MI Sched fix: assert "Disconnected LRG within the scheduling region."
[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->dump());
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->dump());
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 the prior global segment may be defined by the same two-address
1021     // instruction that also defines LocalLI, then can't make a hole here.
1022     if (SlotIndex::isSameInstr(llvm::prior(GlobalSegment)->start,
1023                                LocalLI->beginIndex())) {
1024       return;
1025     }
1026     // If GlobalLI has a prior segment, it must be live into the EBB. Otherwise
1027     // it would be a disconnected component in the live range.
1028     assert(llvm::prior(GlobalSegment)->start < LocalLI->beginIndex() &&
1029            "Disconnected LRG within the scheduling region.");
1030   }
1031   MachineInstr *GlobalDef = LIS->getInstructionFromIndex(GlobalSegment->start);
1032   if (!GlobalDef)
1033     return;
1034
1035   SUnit *GlobalSU = DAG->getSUnit(GlobalDef);
1036   if (!GlobalSU)
1037     return;
1038
1039   // GlobalDef is the bottom of the GlobalLI hole. Open the hole by
1040   // constraining the uses of the last local def to precede GlobalDef.
1041   SmallVector<SUnit*,8> LocalUses;
1042   const VNInfo *LastLocalVN = LocalLI->getVNInfoBefore(LocalLI->endIndex());
1043   MachineInstr *LastLocalDef = LIS->getInstructionFromIndex(LastLocalVN->def);
1044   SUnit *LastLocalSU = DAG->getSUnit(LastLocalDef);
1045   for (SUnit::const_succ_iterator
1046          I = LastLocalSU->Succs.begin(), E = LastLocalSU->Succs.end();
1047        I != E; ++I) {
1048     if (I->getKind() != SDep::Data || I->getReg() != LocalReg)
1049       continue;
1050     if (I->getSUnit() == GlobalSU)
1051       continue;
1052     if (!DAG->canAddEdge(GlobalSU, I->getSUnit()))
1053       return;
1054     LocalUses.push_back(I->getSUnit());
1055   }
1056   // Open the top of the GlobalLI hole by constraining any earlier global uses
1057   // to precede the start of LocalLI.
1058   SmallVector<SUnit*,8> GlobalUses;
1059   MachineInstr *FirstLocalDef =
1060     LIS->getInstructionFromIndex(LocalLI->beginIndex());
1061   SUnit *FirstLocalSU = DAG->getSUnit(FirstLocalDef);
1062   for (SUnit::const_pred_iterator
1063          I = GlobalSU->Preds.begin(), E = GlobalSU->Preds.end(); I != E; ++I) {
1064     if (I->getKind() != SDep::Anti || I->getReg() != GlobalReg)
1065       continue;
1066     if (I->getSUnit() == FirstLocalSU)
1067       continue;
1068     if (!DAG->canAddEdge(FirstLocalSU, I->getSUnit()))
1069       return;
1070     GlobalUses.push_back(I->getSUnit());
1071   }
1072   DEBUG(dbgs() << "Constraining copy SU(" << CopySU->NodeNum << ")\n");
1073   // Add the weak edges.
1074   for (SmallVectorImpl<SUnit*>::const_iterator
1075          I = LocalUses.begin(), E = LocalUses.end(); I != E; ++I) {
1076     DEBUG(dbgs() << "  Local use SU(" << (*I)->NodeNum << ") -> SU("
1077           << GlobalSU->NodeNum << ")\n");
1078     DAG->addEdge(GlobalSU, SDep(*I, SDep::Weak));
1079   }
1080   for (SmallVectorImpl<SUnit*>::const_iterator
1081          I = GlobalUses.begin(), E = GlobalUses.end(); I != E; ++I) {
1082     DEBUG(dbgs() << "  Global use SU(" << (*I)->NodeNum << ") -> SU("
1083           << FirstLocalSU->NodeNum << ")\n");
1084     DAG->addEdge(FirstLocalSU, SDep(*I, SDep::Weak));
1085   }
1086 }
1087
1088 /// \brief Callback from DAG postProcessing to create weak edges to encourage
1089 /// copy elimination.
1090 void CopyConstrain::apply(ScheduleDAGMI *DAG) {
1091   MachineBasicBlock::iterator FirstPos = nextIfDebug(DAG->begin(), DAG->end());
1092   if (FirstPos == DAG->end())
1093     return;
1094   RegionBeginIdx = DAG->getLIS()->getInstructionIndex(&*FirstPos);
1095   RegionEndIdx = DAG->getLIS()->getInstructionIndex(
1096     &*priorNonDebug(DAG->end(), DAG->begin()));
1097
1098   for (unsigned Idx = 0, End = DAG->SUnits.size(); Idx != End; ++Idx) {
1099     SUnit *SU = &DAG->SUnits[Idx];
1100     if (!SU->getInstr()->isCopy())
1101       continue;
1102
1103     constrainLocalCopy(SU, DAG);
1104   }
1105 }
1106
1107 //===----------------------------------------------------------------------===//
1108 // ConvergingScheduler - Implementation of the generic MachineSchedStrategy.
1109 //===----------------------------------------------------------------------===//
1110
1111 namespace {
1112 /// ConvergingScheduler shrinks the unscheduled zone using heuristics to balance
1113 /// the schedule.
1114 class ConvergingScheduler : public MachineSchedStrategy {
1115 public:
1116   /// Represent the type of SchedCandidate found within a single queue.
1117   /// pickNodeBidirectional depends on these listed by decreasing priority.
1118   enum CandReason {
1119     NoCand, PhysRegCopy, RegExcess, RegCritical, Cluster, Weak, RegMax,
1120     ResourceReduce, ResourceDemand, BotHeightReduce, BotPathReduce,
1121     TopDepthReduce, TopPathReduce, NextDefUse, NodeOrder};
1122
1123 #ifndef NDEBUG
1124   static const char *getReasonStr(ConvergingScheduler::CandReason Reason);
1125 #endif
1126
1127   /// Policy for scheduling the next instruction in the candidate's zone.
1128   struct CandPolicy {
1129     bool ReduceLatency;
1130     unsigned ReduceResIdx;
1131     unsigned DemandResIdx;
1132
1133     CandPolicy(): ReduceLatency(false), ReduceResIdx(0), DemandResIdx(0) {}
1134   };
1135
1136   /// Status of an instruction's critical resource consumption.
1137   struct SchedResourceDelta {
1138     // Count critical resources in the scheduled region required by SU.
1139     unsigned CritResources;
1140
1141     // Count critical resources from another region consumed by SU.
1142     unsigned DemandedResources;
1143
1144     SchedResourceDelta(): CritResources(0), DemandedResources(0) {}
1145
1146     bool operator==(const SchedResourceDelta &RHS) const {
1147       return CritResources == RHS.CritResources
1148         && DemandedResources == RHS.DemandedResources;
1149     }
1150     bool operator!=(const SchedResourceDelta &RHS) const {
1151       return !operator==(RHS);
1152     }
1153   };
1154
1155   /// Store the state used by ConvergingScheduler heuristics, required for the
1156   /// lifetime of one invocation of pickNode().
1157   struct SchedCandidate {
1158     CandPolicy Policy;
1159
1160     // The best SUnit candidate.
1161     SUnit *SU;
1162
1163     // The reason for this candidate.
1164     CandReason Reason;
1165
1166     // Set of reasons that apply to multiple candidates.
1167     uint32_t RepeatReasonSet;
1168
1169     // Register pressure values for the best candidate.
1170     RegPressureDelta RPDelta;
1171
1172     // Critical resource consumption of the best candidate.
1173     SchedResourceDelta ResDelta;
1174
1175     SchedCandidate(const CandPolicy &policy)
1176       : Policy(policy), SU(NULL), Reason(NoCand), RepeatReasonSet(0) {}
1177
1178     bool isValid() const { return SU; }
1179
1180     // Copy the status of another candidate without changing policy.
1181     void setBest(SchedCandidate &Best) {
1182       assert(Best.Reason != NoCand && "uninitialized Sched candidate");
1183       SU = Best.SU;
1184       Reason = Best.Reason;
1185       RPDelta = Best.RPDelta;
1186       ResDelta = Best.ResDelta;
1187     }
1188
1189     bool isRepeat(CandReason R) { return RepeatReasonSet & (1 << R); }
1190     void setRepeat(CandReason R) { RepeatReasonSet |= (1 << R); }
1191
1192     void initResourceDelta(const ScheduleDAGMI *DAG,
1193                            const TargetSchedModel *SchedModel);
1194   };
1195
1196   /// Summarize the unscheduled region.
1197   struct SchedRemainder {
1198     // Critical path through the DAG in expected latency.
1199     unsigned CriticalPath;
1200
1201     // Scaled count of micro-ops left to schedule.
1202     unsigned RemIssueCount;
1203
1204     // Unscheduled resources
1205     SmallVector<unsigned, 16> RemainingCounts;
1206
1207     void reset() {
1208       CriticalPath = 0;
1209       RemIssueCount = 0;
1210       RemainingCounts.clear();
1211     }
1212
1213     SchedRemainder() { reset(); }
1214
1215     void init(ScheduleDAGMI *DAG, const TargetSchedModel *SchedModel);
1216   };
1217
1218   /// Each Scheduling boundary is associated with ready queues. It tracks the
1219   /// current cycle in the direction of movement, and maintains the state
1220   /// of "hazards" and other interlocks at the current cycle.
1221   struct SchedBoundary {
1222     ScheduleDAGMI *DAG;
1223     const TargetSchedModel *SchedModel;
1224     SchedRemainder *Rem;
1225
1226     ReadyQueue Available;
1227     ReadyQueue Pending;
1228     bool CheckPending;
1229
1230     // For heuristics, keep a list of the nodes that immediately depend on the
1231     // most recently scheduled node.
