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 "ScheduleDAGInstrs.h"
  18 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
  19 #include "llvm/CodeGen/MachinePassRegistry.h"
  20 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  21 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
  22 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  23 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  24 #include "llvm/Support/Debug.h"
  25 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  26 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  27 #include "llvm/ADT/OwningPtr.h"
  28
  29 #include <queue>
  30
  31 using namespace llvm;
  32
  33 //===----------------------------------------------------------------------===//
  34 // Machine Instruction Scheduling Pass and Registry
  35 //===----------------------------------------------------------------------===//
  36
  37 namespace {
  38 /// MachineScheduler runs after coalescing and before register allocation.
  39 class MachineScheduler : public MachineFunctionPass {
  40 public:
  41   MachineFunction *MF;
  42   const TargetInstrInfo *TII;
  43   const MachineLoopInfo *MLI;
  44   const MachineDominatorTree *MDT;
  45   LiveIntervals *LIS;
  46
  47   MachineScheduler();
  48
  49   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
  50
  51   virtual void releaseMemory() {}
  52
  53   virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction&);
  54
  55   virtual void print(raw_ostream &O, const Module* = 0) const;
  56
  57   static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
  58 };
  59 } // namespace
  60
  61 char MachineScheduler::ID = 0;
  62
  63 char &llvm::MachineSchedulerID = MachineScheduler::ID;
  64
  65 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MachineScheduler, "misched",
  66                       "Machine Instruction Scheduler", false, false)
  67 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
  68 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(SlotIndexes)
  69 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LiveIntervals)
  70 INITIALIZE_PASS_END(MachineScheduler, "misched",
  71                     "Machine Instruction Scheduler", false, false)
  72
  73 MachineScheduler::MachineScheduler()
  74 : MachineFunctionPass(ID), MF(0), MLI(0), MDT(0) {
  75   initializeMachineSchedulerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
  76 }
  77
  78 void MachineScheduler::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  79   AU.setPreservesCFG();
  80   AU.addRequiredID(MachineDominatorsID);
  81   AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
  82   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
  83   AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
  84   AU.addRequired<SlotIndexes>();
  85   AU.addPreserved<SlotIndexes>();
  86   AU.addRequired<LiveIntervals>();
  87   AU.addPreserved<LiveIntervals>();
  88   MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
  89 }
  90
  91 namespace {
  92 /// MachineSchedRegistry provides a selection of available machine instruction
  93 /// schedulers.
  94 class MachineSchedRegistry : public MachinePassRegistryNode {
  95 public:
  96   typedef ScheduleDAGInstrs *(*ScheduleDAGCtor)(MachineScheduler *);
  97
  98   // RegisterPassParser requires a (misnamed) FunctionPassCtor type.
  99   typedef ScheduleDAGCtor FunctionPassCtor;
 100
 101   static MachinePassRegistry Registry;
 102
 103   MachineSchedRegistry(const char *N, const char *D, ScheduleDAGCtor C)
 104     : MachinePassRegistryNode(N, D, (MachinePassCtor)C) {
 105     Registry.Add(this);
 106   }
 107   ~MachineSchedRegistry() { Registry.Remove(this); }
 108
 109   // Accessors.
 110   //
 111   MachineSchedRegistry *getNext() const {
 112     return (MachineSchedRegistry *)MachinePassRegistryNode::getNext();
 113   }
 114   static MachineSchedRegistry *getList() {
 115     return (MachineSchedRegistry *)Registry.getList();
 116   }
 117   static ScheduleDAGCtor getDefault() {
 118     return (ScheduleDAGCtor)Registry.getDefault();
 119   }
 120   static void setDefault(ScheduleDAGCtor C) {
 121     Registry.setDefault((MachinePassCtor)C);
 122   }
 123   static void setListener(MachinePassRegistryListener *L) {
 124     Registry.setListener(L);
 125   }
 126 };
 127 } // namespace
 128
 129 MachinePassRegistry MachineSchedRegistry::Registry;
 130
 131 static ScheduleDAGInstrs *createDefaultMachineSched(MachineScheduler *P);
 132
 133 /// MachineSchedOpt allows command line selection of the scheduler.
