Added MachineSchedPolicy.
[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> EnableRegPressure("misched-regpressure", cl::Hidden,
57   cl::desc("Enable register pressure scheduling."), cl::init(true));
58
59 static cl::opt<bool> EnableCyclicPath("misched-cyclicpath", cl::Hidden,
60   cl::desc("Enable cyclic critical path analysis."), cl::init(false));
61
62 static cl::opt<bool> EnableLoadCluster("misched-cluster", cl::Hidden,
63   cl::desc("Enable load clustering."), cl::init(true));
64
65 // Experimental heuristics
66 static cl::opt<bool> EnableMacroFusion("misched-fusion", cl::Hidden,
67   cl::desc("Enable scheduling for macro fusion."), cl::init(true));
68
69 static cl::opt<bool> VerifyScheduling("verify-misched", cl::Hidden,
70   cl::desc("Verify machine instrs before and after machine scheduling"));
71
72 // DAG subtrees must have at least this many nodes.
73 static const unsigned MinSubtreeSize = 8;
74
75 //===----------------------------------------------------------------------===//
76 // Machine Instruction Scheduling Pass and Registry
77 //===----------------------------------------------------------------------===//
78
79 MachineSchedContext::MachineSchedContext():
80     MF(0), MLI(0), MDT(0), PassConfig(0), AA(0), LIS(0) {
81   RegClassInfo = new RegisterClassInfo();
82 }
83
84 MachineSchedContext::~MachineSchedContext() {
85   delete RegClassInfo;
86 }
87
88 namespace {
89 /// MachineScheduler runs after coalescing and before register allocation.
90 class MachineScheduler : public MachineSchedContext,
91                          public MachineFunctionPass {
92 public:
93   MachineScheduler();
94
95   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
96
97   virtual void releaseMemory() {}
98
99   virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction&);
100
101   virtual void print(raw_ostream &O, const Module* = 0) const;
102
103   static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
104 };
105 } // namespace
106
107 char MachineScheduler::ID = 0;
108
109 char &llvm::MachineSchedulerID = MachineScheduler::ID;
110
111 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MachineScheduler, "misched",
112                       "Machine Instruction Scheduler", false, false)
113 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
114 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(SlotIndexes)
115 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LiveIntervals)
116 INITIALIZE_PASS_END(MachineScheduler, "misched",
117                     "Machine Instruction Scheduler", false, false)
118
119 MachineScheduler::MachineScheduler()
120 : MachineFunctionPass(ID) {
121   initializeMachineSchedulerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
122 }
123
124 void MachineScheduler::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
125   AU.setPreservesCFG();
126   AU.addRequiredID(MachineDominatorsID);
127   AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
128   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
129   AU.addRequired<TargetPassConfig>();
130   AU.addRequired<SlotIndexes>();
131   AU.addPreserved<SlotIndexes>();
132   AU.addRequired<LiveIntervals>();
133   AU.addPreserved<LiveIntervals>();
134   MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
135 }
136
137 MachinePassRegistry MachineSchedRegistry::Registry;
138
139 /// A dummy default scheduler factory indicates whether the scheduler
140 /// is overridden on the command line.
141 static ScheduleDAGInstrs *useDefaultMachineSched(MachineSchedContext *C) {
142   return 0;
143 }
144
145 /// MachineSchedOpt allows command line selection of the scheduler.
146 static cl::opt<MachineSchedRegistry::ScheduleDAGCtor, false,
147                RegisterPassParser<MachineSchedRegistry> >
148 MachineSchedOpt("misched",
149                 cl::init(&useDefaultMachineSched), cl::Hidden,
150                 cl::desc("Machine instruction scheduler to use"));
151
152 static MachineSchedRegistry
153 DefaultSchedRegistry("default", "Use the target's default scheduler choice.",
154                      useDefaultMachineSched);
155
156 /// Forward declare the standard machine scheduler. This will be used as the
157 /// default scheduler if the target does not set a default.
158 static ScheduleDAGInstrs *createConvergingSched(MachineSchedContext *C);
159
160
161 /// Decrement this iterator until reaching the top or a non-debug instr.
162 static MachineBasicBlock::const_iterator
163 priorNonDebug(MachineBasicBlock::const_iterator I,
164               MachineBasicBlock::const_iterator Beg) {
165   assert(I != Beg && "reached the top of the region, cannot decrement");
166   while (--I != Beg) {
167     if (!I->isDebugValue())
168       break;
169   }
170   return I;
171 }
172
173 /// Non-const version.
174 static MachineBasicBlock::iterator
175 priorNonDebug(MachineBasicBlock::iterator I,
176               MachineBasicBlock::const_iterator Beg) {
177   return const_cast<MachineInstr*>(
178     &*priorNonDebug(MachineBasicBlock::const_iterator(I), Beg));
179 }
180
181 /// If this iterator is a debug value, increment until reaching the End or a
182 /// non-debug instruction.
183 static MachineBasicBlock::const_iterator
184 nextIfDebug(MachineBasicBlock::const_iterator I,
185             MachineBasicBlock::const_iterator End) {
186   for(; I != End; ++I) {
187     if (!I->isDebugValue())
188       break;
189   }
190   return I;
191 }
192
193 /// Non-const version.
194 static MachineBasicBlock::iterator
195 nextIfDebug(MachineBasicBlock::iterator I,
196             MachineBasicBlock::const_iterator End) {
197   // Cast the return value to nonconst MachineInstr, then cast to an
198   // instr_iterator, which does not check for null, finally return a
199   // bundle_iterator.
200   return MachineBasicBlock::instr_iterator(
201     const_cast<MachineInstr*>(
202       &*nextIfDebug(MachineBasicBlock::const_iterator(I), End)));
203 }
204
205 /// Top-level MachineScheduler pass driver.
206 ///
207 /// Visit blocks in function order. Divide each block into scheduling regions
208 /// and visit them bottom-up. Visiting regions bottom-up is not required, but is
209 /// consistent with the DAG builder, which traverses the interior of the
210 /// scheduling regions bottom-up.
211 ///
212 /// This design avoids exposing scheduling boundaries to the DAG builder,
213 /// simplifying the DAG builder's support for "special" target instructions.
214 /// At the same time the design allows target schedulers to operate across
215 /// scheduling boundaries, for example to bundle the boudary instructions
216 /// without reordering them. This creates complexity, because the target
217 /// scheduler must update the RegionBegin and RegionEnd positions cached by
218 /// ScheduleDAGInstrs whenever adding or removing instructions. A much simpler
219 /// design would be to split blocks at scheduling boundaries, but LLVM has a
220 /// general bias against block splitting purely for implementation simplicity.
221 bool MachineScheduler::runOnMachineFunction(MachineFunction &mf) {
222   DEBUG(dbgs() << "Before MISsched:\n"; mf.print(dbgs()));
223
224   // Initialize the context of the pass.
225   MF = &mf;
226   MLI = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
227   MDT = &getAnalysis<MachineDominatorTree>();
228   PassConfig = &getAnalysis<TargetPassConfig>();
229   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
230
231   LIS = &getAnalysis<LiveIntervals>();
232   const TargetInstrInfo *TII = MF->getTarget().getInstrInfo();
233
234   if (VerifyScheduling) {
235     DEBUG(LIS->dump());
236     MF->verify(this, "Before machine scheduling.");
237   }
238   RegClassInfo->runOnMachineFunction(*MF);
239
240   // Select the scheduler, or set the default.
241   MachineSchedRegistry::ScheduleDAGCtor Ctor = MachineSchedOpt;
242   if (Ctor == useDefaultMachineSched) {
243     // Get the default scheduler set by the target.
244     Ctor = MachineSchedRegistry::getDefault();
245     if (!Ctor) {
246       Ctor = createConvergingSched;
247       MachineSchedRegistry::setDefault(Ctor);
248     }
249   }
250   // Instantiate the selected scheduler.
251   OwningPtr<ScheduleDAGInstrs> Scheduler(Ctor(this));
252
253   // Visit all machine basic blocks.
254   //
255   // TODO: Visit blocks in global postorder or postorder within the bottom-up
256   // loop tree. Then we can optionally compute global RegPressure.
257   for (MachineFunction::iterator MBB = MF->begin(), MBBEnd = MF->end();
258        MBB != MBBEnd; ++MBB) {
259
260     Scheduler->startBlock(MBB);
261
262     // Break the block into scheduling regions [I, RegionEnd), and schedule each
263     // region as soon as it is discovered. RegionEnd points the scheduling
264     // boundary at the bottom of the region. The DAG does not include RegionEnd,
265     // but the region does (i.e. the next RegionEnd is above the previous
266     // RegionBegin). If the current block has no terminator then RegionEnd ==
267     // MBB->end() for the bottom region.
268     //
269     // The Scheduler may insert instructions during either schedule() or
270     // exitRegion(), even for empty regions. So the local iterators 'I' and
271     // 'RegionEnd' are invalid across these calls.
272     unsigned RemainingInstrs = MBB->size();
273     for(MachineBasicBlock::iterator RegionEnd = MBB->end();
274         RegionEnd != MBB->begin(); RegionEnd = Scheduler->begin()) {
275
276       // Avoid decrementing RegionEnd for blocks with no terminator.
277       if (RegionEnd != MBB->end()
278           || TII->isSchedulingBoundary(llvm::prior(RegionEnd), MBB, *MF)) {
279         --RegionEnd;
280         // Count the boundary instruction.
281         --RemainingInstrs;
282       }
283
284       // The next region starts above the previous region. Look backward in the
285       // instruction stream until we find the nearest boundary.
286       unsigned NumRegionInstrs = 0;
287       MachineBasicBlock::iterator I = RegionEnd;
288       for(;I != MBB->begin(); --I, --RemainingInstrs, ++NumRegionInstrs) {
289         if (TII->isSchedulingBoundary(llvm::prior(I), MBB, *MF))
290           break;
291       }
292       // Notify the scheduler of the region, even if we may skip scheduling
293       // it. Perhaps it still needs to be bundled.
294       Scheduler->enterRegion(MBB, I, RegionEnd, NumRegionInstrs);
295
296       // Skip empty scheduling regions (0 or 1 schedulable instructions).
297       if (I == RegionEnd || I == llvm::prior(RegionEnd)) {
298         // Close the current region. Bundle the terminator if needed.
299         // This invalidates 'RegionEnd' and 'I'.
300         Scheduler->exitRegion();
301         continue;
302       }
303       DEBUG(dbgs() << "********** MI Scheduling **********\n");
304       DEBUG(dbgs() << MF->getName()
305             << ":BB#" << MBB->getNumber() << " " << MBB->getName()
306             << "\n  From: " << *I << "    To: ";
307             if (RegionEnd != MBB->end()) dbgs() << *RegionEnd;
308             else dbgs() << "End";
309             dbgs() << " RegionInstrs: " << NumRegionInstrs
310             << " Remaining: " << RemainingInstrs << "\n");
311
312       // Schedule a region: possibly reorder instructions.
313       // This invalidates 'RegionEnd' and 'I'.
314       Scheduler->schedule();
315
316       // Close the current region.
317       Scheduler->exitRegion();
318
319       // Scheduling has invalidated the current iterator 'I'. Ask the
320       // scheduler for the top of it's scheduled region.
321       RegionEnd = Scheduler->begin();
322     }
323     assert(RemainingInstrs == 0 && "Instruction count mismatch!");
324     Scheduler->finishBlock();
325   }
326   Scheduler->finalizeSchedule();
327   DEBUG(LIS->dump());
328   if (VerifyScheduling)
329     MF->verify(this, "After machine scheduling.");
330   return true;
331 }
332
333 void MachineScheduler::print(raw_ostream &O, const Module* m) const {
334   // unimplemented
335 }
336
337 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
338 void ReadyQueue::dump() {
339   dbgs() << Name << ": ";
340   for (unsigned i = 0, e = Queue.size(); i < e; ++i)
341     dbgs() << Queue[i]->NodeNum << " ";
342   dbgs() << "\n";
343 }
344 #endif
345
346 //===----------------------------------------------------------------------===//
347 // ScheduleDAGMI - Base class for MachineInstr scheduling with LiveIntervals
348 // preservation.
349 //===----------------------------------------------------------------------===//
350
351 ScheduleDAGMI::~ScheduleDAGMI() {
352   delete DFSResult;
353   DeleteContainerPointers(Mutations);
354   delete SchedImpl;
355 }
356
357 bool ScheduleDAGMI::canAddEdge(SUnit *SuccSU, SUnit *PredSU) {
358   return SuccSU == &ExitSU || !Topo.IsReachable(PredSU, SuccSU);
359 }
360
361 bool ScheduleDAGMI::addEdge(SUnit *SuccSU, const SDep &PredDep) {
362   if (SuccSU != &ExitSU) {
363     // Do not use WillCreateCycle, it assumes SD scheduling.
364     // If Pred is reachable from Succ, then the edge creates a cycle.
365     if (Topo.IsReachable(PredDep.getSUnit(), SuccSU))
366       return false;
367     Topo.AddPred(SuccSU, PredDep.getSUnit());
368   }
369   SuccSU->addPred(PredDep, /*Required=*/!PredDep.isArtificial());
370   // Return true regardless of whether a new edge needed to be inserted.
371   return true;
372 }
373
374 /// ReleaseSucc - Decrement the NumPredsLeft count of a successor. When
375 /// NumPredsLeft reaches zero, release the successor node.
376 ///
377 /// FIXME: Adjust SuccSU height based on MinLatency.
378 void ScheduleDAGMI::releaseSucc(SUnit *SU, SDep *SuccEdge) {
379   SUnit *SuccSU = SuccEdge->getSUnit();
380
381   if (SuccEdge->isWeak()) {
382     --SuccSU->WeakPredsLeft;
383     if (SuccEdge->isCluster())
384       NextClusterSucc = SuccSU;
385     return;
386   }
387 #ifndef NDEBUG
388   if (SuccSU->NumPredsLeft == 0) {
389     dbgs() << "*** Scheduling failed! ***\n";
390     SuccSU->dump(this);
391     dbgs() << " has been released too many times!\n";
392     llvm_unreachable(0);
393   }
394 #endif
395   --SuccSU->NumPredsLeft;
396   if (SuccSU->NumPredsLeft == 0 && SuccSU != &ExitSU)
397     SchedImpl->releaseTopNode(SuccSU);
398 }
399
400 /// releaseSuccessors - Call releaseSucc on each of SU's successors.
401 void ScheduleDAGMI::releaseSuccessors(SUnit *SU) {
402   for (SUnit::succ_iterator I = SU->Succs.begin(), E = SU->Succs.end();
403        I != E; ++I) {
404     releaseSucc(SU, &*I);
405   }
406 }
407
408 /// ReleasePred - Decrement the NumSuccsLeft count of a predecessor. When
409 /// NumSuccsLeft reaches zero, release the predecessor node.
410 ///
411 /// FIXME: Adjust PredSU height based on MinLatency.
412 void ScheduleDAGMI::releasePred(SUnit *SU, SDep *PredEdge) {
413   SUnit *PredSU = PredEdge->getSUnit();
414
415   if (PredEdge->isWeak()) {
416     --PredSU->WeakSuccsLeft;
417     if (PredEdge->isCluster())
418       NextClusterPred = PredSU;
419     return;
420   }
421 #ifndef NDEBUG
422   if (PredSU->NumSuccsLeft == 0) {
423     dbgs() << "*** Scheduling failed! ***\n";
424     PredSU->dump(this);
425     dbgs() << " has been released too many times!\n";
426     llvm_unreachable(0);
427   }
428 #endif
429   --PredSU->NumSuccsLeft;
430   if (PredSU->NumSuccsLeft == 0 && PredSU != &EntrySU)
431     SchedImpl->releaseBottomNode(PredSU);
432 }
433
434 /// releasePredecessors - Call releasePred on each of SU's predecessors.
435 void ScheduleDAGMI::releasePredecessors(SUnit *SU) {
436   for (SUnit::pred_iterator I = SU->Preds.begin(), E = SU->Preds.end();
437        I != E; ++I) {
438     releasePred(SU, &*I);
439   }
440 }
441
442 /// This is normally called from the main scheduler loop but may also be invoked
443 /// by the scheduling strategy to perform additional code motion.
444 void ScheduleDAGMI::moveInstruction(MachineInstr *MI,
445                                     MachineBasicBlock::iterator InsertPos) {
446   // Advance RegionBegin if the first instruction moves down.
447   if (&*RegionBegin == MI)
448     ++RegionBegin;
449
450   // Update the instruction stream.
451   BB->splice(InsertPos, BB, MI);
452
453   // Update LiveIntervals
454   LIS->handleMove(MI, /*UpdateFlags=*/true);
455
456   // Recede RegionBegin if an instruction moves above the first.
457   if (RegionBegin == InsertPos)
458     RegionBegin = MI;
459 }
460
461 bool ScheduleDAGMI::checkSchedLimit() {
462 #ifndef NDEBUG
463   if (NumInstrsScheduled == MISchedCutoff && MISchedCutoff != ~0U) {
464     CurrentTop = CurrentBottom;
465     return false;
466   }
467   ++NumInstrsScheduled;
468 #endif
469   return true;
470 }
471
472 /// enterRegion - Called back from MachineScheduler::runOnMachineFunction after
473 /// crossing a scheduling boundary. [begin, end) includes all instructions in
474 /// the region, including the boundary itself and single-instruction regions
475 /// that don't get scheduled.