1232     SmallPtrSet<const SUnit*, 8> NextSUs;
1233
1234     ScheduleHazardRecognizer *HazardRec;
1235
1236     /// Number of cycles it takes to issue the instructions scheduled in this
1237     /// zone. It is defined as: scheduled-micro-ops / issue-width + stalls.
1238     /// See getStalls().
1239     unsigned CurrCycle;
1240
1241     /// Micro-ops issued in the current cycle
1242     unsigned CurrMOps;
1243
1244     /// MinReadyCycle - Cycle of the soonest available instruction.
1245     unsigned MinReadyCycle;
1246
1247     // The expected latency of the critical path in this scheduled zone.
1248     unsigned ExpectedLatency;
1249
1250     // The latency of dependence chains leading into this zone.
1251     // For each node scheduled top-down: DLat = max DLat, N.Depth.
1252     // For each cycle scheduled: DLat -= 1.
1253     unsigned DependentLatency;
1254
1255     /// Count the scheduled (issued) micro-ops that can be retired by
1256     /// time=CurrCycle assuming the first scheduled instr is retired at time=0.
1257     unsigned RetiredMOps;
1258
1259     // Count scheduled resources that have been executed. Resources are
1260     // considered executed if they become ready in the time that it takes to
1261     // saturate any resource including the one in question. Counts are scaled
1262     // for direct comparison with other resources. Counts can be compared with
1263     // MOps * getMicroOpFactor and Latency * getLatencyFactor.
1264     SmallVector<unsigned, 16> ExecutedResCounts;
1265
1266     /// Cache the max count for a single resource.
1267     unsigned MaxExecutedResCount;
1268
1269     // Cache the critical resources ID in this scheduled zone.
1270     unsigned ZoneCritResIdx;
1271
1272     // Is the scheduled region resource limited vs. latency limited.
1273     bool IsResourceLimited;
1274
1275 #ifndef NDEBUG
1276     // Remember the greatest operand latency as an upper bound on the number of
1277     // times we should retry the pending queue because of a hazard.
1278     unsigned MaxObservedLatency;
1279 #endif
1280
1281     void reset() {
1282       // A new HazardRec is created for each DAG and owned by SchedBoundary.
1283       delete HazardRec;
1284
1285       Available.clear();
1286       Pending.clear();
1287       CheckPending = false;
1288       NextSUs.clear();
1289       HazardRec = 0;
1290       CurrCycle = 0;
1291       CurrMOps = 0;
1292       MinReadyCycle = UINT_MAX;
1293       ExpectedLatency = 0;
1294       DependentLatency = 0;
1295       RetiredMOps = 0;
1296       MaxExecutedResCount = 0;
1297       ZoneCritResIdx = 0;
1298       IsResourceLimited = false;
1299 #ifndef NDEBUG
1300       MaxObservedLatency = 0;
1301 #endif
1302       // Reserve a zero-count for invalid CritResIdx.
1303       ExecutedResCounts.resize(1);
1304       assert(!ExecutedResCounts[0] && "nonzero count for bad resource");
1305     }
1306
1307     /// Pending queues extend the ready queues with the same ID and the
1308     /// PendingFlag set.
1309     SchedBoundary(unsigned ID, const Twine &Name):
1310       DAG(0), SchedModel(0), Rem(0), Available(ID, Name+".A"),
1311       Pending(ID << ConvergingScheduler::LogMaxQID, Name+".P"),
1312       HazardRec(0) {
1313       reset();
1314     }
1315
1316     ~SchedBoundary() { delete HazardRec; }
1317
1318     void init(ScheduleDAGMI *dag, const TargetSchedModel *smodel,
1319               SchedRemainder *rem);
1320
1321     bool isTop() const {
1322       return Available.getID() == ConvergingScheduler::TopQID;
1323     }
1324
1325 #ifndef NDEBUG
1326     const char *getResourceName(unsigned PIdx) {
1327       if (!PIdx)
1328         return "MOps";
1329       return SchedModel->getProcResource(PIdx)->Name;
1330     }
1331 #endif
1332
1333     /// Get the number of latency cycles "covered" by the scheduled
1334     /// instructions. This is the larger of the critical path within the zone
1335     /// and the number of cycles required to issue the instructions.
1336     unsigned getScheduledLatency() const {
1337       return std::max(ExpectedLatency, CurrCycle);
1338     }
1339
1340     unsigned getUnscheduledLatency(SUnit *SU) const {
1341       return isTop() ? SU->getHeight() : SU->getDepth();
1342     }
1343
1344     unsigned getResourceCount(unsigned ResIdx) const {
1345       return ExecutedResCounts[ResIdx];
1346     }
1347
1348     /// Get the scaled count of scheduled micro-ops and resources, including
1349     /// executed resources.
1350     unsigned getCriticalCount() const {
1351       if (!ZoneCritResIdx)
1352         return RetiredMOps * SchedModel->getMicroOpFactor();
1353       return getResourceCount(ZoneCritResIdx);
1354     }
1355
1356     /// Get a scaled count for the minimum execution time of the scheduled
1357     /// micro-ops that are ready to execute by getExecutedCount. Notice the
1358     /// feedback loop.
1359     unsigned getExecutedCount() const {
1360       return std::max(CurrCycle * SchedModel->getLatencyFactor(),
1361                       MaxExecutedResCount);
1362     }
1363
1364     bool checkHazard(SUnit *SU);
1365
1366     unsigned findMaxLatency(ArrayRef<SUnit*> ReadySUs);
1367
1368     unsigned getOtherResourceCount(unsigned &OtherCritIdx);
1369
1370     void setPolicy(CandPolicy &Policy, SchedBoundary &OtherZone);
1371
1372     void releaseNode(SUnit *SU, unsigned ReadyCycle);
1373
1374     void bumpCycle(unsigned NextCycle);
1375
1376     void incExecutedResources(unsigned PIdx, unsigned Count);
1377
1378     unsigned countResource(unsigned PIdx, unsigned Cycles, unsigned ReadyCycle);
1379
1380     void bumpNode(SUnit *SU);
1381
1382     void releasePending();
1383
1384     void removeReady(SUnit *SU);
1385
1386     SUnit *pickOnlyChoice();
1387
1388 #ifndef NDEBUG
1389     void dumpScheduledState();
1390 #endif
1391   };
1392
1393 private:
1394   ScheduleDAGMI *DAG;
1395   const TargetSchedModel *SchedModel;
1396   const TargetRegisterInfo *TRI;
1397
1398   // State of the top and bottom scheduled instruction boundaries.
1399   SchedRemainder Rem;
1400   SchedBoundary Top;
1401   SchedBoundary Bot;
1402
1403 public:
1404   /// SUnit::NodeQueueId: 0 (none), 1 (top), 2 (bot), 3 (both)
1405   enum {
1406     TopQID = 1,
1407     BotQID = 2,
1408     LogMaxQID = 2
1409   };
1410
1411   ConvergingScheduler():
1412     DAG(0), SchedModel(0), TRI(0), Top(TopQID, "TopQ"), Bot(BotQID, "BotQ") {}
1413
1414   virtual void initialize(ScheduleDAGMI *dag);
1415
1416   virtual SUnit *pickNode(bool &IsTopNode);
1417
1418   virtual void schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode);
1419
1420   virtual void releaseTopNode(SUnit *SU);
1421
1422   virtual void releaseBottomNode(SUnit *SU);
1423
1424   virtual void registerRoots();
1425
1426 protected:
1427   void tryCandidate(SchedCandidate &Cand,
1428                     SchedCandidate &TryCand,
1429                     SchedBoundary &Zone,
1430                     const RegPressureTracker &RPTracker,
1431                     RegPressureTracker &TempTracker);
1432
1433   SUnit *pickNodeBidirectional(bool &IsTopNode);
1434
1435   void pickNodeFromQueue(SchedBoundary &Zone,
1436                          const RegPressureTracker &RPTracker,
1437                          SchedCandidate &Candidate);
1438
1439   void reschedulePhysRegCopies(SUnit *SU, bool isTop);
1440
1441 #ifndef NDEBUG
1442   void traceCandidate(const SchedCandidate &Cand);
1443 #endif
1444 };
1445 } // namespace
1446
1447 void ConvergingScheduler::SchedRemainder::
1448 init(ScheduleDAGMI *DAG, const TargetSchedModel *SchedModel) {
1449   reset();
1450   if (!SchedModel->hasInstrSchedModel())
1451     return;
1452   RemainingCounts.resize(SchedModel->getNumProcResourceKinds());
1453   for (std::vector<SUnit>::iterator
1454          I = DAG->SUnits.begin(), E = DAG->SUnits.end(); I != E; ++I) {
1455     const MCSchedClassDesc *SC = DAG->getSchedClass(&*I);
1456     RemIssueCount += SchedModel->getNumMicroOps(I->getInstr(), SC)
1457       * SchedModel->getMicroOpFactor();
1458     for (TargetSchedModel::ProcResIter
1459            PI = SchedModel->getWriteProcResBegin(SC),
1460            PE = SchedModel->getWriteProcResEnd(SC); PI != PE; ++PI) {
1461       unsigned PIdx = PI->ProcResourceIdx;
1462       unsigned Factor = SchedModel->getResourceFactor(PIdx);
1463       RemainingCounts[PIdx] += (Factor * PI->Cycles);
1464     }
1465   }
1466 }
1467
1468 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::
1469 init(ScheduleDAGMI *dag, const TargetSchedModel *smodel, SchedRemainder *rem) {
1470   reset();
1471   DAG = dag;
1472   SchedModel = smodel;
1473   Rem = rem;
1474   if (SchedModel->hasInstrSchedModel())
1475     ExecutedResCounts.resize(SchedModel->getNumProcResourceKinds());
1476 }
1477
1478 void ConvergingScheduler::initialize(ScheduleDAGMI *dag) {
1479   DAG = dag;
1480   SchedModel = DAG->getSchedModel();
1481   TRI = DAG->TRI;
1482
1483   Rem.init(DAG, SchedModel);
1484   Top.init(DAG, SchedModel, &Rem);
1485   Bot.init(DAG, SchedModel, &Rem);
1486
1487   // Initialize resource counts.
