mi-sched: Force bottom up scheduling for generic targets.
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / MachineScheduler.cpp
1 //===- MachineScheduler.cpp - Machine Instruction Scheduler ---------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // MachineScheduler schedules machine instructions after phi elimination. It
11 // preserves LiveIntervals so it can be invoked before register allocation.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #define DEBUG_TYPE "misched"
16
17 #include "llvm/CodeGen/MachineScheduler.h"
18 #include "llvm/ADT/OwningPtr.h"
19 #include "llvm/ADT/PriorityQueue.h"
20 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
21 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
22 #include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
23 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
24 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
25 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
26 #include "llvm/CodeGen/RegisterClassInfo.h"
27 #include "llvm/CodeGen/ScheduleDFS.h"
28 #include "llvm/CodeGen/ScheduleHazardRecognizer.h"
29 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
30 #include "llvm/Support/Debug.h"
31 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
32 #include "llvm/Support/GraphWriter.h"
33 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
34 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
35 #include <queue>
36
37 using namespace llvm;
38
39 namespace llvm {
40 cl::opt<bool> ForceTopDown("misched-topdown", cl::Hidden,
41                            cl::desc("Force top-down list scheduling"));
42 cl::opt<bool> ForceBottomUp("misched-bottomup", cl::Hidden,
43                             cl::desc("Force bottom-up list scheduling"));
44 }
45
46 #ifndef NDEBUG
47 static cl::opt<bool> ViewMISchedDAGs("view-misched-dags", cl::Hidden,
48   cl::desc("Pop up a window to show MISched dags after they are processed"));
49
50 static cl::opt<unsigned> MISchedCutoff("misched-cutoff", cl::Hidden,
51   cl::desc("Stop scheduling after N instructions"), cl::init(~0U));
52 #else
53 static bool ViewMISchedDAGs = false;
54 #endif // NDEBUG
55
56 static cl::opt<bool> EnableRegPressure("misched-regpressure", cl::Hidden,
57   cl::desc("Enable register pressure scheduling."), cl::init(true));
58
59 static cl::opt<bool> EnableCyclicPath("misched-cyclicpath", cl::Hidden,
60   cl::desc("Enable cyclic critical path analysis."), cl::init(false));
61
62 static cl::opt<bool> EnableLoadCluster("misched-cluster", cl::Hidden,
63   cl::desc("Enable load clustering."), cl::init(true));
64
65 // Experimental heuristics
66 static cl::opt<bool> EnableMacroFusion("misched-fusion", cl::Hidden,
67   cl::desc("Enable scheduling for macro fusion."), cl::init(true));
68
69 static cl::opt<bool> VerifyScheduling("verify-misched", cl::Hidden,
70   cl::desc("Verify machine instrs before and after machine scheduling"));
71
72 // DAG subtrees must have at least this many nodes.
73 static const unsigned MinSubtreeSize = 8;
74
75 //===----------------------------------------------------------------------===//
76 // Machine Instruction Scheduling Pass and Registry
77 //===----------------------------------------------------------------------===//
78
79 MachineSchedContext::MachineSchedContext():
80     MF(0), MLI(0), MDT(0), PassConfig(0), AA(0), LIS(0) {
81   RegClassInfo = new RegisterClassInfo();
82 }
83
84 MachineSchedContext::~MachineSchedContext() {
85   delete RegClassInfo;
86 }
87
88 namespace {
89 /// MachineScheduler runs after coalescing and before register allocation.
90 class MachineScheduler : public MachineSchedContext,
91                          public MachineFunctionPass {
92 public:
93   MachineScheduler();
94
95   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
96
97   virtual void releaseMemory() {}
98
99   virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction&);
100
101   virtual void print(raw_ostream &O, const Module* = 0) const;
102
103   static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
104 };
105 } // namespace
106
107 char MachineScheduler::ID = 0;
108
109 char &llvm::MachineSchedulerID = MachineScheduler::ID;
110
111 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MachineScheduler, "misched",
112                       "Machine Instruction Scheduler", false, false)
113 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
114 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(SlotIndexes)
115 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LiveIntervals)
116 INITIALIZE_PASS_END(MachineScheduler, "misched",
117                     "Machine Instruction Scheduler", false, false)
118
119 MachineScheduler::MachineScheduler()
120 : MachineFunctionPass(ID) {
121   initializeMachineSchedulerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
122 }
123
124 void MachineScheduler::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
125   AU.setPreservesCFG();
126   AU.addRequiredID(MachineDominatorsID);
127   AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
128   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
129   AU.addRequired<TargetPassConfig>();
130   AU.addRequired<SlotIndexes>();
131   AU.addPreserved<SlotIndexes>();
132   AU.addRequired<LiveIntervals>();
133   AU.addPreserved<LiveIntervals>();
134   MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
135 }
136
137 MachinePassRegistry MachineSchedRegistry::Registry;
138
139 /// A dummy default scheduler factory indicates whether the scheduler
140 /// is overridden on the command line.
141 static ScheduleDAGInstrs *useDefaultMachineSched(MachineSchedContext *C) {
142   return 0;
143 }
144
145 /// MachineSchedOpt allows command line selection of the scheduler.
146 static cl::opt<MachineSchedRegistry::ScheduleDAGCtor, false,
147                RegisterPassParser<MachineSchedRegistry> >
148 MachineSchedOpt("misched",
149                 cl::init(&useDefaultMachineSched), cl::Hidden,
150                 cl::desc("Machine instruction scheduler to use"));
151
152 static MachineSchedRegistry
153 DefaultSchedRegistry("default", "Use the target's default scheduler choice.",
154                      useDefaultMachineSched);
155
156 /// Forward declare the standard machine scheduler. This will be used as the
157 /// default scheduler if the target does not set a default.
158 static ScheduleDAGInstrs *createConvergingSched(MachineSchedContext *C);
159
160
161 /// Decrement this iterator until reaching the top or a non-debug instr.
162 static MachineBasicBlock::const_iterator
163 priorNonDebug(MachineBasicBlock::const_iterator I,
164               MachineBasicBlock::const_iterator Beg) {
165   assert(I != Beg && "reached the top of the region, cannot decrement");
166   while (--I != Beg) {
167     if (!I->isDebugValue())
168       break;
169   }
170   return I;
171 }
172
173 /// Non-const version.
174 static MachineBasicBlock::iterator
175 priorNonDebug(MachineBasicBlock::iterator I,
176               MachineBasicBlock::const_iterator Beg) {
177   return const_cast<MachineInstr*>(
178     &*priorNonDebug(MachineBasicBlock::const_iterator(I), Beg));
179 }
180
181 /// If this iterator is a debug value, increment until reaching the End or a
182 /// non-debug instruction.
183 static MachineBasicBlock::const_iterator
184 nextIfDebug(MachineBasicBlock::const_iterator I,
185             MachineBasicBlock::const_iterator End) {
186   for(; I != End; ++I) {
187     if (!I->isDebugValue())
188       break;
189   }
190   return I;
191 }
192
193 /// Non-const version.
194 static MachineBasicBlock::iterator
195 nextIfDebug(MachineBasicBlock::iterator I,
196             MachineBasicBlock::const_iterator End) {
197   // Cast the return value to nonconst MachineInstr, then cast to an
198   // instr_iterator, which does not check for null, finally return a
199   // bundle_iterator.
200   return MachineBasicBlock::instr_iterator(
201     const_cast<MachineInstr*>(
202       &*nextIfDebug(MachineBasicBlock::const_iterator(I), End)));
203 }
204
205 /// Top-level MachineScheduler pass driver.
206 ///
207 /// Visit blocks in function order. Divide each block into scheduling regions
208 /// and visit them bottom-up. Visiting regions bottom-up is not required, but is
209 /// consistent with the DAG builder, which traverses the interior of the
210 /// scheduling regions bottom-up.
211 ///
212 /// This design avoids exposing scheduling boundaries to the DAG builder,
213 /// simplifying the DAG builder's support for "special" target instructions.
214 /// At the same time the design allows target schedulers to operate across
215 /// scheduling boundaries, for example to bundle the boudary instructions
216 /// without reordering them. This creates complexity, because the target
217 /// scheduler must update the RegionBegin and RegionEnd positions cached by
218 /// ScheduleDAGInstrs whenever adding or removing instructions. A much simpler
219 /// design would be to split blocks at scheduling boundaries, but LLVM has a
220 /// general bias against block splitting purely for implementation simplicity.
221 bool MachineScheduler::runOnMachineFunction(MachineFunction &mf) {
222   DEBUG(dbgs() << "Before MISsched:\n"; mf.print(dbgs()));
223
224   // Initialize the context of the pass.
225   MF = &mf;
226   MLI = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
227   MDT = &getAnalysis<MachineDominatorTree>();
228   PassConfig = &getAnalysis<TargetPassConfig>();
229   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
230
231   LIS = &getAnalysis<LiveIntervals>();
232   const TargetInstrInfo *TII = MF->getTarget().getInstrInfo();
233
234   if (VerifyScheduling) {
235     DEBUG(LIS->dump());
236     MF->verify(this, "Before machine scheduling.");
237   }
238   RegClassInfo->runOnMachineFunction(*MF);
239
240   // Select the scheduler, or set the default.
241   MachineSchedRegistry::ScheduleDAGCtor Ctor = MachineSchedOpt;
242   if (Ctor == useDefaultMachineSched) {
243     // Get the default scheduler set by the target.
244     Ctor = MachineSchedRegistry::getDefault();
245     if (!Ctor) {
246       Ctor = createConvergingSched;
247       MachineSchedRegistry::setDefault(Ctor);
248     }
249   }
250   // Instantiate the selected scheduler.
251   OwningPtr<ScheduleDAGInstrs> Scheduler(Ctor(this));
252
253   // Visit all machine basic blocks.
254   //
255   // TODO: Visit blocks in global postorder or postorder within the bottom-up
256   // loop tree. Then we can optionally compute global RegPressure.
257   for (MachineFunction::iterator MBB = MF->begin(), MBBEnd = MF->end();
258        MBB != MBBEnd; ++MBB) {
259
260     Scheduler->startBlock(MBB);
261
262     // Break the block into scheduling regions [I, RegionEnd), and schedule each
263     // region as soon as it is discovered. RegionEnd points the scheduling
264     // boundary at the bottom of the region. The DAG does not include RegionEnd,
265     // but the region does (i.e. the next RegionEnd is above the previous
266     // RegionBegin). If the current block has no terminator then RegionEnd ==
267     // MBB->end() for the bottom region.
268     //
269     // The Scheduler may insert instructions during either schedule() or
270     // exitRegion(), even for empty regions. So the local iterators 'I' and
271     // 'RegionEnd' are invalid across these calls.
272     unsigned RemainingInstrs = MBB->size();
273     for(MachineBasicBlock::iterator RegionEnd = MBB->end();
274         RegionEnd != MBB->begin(); RegionEnd = Scheduler->begin()) {
275
276       // Avoid decrementing RegionEnd for blocks with no terminator.
277       if (RegionEnd != MBB->end()
278           || TII->isSchedulingBoundary(llvm::prior(RegionEnd), MBB, *MF)) {
279         --RegionEnd;
280         // Count the boundary instruction.
281         --RemainingInstrs;
282       }
283
284       // The next region starts above the previous region. Look backward in the
285       // instruction stream until we find the nearest boundary.
286       unsigned NumRegionInstrs = 0;
287       MachineBasicBlock::iterator I = RegionEnd;
288       for(;I != MBB->begin(); --I, --RemainingInstrs, ++NumRegionInstrs) {
289         if (TII->isSchedulingBoundary(llvm::prior(I), MBB, *MF))
290           break;
291       }
292       // Notify the scheduler of the region, even if we may skip scheduling
293       // it. Perhaps it still needs to be bundled.
294       Scheduler->enterRegion(MBB, I, RegionEnd, NumRegionInstrs);
295
296       // Skip empty scheduling regions (0 or 1 schedulable instructions).
297       if (I == RegionEnd || I == llvm::prior(RegionEnd)) {
298         // Close the current region. Bundle the terminator if needed.
299         // This invalidates 'RegionEnd' and 'I'.
