx] += Count;
1740   if (ExecutedResCounts[PIdx] > MaxExecutedResCount)
1741     MaxExecutedResCount = ExecutedResCounts[PIdx];
1742 }
1743
1744 /// Add the given processor resource to this scheduled zone.
1745 ///
1746 /// \param Cycles indicates the number of consecutive (non-pipelined) cycles
1747 /// during which this resource is consumed.
1748 ///
1749 /// \return the next cycle at which the instruction may execute without
1750 /// oversubscribing resources.
1751 unsigned ConvergingScheduler::SchedBoundary::
1752 countResource(unsigned PIdx, unsigned Cycles, unsigned ReadyCycle) {
1753   unsigned Factor = SchedModel->getResourceFactor(PIdx);
1754   unsigned Count = Factor * Cycles;
1755   DEBUG(dbgs() << "  " << getResourceName(PIdx)
1756         << " +" << Cycles << "x" << Factor << "u\n");
1757
1758   // Update Executed resources counts.
1759   incExecutedResources(PIdx, Count);
1760   assert(Rem->RemainingCounts[PIdx] >= Count && "resource double counted");
1761   Rem->RemainingCounts[PIdx] -= Count;
1762
1763   // Check if this resource exceeds the current critical resource by a full
1764   // cycle. If so, it becomes the critical resource.
1765   if (ZoneCritResIdx != PIdx
1766       && ((int)(getResourceCount(PIdx) - getCriticalCount())
1767           >= (int)SchedModel->getLatencyFactor())) {
1768     ZoneCritResIdx = PIdx;
1769     DEBUG(dbgs() << "  *** Critical resource "
1770           << getResourceName(PIdx) << ": "
1771           << getResourceCount(PIdx) / SchedModel->getLatencyFactor() << "c\n");
1772   }
1773   // TODO: We don't yet model reserved resources. It's not hard though.
1774   return CurrCycle;
1775 }
1776
1777 /// Move the boundary of scheduled code by one SUnit.
1778 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::bumpNode(SUnit *SU) {
1779   // Update the reservation table.
1780   if (HazardRec->isEnabled()) {
1781     if (!isTop() && SU->isCall) {
1782       // Calls are scheduled with their preceding instructions. For bottom-up
1783       // scheduling, clear the pipeline state before emitting.
1784       HazardRec->Reset();
1785     }
1786     HazardRec->EmitInstruction(SU);
1787   }
1788   const MCSchedClassDesc *SC = DAG->getSchedClass(SU);
1789   unsigned IncMOps = SchedModel->getNumMicroOps(SU->getInstr());
1790   CurrMOps += IncMOps;
1791   // checkHazard prevents scheduling multiple instructions per cycle that exceed
1792   // issue width. However, we commonly reach the maximum. In this case
1793   // opportunistically bump the cycle to avoid uselessly checking everything in
1794   // the readyQ. Furthermore, a single instruction may produce more than one
1795   // cycle's worth of micro-ops.
1796   //
1797   // TODO: Also check if this SU must end a dispatch group.
1798   unsigned NextCycle = CurrCycle;
1799   if (CurrMOps >= SchedModel->getIssueWidth()) {
1800     ++NextCycle;
1801     DEBUG(dbgs() << "  *** Max MOps " << CurrMOps
1802           << " at cycle " << CurrCycle << '\n');
1803   }
1804   unsigned ReadyCycle = (isTop() ? SU->TopReadyCycle : SU->BotReadyCycle);
1805   DEBUG(dbgs() << "  Ready @" << ReadyCycle << "c\n");
1806
1807   switch (SchedModel->getMicroOpBufferSize()) {
1808   case 0:
1809     assert(ReadyCycle <= CurrCycle && "Broken PendingQueue");
1810     break;
1811   case 1:
1812     if (ReadyCycle > NextCycle) {
1813       NextCycle = ReadyCycle;
1814       DEBUG(dbgs() << "  *** Stall until: " << ReadyCycle << "\n");
1815     }
1816     break;
1817   default:
1818     // We don't currently model the OOO reorder buffer, so consider all
1819     // scheduled MOps to be "retired".
1820     break;
1821   }
1822   RetiredMOps += IncMOps;
1823
1824   // Update resource counts and critical resource.
1825   if (SchedModel->hasInstrSchedModel()) {
1826     unsigned DecRemIssue = IncMOps * SchedModel->getMicroOpFactor();
1827     assert(Rem->RemIssueCount >= DecRemIssue && "MOps double counted");
1828     Rem->RemIssueCount -= DecRemIssue;
1829     if (ZoneCritResIdx) {
1830       // Scale scheduled micro-ops for comparing with the critical resource.
1831       unsigned ScaledMOps =
1832         RetiredMOps * SchedModel->getMicroOpFactor();
1833
1834       // If scaled micro-ops are now more than the previous critical resource by
1835       // a full cycle, then micro-ops issue becomes critical.
1836       if ((int)(ScaledMOps - getResourceCount(ZoneCritResIdx))
1837           >= (int)SchedModel->getLatencyFactor()) {
1838         ZoneCritResIdx = 0;
1839         DEBUG(dbgs() << "  *** Critical resource NumMicroOps: "
1840               << ScaledMOps / SchedModel->getLatencyFactor() << "c\n");
1841       }
1842     }
1843     for (TargetSchedModel::ProcResIter
1844            PI = SchedModel->getWriteProcResBegin(SC),
1845            PE = SchedModel->getWriteProcResEnd(SC); PI != PE; ++PI) {
1846       unsigned RCycle =
1847         countResource(PI->ProcResourceIdx, PI->Cycles, ReadyCycle);
1848       if (RCycle > NextCycle)
1849         NextCycle = RCycle;
1850     }
1851   }
1852   // Update ExpectedLatency and DependentLatency.