1488
1489   // Initialize the HazardRecognizers. If itineraries don't exist, are empty, or
1490   // are disabled, then these HazardRecs will be disabled.
1491   const InstrItineraryData *Itin = SchedModel->getInstrItineraries();
1492   const TargetMachine &TM = DAG->MF.getTarget();
1493   Top.HazardRec = TM.getInstrInfo()->CreateTargetMIHazardRecognizer(Itin, DAG);
1494   Bot.HazardRec = TM.getInstrInfo()->CreateTargetMIHazardRecognizer(Itin, DAG);
1495
1496   assert((!ForceTopDown || !ForceBottomUp) &&
1497          "-misched-topdown incompatible with -misched-bottomup");
1498 }
1499
1500 void ConvergingScheduler::releaseTopNode(SUnit *SU) {
1501   if (SU->isScheduled)
1502     return;
1503
1504   for (SUnit::pred_iterator I = SU->Preds.begin(), E = SU->Preds.end();
1505        I != E; ++I) {
1506     if (I->isWeak())
1507       continue;
1508     unsigned PredReadyCycle = I->getSUnit()->TopReadyCycle;
1509     unsigned Latency = I->getLatency();
1510 #ifndef NDEBUG
1511     Top.MaxObservedLatency = std::max(Latency, Top.MaxObservedLatency);
1512 #endif
1513     if (SU->TopReadyCycle < PredReadyCycle + Latency)
1514       SU->TopReadyCycle = PredReadyCycle + Latency;
1515   }
1516   Top.releaseNode(SU, SU->TopReadyCycle);
1517 }
1518
1519 void ConvergingScheduler::releaseBottomNode(SUnit *SU) {
1520   if (SU->isScheduled)
1521     return;
1522
1523   assert(SU->getInstr() && "Scheduled SUnit must have instr");
1524
1525   for (SUnit::succ_iterator I = SU->Succs.begin(), E = SU->Succs.end();
1526        I != E; ++I) {
1527     if (I->isWeak())
1528       continue;
1529     unsigned SuccReadyCycle = I->getSUnit()->BotReadyCycle;
1530     unsigned Latency = I->getLatency();
1531 #ifndef NDEBUG
1532     Bot.MaxObservedLatency = std::max(Latency, Bot.MaxObservedLatency);
1533 #endif
1534     if (SU->BotReadyCycle < SuccReadyCycle + Latency)
1535       SU->BotReadyCycle = SuccReadyCycle + Latency;
1536   }
1537   Bot.releaseNode(SU, SU->BotReadyCycle);
1538 }
1539
1540 void ConvergingScheduler::registerRoots() {
1541   Rem.CriticalPath = DAG->ExitSU.getDepth();
1542   // Some roots may not feed into ExitSU. Check all of them in case.
1543   for (std::vector<SUnit*>::const_iterator
1544          I = Bot.Available.begin(), E = Bot.Available.end(); I != E; ++I) {
1545     if ((*I)->getDepth() > Rem.CriticalPath)
1546       Rem.CriticalPath = (*I)->getDepth();
1547   }
1548   DEBUG(dbgs() << "Critical Path: " << Rem.CriticalPath << '\n');
1549 }
1550
1551 /// Does this SU have a hazard within the current instruction group.
1552 ///
1553 /// The scheduler supports two modes of hazard recognition. The first is the
1554 /// ScheduleHazardRecognizer API. It is a fully general hazard recognizer that
1555 /// supports highly complicated in-order reservation tables
1556 /// (ScoreboardHazardRecognizer) and arbitraty target-specific logic.
1557 ///
1558 /// The second is a streamlined mechanism that checks for hazards based on
1559 /// simple counters that the scheduler itself maintains. It explicitly checks
1560 /// for instruction dispatch limitations, including the number of micro-ops that
1561 /// can dispatch per cycle.
1562 ///
1563 /// TODO: Also check whether the SU must start a new group.
1564 bool ConvergingScheduler::SchedBoundary::checkHazard(SUnit *SU) {
1565   if (HazardRec->isEnabled())
1566     return HazardRec->getHazardType(SU) != ScheduleHazardRecognizer::NoHazard;
1567
1568   unsigned uops = SchedModel->getNumMicroOps(SU->getInstr());
1569   if ((CurrMOps > 0) && (CurrMOps + uops > SchedModel->getIssueWidth())) {
1570     DEBUG(dbgs() << "  SU(" << SU->NodeNum << ") uops="
1571           << SchedModel->getNumMicroOps(SU->getInstr()) << '\n');
1572     return true;
1573   }
1574   return false;
1575 }
1576
1577 // Find the unscheduled node in ReadySUs with the highest latency.
1578 unsigned ConvergingScheduler::SchedBoundary::
1579 findMaxLatency(ArrayRef<SUnit*> ReadySUs) {
1580   SUnit *LateSU = 0;
1581   unsigned RemLatency = 0;
1582   for (ArrayRef<SUnit*>::iterator I = ReadySUs.begin(), E = ReadySUs.end();
1583        I != E; ++I) {
1584     unsigned L = getUnscheduledLatency(*I);
1585     if (L > RemLatency) {
1586       RemLatency = L;
1587       LateSU = *I;
1588     }
1589   }
1590   if (LateSU) {
1591     DEBUG(dbgs() << Available.getName() << " RemLatency SU("
1592           << LateSU->NodeNum << ") " << RemLatency << "c\n");
1593   }
1594   return RemLatency;
1595 }
1596
1597 // Count resources in this zone and the remaining unscheduled
1598 // instruction. Return the max count, scaled. Set OtherCritIdx to the critical
1599 // resource index, or zero if the zone is issue limited.
1600 unsigned ConvergingScheduler::SchedBoundary::
1601 getOtherResourceCount(unsigned &OtherCritIdx) {
1602   OtherCritIdx = 0;
1603   if (!SchedModel->hasInstrSchedModel())
1604     return 0;
1605
1606   unsigned OtherCritCount = Rem->RemIssueCount
1607     + (RetiredMOps * SchedModel->getMicroOpFactor());
1608   DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName() << " + Remain MOps: "
1609         << OtherCritCount / SchedModel->getMicroOpFactor() << '\n');
1610   for (unsigned PIdx = 1, PEnd = SchedModel->getNumProcResourceKinds();
1611        PIdx != PEnd; ++PIdx) {
1612     unsigned OtherCount = getResourceCount(PIdx) + Rem->RemainingCounts[PIdx];
1613     if (OtherCount > OtherCritCount) {
1614       OtherCritCount = OtherCount;
1615       OtherCritIdx = PIdx;
1616     }
1617   }
1618   if (OtherCritIdx) {
1619     DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName() << " + Remain CritRes: "
1620           << OtherCritCount / SchedModel->getResourceFactor(OtherCritIdx)
1621           << " " << getResourceName(OtherCritIdx) << "\n");
1622   }
1623   return OtherCritCount;
1624 }
1625
1626 /// Set the CandPolicy for this zone given the current resources and latencies
1627 /// inside and outside the zone.
1628 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::setPolicy(CandPolicy &Policy,
1629                                                    SchedBoundary &OtherZone) {
1630   // Now that potential stalls have been considered, apply preemptive heuristics
1631   // based on the the total latency and resources inside and outside this
1632   // zone.
1633
1634   // Compute remaining latency. We need this both to determine whether the
1635   // overall schedule has become latency-limited and whether the instructions
1636   // outside this zone are resource or latency limited.
1637   //
1638   // The "dependent" latency is updated incrementally during scheduling as the
1639   // max height/depth of scheduled nodes minus the cycles since it was
1640   // scheduled:
1641   //   DLat = max (N.depth - (CurrCycle - N.ReadyCycle) for N in Zone
1642   //
1643   // The "independent" latency is the max ready queue depth:
1644   //   ILat = max N.depth for N in Available|Pending
1645   //
1646   // RemainingLatency is the greater of independent and dependent latency.
1647   unsigned RemLatency = DependentLatency;
1648   RemLatency = std::max(RemLatency, findMaxLatency(Available.elements()));
1649   RemLatency = std::max(RemLatency, findMaxLatency(Pending.elements()));
1650
1651   // Compute the critical resource outside the zone.
1652   unsigned OtherCritIdx;
1653   unsigned OtherCount = OtherZone.getOtherResourceCount(OtherCritIdx);
1654
1655   bool OtherResLimited = false;
1656   if (SchedModel->hasInstrSchedModel()) {
1657     unsigned LFactor = SchedModel->getLatencyFactor();
1658     OtherResLimited = (int)(OtherCount - (RemLatency * LFactor)) > (int)LFactor;
1659   }
1660   if (!OtherResLimited && (RemLatency + CurrCycle > Rem->CriticalPath)) {
1661     Policy.ReduceLatency |= true;
1662     DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName() << " RemainingLatency "
1663           << RemLatency << " + " << CurrCycle << "c > CritPath "
1664           << Rem->CriticalPath << "\n");
1665   }
1666   // If the same resource is limiting inside and outside the zone, do nothing.
1667   if (ZoneCritResIdx == OtherCritIdx)
1668     return;
1669
1670   DEBUG(
1671     if (IsResourceLimited) {
1672       dbgs() << "  " << Available.getName() << " ResourceLimited: "
1673              << getResourceName(ZoneCritResIdx) << "\n";
1674     }
1675     if (OtherResLimited)
1676       dbgs() << "  RemainingLimit: " << getResourceName(OtherCritIdx) << "\n";
1677     if (!IsResourceLimited && !OtherResLimited)
1678       dbgs() << "  Latency limited both directions.\n");
1679
1680   if (IsResourceLimited && !Policy.ReduceResIdx)
1681     Policy.ReduceResIdx = ZoneCritResIdx;
1682
1683   if (OtherResLimited)
1684     Policy.DemandResIdx = OtherCritIdx;
1685 }
1686
1687 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::releaseNode(SUnit *SU,
1688                                                      unsigned ReadyCycle) {
1689   if (ReadyCycle < MinReadyCycle)
1690     MinReadyCycle = ReadyCycle;
1691
1692   // Check for interlocks first. For the purpose of other heuristics, an
1693   // instruction that cannot issue appears as if it's not in the ReadyQueue.
