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/LiveIntervalAnalysis.h"
  18 #include "llvm/CodeGen/MachineScheduler.h"
  19 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  20 #include "llvm/CodeGen/ScheduleDAGInstrs.h"
  21 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
  22 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  23 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  24 #include "llvm/Support/Debug.h"
  25 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  26 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  27 #include "llvm/ADT/OwningPtr.h"
  28
  29 #include <queue>
  30
  31 using namespace llvm;
  32
  33 #ifndef NDEBUG
  34 static cl::opt<bool> ViewMISchedDAGs("view-misched-dags", cl::Hidden,
  35   cl::desc("Pop up a window to show MISched dags after they are processed"));
  36 #else
  37 static bool ViewMISchedDAGs = false;
  38 #endif // NDEBUG
  39
  40 //===----------------------------------------------------------------------===//
  41 // Machine Instruction Scheduling Pass and Registry
  42 //===----------------------------------------------------------------------===//
  43
  44 namespace {
  45 /// MachineScheduler runs after coalescing and before register allocation.
  46 class MachineScheduler : public MachineSchedContext,
  47                          public MachineFunctionPass {
  48 public:
  49   MachineScheduler();
  50
  51   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
  52
  53   virtual void releaseMemory() {}
  54
  55   virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction&);
  56
  57   virtual void print(raw_ostream &O, const Module* = 0) const;
  58
  59   static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
  60 };
  61 } // namespace
  62
  63 char MachineScheduler::ID = 0;
  64
  65 char &llvm::MachineSchedulerID = MachineScheduler::ID;
  66
  67 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MachineScheduler, "misched",
  68                       "Machine Instruction Scheduler", false, false)
  69 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
  70 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(SlotIndexes)
  71 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LiveIntervals)
  72 INITIALIZE_PASS_END(MachineScheduler, "misched",
  73                     "Machine Instruction Scheduler", false, false)
  74
  75 MachineScheduler::MachineScheduler()
  76 : MachineFunctionPass(ID) {
  77   initializeMachineSchedulerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
  78 }
  79
  80 void MachineScheduler::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  81   AU.setPreservesCFG();
  82   AU.addRequiredID(MachineDominatorsID);
  83   AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
  84   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
  85   AU.addRequired<TargetPassConfig>();
  86   AU.addRequired<SlotIndexes>();
  87   AU.addPreserved<SlotIndexes>();
  88   AU.addRequired<LiveIntervals>();
  89   AU.addPreserved<LiveIntervals>();
  90   MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
  91 }
  92
  93 MachinePassRegistry MachineSchedRegistry::Registry;
  94
  95 /// A dummy default scheduler factory indicates whether the scheduler
  96 /// is overridden on the command line.
  97 static ScheduleDAGInstrs *useDefaultMachineSched(MachineSchedContext *C) {
  98   return 0;
  99 }
 100
 101 /// MachineSchedOpt allows command line selection of the scheduler.
 102 static cl::opt<MachineSchedRegistry::ScheduleDAGCtor, false,
 103                RegisterPassParser<MachineSchedRegistry> >
 104 MachineSchedOpt("misched",
 105                 cl::init(&useDefaultMachineSched), cl::Hidden,
 106                 cl::desc("Machine instruction scheduler to use"));
 107
 108 static MachineSchedRegistry
 109 SchedDefaultRegistry("default", "Use the target's default scheduler choice.",
 110                      useDefaultMachineSched);
 111
 112 /// Forward declare the common machine scheduler. This will be used as the
 113 /// default scheduler if the target does not set a default.
 114 static ScheduleDAGInstrs *createCommonMachineSched(MachineSchedContext *C);
 115
 116 bool MachineScheduler::runOnMachineFunction(MachineFunction &mf) {
 117   // Initialize the context of the pass.
 118   MF = &mf;
 119   MLI = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
 120   MDT = &getAnalysis<MachineDominatorTree>();
 121   PassConfig = &getAnalysis<TargetPassConfig>();
 122   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
 123
 124   LIS = &getAnalysis<LiveIntervals>();
 125   const TargetInstrInfo *TII = MF->getTarget().getInstrInfo();
 126
 127   // Select the scheduler, or set the default.
 128   MachineSchedRegistry::ScheduleDAGCtor Ctor = MachineSchedOpt;
 129   if (Ctor == useDefaultMachineSched) {
 130     // Get the default scheduler set by the target.
 131     Ctor = MachineSchedRegistry::getDefault();
 132     if (!Ctor) {
 133       Ctor = createCommonMachineSched;
 134       MachineSchedRegistry::setDefault(Ctor);
 135     }
 136   }
 137   // Instantiate the selected scheduler.
 138   OwningPtr<ScheduleDAGInstrs> Scheduler(Ctor(this));
 139
 140   // Visit all machine basic blocks.
 141   for (MachineFunction::iterator MBB = MF->begin(), MBBEnd = MF->end();
 142        MBB != MBBEnd; ++MBB) {
 143
 144     // Break the block into scheduling regions [I, RegionEnd), and schedule each
 145     // region as soon as it is discovered.