300         Scheduler->exitRegion();
301         continue;
302       }
303       DEBUG(dbgs() << "********** MI Scheduling **********\n");
304       DEBUG(dbgs() << MF->getName()
305             << ":BB#" << MBB->getNumber() << " " << MBB->getName()
306             << "\n  From: " << *I << "    To: ";
307             if (RegionEnd != MBB->end()) dbgs() << *RegionEnd;
308             else dbgs() << "End";
309             dbgs() << " RegionInstrs: " << NumRegionInstrs
310             << " Remaining: " << RemainingInstrs << "\n");
311
312       // Schedule a region: possibly reorder instructions.
313       // This invalidates 'RegionEnd' and 'I'.
314       Scheduler->schedule();
315
316       // Close the current region.
317       Scheduler->exitRegion();
318
319       // Scheduling has invalidated the current iterator 'I'. Ask the
320       // scheduler for the top of it's scheduled region.
321       RegionEnd = Scheduler->begin();
322     }
323     assert(RemainingInstrs == 0 && "Instruction count mismatch!");
324     Scheduler->finishBlock();
325   }
326   Scheduler->finalizeSchedule();
327   DEBUG(LIS->dump());
328   if (VerifyScheduling)
329     MF->verify(this, "After machine scheduling.");
330   return true;
331 }
332
333 void MachineScheduler::print(raw_ostream &O, const Module* m) const {
334   // unimplemented
335 }
336
337 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
338 void ReadyQueue::dump() {
339   dbgs() << Name << ": ";
340   for (unsigned i = 0, e = Queue.size(); i < e; ++i)
341     dbgs() << Queue[i]->NodeNum << " ";
342   dbgs() << "\n";
343 }
344 #endif
345
346 //===----------------------------------------------------------------------===//
347 // ScheduleDAGMI - Base class for MachineInstr scheduling with LiveIntervals
348 // preservation.
349 //===----------------------------------------------------------------------===//
350
351 ScheduleDAGMI::~ScheduleDAGMI() {
352   delete DFSResult;
353   DeleteContainerPointers(Mutations);
354   delete SchedImpl;
355 }
356
357 bool ScheduleDAGMI::canAddEdge(SUnit *SuccSU, SUnit *PredSU) {
358   return SuccSU == &ExitSU || !Topo.IsReachable(PredSU, SuccSU);
359 }
360
361 bool ScheduleDAGMI::addEdge(SUnit *SuccSU, const SDep &PredDep) {
362   if (SuccSU != &ExitSU) {
363     // Do not use WillCreateCycle, it assumes SD scheduling.
364     // If Pred is reachable from Succ, then the edge creates a cycle.
365     if (Topo.IsReachable(PredDep.getSUnit(), SuccSU))
366       return false;
367     Topo.AddPred(SuccSU, PredDep.getSUnit());
368   }
369   SuccSU->addPred(PredDep, /*Required=*/!PredDep.isArtificial());
370   // Return true regardless of whether a new edge needed to be inserted.
371   return true;
372 }
373
374 /// ReleaseSucc - Decrement the NumPredsLeft count of a successor. When
375 /// NumPredsLeft reaches zero, release the successor node.
376 ///
377 /// FIXME: Adjust SuccSU height based on MinLatency.
378 void ScheduleDAGMI::releaseSucc(SUnit *SU, SDep *SuccEdge) {
379   SUnit *SuccSU = SuccEdge->getSUnit();
380
381   if (SuccEdge->isWeak()) {
382     --SuccSU->WeakPredsLeft;
383     if (SuccEdge->isCluster())
384       NextClusterSucc = SuccSU;
385     return;
386   }
387 #ifndef NDEBUG
388   if (SuccSU->NumPredsLeft == 0) {
389     dbgs() << "*** Scheduling failed! ***\n";
390     SuccSU->dump(this);
391     dbgs() << " has been released too many times!\n";
392     llvm_unreachable(0);
393   }
394 #endif
395   --SuccSU->NumPredsLeft;
396   if (SuccSU->NumPredsLeft == 0 && SuccSU != &ExitSU)
397     SchedImpl->releaseTopNode(SuccSU);
398 }
399
400 /// releaseSuccessors - Call releaseSucc on each of SU's successors.
401 void ScheduleDAGMI::releaseSuccessors(SUnit *SU) {
402   for (SUnit::succ_iterator I = SU->Succs.begin(), E = SU->Succs.end();
403        I != E; ++I) {
404     releaseSucc(SU, &*I);
405   }
406 }
407
408 /// ReleasePred - Decrement the NumSuccsLeft count of a predecessor. When
409 /// NumSuccsLeft reaches zero, release the predecessor node.
410 ///
411 /// FIXME: Adjust PredSU height based on MinLatency.
412 void ScheduleDAGMI::releasePred(SUnit *SU, SDep *PredEdge) {
413   SUnit *PredSU = PredEdge->getSUnit();
414
415   if (PredEdge->isWeak()) {
416     --PredSU->WeakSuccsLeft;
417     if (PredEdge->isCluster())
418       NextClusterPred = PredSU;
419     return;
420   }
421 #ifndef NDEBUG
422   if (PredSU->NumSuccsLeft == 0) {
423     dbgs() << "*** Scheduling failed! ***\n";
424     PredSU->dump(this);
425     dbgs() << " has been released too many times!\n";
426     llvm_unreachable(0);
427   }
428 #endif
429   --PredSU->NumSuccsLeft;
430   if (PredSU->NumSuccsLeft == 0 && PredSU != &EntrySU)
431     SchedImpl->releaseBottomNode(PredSU);
432 }
433
434 /// releasePredecessors - Call releasePred on each of SU's predecessors.
435 void ScheduleDAGMI::releasePredecessors(SUnit *SU) {
436   for (SUnit::pred_iterator I = SU->Preds.begin(), E = SU->Preds.end();
437        I != E; ++I) {
438     releasePred(SU, &*I);
439   }
440 }
441
442 /// This is normally called from the main scheduler loop but may also be invoked
443 /// by the scheduling strategy to perform additional code motion.
444 void ScheduleDAGMI::moveInstruction(MachineInstr *MI,
445                                     MachineBasicBlock::iterator InsertPos) {
446   // Advance RegionBegin if the first instruction moves down.
447   if (&*RegionBegin == MI)
448     ++RegionBegin;
449
450   // Update the instruction stream.
451   BB->splice(InsertPos, BB, MI);
452
453   // Update LiveIntervals
454   LIS->handleMove(MI, /*UpdateFlags=*/true);
455
456   // Recede RegionBegin if an instruction moves above the first.
457   if (RegionBegin == InsertPos)
458     RegionBegin = MI;
459 }
460
461 bool ScheduleDAGMI::checkSchedLimit() {
462 #ifndef NDEBUG
463   if (NumInstrsScheduled == MISchedCutoff && MISchedCutoff != ~0U) {
464     CurrentTop = CurrentBottom;
465     return false;
466   }
467   ++NumInstrsScheduled;
468 #endif
469   return true;
470 }
471
472 /// enterRegion - Called back from MachineScheduler::runOnMachineFunction after
473 /// crossing a scheduling boundary. [begin, end) includes all instructions in
474 /// the region, including the boundary itself and single-instruction regions
475 /// that don't get scheduled.
476 void ScheduleDAGMI::enterRegion(MachineBasicBlock *bb,
477                                 MachineBasicBlock::iterator begin,
478                                 MachineBasicBlock::iterator end,
479                                 unsigned regioninstrs)
480 {
481   ScheduleDAGInstrs::enterRegion(bb, begin, end, regioninstrs);
482
483   ShouldTrackPressure =
484     EnableRegPressure && SchedImpl->shouldTrackPressure(regioninstrs);
485
486   // For convenience remember the end of the liveness region.
487   LiveRegionEnd =
488     (RegionEnd == bb->end()) ? RegionEnd : llvm::next(RegionEnd);
489 }
490
491 // Setup the register pressure trackers for the top scheduled top and bottom
492 // scheduled regions.
493 void ScheduleDAGMI::initRegPressure() {
494   TopRPTracker.init(&MF, RegClassInfo, LIS, BB, RegionBegin);
495   BotRPTracker.init(&MF, RegClassInfo, LIS, BB, LiveRegionEnd);
496
497   // Close the RPTracker to finalize live ins.
498   RPTracker.closeRegion();
499
500   DEBUG(RPTracker.dump());
501
502   // Initialize the live ins and live outs.
503   TopRPTracker.addLiveRegs(RPTracker.getPressure().LiveInRegs);
504   BotRPTracker.addLiveRegs(RPTracker.getPressure().LiveOutRegs);
505
506   // Close one end of the tracker so we can call
507   // getMaxUpward/DownwardPressureDelta before advancing across any
508   // instructions. This converts currently live regs into live ins/outs.
509   TopRPTracker.closeTop();
510   BotRPTracker.closeBottom();
511
512   BotRPTracker.initLiveThru(RPTracker);
513   if (!BotRPTracker.getLiveThru().empty()) {
514     TopRPTracker.initLiveThru(BotRPTracker.getLiveThru());
515     DEBUG(dbgs() << "Live Thru: ";
516           dumpRegSetPressure(BotRPTracker.getLiveThru(), TRI));
517   };
518
519   // For each live out vreg reduce the pressure change associated with other
520   // uses of the same vreg below the live-out reaching def.
521   updatePressureDiffs(RPTracker.getPressure().LiveOutRegs);
522
523   // Account for liveness generated by the region boundary.
524   if (LiveRegionEnd != RegionEnd) {
525     SmallVector<unsigned, 8> LiveUses;
526     BotRPTracker.recede(&LiveUses);
527     updatePressureDiffs(LiveUses);
528   }
529
530   assert(BotRPTracker.getPos() == RegionEnd && "Can't find the region bottom");
531
532   // Cache the list of excess pressure sets in this region. This will also track
533   // the max pressure in the scheduled code for these sets.
534   RegionCriticalPSets.clear();
535   const std::vector<unsigned> &RegionPressure =
536     RPTracker.getPressure().MaxSetPressure;
537   for (unsigned i = 0, e = RegionPressure.size(); i < e; ++i) {
538     unsigned Limit = RegClassInfo->getRegPressureSetLimit(i);
539     if (RegionPressure[i] > Limit) {
540       DEBUG(dbgs() << TRI->getRegPressureSetName(i)
541             << " Limit " << Limit
542             << " Actual " << RegionPressure[i] << "\n");
543       RegionCriticalPSets.push_back(PressureChange(i));
544     }
545   }
546   DEBUG(dbgs() << "Excess PSets: ";
547         for (unsigned i = 0, e = RegionCriticalPSets.size(); i != e; ++i)
548           dbgs() << TRI->getRegPressureSetName(
549             RegionCriticalPSets[i].getPSet()) << " ";
550         dbgs() << "\n");
551 }
552
553 // FIXME: When the pressure tracker deals in pressure differences then we won't
554 // iterate over all RegionCriticalPSets[i].
555 void ScheduleDAGMI::
556 updateScheduledPressure(const std::vector<unsigned> &NewMaxPressure) {
557   for (unsigned i = 0, e = RegionCriticalPSets.size(); i < e; ++i) {
558     unsigned ID = RegionCriticalPSets[i].getPSet();
559     if ((int)NewMaxPressure[ID] > RegionCriticalPSets[i].getUnitInc()
560         && NewMaxPressure[ID] <= INT16_MAX)
561       RegionCriticalPSets[i].setUnitInc(NewMaxPressure[ID]);
562   }
563   DEBUG(
564     for (unsigned i = 0, e = NewMaxPressure.size(); i < e; ++i) {
565       unsigned Limit = RegClassInfo->getRegPressureSetLimit(i);
566       if (NewMaxPressure[i] > Limit ) {
567         dbgs() << "  " << TRI->getRegPressureSetName(i) << ": "
568                << NewMaxPressure[i] << " > " << Limit << "\n";
569       }
570     });
571 }
572
573 /// Update the PressureDiff array for liveness after scheduling this
574 /// instruction.
575 void ScheduleDAGMI::updatePressureDiffs(ArrayRef<unsigned> LiveUses) {
576   for (unsigned LUIdx = 0, LUEnd = LiveUses.size(); LUIdx != LUEnd; ++LUIdx) {
577     /// FIXME: Currently assuming single-use physregs.
578     unsigned Reg = LiveUses[LUIdx];
579     if (!TRI->isVirtualRegister(Reg))
580       continue;
581     // This may be called before CurrentBottom has been initialized. However,
582     // BotRPTracker must have a valid position. We want the value live into the
583     // instruction or live out of the block, so ask for the previous
584     // instruction's live-out.