1694   bool IsBuffered = SchedModel->getMicroOpBufferSize() != 0;
1695   if ((!IsBuffered && ReadyCycle > CurrCycle) || checkHazard(SU))
1696     Pending.push(SU);
1697   else
1698     Available.push(SU);
1699
1700   // Record this node as an immediate dependent of the scheduled node.
1701   NextSUs.insert(SU);
1702 }
1703
1704 /// Move the boundary of scheduled code by one cycle.
1705 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::bumpCycle(unsigned NextCycle) {
1706   if (SchedModel->getMicroOpBufferSize() == 0) {
1707     assert(MinReadyCycle < UINT_MAX && "MinReadyCycle uninitialized");
1708     if (MinReadyCycle > NextCycle)
1709       NextCycle = MinReadyCycle;
1710   }
1711   // Update the current micro-ops, which will issue in the next cycle.
1712   unsigned DecMOps = SchedModel->getIssueWidth() * (NextCycle - CurrCycle);
1713   CurrMOps = (CurrMOps <= DecMOps) ? 0 : CurrMOps - DecMOps;
1714
1715   // Decrement DependentLatency based on the next cycle.
1716   if ((NextCycle - CurrCycle) > DependentLatency)
1717     DependentLatency = 0;
1718   else
1719     DependentLatency -= (NextCycle - CurrCycle);
1720
1721   if (!HazardRec->isEnabled()) {
1722     // Bypass HazardRec virtual calls.
1723     CurrCycle = NextCycle;
1724   }
1725   else {
1726     // Bypass getHazardType calls in case of long latency.
1727     for (; CurrCycle != NextCycle; ++CurrCycle) {
1728       if (isTop())
1729         HazardRec->AdvanceCycle();
1730       else
1731         HazardRec->RecedeCycle();
1732     }
1733   }
1734   CheckPending = true;
1735   unsigned LFactor = SchedModel->getLatencyFactor();
1736   IsResourceLimited =
1737     (int)(getCriticalCount() - (getScheduledLatency() * LFactor))
1738     > (int)LFactor;
1739
1740   DEBUG(dbgs() << "Cycle: " << CurrCycle << ' ' << Available.getName() << '\n');
1741 }
1742
1743 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::incExecutedResources(unsigned PIdx,
1744                                                               unsigned Count) {
1745   ExecutedResCounts[PIdx] += Count;
1746   if (ExecutedResCounts[PIdx] > MaxExecutedResCount)
1747     MaxExecutedResCount = ExecutedResCounts[PIdx];
1748 }
1749
1750 /// Add the given processor resource to this scheduled zone.
1751 ///
1752 /// \param Cycles indicates the number of consecutive (non-pipelined) cycles
1753 /// during which this resource is consumed.
1754 ///
1755 /// \return the next cycle at which the instruction may execute without
1756 /// oversubscribing resources.
1757 unsigned ConvergingScheduler::SchedBoundary::
1758 countResource(unsigned PIdx, unsigned Cycles, unsigned ReadyCycle) {
1759   unsigned Factor = SchedModel->getResourceFactor(PIdx);
1760   unsigned Count = Factor * Cycles;
1761   DEBUG(dbgs() << "  " << getResourceName(PIdx)
1762         << " +" << Cycles << "x" << Factor << "u\n");
1763
1764   // Update Executed resources counts.
1765   incExecutedResources(PIdx, Count);
1766   assert(Rem->RemainingCounts[PIdx] >= Count && "resource double counted");
1767   Rem->RemainingCounts[PIdx] -= Count;
1768
1769   // Check if this resource exceeds the current critical resource. If so, it
1770   // becomes the critical resource.
1771   if (ZoneCritResIdx != PIdx && (getResourceCount(PIdx) > getCriticalCount())) {
1772     ZoneCritResIdx = PIdx;
1773     DEBUG(dbgs() << "  *** Critical resource "
1774           << getResourceName(PIdx) << ": "
1775           << getResourceCount(PIdx) / SchedModel->getLatencyFactor() << "c\n");
1776   }
1777   // TODO: We don't yet model reserved resources. It's not hard though.
1778   return CurrCycle;
1779 }
1780
1781 /// Move the boundary of scheduled code by one SUnit.
1782 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::bumpNode(SUnit *SU) {
1783   // Update the reservation table.
1784   if (HazardRec->isEnabled()) {
1785     if (!isTop() && SU->isCall) {
1786       // Calls are scheduled with their preceding instructions. For bottom-up
1787       // scheduling, clear the pipeline state before emitting.
1788       HazardRec->Reset();
1789     }
1790     HazardRec->EmitInstruction(SU);
1791   }
1792   const MCSchedClassDesc *SC = DAG->getSchedClass(SU);
1793   unsigned IncMOps = SchedModel->getNumMicroOps(SU->getInstr());
1794   CurrMOps += IncMOps;
1795   // checkHazard prevents scheduling multiple instructions per cycle that exceed
1796   // issue width. However, we commonly reach the maximum. In this case
1797   // opportunistically bump the cycle to avoid uselessly checking everything in
1798   // the readyQ. Furthermore, a single instruction may produce more than one
1799   // cycle's worth of micro-ops.
1800   //
1801   // TODO: Also check if this SU must end a dispatch group.
1802   unsigned NextCycle = CurrCycle;
1803   if (CurrMOps >= SchedModel->getIssueWidth()) {
1804     ++NextCycle;
1805     DEBUG(dbgs() << "  *** Max MOps " << CurrMOps
1806           << " at cycle " << CurrCycle << '\n');
1807   }
1808   unsigned ReadyCycle = (isTop() ? SU->TopReadyCycle : SU->BotReadyCycle);
1809   DEBUG(dbgs() << "  Ready @" << ReadyCycle << "c\n");
1810
1811   switch (SchedModel->getMicroOpBufferSize()) {
1812   case 0:
1813     assert(ReadyCycle <= CurrCycle && "Broken PendingQueue");
1814     break;
1815   case 1:
1816     if (ReadyCycle > NextCycle) {
1817       NextCycle = ReadyCycle;
1818       DEBUG(dbgs() << "  *** Stall until: " << ReadyCycle << "\n");
1819     }
1820     break;
1821   default:
1822     // We don't currently model the OOO reorder buffer, so consider all
1823     // scheduled MOps to be "retired".
1824     break;
1825   }
1826   RetiredMOps += IncMOps;
1827
1828   // Update resource counts and critical resource.
1829   if (SchedModel->hasInstrSchedModel()) {
1830     unsigned DecRemIssue = IncMOps * SchedModel->getMicroOpFactor();
1831     assert(Rem->RemIssueCount >= DecRemIssue && "MOps double counted");
1832     Rem->RemIssueCount -= DecRemIssue;
1833     if (ZoneCritResIdx) {
1834       // Scale scheduled micro-ops for comparing with the critical resource.
1835       unsigned ScaledMOps =
1836         RetiredMOps * SchedModel->getMicroOpFactor();
1837
1838       // If scaled micro-ops are now more than the previous critical resource by
1839       // a full cycle, then micro-ops issue becomes critical.
1840       if ((int)(ScaledMOps - getResourceCount(ZoneCritResIdx))
1841           >= (int)SchedModel->getLatencyFactor()) {
1842         ZoneCritResIdx = 0;
1843         DEBUG(dbgs() << "  *** Critical resource NumMicroOps: "
1844               << ScaledMOps / SchedModel->getLatencyFactor() << "c\n");
1845       }
1846     }
1847     for (TargetSchedModel::ProcResIter
1848            PI = SchedModel->getWriteProcResBegin(SC),
1849            PE = SchedModel->getWriteProcResEnd(SC); PI != PE; ++PI) {
1850       unsigned RCycle =
1851         countResource(PI->ProcResourceIdx, PI->Cycles, ReadyCycle);
1852       if (RCycle > NextCycle)
1853         NextCycle = RCycle;
1854     }
1855   }
1856   // Update ExpectedLatency and DependentLatency.
1857   unsigned &TopLatency = isTop() ? ExpectedLatency : DependentLatency;
1858   unsigned &BotLatency = isTop() ? DependentLatency : ExpectedLatency;
1859   if (SU->getDepth() > TopLatency) {
1860     TopLatency = SU->getDepth();
1861     DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName()
1862           << " TopLatency SU(" << SU->NodeNum << ") " << TopLatency << "c\n");
1863   }
1864   if (SU->getHeight() > BotLatency) {
1865     BotLatency = SU->getHeight();
1866     DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName()
1867           << " BotLatency SU(" << SU->NodeNum << ") " << BotLatency << "c\n");
1868   }
1869   // If we stall for any reason, bump the cycle.
1870   if (NextCycle > CurrCycle) {
1871     bumpCycle(NextCycle);
1872   }
1873   else {
1874     // After updating ZoneCritResIdx and ExpectedLatency, check if we're
1875     // resource limited. If a stall occured, bumpCycle does this.
1876     unsigned LFactor = SchedModel->getLatencyFactor();
1877     IsResourceLimited =
1878       (int)(getCriticalCount() - (getScheduledLatency() * LFactor))
1879       > (int)LFactor;
1880   }
1881   DEBUG(dumpScheduledState());
1882 }
1883
1884 /// Release pending ready nodes in to the available queue. This makes them
1885 /// visible to heuristics.
1886 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::releasePending() {
1887   // If the available queue is empty, it is safe to reset MinReadyCycle.
1888   if (Available.empty())
1889     MinReadyCycle = UINT_MAX;
1890
1891   // Check to see if any of the pending instructions are ready to issue.  If
1892   // so, add them to the available queue.