 134 static cl::opt<MachineSchedRegistry::ScheduleDAGCtor, false,
 135                RegisterPassParser<MachineSchedRegistry> >
 136 MachineSchedOpt("misched",
 137                 cl::init(&createDefaultMachineSched), cl::Hidden,
 138                 cl::desc("Machine instruction scheduler to use"));
 139
 140 //===----------------------------------------------------------------------===//
 141 // Machine Instruction Scheduling Common Implementation
 142 //===----------------------------------------------------------------------===//
 143
 144 namespace {
 145 /// ScheduleTopDownLive is an implementation of ScheduleDAGInstrs that schedules
 146 /// machine instructions while updating LiveIntervals.
 147 class ScheduleTopDownLive : public ScheduleDAGInstrs {
 148 protected:
 149   MachineScheduler *Pass;
 150 public:
 151   ScheduleTopDownLive(MachineScheduler *P):
 152     ScheduleDAGInstrs(*P->MF, *P->MLI, *P->MDT, /*IsPostRA=*/false), Pass(P) {}
 153
 154   /// ScheduleDAGInstrs callback.
 155   void Schedule();
 156
 157   /// Interface implemented by the selected top-down liveinterval scheduler.
 158   ///
 159   /// Pick the next node to schedule, or return NULL.
 160   virtual SUnit *pickNode() = 0;
 161
 162   /// When all preceeding dependencies have been resolved, free this node for
 163   /// scheduling.
 164   virtual void releaseNode(SUnit *SU) = 0;
 165
 166 protected:
 167   void releaseSucc(SUnit *SU, SDep *SuccEdge);
 168   void releaseSuccessors(SUnit *SU);
 169 };
 170 } // namespace
 171
 172 /// ReleaseSucc - Decrement the NumPredsLeft count of a successor. When
 173 /// NumPredsLeft reaches zero, release the successor node.
 174 void ScheduleTopDownLive::releaseSucc(SUnit *SU, SDep *SuccEdge) {
 175   SUnit *SuccSU = SuccEdge->getSUnit();
 176
 177 #ifndef NDEBUG
 178   if (SuccSU->NumPredsLeft == 0) {
 179     dbgs() << "*** Scheduling failed! ***\n";
 180     SuccSU->dump(this);
 181     dbgs() << " has been released too many times!\n";
 182     llvm_unreachable(0);
 183   }
 184 #endif
 185   --SuccSU->NumPredsLeft;
 186   if (SuccSU->NumPredsLeft == 0 && SuccSU != &ExitSU)
 187     releaseNode(SuccSU);
 188 }
 189
 190 /// releaseSuccessors - Call releaseSucc on each of SU's successors.
 191 void ScheduleTopDownLive::releaseSuccessors(SUnit *SU) {
 192   for (SUnit::succ_iterator I = SU->Succs.begin(), E = SU->Succs.end();
 193        I != E; ++I) {
 194     releaseSucc(SU, &*I);
 195   }
 196 }
 197
 198 /// Schedule - This is called back from ScheduleDAGInstrs::Run() when it's
 199 /// time to do some work.
 200 void ScheduleTopDownLive::Schedule() {
 201   BuildSchedGraph(&Pass->getAnalysis<AliasAnalysis>());
 202
 203   DEBUG(dbgs() << "********** MI Scheduling **********\n");
 204   DEBUG(for (unsigned su = 0, e = SUnits.size(); su != e; ++su)
 205           SUnits[su].dumpAll(this));
 206
 207   // Release any successors of the special Entry node. It is currently unused,
 208   // but we keep up appearances.
 209   releaseSuccessors(&EntrySU);
 210
 211   // Release all DAG roots for scheduling.