476 void ScheduleDAGMI::enterRegion(MachineBasicBlock *bb,
477                                 MachineBasicBlock::iterator begin,
478                                 MachineBasicBlock::iterator end,
479                                 unsigned regioninstrs)
480 {
481   ScheduleDAGInstrs::enterRegion(bb, begin, end, regioninstrs);
482
483   // For convenience remember the end of the liveness region.
484   LiveRegionEnd =
485     (RegionEnd == bb->end()) ? RegionEnd : llvm::next(RegionEnd);
486
487   SchedImpl->initPolicy(begin, end, regioninstrs);
488
489   ShouldTrackPressure = SchedImpl->shouldTrackPressure();
490 }
491
492 // Setup the register pressure trackers for the top scheduled top and bottom
493 // scheduled regions.
494 void ScheduleDAGMI::initRegPressure() {
495   TopRPTracker.init(&MF, RegClassInfo, LIS, BB, RegionBegin);
496   BotRPTracker.init(&MF, RegClassInfo, LIS, BB, LiveRegionEnd);
497
498   // Close the RPTracker to finalize live ins.
499   RPTracker.closeRegion();
500
501   DEBUG(RPTracker.dump());
502
503   // Initialize the live ins and live outs.
504   TopRPTracker.addLiveRegs(RPTracker.getPressure().LiveInRegs);
505   BotRPTracker.addLiveRegs(RPTracker.getPressure().LiveOutRegs);
506
507   // Close one end of the tracker so we can call
508   // getMaxUpward/DownwardPressureDelta before advancing across any
509   // instructions. This converts currently live regs into live ins/outs.
510   TopRPTracker.closeTop();
511   BotRPTracker.closeBottom();
512
513   BotRPTracker.initLiveThru(RPTracker);
514   if (!BotRPTracker.getLiveThru().empty()) {
515     TopRPTracker.initLiveThru(BotRPTracker.getLiveThru());
516     DEBUG(dbgs() << "Live Thru: ";
517           dumpRegSetPressure(BotRPTracker.getLiveThru(), TRI));
518   };
519
520   // For each live out vreg reduce the pressure change associated with other
521   // uses of the same vreg below the live-out reaching def.
522   updatePressureDiffs(RPTracker.getPressure().LiveOutRegs);
523
524   // Account for liveness generated by the region boundary.
525   if (LiveRegionEnd != RegionEnd) {
526     SmallVector<unsigned, 8> LiveUses;
527     BotRPTracker.recede(&LiveUses);
528     updatePressureDiffs(LiveUses);
529   }
530
531   assert(BotRPTracker.getPos() == RegionEnd && "Can't find the region bottom");
532
533   // Cache the list of excess pressure sets in this region. This will also track
534   // the max pressure in the scheduled code for these sets.
535   RegionCriticalPSets.clear();
536   const std::vector<unsigned> &RegionPressure =
537     RPTracker.getPressure().MaxSetPressure;
538   for (unsigned i = 0, e = RegionPressure.size(); i < e; ++i) {
539     unsigned Limit = RegClassInfo->getRegPressureSetLimit(i);
540     if (RegionPressure[i] > Limit) {
541       DEBUG(dbgs() << TRI->getRegPressureSetName(i)
542             << " Limit " << Limit
543             << " Actual " << RegionPressure[i] << "\n");
544       RegionCriticalPSets.push_back(PressureChange(i));
545     }
546   }
547   DEBUG(dbgs() << "Excess PSets: ";
548         for (unsigned i = 0, e = RegionCriticalPSets.size(); i != e; ++i)
549           dbgs() << TRI->getRegPressureSetName(
550             RegionCriticalPSets[i].getPSet()) << " ";
551         dbgs() << "\n");
552 }
553
554 // FIXME: When the pressure tracker deals in pressure differences then we won't
555 // iterate over all RegionCriticalPSets[i].
556 void ScheduleDAGMI::
557 updateScheduledPressure(const std::vector<unsigned> &NewMaxPressure) {
558   for (unsigned i = 0, e = RegionCriticalPSets.size(); i < e; ++i) {
559     unsigned ID = RegionCriticalPSets[i].getPSet();
560     if ((int)NewMaxPressure[ID] > RegionCriticalPSets[i].getUnitInc()
561         && NewMaxPressure[ID] <= INT16_MAX)
562       RegionCriticalPSets[i].setUnitInc(NewMaxPressure[ID]);
563   }
564   DEBUG(
565     for (unsigned i = 0, e = NewMaxPressure.size(); i < e; ++i) {
566       unsigned Limit = RegClassInfo->getRegPressureSetLimit(i);
567       if (NewMaxPressure[i] > Limit ) {
568         dbgs() << "  " << TRI->getRegPressureSetName(i) << ": "
569                << NewMaxPressure[i] << " > " << Limit << "\n";
570       }
571     });
572 }
573
574 /// Update the PressureDiff array for liveness after scheduling this
575 /// instruction.
576 void ScheduleDAGMI::updatePressureDiffs(ArrayRef<unsigned> LiveUses) {
577   for (unsigned LUIdx = 0, LUEnd = LiveUses.size(); LUIdx != LUEnd; ++LUIdx) {
578     /// FIXME: Currently assuming single-use physregs.
579     unsigned Reg = LiveUses[LUIdx];
580     if (!TRI->isVirtualRegister(Reg))
581       continue;
582     // This may be called before CurrentBottom has been initialized. However,
583     // BotRPTracker must have a valid position. We want the value live into the
584     // instruction or live out of the block, so ask for the previous
585     // instruction's live-out.
586     const LiveInterval &LI = LIS->getInterval(Reg);
587     VNInfo *VNI;
588     MachineBasicBlock::const_iterator I =
589       nextIfDebug(BotRPTracker.getPos(), BB->end());
590     if (I == BB->end())
591       VNI = LI.getVNInfoBefore(LIS->getMBBEndIdx(BB));
592     else {
593       LiveRangeQuery LRQ(LI, LIS->getInstructionIndex(I));
594       VNI = LRQ.valueIn();
595     }
596     // RegisterPressureTracker guarantees that readsReg is true for LiveUses.
597     assert(VNI && "No live value at use.");
598     for (VReg2UseMap::iterator
599            UI = VRegUses.find(Reg); UI != VRegUses.end(); ++UI) {
600       SUnit *SU = UI->SU;
601       // If this use comes before the reaching def, it cannot be a last use, so
602       // descrease its pressure change.
603       if (!SU->isScheduled && SU != &ExitSU) {
604         LiveRangeQuery LRQ(LI, LIS->getInstructionIndex(SU->getInstr()));
605         if (LRQ.valueIn() == VNI)
606           getPressureDiff(SU).addPressureChange(Reg, true, &MRI);
607       }
608     }
609   }
610 }
611
612 /// schedule - Called back from MachineScheduler::runOnMachineFunction
613 /// after setting up the current scheduling region. [RegionBegin, RegionEnd)
614 /// only includes instructions that have DAG nodes, not scheduling boundaries.
615 ///
616 /// This is a skeletal driver, with all the functionality pushed into helpers,
617 /// so that it can be easilly extended by experimental schedulers. Generally,
618 /// implementing MachineSchedStrategy should be sufficient to implement a new
619 /// scheduling algorithm. However, if a scheduler further subclasses
620 /// ScheduleDAGMI then it will want to override this virtual method in order to
621 /// update any specialized state.
622 void ScheduleDAGMI::schedule() {
623   buildDAGWithRegPressure();
624
625   Topo.InitDAGTopologicalSorting();
626
627   postprocessDAG();
628
629   SmallVector<SUnit*, 8> TopRoots, BotRoots;
630   findRootsAndBiasEdges(TopRoots, BotRoots);
631
632   // Initialize the strategy before modifying the DAG.
633   // This may initialize a DFSResult to be used for queue priority.
634   SchedImpl->initialize(this);
635
636   DEBUG(for (unsigned su = 0, e = SUnits.size(); su != e; ++su)
637           SUnits[su].dumpAll(this));
638   if (ViewMISchedDAGs) viewGraph();
639
640   // Initialize ready queues now that the DAG and priority data are finalized.
641   initQueues(TopRoots, BotRoots);
642
643   bool IsTopNode = false;
644   while (SUnit *SU = SchedImpl->pickNode(IsTopNode)) {
645     assert(!SU->isScheduled && "Node already scheduled");
646     if (!checkSchedLimit())
647       break;
648
649     scheduleMI(SU, IsTopNode);
650
651     updateQueues(SU, IsTopNode);
652   }
653   assert(CurrentTop == CurrentBottom && "Nonempty unscheduled zone.");
654
655   placeDebugValues();
656
657   DEBUG({
658       unsigned BBNum = begin()->getParent()->getNumber();
659       dbgs() << "*** Final schedule for BB#" << BBNum << " ***\n";
660       dumpSchedule();
661       dbgs() << '\n';
662     });
663 }
664
665 /// Build the DAG and setup three register pressure trackers.
666 void ScheduleDAGMI::buildDAGWithRegPressure() {
667   if (!ShouldTrackPressure) {
668     RPTracker.reset();
669     RegionCriticalPSets.clear();
670     buildSchedGraph(AA);
671     return;
672   }
673
674   // Initialize the register pressure tracker used by buildSchedGraph.
675   RPTracker.init(&MF, RegClassInfo, LIS, BB, LiveRegionEnd,
676                  /*TrackUntiedDefs=*/true);
677
678   // Account for liveness generate by the region boundary.
679   if (LiveRegionEnd != RegionEnd)
680     RPTracker.recede();
681
682   // Build the DAG, and compute current register pressure.
683   buildSchedGraph(AA, &RPTracker, &SUPressureDiffs);
684
685   // Initialize top/bottom trackers after computing region pressure.
686   initRegPressure();
687 }
688
689 /// Apply each ScheduleDAGMutation step in order.
690 void ScheduleDAGMI::postprocessDAG() {
691   for (unsigned i = 0, e = Mutations.size(); i < e; ++i) {
692     Mutations[i]->apply(this);
693   }
694 }
695
696 void ScheduleDAGMI::computeDFSResult() {
697   if (!DFSResult)
698     DFSResult = new SchedDFSResult(/*BottomU*/true, MinSubtreeSize);
699   DFSResult->clear();
700   ScheduledTrees.clear();
701   DFSResult->resize(SUnits.size());
702   DFSResult->compute(SUnits);
703   ScheduledTrees.resize(DFSResult->getNumSubtrees());
704 }
705
706 void ScheduleDAGMI::findRootsAndBiasEdges(SmallVectorImpl<SUnit*> &TopRoots,
707                                           SmallVectorImpl<SUnit*> &BotRoots) {
708   for (std::vector<SUnit>::iterator
709          I = SUnits.begin(), E = SUnits.end(); I != E; ++I) {
710     SUnit *SU = &(*I);
711     assert(!SU->isBoundaryNode() && "Boundary node should not be in SUnits");
712
713     // Order predecessors so DFSResult follows the critical path.
714     SU->biasCriticalPath();
715
716     // A SUnit is ready to top schedule if it has no predecessors.
717     if (!I->NumPredsLeft)
718       TopRoots.push_back(SU);
719     // A SUnit is ready to bottom schedule if it has no successors.
720     if (!I->NumSuccsLeft)
721       BotRoots.push_back(SU);
722   }
723   ExitSU.biasCriticalPath();
724 }
725
726 /// Compute the max cyclic critical path through the DAG. The scheduling DAG
727 /// only provides the critical path for single block loops. To handle loops that
728 /// span blocks, we could use the vreg path latencies provided by
729 /// MachineTraceMetrics instead. However, MachineTraceMetrics is not currently
730 /// available for use in the scheduler.
731 ///
732 /// The cyclic path estimation identifies a def-use pair that crosses the back
733 /// edge and considers the depth and height of the nodes. For example, consider
734 /// the following instruction sequence where each instruction has unit latency
735 /// and defines an epomymous virtual register:
736 ///
737 /// a->b(a,c)->c(b)->d(c)->exit
738 ///
739 /// The cyclic critical path is a two cycles: b->c->b
740 /// The acyclic critical path is four cycles: a->b->c->d->exit
741 /// LiveOutHeight = height(c) = len(c->d->exit) = 2
742 /// LiveOutDepth = depth(c) + 1 = len(a->b->c) + 1 = 3
743 /// LiveInHeight = height(b) + 1 = len(b->c->d->exit) + 1 = 4
744 /// LiveInDepth = depth(b) = len(a->b) = 1
745 ///
746 /// LiveOutDepth - LiveInDepth = 3 - 1 = 2
747 /// LiveInHeight - LiveOutHeight = 4 - 2 = 2
748 /// CyclicCriticalPath = min(2, 2) = 2
749 unsigned ScheduleDAGMI::computeCyclicCriticalPath() {
750   // This only applies to single block loop.
751   if (!BB->isSuccessor(BB))
752     return 0;
753
754   unsigned MaxCyclicLatency = 0;
755   // Visit each live out vreg def to find def/use pairs that cross iterations.
756   ArrayRef<unsigned> LiveOuts = RPTracker.getPressure().LiveOutRegs;
757   for (ArrayRef<unsigned>::iterator RI = LiveOuts.begin(), RE = LiveOuts.end();
758        RI != RE; ++RI) {
759     unsigned Reg = *RI;
760     if (!TRI->isVirtualRegister(Reg))
761         continue;
762     const LiveInterval &LI = LIS->getInterval(Reg);
763     const VNInfo *DefVNI = LI.getVNInfoBefore(LIS->getMBBEndIdx(BB));
764     if (!DefVNI)
765       continue;
766
767     MachineInstr *DefMI = LIS->getInstructionFromIndex(DefVNI->def);
768     const SUnit *DefSU = getSUnit(DefMI);
769     if (!DefSU)
770       continue;
771
772     unsigned LiveOutHeight = DefSU->getHeight();
773     unsigned LiveOutDepth = DefSU->getDepth() + DefSU->Latency;
774     // Visit all local users of the vreg def.
775     for (VReg2UseMap::iterator
776            UI = VRegUses.find(Reg); UI != VRegUses.end(); ++UI) {
777       if (UI->SU == &ExitSU)
778         continue;
779
780       // Only consider uses of the phi.
781       LiveRangeQuery LRQ(LI, LIS->getInstructionIndex(UI->SU->getInstr()));
782       if (!LRQ.valueIn()->isPHIDef())
783         continue;
784
785       // Assume that a path spanning two iterations is a cycle, which could
786       // overestimate in strange cases. This allows cyclic latency to be
787       // estimated as the minimum slack of the vreg's depth or height.
788       unsigned CyclicLatency = 0;
789       if (LiveOutDepth > UI->SU->getDepth())
790         CyclicLatency = LiveOutDepth - UI->SU->getDepth();
791
792       unsigned LiveInHeight = UI->SU->getHeight() + DefSU->Latency;
793       if (LiveInHeight > LiveOutHeight) {
794         if (LiveInHeight - LiveOutHeight < CyclicLatency)
795           CyclicLatency = LiveInHeight - LiveOutHeight;
796       }
797       else
798         CyclicLatency = 0;
799
800       DEBUG(dbgs() << "Cyclic Path: SU(" << DefSU->NodeNum << ") -> SU("
801             << UI->SU->NodeNum << ") = " << CyclicLatency << "c\n");
802       if (CyclicLatency > MaxCyclicLatency)
803         MaxCyclicLatency = CyclicLatency;
804     }
805   }
806   DEBUG(dbgs() << "Cyclic Critical Path: " << MaxCyclicLatency << "c\n");
807   return MaxCyclicLatency;
808 }
809
810 /// Identify DAG roots and setup scheduler queues.
811 void ScheduleDAGMI::initQueues(ArrayRef<SUnit*> TopRoots,
812                                ArrayRef<SUnit*> BotRoots) {
813   NextClusterSucc = NULL;
814   NextClusterPred = NULL;
815
816   // Release all DAG roots for scheduling, not including EntrySU/ExitSU.
817   //
818   // Nodes with unreleased weak edges can still be roots.
819   // Release top roots in forward order.
820   for (SmallVectorImpl<SUnit*>::const_iterator
821          I = TopRoots.begin(), E = TopRoots.end(); I != E; ++I) {
822     SchedImpl->releaseTopNode(*I);
823   }
824   // Release bottom roots in reverse order so the higher priority nodes appear
825   // first. This is more natural and slightly more efficient.
826   for (SmallVectorImpl<SUnit*>::const_reverse_iterator
827          I = BotRoots.rbegin(), E = BotRoots.rend(); I != E; ++I) {
828     SchedImpl->releaseBottomNode(*I);
829   }
830
831   releaseSuccessors(&EntrySU);
832   releasePredecessors(&ExitSU);
833
834   SchedImpl->registerRoots();
835
836   // Advance past initial DebugValues.