1893   bool IsBuffered = SchedModel->getMicroOpBufferSize() != 0;
1894   for (unsigned i = 0, e = Pending.size(); i != e; ++i) {
1895     SUnit *SU = *(Pending.begin()+i);
1896     unsigned ReadyCycle = isTop() ? SU->TopReadyCycle : SU->BotReadyCycle;
1897
1898     if (ReadyCycle < MinReadyCycle)
1899       MinReadyCycle = ReadyCycle;
1900
1901     if (!IsBuffered && ReadyCycle > CurrCycle)
1902       continue;
1903
1904     if (checkHazard(SU))
1905       continue;
1906
1907     Available.push(SU);
1908     Pending.remove(Pending.begin()+i);
1909     --i; --e;
1910   }
1911   DEBUG(if (!Pending.empty()) Pending.dump());
1912   CheckPending = false;
1913 }
1914
1915 /// Remove SU from the ready set for this boundary.
1916 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::removeReady(SUnit *SU) {
1917   if (Available.isInQueue(SU))
1918     Available.remove(Available.find(SU));
1919   else {
1920     assert(Pending.isInQueue(SU) && "bad ready count");
1921     Pending.remove(Pending.find(SU));
1922   }
1923 }
1924
1925 /// If this queue only has one ready candidate, return it. As a side effect,
1926 /// defer any nodes that now hit a hazard, and advance the cycle until at least
1927 /// one node is ready. If multiple instructions are ready, return NULL.
1928 SUnit *ConvergingScheduler::SchedBoundary::pickOnlyChoice() {
1929   if (CheckPending)
1930     releasePending();
1931
1932   if (CurrMOps > 0) {
1933     // Defer any ready instrs that now have a hazard.
1934     for (ReadyQueue::iterator I = Available.begin(); I != Available.end();) {
1935       if (checkHazard(*I)) {
1936         Pending.push(*I);
1937         I = Available.remove(I);
1938         continue;
1939       }
1940       ++I;
1941     }
1942   }
1943   for (unsigned i = 0; Available.empty(); ++i) {
1944     assert(i <= (HazardRec->getMaxLookAhead() + MaxObservedLatency) &&
1945            "permanent hazard"); (void)i;
1946     bumpCycle(CurrCycle + 1);
1947     releasePending();
1948   }
1949   if (Available.size() == 1)
1950     return *Available.begin();
1951   return NULL;
1952 }
1953
1954 #ifndef NDEBUG
1955 // This is useful information to dump after bumpNode.
1956 // Note that the Queue contents are more useful before pickNodeFromQueue.
1957 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::dumpScheduledState() {
1958   unsigned ResFactor;
1959   unsigned ResCount;
1960   if (ZoneCritResIdx) {
1961     ResFactor = SchedModel->getResourceFactor(ZoneCritResIdx);
1962     ResCount = getResourceCount(ZoneCritResIdx);
1963   }
1964   else {
1965     ResFactor = SchedModel->getMicroOpFactor();
1966     ResCount = RetiredMOps * SchedModel->getMicroOpFactor();
1967   }
1968   unsigned LFactor = SchedModel->getLatencyFactor();
1969   dbgs() << Available.getName() << " @" << CurrCycle << "c\n"
1970          << "  Retired: " << RetiredMOps;
1971   dbgs() << "\n  Executed: " << getExecutedCount() / LFactor << "c";
1972   dbgs() << "\n  Critical: " << ResCount / LFactor << "c, "
1973          << ResCount / ResFactor << " " << getResourceName(ZoneCritResIdx)
1974          << "\n  ExpectedLatency: " << ExpectedLatency << "c\n"
1975          << (IsResourceLimited ? "  - Resource" : "  - Latency")
1976          << " limited.\n";
1977 }
1978 #endif
1979
1980 void ConvergingScheduler::SchedCandidate::
1981 initResourceDelta(const ScheduleDAGMI *DAG,
1982                   const TargetSchedModel *SchedModel) {
1983   if (!Policy.ReduceResIdx && !Policy.DemandResIdx)
1984     return;
1985
1986   const MCSchedClassDesc *SC = DAG->getSchedClass(SU);
1987   for (TargetSchedModel::ProcResIter
1988          PI = SchedModel->getWriteProcResBegin(SC),
1989          PE = SchedModel->getWriteProcResEnd(SC); PI != PE; ++PI) {
1990     if (PI->ProcResourceIdx == Policy.ReduceResIdx)
1991       ResDelta.CritResources += PI->Cycles;
1992     if (PI->ProcResourceIdx == Policy.DemandResIdx)
1993       ResDelta.DemandedResources += PI->Cycles;
1994   }
1995 }
1996
1997
1998 /// Return true if this heuristic determines order.
1999 static bool tryLess(int TryVal, int CandVal,
2000                     ConvergingScheduler::SchedCandidate &TryCand,
2001                     ConvergingScheduler::SchedCandidate &Cand,
2002                     ConvergingScheduler::CandReason Reason) {
2003   if (TryVal < CandVal) {
2004     TryCand.Reason = Reason;
2005     return true;
2006   }
2007   if (TryVal > CandVal) {
2008     if (Cand.Reason > Reason)
2009       Cand.Reason = Reason;
2010     return true;
2011   }
2012   Cand.setRepeat(Reason);
2013   return false;
2014 }
2015
2016 static bool tryGreater(int TryVal, int CandVal,
2017                        ConvergingScheduler::SchedCandidate &TryCand,
2018                        ConvergingScheduler::SchedCandidate &Cand,
2019                        ConvergingScheduler::CandReason Reason) {
2020   if (TryVal > CandVal) {
2021     TryCand.Reason = Reason;
2022     return true;
2023   }
2024   if (TryVal < CandVal) {
2025     if (Cand.Reason > Reason)
2026       Cand.Reason = Reason;
2027     return true;
2028   }
2029   Cand.setRepeat(Reason);
2030   return false;
2031 }
2032
2033 static bool tryPressure(const PressureElement &TryP,
2034                         const PressureElement &CandP,
2035                         ConvergingScheduler::SchedCandidate &TryCand,
2036                         ConvergingScheduler::SchedCandidate &Cand,
2037                         ConvergingScheduler::CandReason Reason) {
2038   // If both candidates affect the same set, go with the smallest increase.
2039   if (TryP.PSetID == CandP.PSetID) {
2040     return tryLess(TryP.UnitIncrease, CandP.UnitIncrease, TryCand, Cand,
2041                    Reason);
2042   }
2043   // If one candidate decreases and the other increases, go with it.
2044   if (tryLess(TryP.UnitIncrease < 0, CandP.UnitIncrease < 0, TryCand, Cand,
2045               Reason)) {
2046     return true;
2047   }
2048   // If TryP has lower Rank, it has a higher priority.
2049   int TryRank = TryP.PSetRank();
2050   int CandRank = CandP.PSetRank();
2051   // If the candidates are decreasing pressure, reverse priority.
2052   if (TryP.UnitIncrease < 0)
2053     std::swap(TryRank, CandRank);
2054   return tryGreater(TryRank, CandRank, TryCand, Cand, Reason);
2055 }
2056
2057 static unsigned getWeakLeft(const SUnit *SU, bool isTop) {
2058   return (isTop) ? SU->WeakPredsLeft : SU->WeakSuccsLeft;
2059 }
2060
2061 /// Minimize physical register live ranges. Regalloc wants them adjacent to
2062 /// their physreg def/use.
2063 ///
2064 /// FIXME: This is an unnecessary check on the critical path. Most are root/leaf
2065 /// copies which can be prescheduled. The rest (e.g. x86 MUL) could be bundled
2066 /// with the operation that produces or consumes the physreg. We'll do this when
2067 /// regalloc has support for parallel copies.
2068 static int biasPhysRegCopy(const SUnit *SU, bool isTop) {
2069   const MachineInstr *MI = SU->getInstr();
2070   if (!MI->isCopy())
2071     return 0;
2072
2073   unsigned ScheduledOper = isTop ? 1 : 0;
2074   unsigned UnscheduledOper = isTop ? 0 : 1;
2075   // If we have already scheduled the physreg produce/consumer, immediately
2076   // schedule the copy.
2077   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(
2078         MI->getOperand(ScheduledOper).getReg()))
2079     return 1;
2080   // If the physreg is at the boundary, defer it. Otherwise schedule it
2081   // immediately to free the dependent. We can hoist the copy later.
2082   bool AtBoundary = isTop ? !SU->NumSuccsLeft : !SU->NumPredsLeft;
2083   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(
2084         MI->getOperand(UnscheduledOper).getReg()))
2085     return AtBoundary ? -1 : 1;
2086   return 0;
2087 }
2088
2089 /// Apply a set of heursitics to a new candidate. Heuristics are currently
2090 /// hierarchical. This may be more efficient than a graduated cost model because
2091 /// we don't need to evaluate all aspects of the model for each node in the
2092 /// queue. But it's really done to make the heuristics easier to debug and
2093 /// statistically analyze.
2094 ///
2095 /// \param Cand provides the policy and current best candidate.
2096 /// \param TryCand refers to the next SUnit candidate, otherwise uninitialized.
2097 /// \param Zone describes the scheduled zone that we are extending.
2098 /// \param RPTracker describes reg pressure within the scheduled zone.
2099 /// \param TempTracker is a scratch pressure tracker to reuse in queries.
2100 void ConvergingScheduler::tryCandidate(SchedCandidate &Cand,
2101                                        SchedCandidate &TryCand,
2102                                        SchedBoundary &Zone,
2103                                        const RegPressureTracker &RPTracker,
2104                                        RegPressureTracker &TempTracker) {
2105
2106   // Always initialize TryCand's RPDelta.
2107   TempTracker.getMaxPressureDelta(TryCand.SU->getInstr(), TryCand.RPDelta,
2108                                   DAG->getRegionCriticalPSets(),
2109                                   DAG->getRegPressure().MaxSetPressure);
2110
2111   // Initialize the candidate if needed.