1853   unsigned &TopLatency = isTop() ? ExpectedLatency : DependentLatency;
1854   unsigned &BotLatency = isTop() ? DependentLatency : ExpectedLatency;
1855   if (SU->getDepth() > TopLatency) {
1856     TopLatency = SU->getDepth();
1857     DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName()
1858           << " TopLatency SU(" << SU->NodeNum << ") " << TopLatency << "c\n");
1859   }
1860   if (SU->getHeight() > BotLatency) {
1861     BotLatency = SU->getHeight();
1862     DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName()
1863           << " BotLatency SU(" << SU->NodeNum << ") " << BotLatency << "c\n");
1864   }
1865   // If we stall for any reason, bump the cycle.
1866   if (NextCycle > CurrCycle) {
1867     bumpCycle(NextCycle);
1868   }
1869   else {
1870     // After updating ZoneCritResIdx and ExpectedLatency, check if we're
1871     // resource limited. If a stall occured, bumpCycle does this.
1872     unsigned LFactor = SchedModel->getLatencyFactor();
1873     IsResourceLimited =
1874       (int)(getCriticalCount() - (getScheduledLatency() * LFactor))
1875       > (int)LFactor;
1876   }
1877   DEBUG(dumpScheduledState());
1878 }
1879
1880 /// Release pending ready nodes in to the available queue. This makes them
1881 /// visible to heuristics.
1882 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::releasePending() {
1883   // If the available queue is empty, it is safe to reset MinReadyCycle.
1884   if (Available.empty())
1885     MinReadyCycle = UINT_MAX;
1886
1887   // Check to see if any of the pending instructions are ready to issue.  If
1888   // so, add them to the available queue.
1889   bool IsBuffered = SchedModel->getMicroOpBufferSize() != 0;
1890   for (unsigned i = 0, e = Pending.size(); i != e; ++i) {
1891     SUnit *SU = *(Pending.begin()+i);
1892     unsigned ReadyCycle = isTop() ? SU->TopReadyCycle : SU->BotReadyCycle;
1893
1894     if (ReadyCycle < MinReadyCycle)
1895       MinReadyCycle = ReadyCycle;
1896
1897     if (!IsBuffered && ReadyCycle > CurrCycle)
1898       continue;
1899
1900     if (checkHazard(SU))
1901       continue;
1902
1903     Available.push(SU);
1904     Pending.remove(Pending.begin()+i);
1905     --i; --e;
1906   }
1907   DEBUG(if (!Pending.empty()) Pending.dump());
1908   CheckPending = false;
1909 }
1910
1911 /// Remove SU from the ready set for this boundary.
1912 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::removeReady(SUnit *SU) {
1913   if (Available.isInQueue(SU))
1914     Available.remove(Available.find(SU));
1915   else {
1916     assert(Pending.isInQueue(SU) && "bad ready count");
1917     Pending.remove(Pending.find(SU));
1918   }
1919 }
1920
1921 /// If this queue only has one ready candidate, return it. As a side effect,
1922 /// defer any nodes that now hit a hazard, and advance the cycle until at least
1923 /// one node is ready. If multiple instructions are ready, return NULL.
1924 SUnit *ConvergingScheduler::SchedBoundary::pickOnlyChoice() {
1925   if (CheckPending)
1926     releasePending();
1927
1928   if (CurrMOps > 0) {
1929     // Defer any ready instrs that now have a hazard.
1930     for (ReadyQueue::iterator I = Available.begin(); I != Available.end();) {
1931       if (checkHazard(*I)) {
1932         Pending.push(*I);
1933         I = Available.remove(I);
1934         continue;
1935       }
1936       ++I;
1937     }
1938   }
1939   for (unsigned i = 0; Available.empty(); ++i) {
1940     assert(i <= (HazardRec->getMaxLookAhead() + MaxObservedLatency) &&
1941            "permanent hazard"); (void)i;
1942     bumpCycle(CurrCycle + 1);
1943     releasePending();
1944   }
1945   if (Available.size() == 1)
1946     return *Available.begin();
1947   return NULL;
1948 }
1949
1950 #ifndef NDEBUG
1951 // This is useful information to dump after bumpNode.
1952 // Note that the Queue contents are more useful before pickNodeFromQueue.
1953 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::dumpScheduledState() {
1954   unsigned ResFactor;
1955   unsigned ResCount;
1956   if (ZoneCritResIdx) {
1957     ResFactor = SchedModel->getResourceFactor(ZoneCritResIdx);
1958     ResCount = getResourceCount(ZoneCritResIdx);
1959   }
1960   else {
1961     ResFactor = SchedModel->getMicroOpFactor();
1962     ResCount = RetiredMOps * SchedModel->getMicroOpFactor();
1963   }
1964   unsigned LFactor = SchedModel->getLatencyFactor();
1965   dbgs() << Available.getName() << " @" << CurrCycle << "c\n"
1966          << "  Retired: " << RetiredMOps;
1967   dbgs() << "\n  Executed: " << getExecutedCount() / LFactor << "c";
1968   dbgs() << "\n  Critical: " << ResCount / LFactor << "c, "
1969          << ResCount / ResFactor << " " << getResourceName(ZoneCritResIdx)
1970          << "\n  ExpectedLatency: " << ExpectedLatency << "c\n"
1971          << (IsResourceLimited ? "  - Resource" : "  - Latency")
1972          << " limited.\n";
1973 }
1974 #endif
1975
1976 void ConvergingScheduler::SchedCandidate::
1977 initResourceDelta(const ScheduleDAGMI *DAG,
1978                   const TargetSchedModel *SchedModel) {
1979   if (!Policy.ReduceResIdx && !Policy.DemandResIdx)
1980     return;
1981
1982   const MCSchedClassDesc *SC = DAG->getSchedClass(SU);
1983   for (TargetSchedModel::ProcResIter
1984          PI = SchedModel->getWriteProcResBegin(SC),
1985          PE = SchedModel->getWriteProcResEnd(SC); PI != PE; ++PI) {
1986     if (PI->ProcResourceIdx == Policy.ReduceResIdx)
1987       ResDelta.CritResources += PI->Cycles;
1988     if (PI->ProcResourceIdx == Policy.DemandResIdx)
1989       ResDelta.DemandedResources += PI->Cycles;
1990   }
1991 }
1992
1993
1994 /// Return true if this heuristic determines order.
