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