 146     unsigned RemainingCount = MBB->size();
 147     for(MachineBasicBlock::iterator RegionEnd = MBB->end();
 148         RegionEnd != MBB->begin();) {
 149       Scheduler->startBlock(MBB);
 150       // The next region starts above the previous region. Look backward in the
 151       // instruction stream until we find the nearest boundary.
 152       MachineBasicBlock::iterator I = RegionEnd;
 153       for(;I != MBB->begin(); --I, --RemainingCount) {
 154         if (TII->isSchedulingBoundary(llvm::prior(I), MBB, *MF))
 155           break;
 156       }
 157       // Notify the scheduler of the region, even if we may skip scheduling
 158       // it. Perhaps it still needs to be bundled.
 159       Scheduler->enterRegion(MBB, I, RegionEnd, RemainingCount);
 160
 161       // Skip empty scheduling regions (0 or 1 schedulable instructions).
 162       if (I == RegionEnd || I == llvm::prior(RegionEnd)) {
 163         RegionEnd = llvm::prior(RegionEnd);
 164         if (I != RegionEnd)
 165           --RemainingCount;
 166         // Close the current region. Bundle the terminator if needed.
 167         Scheduler->exitRegion();
 168         continue;
 169       }
 170       DEBUG(dbgs() << "MachineScheduling " << MF->getFunction()->getName()
 171             << ":BB#" << MBB->getNumber() << "\n  From: " << *I << "    To: ";
 172             if (RegionEnd != MBB->end()) dbgs() << *RegionEnd;
 173             else dbgs() << "End";
 174             dbgs() << " Remaining: " << RemainingCount << "\n");
 175
 176       // Schedule a region: possibly reorder instructions.
 177       Scheduler->schedule();
 178
 179       // Close the current region.
 180       Scheduler->exitRegion();
 181
 182       // Scheduling has invalidated the current iterator 'I'. Ask the
 183       // scheduler for the top of it's scheduled region.
 184       RegionEnd = Scheduler->begin();
 185     }
 186     assert(RemainingCount == 0 && "Instruction count mismatch!");
 187     Scheduler->finishBlock();
 188   }
 189   return true;
 190 }
 191
 192 void MachineScheduler::print(raw_ostream &O, const Module* m) const {
 193   // unimplemented
 194 }
 195
 196 //===----------------------------------------------------------------------===//
 197 // ScheduleTopeDownLive - Base class for basic top-down scheduling with
 198 // LiveIntervals preservation.
 199 // ===----------------------------------------------------------------------===//
 200
 201 namespace {
 202 /// ScheduleTopDownLive is an implementation of ScheduleDAGInstrs that schedules
 203 /// machine instructions while updating LiveIntervals.
 204 class ScheduleTopDownLive : public ScheduleDAGInstrs {
 205   AliasAnalysis *AA;
 206 public:
 207   ScheduleTopDownLive(MachineSchedContext *C):
 208     ScheduleDAGInstrs(*C->MF, *C->MLI, *C->MDT, /*IsPostRA=*/false, C->LIS),
 209     AA(C->AA) {}
 210
 211   /// ScheduleDAGInstrs interface.
 212   void schedule();
 213
 214   /// Interface implemented by the selected top-down liveinterval scheduler.
 215   ///
 216   /// Pick the next node to schedule, or return NULL.
 217   virtual SUnit *pickNode() = 0;
 218
 219   /// When all preceeding dependencies have been resolved, free this node for
 220   /// scheduling.
 221   virtual void releaseNode(SUnit *SU) = 0;
 222
 223 protected:
 224   void releaseSucc(SUnit *SU, SDep *SuccEdge);
 225   void releaseSuccessors(SUnit *SU);
 226 };
 227 } // namespace
 228
 229 /// ReleaseSucc - Decrement the NumPredsLeft count of a successor. When
 230 /// NumPredsLeft reaches zero, release the successor node.
 231 void ScheduleTopDownLive::releaseSucc(SUnit *SU, SDep *SuccEdge) {
 232   SUnit *SuccSU = SuccEdge->getSUnit();
 233
 234 #ifndef NDEBUG
 235   if (SuccSU->NumPredsLeft == 0) {
 236     dbgs() << "*** Scheduling failed! ***\n";
 237     SuccSU->dump(this);
 238     dbgs() << " has been released too many times!\n";
 239     llvm_unreachable(0);
 240   }
 241 #endif
 242   --SuccSU->NumPredsLeft;
 243   if (SuccSU->NumPredsLeft == 0 && SuccSU != &ExitSU)
 244     releaseNode(SuccSU);
 245 }
 246
 247 /// releaseSuccessors - Call releaseSucc on each of SU's successors.
 248 void ScheduleTopDownLive::releaseSuccessors(SUnit *SU) {
 249   for (SUnit::succ_iterator I = SU->Succs.begin(), E = SU->Succs.end();
 250        I != E; ++I) {
 251     releaseSucc(SU, &*I);
 252   }
 253 }
 254
 255 /// schedule - This is called back from ScheduleDAGInstrs::Run() when it's
 256 /// time to do some work.