1995 static bool tryLess(int TryVal, int CandVal,
1996                     ConvergingScheduler::SchedCandidate &TryCand,
1997                     ConvergingScheduler::SchedCandidate &Cand,
1998                     ConvergingScheduler::CandReason Reason) {
1999   if (TryVal < CandVal) {
2000     TryCand.Reason = Reason;
2001     return true;
2002   }
2003   if (TryVal > CandVal) {
2004     if (Cand.Reason > Reason)
2005       Cand.Reason = Reason;
2006     return true;
2007   }
2008   Cand.setRepeat(Reason);
2009   return false;
2010 }
2011
2012 static bool tryGreater(int TryVal, int CandVal,
2013                        ConvergingScheduler::SchedCandidate &TryCand,
2014                        ConvergingScheduler::SchedCandidate &Cand,
2015                        ConvergingScheduler::CandReason Reason) {
2016   if (TryVal > CandVal) {
2017     TryCand.Reason = Reason;
2018     return true;
2019   }
2020   if (TryVal < CandVal) {
2021     if (Cand.Reason > Reason)
2022       Cand.Reason = Reason;
2023     return true;
2024   }
2025   Cand.setRepeat(Reason);
2026   return false;
2027 }
2028
2029 static unsigned getWeakLeft(const SUnit *SU, bool isTop) {
2030   return (isTop) ? SU->WeakPredsLeft : SU->WeakSuccsLeft;
2031 }
2032
2033 /// Minimize physical register live ranges. Regalloc wants them adjacent to
2034 /// their physreg def/use.
2035 ///
2036 /// FIXME: This is an unnecessary check on the critical path. Most are root/leaf
2037 /// copies which can be prescheduled. The rest (e.g. x86 MUL) could be bundled
2038 /// with the operation that produces or consumes the physreg. We'll do this when
2039 /// regalloc has support for parallel copies.
2040 static int biasPhysRegCopy(const SUnit *SU, bool isTop) {
2041   const MachineInstr *MI = SU->getInstr();
2042   if (!MI->isCopy())
2043     return 0;
2044
2045   unsigned ScheduledOper = isTop ? 1 : 0;
2046   unsigned UnscheduledOper = isTop ? 0 : 1;
2047   // If we have already scheduled the physreg produce/consumer, immediately
2048   // schedule the copy.
2049   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(
2050         MI->getOperand(ScheduledOper).getReg()))
2051     return 1;
2052   // If the physreg is at the boundary, defer it. Otherwise schedule it
2053   // immediately to free the dependent. We can hoist the copy later.
2054   bool AtBoundary = isTop ? !SU->NumSuccsLeft : !SU->NumPredsLeft;
2055   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(
2056         MI->getOperand(UnscheduledOper).getReg()))
2057     return AtBoundary ? -1 : 1;
2058   return 0;
2059 }
2060
2061 /// Apply a set of heursitics to a new candidate. Heuristics are currently
2062 /// hierarchical. This may be more efficient than a graduated cost model because
2063 /// we don't need to evaluate all aspects of the model for each node in the
2064 /// queue. But it's really done to make the heuristics easier to debug and
2065 /// statistically analyze.
2066 ///
2067 /// \param Cand provides the policy and current best candidate.
2068 /// \param TryCand refers to the next SUnit candidate, otherwise uninitialized.
2069 /// \param Zone describes the scheduled zone that we are extending.
2070 /// \param RPTracker describes reg pressure within the scheduled zone.
2071 /// \param TempTracker is a scratch pressure tracker to reuse in queries.
2072 void ConvergingScheduler::tryCandidate(SchedCandidate &Cand,
2073                                        SchedCandidate &TryCand,
2074                                        SchedBoundary &Zone,
2075                                        const RegPressureTracker &RPTracker,
2076                                        RegPressureTracker &TempTracker) {
2077
2078   // Always initialize TryCand's RPDelta.
2079   TempTracker.getMaxPressureDelta(TryCand.SU->getInstr(), TryCand.RPDelta,
2080                                   DAG->getRegionCriticalPSets(),
2081                                   DAG->getRegPressure().MaxSetPressure);
2082
2083   // Initialize the candidate if needed.
2084   if (!Cand.isValid()) {
2085     TryCand.Reason = NodeOrder;
2086     return;
2087   }
2088
2089   if (tryGreater(biasPhysRegCopy(TryCand.SU, Zone.isTop()),
2090                  biasPhysRegCopy(Cand.SU, Zone.isTop()),
2091                  TryCand, Cand, PhysRegCopy))
2092     return;
2093
2094   // Avoid exceeding the target's limit.
2095   if (tryLess(TryCand.RPDelta.Excess.UnitIncrease,
2096               Cand.RPDelta.Excess.UnitIncrease, TryCand, Cand, RegExcess))
2097     return;
2098
2099   // Avoid increasing the max critical pressure in the scheduled region.
2100   if (tryLess(TryCand.RPDelta.CriticalMax.UnitIncrease,
2101               Cand.RPDelta.CriticalMax.UnitIncrease,
2102               TryCand, Cand, RegCritical))
2103     return;
2104
2105   // Keep clustered nodes together to encourage downstream peephole
2106   // optimizations which may reduce resource requirements.