2112   if (!Cand.isValid()) {
2113     TryCand.Reason = NodeOrder;
2114     return;
2115   }
2116
2117   if (tryGreater(biasPhysRegCopy(TryCand.SU, Zone.isTop()),
2118                  biasPhysRegCopy(Cand.SU, Zone.isTop()),
2119                  TryCand, Cand, PhysRegCopy))
2120     return;
2121
2122   // Avoid exceeding the target's limit. If signed PSetID is negative, it is
2123   // invalid; convert it to INT_MAX to give it lowest priority.
2124   if (tryPressure(TryCand.RPDelta.Excess, Cand.RPDelta.Excess, TryCand, Cand,
2125                   RegExcess))
2126     return;
2127
2128   // Avoid increasing the max critical pressure in the scheduled region.
2129   if (tryPressure(TryCand.RPDelta.CriticalMax, Cand.RPDelta.CriticalMax,
2130                   TryCand, Cand, RegCritical))
2131     return;
2132
2133   // Keep clustered nodes together to encourage downstream peephole
2134   // optimizations which may reduce resource requirements.
2135   //
2136   // This is a best effort to set things up for a post-RA pass. Optimizations
2137   // like generating loads of multiple registers should ideally be done within
2138   // the scheduler pass by combining the loads during DAG postprocessing.
2139   const SUnit *NextClusterSU =
2140     Zone.isTop() ? DAG->getNextClusterSucc() : DAG->getNextClusterPred();
2141   if (tryGreater(TryCand.SU == NextClusterSU, Cand.SU == NextClusterSU,
2142                  TryCand, Cand, Cluster))
2143     return;
2144
2145   // Weak edges are for clustering and other constraints.
2146   if (tryLess(getWeakLeft(TryCand.SU, Zone.isTop()),
2147               getWeakLeft(Cand.SU, Zone.isTop()),
2148               TryCand, Cand, Weak)) {
2149     return;
2150   }
2151   // Avoid increasing the max pressure of the entire region.
2152   if (tryPressure(TryCand.RPDelta.CurrentMax, Cand.RPDelta.CurrentMax,
2153                   TryCand, Cand, RegMax))
2154     return;
2155
2156   // Avoid critical resource consumption and balance the schedule.
2157   TryCand.initResourceDelta(DAG, SchedModel);
2158   if (tryLess(TryCand.ResDelta.CritResources, Cand.ResDelta.CritResources,
2159               TryCand, Cand, ResourceReduce))
2160     return;
2161   if (tryGreater(TryCand.ResDelta.DemandedResources,
2162                  Cand.ResDelta.DemandedResources,
2163                  TryCand, Cand, ResourceDemand))
2164     return;
2165
2166   // Avoid serializing long latency dependence chains.
2167   if (Cand.Policy.ReduceLatency) {
2168     if (Zone.isTop()) {
2169       if (Cand.SU->getDepth() > Zone.getScheduledLatency()) {
2170         if (tryLess(TryCand.SU->getDepth(), Cand.SU->getDepth(),
2171                     TryCand, Cand, TopDepthReduce))
2172           return;
2173       }
2174       if (tryGreater(TryCand.SU->getHeight(), Cand.SU->getHeight(),
2175                      TryCand, Cand, TopPathReduce))
2176         return;
2177     }
2178     else {
2179       if (Cand.SU->getHeight() > Zone.getScheduledLatency()) {
2180         if (tryLess(TryCand.SU->getHeight(), Cand.SU->getHeight(),
2181                     TryCand, Cand, BotHeightReduce))
2182           return;
2183       }
2184       if (tryGreater(TryCand.SU->getDepth(), Cand.SU->getDepth(),
2185                      TryCand, Cand, BotPathReduce))
2186         return;
2187     }
2188   }
2189
2190   // Prefer immediate defs/users of the last scheduled instruction. This is a
2191   // local pressure avoidance strategy that also makes the machine code
2192   // readable.
2193   if (tryGreater(Zone.NextSUs.count(TryCand.SU), Zone.NextSUs.count(Cand.SU),
2194                  TryCand, Cand, NextDefUse))
2195     return;
2196
2197   // Fall through to original instruction order.
2198   if ((Zone.isTop() && TryCand.SU->NodeNum < Cand.SU->NodeNum)
2199       || (!Zone.isTop() && TryCand.SU->NodeNum > Cand.SU->NodeNum)) {
2200     TryCand.Reason = NodeOrder;
2201   }
2202 }
2203
2204 #ifndef NDEBUG
2205 const char *ConvergingScheduler::getReasonStr(
2206   ConvergingScheduler::CandReason Reason) {
2207   switch (Reason) {
2208   case NoCand:         return "NOCAND    ";
2209   case PhysRegCopy:    return "PREG-COPY";
2210   case RegExcess:      return "REG-EXCESS";
2211   case RegCritical:    return "REG-CRIT  ";
2212   case Cluster:        return "CLUSTER   ";
2213   case Weak:           return "WEAK      ";
2214   case RegMax:         return "REG-MAX   ";
2215   case ResourceReduce: return "RES-REDUCE";
2216   case ResourceDemand: return "RES-DEMAND";
2217   case TopDepthReduce: return "TOP-DEPTH ";
2218   case TopPathReduce:  return "TOP-PATH  ";
2219   case BotHeightReduce:return "BOT-HEIGHT";
2220   case BotPathReduce:  return "BOT-PATH  ";
2221   case NextDefUse:     return "DEF-USE   ";
2222   case NodeOrder:      return "ORDER     ";
2223   };
2224   llvm_unreachable("Unknown reason!");
2225 }
2226
2227 void ConvergingScheduler::traceCandidate(const SchedCandidate &Cand) {
2228   PressureElement P;
2229   unsigned ResIdx = 0;
2230   unsigned Latency = 0;
2231   switch (Cand.Reason) {
2232   default:
2233     break;
2234   case RegExcess:
2235     P = Cand.RPDelta.Excess;
2236     break;
2237   case RegCritical:
2238     P = Cand.RPDelta.CriticalMax;
2239     break;
2240   case RegMax:
2241     P = Cand.RPDelta.CurrentMax;
2242     break;
2243   case ResourceReduce:
2244     ResIdx = Cand.Policy.ReduceResIdx;
2245     break;
2246   case ResourceDemand:
2247     ResIdx = Cand.Policy.DemandResIdx;
2248     break;
2249   case TopDepthReduce:
2250     Latency = Cand.SU->getDepth();
2251     break;
2252   case TopPathReduce:
2253     Latency = Cand.SU->getHeight();
2254     break;
2255   case BotHeightReduce:
2256     Latency = Cand.SU->getHeight();
2257     break;
2258   case BotPathReduce:
2259     Latency = Cand.SU->getDepth();
2260     break;
2261   }
2262   dbgs() << "  SU(" << Cand.SU->NodeNum << ") " << getReasonStr(Cand.Reason);
2263   if (P.isValid())
2264     dbgs() << " " << TRI->getRegPressureSetName(P.PSetID)
2265            << ":" << P.UnitIncrease << " ";
2266   else
2267     dbgs() << "      ";
2268   if (ResIdx)
2269     dbgs() << " " << SchedModel->getProcResource(ResIdx)->Name << " ";
2270   else
2271     dbgs() << "         ";
2272   if (Latency)
2273     dbgs() << " " << Latency << " cycles ";
2274   else
2275     dbgs() << "          ";
2276   dbgs() << '\n';
2277 }
2278 #endif
2279
2280 /// Pick the best candidate from the top queue.
2281 ///
2282 /// TODO: getMaxPressureDelta results can be mostly cached for each SUnit during
2283 /// DAG building. To adjust for the current scheduling location we need to
2284 /// maintain the number of vreg uses remaining to be top-scheduled.
2285 void ConvergingScheduler::pickNodeFromQueue(SchedBoundary &Zone,
2286                                             const RegPressureTracker &RPTracker,
2287                                             SchedCandidate &Cand) {
2288   ReadyQueue &Q = Zone.Available;
2289
2290   DEBUG(Q.dump());
2291
2292   // getMaxPressureDelta temporarily modifies the tracker.
2293   RegPressureTracker &TempTracker = const_cast<RegPressureTracker&>(RPTracker);
2294
2295   for (ReadyQueue::iterator I = Q.begin(), E = Q.end(); I != E; ++I) {
2296
2297     SchedCandidate TryCand(Cand.Policy);
2298     TryCand.SU = *I;
2299     tryCandidate(Cand, TryCand, Zone, RPTracker, TempTracker);
2300     if (TryCand.Reason != NoCand) {
2301       // Initialize resource delta if needed in case future heuristics query it.
2302       if (TryCand.ResDelta == SchedResourceDelta())
2303         TryCand.initResourceDelta(DAG, SchedModel);
2304       Cand.setBest(TryCand);
2305       DEBUG(traceCandidate(Cand));
2306     }
2307   }
2308 }
2309
2310 static void tracePick(const ConvergingScheduler::SchedCandidate &Cand,
2311                       bool IsTop) {
2312   DEBUG(dbgs() << "Pick " << (IsTop ? "Top " : "Bot ")
2313         << ConvergingScheduler::getReasonStr(Cand.Reason) << '\n');
2314 }
2315
2316 /// Pick the best candidate node from either the top or bottom queue.
2317 SUnit *ConvergingScheduler::pickNodeBidirectional(bool &IsTopNode) {
2318   // Schedule as far as possible in the direction of no choice. This is most
2319   // efficient, but also provides the best heuristics for CriticalPSets.
2320   if (SUnit *SU = Bot.pickOnlyChoice()) {
2321     IsTopNode = false;
2322     DEBUG(dbgs() << "Pick Bot NOCAND\n");
2323     return SU;
2324   }
2325   if (SUnit *SU = Top.pickOnlyChoice()) {
2326     IsTopNode = true;
2327     DEBUG(dbgs() << "Pick Top NOCAND\n");
2328     return SU;
2329   }
2330   CandPolicy NoPolicy;
2331   SchedCandidate BotCand(NoPolicy);
2332   SchedCandidate TopCand(NoPolicy);
2333   Bot.setPolicy(BotCand.Policy, Top);
2334   Top.setPolicy(TopCand.Policy, Bot);
2335
2336   // Prefer bottom scheduling when heuristics are silent.