 212   for (std::vector<SUnit>::iterator I = SUnits.begin(), E = SUnits.end();
 213        I != E; ++I) {
 214     // A SUnit is ready to schedule if it has no predecessors.
 215     if (I->Preds.empty())
 216       releaseNode(&(*I));
 217   }
 218
 219   InsertPos = Begin;
 220   while (SUnit *SU = pickNode()) {
 221     DEBUG(dbgs() << "*** Scheduling Instruction:\n"; SU->dump(this));
 222
 223     // Move the instruction to its new location in the instruction stream.
 224     MachineInstr *MI = SU->getInstr();
 225     if (&*InsertPos == MI)
 226       ++InsertPos;
 227     else {
 228       BB->splice(InsertPos, BB, MI);
 229       Pass->LIS->handleMove(MI);
 230       if (Begin == InsertPos)
 231         Begin = MI;
 232     }
 233
 234     // Release dependent instructions for scheduling.
 235     releaseSuccessors(SU);
 236   }
 237 }
 238
 239 bool MachineScheduler::runOnMachineFunction(MachineFunction &mf) {
 240   // Initialize the context of the pass.
 241   MF = &mf;
 242   MLI = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
 243   MDT = &getAnalysis<MachineDominatorTree>();
 244   LIS = &getAnalysis<LiveIntervals>();
 245   TII = MF->getTarget().getInstrInfo();
 246
 247   // Select the scheduler, or set the default.
 248   MachineSchedRegistry::ScheduleDAGCtor Ctor =
 249     MachineSchedRegistry::getDefault();
 250   if (!Ctor) {
 251     Ctor = MachineSchedOpt;
 252     MachineSchedRegistry::setDefault(Ctor);
 253   }
 254   // Instantiate the selected scheduler.
 255   OwningPtr<ScheduleDAGInstrs> Scheduler(Ctor(this));
 256
 257   // Visit all machine basic blocks.
 258   for (MachineFunction::iterator MBB = MF->begin(), MBBEnd = MF->end();
 259        MBB != MBBEnd; ++MBB) {
 260
 261     // Break the block into scheduling regions [I, RegionEnd), and schedule each
 262     // region as soon as it is discovered.
 263     unsigned RemainingCount = MBB->size();
 264     for(MachineBasicBlock::iterator RegionEnd = MBB->end();
 265         RegionEnd != MBB->begin();) {
 266       // The next region starts above the previous region. Look backward in the
 267       // instruction stream until we find the nearest boundary.
 268       MachineBasicBlock::iterator I = RegionEnd;
 269       for(;I != MBB->begin(); --I, --RemainingCount) {
 270         if (TII->isSchedulingBoundary(llvm::prior(I), MBB, *MF))
 271           break;
 272       }
 273       if (I == RegionEnd) {
 274         // Skip empty scheduling regions.
 275         RegionEnd = llvm::prior(RegionEnd);
 276         --RemainingCount;
 277         continue;
 278       }
 279       // Skip regions with one instruction.
 280       if (I == llvm::prior(RegionEnd)) {
 281         RegionEnd = llvm::prior(RegionEnd);
 282         continue;
 283       }
 284       DEBUG(dbgs() << "MachineScheduling " << MF->getFunction()->getName()
 285             << ":BB#" << MBB->getNumber() << "\n  From: " << *I << "    To: ";
 286             if (RegionEnd != MBB->end()) dbgs() << *RegionEnd;
 287             else dbgs() << "End";
 288             dbgs() << " Remaining: " << RemainingCount << "\n");
 289
 290       // Inform ScheduleDAGInstrs of the region being scheduled. It calls back
 291       // to our Schedule() method.