2107   //
2108   // This is a best effort to set things up for a post-RA pass. Optimizations
2109   // like generating loads of multiple registers should ideally be done within
2110   // the scheduler pass by combining the loads during DAG postprocessing.
2111   const SUnit *NextClusterSU =
2112     Zone.isTop() ? DAG->getNextClusterSucc() : DAG->getNextClusterPred();
2113   if (tryGreater(TryCand.SU == NextClusterSU, Cand.SU == NextClusterSU,
2114                  TryCand, Cand, Cluster))
2115     return;
2116
2117   // Weak edges are for clustering and other constraints.
2118   if (tryLess(getWeakLeft(TryCand.SU, Zone.isTop()),
2119               getWeakLeft(Cand.SU, Zone.isTop()),
2120               TryCand, Cand, Weak)) {
2121     return;
2122   }
2123   // Avoid increasing the max pressure of the entire region.
2124   if (tryLess(TryCand.RPDelta.CurrentMax.UnitIncrease,
2125               Cand.RPDelta.CurrentMax.UnitIncrease, TryCand, Cand, RegMax))
2126     return;
2127
2128   // Avoid critical resource consumption and balance the schedule.
2129   TryCand.initResourceDelta(DAG, SchedModel);
2130   if (tryLess(TryCand.ResDelta.CritResources, Cand.ResDelta.CritResources,
2131               TryCand, Cand, ResourceReduce))
2132     return;
2133   if (tryGreater(TryCand.ResDelta.DemandedResources,
2134                  Cand.ResDelta.DemandedResources,
2135                  TryCand, Cand, ResourceDemand))
2136     return;
2137
2138   // Avoid serializing long latency dependence chains.
2139   if (Cand.Policy.ReduceLatency) {
2140     if (Zone.isTop()) {
2141       if (Cand.SU->getDepth() > Zone.getScheduledLatency()) {
2142         if (tryLess(TryCand.SU->getDepth(), Cand.SU->getDepth(),
2143                     TryCand, Cand, TopDepthReduce))
2144           return;
2145       }
2146       if (tryGreater(TryCand.SU->getHeight(), Cand.SU->getHeight(),
2147                      TryCand, Cand, TopPathReduce))
2148         return;
2149     }
2150     else {
2151       if (Cand.SU->getHeight() > Zone.getScheduledLatency()) {
2152         if (tryLess(TryCand.SU->getHeight(), Cand.SU->getHeight(),
2153                     TryCand, Cand, BotHeightReduce))
2154           return;
2155       }
2156       if (tryGreater(TryCand.SU->getDepth(), Cand.SU->getDepth(),
2157                      TryCand, Cand, BotPathReduce))
2158         return;
2159     }
2160   }
2161
2162   // Prefer immediate defs/users of the last scheduled instruction. This is a
2163   // local pressure avoidance strategy that also makes the machine code
2164   // readable.
2165   if (tryGreater(Zone.NextSUs.count(TryCand.SU), Zone.NextSUs.count(Cand.SU),
2166                  TryCand, Cand, NextDefUse))
2167     return;
2168
2169   // Fall through to original instruction order.
2170   if ((Zone.isTop() && TryCand.SU->NodeNum < Cand.SU->NodeNum)
2171       || (!Zone.isTop() && TryCand.SU->NodeNum > Cand.SU->NodeNum)) {
2172     TryCand.Reason = NodeOrder;
2173   }
2174 }
2175
2176 #ifndef NDEBUG
2177 const char *ConvergingScheduler::getReasonStr(
2178   ConvergingScheduler::CandReason Reason) {
2179   switch (Reason) {
2180   case NoCand:         return "NOCAND    ";
2181   case PhysRegCopy:    return "PREG-COPY";
2182   case RegExcess:      return "REG-EXCESS";
2183   case RegCritical:    return "REG-CRIT  ";
2184   case Cluster:        return "CLUSTER   ";
2185   case Weak:           return "WEAK      ";
2186   case RegMax:         return "REG-MAX   ";
2187   case ResourceReduce: return "RES-REDUCE";
2188   case ResourceDemand: return "RES-DEMAND";
2189   case TopDepthReduce: return "TOP-DEPTH ";
2190   case TopPathReduce:  return "TOP-PATH  ";
2191   case BotHeightReduce:return "BOT-HEIGHT";
2192   case BotPathReduce:  return "BOT-PATH  ";
2193   case NextDefUse:     return "DEF-USE   ";
2194   case NodeOrder:      return "ORDER     ";
2195   };
2196   llvm_unreachable("Unknown reason!");
2197 }
2198
2199 void ConvergingScheduler::traceCandidate(const SchedCandidate &Cand) {
2200   PressureElement P;
2201   unsigned ResIdx = 0;
2202   unsigned Latency = 0;
2203   switch (Cand.Reason) {
2204   default:
2205     break;
2206   case RegExcess:
2207     P = Cand.RPDelta.Excess;
2208     break;
2209   case RegCritical:
2210     P = Cand.RPDelta.CriticalMax;
2211     break;
2212   case RegMax:
2213     P = Cand.RPDelta.CurrentMax;
2214     break;
2215   case ResourceReduce:
2216     ResIdx = Cand.Policy.ReduceResIdx;
2217     break;
2218   case ResourceDemand:
2219     ResIdx = Cand.Policy.DemandResIdx;
2220     break;
2221   case TopDepthReduce:
2222     Latency = Cand.SU->getDepth();
2223     break;
2224   case TopPathReduce:
2225     Latency = Cand.SU->getHeight();
2226     break;
2227   case BotHeightReduce:
2228     Latency = Cand.SU->getHeight();
2229     break;
2230   case BotPathReduce:
2231     Latency = Cand.SU->getDepth();
2232     break;
2233   }
2234   dbgs() << "  SU(" << Cand.SU->NodeNum << ") " << getReasonStr(Cand.Reason);
2235   if (P.isValid())
2236     dbgs() << " " << TRI->getRegPressureSetName(P.PSetID)
2237            << ":" << P.UnitIncrease << " ";
2238   else
2239     dbgs() << "      ";
2240   if (ResIdx)
2241     dbgs() << " " << SchedModel->getProcResource(ResIdx)->Name << " ";
2242   else
2243     dbgs() << "         ";
2244   if (Latency)
2245     dbgs() << " " << Latency << " cycles ";
2246   else
2247     dbgs() << "          ";
2248   dbgs() << '\n';
2249 }
2250 #endif
2251
2252 /// Pick the best candidate from the top queue.