837   CurrentTop = nextIfDebug(RegionBegin, RegionEnd);
838   CurrentBottom = RegionEnd;
839
840   if (ShouldTrackPressure) {
841     assert(TopRPTracker.getPos() == RegionBegin && "bad initial Top tracker");
842     TopRPTracker.setPos(CurrentTop);
843   }
844 }
845
846 /// Move an instruction and update register pressure.
847 void ScheduleDAGMI::scheduleMI(SUnit *SU, bool IsTopNode) {
848   // Move the instruction to its new location in the instruction stream.
849   MachineInstr *MI = SU->getInstr();
850
851   if (IsTopNode) {
852     assert(SU->isTopReady() && "node still has unscheduled dependencies");
853     if (&*CurrentTop == MI)
854       CurrentTop = nextIfDebug(++CurrentTop, CurrentBottom);
855     else {
856       moveInstruction(MI, CurrentTop);
857       TopRPTracker.setPos(MI);
858     }
859
860     if (ShouldTrackPressure) {
861       // Update top scheduled pressure.
862       TopRPTracker.advance();
863       assert(TopRPTracker.getPos() == CurrentTop && "out of sync");
864       updateScheduledPressure(TopRPTracker.getPressure().MaxSetPressure);
865     }
866   }
867   else {
868     assert(SU->isBottomReady() && "node still has unscheduled dependencies");
869     MachineBasicBlock::iterator priorII =
870       priorNonDebug(CurrentBottom, CurrentTop);
871     if (&*priorII == MI)
872       CurrentBottom = priorII;
873     else {
874       if (&*CurrentTop == MI) {
875         CurrentTop = nextIfDebug(++CurrentTop, priorII);
876         TopRPTracker.setPos(CurrentTop);
877       }
878       moveInstruction(MI, CurrentBottom);
879       CurrentBottom = MI;
880     }
881     if (ShouldTrackPressure) {
882       // Update bottom scheduled pressure.
883       SmallVector<unsigned, 8> LiveUses;
884       BotRPTracker.recede(&LiveUses);
885       assert(BotRPTracker.getPos() == CurrentBottom && "out of sync");
886       updatePressureDiffs(LiveUses);
887       updateScheduledPressure(BotRPTracker.getPressure().MaxSetPressure);
888     }
889   }
890 }
891
892 /// Update scheduler queues after scheduling an instruction.
893 void ScheduleDAGMI::updateQueues(SUnit *SU, bool IsTopNode) {
894   // Release dependent instructions for scheduling.
895   if (IsTopNode)
896     releaseSuccessors(SU);
897   else
898     releasePredecessors(SU);
899
900   SU->isScheduled = true;
901
902   if (DFSResult) {
903     unsigned SubtreeID = DFSResult->getSubtreeID(SU);
904     if (!ScheduledTrees.test(SubtreeID)) {
905       ScheduledTrees.set(SubtreeID);
906       DFSResult->scheduleTree(SubtreeID);
907       SchedImpl->scheduleTree(SubtreeID);
908     }
909   }
910
911   // Notify the scheduling strategy after updating the DAG.
912   SchedImpl->schedNode(SU, IsTopNode);
913 }
914
915 /// Reinsert any remaining debug_values, just like the PostRA scheduler.
916 void ScheduleDAGMI::placeDebugValues() {
917   // If first instruction was a DBG_VALUE then put it back.
918   if (FirstDbgValue) {
919     BB->splice(RegionBegin, BB, FirstDbgValue);
920     RegionBegin = FirstDbgValue;
921   }
922
923   for (std::vector<std::pair<MachineInstr *, MachineInstr *> >::iterator
924          DI = DbgValues.end(), DE = DbgValues.begin(); DI != DE; --DI) {
925     std::pair<MachineInstr *, MachineInstr *> P = *prior(DI);
926     MachineInstr *DbgValue = P.first;
927     MachineBasicBlock::iterator OrigPrevMI = P.second;
928     if (&*RegionBegin == DbgValue)
929       ++RegionBegin;
930     BB->splice(++OrigPrevMI, BB, DbgValue);
931     if (OrigPrevMI == llvm::prior(RegionEnd))
932       RegionEnd = DbgValue;
933   }
934   DbgValues.clear();
935   FirstDbgValue = NULL;
936 }
937
938 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
939 void ScheduleDAGMI::dumpSchedule() const {
940   for (MachineBasicBlock::iterator MI = begin(), ME = end(); MI != ME; ++MI) {
941     if (SUnit *SU = getSUnit(&(*MI)))
942       SU->dump(this);
943     else
944       dbgs() << "Missing SUnit\n";
945   }
946 }
947 #endif
948
949 //===----------------------------------------------------------------------===//
950 // LoadClusterMutation - DAG post-processing to cluster loads.
951 //===----------------------------------------------------------------------===//
952
953 namespace {
954 /// \brief Post-process the DAG to create cluster edges between neighboring
955 /// loads.
956 class LoadClusterMutation : public ScheduleDAGMutation {
957   struct LoadInfo {
958     SUnit *SU;
959     unsigned BaseReg;
960     unsigned Offset;
961     LoadInfo(SUnit *su, unsigned reg, unsigned ofs)
962       : SU(su), BaseReg(reg), Offset(ofs) {}
963   };
964   static bool LoadInfoLess(const LoadClusterMutation::LoadInfo &LHS,
965                            const LoadClusterMutation::LoadInfo &RHS);
966
967   const TargetInstrInfo *TII;
968   const TargetRegisterInfo *TRI;
969 public:
970   LoadClusterMutation(const TargetInstrInfo *tii,
971                       const TargetRegisterInfo *tri)
972     : TII(tii), TRI(tri) {}
973
974   virtual void apply(ScheduleDAGMI *DAG);
975 protected:
976   void clusterNeighboringLoads(ArrayRef<SUnit*> Loads, ScheduleDAGMI *DAG);
977 };
978 } // anonymous
979
980 bool LoadClusterMutation::LoadInfoLess(
981   const LoadClusterMutation::LoadInfo &LHS,
982   const LoadClusterMutation::LoadInfo &RHS) {
983   if (LHS.BaseReg != RHS.BaseReg)
984     return LHS.BaseReg < RHS.BaseReg;
985   return LHS.Offset < RHS.Offset;
986 }
987
988 void LoadClusterMutation::clusterNeighboringLoads(ArrayRef<SUnit*> Loads,
989                                                   ScheduleDAGMI *DAG) {
990   SmallVector<LoadClusterMutation::LoadInfo,32> LoadRecords;
991   for (unsigned Idx = 0, End = Loads.size(); Idx != End; ++Idx) {
992     SUnit *SU = Loads[Idx];
993     unsigned BaseReg;
994     unsigned Offset;
995     if (TII->getLdStBaseRegImmOfs(SU->getInstr(), BaseReg, Offset, TRI))
996       LoadRecords.push_back(LoadInfo(SU, BaseReg, Offset));
997   }
998   if (LoadRecords.size() < 2)
999     return;
1000   std::sort(LoadRecords.begin(), LoadRecords.end(), LoadInfoLess);
1001   unsigned ClusterLength = 1;
1002   for (unsigned Idx = 0, End = LoadRecords.size(); Idx < (End - 1); ++Idx) {
1003     if (LoadRecords[Idx].BaseReg != LoadRecords[Idx+1].BaseReg) {
1004       ClusterLength = 1;
1005       continue;
1006     }
1007
1008     SUnit *SUa = LoadRecords[Idx].SU;
1009     SUnit *SUb = LoadRecords[Idx+1].SU;
1010     if (TII->shouldClusterLoads(SUa->getInstr(), SUb->getInstr(), ClusterLength)
1011         && DAG->addEdge(SUb, SDep(SUa, SDep::Cluster))) {
1012
1013       DEBUG(dbgs() << "Cluster loads SU(" << SUa->NodeNum << ") - SU("
1014             << SUb->NodeNum << ")\n");
1015       // Copy successor edges from SUa to SUb. Interleaving computation
1016       // dependent on SUa can prevent load combining due to register reuse.
1017       // Predecessor edges do not need to be copied from SUb to SUa since nearby
1018       // loads should have effectively the same inputs.
1019       for (SUnit::const_succ_iterator
1020              SI = SUa->Succs.begin(), SE = SUa->Succs.end(); SI != SE; ++SI) {
1021         if (SI->getSUnit() == SUb)
1022           continue;
1023         DEBUG(dbgs() << "  Copy Succ SU(" << SI->getSUnit()->NodeNum << ")\n");
1024         DAG->addEdge(SI->getSUnit(), SDep(SUb, SDep::Artificial));
1025       }
1026       ++ClusterLength;
1027     }
1028     else
1029       ClusterLength = 1;
1030   }
1031 }
1032
1033 /// \brief Callback from DAG postProcessing to create cluster edges for loads.
1034 void LoadClusterMutation::apply(ScheduleDAGMI *DAG) {
1035   // Map DAG NodeNum to store chain ID.
1036   DenseMap<unsigned, unsigned> StoreChainIDs;
1037   // Map each store chain to a set of dependent loads.
1038   SmallVector<SmallVector<SUnit*,4>, 32> StoreChainDependents;
1039   for (unsigned Idx = 0, End = DAG->SUnits.size(); Idx != End; ++Idx) {
1040     SUnit *SU = &DAG->SUnits[Idx];
1041     if (!SU->getInstr()->mayLoad())
1042       continue;
1043     unsigned ChainPredID = DAG->SUnits.size();
1044     for (SUnit::const_pred_iterator
1045            PI = SU->Preds.begin(), PE = SU->Preds.end(); PI != PE; ++PI) {
1046       if (PI->isCtrl()) {
1047         ChainPredID = PI->getSUnit()->NodeNum;
1048         break;
1049       }
1050     }
1051     // Check if this chain-like pred has been seen
1052     // before. ChainPredID==MaxNodeID for loads at the top of the schedule.
1053     unsigned NumChains = StoreChainDependents.size();
1054     std::pair<DenseMap<unsigned, unsigned>::iterator, bool> Result =
1055       StoreChainIDs.insert(std::make_pair(ChainPredID, NumChains));
1056     if (Result.second)
1057       StoreChainDependents.resize(NumChains + 1);
1058     StoreChainDependents[Result.first->second].push_back(SU);
1059   }
1060   // Iterate over the store chains.
1061   for (unsigned Idx = 0, End = StoreChainDependents.size(); Idx != End; ++Idx)
1062     clusterNeighboringLoads(StoreChainDependents[Idx], DAG);
1063 }
1064
1065 //===----------------------------------------------------------------------===//
1066 // MacroFusion - DAG post-processing to encourage fusion of macro ops.
1067 //===----------------------------------------------------------------------===//
1068
1069 namespace {
1070 /// \brief Post-process the DAG to create cluster edges between instructions
1071 /// that may be fused by the processor into a single operation.
1072 class MacroFusion : public ScheduleDAGMutation {
1073   const TargetInstrInfo *TII;
1074 public:
1075   MacroFusion(const TargetInstrInfo *tii): TII(tii) {}
1076
1077   virtual void apply(ScheduleDAGMI *DAG);
1078 };
1079 } // anonymous
1080
1081 /// \brief Callback from DAG postProcessing to create cluster edges to encourage
1082 /// fused operations.
1083 void MacroFusion::apply(ScheduleDAGMI *DAG) {
1084   // For now, assume targets can only fuse with the branch.
1085   MachineInstr *Branch = DAG->ExitSU.getInstr();
1086   if (!Branch)
1087     return;
1088
1089   for (unsigned Idx = DAG->SUnits.size(); Idx > 0;) {
1090     SUnit *SU = &DAG->SUnits[--Idx];
1091     if (!TII->shouldScheduleAdjacent(SU->getInstr(), Branch))
1092       continue;
1093
1094     // Create a single weak edge from SU to ExitSU. The only effect is to cause
1095     // bottom-up scheduling to heavily prioritize the clustered SU.  There is no
1096     // need to copy predecessor edges from ExitSU to SU, since top-down
1097     // scheduling cannot prioritize ExitSU anyway. To defer top-down scheduling
1098     // of SU, we could create an artificial edge from the deepest root, but it
1099     // hasn't been needed yet.
1100     bool Success = DAG->addEdge(&DAG->ExitSU, SDep(SU, SDep::Cluster));
1101     (void)Success;
1102     assert(Success && "No DAG nodes should be reachable from ExitSU");
1103
1104     DEBUG(dbgs() << "Macro Fuse SU(" << SU->NodeNum << ")\n");
1105     break;
1106   }
1107 }
1108
1109 //===----------------------------------------------------------------------===//
1110 // CopyConstrain - DAG post-processing to encourage copy elimination.
1111 //===----------------------------------------------------------------------===//
1112
1113 namespace {
1114 /// \brief Post-process the DAG to create weak edges from all uses of a copy to
1115 /// the one use that defines the copy's source vreg, most likely an induction
1116 /// variable increment.
1117 class CopyConstrain : public ScheduleDAGMutation {
1118   // Transient state.
1119   SlotIndex RegionBeginIdx;
1120   // RegionEndIdx is the slot index of the last non-debug instruction in the
1121   // scheduling region. So we may have RegionBeginIdx == RegionEndIdx.
1122   SlotIndex RegionEndIdx;
1123 public:
1124   CopyConstrain(const TargetInstrInfo *, const TargetRegisterInfo *) {}
1125
1126   virtual void apply(ScheduleDAGMI *DAG);
1127
1128 protected:
1129   void constrainLocalCopy(SUnit *CopySU, ScheduleDAGMI *DAG);
1130 };
1131 } // anonymous
1132
1133 /// constrainLocalCopy handles two possibilities:
1134 /// 1) Local src:
1135 /// I0:     = dst
1136 /// I1: src = ...
1137 /// I2:     = dst
1138 /// I3: dst = src (copy)
1139 /// (create pred->succ edges I0->I1, I2->I1)
1140 ///
1141 /// 2) Local copy:
1142 /// I0: dst = src (copy)
1143 /// I1:     = dst
1144 /// I2: src = ...
1145 /// I3:     = dst
1146 /// (create pred->succ edges I1->I2, I3->I2)
1147 ///
1148 /// Although the MachineScheduler is currently constrained to single blocks,
1149 /// this algorithm should handle extended blocks. An EBB is a set of
1150 /// contiguously numbered blocks such that the previous block in the EBB is
1151 /// always the single predecessor.
1152 void CopyConstrain::constrainLocalCopy(SUnit *CopySU, ScheduleDAGMI *DAG) {
1153   LiveIntervals *LIS = DAG->getLIS();
1154   MachineInstr *Copy = CopySU->getInstr();
1155
1156   // Check for pure vreg copies.
1157   unsigned SrcReg = Copy->getOperand(1).getReg();
1158   if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(SrcReg))
1159     return;
1160
1161   unsigned DstReg = Copy->getOperand(0).getReg();
1162   if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(DstReg))
1163     return;
1164
1165   // Check if either the dest or source is local. If it's live across a back
1166   // edge, it's not local. Note that if both vregs are live across the back
1167   // edge, we cannot successfully contrain the copy without cyclic scheduling.
1168   unsigned LocalReg = DstReg;
1169   unsigned GlobalReg = SrcReg;
1170   LiveInterval *LocalLI = &LIS->getInterval(LocalReg);
1171   if (!LocalLI->isLocal(RegionBeginIdx, RegionEndIdx)) {
1172     LocalReg = SrcReg;
1173     GlobalReg = DstReg;
1174     LocalLI = &LIS->getInterval(LocalReg);
1175     if (!LocalLI->isLocal(RegionBeginIdx, RegionEndIdx))
1176       return;
1177   }
1178   LiveInterval *GlobalLI = &LIS->getInterval(GlobalReg);
1179
1180   // Find the global segment after the start of the local LI.
1181   LiveInterval::iterator GlobalSegment = GlobalLI->find(LocalLI->beginIndex());
1182   // If GlobalLI does not overlap LocalLI->start, then a copy directly feeds a
1183   // local live range. We could create edges from other global uses to the local
1184   // start, but the coalescer should have already eliminated these cases, so
1185   // don't bother dealing with it.
1186   if (GlobalSegment == GlobalLI->end())
1187     return;
1188
1189   // If GlobalSegment is killed at the LocalLI->start, the call to find()
1190   // returned the next global segment. But if GlobalSegment overlaps with
1191   // LocalLI->start, then advance to the next segement. If a hole in GlobalLI
1192   // exists in LocalLI's vicinity, GlobalSegment will be the end of the hole.
1193   if (GlobalSegment->contains(LocalLI->beginIndex()))
1194     ++GlobalSegment;
1195
1196   if (GlobalSegment == GlobalLI->end())
1197     return;
1198
1199   // Check if GlobalLI contains a hole in the vicinity of LocalLI.
1200   if (GlobalSegment != GlobalLI->begin()) {
1201     // Two address defs have no hole.
1202     if (SlotIndex::isSameInstr(llvm::prior(GlobalSegment)->end,
1203                                GlobalSegment->start)) {
1204       return;
1205     }
1206     // If the prior global segment may be defined by the same two-address
1207     // instruction that also defines LocalLI, then can't make a hole here.