585     const LiveInterval &LI = LIS->getInterval(Reg);
586     VNInfo *VNI;
587     MachineBasicBlock::const_iterator I =
588       nextIfDebug(BotRPTracker.getPos(), BB->end());
589     if (I == BB->end())
590       VNI = LI.getVNInfoBefore(LIS->getMBBEndIdx(BB));
591     else {
592       LiveRangeQuery LRQ(LI, LIS->getInstructionIndex(I));
593       VNI = LRQ.valueIn();
594     }
595     // RegisterPressureTracker guarantees that readsReg is true for LiveUses.
596     assert(VNI && "No live value at use.");
597     for (VReg2UseMap::iterator
598            UI = VRegUses.find(Reg); UI != VRegUses.end(); ++UI) {
599       SUnit *SU = UI->SU;
600       // If this use comes before the reaching def, it cannot be a last use, so
601       // descrease its pressure change.
602       if (!SU->isScheduled && SU != &ExitSU) {
603         LiveRangeQuery LRQ(LI, LIS->getInstructionIndex(SU->getInstr()));
604         if (LRQ.valueIn() == VNI)
605           getPressureDiff(SU).addPressureChange(Reg, true, &MRI);
606       }
607     }
608   }
609 }
610
611 /// schedule - Called back from MachineScheduler::runOnMachineFunction
612 /// after setting up the current scheduling region. [RegionBegin, RegionEnd)
613 /// only includes instructions that have DAG nodes, not scheduling boundaries.
614 ///
615 /// This is a skeletal driver, with all the functionality pushed into helpers,
616 /// so that it can be easilly extended by experimental schedulers. Generally,
617 /// implementing MachineSchedStrategy should be sufficient to implement a new
618 /// scheduling algorithm. However, if a scheduler further subclasses
619 /// ScheduleDAGMI then it will want to override this virtual method in order to
620 /// update any specialized state.
621 void ScheduleDAGMI::schedule() {
622   buildDAGWithRegPressure();
623
624   Topo.InitDAGTopologicalSorting();
625
626   postprocessDAG();
627
628   SmallVector<SUnit*, 8> TopRoots, BotRoots;
629   findRootsAndBiasEdges(TopRoots, BotRoots);
630
631   // Initialize the strategy before modifying the DAG.
632   // This may initialize a DFSResult to be used for queue priority.
633   SchedImpl->initialize(this);
634
635   DEBUG(for (unsigned su = 0, e = SUnits.size(); su != e; ++su)
636           SUnits[su].dumpAll(this));
637   if (ViewMISchedDAGs) viewGraph();
638
639   // Initialize ready queues now that the DAG and priority data are finalized.
640   initQueues(TopRoots, BotRoots);
641
642   bool IsTopNode = false;
643   while (SUnit *SU = SchedImpl->pickNode(IsTopNode)) {
644     assert(!SU->isScheduled && "Node already scheduled");
645     if (!checkSchedLimit())
646       break;
647
648     scheduleMI(SU, IsTopNode);
649
650     updateQueues(SU, IsTopNode);
651   }
652   assert(CurrentTop == CurrentBottom && "Nonempty unscheduled zone.");
653
654   placeDebugValues();
655
656   DEBUG({
657       unsigned BBNum = begin()->getParent()->getNumber();
658       dbgs() << "*** Final schedule for BB#" << BBNum << " ***\n";
659       dumpSchedule();
660       dbgs() << '\n';
661     });
662 }
663
664 /// Build the DAG and setup three register pressure trackers.
665 void ScheduleDAGMI::buildDAGWithRegPressure() {
666   if (!ShouldTrackPressure) {
667     RPTracker.reset();
668     RegionCriticalPSets.clear();
669     buildSchedGraph(AA);
670     return;
671   }
672
673   // Initialize the register pressure tracker used by buildSchedGraph.
674   RPTracker.init(&MF, RegClassInfo, LIS, BB, LiveRegionEnd,
675                  /*TrackUntiedDefs=*/true);
676
677   // Account for liveness generate by the region boundary.
678   if (LiveRegionEnd != RegionEnd)
679     RPTracker.recede();
680
681   // Build the DAG, and compute current register pressure.
682   buildSchedGraph(AA, &RPTracker, &SUPressureDiffs);
683
684   // Initialize top/bottom trackers after computing region pressure.
685   initRegPressure();
686 }
687
688 /// Apply each ScheduleDAGMutation step in order.
689 void ScheduleDAGMI::postprocessDAG() {
690   for (unsigned i = 0, e = Mutations.size(); i < e; ++i) {
691     Mutations[i]->apply(this);
692   }
693 }
694
695 void ScheduleDAGMI::computeDFSResult() {
696   if (!DFSResult)
697     DFSResult = new SchedDFSResult(/*BottomU*/true, MinSubtreeSize);
698   DFSResult->clear();
699   ScheduledTrees.clear();
700   DFSResult->resize(SUnits.size());
701   DFSResult->compute(SUnits);
702   ScheduledTrees.resize(DFSResult->getNumSubtrees());
703 }
704
705 void ScheduleDAGMI::findRootsAndBiasEdges(SmallVectorImpl<SUnit*> &TopRoots,
706                                           SmallVectorImpl<SUnit*> &BotRoots) {
707   for (std::vector<SUnit>::iterator
708          I = SUnits.begin(), E = SUnits.end(); I != E; ++I) {
709     SUnit *SU = &(*I);
710     assert(!SU->isBoundaryNode() && "Boundary node should not be in SUnits");
711
712     // Order predecessors so DFSResult follows the critical path.
713     SU->biasCriticalPath();
714
715     // A SUnit is ready to top schedule if it has no predecessors.
716     if (!I->NumPredsLeft)
717       TopRoots.push_back(SU);
718     // A SUnit is ready to bottom schedule if it has no successors.
719     if (!I->NumSuccsLeft)
720       BotRoots.push_back(SU);
721   }
722   ExitSU.biasCriticalPath();
723 }
724
725 /// Compute the max cyclic critical path through the DAG. The scheduling DAG
726 /// only provides the critical path for single block loops. To handle loops that
727 /// span blocks, we could use the vreg path latencies provided by
728 /// MachineTraceMetrics instead. However, MachineTraceMetrics is not currently
729 /// available for use in the scheduler.
730 ///
731 /// The cyclic path estimation identifies a def-use pair that crosses the back
732 /// edge and considers the depth and height of the nodes. For example, consider
733 /// the following instruction sequence where each instruction has unit latency
734 /// and defines an epomymous virtual register:
735 ///
736 /// a->b(a,c)->c(b)->d(c)->exit
737 ///
738 /// The cyclic critical path is a two cycles: b->c->b
739 /// The acyclic critical path is four cycles: a->b->c->d->exit
740 /// LiveOutHeight = height(c) = len(c->d->exit) = 2
741 /// LiveOutDepth = depth(c) + 1 = len(a->b->c) + 1 = 3
742 /// LiveInHeight = height(b) + 1 = len(b->c->d->exit) + 1 = 4
743 /// LiveInDepth = depth(b) = len(a->b) = 1
744 ///
745 /// LiveOutDepth - LiveInDepth = 3 - 1 = 2
746 /// LiveInHeight - LiveOutHeight = 4 - 2 = 2
747 /// CyclicCriticalPath = min(2, 2) = 2
748 unsigned ScheduleDAGMI::computeCyclicCriticalPath() {
749   // This only applies to single block loop.
750   if (!BB->isSuccessor(BB))
751     return 0;
752
753   unsigned MaxCyclicLatency = 0;
754   // Visit each live out vreg def to find def/use pairs that cross iterations.
755   ArrayRef<unsigned> LiveOuts = RPTracker.getPressure().LiveOutRegs;
756   for (ArrayRef<unsigned>::iterator RI = LiveOuts.begin(), RE = LiveOuts.end();
757        RI != RE; ++RI) {
758     unsigned Reg = *RI;
759     if (!TRI->isVirtualRegister(Reg))
760         continue;
761     const LiveInterval &LI = LIS->getInterval(Reg);
762     const VNInfo *DefVNI = LI.getVNInfoBefore(LIS->getMBBEndIdx(BB));
763     if (!DefVNI)
764       continue;
765
766     MachineInstr *DefMI = LIS->getInstructionFromIndex(DefVNI->def);
767     const SUnit *DefSU = getSUnit(DefMI);
768     if (!DefSU)
769       continue;
770
771     unsigned LiveOutHeight = DefSU->getHeight();
772     unsigned LiveOutDepth = DefSU->getDepth() + DefSU->Latency;
773     // Visit all local users of the vreg def.
774     for (VReg2UseMap::iterator
775            UI = VRegUses.find(Reg); UI != VRegUses.end(); ++UI) {
776       if (UI->SU == &ExitSU)
777         continue;
778
779       // Only consider uses of the phi.
780       LiveRangeQuery LRQ(LI, LIS->getInstructionIndex(UI->SU->getInstr()));
781       if (!LRQ.valueIn()->isPHIDef())
782         continue;
783
784       // Assume that a path spanning two iterations is a cycle, which could
785       // overestimate in strange cases. This allows cyclic latency to be
786       // estimated as the minimum slack of the vreg's depth or height.
787       unsigned CyclicLatency = 0;
788       if (LiveOutDepth > UI->SU->getDepth())
789         CyclicLatency = LiveOutDepth - UI->SU->getDepth();
790
791       unsigned LiveInHeight = UI->SU->getHeight() + DefSU->Latency;
792       if (LiveInHeight > LiveOutHeight) {
793         if (LiveInHeight - LiveOutHeight < CyclicLatency)
794           CyclicLatency = LiveInHeight - LiveOutHeight;
795       }
796       else
797         CyclicLatency = 0;
798
799       DEBUG(dbgs() << "Cyclic Path: SU(" << DefSU->NodeNum << ") -> SU("
800             << UI->SU->NodeNum << ") = " << CyclicLatency << "c\n");
801       if (CyclicLatency > MaxCyclicLatency)
802         MaxCyclicLatency = CyclicLatency;
803     }
804   }
805   DEBUG(dbgs() << "Cyclic Critical Path: " << MaxCyclicLatency << "c\n");
806   return MaxCyclicLatency;
807 }
808
809 /// Identify DAG roots and setup scheduler queues.
810 void ScheduleDAGMI::initQueues(ArrayRef<SUnit*> TopRoots,
811                                ArrayRef<SUnit*> BotRoots) {
812   NextClusterSucc = NULL;
813   NextClusterPred = NULL;
814
815   // Release all DAG roots for scheduling, not including EntrySU/ExitSU.
816   //
817   // Nodes with unreleased weak edges can still be roots.
818   // Release top roots in forward order.
819   for (SmallVectorImpl<SUnit*>::const_iterator
820          I = TopRoots.begin(), E = TopRoots.end(); I != E; ++I) {
821     SchedImpl->releaseTopNode(*I);
822   }
823   // Release bottom roots in reverse order so the higher priority nodes appear
824   // first. This is more natural and slightly more efficient.
825   for (SmallVectorImpl<SUnit*>::const_reverse_iterator
826          I = BotRoots.rbegin(), E = BotRoots.rend(); I != E; ++I) {
827     SchedImpl->releaseBottomNode(*I);
828   }
829
830   releaseSuccessors(&EntrySU);
831   releasePredecessors(&ExitSU);
832
833   SchedImpl->registerRoots();
834
835   // Advance past initial DebugValues.
836   CurrentTop = nextIfDebug(RegionBegin, RegionEnd);
837   CurrentBottom = RegionEnd;
838
839   if (ShouldTrackPressure) {
840     assert(TopRPTracker.getPos() == RegionBegin && "bad initial Top tracker");
841     TopRPTracker.setPos(CurrentTop);
842   }
843 }
844
845 /// Move an instruction and update register pressure.
846 void ScheduleDAGMI::scheduleMI(SUnit *SU, bool IsTopNode) {
847   // Move the instruction to its new location in the instruction stream.
848   MachineInstr *MI = SU->getInstr();
849
850   if (IsTopNode) {
851     assert(SU->isTopReady() && "node still has unscheduled dependencies");
852     if (&*CurrentTop == MI)
853       CurrentTop = nextIfDebug(++CurrentTop, CurrentBottom);
854     else {
855       moveInstruction(MI, CurrentTop);
856       TopRPTracker.setPos(MI);
857     }
858
859     if (ShouldTrackPressure) {
860       // Update top scheduled pressure.