 257 void ScheduleTopDownLive::schedule() {
 258   buildSchedGraph(AA);
 259
 260   DEBUG(dbgs() << "********** MI Scheduling **********\n");
 261   DEBUG(for (unsigned su = 0, e = SUnits.size(); su != e; ++su)
 262           SUnits[su].dumpAll(this));
 263
 264   if (ViewMISchedDAGs) viewGraph();
 265
 266   // Release any successors of the special Entry node. It is currently unused,
 267   // but we keep up appearances.
 268   releaseSuccessors(&EntrySU);
 269
 270   // Release all DAG roots for scheduling.
 271   for (std::vector<SUnit>::iterator I = SUnits.begin(), E = SUnits.end();
 272        I != E; ++I) {
 273     // A SUnit is ready to schedule if it has no predecessors.
 274     if (I->Preds.empty())
 275       releaseNode(&(*I));
 276   }
 277
 278   MachineBasicBlock::iterator InsertPos = Begin;
 279   while (SUnit *SU = pickNode()) {
 280     DEBUG(dbgs() << "*** Scheduling Instruction:\n"; SU->dump(this));
 281
 282     // Move the instruction to its new location in the instruction stream.
 283     MachineInstr *MI = SU->getInstr();
 284     if (&*InsertPos == MI)
 285       ++InsertPos;
 286     else {
 287       BB->splice(InsertPos, BB, MI);
 288       LIS->handleMove(MI);
 289       if (Begin == InsertPos)
 290         Begin = MI;
 291     }
 292
 293     // Release dependent instructions for scheduling.
 294     releaseSuccessors(SU);
 295   }
 296 }
 297
 298 //===----------------------------------------------------------------------===//
 299 // Placeholder for the default machine instruction scheduler.
 300 //===----------------------------------------------------------------------===//
 301
 302 namespace {
 303 class CommonMachineScheduler : public ScheduleDAGInstrs {
 304   AliasAnalysis *AA;
 305 public:
 306   CommonMachineScheduler(MachineSchedContext *C):
 307     ScheduleDAGInstrs(*C->MF, *C->MLI, *C->MDT, /*IsPostRA=*/false, C->LIS),
 308     AA(C->AA) {}
 309
 310   /// schedule - This is called back from ScheduleDAGInstrs::Run() when it's
 311   /// time to do some work.
 312   void schedule();
 313 };
 314 } // namespace
 315
 316 /// The common machine scheduler will be used as the default scheduler if the
 317 /// target does not set a default.
 318 static ScheduleDAGInstrs *createCommonMachineSched(MachineSchedContext *C) {
 319   return new CommonMachineScheduler(C);
 320 }
 321 static MachineSchedRegistry
 322 SchedCommonRegistry("common", "Use the target's default scheduler choice.",
 323                      createCommonMachineSched);
 324
 325 /// Schedule - This is called back from ScheduleDAGInstrs::Run() when it's
 326 /// time to do some work.
 327 void CommonMachineScheduler::schedule() {
 328   buildSchedGraph(AA);
 329
 330   DEBUG(dbgs() << "********** MI Scheduling **********\n");
 331   DEBUG(for (unsigned su = 0, e = SUnits.size(); su != e; ++su)
 332           SUnits[su].dumpAll(this));
 333
 334   // TODO: Put interesting things here.
 335   //
 336   // When this is fully implemented, it will become a subclass of
 337   // ScheduleTopDownLive. So this driver will disappear.
 338 }
 339
 340 //===----------------------------------------------------------------------===//
 341 // Machine Instruction Shuffler for Correctness Testing
 342 //===----------------------------------------------------------------------===//
 343
 344 #ifndef NDEBUG
 345 namespace {
 346 // Nodes with a higher number have higher priority. This way we attempt to
 347 // schedule the latest instructions earliest.
 348 //
 349 // TODO: Relies on the property of the BuildSchedGraph that results in SUnits
 350 // being ordered in sequence top-down.
 351 struct ShuffleSUnitOrder {
 352   bool operator()(SUnit *A, SUnit *B) const {
 353     return A->NodeNum < B->NodeNum;
 354   }
 355 };
 356
 357 /// Reorder instructions as much as possible.
 358 class InstructionShuffler : public ScheduleTopDownLive {
 359   std::priority_queue<SUnit*, std::vector<SUnit*>, ShuffleSUnitOrder> Queue;
 360 public:
 361   InstructionShuffler(MachineSchedContext *C):
 362     ScheduleTopDownLive(C) {}
 363
 364   /// ScheduleTopDownLive Interface
 365
 366   virtual SUnit *pickNode() {
 367     if (Queue.empty()) return NULL;
 368     SUnit *SU = Queue.top();
 369     Queue.pop();
 370     return SU;
 371   }
 372
 373   virtual void releaseNode(SUnit *SU) {
 374     Queue.push(SU);
 375   }
 376 };
 377 } // namespace
 378
 379 static ScheduleDAGInstrs *createInstructionShuffler(MachineSchedContext *C) {
 380   return new InstructionShuffler(C);
 381 }
 382 static MachineSchedRegistry ShufflerRegistry("shuffle",
 383                                              "Shuffle machine instructions",
 384                                              createInstructionShuffler);
 385 #endif // !NDEBUG