1208     if (SlotIndex::isSameInstr(llvm::prior(GlobalSegment)->start,
1209                                LocalLI->beginIndex())) {
1210       return;
1211     }
1212     // If GlobalLI has a prior segment, it must be live into the EBB. Otherwise
1213     // it would be a disconnected component in the live range.
1214     assert(llvm::prior(GlobalSegment)->start < LocalLI->beginIndex() &&
1215            "Disconnected LRG within the scheduling region.");
1216   }
1217   MachineInstr *GlobalDef = LIS->getInstructionFromIndex(GlobalSegment->start);
1218   if (!GlobalDef)
1219     return;
1220
1221   SUnit *GlobalSU = DAG->getSUnit(GlobalDef);
1222   if (!GlobalSU)
1223     return;
1224
1225   // GlobalDef is the bottom of the GlobalLI hole. Open the hole by
1226   // constraining the uses of the last local def to precede GlobalDef.
1227   SmallVector<SUnit*,8> LocalUses;
1228   const VNInfo *LastLocalVN = LocalLI->getVNInfoBefore(LocalLI->endIndex());
1229   MachineInstr *LastLocalDef = LIS->getInstructionFromIndex(LastLocalVN->def);
1230   SUnit *LastLocalSU = DAG->getSUnit(LastLocalDef);
1231   for (SUnit::const_succ_iterator
1232          I = LastLocalSU->Succs.begin(), E = LastLocalSU->Succs.end();
1233        I != E; ++I) {
1234     if (I->getKind() != SDep::Data || I->getReg() != LocalReg)
1235       continue;
1236     if (I->getSUnit() == GlobalSU)
1237       continue;
1238     if (!DAG->canAddEdge(GlobalSU, I->getSUnit()))
1239       return;
1240     LocalUses.push_back(I->getSUnit());
1241   }
1242   // Open the top of the GlobalLI hole by constraining any earlier global uses
1243   // to precede the start of LocalLI.
1244   SmallVector<SUnit*,8> GlobalUses;
1245   MachineInstr *FirstLocalDef =
1246     LIS->getInstructionFromIndex(LocalLI->beginIndex());
1247   SUnit *FirstLocalSU = DAG->getSUnit(FirstLocalDef);
1248   for (SUnit::const_pred_iterator
1249          I = GlobalSU->Preds.begin(), E = GlobalSU->Preds.end(); I != E; ++I) {
1250     if (I->getKind() != SDep::Anti || I->getReg() != GlobalReg)
1251       continue;
1252     if (I->getSUnit() == FirstLocalSU)
1253       continue;
1254     if (!DAG->canAddEdge(FirstLocalSU, I->getSUnit()))
1255       return;
1256     GlobalUses.push_back(I->getSUnit());
1257   }
1258   DEBUG(dbgs() << "Constraining copy SU(" << CopySU->NodeNum << ")\n");
1259   // Add the weak edges.
1260   for (SmallVectorImpl<SUnit*>::const_iterator
1261          I = LocalUses.begin(), E = LocalUses.end(); I != E; ++I) {
1262     DEBUG(dbgs() << "  Local use SU(" << (*I)->NodeNum << ") -> SU("
1263           << GlobalSU->NodeNum << ")\n");
1264     DAG->addEdge(GlobalSU, SDep(*I, SDep::Weak));
1265   }
1266   for (SmallVectorImpl<SUnit*>::const_iterator
1267          I = GlobalUses.begin(), E = GlobalUses.end(); I != E; ++I) {
1268     DEBUG(dbgs() << "  Global use SU(" << (*I)->NodeNum << ") -> SU("
1269           << FirstLocalSU->NodeNum << ")\n");
1270     DAG->addEdge(FirstLocalSU, SDep(*I, SDep::Weak));
1271   }
1272 }
1273
1274 /// \brief Callback from DAG postProcessing to create weak edges to encourage
1275 /// copy elimination.
1276 void CopyConstrain::apply(ScheduleDAGMI *DAG) {
1277   MachineBasicBlock::iterator FirstPos = nextIfDebug(DAG->begin(), DAG->end());
1278   if (FirstPos == DAG->end())
1279     return;
1280   RegionBeginIdx = DAG->getLIS()->getInstructionIndex(&*FirstPos);
1281   RegionEndIdx = DAG->getLIS()->getInstructionIndex(
1282     &*priorNonDebug(DAG->end(), DAG->begin()));
1283
1284   for (unsigned Idx = 0, End = DAG->SUnits.size(); Idx != End; ++Idx) {
1285     SUnit *SU = &DAG->SUnits[Idx];
1286     if (!SU->getInstr()->isCopy())
1287       continue;
1288
1289     constrainLocalCopy(SU, DAG);
1290   }
1291 }
1292
1293 //===----------------------------------------------------------------------===//
1294 // ConvergingScheduler - Implementation of the generic MachineSchedStrategy.
1295 //===----------------------------------------------------------------------===//
1296
1297 namespace {
1298 /// ConvergingScheduler shrinks the unscheduled zone using heuristics to balance
1299 /// the schedule.
1300 class ConvergingScheduler : public MachineSchedStrategy {
1301 public:
1302   /// Represent the type of SchedCandidate found within a single queue.
1303   /// pickNodeBidirectional depends on these listed by decreasing priority.
1304   enum CandReason {
1305     NoCand, PhysRegCopy, RegExcess, RegCritical, Cluster, Weak, RegMax,
1306     ResourceReduce, ResourceDemand, BotHeightReduce, BotPathReduce,
1307     TopDepthReduce, TopPathReduce, NextDefUse, NodeOrder};
1308
1309 #ifndef NDEBUG
1310   static const char *getReasonStr(ConvergingScheduler::CandReason Reason);
1311 #endif
1312
1313   /// Policy for scheduling the next instruction in the candidate's zone.
1314   struct CandPolicy {
1315     bool ReduceLatency;
1316     unsigned ReduceResIdx;
1317     unsigned DemandResIdx;
1318
1319     CandPolicy(): ReduceLatency(false), ReduceResIdx(0), DemandResIdx(0) {}
1320   };
1321
1322   /// Status of an instruction's critical resource consumption.
1323   struct SchedResourceDelta {
1324     // Count critical resources in the scheduled region required by SU.
1325     unsigned CritResources;
1326
1327     // Count critical resources from another region consumed by SU.
1328     unsigned DemandedResources;
1329
1330     SchedResourceDelta(): CritResources(0), DemandedResources(0) {}
1331
1332     bool operator==(const SchedResourceDelta &RHS) const {
1333       return CritResources == RHS.CritResources
1334         && DemandedResources == RHS.DemandedResources;
1335     }
1336     bool operator!=(const SchedResourceDelta &RHS) const {
1337       return !operator==(RHS);
1338     }
1339   };
1340
1341   /// Store the state used by ConvergingScheduler heuristics, required for the
1342   /// lifetime of one invocation of pickNode().
1343   struct SchedCandidate {
1344     CandPolicy Policy;
1345
1346     // The best SUnit candidate.
1347     SUnit *SU;
1348
1349     // The reason for this candidate.
1350     CandReason Reason;
1351
1352     // Set of reasons that apply to multiple candidates.
1353     uint32_t RepeatReasonSet;
1354
1355     // Register pressure values for the best candidate.
1356     RegPressureDelta RPDelta;
1357
1358     // Critical resource consumption of the best candidate.
1359     SchedResourceDelta ResDelta;
1360
1361     SchedCandidate(const CandPolicy &policy)
1362       : Policy(policy), SU(NULL), Reason(NoCand), RepeatReasonSet(0) {}
1363
1364     bool isValid() const { return SU; }
1365
1366     // Copy the status of another candidate without changing policy.
1367     void setBest(SchedCandidate &Best) {
1368       assert(Best.Reason != NoCand && "uninitialized Sched candidate");
1369       SU = Best.SU;
1370       Reason = Best.Reason;
1371       RPDelta = Best.RPDelta;
1372       ResDelta = Best.ResDelta;
1373     }
1374
1375     bool isRepeat(CandReason R) { return RepeatReasonSet & (1 << R); }
1376     void setRepeat(CandReason R) { RepeatReasonSet |= (1 << R); }
1377
1378     void initResourceDelta(const ScheduleDAGMI *DAG,
1379                            const TargetSchedModel *SchedModel);
1380   };
1381
1382   /// Summarize the unscheduled region.
1383   struct SchedRemainder {
1384     // Critical path through the DAG in expected latency.
1385     unsigned CriticalPath;
1386     unsigned CyclicCritPath;
1387
1388     // Scaled count of micro-ops left to schedule.
1389     unsigned RemIssueCount;
1390
1391     bool IsAcyclicLatencyLimited;
1392
1393     // Unscheduled resources
1394     SmallVector<unsigned, 16> RemainingCounts;
1395
1396     void reset() {
1397       CriticalPath = 0;
1398       CyclicCritPath = 0;
1399       RemIssueCount = 0;
1400       IsAcyclicLatencyLimited = false;
1401       RemainingCounts.clear();
1402     }
1403
1404     SchedRemainder() { reset(); }
1405
1406     void init(ScheduleDAGMI *DAG, const TargetSchedModel *SchedModel);
1407   };
1408
1409   /// Each Scheduling boundary is associated with ready queues. It tracks the
1410   /// current cycle in the direction of movement, and maintains the state
1411   /// of "hazards" and other interlocks at the current cycle.
1412   struct SchedBoundary {
1413     ScheduleDAGMI *DAG;
1414     const TargetSchedModel *SchedModel;
1415     SchedRemainder *Rem;
1416
1417     ReadyQueue Available;
1418     ReadyQueue Pending;
1419     bool CheckPending;
1420
1421     // For heuristics, keep a list of the nodes that immediately depend on the
1422     // most recently scheduled node.
1423     SmallPtrSet<const SUnit*, 8> NextSUs;
1424
1425     ScheduleHazardRecognizer *HazardRec;
1426
1427     /// Number of cycles it takes to issue the instructions scheduled in this
1428     /// zone. It is defined as: scheduled-micro-ops / issue-width + stalls.
1429     /// See getStalls().
1430     unsigned CurrCycle;
1431
1432     /// Micro-ops issued in the current cycle
1433     unsigned CurrMOps;
1434
1435     /// MinReadyCycle - Cycle of the soonest available instruction.
1436     unsigned MinReadyCycle;
1437
1438     // The expected latency of the critical path in this scheduled zone.
1439     unsigned ExpectedLatency;
1440
1441     // The latency of dependence chains leading into this zone.
1442     // For each node scheduled bottom-up: DLat = max DLat, N.Depth.
1443     // For each cycle scheduled: DLat -= 1.
1444     unsigned DependentLatency;
1445
1446     /// Count the scheduled (issued) micro-ops that can be retired by
1447     /// time=CurrCycle assuming the first scheduled instr is retired at time=0.
1448     unsigned RetiredMOps;
1449
1450     // Count scheduled resources that have been executed. Resources are
1451     // considered executed if they become ready in the time that it takes to
1452     // saturate any resource including the one in question. Counts are scaled
1453     // for direct comparison with other resources. Counts can be compared with
1454     // MOps * getMicroOpFactor and Latency * getLatencyFactor.
1455     SmallVector<unsigned, 16> ExecutedResCounts;
1456
1457     /// Cache the max count for a single resource.
1458     unsigned MaxExecutedResCount;
1459
1460     // Cache the critical resources ID in this scheduled zone.
1461     unsigned ZoneCritResIdx;
1462
1463     // Is the scheduled region resource limited vs. latency limited.
1464     bool IsResourceLimited;
1465
1466 #ifndef NDEBUG
1467     // Remember the greatest operand latency as an upper bound on the number of
1468     // times we should retry the pending queue because of a hazard.
1469     unsigned MaxObservedLatency;
1470 #endif
1471
1472     void reset() {
1473       // A new HazardRec is created for each DAG and owned by SchedBoundary.
1474       // Destroying and reconstructing it is very expensive though. So keep
1475       // invalid, placeholder HazardRecs.
1476       if (HazardRec && HazardRec->isEnabled()) {
1477         delete HazardRec;
1478         HazardRec = 0;
1479       }
1480       Available.clear();
1481       Pending.clear();
1482       CheckPending = false;
1483       NextSUs.clear();
1484       CurrCycle = 0;
1485       CurrMOps = 0;
1486       MinReadyCycle = UINT_MAX;
1487       ExpectedLatency = 0;
1488       DependentLatency = 0;
1489       RetiredMOps = 0;
1490       MaxExecutedResCount = 0;
1491       ZoneCritResIdx = 0;
1492       IsResourceLimited = false;
1493 #ifndef NDEBUG
1494       MaxObservedLatency = 0;
1495 #endif
1496       // Reserve a zero-count for invalid CritResIdx.
1497       ExecutedResCounts.resize(1);
1498       assert(!ExecutedResCounts[0] && "nonzero count for bad resource");
1499     }
1500
1501     /// Pending queues extend the ready queues with the same ID and the
1502     /// PendingFlag set.
1503     SchedBoundary(unsigned ID, const Twine &Name):
1504       DAG(0), SchedModel(0), Rem(0), Available(ID, Name+".A"),
1505       Pending(ID << ConvergingScheduler::LogMaxQID, Name+".P"),
1506       HazardRec(0) {
1507       reset();
1508     }
1509
1510     ~SchedBoundary() { delete HazardRec; }
1511
1512     void init(ScheduleDAGMI *dag, const TargetSchedModel *smodel,
1513               SchedRemainder *rem);
1514
1515     bool isTop() const {
1516       return Available.getID() == ConvergingScheduler::TopQID;
1517     }
1518
1519 #ifndef NDEBUG
1520     const char *getResourceName(unsigned PIdx) {
1521       if (!PIdx)
1522         return "MOps";
1523       return SchedModel->getProcResource(PIdx)->Name;
1524     }
1525 #endif
1526
1527     /// Get the number of latency cycles "covered" by the scheduled
1528     /// instructions. This is the larger of the critical path within the zone
1529     /// and the number of cycles required to issue the instructions.
1530     unsigned getScheduledLatency() const {
1531       return std::max(ExpectedLatency, CurrCycle);
1532     }
1533
1534     unsigned getUnscheduledLatency(SUnit *SU) const {
1535       return isTop() ? SU->getHeight() : SU->getDepth();
1536     }
1537
1538     unsigned getResourceCount(unsigned ResIdx) const {
1539       return ExecutedResCounts[ResIdx];
1540     }
1541
1542     /// Get the scaled count of scheduled micro-ops and resources, including
1543     /// executed resources.
1544     unsigned getCriticalCount() const {
1545       if (!ZoneCritResIdx)
1546         return RetiredMOps * SchedModel->getMicroOpFactor();
1547       return getResourceCount(ZoneCritResIdx);
1548     }
1549
1550     /// Get a scaled count for the minimum execution time of the scheduled
1551     /// micro-ops that are ready to execute by getExecutedCount. Notice the
1552     /// feedback loop.
1553     unsigned getExecutedCount() const {
1554       return std::max(CurrCycle * SchedModel->getLatencyFactor(),
1555                       MaxExecutedResCount);
1556     }
1557
1558     bool checkHazard(SUnit *SU);
1559
1560     unsigned findMaxLatency(ArrayRef<SUnit*> ReadySUs);
1561
1562     unsigned getOtherResourceCount(unsigned &OtherCritIdx);
1563
1564     void setPolicy(CandPolicy &Policy, SchedBoundary &OtherZone);
1565
1566     void releaseNode(SUnit *SU, unsigned ReadyCycle);
1567
1568     void bumpCycle(unsigned NextCycle);
1569
1570     void incExecutedResources(unsigned PIdx, unsigned Count);
1571
1572     unsigned countResource(unsigned PIdx, unsigned Cycles, unsigned ReadyCycle);
1573
1574     void bumpNode(SUnit *SU);
1575
1576     void releasePending();
1577
1578     void removeReady(SUnit *SU);
1579
1580     SUnit *pickOnlyChoice();
1581
1582 #ifndef NDEBUG
1583     void dumpScheduledState();
1584 #endif
1585   };
1586
1587 private:
1588   const MachineSchedContext *Context;
1589   ScheduleDAGMI *DAG;
1590   const TargetSchedModel *SchedModel;
1591   const TargetRegisterInfo *TRI;
1592
1593   // State of the top and bottom scheduled instruction boundaries.