2253 ///
2254 /// TODO: getMaxPressureDelta results can be mostly cached for each SUnit during
2255 /// DAG building. To adjust for the current scheduling location we need to
2256 /// maintain the number of vreg uses remaining to be top-scheduled.
2257 void ConvergingScheduler::pickNodeFromQueue(SchedBoundary &Zone,
2258                                             const RegPressureTracker &RPTracker,
2259                                             SchedCandidate &Cand) {
2260   ReadyQueue &Q = Zone.Available;
2261
2262   DEBUG(Q.dump());
2263
2264   // getMaxPressureDelta temporarily modifies the tracker.
2265   RegPressureTracker &TempTracker = const_cast<RegPressureTracker&>(RPTracker);
2266
2267   for (ReadyQueue::iterator I = Q.begin(), E = Q.end(); I != E; ++I) {
2268
2269     SchedCandidate TryCand(Cand.Policy);
2270     TryCand.SU = *I;
2271     tryCandidate(Cand, TryCand, Zone, RPTracker, TempTracker);
2272     if (TryCand.Reason != NoCand) {
2273       // Initialize resource delta if needed in case future heuristics query it.
2274       if (TryCand.ResDelta == SchedResourceDelta())
2275         TryCand.initResourceDelta(DAG, SchedModel);
2276       Cand.setBest(TryCand);
2277       DEBUG(traceCandidate(Cand));
2278     }
2279   }
2280 }
2281
2282 static void tracePick(const ConvergingScheduler::SchedCandidate &Cand,
2283                       bool IsTop) {
2284   DEBUG(dbgs() << "Pick " << (IsTop ? "Top " : "Bot ")
2285         << ConvergingScheduler::getReasonStr(Cand.Reason) << '\n');
2286 }
2287
2288 /// Pick the best candidate node from either the top or bottom queue.
2289 SUnit *ConvergingScheduler::pickNodeBidirectional(bool &IsTopNode) {
2290   // Schedule as far as possible in the direction of no choice. This is most
2291   // efficient, but also provides the best heuristics for CriticalPSets.
2292   if (SUnit *SU = Bot.pickOnlyChoice()) {
2293     IsTopNode = false;
2294     DEBUG(dbgs() << "Pick Bot NOCAND\n");
2295     return SU;
2296   }
2297   if (SUnit *SU = Top.pickOnlyChoice()) {
2298     IsTopNode = true;
2299     DEBUG(dbgs() << "Pick Top NOCAND\n");
2300     return SU;
2301   }
2302   CandPolicy NoPolicy;
2303   SchedCandidate BotCand(NoPolicy);
2304   SchedCandidate TopCand(NoPolicy);
2305   Bot.setPolicy(BotCand.Policy, Top);
2306   Top.setPolicy(TopCand.Policy, Bot);
2307
2308   // Prefer bottom scheduling when heuristics are silent.
2309   pickNodeFromQueue(Bot, DAG->getBotRPTracker(), BotCand);
2310   assert(BotCand.Reason != NoCand && "failed to find the first candidate");
2311
2312   // If either Q has a single candidate that provides the least increase in
2313   // Excess pressure, we can immediately schedule from that Q.
2314   //
2315   // RegionCriticalPSets summarizes the pressure within the scheduled region and
2316   // affects picking from either Q. If scheduling in one direction must
2317   // increase pressure for one of the excess PSets, then schedule in that
2318   // direction first to provide more freedom in the other direction.
2319   if ((BotCand.Reason == RegExcess && !BotCand.isRepeat(RegExcess))
2320       || (BotCand.Reason == RegCritical
2321           && !BotCand.isRepeat(RegCritical)))
2322   {
2323     IsTopNode = false;
2324     tracePick(BotCand, IsTopNode);
2325     return BotCand.SU;
2326   }
2327   // Check if the top Q has a better candidate.
2328   pickNodeFromQueue(Top, DAG->getTopRPTracker(), TopCand);
2329   assert(TopCand.Reason != NoCand && "failed to find the first candidate");
2330
2331   // Choose the queue with the most important (lowest enum) reason.
2332   if (TopCand.Reason < BotCand.Reason) {
2333     IsTopNode = true;
2334     tracePick(TopCand, IsTopNode);
2335     return TopCand.SU;
2336   }
2337   // Otherwise prefer the bottom candidate, in node order if all else failed.
2338   IsTopNode = false;
2339   tracePick(BotCand, IsTopNode);
2340   return BotCand.SU;
2341 }
2342
2343 /// Pick the best node to balance the schedule. Implements MachineSchedStrategy.