 292       Scheduler->Run(MBB, I, RegionEnd, MBB->size());
 293       RegionEnd = Scheduler->Begin;
 294     }
 295     assert(RemainingCount == 0 && "Instruction count mismatch!");
 296   }
 297   return true;
 298 }
 299
 300 void MachineScheduler::print(raw_ostream &O, const Module* m) const {
 301   // unimplemented
 302 }
 303
 304 //===----------------------------------------------------------------------===//
 305 // Placeholder for extending the machine instruction scheduler.
 306 //===----------------------------------------------------------------------===//
 307
 308 namespace {
 309 class DefaultMachineScheduler : public ScheduleDAGInstrs {
 310   MachineScheduler *Pass;
 311 public:
 312   DefaultMachineScheduler(MachineScheduler *P):
 313     ScheduleDAGInstrs(*P->MF, *P->MLI, *P->MDT, /*IsPostRA=*/false), Pass(P) {}
 314
 315   /// Schedule - This is called back from ScheduleDAGInstrs::Run() when it's
 316   /// time to do some work.
 317   void Schedule();
 318 };
 319 } // namespace
 320
 321 static ScheduleDAGInstrs *createDefaultMachineSched(MachineScheduler *P) {
 322   return new DefaultMachineScheduler(P);
 323 }
 324 static MachineSchedRegistry
 325 SchedDefaultRegistry("default", "Activate the scheduler pass, "
 326                      "but don't reorder instructions",
 327                      createDefaultMachineSched);
 328
 329
 330 /// Schedule - This is called back from ScheduleDAGInstrs::Run() when it's
 331 /// time to do some work.
 332 void DefaultMachineScheduler::Schedule() {
 333   BuildSchedGraph(&Pass->getAnalysis<AliasAnalysis>());
 334
 335   DEBUG(dbgs() << "********** MI Scheduling **********\n");
 336   DEBUG(for (unsigned su = 0, e = SUnits.size(); su != e; ++su)
 337           SUnits[su].dumpAll(this));
 338
 339   // TODO: Put interesting things here.
 340   //
 341   // When this is fully implemented, it will become a subclass of
 342   // ScheduleTopDownLive. So this driver will disappear.
 343 }
 344
 345 //===----------------------------------------------------------------------===//
 346 // Machine Instruction Shuffler for Correctness Testing
 347 //===----------------------------------------------------------------------===//
 348
 349 #ifndef NDEBUG
 350 namespace {
 351 // Nodes with a higher number have lower priority. This way we attempt to
 352 // schedule the latest instructions earliest.
 353 //
 354 // TODO: Relies on the property of the BuildSchedGraph that results in SUnits
 355 // being ordered in sequence bottom-up. This will be formalized, probably be
 356 // constructing SUnits in a prepass.
 357 struct ShuffleSUnitOrder {
 358   bool operator()(SUnit *A, SUnit *B) const {
 359     return A->NodeNum > B->NodeNum;
 360   }
 361 };
 362
 363 /// Reorder instructions as much as possible.
 364 class InstructionShuffler : public ScheduleTopDownLive {
 365   std::priority_queue<SUnit*, std::vector<SUnit*>, ShuffleSUnitOrder> Queue;
 366 public:
 367   InstructionShuffler(MachineScheduler *P):
 368     ScheduleTopDownLive(P) {}
 369
 370   /// ScheduleTopDownLive Interface
 371
 372   virtual SUnit *pickNode() {
 373     if (Queue.empty()) return NULL;
 374     SUnit *SU = Queue.top();
 375     Queue.pop();
 376     return SU;
 377   }
 378
 379   virtual void releaseNode(SUnit *SU) {
 380     Queue.push(SU);
 381   }
 382 };
 383 } // namespace
 384
 385 static ScheduleDAGInstrs *createInstructionShuffler(MachineScheduler *P) {
 386   return new InstructionShuffler(P);
 387 }
 388 static MachineSchedRegistry ShufflerRegistry("shuffle",
 389                                              "Shuffle machine instructions",
 390                                              createInstructionShuffler);
 391 #endif // !NDEBUG