1594   SchedRemainder Rem;
1595   SchedBoundary Top;
1596   SchedBoundary Bot;
1597
1598   MachineSchedPolicy RegionPolicy;
1599 public:
1600   /// SUnit::NodeQueueId: 0 (none), 1 (top), 2 (bot), 3 (both)
1601   enum {
1602     TopQID = 1,
1603     BotQID = 2,
1604     LogMaxQID = 2
1605   };
1606
1607   ConvergingScheduler(const MachineSchedContext *C):
1608     Context(C), DAG(0), SchedModel(0), TRI(0),
1609     Top(TopQID, "TopQ"), Bot(BotQID, "BotQ") {}
1610
1611   virtual void initPolicy(MachineBasicBlock::iterator Begin,
1612                           MachineBasicBlock::iterator End,
1613                           unsigned NumRegionInstrs);
1614
1615   bool shouldTrackPressure() const { return RegionPolicy.ShouldTrackPressure; }
1616
1617   virtual void initialize(ScheduleDAGMI *dag);
1618
1619   virtual SUnit *pickNode(bool &IsTopNode);
1620
1621   virtual void schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode);
1622
1623   virtual void releaseTopNode(SUnit *SU);
1624
1625   virtual void releaseBottomNode(SUnit *SU);
1626
1627   virtual void registerRoots();
1628
1629 protected:
1630   void checkAcyclicLatency();
1631
1632   void tryCandidate(SchedCandidate &Cand,
1633                     SchedCandidate &TryCand,
1634                     SchedBoundary &Zone,
1635                     const RegPressureTracker &RPTracker,
1636                     RegPressureTracker &TempTracker);
1637
1638   SUnit *pickNodeBidirectional(bool &IsTopNode);
1639
1640   void pickNodeFromQueue(SchedBoundary &Zone,
1641                          const RegPressureTracker &RPTracker,
1642                          SchedCandidate &Candidate);
1643
1644   void reschedulePhysRegCopies(SUnit *SU, bool isTop);
1645
1646 #ifndef NDEBUG
1647   void traceCandidate(const SchedCandidate &Cand);
1648 #endif
1649 };
1650 } // namespace
1651
1652 void ConvergingScheduler::SchedRemainder::
1653 init(ScheduleDAGMI *DAG, const TargetSchedModel *SchedModel) {
1654   reset();
1655   if (!SchedModel->hasInstrSchedModel())
1656     return;
1657   RemainingCounts.resize(SchedModel->getNumProcResourceKinds());
1658   for (std::vector<SUnit>::iterator
1659          I = DAG->SUnits.begin(), E = DAG->SUnits.end(); I != E; ++I) {
1660     const MCSchedClassDesc *SC = DAG->getSchedClass(&*I);
1661     RemIssueCount += SchedModel->getNumMicroOps(I->getInstr(), SC)
1662       * SchedModel->getMicroOpFactor();
1663     for (TargetSchedModel::ProcResIter
1664            PI = SchedModel->getWriteProcResBegin(SC),
1665            PE = SchedModel->getWriteProcResEnd(SC); PI != PE; ++PI) {
1666       unsigned PIdx = PI->ProcResourceIdx;
1667       unsigned Factor = SchedModel->getResourceFactor(PIdx);
1668       RemainingCounts[PIdx] += (Factor * PI->Cycles);
1669     }
1670   }
1671 }
1672
1673 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::
1674 init(ScheduleDAGMI *dag, const TargetSchedModel *smodel, SchedRemainder *rem) {
1675   reset();
1676   DAG = dag;
1677   SchedModel = smodel;
1678   Rem = rem;
1679   if (SchedModel->hasInstrSchedModel())
1680     ExecutedResCounts.resize(SchedModel->getNumProcResourceKinds());
1681 }
1682
1683 /// Initialize the per-region scheduling policy.
1684 void ConvergingScheduler::initPolicy(MachineBasicBlock::iterator Begin,
1685                                      MachineBasicBlock::iterator End,
1686                                      unsigned NumRegionInstrs) {
1687   const TargetMachine &TM = Context->MF->getTarget();
1688
1689   // Avoid setting up the register pressure tracker for small regions to save
1690   // compile time. As a rough heuristic, only track pressure when the number of
1691   // schedulable instructions exceeds half the integer register file.
1692   unsigned NIntRegs = Context->RegClassInfo->getNumAllocatableRegs(
1693     TM.getTargetLowering()->getRegClassFor(MVT::i32));
1694
1695   RegionPolicy.ShouldTrackPressure = NumRegionInstrs > (NIntRegs / 2);
1696
1697   // For generic targets, we default to bottom-up, because it's simpler and more
1698   // compile-time optimizations have been implemented in that direction.
1699   RegionPolicy.OnlyBottomUp = true;
1700
1701   // Allow the subtarget to override default policy.
1702   const TargetSubtargetInfo &ST = TM.getSubtarget<TargetSubtargetInfo>();
1703   ST.overrideSchedPolicy(RegionPolicy, Begin, End, NumRegionInstrs);
1704
1705   // After subtarget overrides, apply command line options.
1706   if (!EnableRegPressure)
1707     RegionPolicy.ShouldTrackPressure = false;
1708
1709   // Check -misched-topdown/bottomup can force or unforce scheduling direction.
1710   // e.g. -misched-bottomup=false allows scheduling in both directions.
1711   assert((!ForceTopDown || !ForceBottomUp) &&
1712          "-misched-topdown incompatible with -misched-bottomup");
1713   if (ForceBottomUp.getNumOccurrences() > 0) {
1714     RegionPolicy.OnlyBottomUp = ForceBottomUp;
1715     if (RegionPolicy.OnlyBottomUp)
1716       RegionPolicy.OnlyTopDown = false;
1717   }
1718   if (ForceTopDown.getNumOccurrences() > 0) {
1719     RegionPolicy.OnlyTopDown = ForceTopDown;
1720     if (RegionPolicy.OnlyTopDown)
1721       RegionPolicy.OnlyBottomUp = false;
1722   }
1723 }
1724
1725 void ConvergingScheduler::initialize(ScheduleDAGMI *dag) {
1726   DAG = dag;
1727   SchedModel = DAG->getSchedModel();
1728   TRI = DAG->TRI;
1729
1730   Rem.init(DAG, SchedModel);
1731   Top.init(DAG, SchedModel, &Rem);
1732   Bot.init(DAG, SchedModel, &Rem);
1733
1734   // Initialize resource counts.
1735
1736   // Initialize the HazardRecognizers. If itineraries don't exist, are empty, or
1737   // are disabled, then these HazardRecs will be disabled.
1738   const InstrItineraryData *Itin = SchedModel->getInstrItineraries();
1739   const TargetMachine &TM = DAG->MF.getTarget();
1740   if (!Top.HazardRec) {
1741     Top.HazardRec =
1742       TM.getInstrInfo()->CreateTargetMIHazardRecognizer(Itin, DAG);
1743   }
1744   if (!Bot.HazardRec) {
1745     Bot.HazardRec =
1746       TM.getInstrInfo()->CreateTargetMIHazardRecognizer(Itin, DAG);
1747   }
1748 }
1749
1750 void ConvergingScheduler::releaseTopNode(SUnit *SU) {
1751   if (SU->isScheduled)
1752     return;
1753
1754   for (SUnit::pred_iterator I = SU->Preds.begin(), E = SU->Preds.end();
1755        I != E; ++I) {
1756     if (I->isWeak())
1757       continue;
1758     unsigned PredReadyCycle = I->getSUnit()->TopReadyCycle;
1759     unsigned Latency = I->getLatency();
1760 #ifndef NDEBUG
1761     Top.MaxObservedLatency = std::max(Latency, Top.MaxObservedLatency);
1762 #endif
1763     if (SU->TopReadyCycle < PredReadyCycle + Latency)
1764       SU->TopReadyCycle = PredReadyCycle + Latency;
1765   }
1766   Top.releaseNode(SU, SU->TopReadyCycle);
1767 }
1768
1769 void ConvergingScheduler::releaseBottomNode(SUnit *SU) {
1770   if (SU->isScheduled)
1771     return;
1772
1773   assert(SU->getInstr() && "Scheduled SUnit must have instr");
1774
1775   for (SUnit::succ_iterator I = SU->Succs.begin(), E = SU->Succs.end();
1776        I != E; ++I) {
1777     if (I->isWeak())
1778       continue;
1779     unsigned SuccReadyCycle = I->getSUnit()->BotReadyCycle;
1780     unsigned Latency = I->getLatency();
1781 #ifndef NDEBUG
1782     Bot.MaxObservedLatency = std::max(Latency, Bot.MaxObservedLatency);
1783 #endif
1784     if (SU->BotReadyCycle < SuccReadyCycle + Latency)
1785       SU->BotReadyCycle = SuccReadyCycle + Latency;
1786   }
1787   Bot.releaseNode(SU, SU->BotReadyCycle);
1788 }
1789
1790 /// Set IsAcyclicLatencyLimited if the acyclic path is longer than the cyclic
1791 /// critical path by more cycles than it takes to drain the instruction buffer.
1792 /// We estimate an upper bounds on in-flight instructions as:
1793 ///
1794 /// CyclesPerIteration = max( CyclicPath, Loop-Resource-Height )
1795 /// InFlightIterations = AcyclicPath / CyclesPerIteration
1796 /// InFlightResources = InFlightIterations * LoopResources
1797 ///
1798 /// TODO: Check execution resources in addition to IssueCount.
1799 void ConvergingScheduler::checkAcyclicLatency() {
1800   if (Rem.CyclicCritPath == 0 || Rem.CyclicCritPath >= Rem.CriticalPath)
1801     return;
1802
1803   // Scaled number of cycles per loop iteration.
1804   unsigned IterCount =
1805     std::max(Rem.CyclicCritPath * SchedModel->getLatencyFactor(),
1806              Rem.RemIssueCount);
1807   // Scaled acyclic critical path.
1808   unsigned AcyclicCount = Rem.CriticalPath * SchedModel->getLatencyFactor();
1809   // InFlightCount = (AcyclicPath / IterCycles) * InstrPerLoop
1810   unsigned InFlightCount =
1811     (AcyclicCount * Rem.RemIssueCount + IterCount-1) / IterCount;
1812   unsigned BufferLimit =
1813     SchedModel->getMicroOpBufferSize() * SchedModel->getMicroOpFactor();
1814
1815   Rem.IsAcyclicLatencyLimited = InFlightCount > BufferLimit;
1816
1817   DEBUG(dbgs() << "IssueCycles="
1818         << Rem.RemIssueCount / SchedModel->getLatencyFactor() << "c "
1819         << "IterCycles=" << IterCount / SchedModel->getLatencyFactor()
1820         << "c NumIters=" << (AcyclicCount + IterCount-1) / IterCount
1821         << " InFlight=" << InFlightCount / SchedModel->getMicroOpFactor()
1822         << "m BufferLim=" << SchedModel->getMicroOpBufferSize() << "m\n";
1823         if (Rem.IsAcyclicLatencyLimited)
1824           dbgs() << "  ACYCLIC LATENCY LIMIT\n");
1825 }
1826
1827 void ConvergingScheduler::registerRoots() {
1828   Rem.CriticalPath = DAG->ExitSU.getDepth();
1829
1830   // Some roots may not feed into ExitSU. Check all of them in case.
1831   for (std::vector<SUnit*>::const_iterator
1832          I = Bot.Available.begin(), E = Bot.Available.end(); I != E; ++I) {
1833     if ((*I)->getDepth() > Rem.CriticalPath)
1834       Rem.CriticalPath = (*I)->getDepth();
1835   }
1836   DEBUG(dbgs() << "Critical Path: " << Rem.CriticalPath << '\n');
1837
1838   if (EnableCyclicPath) {
1839     Rem.CyclicCritPath = DAG->computeCyclicCriticalPath();
1840     checkAcyclicLatency();
1841   }
1842 }
1843
1844 /// Does this SU have a hazard within the current instruction group.
1845 ///
1846 /// The scheduler supports two modes of hazard recognition. The first is the
1847 /// ScheduleHazardRecognizer API. It is a fully general hazard recognizer that
1848 /// supports highly complicated in-order reservation tables
1849 /// (ScoreboardHazardRecognizer) and arbitraty target-specific logic.
1850 ///
1851 /// The second is a streamlined mechanism that checks for hazards based on
1852 /// simple counters that the scheduler itself maintains. It explicitly checks
1853 /// for instruction dispatch limitations, including the number of micro-ops that
1854 /// can dispatch per cycle.
1855 ///
1856 /// TODO: Also check whether the SU must start a new group.
1857 bool ConvergingScheduler::SchedBoundary::checkHazard(SUnit *SU) {
1858   if (HazardRec->isEnabled())
1859     return HazardRec->getHazardType(SU) != ScheduleHazardRecognizer::NoHazard;
1860
1861   unsigned uops = SchedModel->getNumMicroOps(SU->getInstr());
1862   if ((CurrMOps > 0) && (CurrMOps + uops > SchedModel->getIssueWidth())) {
1863     DEBUG(dbgs() << "  SU(" << SU->NodeNum << ") uops="
1864           << SchedModel->getNumMicroOps(SU->getInstr()) << '\n');
1865     return true;
1866   }
1867   return false;
1868 }
1869
1870 // Find the unscheduled node in ReadySUs with the highest latency.
1871 unsigned ConvergingScheduler::SchedBoundary::
1872 findMaxLatency(ArrayRef<SUnit*> ReadySUs) {
1873   SUnit *LateSU = 0;
1874   unsigned RemLatency = 0;
1875   for (ArrayRef<SUnit*>::iterator I = ReadySUs.begin(), E = ReadySUs.end();
1876        I != E; ++I) {
1877     unsigned L = getUnscheduledLatency(*I);
1878     if (L > RemLatency) {
1879       RemLatency = L;
1880       LateSU = *I;
1881     }
1882   }
1883   if (LateSU) {
1884     DEBUG(dbgs() << Available.getName() << " RemLatency SU("
1885           << LateSU->NodeNum << ") " << RemLatency << "c\n");
1886   }
1887   return RemLatency;
1888 }
1889
1890 // Count resources in this zone and the remaining unscheduled
1891 // instruction. Return the max count, scaled. Set OtherCritIdx to the critical
1892 // resource index, or zero if the zone is issue limited.
1893 unsigned ConvergingScheduler::SchedBoundary::
1894 getOtherResourceCount(unsigned &OtherCritIdx) {
1895   OtherCritIdx = 0;
1896   if (!SchedModel->hasInstrSchedModel())
1897     return 0;
1898
1899   unsigned OtherCritCount = Rem->RemIssueCount
1900     + (RetiredMOps * SchedModel->getMicroOpFactor());
1901   DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName() << " + Remain MOps: "
1902         << OtherCritCount / SchedModel->getMicroOpFactor() << '\n');
1903   for (unsigned PIdx = 1, PEnd = SchedModel->getNumProcResourceKinds();
1904        PIdx != PEnd; ++PIdx) {
1905     unsigned OtherCount = getResourceCount(PIdx) + Rem->RemainingCounts[PIdx];
1906     if (OtherCount > OtherCritCount) {
1907       OtherCritCount = OtherCount;
1908       OtherCritIdx = PIdx;
1909     }
1910   }
1911   if (OtherCritIdx) {
1912     DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName() << " + Remain CritRes: "
1913           << OtherCritCount / SchedModel->getResourceFactor(OtherCritIdx)
1914           << " " << getResourceName(OtherCritIdx) << "\n");
1915   }
1916   return OtherCritCount;
1917 }
1918
1919 /// Set the CandPolicy for this zone given the current resources and latencies
1920 /// inside and outside the zone.
1921 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::setPolicy(CandPolicy &Policy,
1922                                                    SchedBoundary &OtherZone) {
1923   // Now that potential stalls have been considered, apply preemptive heuristics
1924   // based on the the total latency and resources inside and outside this
1925   // zone.
1926
1927   // Compute remaining latency. We need this both to determine whether the
1928   // overall schedule has become latency-limited and whether the instructions
1929   // outside this zone are resource or latency limited.
1930   //
1931   // The "dependent" latency is updated incrementally during scheduling as the
1932   // max height/depth of scheduled nodes minus the cycles since it was
1933   // scheduled:
1934   //   DLat = max (N.depth - (CurrCycle - N.ReadyCycle) for N in Zone
1935   //
1936   // The "independent" latency is the max ready queue depth:
1937   //   ILat = max N.depth for N in Available|Pending
1938   //
1939   // RemainingLatency is the greater of independent and dependent latency.
1940   unsigned RemLatency = DependentLatency;
1941   RemLatency = std::max(RemLatency, findMaxLatency(Available.elements()));
1942   RemLatency = std::max(RemLatency, findMaxLatency(Pending.elements()));
1943
1944   // Compute the critical resource outside the zone.
1945   unsigned OtherCritIdx;
1946   unsigned OtherCount = OtherZone.getOtherResourceCount(OtherCritIdx);
1947
1948   bool OtherResLimited = false;
1949   if (SchedModel->hasInstrSchedModel()) {
1950     unsigned LFactor = SchedModel->getLatencyFactor();
1951     OtherResLimited = (int)(OtherCount - (RemLatency * LFactor)) > (int)LFactor;
1952   }
1953   if (!OtherResLimited && (RemLatency + CurrCycle > Rem->CriticalPath)) {
1954     Policy.ReduceLatency |= true;
1955     DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName() << " RemainingLatency "
1956           << RemLatency << " + " << CurrCycle << "c > CritPath "
1957           << Rem->CriticalPath << "\n");
1958   }
1959   // If the same resource is limiting inside and outside the zone, do nothing.