2337   pickNodeFromQueue(Bot, DAG->getBotRPTracker(), BotCand);
2338   assert(BotCand.Reason != NoCand && "failed to find the first candidate");
2339
2340   // If either Q has a single candidate that provides the least increase in
2341   // Excess pressure, we can immediately schedule from that Q.
2342   //
2343   // RegionCriticalPSets summarizes the pressure within the scheduled region and
2344   // affects picking from either Q. If scheduling in one direction must
2345   // increase pressure for one of the excess PSets, then schedule in that
2346   // direction first to provide more freedom in the other direction.
2347   if ((BotCand.Reason == RegExcess && !BotCand.isRepeat(RegExcess))
2348       || (BotCand.Reason == RegCritical
2349           && !BotCand.isRepeat(RegCritical)))
2350   {
2351     IsTopNode = false;
2352     tracePick(BotCand, IsTopNode);
2353     return BotCand.SU;
2354   }
2355   // Check if the top Q has a better candidate.
2356   pickNodeFromQueue(Top, DAG->getTopRPTracker(), TopCand);
2357   assert(TopCand.Reason != NoCand && "failed to find the first candidate");
2358
2359   // Choose the queue with the most important (lowest enum) reason.
2360   if (TopCand.Reason < BotCand.Reason) {
2361     IsTopNode = true;
2362     tracePick(TopCand, IsTopNode);
2363     return TopCand.SU;
2364   }
2365   // Otherwise prefer the bottom candidate, in node order if all else failed.
2366   IsTopNode = false;
2367   tracePick(BotCand, IsTopNode);
2368   return BotCand.SU;
2369 }
2370
2371 /// Pick the best node to balance the schedule. Implements MachineSchedStrategy.
2372 SUnit *ConvergingScheduler::pickNode(bool &IsTopNode) {
2373   if (DAG->top() == DAG->bottom()) {
2374     assert(Top.Available.empty() && Top.Pending.empty() &&
2375            Bot.Available.empty() && Bot.Pending.empty() && "ReadyQ garbage");
2376     return NULL;
2377   }
2378   SUnit *SU;
2379   do {
2380     if (ForceTopDown) {
2381       SU = Top.pickOnlyChoice();
2382       if (!SU) {
2383         CandPolicy NoPolicy;
2384         SchedCandidate TopCand(NoPolicy);
2385         pickNodeFromQueue(Top, DAG->getTopRPTracker(), TopCand);
2386         assert(TopCand.Reason != NoCand && "failed to find the first candidate");
2387         SU = TopCand.SU;
2388       }
2389       IsTopNode = true;
2390     }
2391     else if (ForceBottomUp) {
2392       SU = Bot.pickOnlyChoice();
2393       if (!SU) {
2394         CandPolicy NoPolicy;
2395         SchedCandidate BotCand(NoPolicy);
2396         pickNodeFromQueue(Bot, DAG->getBotRPTracker(), BotCand);
2397         assert(BotCand.Reason != NoCand && "failed to find the first candidate");
2398         SU = BotCand.SU;
2399       }
2400       IsTopNode = false;
2401     }
2402     else {
2403       SU = pickNodeBidirectional(IsTopNode);
2404     }
2405   } while (SU->isScheduled);
2406
2407   if (SU->isTopReady())
2408     Top.removeReady(SU);
2409   if (SU->isBottomReady())
2410     Bot.removeReady(SU);
2411
2412   DEBUG(dbgs() << "Scheduling SU(" << SU->NodeNum << ") " << *SU->getInstr());
2413   return SU;
2414 }
2415
2416 void ConvergingScheduler::reschedulePhysRegCopies(SUnit *SU, bool isTop) {
2417
2418   MachineBasicBlock::iterator InsertPos = SU->getInstr();
2419   if (!isTop)
2420     ++InsertPos;
2421   SmallVectorImpl<SDep> &Deps = isTop ? SU->Preds : SU->Succs;
2422
2423   // Find already scheduled copies with a single physreg dependence and move
2424   // them just above the scheduled instruction.
2425   for (SmallVectorImpl<SDep>::iterator I = Deps.begin(), E = Deps.end();
2426        I != E; ++I) {
2427     if (I->getKind() != SDep::Data || !TRI->isPhysicalRegister(I->getReg()))
2428       continue;
2429     SUnit *DepSU = I->getSUnit();
2430     if (isTop ? DepSU->Succs.size() > 1 : DepSU->Preds.size() > 1)
2431       continue;
2432     MachineInstr *Copy = DepSU->getInstr();
2433     if (!Copy->isCopy())
2434       continue;
2435     DEBUG(dbgs() << "  Rescheduling physreg copy ";
2436           I->getSUnit()->dump(DAG));
2437     DAG->moveInstruction(Copy, InsertPos);
2438   }
2439 }
2440
2441 /// Update the scheduler's state after scheduling a node. This is the same node
2442 /// that was just returned by pickNode(). However, ScheduleDAGMI needs to update
2443 /// it's state based on the current cycle before MachineSchedStrategy does.
2444 ///
2445 /// FIXME: Eventually, we may bundle physreg copies rather than rescheduling
2446 /// them here. See comments in biasPhysRegCopy.
2447 void ConvergingScheduler::schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode) {
2448   if (IsTopNode) {
2449     SU->TopReadyCycle = std::max(SU->TopReadyCycle, Top.CurrCycle);
2450     Top.bumpNode(SU);
2451     if (SU->hasPhysRegUses)
2452       reschedulePhysRegCopies(SU, true);
2453   }
2454   else {
2455     SU->BotReadyCycle = std::max(SU->BotReadyCycle, Bot.CurrCycle);
2456     Bot.bumpNode(SU);
2457     if (SU->hasPhysRegDefs)
2458       reschedulePhysRegCopies(SU, false);
2459   }
2460 }
2461
2462 /// Create the standard converging machine scheduler. This will be used as the
2463 /// default scheduler if the target does not set a default.
2464 static ScheduleDAGInstrs *createConvergingSched(MachineSchedContext *C) {
2465   assert((!ForceTopDown || !ForceBottomUp) &&
2466          "-misched-topdown incompatible with -misched-bottomup");
2467   ScheduleDAGMI *DAG = new ScheduleDAGMI(C, new ConvergingScheduler());
2468   // Register DAG post-processors.
2469   //
2470   // FIXME: extend the mutation API to allow earlier mutations to instantiate
2471   // data and pass it to later mutations. Have a single mutation that gathers
2472   // the interesting nodes in one pass.
2473   DAG->addMutation(new CopyConstrain(DAG->TII, DAG->TRI));
2474   if (EnableLoadCluster)
2475     DAG->addMutation(new LoadClusterMutation(DAG->TII, DAG->TRI));
2476   if (EnableMacroFusion)
2477     DAG->addMutation(new MacroFusion(DAG->TII));
2478   return DAG;
2479 }
2480 static MachineSchedRegistry
2481 ConvergingSchedRegistry("converge", "Standard converging scheduler.",
2482                         createConvergingSched);
2483
2484 //===----------------------------------------------------------------------===//
2485 // ILP Scheduler. Currently for experimental analysis of heuristics.
2486 //===----------------------------------------------------------------------===//
2487
2488 namespace {
2489 /// \brief Order nodes by the ILP metric.
2490 struct ILPOrder {
2491   const SchedDFSResult *DFSResult;
2492   const BitVector *ScheduledTrees;
2493   bool MaximizeILP;
2494
2495   ILPOrder(bool MaxILP): DFSResult(0), ScheduledTrees(0), MaximizeILP(MaxILP) {}
2496
2497   /// \brief Apply a less-than relation on node priority.
2498   ///
2499   /// (Return true if A comes after B in the Q.)
2500   bool operator()(const SUnit *A, const SUnit *B) const {
2501     unsigned SchedTreeA = DFSResult->getSubtreeID(A);
2502     unsigned SchedTreeB = DFSResult->getSubtreeID(B);
2503     if (SchedTreeA != SchedTreeB) {
2504       // Unscheduled trees have lower priority.
2505       if (ScheduledTrees->test(SchedTreeA) != ScheduledTrees->test(SchedTreeB))
2506         return ScheduledTrees->test(SchedTreeB);
2507
2508       // Trees with shallower connections have have lower priority.
2509       if (DFSResult->getSubtreeLevel(SchedTreeA)
2510           != DFSResult->getSubtreeLevel(SchedTreeB)) {
2511         return DFSResult->getSubtreeLevel(SchedTreeA)
2512           < DFSResult->getSubtreeLevel(SchedTreeB);
2513       }
2514     }
2515     if (MaximizeILP)
2516       return DFSResult->getILP(A) < DFSResult->getILP(B);
2517     else
2518       return DFSResult->getILP(A) > DFSResult->getILP(B);
2519   }
2520 };
2521
2522 /// \brief Schedule based on the ILP metric.
2523 class ILPScheduler : public MachineSchedStrategy {
2524   /// In case all subtrees are eventually connected to a common root through
2525   /// data dependence (e.g. reduction), place an upper limit on their size.
2526   ///
2527   /// FIXME: A subtree limit is generally good, but in the situation commented
2528   /// above, where multiple similar subtrees feed a common root, we should
2529   /// only split at a point where the resulting subtrees will be balanced.
2530   /// (a motivating test case must be found).