861       TopRPTracker.advance();
862       assert(TopRPTracker.getPos() == CurrentTop && "out of sync");
863       updateScheduledPressure(TopRPTracker.getPressure().MaxSetPressure);
864     }
865   }
866   else {
867     assert(SU->isBottomReady() && "node still has unscheduled dependencies");
868     MachineBasicBlock::iterator priorII =
869       priorNonDebug(CurrentBottom, CurrentTop);
870     if (&*priorII == MI)
871       CurrentBottom = priorII;
872     else {
873       if (&*CurrentTop == MI) {
874         CurrentTop = nextIfDebug(++CurrentTop, priorII);
875         TopRPTracker.setPos(CurrentTop);
876       }
877       moveInstruction(MI, CurrentBottom);
878       CurrentBottom = MI;
879     }
880     if (ShouldTrackPressure) {
881       // Update bottom scheduled pressure.
882       SmallVector<unsigned, 8> LiveUses;
883       BotRPTracker.recede(&LiveUses);
884       assert(BotRPTracker.getPos() == CurrentBottom && "out of sync");
885       updatePressureDiffs(LiveUses);
886       updateScheduledPressure(BotRPTracker.getPressure().MaxSetPressure);
887     }
888   }
889 }
890
891 /// Update scheduler queues after scheduling an instruction.
892 void ScheduleDAGMI::updateQueues(SUnit *SU, bool IsTopNode) {
893   // Release dependent instructions for scheduling.
894   if (IsTopNode)
895     releaseSuccessors(SU);
896   else
897     releasePredecessors(SU);
898
899   SU->isScheduled = true;
900
901   if (DFSResult) {
902     unsigned SubtreeID = DFSResult->getSubtreeID(SU);
903     if (!ScheduledTrees.test(SubtreeID)) {
904       ScheduledTrees.set(SubtreeID);
905       DFSResult->scheduleTree(SubtreeID);
906       SchedImpl->scheduleTree(SubtreeID);
907     }
908   }
909
910   // Notify the scheduling strategy after updating the DAG.
911   SchedImpl->schedNode(SU, IsTopNode);
912 }
913
914 /// Reinsert any remaining debug_values, just like the PostRA scheduler.
915 void ScheduleDAGMI::placeDebugValues() {
916   // If first instruction was a DBG_VALUE then put it back.
917   if (FirstDbgValue) {
918     BB->splice(RegionBegin, BB, FirstDbgValue);
919     RegionBegin = FirstDbgValue;
920   }
921
922   for (std::vector<std::pair<MachineInstr *, MachineInstr *> >::iterator
923          DI = DbgValues.end(), DE = DbgValues.begin(); DI != DE; --DI) {
924     std::pair<MachineInstr *, MachineInstr *> P = *prior(DI);
925     MachineInstr *DbgValue = P.first;
926     MachineBasicBlock::iterator OrigPrevMI = P.second;
927     if (&*RegionBegin == DbgValue)
928       ++RegionBegin;
929     BB->splice(++OrigPrevMI, BB, DbgValue);
930     if (OrigPrevMI == llvm::prior(RegionEnd))
931       RegionEnd = DbgValue;
932   }
933   DbgValues.clear();
934   FirstDbgValue = NULL;
935 }
936
937 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
938 void ScheduleDAGMI::dumpSchedule() const {
939   for (MachineBasicBlock::iterator MI = begin(), ME = end(); MI != ME; ++MI) {
940     if (SUnit *SU = getSUnit(&(*MI)))
941       SU->dump(this);
942     else
943       dbgs() << "Missing SUnit\n";
944   }
945 }
946 #endif
947
948 //===----------------------------------------------------------------------===//
949 // LoadClusterMutation - DAG post-processing to cluster loads.
950 //===----------------------------------------------------------------------===//
951
952 namespace {
953 /// \brief Post-process the DAG to create cluster edges between neighboring
954 /// loads.
955 class LoadClusterMutation : public ScheduleDAGMutation {
956   struct LoadInfo {
957     SUnit *SU;
958     unsigned BaseReg;
959     unsigned Offset;
960     LoadInfo(SUnit *su, unsigned reg, unsigned ofs)
961       : SU(su), BaseReg(reg), Offset(ofs) {}
962   };
963   static bool LoadInfoLess(const LoadClusterMutation::LoadInfo &LHS,
964                            const LoadClusterMutation::LoadInfo &RHS);
965
966   const TargetInstrInfo *TII;
967   const TargetRegisterInfo *TRI;
968 public:
969   LoadClusterMutation(const TargetInstrInfo *tii,
970                       const TargetRegisterInfo *tri)
971     : TII(tii), TRI(tri) {}
972
973   virtual void apply(ScheduleDAGMI *DAG);
974 protected:
975   void clusterNeighboringLoads(ArrayRef<SUnit*> Loads, ScheduleDAGMI *DAG);
976 };
977 } // anonymous
978
979 bool LoadClusterMutation::LoadInfoLess(
980   const LoadClusterMutation::LoadInfo &LHS,
981   const LoadClusterMutation::LoadInfo &RHS) {
982   if (LHS.BaseReg != RHS.BaseReg)
983     return LHS.BaseReg < RHS.BaseReg;
984   return LHS.Offset < RHS.Offset;
985 }
986
987 void LoadClusterMutation::clusterNeighboringLoads(ArrayRef<SUnit*> Loads,
988                                                   ScheduleDAGMI *DAG) {
989   SmallVector<LoadClusterMutation::LoadInfo,32> LoadRecords;
990   for (unsigned Idx = 0, End = Loads.size(); Idx != End; ++Idx) {
991     SUnit *SU = Loads[Idx];
992     unsigned BaseReg;
993     unsigned Offset;
994     if (TII->getLdStBaseRegImmOfs(SU->getInstr(), BaseReg, Offset, TRI))
995       LoadRecords.push_back(LoadInfo(SU, BaseReg, Offset));
996   }
997   if (LoadRecords.size() < 2)
998     return;
999   std::sort(LoadRecords.begin(), LoadRecords.end(), LoadInfoLess);
1000   unsigned ClusterLength = 1;
1001   for (unsigned Idx = 0, End = LoadRecords.size(); Idx < (End - 1); ++Idx) {
1002     if (LoadRecords[Idx].BaseReg != LoadRecords[Idx+1].BaseReg) {
1003       ClusterLength = 1;
1004       continue;
1005     }
1006
1007     SUnit *SUa = LoadRecords[Idx].SU;
1008     SUnit *SUb = LoadRecords[Idx+1].SU;
1009     if (TII->shouldClusterLoads(SUa->getInstr(), SUb->getInstr(), ClusterLength)
1010         && DAG->addEdge(SUb, SDep(SUa, SDep::Cluster))) {
1011
1012       DEBUG(dbgs() << "Cluster loads SU(" << SUa->NodeNum << ") - SU("
1013             << SUb->NodeNum << ")\n");
1014       // Copy successor edges from SUa to SUb. Interleaving computation
1015       // dependent on SUa can prevent load combining due to register reuse.
1016       // Predecessor edges do not need to be copied from SUb to SUa since nearby
1017       // loads should have effectively the same inputs.
1018       for (SUnit::const_succ_iterator
1019              SI = SUa->Succs.begin(), SE = SUa->Succs.end(); SI != SE; ++SI) {
1020         if (SI->getSUnit() == SUb)
1021           continue;
1022         DEBUG(dbgs() << "  Copy Succ SU(" << SI->getSUnit()->NodeNum << ")\n");
1023         DAG->addEdge(SI->getSUnit(), SDep(SUb, SDep::Artificial));
1024       }
1025       ++ClusterLength;
1026     }
1027     else
1028       ClusterLength = 1;
1029   }
1030 }
1031
1032 /// \brief Callback from DAG postProcessing to create cluster edges for loads.
1033 void LoadClusterMutation::apply(ScheduleDAGMI *DAG) {
1034   // Map DAG NodeNum to store chain ID.
1035   DenseMap<unsigned, unsigned> StoreChainIDs;
1036   // Map each store chain to a set of dependent loads.
1037   SmallVector<SmallVector<SUnit*,4>, 32> StoreChainDependents;
1038   for (unsigned Idx = 0, End = DAG->SUnits.size(); Idx != End; ++Idx) {
1039     SUnit *SU = &DAG->SUnits[Idx];
1040     if (!SU->getInstr()->mayLoad())
1041       continue;
1042     unsigned ChainPredID = DAG->SUnits.size();
1043     for (SUnit::const_pred_iterator
1044            PI = SU->Preds.begin(), PE = SU->Preds.end(); PI != PE; ++PI) {
1045       if (PI->isCtrl()) {
1046         ChainPredID = PI->getSUnit()->NodeNum;
1047         break;
1048       }
1049     }
1050     // Check if this chain-like pred has been seen
1051     // before. ChainPredID==MaxNodeID for loads at the top of the schedule.
1052     unsigned NumChains = StoreChainDependents.size();
1053     std::pair<DenseMap<unsigned, unsigned>::iterator, bool> Result =
1054       StoreChainIDs.insert(std::make_pair(ChainPredID, NumChains));
1055     if (Result.second)
1056       StoreChainDependents.resize(NumChains + 1);
1057     StoreChainDependents[Result.first->second].push_back(SU);
1058   }
1059   // Iterate over the store chains.
1060   for (unsigned Idx = 0, End = StoreChainDependents.size(); Idx != End; ++Idx)
1061     clusterNeighboringLoads(StoreChainDependents[Idx], DAG);
1062 }
1063
1064 //===----------------------------------------------------------------------===//
1065 // MacroFusion - DAG post-processing to encourage fusion of macro ops.
1066 //===----------------------------------------------------------------------===//
1067
1068 namespace {
1069 /// \brief Post-process the DAG to create cluster edges between instructions
1070 /// that may be fused by the processor into a single operation.
1071 class MacroFusion : public ScheduleDAGMutation {
1072   const TargetInstrInfo *TII;
1073 public:
1074   MacroFusion(const TargetInstrInfo *tii): TII(tii) {}
1075
1076   virtual void apply(ScheduleDAGMI *DAG);
1077 };
1078 } // anonymous
1079
1080 /// \brief Callback from DAG postProcessing to create cluster edges to encourage
1081 /// fused operations.
1082 void MacroFusion::apply(ScheduleDAGMI *DAG) {
1083   // For now, assume targets can only fuse with the branch.
1084   MachineInstr *Branch = DAG->ExitSU.getInstr();
1085   if (!Branch)
1086     return;
1087
1088   for (unsigned Idx = DAG->SUnits.size(); Idx > 0;) {
1089     SUnit *SU = &DAG->SUnits[--Idx];
1090     if (!TII->shouldScheduleAdjacent(SU->getInstr(), Branch))
1091       continue;
1092
1093     // Create a single weak edge from SU to ExitSU. The only effect is to cause
1094     // bottom-up scheduling to heavily prioritize the clustered SU.  There is no
1095     // need to copy predecessor edges from ExitSU to SU, since top-down
1096     // scheduling cannot prioritize ExitSU anyway. To defer top-down scheduling
1097     // of SU, we could create an artificial edge from the deepest root, but it
1098     // hasn't been needed yet.
1099     bool Success = DAG->addEdge(&DAG->ExitSU, SDep(SU, SDep::Cluster));
1100     (void)Success;
1101     assert(Success && "No DAG nodes should be reachable from ExitSU");
1102
1103     DEBUG(dbgs() << "Macro Fuse SU(" << SU->NodeNum << ")\n");
1104     break;
1105   }
1106 }
1107
1108 //===----------------------------------------------------------------------===//
1109 // CopyConstrain - DAG post-processing to encourage copy elimination.
1110 //===----------------------------------------------------------------------===//
1111
1112 namespace {
1113 /// \brief Post-process the DAG to create weak edges from all uses of a copy to
1114 /// the one use that defines the copy's source vreg, most likely an induction
1115 /// variable increment.
1116 class CopyConstrain : public ScheduleDAGMutation {
1117   // Transient state.
1118   SlotIndex RegionBeginIdx;
1119   // RegionEndIdx is the slot index of the last non-debug instruction in the
1120   // scheduling region. So we may have RegionBeginIdx == RegionEndIdx.