1960   if (ZoneCritResIdx == OtherCritIdx)
1961     return;
1962
1963   DEBUG(
1964     if (IsResourceLimited) {
1965       dbgs() << "  " << Available.getName() << " ResourceLimited: "
1966              << getResourceName(ZoneCritResIdx) << "\n";
1967     }
1968     if (OtherResLimited)
1969       dbgs() << "  RemainingLimit: " << getResourceName(OtherCritIdx) << "\n";
1970     if (!IsResourceLimited && !OtherResLimited)
1971       dbgs() << "  Latency limited both directions.\n");
1972
1973   if (IsResourceLimited && !Policy.ReduceResIdx)
1974     Policy.ReduceResIdx = ZoneCritResIdx;
1975
1976   if (OtherResLimited)
1977     Policy.DemandResIdx = OtherCritIdx;
1978 }
1979
1980 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::releaseNode(SUnit *SU,
1981                                                      unsigned ReadyCycle) {
1982   if (ReadyCycle < MinReadyCycle)
1983     MinReadyCycle = ReadyCycle;
1984
1985   // Check for interlocks first. For the purpose of other heuristics, an
1986   // instruction that cannot issue appears as if it's not in the ReadyQueue.
1987   bool IsBuffered = SchedModel->getMicroOpBufferSize() != 0;
1988   if ((!IsBuffered && ReadyCycle > CurrCycle) || checkHazard(SU))
1989     Pending.push(SU);
1990   else
1991     Available.push(SU);
1992
1993   // Record this node as an immediate dependent of the scheduled node.
1994   NextSUs.insert(SU);
1995 }
1996
1997 /// Move the boundary of scheduled code by one cycle.
1998 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::bumpCycle(unsigned NextCycle) {
1999   if (SchedModel->getMicroOpBufferSize() == 0) {
2000     assert(MinReadyCycle < UINT_MAX && "MinReadyCycle uninitialized");
2001     if (MinReadyCycle > NextCycle)
2002       NextCycle = MinReadyCycle;
2003   }
2004   // Update the current micro-ops, which will issue in the next cycle.
2005   unsigned DecMOps = SchedModel->getIssueWidth() * (NextCycle - CurrCycle);
2006   CurrMOps = (CurrMOps <= DecMOps) ? 0 : CurrMOps - DecMOps;
2007
2008   // Decrement DependentLatency based on the next cycle.
2009   if ((NextCycle - CurrCycle) > DependentLatency)
2010     DependentLatency = 0;
2011   else
2012     DependentLatency -= (NextCycle - CurrCycle);
2013
2014   if (!HazardRec->isEnabled()) {
2015     // Bypass HazardRec virtual calls.
2016     CurrCycle = NextCycle;
2017   }
2018   else {
2019     // Bypass getHazardType calls in case of long latency.
2020     for (; CurrCycle != NextCycle; ++CurrCycle) {
2021       if (isTop())
2022         HazardRec->AdvanceCycle();
2023       else
2024         HazardRec->RecedeCycle();
2025     }
2026   }
2027   CheckPending = true;
2028   unsigned LFactor = SchedModel->getLatencyFactor();
2029   IsResourceLimited =
2030     (int)(getCriticalCount() - (getScheduledLatency() * LFactor))
2031     > (int)LFactor;
2032
2033   DEBUG(dbgs() << "Cycle: " << CurrCycle << ' ' << Available.getName() << '\n');
2034 }
2035
2036 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::incExecutedResources(unsigned PIdx,
2037                                                               unsigned Count) {
2038   ExecutedResCounts[PIdx] += Count;
2039   if (ExecutedResCounts[PIdx] > MaxExecutedResCount)
2040     MaxExecutedResCount = ExecutedResCounts[PIdx];
2041 }
2042
2043 /// Add the given processor resource to this scheduled zone.
2044 ///
2045 /// \param Cycles indicates the number of consecutive (non-pipelined) cycles
2046 /// during which this resource is consumed.
2047 ///
2048 /// \return the next cycle at which the instruction may execute without
2049 /// oversubscribing resources.
2050 unsigned ConvergingScheduler::SchedBoundary::
2051 countResource(unsigned PIdx, unsigned Cycles, unsigned ReadyCycle) {
2052   unsigned Factor = SchedModel->getResourceFactor(PIdx);
2053   unsigned Count = Factor * Cycles;
2054   DEBUG(dbgs() << "  " << getResourceName(PIdx)
2055         << " +" << Cycles << "x" << Factor << "u\n");
2056
2057   // Update Executed resources counts.
2058   incExecutedResources(PIdx, Count);
2059   assert(Rem->RemainingCounts[PIdx] >= Count && "resource double counted");
2060   Rem->RemainingCounts[PIdx] -= Count;
2061
2062   // Check if this resource exceeds the current critical resource. If so, it
2063   // becomes the critical resource.
2064   if (ZoneCritResIdx != PIdx && (getResourceCount(PIdx) > getCriticalCount())) {
2065     ZoneCritResIdx = PIdx;
2066     DEBUG(dbgs() << "  *** Critical resource "
2067           << getResourceName(PIdx) << ": "
2068           << getResourceCount(PIdx) / SchedModel->getLatencyFactor() << "c\n");
2069   }
2070   // TODO: We don't yet model reserved resources. It's not hard though.
2071   return CurrCycle;
2072 }
2073
2074 /// Move the boundary of scheduled code by one SUnit.
2075 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::bumpNode(SUnit *SU) {
2076   // Update the reservation table.
2077   if (HazardRec->isEnabled()) {
2078     if (!isTop() && SU->isCall) {
2079       // Calls are scheduled with their preceding instructions. For bottom-up
2080       // scheduling, clear the pipeline state before emitting.
2081       HazardRec->Reset();
2082     }
2083     HazardRec->EmitInstruction(SU);
2084   }
2085   const MCSchedClassDesc *SC = DAG->getSchedClass(SU);
2086   unsigned IncMOps = SchedModel->getNumMicroOps(SU->getInstr());
2087   CurrMOps += IncMOps;
2088   // checkHazard prevents scheduling multiple instructions per cycle that exceed
2089   // issue width. However, we commonly reach the maximum. In this case
2090   // opportunistically bump the cycle to avoid uselessly checking everything in
2091   // the readyQ. Furthermore, a single instruction may produce more than one
2092   // cycle's worth of micro-ops.
2093   //
2094   // TODO: Also check if this SU must end a dispatch group.
2095   unsigned NextCycle = CurrCycle;
2096   if (CurrMOps >= SchedModel->getIssueWidth()) {
2097     ++NextCycle;
2098     DEBUG(dbgs() << "  *** Max MOps " << CurrMOps
2099           << " at cycle " << CurrCycle << '\n');
2100   }
2101   unsigned ReadyCycle = (isTop() ? SU->TopReadyCycle : SU->BotReadyCycle);
2102   DEBUG(dbgs() << "  Ready @" << ReadyCycle << "c\n");
2103
2104   switch (SchedModel->getMicroOpBufferSize()) {
2105   case 0:
2106     assert(ReadyCycle <= CurrCycle && "Broken PendingQueue");
2107     break;
2108   case 1:
2109     if (ReadyCycle > NextCycle) {
2110       NextCycle = ReadyCycle;
2111       DEBUG(dbgs() << "  *** Stall until: " << ReadyCycle << "\n");
2112     }
2113     break;
2114   default:
2115     // We don't currently model the OOO reorder buffer, so consider all
2116     // scheduled MOps to be "retired".
2117     break;
2118   }
2119   RetiredMOps += IncMOps;
2120
2121   // Update resource counts and critical resource.
2122   if (SchedModel->hasInstrSchedModel()) {
2123     unsigned DecRemIssue = IncMOps * SchedModel->getMicroOpFactor();
2124     assert(Rem->RemIssueCount >= DecRemIssue && "MOps double counted");
2125     Rem->RemIssueCount -= DecRemIssue;
2126     if (ZoneCritResIdx) {
2127       // Scale scheduled micro-ops for comparing with the critical resource.
2128       unsigned ScaledMOps =
2129         RetiredMOps * SchedModel->getMicroOpFactor();
2130
2131       // If scaled micro-ops are now more than the previous critical resource by
2132       // a full cycle, then micro-ops issue becomes critical.
2133       if ((int)(ScaledMOps - getResourceCount(ZoneCritResIdx))
2134           >= (int)SchedModel->getLatencyFactor()) {
2135         ZoneCritResIdx = 0;
2136         DEBUG(dbgs() << "  *** Critical resource NumMicroOps: "
2137               << ScaledMOps / SchedModel->getLatencyFactor() << "c\n");
2138       }
2139     }
2140     for (TargetSchedModel::ProcResIter
2141            PI = SchedModel->getWriteProcResBegin(SC),
2142            PE = SchedModel->getWriteProcResEnd(SC); PI != PE; ++PI) {
2143       unsigned RCycle =
2144         countResource(PI->ProcResourceIdx, PI->Cycles, ReadyCycle);
2145       if (RCycle > NextCycle)
2146         NextCycle = RCycle;
2147     }
2148   }
2149   // Update ExpectedLatency and DependentLatency.
2150   unsigned &TopLatency = isTop() ? ExpectedLatency : DependentLatency;
2151   unsigned &BotLatency = isTop() ? DependentLatency : ExpectedLatency;
2152   if (SU->getDepth() > TopLatency) {
2153     TopLatency = SU->getDepth();
2154     DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName()
2155           << " TopLatency SU(" << SU->NodeNum << ") " << TopLatency << "c\n");
2156   }
2157   if (SU->getHeight() > BotLatency) {
2158     BotLatency = SU->getHeight();
2159     DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName()
2160           << " BotLatency SU(" << SU->NodeNum << ") " << BotLatency << "c\n");
2161   }
2162   // If we stall for any reason, bump the cycle.
2163   if (NextCycle > CurrCycle) {
2164     bumpCycle(NextCycle);
2165   }
2166   else {
2167     // After updating ZoneCritResIdx and ExpectedLatency, check if we're
2168     // resource limited. If a stall occured, bumpCycle does this.
2169     unsigned LFactor = SchedModel->getLatencyFactor();
2170     IsResourceLimited =
2171       (int)(getCriticalCount() - (getScheduledLatency() * LFactor))
2172       > (int)LFactor;
2173   }
2174   DEBUG(dumpScheduledState());
2175 }
2176
2177 /// Release pending ready nodes in to the available queue. This makes them
2178 /// visible to heuristics.
2179 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::releasePending() {
2180   // If the available queue is empty, it is safe to reset MinReadyCycle.
2181   if (Available.empty())
2182     MinReadyCycle = UINT_MAX;
2183
2184   // Check to see if any of the pending instructions are ready to issue.  If
2185   // so, add them to the available queue.
2186   bool IsBuffered = SchedModel->getMicroOpBufferSize() != 0;
2187   for (unsigned i = 0, e = Pending.size(); i != e; ++i) {
2188     SUnit *SU = *(Pending.begin()+i);
2189     unsigned ReadyCycle = isTop() ? SU->TopReadyCycle : SU->BotReadyCycle;
2190
2191     if (ReadyCycle < MinReadyCycle)
2192       MinReadyCycle = ReadyCycle;
2193
2194     if (!IsBuffered && ReadyCycle > CurrCycle)
2195       continue;
2196
2197     if (checkHazard(SU))
2198       continue;
2199
2200     Available.push(SU);
2201     Pending.remove(Pending.begin()+i);
2202     --i; --e;
2203   }
2204   DEBUG(if (!Pending.empty()) Pending.dump());
2205   CheckPending = false;
2206 }
2207
2208 /// Remove SU from the ready set for this boundary.
2209 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::removeReady(SUnit *SU) {
2210   if (Available.isInQueue(SU))
2211     Available.remove(Available.find(SU));
2212   else {
2213     assert(Pending.isInQueue(SU) && "bad ready count");
2214     Pending.remove(Pending.find(SU));
2215   }
2216 }
2217
2218 /// If this queue only has one ready candidate, return it. As a side effect,
2219 /// defer any nodes that now hit a hazard, and advance the cycle until at least
2220 /// one node is ready. If multiple instructions are ready, return NULL.
2221 SUnit *ConvergingScheduler::SchedBoundary::pickOnlyChoice() {
2222   if (CheckPending)
2223     releasePending();
2224
2225   if (CurrMOps > 0) {
2226     // Defer any ready instrs that now have a hazard.
2227     for (ReadyQueue::iterator I = Available.begin(); I != Available.end();) {
2228       if (checkHazard(*I)) {
2229         Pending.push(*I);
2230         I = Available.remove(I);
2231         continue;
2232       }
2233       ++I;
2234     }
2235   }
2236   for (unsigned i = 0; Available.empty(); ++i) {
2237     assert(i <= (HazardRec->getMaxLookAhead() + MaxObservedLatency) &&
2238            "permanent hazard"); (void)i;
2239     bumpCycle(CurrCycle + 1);
2240     releasePending();
2241   }
2242   if (Available.size() == 1)
2243     return *Available.begin();
2244   return NULL;
2245 }
2246
2247 #ifndef NDEBUG
2248 // This is useful information to dump after bumpNode.
2249 // Note that the Queue contents are more useful before pickNodeFromQueue.
2250 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::dumpScheduledState() {
2251   unsigned ResFactor;
2252   unsigned ResCount;
2253   if (ZoneCritResIdx) {
2254     ResFactor = SchedModel->getResourceFactor(ZoneCritResIdx);
2255     ResCount = getResourceCount(ZoneCritResIdx);
2256   }
2257   else {
2258     ResFactor = SchedModel->getMicroOpFactor();
2259     ResCount = RetiredMOps * SchedModel->getMicroOpFactor();
2260   }
2261   unsigned LFactor = SchedModel->getLatencyFactor();
2262   dbgs() << Available.getName() << " @" << CurrCycle << "c\n"
2263          << "  Retired: " << RetiredMOps;
2264   dbgs() << "\n  Executed: " << getExecutedCount() / LFactor << "c";
2265   dbgs() << "\n  Critical: " << ResCount / LFactor << "c, "
2266          << ResCount / ResFactor << " " << getResourceName(ZoneCritResIdx)
2267          << "\n  ExpectedLatency: " << ExpectedLatency << "c\n"
2268          << (IsResourceLimited ? "  - Resource" : "  - Latency")
2269          << " limited.\n";
2270 }
2271 #endif
2272
2273 void ConvergingScheduler::SchedCandidate::
2274 initResourceDelta(const ScheduleDAGMI *DAG,
2275                   const TargetSchedModel *SchedModel) {
2276   if (!Policy.ReduceResIdx && !Policy.DemandResIdx)
2277     return;
2278
2279   const MCSchedClassDesc *SC = DAG->getSchedClass(SU);
2280   for (TargetSchedModel::ProcResIter
2281          PI = SchedModel->getWriteProcResBegin(SC),
2282          PE = SchedModel->getWriteProcResEnd(SC); PI != PE; ++PI) {
2283     if (PI->ProcResourceIdx == Policy.ReduceResIdx)
2284       ResDelta.CritResources += PI->Cycles;
2285     if (PI->ProcResourceIdx == Policy.DemandResIdx)
2286       ResDelta.DemandedResources += PI->Cycles;
2287   }
2288 }
2289
2290
2291 /// Return true if this heuristic determines order.
2292 static bool tryLess(int TryVal, int CandVal,
2293                     ConvergingScheduler::SchedCandidate &TryCand,
2294                     ConvergingScheduler::SchedCandidate &Cand,
2295                     ConvergingScheduler::CandReason Reason) {
2296   if (TryVal < CandVal) {
2297     TryCand.Reason = Reason;
2298     return true;
2299   }
2300   if (TryVal > CandVal) {
2301     if (Cand.Reason > Reason)
2302       Cand.Reason = Reason;
2303     return true;
2304   }
2305   Cand.setRepeat(Reason);
2306   return false;
2307 }
2308
2309 static bool tryGreater(int TryVal, int CandVal,
2310                        ConvergingScheduler::SchedCandidate &TryCand,
2311                        ConvergingScheduler::SchedCandidate &Cand,
2312                        ConvergingScheduler::CandReason Reason) {
2313   if (TryVal > CandVal) {
2314     TryCand.Reason = Reason;
2315     return true;
2316   }
2317   if (TryVal < CandVal) {
2318     if (Cand.Reason > Reason)
2319       Cand.Reason = Reason;
2320     return true;
2321   }
2322   Cand.setRepeat(Reason);
2323   return false;
2324 }
2325
2326 static bool tryPressure(const PressureChange &TryP,
2327                         const PressureChange &CandP,
2328                         ConvergingScheduler::SchedCandidate &TryCand,
2329                         ConvergingScheduler::SchedCandidate &Cand,
2330                         ConvergingScheduler::CandReason Reason) {
2331   int TryRank = TryP.getPSetOrMax();
2332   int CandRank = CandP.getPSetOrMax();
2333   // If both candidates affect the same set, go with the smallest increase.
2334   if (TryRank == CandRank) {
2335     return tryLess(TryP.getUnitInc(), CandP.getUnitInc(), TryCand, Cand,
2336                    Reason);
2337   }
2338   // If one candidate decreases and the other increases, go with it.
2339   // Invalid candidates have UnitInc==0.