2531   static const unsigned SubtreeLimit = 16;
2532
2533   ScheduleDAGMI *DAG;
2534   ILPOrder Cmp;
2535
2536   std::vector<SUnit*> ReadyQ;
2537 public:
2538   ILPScheduler(bool MaximizeILP): DAG(0), Cmp(MaximizeILP) {}
2539
2540   virtual void initialize(ScheduleDAGMI *dag) {
2541     DAG = dag;
2542     DAG->computeDFSResult();
2543     Cmp.DFSResult = DAG->getDFSResult();
2544     Cmp.ScheduledTrees = &DAG->getScheduledTrees();
2545     ReadyQ.clear();
2546   }
2547
2548   virtual void registerRoots() {
2549     // Restore the heap in ReadyQ with the updated DFS results.
2550     std::make_heap(ReadyQ.begin(), ReadyQ.end(), Cmp);
2551   }
2552
2553   /// Implement MachineSchedStrategy interface.
2554   /// -----------------------------------------
2555
2556   /// Callback to select the highest priority node from the ready Q.
2557   virtual SUnit *pickNode(bool &IsTopNode) {
2558     if (ReadyQ.empty()) return NULL;
2559     std::pop_heap(ReadyQ.begin(), ReadyQ.end(), Cmp);
2560     SUnit *SU = ReadyQ.back();
2561     ReadyQ.pop_back();
2562     IsTopNode = false;
2563     DEBUG(dbgs() << "Pick node " << "SU(" << SU->NodeNum << ") "
2564           << " ILP: " << DAG->getDFSResult()->getILP(SU)
2565           << " Tree: " << DAG->getDFSResult()->getSubtreeID(SU) << " @"
2566           << DAG->getDFSResult()->getSubtreeLevel(
2567             DAG->getDFSResult()->getSubtreeID(SU)) << '\n'
2568           << "Scheduling " << *SU->getInstr());
2569     return SU;
2570   }
2571
2572   /// \brief Scheduler callback to notify that a new subtree is scheduled.
2573   virtual void scheduleTree(unsigned SubtreeID) {
2574     std::make_heap(ReadyQ.begin(), ReadyQ.end(), Cmp);
2575   }
2576
2577   /// Callback after a node is scheduled. Mark a newly scheduled tree, notify
2578   /// DFSResults, and resort the priority Q.
2579   virtual void schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode) {
2580     assert(!IsTopNode && "SchedDFSResult needs bottom-up");
2581   }
2582
2583   virtual void releaseTopNode(SUnit *) { /*only called for top roots*/ }
2584
2585   virtual void releaseBottomNode(SUnit *SU) {
2586     ReadyQ.push_back(SU);
2587     std::push_heap(ReadyQ.begin(), ReadyQ.end(), Cmp);
2588   }
2589 };
2590 } // namespace
2591
2592 static ScheduleDAGInstrs *createILPMaxScheduler(MachineSchedContext *C) {
2593   return new ScheduleDAGMI(C, new ILPScheduler(true));
2594 }
2595 static ScheduleDAGInstrs *createILPMinScheduler(MachineSchedContext *C) {
2596   return new ScheduleDAGMI(C, new ILPScheduler(false));
2597 }
2598 static MachineSchedRegistry ILPMaxRegistry(
2599   "ilpmax", "Schedule bottom-up for max ILP", createILPMaxScheduler);
2600 static MachineSchedRegistry ILPMinRegistry(
2601   "ilpmin", "Schedule bottom-up for min ILP", createILPMinScheduler);
2602
2603 //===----------------------------------------------------------------------===//
2604 // Machine Instruction Shuffler for Correctness Testing
2605 //===----------------------------------------------------------------------===//
2606
2607 #ifndef NDEBUG
2608 namespace {
2609 /// Apply a less-than relation on the node order, which corresponds to the
2610 /// instruction order prior to scheduling. IsReverse implements greater-than.
2611 template<bool IsReverse>
2612 struct SUnitOrder {
2613   bool operator()(SUnit *A, SUnit *B) const {
2614     if (IsReverse)
2615       return A->NodeNum > B->NodeNum;
2616     else
2617       return A->NodeNum < B->NodeNum;
2618   }
2619 };
2620
2621 /// Reorder instructions as much as possible.
2622 class InstructionShuffler : public MachineSchedStrategy {
2623   bool IsAlternating;
2624   bool IsTopDown;
2625
2626   // Using a less-than relation (SUnitOrder<false>) for the TopQ priority
2627   // gives nodes with a higher number higher priority causing the latest
2628   // instructions to be scheduled first.
2629   PriorityQueue<SUnit*, std::vector<SUnit*>, SUnitOrder<false> >
2630     TopQ;
2631   // When scheduling bottom-up, use greater-than as the queue priority.
2632   PriorityQueue<SUnit*, std::vector<SUnit*>, SUnitOrder<true> >
2633     BottomQ;
2634 public:
2635   InstructionShuffler(bool alternate, bool topdown)
2636     : IsAlternating(alternate), IsTopDown(topdown) {}
2637
2638   virtual void initialize(ScheduleDAGMI *) {
2639     TopQ.clear();
2640     BottomQ.clear();
2641   }
2642
2643   /// Implement MachineSchedStrategy interface.
2644   /// -----------------------------------------
2645
2646   virtual SUnit *pickNode(bool &IsTopNode) {
2647     SUnit *SU;
2648     if (IsTopDown) {
2649       do {
2650         if (TopQ.empty()) return NULL;
2651         SU = TopQ.top();
2652         TopQ.pop();
2653       } while (SU->isScheduled);
2654       IsTopNode = true;
2655     }
2656     else {
2657       do {
2658         if (BottomQ.empty()) return NULL;
2659         SU = BottomQ.top();
2660         BottomQ.pop();
2661       } while (SU->isScheduled);
2662       IsTopNode = false;
2663     }
2664     if (IsAlternating)
2665       IsTopDown = !IsTopDown;
2666     return SU;
2667   }
2668
2669   virtual void schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode) {}
2670
2671   virtual void releaseTopNode(SUnit *SU) {
2672     TopQ.push(SU);
2673   }
2674   virtual void releaseBottomNode(SUnit *SU) {
2675     BottomQ.push(SU);
2676   }
2677 };
2678 } // namespace
2679
2680 static ScheduleDAGInstrs *createInstructionShuffler(MachineSchedContext *C) {
2681   bool Alternate = !ForceTopDown && !ForceBottomUp;
2682   bool TopDown = !ForceBottomUp;
2683   assert((TopDown || !ForceTopDown) &&
2684          "-misched-topdown incompatible with -misched-bottomup");
2685   return new ScheduleDAGMI(C, new InstructionShuffler(Alternate, TopDown));
2686 }
2687 static MachineSchedRegistry ShufflerRegistry(
2688   "shuffle", "Shuffle machine instructions alternating directions",
2689   createInstructionShuffler);
2690 #endif // !NDEBUG
2691
2692 //===----------------------------------------------------------------------===//
2693 // GraphWriter support for ScheduleDAGMI.
2694 //===----------------------------------------------------------------------===//
2695
2696 #ifndef NDEBUG
2697 namespace llvm {
2698
2699 template<> struct GraphTraits<
2700   ScheduleDAGMI*> : public GraphTraits<ScheduleDAG*> {};
2701
2702 template<>
2703 struct DOTGraphTraits<ScheduleDAGMI*> : public DefaultDOTGraphTraits {
2704
2705   DOTGraphTraits (bool isSimple=false) : DefaultDOTGraphTraits(isSimple) {}
2706
2707   static std::string getGraphName(const ScheduleDAG *G) {
2708     return G->MF.getName();
2709   }
2710
2711   static bool renderGraphFromBottomUp() {
2712     return true;
2713   }
2714
2715   static bool isNodeHidden(const SUnit *Node) {
2716     return (Node->NumPreds > 10 || Node->NumSuccs > 10);
2717   }
2718
2719   static bool hasNodeAddressLabel(const SUnit *Node,
2720                                   const ScheduleDAG *Graph) {
2721     return false;
2722   }
2723
2724   /// If you want to override the dot attributes printed for a particular
2725   /// edge, override this method.
2726   static std::string getEdgeAttributes(const SUnit *Node,
2727                                        SUnitIterator EI,
2728                                        const ScheduleDAG *Graph) {
2729     if (EI.isArtificialDep())
2730       return "color=cyan,style=dashed";
2731     if (EI.isCtrlDep())
2732       return "color=blue,style=dashed";
2733     return "";
2734   }
2735
2736   static std::string getNodeLabel(const SUnit *SU, const ScheduleDAG *G) {
2737     std::string Str;
2738     raw_string_ostream SS(Str);
2739     SS << "SU(" << SU->NodeNum << ')';
2740     return SS.str();
2741   }
2742   static std::string getNodeDescription(const SUnit *SU, const ScheduleDAG *G) {
2743     return G->getGraphNodeLabel(SU);
2744   }
2745
2746   static std::string getNodeAttributes(const SUnit *N,
2747                                        const ScheduleDAG *Graph) {
2748     std::string Str("shape=Mrecord");
2749     const SchedDFSResult *DFS =
2750       static_cast<const ScheduleDAGMI*>(Graph)->getDFSResult();
2751     if (DFS) {
2752       Str += ",style=filled,fillcolor=\"#";
2753       Str += DOT::getColorString(DFS->getSubtreeID(N));
2754       Str += '"';
2755     }
2756     return Str;
2757   }
2758 };
2759 } // namespace llvm
2760 #endif // NDEBUG
2761
2762 /// viewGraph - Pop up a ghostview window with the reachable parts of the DAG
2763 /// rendered using 'dot'.
2764 ///
2765 void ScheduleDAGMI::viewGraph(const Twine &Name, const Twine &Title) {
2766 #ifndef NDEBUG
2767   ViewGraph(this, Name, false, Title);
2768 #else
2769   errs() << "ScheduleDAGMI::viewGraph is only available in debug builds on "
2770          << "systems with Graphviz or gv!\n";
2771 #endif  // NDEBUG
2772 }
2773
2774 /// Out-of-line implementation with no arguments is handy for gdb.
2775 void ScheduleDAGMI::viewGraph() {
2776   viewGraph(getDAGName(), "Scheduling-Units Graph for " + getDAGName());
2777 }