2344 SUnit *ConvergingScheduler::pickNode(bool &IsTopNode) {
2345   if (DAG->top() == DAG->bottom()) {
2346     assert(Top.Available.empty() && Top.Pending.empty() &&
2347            Bot.Available.empty() && Bot.Pending.empty() && "ReadyQ garbage");
2348     return NULL;
2349   }
2350   SUnit *SU;
2351   do {
2352     if (ForceTopDown) {
2353       SU = Top.pickOnlyChoice();
2354       if (!SU) {
2355         CandPolicy NoPolicy;
2356         SchedCandidate TopCand(NoPolicy);
2357         pickNodeFromQueue(Top, DAG->getTopRPTracker(), TopCand);
2358         assert(TopCand.Reason != NoCand && "failed to find the first candidate");
2359         SU = TopCand.SU;
2360       }
2361       IsTopNode = true;
2362     }
2363     else if (ForceBottomUp) {
2364       SU = Bot.pickOnlyChoice();
2365       if (!SU) {
2366         CandPolicy NoPolicy;
2367         SchedCandidate BotCand(NoPolicy);
2368         pickNodeFromQueue(Bot, DAG->getBotRPTracker(), BotCand);
2369         assert(BotCand.Reason != NoCand && "failed to find the first candidate");
2370         SU = BotCand.SU;
2371       }
2372       IsTopNode = false;
2373     }
2374     else {
2375       SU = pickNodeBidirectional(IsTopNode);
2376     }
2377   } while (SU->isScheduled);
2378
2379   if (SU->isTopReady())
2380     Top.removeReady(SU);
2381   if (SU->isBottomReady())
2382     Bot.removeReady(SU);
2383
2384   DEBUG(dbgs() << "Scheduling SU(" << SU->NodeNum << ") " << *SU->getInstr());
2385   return SU;
2386 }
2387
2388 void ConvergingScheduler::reschedulePhysRegCopies(SUnit *SU, bool isTop) {
2389
2390   MachineBasicBlock::iterator InsertPos = SU->getInstr();
2391   if (!isTop)
2392     ++InsertPos;
2393   SmallVectorImpl<SDep> &Deps = isTop ? SU->Preds : SU->Succs;
2394
2395   // Find already scheduled copies with a single physreg dependence and move
2396   // them just above the scheduled instruction.
2397   for (SmallVectorImpl<SDep>::iterator I = Deps.begin(), E = Deps.end();
2398        I != E; ++I) {
2399     if (I->getKind() != SDep::Data || !TRI->isPhysicalRegister(I->getReg()))
2400       continue;
2401     SUnit *DepSU = I->getSUnit();
2402     if (isTop ? DepSU->Succs.size() > 1 : DepSU->Preds.size() > 1)
2403       continue;
2404     MachineInstr *Copy = DepSU->getInstr();
2405     if (!Copy->isCopy())
2406       continue;
2407     DEBUG(dbgs() << "  Rescheduling physreg copy ";
2408           I->getSUnit()->dump(DAG));
2409     DAG->moveInstruction(Copy, InsertPos);
2410   }
2411 }
2412
2413 /// Update the scheduler's state after scheduling a node. This is the same node
2414 /// that was just returned by pickNode(). However, ScheduleDAGMI needs to update
2415 /// it's state based on the current cycle before MachineSchedStrategy does.
2416 ///
2417 /// FIXME: Eventually, we may bundle physreg copies rather than rescheduling
2418 /// them here. See comments in biasPhysRegCopy.
2419 void ConvergingScheduler::schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode) {
2420   if (IsTopNode) {
2421     SU->TopReadyCycle = std::max(SU->TopReadyCycle, Top.CurrCycle);
2422     Top.bumpNode(SU);
2423     if (SU->hasPhysRegUses)
2424       reschedulePhysRegCopies(SU, true);
2425   }
2426   else {
2427     SU->BotReadyCycle = std::max(SU->BotReadyCycle, Bot.CurrCycle);
2428     Bot.bumpNode(SU);
2429     if (SU->hasPhysRegDefs)
2430       reschedulePhysRegCopies(SU, false);
2431   }
2432 }
2433
2434 /// Create the standard converging machine scheduler. This will be used as the
2435 /// default scheduler if the target does not set a default.
2436 static ScheduleDAGInstrs *createConvergingSched(MachineSchedContext *C) {
2437   assert((!ForceTopDown || !ForceBottomUp) &&
2438          "-misched-topdown incompatible with -misched-bottomup");
2439   ScheduleDAGMI *DAG = new ScheduleDAGMI(C, new ConvergingScheduler());
2440   // Register DAG post-processors.
2441   //
2442   // FIXME: extend the mutation API to allow earlier mutations to instantiate
2443   // data and pass it to later mutations. Have a single mutation that gathers
2444   // the interesting nodes in one pass.
2445   DAG->addMutation(new CopyConstrain(DAG->TII, DAG->TRI));
2446   if (EnableLoadCluster)
2447     DAG->addMutation(new LoadClusterMutation(DAG->TII, DAG->TRI));
2448   if (EnableMacroFusion)
2449     DAG->addMutation(new MacroFusion(DAG->TII));
2450   return DAG;
2451 }
2452 static MachineSchedRegistry
2453 ConvergingSchedRegistry("converge", "Standard converging scheduler.",
2454                         createConvergingSched);
2455
2456 //===----------------------------------------------------------------------===//
2457 // ILP Scheduler. Currently for experimental analysis of heuristics.
2458 //===----------------------------------------------------------------------===//
2459
2460 namespace {
2461 /// \brief Order nodes by the ILP metric.
2462 struct ILPOrder {
2463   const SchedDFSResult *DFSResult;
2464   const BitVector *ScheduledTrees;
2465   bool MaximizeILP;
2466
2467   ILPOrder(bool MaxILP): DFSResult(0), ScheduledTrees(0), MaximizeILP(MaxILP) {}
2468
2469   /// \brief Apply a less-than relation on node priority.
2470   ///
2471   /// (Return true if A comes after B in the Q.)
2472   bool operator()(const SUnit *A, const SUnit *B) const {
2473     unsigned SchedTreeA = DFSResult->getSubtreeID(A);
2474     unsigned SchedTreeB = DFSResult->getSubtreeID(B);
2475     if (SchedTreeA != SchedTreeB) {
2476       // Unscheduled trees have lower priority.