1121   SlotIndex RegionEndIdx;
1122 public:
1123   CopyConstrain(const TargetInstrInfo *, const TargetRegisterInfo *) {}
1124
1125   virtual void apply(ScheduleDAGMI *DAG);
1126
1127 protected:
1128   void constrainLocalCopy(SUnit *CopySU, ScheduleDAGMI *DAG);
1129 };
1130 } // anonymous
1131
1132 /// constrainLocalCopy handles two possibilities:
1133 /// 1) Local src:
1134 /// I0:     = dst
1135 /// I1: src = ...
1136 /// I2:     = dst
1137 /// I3: dst = src (copy)
1138 /// (create pred->succ edges I0->I1, I2->I1)
1139 ///
1140 /// 2) Local copy:
1141 /// I0: dst = src (copy)
1142 /// I1:     = dst
1143 /// I2: src = ...
1144 /// I3:     = dst
1145 /// (create pred->succ edges I1->I2, I3->I2)
1146 ///
1147 /// Although the MachineScheduler is currently constrained to single blocks,
1148 /// this algorithm should handle extended blocks. An EBB is a set of
1149 /// contiguously numbered blocks such that the previous block in the EBB is
1150 /// always the single predecessor.
1151 void CopyConstrain::constrainLocalCopy(SUnit *CopySU, ScheduleDAGMI *DAG) {
1152   LiveIntervals *LIS = DAG->getLIS();
1153   MachineInstr *Copy = CopySU->getInstr();
1154
1155   // Check for pure vreg copies.
1156   unsigned SrcReg = Copy->getOperand(1).getReg();
1157   if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(SrcReg))
1158     return;
1159
1160   unsigned DstReg = Copy->getOperand(0).getReg();
1161   if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(DstReg))
1162     return;
1163
1164   // Check if either the dest or source is local. If it's live across a back
1165   // edge, it's not local. Note that if both vregs are live across the back
1166   // edge, we cannot successfully contrain the copy without cyclic scheduling.
1167   unsigned LocalReg = DstReg;
1168   unsigned GlobalReg = SrcReg;
1169   LiveInterval *LocalLI = &LIS->getInterval(LocalReg);
1170   if (!LocalLI->isLocal(RegionBeginIdx, RegionEndIdx)) {
1171     LocalReg = SrcReg;
1172     GlobalReg = DstReg;
1173     LocalLI = &LIS->getInterval(LocalReg);
1174     if (!LocalLI->isLocal(RegionBeginIdx, RegionEndIdx))
1175       return;
1176   }
1177   LiveInterval *GlobalLI = &LIS->getInterval(GlobalReg);
1178
1179   // Find the global segment after the start of the local LI.
1180   LiveInterval::iterator GlobalSegment = GlobalLI->find(LocalLI->beginIndex());
1181   // If GlobalLI does not overlap LocalLI->start, then a copy directly feeds a
1182   // local live range. We could create edges from other global uses to the local
1183   // start, but the coalescer should have already eliminated these cases, so
1184   // don't bother dealing with it.
1185   if (GlobalSegment == GlobalLI->end())
1186     return;
1187
1188   // If GlobalSegment is killed at the LocalLI->start, the call to find()
1189   // returned the next global segment. But if GlobalSegment overlaps with
1190   // LocalLI->start, then advance to the next segement. If a hole in GlobalLI
1191   // exists in LocalLI's vicinity, GlobalSegment will be the end of the hole.
1192   if (GlobalSegment->contains(LocalLI->beginIndex()))
1193     ++GlobalSegment;
1194
1195   if (GlobalSegment == GlobalLI->end())
1196     return;
1197
1198   // Check if GlobalLI contains a hole in the vicinity of LocalLI.
1199   if (GlobalSegment != GlobalLI->begin()) {
1200     // Two address defs have no hole.
1201     if (SlotIndex::isSameInstr(llvm::prior(GlobalSegment)->end,
1202                                GlobalSegment->start)) {
1203       return;
1204     }
1205     // If the prior global segment may be defined by the same two-address
1206     // instruction that also defines LocalLI, then can't make a hole here.
1207     if (SlotIndex::isSameInstr(llvm::prior(GlobalSegment)->start,
1208                                LocalLI->beginIndex())) {
1209       return;
1210     }
1211     // If GlobalLI has a prior segment, it must be live into the EBB. Otherwise
1212     // it would be a disconnected component in the live range.
1213     assert(llvm::prior(GlobalSegment)->start < LocalLI->beginIndex() &&
1214            "Disconnected LRG within the scheduling region.");
1215   }
1216   MachineInstr *GlobalDef = LIS->getInstructionFromIndex(GlobalSegment->start);
1217   if (!GlobalDef)
1218     return;
1219
1220   SUnit *GlobalSU = DAG->getSUnit(GlobalDef);
1221   if (!GlobalSU)
1222     return;
1223
1224   // GlobalDef is the bottom of the GlobalLI hole. Open the hole by
1225   // constraining the uses of the last local def to precede GlobalDef.
1226   SmallVector<SUnit*,8> LocalUses;
1227   const VNInfo *LastLocalVN = LocalLI->getVNInfoBefore(LocalLI->endIndex());
1228   MachineInstr *LastLocalDef = LIS->getInstructionFromIndex(LastLocalVN->def);
1229   SUnit *LastLocalSU = DAG->getSUnit(LastLocalDef);
1230   for (SUnit::const_succ_iterator
1231          I = LastLocalSU->Succs.begin(), E = LastLocalSU->Succs.end();
1232        I != E; ++I) {
1233     if (I->getKind() != SDep::Data || I->getReg() != LocalReg)
1234       continue;
1235     if (I->getSUnit() == GlobalSU)
1236       continue;
1237     if (!DAG->canAddEdge(GlobalSU, I->getSUnit()))
1238       return;
1239     LocalUses.push_back(I->getSUnit());
1240   }
1241   // Open the top of the GlobalLI hole by constraining any earlier global uses
1242   // to precede the start of LocalLI.
1243   SmallVector<SUnit*,8> GlobalUses;
1244   MachineInstr *FirstLocalDef =
1245     LIS->getInstructionFromIndex(LocalLI->beginIndex());
1246   SUnit *FirstLocalSU = DAG->getSUnit(FirstLocalDef);
1247   for (SUnit::const_pred_iterator
1248          I = GlobalSU->Preds.begin(), E = GlobalSU->Preds.end(); I != E; ++I) {
1249     if (I->getKind() != SDep::Anti || I->getReg() != GlobalReg)
1250       continue;
1251     if (I->getSUnit() == FirstLocalSU)
1252       continue;
1253     if (!DAG->canAddEdge(FirstLocalSU, I->getSUnit()))
1254       return;
1255     GlobalUses.push_back(I->getSUnit());
1256   }
1257   DEBUG(dbgs() << "Constraining copy SU(" << CopySU->NodeNum << ")\n");
1258   // Add the weak edges.
1259   for (SmallVectorImpl<SUnit*>::const_iterator
1260          I = LocalUses.begin(), E = LocalUses.end(); I != E; ++I) {
1261     DEBUG(dbgs() << "  Local use SU(" << (*I)->NodeNum << ") -> SU("
1262           << GlobalSU->NodeNum << ")\n");
1263     DAG->addEdge(GlobalSU, SDep(*I, SDep::Weak));
1264   }
1265   for (SmallVectorImpl<SUnit*>::const_iterator
1266          I = GlobalUses.begin(), E = GlobalUses.end(); I != E; ++I) {
1267     DEBUG(dbgs() << "  Global use SU(" << (*I)->NodeNum << ") -> SU("
1268           << FirstLocalSU->NodeNum << ")\n");
1269     DAG->addEdge(FirstLocalSU, SDep(*I, SDep::Weak));
1270   }
1271 }
1272
1273 /// \brief Callback from DAG postProcessing to create weak edges to encourage
1274 /// copy elimination.
1275 void CopyConstrain::apply(ScheduleDAGMI *DAG) {
1276   MachineBasicBlock::iterator FirstPos = nextIfDebug(DAG->begin(), DAG->end());
1277   if (FirstPos == DAG->end())
1278     return;
1279   RegionBeginIdx = DAG->getLIS()->getInstructionIndex(&*FirstPos);
1280   RegionEndIdx = DAG->getLIS()->getInstructionIndex(
1281     &*priorNonDebug(DAG->end(), DAG->begin()));
1282
1283   for (unsigned Idx = 0, End = DAG->SUnits.size(); Idx != End; ++Idx) {
1284     SUnit *SU = &DAG->SUnits[Idx];
1285     if (!SU->getInstr()->isCopy())
1286       continue;
1287
1288     constrainLocalCopy(SU, DAG);
1289   }
1290 }
1291
1292 //===----------------------------------------------------------------------===//
1293 // ConvergingScheduler - Implementation of the generic MachineSchedStrategy.
1294 //===----------------------------------------------------------------------===//
1295
1296 namespace {
1297 /// ConvergingScheduler shrinks the unscheduled zone using heuristics to balance
1298 /// the schedule.
1299 class ConvergingScheduler : public MachineSchedStrategy {
1300 public:
1301   /// Represent the type of SchedCandidate found within a single queue.
1302   /// pickNodeBidirectional depends on these listed by decreasing priority.
1303   enum CandReason {
1304     NoCand, PhysRegCopy, RegExcess, RegCritical, Cluster, Weak, RegMax,
1305     ResourceReduce, ResourceDemand, BotHeightReduce, BotPathReduce,
1306     TopDepthReduce, TopPathReduce, NextDefUse, NodeOrder};
1307
1308 #ifndef NDEBUG
1309   static const char *getReasonStr(ConvergingScheduler::CandReason Reason);
1310 #endif
1311
1312   /// Policy for scheduling the next instruction in the candidate's zone.
1313   struct CandPolicy {
1314     bool ReduceLatency;
1315     unsigned ReduceResIdx;
1316     unsigned DemandResIdx;
1317
1318     CandPolicy(): ReduceLatency(false), ReduceResIdx(0), DemandResIdx(0) {}
1319   };
1320
1321   /// Status of an instruction's critical resource consumption.
1322   struct SchedResourceDelta {
1323     // Count critical resources in the scheduled region required by SU.
1324     unsigned CritResources;
1325
1326     // Count critical resources from another region consumed by SU.
1327     unsigned DemandedResources;
1328
1329     SchedResourceDelta(): CritResources(0), DemandedResources(0) {}
1330
1331     bool operator==(const SchedResourceDelta &RHS) const {
1332       return CritResources == RHS.CritResources
1333         && DemandedResources == RHS.DemandedResources;
1334     }
1335     bool operator!=(const SchedResourceDelta &RHS) const {
1336       return !operator==(RHS);
1337     }
1338   };
1339
1340   /// Store the state used by ConvergingScheduler heuristics, required for the
1341   /// lifetime of one invocation of pickNode().
1342   struct SchedCandidate {
1343     CandPolicy Policy;
1344
1345     // The best SUnit candidate.
1346     SUnit *SU;
1347
1348     // The reason for this candidate.
1349     CandReason Reason;
1350
1351     // Set of reasons that apply to multiple candidates.
1352     uint32_t RepeatReasonSet;
1353
1354     // Register pressure values for the best candidate.
1355     RegPressureDelta RPDelta;
1356
1357     // Critical resource consumption of the best candidate.
1358     SchedResourceDelta ResDelta;
1359
1360     SchedCandidate(const CandPolicy &policy)
1361       : Policy(policy), SU(NULL), Reason(NoCand), RepeatReasonSet(0) {}
1362
1363     bool isValid() const { return SU; }
1364
1365     // Copy the status of another candidate without changing policy.
1366     void setBest(SchedCandidate &Best) {
1367       assert(Best.Reason != NoCand && "uninitialized Sched candidate");
1368       SU = Best.SU;
1369       Reason = Best.Reason;
1370       RPDelta = Best.RPDelta;
1371       ResDelta = Best.ResDelta;
1372     }
1373
1374     bool isRepeat(CandReason R) { return RepeatReasonSet & (1 << R); }
1375     void setRepeat(CandReason R) { RepeatReasonSet |= (1 << R); }
1376
1377     void initResourceDelta(const ScheduleDAGMI *DAG,
1378                            const TargetSchedModel *SchedModel);
1379   };
1380
1381   /// Summarize the unscheduled region.
1382   struct SchedRemainder {
1383     // Critical path through the DAG in expected latency.
1384     unsigned CriticalPath;
1385     unsigned CyclicCritPath;
1386
1387     // Scaled count of micro-ops left to schedule.