2340   if (tryLess(TryP.getUnitInc() < 0, CandP.getUnitInc() < 0, TryCand, Cand,
2341               Reason)) {
2342     return true;
2343   }
2344   // If the candidates are decreasing pressure, reverse priority.
2345   if (TryP.getUnitInc() < 0)
2346     std::swap(TryRank, CandRank);
2347   return tryGreater(TryRank, CandRank, TryCand, Cand, Reason);
2348 }
2349
2350 static unsigned getWeakLeft(const SUnit *SU, bool isTop) {
2351   return (isTop) ? SU->WeakPredsLeft : SU->WeakSuccsLeft;
2352 }
2353
2354 /// Minimize physical register live ranges. Regalloc wants them adjacent to
2355 /// their physreg def/use.
2356 ///
2357 /// FIXME: This is an unnecessary check on the critical path. Most are root/leaf
2358 /// copies which can be prescheduled. The rest (e.g. x86 MUL) could be bundled
2359 /// with the operation that produces or consumes the physreg. We'll do this when
2360 /// regalloc has support for parallel copies.
2361 static int biasPhysRegCopy(const SUnit *SU, bool isTop) {
2362   const MachineInstr *MI = SU->getInstr();
2363   if (!MI->isCopy())
2364     return 0;
2365
2366   unsigned ScheduledOper = isTop ? 1 : 0;
2367   unsigned UnscheduledOper = isTop ? 0 : 1;
2368   // If we have already scheduled the physreg produce/consumer, immediately
2369   // schedule the copy.
2370   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(
2371         MI->getOperand(ScheduledOper).getReg()))
2372     return 1;
2373   // If the physreg is at the boundary, defer it. Otherwise schedule it
2374   // immediately to free the dependent. We can hoist the copy later.
2375   bool AtBoundary = isTop ? !SU->NumSuccsLeft : !SU->NumPredsLeft;
2376   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(
2377         MI->getOperand(UnscheduledOper).getReg()))
2378     return AtBoundary ? -1 : 1;
2379   return 0;
2380 }
2381
2382 static bool tryLatency(ConvergingScheduler::SchedCandidate &TryCand,
2383                        ConvergingScheduler::SchedCandidate &Cand,
2384                        ConvergingScheduler::SchedBoundary &Zone) {
2385   if (Zone.isTop()) {
2386     if (Cand.SU->getDepth() > Zone.getScheduledLatency()) {
2387       if (tryLess(TryCand.SU->getDepth(), Cand.SU->getDepth(),
2388                   TryCand, Cand, ConvergingScheduler::TopDepthReduce))
2389         return true;
2390     }
2391     if (tryGreater(TryCand.SU->getHeight(), Cand.SU->getHeight(),
2392                    TryCand, Cand, ConvergingScheduler::TopPathReduce))
2393       return true;
2394   }
2395   else {
2396     if (Cand.SU->getHeight() > Zone.getScheduledLatency()) {
2397       if (tryLess(TryCand.SU->getHeight(), Cand.SU->getHeight(),
2398                   TryCand, Cand, ConvergingScheduler::BotHeightReduce))
2399         return true;
2400     }
2401     if (tryGreater(TryCand.SU->getDepth(), Cand.SU->getDepth(),
2402                    TryCand, Cand, ConvergingScheduler::BotPathReduce))
2403       return true;
2404   }
2405   return false;
2406 }
2407
2408 /// Apply a set of heursitics to a new candidate. Heuristics are currently
2409 /// hierarchical. This may be more efficient than a graduated cost model because
2410 /// we don't need to evaluate all aspects of the model for each node in the
2411 /// queue. But it's really done to make the heuristics easier to debug and
2412 /// statistically analyze.
2413 ///
2414 /// \param Cand provides the policy and current best candidate.
2415 /// \param TryCand refers to the next SUnit candidate, otherwise uninitialized.
2416 /// \param Zone describes the scheduled zone that we are extending.
2417 /// \param RPTracker describes reg pressure within the scheduled zone.
2418 /// \param TempTracker is a scratch pressure tracker to reuse in queries.
2419 void ConvergingScheduler::tryCandidate(SchedCandidate &Cand,
2420                                        SchedCandidate &TryCand,
2421                                        SchedBoundary &Zone,
2422                                        const RegPressureTracker &RPTracker,
2423                                        RegPressureTracker &TempTracker) {
2424
2425   if (DAG->isTrackingPressure()) {
2426     // Always initialize TryCand's RPDelta.
2427     if (Zone.isTop()) {
2428       TempTracker.getMaxDownwardPressureDelta(
2429         TryCand.SU->getInstr(),
2430         TryCand.RPDelta,
2431         DAG->getRegionCriticalPSets(),
2432         DAG->getRegPressure().MaxSetPressure);
2433     }
2434     else {
2435       if (VerifyScheduling) {
2436         TempTracker.getMaxUpwardPressureDelta(
2437           TryCand.SU->getInstr(),
2438           &DAG->getPressureDiff(TryCand.SU),
2439           TryCand.RPDelta,
2440           DAG->getRegionCriticalPSets(),
2441           DAG->getRegPressure().MaxSetPressure);
2442       }
2443       else {
2444         RPTracker.getUpwardPressureDelta(
2445           TryCand.SU->getInstr(),
2446           DAG->getPressureDiff(TryCand.SU),
2447           TryCand.RPDelta,
2448           DAG->getRegionCriticalPSets(),
2449           DAG->getRegPressure().MaxSetPressure);
2450       }
2451     }
2452   }
2453
2454   // Initialize the candidate if needed.
2455   if (!Cand.isValid()) {
2456     TryCand.Reason = NodeOrder;
2457     return;
2458   }
2459
2460   if (tryGreater(biasPhysRegCopy(TryCand.SU, Zone.isTop()),
2461                  biasPhysRegCopy(Cand.SU, Zone.isTop()),
2462                  TryCand, Cand, PhysRegCopy))
2463     return;
2464
2465   // Avoid exceeding the target's limit. If signed PSetID is negative, it is
2466   // invalid; convert it to INT_MAX to give it lowest priority.
2467   if (DAG->isTrackingPressure() && tryPressure(TryCand.RPDelta.Excess,
2468                                                Cand.RPDelta.Excess,
2469                                                TryCand, Cand, RegExcess))
2470     return;
2471
2472   // For loops that are acyclic path limited, aggressively schedule for latency.
2473   if (Rem.IsAcyclicLatencyLimited && tryLatency(TryCand, Cand, Zone))
2474     return;
2475
2476   // Avoid increasing the max critical pressure in the scheduled region.
2477   if (DAG->isTrackingPressure() && tryPressure(TryCand.RPDelta.CriticalMax,
2478                                                Cand.RPDelta.CriticalMax,
2479                                                TryCand, Cand, RegCritical))
2480     return;
2481
2482   // Keep clustered nodes together to encourage downstream peephole
2483   // optimizations which may reduce resource requirements.
2484   //
2485   // This is a best effort to set things up for a post-RA pass. Optimizations
2486   // like generating loads of multiple registers should ideally be done within
2487   // the scheduler pass by combining the loads during DAG postprocessing.
2488   const SUnit *NextClusterSU =
2489     Zone.isTop() ? DAG->getNextClusterSucc() : DAG->getNextClusterPred();
2490   if (tryGreater(TryCand.SU == NextClusterSU, Cand.SU == NextClusterSU,
2491                  TryCand, Cand, Cluster))
2492     return;
2493
2494   // Weak edges are for clustering and other constraints.
2495   if (tryLess(getWeakLeft(TryCand.SU, Zone.isTop()),
2496               getWeakLeft(Cand.SU, Zone.isTop()),
2497               TryCand, Cand, Weak)) {
2498     return;
2499   }
2500   // Avoid increasing the max pressure of the entire region.
2501   if (DAG->isTrackingPressure() && tryPressure(TryCand.RPDelta.CurrentMax,
2502                                                Cand.RPDelta.CurrentMax,
2503                                                TryCand, Cand, RegMax))
2504     return;
2505
2506   // Avoid critical resource consumption and balance the schedule.
2507   TryCand.initResourceDelta(DAG, SchedModel);
2508   if (tryLess(TryCand.ResDelta.CritResources, Cand.ResDelta.CritResources,
2509               TryCand, Cand, ResourceReduce))
2510     return;
2511   if (tryGreater(TryCand.ResDelta.DemandedResources,
2512                  Cand.ResDelta.DemandedResources,
2513                  TryCand, Cand, ResourceDemand))
2514     return;
2515
2516   // Avoid serializing long latency dependence chains.
2517   // For acyclic path limited loops, latency was already checked above.
2518   if (Cand.Policy.ReduceLatency && !Rem.IsAcyclicLatencyLimited
2519       && tryLatency(TryCand, Cand, Zone)) {
2520     return;
2521   }
2522
2523   // Prefer immediate defs/users of the last scheduled instruction. This is a
2524   // local pressure avoidance strategy that also makes the machine code
2525   // readable.
2526   if (tryGreater(Zone.NextSUs.count(TryCand.SU), Zone.NextSUs.count(Cand.SU),
2527                  TryCand, Cand, NextDefUse))
2528     return;
2529
2530   // Fall through to original instruction order.
2531   if ((Zone.isTop() && TryCand.SU->NodeNum < Cand.SU->NodeNum)
2532       || (!Zone.isTop() && TryCand.SU->NodeNum > Cand.SU->NodeNum)) {
2533     TryCand.Reason = NodeOrder;
2534   }
2535 }
2536
2537 #ifndef NDEBUG
2538 const char *ConvergingScheduler::getReasonStr(
2539   ConvergingScheduler::CandReason Reason) {
2540   switch (Reason) {
2541   case NoCand:         return "NOCAND    ";
2542   case PhysRegCopy:    return "PREG-COPY";
2543   case RegExcess:      return "REG-EXCESS";
2544   case RegCritical:    return "REG-CRIT  ";
2545   case Cluster:        return "CLUSTER   ";
2546   case Weak:           return "WEAK      ";
2547   case RegMax:         return "REG-MAX   ";
2548   case ResourceReduce: return "RES-REDUCE";
2549   case ResourceDemand: return "RES-DEMAND";
2550   case TopDepthReduce: return "TOP-DEPTH ";
2551   case TopPathReduce:  return "TOP-PATH  ";
2552   case BotHeightReduce:return "BOT-HEIGHT";
2553   case BotPathReduce:  return "BOT-PATH  ";
2554   case NextDefUse:     return "DEF-USE   ";
2555   case NodeOrder:      return "ORDER     ";
2556   };
2557   llvm_unreachable("Unknown reason!");
2558 }
2559
2560 void ConvergingScheduler::traceCandidate(const SchedCandidate &Cand) {
2561   PressureChange P;
2562   unsigned ResIdx = 0;
2563   unsigned Latency = 0;
2564   switch (Cand.Reason) {
2565   default:
2566     break;
2567   case RegExcess:
2568     P = Cand.RPDelta.Excess;
2569     break;
2570   case RegCritical:
2571     P = Cand.RPDelta.CriticalMax;
2572     break;
2573   case RegMax:
2574     P = Cand.RPDelta.CurrentMax;
2575     break;
2576   case ResourceReduce:
2577     ResIdx = Cand.Policy.ReduceResIdx;
2578     break;
2579   case ResourceDemand:
2580     ResIdx = Cand.Policy.DemandResIdx;
2581     break;
2582   case TopDepthReduce:
2583     Latency = Cand.SU->getDepth();
2584     break;
2585   case TopPathReduce:
2586     Latency = Cand.SU->getHeight();
2587     break;
2588   case BotHeightReduce:
2589     Latency = Cand.SU->getHeight();
2590     break;
2591   case BotPathReduce:
2592     Latency = Cand.SU->getDepth();
2593     break;
2594   }
2595   dbgs() << "  SU(" << Cand.SU->NodeNum << ") " << getReasonStr(Cand.Reason);
2596   if (P.isValid())
2597     dbgs() << " " << TRI->getRegPressureSetName(P.getPSet())
2598            << ":" << P.getUnitInc() << " ";
2599   else
2600     dbgs() << "      ";
2601   if (ResIdx)
2602     dbgs() << " " << SchedModel->getProcResource(ResIdx)->Name << " ";
2603   else
2604     dbgs() << "         ";
2605   if (Latency)
2606     dbgs() << " " << Latency << " cycles ";
2607   else
2608     dbgs() << "          ";
2609   dbgs() << '\n';
2610 }
2611 #endif
2612
2613 /// Pick the best candidate from the top queue.
2614 ///
2615 /// TODO: getMaxPressureDelta results can be mostly cached for each SUnit during
2616 /// DAG building. To adjust for the current scheduling location we need to
2617 /// maintain the number of vreg uses remaining to be top-scheduled.
2618 void ConvergingScheduler::pickNodeFromQueue(SchedBoundary &Zone,
2619                                             const RegPressureTracker &RPTracker,
2620                                             SchedCandidate &Cand) {
2621   ReadyQueue &Q = Zone.Available;
2622
2623   DEBUG(Q.dump());
2624
2625   // getMaxPressureDelta temporarily modifies the tracker.
2626   RegPressureTracker &TempTracker = const_cast<RegPressureTracker&>(RPTracker);
2627
2628   for (ReadyQueue::iterator I = Q.begin(), E = Q.end(); I != E; ++I) {
2629
2630     SchedCandidate TryCand(Cand.Policy);
2631     TryCand.SU = *I;
2632     tryCandidate(Cand, TryCand, Zone, RPTracker, TempTracker);
2633     if (TryCand.Reason != NoCand) {
2634       // Initialize resource delta if needed in case future heuristics query it.
2635       if (TryCand.ResDelta == SchedResourceDelta())
2636         TryCand.initResourceDelta(DAG, SchedModel);
2637       Cand.setBest(TryCand);
2638       DEBUG(traceCandidate(Cand));
2639     }
2640   }
2641 }
2642
2643 static void tracePick(const ConvergingScheduler::SchedCandidate &Cand,
2644                       bool IsTop) {
2645   DEBUG(dbgs() << "Pick " << (IsTop ? "Top " : "Bot ")
2646         << ConvergingScheduler::getReasonStr(Cand.Reason) << '\n');
2647 }
2648
2649 /// Pick the best candidate node from either the top or bottom queue.
2650 SUnit *ConvergingScheduler::pickNodeBidirectional(bool &IsTopNode) {
2651   // Schedule as far as possible in the direction of no choice. This is most
2652   // efficient, but also provides the best heuristics for CriticalPSets.
2653   if (SUnit *SU = Bot.pickOnlyChoice()) {
2654     IsTopNode = false;
2655     DEBUG(dbgs() << "Pick Bot NOCAND\n");
2656     return SU;
2657   }
2658   if (SUnit *SU = Top.pickOnlyChoice()) {
2659     IsTopNode = true;
2660     DEBUG(dbgs() << "Pick Top NOCAND\n");
2661     return SU;
2662   }
2663   CandPolicy NoPolicy;
2664   SchedCandidate BotCand(NoPolicy);
2665   SchedCandidate TopCand(NoPolicy);
2666   Bot.setPolicy(BotCand.Policy, Top);
2667   Top.setPolicy(TopCand.Policy, Bot);
2668
2669   // Prefer bottom scheduling when heuristics are silent.
2670   pickNodeFromQueue(Bot, DAG->getBotRPTracker(), BotCand);
2671   assert(BotCand.Reason != NoCand && "failed to find the first candidate");
2672
2673   // If either Q has a single candidate that provides the least increase in
2674   // Excess pressure, we can immediately schedule from that Q.
2675   //
2676   // RegionCriticalPSets summarizes the pressure within the scheduled region and
2677   // affects picking from either Q. If scheduling in one direction must
2678   // increase pressure for one of the excess PSets, then schedule in that
2679   // direction first to provide more freedom in the other direction.
2680   if ((BotCand.Reason == RegExcess && !BotCand.isRepeat(RegExcess))
2681       || (BotCand.Reason == RegCritical
2682           && !BotCand.isRepeat(RegCritical)))
2683   {
2684     IsTopNode = false;
2685     tracePick(BotCand, IsTopNode);
2686     return BotCand.SU;
2687   }
2688   // Check if the top Q has a better candidate.
2689   pickNodeFromQueue(Top, DAG->getTopRPTracker(), TopCand);
2690   assert(TopCand.Reason != NoCand && "failed to find the first candidate");
2691
2692   // Choose the queue with the most important (lowest enum) reason.
2693   if (TopCand.Reason < BotCand.Reason) {
2694     IsTopNode = true;
2695     tracePick(TopCand, IsTopNode);
2696     return TopCand.SU;
2697   }
2698   // Otherwise prefer the bottom candidate, in node order if all else failed.
2699   IsTopNode = false;
2700   tracePick(BotCand, IsTopNode);
2701   return BotCand.SU;
2702 }
2703
2704 /// Pick the best node to balance the schedule. Implements MachineSchedStrategy.