2477       if (ScheduledTrees->test(SchedTreeA) != ScheduledTrees->test(SchedTreeB))
2478         return ScheduledTrees->test(SchedTreeB);
2479
2480       // Trees with shallower connections have have lower priority.
2481       if (DFSResult->getSubtreeLevel(SchedTreeA)
2482           != DFSResult->getSubtreeLevel(SchedTreeB)) {
2483         return DFSResult->getSubtreeLevel(SchedTreeA)
2484           < DFSResult->getSubtreeLevel(SchedTreeB);
2485       }
2486     }
2487     if (MaximizeILP)
2488       return DFSResult->getILP(A) < DFSResult->getILP(B);
2489     else
2490       return DFSResult->getILP(A) > DFSResult->getILP(B);
2491   }
2492 };
2493
2494 /// \brief Schedule based on the ILP metric.
2495 class ILPScheduler : public MachineSchedStrategy {
2496   /// In case all subtrees are eventually connected to a common root through
2497   /// data dependence (e.g. reduction), place an upper limit on their size.
2498   ///
2499   /// FIXME: A subtree limit is generally good, but in the situation commented
2500   /// above, where multiple similar subtrees feed a common root, we should
2501   /// only split at a point where the resulting subtrees will be balanced.
2502   /// (a motivating test case must be found).
2503   static const unsigned SubtreeLimit = 16;
2504
2505   ScheduleDAGMI *DAG;
2506   ILPOrder Cmp;
2507
2508   std::vector<SUnit*> ReadyQ;
2509 public:
2510   ILPScheduler(bool MaximizeILP): DAG(0), Cmp(MaximizeILP) {}
2511
2512   virtual void initialize(ScheduleDAGMI *dag) {
2513     DAG = dag;
2514     DAG->computeDFSResult();
2515     Cmp.DFSResult = DAG->getDFSResult();
2516     Cmp.ScheduledTrees = &DAG->getScheduledTrees();
2517     ReadyQ.clear();
2518   }
2519
2520   virtual void registerRoots() {
2521     // Restore the heap in ReadyQ with the updated DFS results.
2522     std::make_heap(ReadyQ.begin(), ReadyQ.end(), Cmp);
2523   }
2524
2525   /// Implement MachineSchedStrategy interface.
2526   /// -----------------------------------------
2527
2528   /// Callback to select the highest priority node from the ready Q.
2529   virtual SUnit *pickNode(bool &IsTopNode) {
2530     if (ReadyQ.empty()) return NULL;
2531     std::pop_heap(ReadyQ.begin(), ReadyQ.end(), Cmp);
2532     SUnit *SU = ReadyQ.back();
2533     ReadyQ.pop_back();
2534     IsTopNode = false;
2535     DEBUG(dbgs() << "Pick node " << "SU(" << SU->NodeNum << ") "
2536           << " ILP: " << DAG->getDFSResult()->getILP(SU)
2537           << " Tree: " << DAG->getDFSResult()->getSubtreeID(SU) << " @"
2538           << DAG->getDFSResult()->getSubtreeLevel(
2539             DAG->getDFSResult()->getSubtreeID(SU)) << '\n'
2540           << "Scheduling " << *SU->getInstr());
2541     return SU;
2542   }
2543
2544   /// \brief Scheduler callback to notify that a new subtree is scheduled.
2545   virtual void scheduleTree(unsigned SubtreeID) {
2546     std::make_heap(ReadyQ.begin(), ReadyQ.end(), Cmp);
2547   }
2548
2549   /// Callback after a node is scheduled. Mark a newly scheduled tree, notify
2550   /// DFSResults, and resort the priority Q.
2551   virtual void schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode) {
2552     assert(!IsTopNode && "SchedDFSResult needs bottom-up");
2553   }
2554
2555   virtual void releaseTopNode(SUnit *) { /*only called for top roots*/ }
2556
2557   virtual void releaseBottomNode(SUnit *SU) {
2558     ReadyQ.push_back(SU);
2559     std::push_heap(ReadyQ.begin(), ReadyQ.end(), Cmp);
2560   }
2561 };
2562 } // namespace
2563
2564 static ScheduleDAGInstrs *createILPMaxScheduler(MachineSchedContext *C) {
2565   return new ScheduleDAGMI(C, new ILPScheduler(true));
2566 }
2567 static ScheduleDAGInstrs *createILPMinScheduler(MachineSchedContext *C) {
2568   return new ScheduleDAGMI(C, new ILPScheduler(false));
2569 }
2570 static MachineSchedRegistry ILPMaxRegistry(
2571   "ilpmax", "Schedule bottom-up for max ILP", createILPMaxScheduler);
2572 static MachineSchedRegistry ILPMinRegistry(
2573   "ilpmin", "Schedule bottom-up for min ILP", createILPMinScheduler);
2574
2575 //===----------------------------------------------------------------------===//
2576 // Machine Instruction Shuffler for Correctness Testing
2577 //===----------------------------------------------------------------------===//
2578
2579 #ifndef NDEBUG
2580 namespace {
2581 /// Apply a less-than relation on the node order, which corresponds to the
2582 /// instruction order prior to scheduling. IsReverse implements greater-than.
2583 template<bool IsReverse>
2584 struct SUnitOrder {
2585   bool operator()(SUnit *A, SUnit *B) const {
2586     if (IsReverse)
2587       return A->NodeNum > B->NodeNum;
2588     else
2589       return A->NodeNum < B->NodeNum;
2590   }
2591 };
2592
2593 /// Reorder instructions as much as possible.
2594 class InstructionShuffler : public MachineSchedStrategy {
2595   bool IsAlternating;
2596   bool IsTopDown;
2597
2598   // Using a less-than relation (SUnitOrder<false>) for the TopQ priority
2599   // gives nodes with a higher number higher priority causing the latest
2600   // instructions to be scheduled first.