1388     unsigned RemIssueCount;
1389
1390     bool IsAcyclicLatencyLimited;
1391
1392     // Unscheduled resources
1393     SmallVector<unsigned, 16> RemainingCounts;
1394
1395     void reset() {
1396       CriticalPath = 0;
1397       CyclicCritPath = 0;
1398       RemIssueCount = 0;
1399       IsAcyclicLatencyLimited = false;
1400       RemainingCounts.clear();
1401     }
1402
1403     SchedRemainder() { reset(); }
1404
1405     void init(ScheduleDAGMI *DAG, const TargetSchedModel *SchedModel);
1406   };
1407
1408   /// Each Scheduling boundary is associated with ready queues. It tracks the
1409   /// current cycle in the direction of movement, and maintains the state
1410   /// of "hazards" and other interlocks at the current cycle.
1411   struct SchedBoundary {
1412     ScheduleDAGMI *DAG;
1413     const TargetSchedModel *SchedModel;
1414     SchedRemainder *Rem;
1415
1416     ReadyQueue Available;
1417     ReadyQueue Pending;
1418     bool CheckPending;
1419
1420     // For heuristics, keep a list of the nodes that immediately depend on the
1421     // most recently scheduled node.
1422     SmallPtrSet<const SUnit*, 8> NextSUs;
1423
1424     ScheduleHazardRecognizer *HazardRec;
1425
1426     /// Number of cycles it takes to issue the instructions scheduled in this
1427     /// zone. It is defined as: scheduled-micro-ops / issue-width + stalls.
1428     /// See getStalls().
1429     unsigned CurrCycle;
1430
1431     /// Micro-ops issued in the current cycle
1432     unsigned CurrMOps;
1433
1434     /// MinReadyCycle - Cycle of the soonest available instruction.
1435     unsigned MinReadyCycle;
1436
1437     // The expected latency of the critical path in this scheduled zone.
1438     unsigned ExpectedLatency;
1439
1440     // The latency of dependence chains leading into this zone.
1441     // For each node scheduled bottom-up: DLat = max DLat, N.Depth.
1442     // For each cycle scheduled: DLat -= 1.
1443     unsigned DependentLatency;
1444
1445     /// Count the scheduled (issued) micro-ops that can be retired by
1446     /// time=CurrCycle assuming the first scheduled instr is retired at time=0.
1447     unsigned RetiredMOps;
1448
1449     // Count scheduled resources that have been executed. Resources are
1450     // considered executed if they become ready in the time that it takes to
1451     // saturate any resource including the one in question. Counts are scaled
1452     // for direct comparison with other resources. Counts can be compared with
1453     // MOps * getMicroOpFactor and Latency * getLatencyFactor.
1454     SmallVector<unsigned, 16> ExecutedResCounts;
1455
1456     /// Cache the max count for a single resource.
1457     unsigned MaxExecutedResCount;
1458
1459     // Cache the critical resources ID in this scheduled zone.
1460     unsigned ZoneCritResIdx;
1461
1462     // Is the scheduled region resource limited vs. latency limited.
1463     bool IsResourceLimited;
1464
1465 #ifndef NDEBUG
1466     // Remember the greatest operand latency as an upper bound on the number of
1467     // times we should retry the pending queue because of a hazard.
1468     unsigned MaxObservedLatency;
1469 #endif
1470
1471     void reset() {
1472       // A new HazardRec is created for each DAG and owned by SchedBoundary.
1473       // Destroying and reconstructing it is very expensive though. So keep
1474       // invalid, placeholder HazardRecs.
1475       if (HazardRec && HazardRec->isEnabled()) {
1476         delete HazardRec;
1477         HazardRec = 0;
1478       }
1479       Available.clear();
1480       Pending.clear();
1481       CheckPending = false;
1482       NextSUs.clear();
1483       CurrCycle = 0;
1484       CurrMOps = 0;
1485       MinReadyCycle = UINT_MAX;
1486       ExpectedLatency = 0;
1487       DependentLatency = 0;
1488       RetiredMOps = 0;
1489       MaxExecutedResCount = 0;
1490       ZoneCritResIdx = 0;
1491       IsResourceLimited = false;
1492 #ifndef NDEBUG
1493       MaxObservedLatency = 0;
1494 #endif
1495       // Reserve a zero-count for invalid CritResIdx.
1496       ExecutedResCounts.resize(1);
1497       assert(!ExecutedResCounts[0] && "nonzero count for bad resource");
1498     }
1499
1500     /// Pending queues extend the ready queues with the same ID and the
1501     /// PendingFlag set.
1502     SchedBoundary(unsigned ID, const Twine &Name):
1503       DAG(0), SchedModel(0), Rem(0), Available(ID, Name+".A"),
1504       Pending(ID << ConvergingScheduler::LogMaxQID, Name+".P"),
1505       HazardRec(0) {
1506       reset();
1507     }
1508
1509     ~SchedBoundary() { delete HazardRec; }
1510
1511     void init(ScheduleDAGMI *dag, const TargetSchedModel *smodel,
1512               SchedRemainder *rem);
1513
1514     bool isTop() const {
1515       return Available.getID() == ConvergingScheduler::TopQID;
1516     }
1517
1518 #ifndef NDEBUG
1519     const char *getResourceName(unsigned PIdx) {
1520       if (!PIdx)
1521         return "MOps";
1522       return SchedModel->getProcResource(PIdx)->Name;
1523     }
1524 #endif
1525
1526     /// Get the number of latency cycles "covered" by the scheduled
1527     /// instructions. This is the larger of the critical path within the zone
1528     /// and the number of cycles required to issue the instructions.
1529     unsigned getScheduledLatency() const {
1530       return std::max(ExpectedLatency, CurrCycle);
1531     }
1532
1533     unsigned getUnscheduledLatency(SUnit *SU) const {
1534       return isTop() ? SU->getHeight() : SU->getDepth();
1535     }
1536
1537     unsigned getResourceCount(unsigned ResIdx) const {
1538       return ExecutedResCounts[ResIdx];
1539     }
1540
1541     /// Get the scaled count of scheduled micro-ops and resources, including
1542     /// executed resources.
1543     unsigned getCriticalCount() const {
1544       if (!ZoneCritResIdx)
1545         return RetiredMOps * SchedModel->getMicroOpFactor();
1546       return getResourceCount(ZoneCritResIdx);
1547     }
1548
1549     /// Get a scaled count for the minimum execution time of the scheduled
1550     /// micro-ops that are ready to execute by getExecutedCount. Notice the
1551     /// feedback loop.
1552     unsigned getExecutedCount() const {
1553       return std::max(CurrCycle * SchedModel->getLatencyFactor(),
1554                       MaxExecutedResCount);
1555     }
1556
1557     bool checkHazard(SUnit *SU);
1558
1559     unsigned findMaxLatency(ArrayRef<SUnit*> ReadySUs);
1560
1561     unsigned getOtherResourceCount(unsigned &OtherCritIdx);
1562
1563     void setPolicy(CandPolicy &Policy, SchedBoundary &OtherZone);
1564
1565     void releaseNode(SUnit *SU, unsigned ReadyCycle);
1566
1567     void bumpCycle(unsigned NextCycle);
1568
1569     void incExecutedResources(unsigned PIdx, unsigned Count);
1570
1571     unsigned countResource(unsigned PIdx, unsigned Cycles, unsigned ReadyCycle);
1572
1573     void bumpNode(SUnit *SU);
1574
1575     void releasePending();
1576
1577     void removeReady(SUnit *SU);
1578
1579     SUnit *pickOnlyChoice();
1580
1581 #ifndef NDEBUG
1582     void dumpScheduledState();
1583 #endif
1584   };
1585
1586 private:
1587   const MachineSchedContext *Context;
1588   ScheduleDAGMI *DAG;
1589   const TargetSchedModel *SchedModel;
1590   const TargetRegisterInfo *TRI;
1591
1592   // State of the top and bottom scheduled instruction boundaries.
1593   SchedRemainder Rem;
1594   SchedBoundary Top;
1595   SchedBoundary Bot;
1596
1597   // Allow the driver to force top-down or bottom-up scheduling. If neither is
1598   // true, the scheduler runs in both directions and converges. For generic
1599   // targets, we default to bottom-up, because it's simpler and more
1600   // compile-time optimizations have been implemented in that direction.
1601   bool OnlyBottomUp;
1602   bool OnlyTopDown;
1603 public:
1604   /// SUnit::NodeQueueId: 0 (none), 1 (top), 2 (bot), 3 (both)
1605   enum {
1606     TopQID = 1,
1607     BotQID = 2,
1608     LogMaxQID = 2
1609   };
1610
1611   ConvergingScheduler(const MachineSchedContext *C):
1612     Context(C), DAG(0), SchedModel(0), TRI(0),
1613     Top(TopQID, "TopQ"), Bot(BotQID, "BotQ"),
1614     OnlyBottomUp(true), OnlyTopDown(false) {}
1615
1616   virtual bool shouldTrackPressure(unsigned NumRegionInstrs);
1617
1618   virtual void initialize(ScheduleDAGMI *dag);
1619
1620   virtual SUnit *pickNode(bool &IsTopNode);
1621
1622   virtual void schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode);
1623
1624   virtual void releaseTopNode(SUnit *SU);
1625
1626   virtual void releaseBottomNode(SUnit *SU);
1627
1628   virtual void registerRoots();
1629
1630 protected:
1631   void checkAcyclicLatency();
1632
1633   void tryCandidate(SchedCandidate &Cand,
1634                     SchedCandidate &TryCand,
1635                     SchedBoundary &Zone,
1636                     const RegPressureTracker &RPTracker,
1637                     RegPressureTracker &TempTracker);
1638
1639   SUnit *pickNodeBidirectional(bool &IsTopNode);
1640
1641   void pickNodeFromQueue(SchedBoundary &Zone,
1642                          const RegPressureTracker &RPTracker,
1643                          SchedCandidate &Candidate);
1644
1645   void reschedulePhysRegCopies(SUnit *SU, bool isTop);
1646
1647 #ifndef NDEBUG
1648   void traceCandidate(const SchedCandidate &Cand);
1649 #endif
1650 };
1651 } // namespace
1652
1653 void ConvergingScheduler::SchedRemainder::
1654 init(ScheduleDAGMI *DAG, const TargetSchedModel *SchedModel) {
1655   reset();
1656   if (!SchedModel->hasInstrSchedModel())
1657     return;
1658   RemainingCounts.resize(SchedModel->getNumProcResourceKinds());
1659   for (std::vector<SUnit>::iterator
1660          I = DAG->SUnits.begin(), E = DAG->SUnits.end(); I != E; ++I) {
1661     const MCSchedClassDesc *SC = DAG->getSchedClass(&*I);
1662     RemIssueCount += SchedModel->getNumMicroOps(I->getInstr(), SC)
1663       * SchedModel->getMicroOpFactor();
1664     for (TargetSchedModel::ProcResIter
1665            PI = SchedModel->getWriteProcResBegin(SC),
1666            PE = SchedModel->getWriteProcResEnd(SC); PI != PE; ++PI) {
1667       unsigned PIdx = PI->ProcResourceIdx;
1668       unsigned Factor = SchedModel->getResourceFactor(PIdx);
1669       RemainingCounts[PIdx] += (Factor * PI->Cycles);
1670     }
1671   }
1672 }
1673
1674 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::
1675 init(ScheduleDAGMI *dag, const TargetSchedModel *smodel, SchedRemainder *rem) {
1676   reset();
1677   DAG = dag;
1678   SchedModel = smodel;
1679   Rem = rem;
1680   if (SchedModel->hasInstrSchedModel())
1681     ExecutedResCounts.resize(SchedModel->getNumProcResourceKinds());
1682 }
1683
1684 /// Avoid setting up the register pressure tracker for small regions to save
1685 /// compile time. As a rough heuristic, only track pressure when the number
1686 /// of schedulable instructions exceeds half the integer register file.
1687 bool ConvergingScheduler::shouldTrackPressure(unsigned NumRegionInstrs) {
1688   unsigned NIntRegs = Context->RegClassInfo->getNumAllocatableRegs(
1689     Context->MF->getTarget().getTargetLowering()->getRegClassFor(MVT::i32));
1690
1691   return NumRegionInstrs > (NIntRegs / 2);
1692 }
1693
1694 void ConvergingScheduler::initialize(ScheduleDAGMI *dag) {
1695   DAG = dag;
1696   SchedModel = DAG->getSchedModel();
1697   TRI = DAG->TRI;
1698
1699   Rem.init(DAG, SchedModel);
1700   Top.init(DAG, SchedModel, &Rem);
1701   Bot.init(DAG, SchedModel, &Rem);
1702
1703   // Initialize resource counts.
