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