2705 SUnit *ConvergingScheduler::pickNode(bool &IsTopNode) {
2706   if (DAG->top() == DAG->bottom()) {
2707     assert(Top.Available.empty() && Top.Pending.empty() &&
2708            Bot.Available.empty() && Bot.Pending.empty() && "ReadyQ garbage");
2709     return NULL;
2710   }
2711   SUnit *SU;
2712   do {
2713     if (RegionPolicy.OnlyTopDown) {
2714       SU = Top.pickOnlyChoice();
2715       if (!SU) {
2716         CandPolicy NoPolicy;
2717         SchedCandidate TopCand(NoPolicy);
2718         pickNodeFromQueue(Top, DAG->getTopRPTracker(), TopCand);
2719         assert(TopCand.Reason != NoCand && "failed to find a candidate");
2720         tracePick(TopCand, true);
2721         SU = TopCand.SU;
2722       }
2723       IsTopNode = true;
2724     }
2725     else if (RegionPolicy.OnlyBottomUp) {
2726       SU = Bot.pickOnlyChoice();
2727       if (!SU) {
2728         CandPolicy NoPolicy;
2729         SchedCandidate BotCand(NoPolicy);
2730         pickNodeFromQueue(Bot, DAG->getBotRPTracker(), BotCand);
2731         assert(BotCand.Reason != NoCand && "failed to find a candidate");
2732         tracePick(BotCand, false);
2733         SU = BotCand.SU;
2734       }
2735       IsTopNode = false;
2736     }
2737     else {
2738       SU = pickNodeBidirectional(IsTopNode);
2739     }
2740   } while (SU->isScheduled);
2741
2742   if (SU->isTopReady())
2743     Top.removeReady(SU);
2744   if (SU->isBottomReady())
2745     Bot.removeReady(SU);
2746
2747   DEBUG(dbgs() << "Scheduling SU(" << SU->NodeNum << ") " << *SU->getInstr());
2748   return SU;
2749 }
2750
2751 void ConvergingScheduler::reschedulePhysRegCopies(SUnit *SU, bool isTop) {
2752
2753   MachineBasicBlock::iterator InsertPos = SU->getInstr();
2754   if (!isTop)
2755     ++InsertPos;
2756   SmallVectorImpl<SDep> &Deps = isTop ? SU->Preds : SU->Succs;
2757
2758   // Find already scheduled copies with a single physreg dependence and move
2759   // them just above the scheduled instruction.
2760   for (SmallVectorImpl<SDep>::iterator I = Deps.begin(), E = Deps.end();
2761        I != E; ++I) {
2762     if (I->getKind() != SDep::Data || !TRI->isPhysicalRegister(I->getReg()))
2763       continue;
2764     SUnit *DepSU = I->getSUnit();
2765     if (isTop ? DepSU->Succs.size() > 1 : DepSU->Preds.size() > 1)
2766       continue;
2767     MachineInstr *Copy = DepSU->getInstr();
2768     if (!Copy->isCopy())
2769       continue;
2770     DEBUG(dbgs() << "  Rescheduling physreg copy ";
2771           I->getSUnit()->dump(DAG));
2772     DAG->moveInstruction(Copy, InsertPos);
2773   }
2774 }
2775
2776 /// Update the scheduler's state after scheduling a node. This is the same node
2777 /// that was just returned by pickNode(). However, ScheduleDAGMI needs to update
2778 /// it's state based on the current cycle before MachineSchedStrategy does.
2779 ///
2780 /// FIXME: Eventually, we may bundle physreg copies rather than rescheduling
2781 /// them here. See comments in biasPhysRegCopy.
2782 void ConvergingScheduler::schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode) {
2783   if (IsTopNode) {
2784     SU->TopReadyCycle = std::max(SU->TopReadyCycle, Top.CurrCycle);
2785     Top.bumpNode(SU);
2786     if (SU->hasPhysRegUses)
2787       reschedulePhysRegCopies(SU, true);
2788   }
2789   else {
2790     SU->BotReadyCycle = std::max(SU->BotReadyCycle, Bot.CurrCycle);
2791     Bot.bumpNode(SU);
2792     if (SU->hasPhysRegDefs)
2793       reschedulePhysRegCopies(SU, false);
2794   }
2795 }
2796
2797 /// Create the standard converging machine scheduler. This will be used as the
2798 /// default scheduler if the target does not set a default.
2799 static ScheduleDAGInstrs *createConvergingSched(MachineSchedContext *C) {
2800   ScheduleDAGMI *DAG = new ScheduleDAGMI(C, new ConvergingScheduler(C));
2801   // Register DAG post-processors.
2802   //
2803   // FIXME: extend the mutation API to allow earlier mutations to instantiate
2804   // data and pass it to later mutations. Have a single mutation that gathers
2805   // the interesting nodes in one pass.
2806   DAG->addMutation(new CopyConstrain(DAG->TII, DAG->TRI));
2807   if (EnableLoadCluster && DAG->TII->enableClusterLoads())
2808     DAG->addMutation(new LoadClusterMutation(DAG->TII, DAG->TRI));
2809   if (EnableMacroFusion)
2810     DAG->addMutation(new MacroFusion(DAG->TII));
2811   return DAG;
2812 }
2813 static MachineSchedRegistry
2814 ConvergingSchedRegistry("converge", "Standard converging scheduler.",
2815                         createConvergingSched);
2816
2817 //===----------------------------------------------------------------------===//
2818 // ILP Scheduler. Currently for experimental analysis of heuristics.
2819 //===----------------------------------------------------------------------===//
2820
2821 namespace {
2822 /// \brief Order nodes by the ILP metric.
2823 struct ILPOrder {
2824   const SchedDFSResult *DFSResult;
2825   const BitVector *ScheduledTrees;
2826   bool MaximizeILP;
2827
2828   ILPOrder(bool MaxILP): DFSResult(0), ScheduledTrees(0), MaximizeILP(MaxILP) {}
2829
2830   /// \brief Apply a less-than relation on node priority.
2831   ///
2832   /// (Return true if A comes after B in the Q.)
2833   bool operator()(const SUnit *A, const SUnit *B) const {
2834     unsigned SchedTreeA = DFSResult->getSubtreeID(A);
2835     unsigned SchedTreeB = DFSResult->getSubtreeID(B);
2836     if (SchedTreeA != SchedTreeB) {
2837       // Unscheduled trees have lower priority.
2838       if (ScheduledTrees->test(SchedTreeA) != ScheduledTrees->test(SchedTreeB))
2839         return ScheduledTrees->test(SchedTreeB);
2840
2841       // Trees with shallower connections have have lower priority.
2842       if (DFSResult->getSubtreeLevel(SchedTreeA)
2843           != DFSResult->getSubtreeLevel(SchedTreeB)) {
2844         return DFSResult->getSubtreeLevel(SchedTreeA)
2845           < DFSResult->getSubtreeLevel(SchedTreeB);
2846       }
2847     }
2848     if (MaximizeILP)
2849       return DFSResult->getILP(A) < DFSResult->getILP(B);
2850     else
2851       return DFSResult->getILP(A) > DFSResult->getILP(B);
2852   }
2853 };
2854
2855 /// \brief Schedule based on the ILP metric.
2856 class ILPScheduler : public MachineSchedStrategy {
2857   ScheduleDAGMI *DAG;
2858   ILPOrder Cmp;
2859
2860   std::vector<SUnit*> ReadyQ;
2861 public:
2862   ILPScheduler(bool MaximizeILP): DAG(0), Cmp(MaximizeILP) {}
2863
2864   virtual void initialize(ScheduleDAGMI *dag) {
2865     DAG = dag;
2866     DAG->computeDFSResult();
2867     Cmp.DFSResult = DAG->getDFSResult();
2868     Cmp.ScheduledTrees = &DAG->getScheduledTrees();
2869     ReadyQ.clear();
2870   }
2871
2872   virtual void registerRoots() {
2873     // Restore the heap in ReadyQ with the updated DFS results.
2874     std::make_heap(ReadyQ.begin(), ReadyQ.end(), Cmp);
2875   }
2876
2877   /// Implement MachineSchedStrategy interface.
2878   /// -----------------------------------------
2879
2880   /// Callback to select the highest priority node from the ready Q.
2881   virtual SUnit *pickNode(bool &IsTopNode) {
2882     if (ReadyQ.empty()) return NULL;
2883     std::pop_heap(ReadyQ.begin(), ReadyQ.end(), Cmp);
2884     SUnit *SU = ReadyQ.back();
2885     ReadyQ.pop_back();
2886     IsTopNode = false;
2887     DEBUG(dbgs() << "Pick node " << "SU(" << SU->NodeNum << ") "
2888           << " ILP: " << DAG->getDFSResult()->getILP(SU)
2889           << " Tree: " << DAG->getDFSResult()->getSubtreeID(SU) << " @"
2890           << DAG->getDFSResult()->getSubtreeLevel(
2891             DAG->getDFSResult()->getSubtreeID(SU)) << '\n'
2892           << "Scheduling " << *SU->getInstr());
2893     return SU;
2894   }
2895
2896   /// \brief Scheduler callback to notify that a new subtree is scheduled.
2897   virtual void scheduleTree(unsigned SubtreeID) {
2898     std::make_heap(ReadyQ.begin(), ReadyQ.end(), Cmp);
2899   }
2900
2901   /// Callback after a node is scheduled. Mark a newly scheduled tree, notify
2902   /// DFSResults, and resort the priority Q.
2903   virtual void schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode) {
2904     assert(!IsTopNode && "SchedDFSResult needs bottom-up");
2905   }
2906
2907   virtual void releaseTopNode(SUnit *) { /*only called for top roots*/ }
2908
2909   virtual void releaseBottomNode(SUnit *SU) {
2910     ReadyQ.push_back(SU);
2911     std::push_heap(ReadyQ.begin(), ReadyQ.end(), Cmp);
2912   }
2913 };
2914 } // namespace
2915
2916 static ScheduleDAGInstrs *createILPMaxScheduler(MachineSchedContext *C) {
2917   return new ScheduleDAGMI(C, new ILPScheduler(true));
2918 }
2919 static ScheduleDAGInstrs *createILPMinScheduler(MachineSchedContext *C) {
2920   return new ScheduleDAGMI(C, new ILPScheduler(false));
2921 }
2922 static MachineSchedRegistry ILPMaxRegistry(
2923   "ilpmax", "Schedule bottom-up for max ILP", createILPMaxScheduler);
2924 static MachineSchedRegistry ILPMinRegistry(
2925   "ilpmin", "Schedule bottom-up for min ILP", createILPMinScheduler);
2926
2927 //===----------------------------------------------------------------------===//
2928 // Machine Instruction Shuffler for Correctness Testing
2929 //===----------------------------------------------------------------------===//
2930
2931 #ifndef NDEBUG
2932 namespace {
2933 /// Apply a less-than relation on the node order, which corresponds to the
2934 /// instruction order prior to scheduling. IsReverse implements greater-than.
2935 template<bool IsReverse>
2936 struct SUnitOrder {
2937   bool operator()(SUnit *A, SUnit *B) const {
2938     if (IsReverse)
2939       return A->NodeNum > B->NodeNum;
2940     else
2941       return A->NodeNum < B->NodeNum;
2942   }
2943 };
2944
2945 /// Reorder instructions as much as possible.
2946 class InstructionShuffler : public MachineSchedStrategy {
2947   bool IsAlternating;
2948   bool IsTopDown;
2949
2950   // Using a less-than relation (SUnitOrder<false>) for the TopQ priority
2951   // gives nodes with a higher number higher priority causing the latest
2952   // instructions to be scheduled first.
2953   PriorityQueue<SUnit*, std::vector<SUnit*>, SUnitOrder<false> >
2954     TopQ;
2955   // When scheduling bottom-up, use greater-than as the queue priority.
2956   PriorityQueue<SUnit*, std::vector<SUnit*>, SUnitOrder<true> >
2957     BottomQ;
2958 public:
2959   InstructionShuffler(bool alternate, bool topdown)
2960     : IsAlternating(alternate), IsTopDown(topdown) {}
2961
2962   virtual void initialize(ScheduleDAGMI *) {
2963     TopQ.clear();
2964     BottomQ.clear();
2965   }
2966
2967   /// Implement MachineSchedStrategy interface.
2968   /// -----------------------------------------
2969
2970   virtual SUnit *pickNode(bool &IsTopNode) {
2971     SUnit *SU;
2972     if (IsTopDown) {
2973       do {
2974         if (TopQ.empty()) return NULL;
2975         SU = TopQ.top();
2976         TopQ.pop();
2977       } while (SU->isScheduled);
2978       IsTopNode = true;
2979     }
2980     else {
2981       do {
2982         if (BottomQ.empty()) return NULL;
2983         SU = BottomQ.top();
2984         BottomQ.pop();
2985       } while (SU->isScheduled);
2986       IsTopNode = false;
2987     }
2988     if (IsAlternating)
2989       IsTopDown = !IsTopDown;
2990     return SU;
2991   }
2992
2993   virtual void schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode) {}
2994
2995   virtual void releaseTopNode(SUnit *SU) {
2996     TopQ.push(SU);
2997   }
2998   virtual void releaseBottomNode(SUnit *SU) {
2999     BottomQ.push(SU);
3000   }
3001 };
3002 } // namespace
3003
3004 static ScheduleDAGInstrs *createInstructionShuffler(MachineSchedContext *C) {
3005   bool Alternate = !ForceTopDown && !ForceBottomUp;
3006   bool TopDown = !ForceBottomUp;
3007   assert((TopDown || !ForceTopDown) &&
3008          "-misched-topdown incompatible with -misched-bottomup");
3009   return new ScheduleDAGMI(C, new InstructionShuffler(Alternate, TopDown));
3010 }
3011 static MachineSchedRegistry ShufflerRegistry(
3012   "shuffle", "Shuffle machine instructions alternating directions",
3013   createInstructionShuffler);
3014 #endif // !NDEBUG
3015
3016 //===----------------------------------------------------------------------===//
3017 // GraphWriter support for ScheduleDAGMI.
3018 //===----------------------------------------------------------------------===//
3019
3020 #ifndef NDEBUG
3021 namespace llvm {
3022
3023 template<> struct GraphTraits<
3024   ScheduleDAGMI*> : public GraphTraits<ScheduleDAG*> {};
3025
3026 template<>
3027 struct DOTGraphTraits<ScheduleDAGMI*> : public DefaultDOTGraphTraits {
3028
3029   DOTGraphTraits (bool isSimple=false) : DefaultDOTGraphTraits(isSimple) {}
3030
3031   static std::string getGraphName(const ScheduleDAG *G) {
3032     return G->MF.getName();
3033   }
3034
3035   static bool renderGraphFromBottomUp() {
3036     return true;
3037   }
3038
3039   static bool isNodeHidden(const SUnit *Node) {
3040     return (Node->Preds.size() > 10 || Node->Succs.size() > 10);
3041   }
3042
3043   static bool hasNodeAddressLabel(const SUnit *Node,
3044                                   const ScheduleDAG *Graph) {
3045     return false;
3046   }
3047
3048   /// If you want to override the dot attributes printed for a particular
3049   /// edge, override this method.
3050   static std::string getEdgeAttributes(const SUnit *Node,
3051                                        SUnitIterator EI,
3052                                        const ScheduleDAG *Graph) {
3053     if (EI.isArtificialDep())
3054       return "color=cyan,style=dashed";
3055     if (EI.isCtrlDep())
3056       return "color=blue,style=dashed";
3057     return "";
3058   }
3059
3060   static std::string getNodeLabel(const SUnit *SU, const ScheduleDAG *G) {
3061     std::string Str;
3062     raw_string_ostream SS(Str);
3063     SS << "SU(" << SU->NodeNum << ')';
3064     return SS.str();
3065   }
3066   static std::string getNodeDescription(const SUnit *SU, const ScheduleDAG *G) {
3067     return G->getGraphNodeLabel(SU);
3068   }
3069
3070   static std::string getNodeAttributes(const SUnit *N,
3071                                        const ScheduleDAG *Graph) {
3072     std::string Str("shape=Mrecord");
3073     const SchedDFSResult *DFS =
3074       static_cast<const ScheduleDAGMI*>(Graph)->getDFSResult();
3075     if (DFS) {
3076       Str += ",style=filled,fillcolor=\"#";
3077       Str += DOT::getColorString(DFS->getSubtreeID(N));
3078       Str += '"';
3079     }
3080     return Str;
3081   }
3082 };
3083 } // namespace llvm
3084 #endif // NDEBUG
3085
3086 /// viewGraph - Pop up a ghostview window with the reachable parts of the DAG
3087 /// rendered using 'dot'.
3088 ///
3089 void ScheduleDAGMI::viewGraph(const Twine &Name, const Twine &Title) {
3090 #ifndef NDEBUG
3091   ViewGraph(this, Name, false, Title);
3092 #else
3093   errs() << "ScheduleDAGMI::viewGraph is only available in debug builds on "
3094          << "systems with Graphviz or gv!\n";
3095 #endif  // NDEBUG
3096 }
3097
3098 /// Out-of-line implementation with no arguments is handy for gdb.
3099 void ScheduleDAGMI::viewGraph() {
3100   viewGraph(getDAGName(), "Scheduling-Units Graph for " + getDAGName());
3101 }