1704
1705   // Initialize the HazardRecognizers. If itineraries don't exist, are empty, or
1706   // are disabled, then these HazardRecs will be disabled.
1707   const InstrItineraryData *Itin = SchedModel->getInstrItineraries();
1708   const TargetMachine &TM = DAG->MF.getTarget();
1709   if (!Top.HazardRec) {
1710     Top.HazardRec =
1711       TM.getInstrInfo()->CreateTargetMIHazardRecognizer(Itin, DAG);
1712   }
1713   if (!Bot.HazardRec) {
1714     Bot.HazardRec =
1715       TM.getInstrInfo()->CreateTargetMIHazardRecognizer(Itin, DAG);
1716   }
1717   assert((!ForceTopDown || !ForceBottomUp) &&
1718          "-misched-topdown incompatible with -misched-bottomup");
1719
1720   // Check -misched-topdown/bottomup can force or unforce scheduling direction.
1721   // e.g. -misched-bottomup=false allows scheduling in both directions.
1722   if (ForceBottomUp.getNumOccurrences() > 0) {
1723     OnlyBottomUp = ForceBottomUp;
1724     if (OnlyBottomUp)
1725       OnlyTopDown = false;
1726   }
1727   if (ForceTopDown.getNumOccurrences() > 0) {
1728     OnlyTopDown = ForceTopDown;
1729     if (OnlyTopDown)
1730       OnlyBottomUp = false;
1731   }
1732 }
1733
1734 void ConvergingScheduler::releaseTopNode(SUnit *SU) {
1735   if (SU->isScheduled)
1736     return;
1737
1738   for (SUnit::pred_iterator I = SU->Preds.begin(), E = SU->Preds.end();
1739        I != E; ++I) {
1740     if (I->isWeak())
1741       continue;
1742     unsigned PredReadyCycle = I->getSUnit()->TopReadyCycle;
1743     unsigned Latency = I->getLatency();
1744 #ifndef NDEBUG
1745     Top.MaxObservedLatency = std::max(Latency, Top.MaxObservedLatency);
1746 #endif
1747     if (SU->TopReadyCycle < PredReadyCycle + Latency)
1748       SU->TopReadyCycle = PredReadyCycle + Latency;
1749   }
1750   Top.releaseNode(SU, SU->TopReadyCycle);
1751 }
1752
1753 void ConvergingScheduler::releaseBottomNode(SUnit *SU) {
1754   if (SU->isScheduled)
1755     return;
1756
1757   assert(SU->getInstr() && "Scheduled SUnit must have instr");
1758
1759   for (SUnit::succ_iterator I = SU->Succs.begin(), E = SU->Succs.end();
1760        I != E; ++I) {
1761     if (I->isWeak())
1762       continue;
1763     unsigned SuccReadyCycle = I->getSUnit()->BotReadyCycle;
1764     unsigned Latency = I->getLatency();
1765 #ifndef NDEBUG
1766     Bot.MaxObservedLatency = std::max(Latency, Bot.MaxObservedLatency);
1767 #endif
1768     if (SU->BotReadyCycle < SuccReadyCycle + Latency)
1769       SU->BotReadyCycle = SuccReadyCycle + Latency;
1770   }
1771   Bot.releaseNode(SU, SU->BotReadyCycle);
1772 }
1773
1774 /// Set IsAcyclicLatencyLimited if the acyclic path is longer than the cyclic
1775 /// critical path by more cycles than it takes to drain the instruction buffer.
1776 /// We estimate an upper bounds on in-flight instructions as:
1777 ///
1778 /// CyclesPerIteration = max( CyclicPath, Loop-Resource-Height )
1779 /// InFlightIterations = AcyclicPath / CyclesPerIteration
1780 /// InFlightResources = InFlightIterations * LoopResources
1781 ///
1782 /// TODO: Check execution resources in addition to IssueCount.
1783 void ConvergingScheduler::checkAcyclicLatency() {
1784   if (Rem.CyclicCritPath == 0 || Rem.CyclicCritPath >= Rem.CriticalPath)
1785     return;
1786
1787   // Scaled number of cycles per loop iteration.
1788   unsigned IterCount =
1789     std::max(Rem.CyclicCritPath * SchedModel->getLatencyFactor(),
1790              Rem.RemIssueCount);
1791   // Scaled acyclic critical path.
1792   unsigned AcyclicCount = Rem.CriticalPath * SchedModel->getLatencyFactor();
1793   // InFlightCount = (AcyclicPath / IterCycles) * InstrPerLoop
1794   unsigned InFlightCount =
1795     (AcyclicCount * Rem.RemIssueCount + IterCount-1) / IterCount;
1796   unsigned BufferLimit =
1797     SchedModel->getMicroOpBufferSize() * SchedModel->getMicroOpFactor();
1798
1799   Rem.IsAcyclicLatencyLimited = InFlightCount > BufferLimit;
1800
1801   DEBUG(dbgs() << "IssueCycles="
1802         << Rem.RemIssueCount / SchedModel->getLatencyFactor() << "c "
1803         << "IterCycles=" << IterCount / SchedModel->getLatencyFactor()
1804         << "c NumIters=" << (AcyclicCount + IterCount-1) / IterCount
1805         << " InFlight=" << InFlightCount / SchedModel->getMicroOpFactor()
1806         << "m BufferLim=" << SchedModel->getMicroOpBufferSize() << "m\n";
1807         if (Rem.IsAcyclicLatencyLimited)
1808           dbgs() << "  ACYCLIC LATENCY LIMIT\n");
1809 }
1810
1811 void ConvergingScheduler::registerRoots() {
1812   Rem.CriticalPath = DAG->ExitSU.getDepth();
1813
1814   // Some roots may not feed into ExitSU. Check all of them in case.
1815   for (std::vector<SUnit*>::const_iterator
1816          I = Bot.Available.begin(), E = Bot.Available.end(); I != E; ++I) {
1817     if ((*I)->getDepth() > Rem.CriticalPath)
1818       Rem.CriticalPath = (*I)->getDepth();
1819   }
1820   DEBUG(dbgs() << "Critical Path: " << Rem.CriticalPath << '\n');
1821
1822   if (EnableCyclicPath) {
1823     Rem.CyclicCritPath = DAG->computeCyclicCriticalPath();
1824     checkAcyclicLatency();
1825   }
1826 }
1827
1828 /// Does this SU have a hazard within the current instruction group.
1829 ///
1830 /// The scheduler supports two modes of hazard recognition. The first is the
1831 /// ScheduleHazardRecognizer API. It is a fully general hazard recognizer that
1832 /// supports highly complicated in-order reservation tables
1833 /// (ScoreboardHazardRecognizer) and arbitraty target-specific logic.
1834 ///
1835 /// The second is a streamlined mechanism that checks for hazards based on
1836 /// simple counters that the scheduler itself maintains. It explicitly checks
1837 /// for instruction dispatch limitations, including the number of micro-ops that
1838 /// can dispatch per cycle.
1839 ///
1840 /// TODO: Also check whether the SU must start a new group.
1841 bool ConvergingScheduler::SchedBoundary::checkHazard(SUnit *SU) {
1842   if (HazardRec->isEnabled())
1843     return HazardRec->getHazardType(SU) != ScheduleHazardRecognizer::NoHazard;
1844
1845   unsigned uops = SchedModel->getNumMicroOps(SU->getInstr());
1846   if ((CurrMOps > 0) && (CurrMOps + uops > SchedModel->getIssueWidth())) {
1847     DEBUG(dbgs() << "  SU(" << SU->NodeNum << ") uops="
1848           << SchedModel->getNumMicroOps(SU->getInstr()) << '\n');
1849     return true;
1850   }
1851   return false;
1852 }
1853
1854 // Find the unscheduled node in ReadySUs with the highest latency.
1855 unsigned ConvergingScheduler::SchedBoundary::
1856 findMaxLatency(ArrayRef<SUnit*> ReadySUs) {
1857   SUnit *LateSU = 0;
1858   unsigned RemLatency = 0;
1859   for (ArrayRef<SUnit*>::iterator I = ReadySUs.begin(), E = ReadySUs.end();
1860        I != E; ++I) {
1861     unsigned L = getUnscheduledLatency(*I);
1862     if (L > RemLatency) {
1863       RemLatency = L;
1864       LateSU = *I;
1865     }
1866   }
1867   if (LateSU) {
1868     DEBUG(dbgs() << Available.getName() << " RemLatency SU("
1869           << LateSU->NodeNum << ") " << RemLatency << "c\n");
1870   }
1871   return RemLatency;
1872 }
1873
1874 // Count resources in this zone and the remaining unscheduled
1875 // instruction. Return the max count, scaled. Set OtherCritIdx to the critical
1876 // resource index, or zero if the zone is issue limited.
1877 unsigned ConvergingScheduler::SchedBoundary::
1878 getOtherResourceCount(unsigned &OtherCritIdx) {
1879   OtherCritIdx = 0;
1880   if (!SchedModel->hasInstrSchedModel())
1881     return 0;
1882
1883   unsigned OtherCritCount = Rem->RemIssueCount
1884     + (RetiredMOps * SchedModel->getMicroOpFactor());
1885   DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName() << " + Remain MOps: "
1886         << OtherCritCount / SchedModel->getMicroOpFactor() << '\n');
1887   for (unsigned PIdx = 1, PEnd = SchedModel->getNumProcResourceKinds();
1888        PIdx != PEnd; ++PIdx) {
1889     unsigned OtherCount = getResourceCount(PIdx) + Rem->RemainingCounts[PIdx];
1890     if (OtherCount > OtherCritCount) {
1891       OtherCritCount = OtherCount;
1892       OtherCritIdx = PIdx;
1893     }
1894   }
1895   if (OtherCritIdx) {
1896     DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName() << " + Remain CritRes: "
1897           << OtherCritCount / SchedModel->getResourceFactor(OtherCritIdx)
1898           << " " << getResourceName(OtherCritIdx) << "\n");
1899   }
1900   return OtherCritCount;
1901 }
1902
1903 /// Set the CandPolicy for this zone given the current resources and latencies
1904 /// inside and outside the zone.
1905 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::setPolicy(CandPolicy &Policy,
1906                                                    SchedBoundary &OtherZone) {
1907   // Now that potential stalls have been considered, apply preemptive heuristics
1908   // based on the the total latency and resources inside and outside this
1909   // zone.
1910
1911   // Compute remaining latency. We need this both to determine whether the
1912   // overall schedule has become latency-limited and whether the instructions
1913   // outside this zone are resource or latency limited.
1914   //
1915   // The "dependent" latency is updated incrementally during scheduling as the
1916   // max height/depth of scheduled nodes minus the cycles since it was
1917   // scheduled:
1918   //   DLat = max (N.depth - (CurrCycle - N.ReadyCycle) for N in Zone
1919   //
1920   // The "independent" latency is the max ready queue depth:
1921   //   ILat = max N.depth for N in Available|Pending
1922   //
1923   // RemainingLatency is the greater of independent and dependent latency.
1924   unsigned RemLatency = DependentLatency;
1925   RemLatency = std::max(RemLatency, findMaxLatency(Available.elements()));
1926   RemLatency = std::max(RemLatency, findMaxLatency(Pending.elements()));
1927
1928   // Compute the critical resource outside the zone.
1929   unsigned OtherCritIdx;
1930   unsigned OtherCount = OtherZone.getOtherResourceCount(OtherCritIdx);
1931
1932   bool OtherResLimited = false;
1933   if (SchedModel->hasInstrSchedModel()) {
1934     unsigned LFactor = SchedModel->getLatencyFactor();
1935     OtherResLimited = (int)(OtherCount - (RemLatency * LFactor)) > (int)LFactor;
1936   }
1937   if (!OtherResLimited && (RemLatency + CurrCycle > Rem->CriticalPath)) {
1938     Policy.ReduceLatency |= true;
1939     DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName() << " RemainingLatency "
1940           << RemLatency << " + " << CurrCycle << "c > CritPath "
1941           << Rem->CriticalPath << "\n");
1942   }
1943   // If the same resource is limiting inside and outside the zone, do nothing.