2601   PriorityQueue<SUnit*, std::vector<SUnit*>, SUnitOrder<false> >
2602     TopQ;
2603   // When scheduling bottom-up, use greater-than as the queue priority.
2604   PriorityQueue<SUnit*, std::vector<SUnit*>, SUnitOrder<true> >
2605     BottomQ;
2606 public:
2607   InstructionShuffler(bool alternate, bool topdown)
2608     : IsAlternating(alternate), IsTopDown(topdown) {}
2609
2610   virtual void initialize(ScheduleDAGMI *) {
2611     TopQ.clear();
2612     BottomQ.clear();
2613   }
2614
2615   /// Implement MachineSchedStrategy interface.
2616   /// -----------------------------------------
2617
2618   virtual SUnit *pickNode(bool &IsTopNode) {
2619     SUnit *SU;
2620     if (IsTopDown) {
2621       do {
2622         if (TopQ.empty()) return NULL;
2623         SU = TopQ.top();
2624         TopQ.pop();
2625       } while (SU->isScheduled);
2626       IsTopNode = true;
2627     }
2628     else {
2629       do {
2630         if (BottomQ.empty()) return NULL;
2631         SU = BottomQ.top();
2632         BottomQ.pop();
2633       } while (SU->isScheduled);
2634       IsTopNode = false;
2635     }
2636     if (IsAlternating)
2637       IsTopDown = !IsTopDown;
2638     return SU;
2639   }
2640
2641   virtual void schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode) {}
2642
2643   virtual void releaseTopNode(SUnit *SU) {
2644     TopQ.push(SU);
2645   }
2646   virtual void releaseBottomNode(SUnit *SU) {
2647     BottomQ.push(SU);
2648   }
2649 };
2650 } // namespace
2651
2652 static ScheduleDAGInstrs *createInstructionShuffler(MachineSchedContext *C) {
2653   bool Alternate = !ForceTopDown && !ForceBottomUp;
2654   bool TopDown = !ForceBottomUp;
2655   assert((TopDown || !ForceTopDown) &&
2656          "-misched-topdown incompatible with -misched-bottomup");
2657   return new ScheduleDAGMI(C, new InstructionShuffler(Alternate, TopDown));
2658 }
2659 static MachineSchedRegistry ShufflerRegistry(
2660   "shuffle", "Shuffle machine instructions alternating directions",
2661   createInstructionShuffler);
2662 #endif // !NDEBUG
2663
2664 //===----------------------------------------------------------------------===//
2665 // GraphWriter support for ScheduleDAGMI.
2666 //===----------------------------------------------------------------------===//
2667
2668 #ifndef NDEBUG
2669 namespace llvm {
2670
2671 template<> struct GraphTraits<
2672   ScheduleDAGMI*> : public GraphTraits<ScheduleDAG*> {};
2673
2674 template<>
2675 struct DOTGraphTraits<ScheduleDAGMI*> : public DefaultDOTGraphTraits {
2676
2677   DOTGraphTraits (bool isSimple=false) : DefaultDOTGraphTraits(isSimple) {}
2678
2679   static std::string getGraphName(const ScheduleDAG *G) {
2680     return G->MF.getName();
2681   }
2682
2683   static bool renderGraphFromBottomUp() {
2684     return true;
2685   }
2686
2687   static bool isNodeHidden(const SUnit *Node) {
2688     return (Node->NumPreds > 10 || Node->NumSuccs > 10);
2689   }
2690
2691   static bool hasNodeAddressLabel(const SUnit *Node,
2692                                   const ScheduleDAG *Graph) {
2693     return false;
2694   }
2695
2696   /// If you want to override the dot attributes printed for a particular
2697   /// edge, override this method.
2698   static std::string getEdgeAttributes(const SUnit *Node,
2699                                        SUnitIterator EI,
2700                                        const ScheduleDAG *Graph) {
2701     if (EI.isArtificialDep())
2702       return "color=cyan,style=dashed";
2703     if (EI.isCtrlDep())
2704       return "color=blue,style=dashed";
2705     return "";
2706   }
2707
2708   static std::string getNodeLabel(const SUnit *SU, const ScheduleDAG *G) {
2709     std::string Str;
2710     raw_string_ostream SS(Str);
2711     SS << "SU(" << SU->NodeNum << ')';
2712     return SS.str();
2713   }
2714   static std::string getNodeDescription(const SUnit *SU, const ScheduleDAG *G) {
2715     return G->getGraphNodeLabel(SU);
2716   }
2717
2718   static std::string getNodeAttributes(const SUnit *N,
2719                                        const ScheduleDAG *Graph) {
2720     std::string Str("shape=Mrecord");
2721     const SchedDFSResult *DFS =
2722       static_cast<const ScheduleDAGMI*>(Graph)->getDFSResult();
2723     if (DFS) {
2724       Str += ",style=filled,fillcolor=\"#";
2725       Str += DOT::getColorString(DFS->getSubtreeID(N));
2726       Str += '"';
2727     }
2728     return Str;
2729   }
2730 };
2731 } // namespace llvm
2732 #endif // NDEBUG
2733
2734 /// viewGraph - Pop up a ghostview window with the reachable parts of the DAG
2735 /// rendered using 'dot'.
2736 ///
2737 void ScheduleDAGMI::viewGraph(const Twine &Name, const Twine &Title) {
2738 #ifndef NDEBUG
2739   ViewGraph(this, Name, false, Title);
2740 #else
2741   errs() << "ScheduleDAGMI::viewGraph is only available in debug builds on "
2742          << "systems with Graphviz or gv!\n";
2743 #endif  // NDEBUG
2744 }
2745
2746 /// Out-of-line implementation with no arguments is handy for gdb.
2747 void ScheduleDAGMI::viewGraph() {
2748   viewGraph(getDAGName(), "Scheduling-Units Graph for " + getDAGName());
2749 }