1944   if (ZoneCritResIdx == OtherCritIdx)
1945     return;
1946
1947   DEBUG(
1948     if (IsResourceLimited) {
1949       dbgs() << "  " << Available.getName() << " ResourceLimited: "
1950              << getResourceName(ZoneCritResIdx) << "\n";
1951     }
1952     if (OtherResLimited)
1953       dbgs() << "  RemainingLimit: " << getResourceName(OtherCritIdx) << "\n";
1954     if (!IsResourceLimited && !OtherResLimited)
1955       dbgs() << "  Latency limited both directions.\n");
1956
1957   if (IsResourceLimited && !Policy.ReduceResIdx)
1958     Policy.ReduceResIdx = ZoneCritResIdx;
1959
1960   if (OtherResLimited)
1961     Policy.DemandResIdx = OtherCritIdx;
1962 }
1963
1964 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::releaseNode(SUnit *SU,
1965                                                      unsigned ReadyCycle) {
1966   if (ReadyCycle < MinReadyCycle)
1967     MinReadyCycle = ReadyCycle;
1968
1969   // Check for interlocks first. For the purpose of other heuristics, an
1970   // instruction that cannot issue appears as if it's not in the ReadyQueue.
1971   bool IsBuffered = SchedModel->getMicroOpBufferSize() != 0;
1972   if ((!IsBuffered && ReadyCycle > CurrCycle) || checkHazard(SU))
1973     Pending.push(SU);
1974   else
1975     Available.push(SU);
1976
1977   // Record this node as an immediate dependent of the scheduled node.
1978   NextSUs.insert(SU);
1979 }
1980
1981 /// Move the boundary of scheduled code by one cycle.
1982 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::bumpCycle(unsigned NextCycle) {
1983   if (SchedModel->getMicroOpBufferSize() == 0) {
1984     assert(MinReadyCycle < UINT_MAX && "MinReadyCycle uninitialized");
1985     if (MinReadyCycle > NextCycle)
1986       NextCycle = MinReadyCycle;
1987   }
1988   // Update the current micro-ops, which will issue in the next cycle.
1989   unsigned DecMOps = SchedModel->getIssueWidth() * (NextCycle - CurrCycle);
1990   CurrMOps = (CurrMOps <= DecMOps) ? 0 : CurrMOps - DecMOps;
1991
1992   // Decrement DependentLatency based on the next cycle.
1993   if ((NextCycle - CurrCycle) > DependentLatency)
1994     DependentLatency = 0;
1995   else
1996     DependentLatency -= (NextCycle - CurrCycle);
1997
1998   if (!HazardRec->isEnabled()) {
1999     // Bypass HazardRec virtual calls.
2000     CurrCycle = NextCycle;
2001   }
2002   else {
2003     // Bypass getHazardType calls in case of long latency.
2004     for (; CurrCycle != NextCycle; ++CurrCycle) {
2005       if (isTop())
2006         HazardRec->AdvanceCycle();
2007       else
2008         HazardRec->RecedeCycle();
2009     }
2010   }
2011   CheckPending = true;
2012   unsigned LFactor = SchedModel->getLatencyFactor();
2013   IsResourceLimited =
2014     (int)(getCriticalCount() - (getScheduledLatency() * LFactor))
2015     > (int)LFactor;
2016
2017   DEBUG(dbgs() << "Cycle: " << CurrCycle << ' ' << Available.getName() << '\n');
2018 }
2019
2020 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::incExecutedResources(unsigned PIdx,
2021                                                               unsigned Count) {
2022   ExecutedResCounts[PIdx] += Count;
2023   if (ExecutedResCounts[PIdx] > MaxExecutedResCount)
2024     MaxExecutedResCount = ExecutedResCounts[PIdx];
2025 }
2026
2027 /// Add the given processor resource to this scheduled zone.
2028 ///
2029 /// \param Cycles indicates the number of consecutive (non-pipelined) cycles
2030 /// during which this resource is consumed.
2031 ///
2032 /// \return the next cycle at which the instruction may execute without
2033 /// oversubscribing resources.
2034 unsigned ConvergingScheduler::SchedBoundary::
2035 countResource(unsigned PIdx, unsigned Cycles, unsigned ReadyCycle) {
2036   unsigned Factor = SchedModel->getResourceFactor(PIdx);
2037   unsigned Count = Factor * Cycles;
2038   DEBUG(dbgs() << "  " << getResourceName(PIdx)
2039         << " +" << Cycles << "x" << Factor << "u\n");
2040
2041   // Update Executed resources counts.
2042   incExecutedResources(PIdx, Count);
2043   assert(Rem->RemainingCounts[PIdx] >= Count && "resource double counted");
2044   Rem->RemainingCounts[PIdx] -= Count;
2045
2046   // Check if this resource exceeds the current critical resource. If so, it
2047   // becomes the critical resource.
2048   if (ZoneCritResIdx != PIdx && (getResourceCount(PIdx) > getCriticalCount())) {
2049     ZoneCritResIdx = PIdx;
2050     DEBUG(dbgs() << "  *** Critical resource "
2051           << getResourceName(PIdx) << ": "
2052           << getResourceCount(PIdx) / SchedModel->getLatencyFactor() << "c\n");
2053   }
2054   // TODO: We don't yet model reserved resources. It's not hard though.
2055   return CurrCycle;
2056 }
2057
2058 /// Move the boundary of scheduled code by one SUnit.
2059 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::bumpNode(SUnit *SU) {
2060   // Update the reservation table.
2061   if (HazardRec->isEnabled()) {
2062     if (!isTop() && SU->isCall) {
2063       // Calls are scheduled with their preceding instructions. For bottom-up
2064       // scheduling, clear the pipeline state before emitting.
2065       HazardRec->Reset();
2066     }
2067     HazardRec->EmitInstruction(SU);
2068   }
2069   const MCSchedClassDesc *SC = DAG->getSchedClass(SU);
2070   unsigned IncMOps = SchedModel->getNumMicroOps(SU->getInstr());
2071   CurrMOps += IncMOps;
2072   // checkHazard prevents scheduling multiple instructions per cycle that exceed
2073   // issue width. However, we commonly reach the maximum. In this case
2074   // opportunistically bump the cycle to avoid uselessly checking everything in
2075   // the readyQ. Furthermore, a single instruction may produce more than one
2076   // cycle's worth of micro-ops.
2077   //
2078   // TODO: Also check if this SU must end a dispatch group.
2079   unsigned NextCycle = CurrCycle;
2080   if (CurrMOps >= SchedModel->getIssueWidth()) {
2081     ++NextCycle;
2082     DEBUG(dbgs() << "  *** Max MOps " << CurrMOps
2083           << " at cycle " << CurrCycle << '\n');
2084   }
2085   unsigned ReadyCycle = (isTop() ? SU->TopReadyCycle : SU->BotReadyCycle);
2086   DEBUG(dbgs() << "  Ready @" << ReadyCycle << "c\n");
2087
2088   switch (SchedModel->getMicroOpBufferSize()) {
2089   case 0:
2090     assert(ReadyCycle <= CurrCycle && "Broken PendingQueue");
2091     break;
2092   case 1:
2093     if (ReadyCycle > NextCycle) {
2094       NextCycle = ReadyCycle;
2095       DEBUG(dbgs() << "  *** Stall until: " << ReadyCycle << "\n");
2096     }
2097     break;
2098   default:
2099     // We don't currently model the OOO reorder buffer, so consider all
2100     // scheduled MOps to be "retired".
2101     break;
2102   }
2103   RetiredMOps += IncMOps;
2104
2105   // Update resource counts and critical resource.
2106   if (SchedModel->hasInstrSchedModel()) {
2107     unsigned DecRemIssue = IncMOps * SchedModel->getMicroOpFactor();
2108     assert(Rem->RemIssueCount >= DecRemIssue && "MOps double counted");
2109     Rem->RemIssueCount -= DecRemIssue;
2110     if (ZoneCritResIdx) {
2111       // Scale scheduled micro-ops for comparing with the critical resource.
2112       unsigned ScaledMOps =
2113         RetiredMOps * SchedModel->getMicroOpFactor();
2114
2115       // If scaled micro-ops are now more than the previous critical resource by
2116       // a full cycle, then micro-ops issue becomes critical.
2117       if ((int)(ScaledMOps - getResourceCount(ZoneCritResIdx))
2118           >= (int)SchedModel->getLatencyFactor()) {
2119         ZoneCritResIdx = 0;
2120         DEBUG(dbgs() << "  *** Critical resource NumMicroOps: "
2121               << ScaledMOps / SchedModel->getLatencyFactor() << "c\n");
2122       }
2123     }
2124     for (TargetSchedModel::ProcResIter
2125            PI = SchedModel->getWriteProcResBegin(SC),
2126            PE = SchedModel->getWriteProcResEnd(SC); PI != PE; ++PI) {
2127       unsigned RCycle =
2128         countResource(PI->ProcResourceIdx, PI->Cycles, ReadyCycle);
2129       if (RCycle > NextCycle)
2130         NextCycle = RCycle;
2131     }
2132   }
2133   // Update ExpectedLatency and DependentLatency.
2134   unsigned &TopLatency = isTop() ? ExpectedLatency : DependentLatency;
2135   unsigned &BotLatency = isTop() ? DependentLatency : ExpectedLatency;
2136   if (SU->getDepth() > TopLatency) {
2137     TopLatency = SU->getDepth();
2138     DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName()
2139           << " TopLatency SU(" << SU->NodeNum << ") " << TopLatency << "c\n");
2140   }
2141   if (SU->getHeight() > BotLatency) {
2142     BotLatency = SU->getHeight();
2143     DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName()
2144           << " BotLatency SU(" << SU->NodeNum << ") " << BotLatency << "c\n");
2145   }
2146   // If we stall for any reason, bump the cycle.
2147   if (NextCycle > CurrCycle) {
2148     bumpCycle(NextCycle);
2149   }
2150   else {
2151     // After updating ZoneCritResIdx and ExpectedLatency, check if we're
2152     // resource limited. If a stall occured, bumpCycle does this.
2153     unsigned LFactor = SchedModel->getLatencyFactor();
2154     IsResourceLimited =
2155       (int)(getCriticalCount() - (getScheduledLatency() * LFactor))
2156       > (int)LFactor;
2157   }
2158   DEBUG(dumpScheduledState());
2159 }
2160
2161 /// Release pending ready nodes in to the available queue. This makes them
2162 /// visible to heuristics.
2163 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::releasePending() {
2164   // If the available queue is empty, it is safe to reset MinReadyCycle.
2165   if (Available.empty())
2166     MinReadyCycle = UINT_MAX;
2167
2168   // Check to see if any of the pending instructions are ready to issue.  If
2169   // so, add them to the available queue.
2170   bool IsBuffered = SchedModel->getMicroOpBufferSize() != 0;
2171   for (unsigned i = 0, e = Pending.size(); i != e; ++i) {
2172     SUnit *SU = *(Pending.begin()+i);
2173     unsigned ReadyCycle = isTop() ? SU->TopReadyCycle : SU->BotReadyCycle;
2174
2175     if (ReadyCycle < MinReadyCycle)
2176       MinReadyCycle = ReadyCycle;
2177
2178     if (!IsBuffered && ReadyCycle > CurrCycle)
2179       continue;
2180
2181     if (checkHazard(SU))
2182       continue;
2183
2184     Available.push(SU);
2185     Pending.remove(Pending.begin()+i);
2186     --i; --e;
2187   }
2188   DEBUG(if (!Pending.empty()) Pending.dump());
2189   CheckPending = false;
2190 }
2191
2192 /// Remove SU from the ready set for this boundary.
2193 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::removeReady(SUnit *SU) {
2194   if (Available.isInQueue(SU))
2195     Available.remove(Available.find(SU));
2196   else {
2197     assert(Pending.isInQueue(SU) && "bad ready count");
2198     Pending.remove(Pending.find(SU));
2199   }
2200 }
2201
2202 /// If this queue only has one ready candidate, return it. As a side effect,
2203 /// defer any nodes that now hit a hazard, and advance the cycle until at least
2204 /// one node is ready. If multiple instructions are ready, return NULL.
2205 SUnit *ConvergingScheduler::SchedBoundary::pickOnlyChoice() {
2206   if (CheckPending)
2207     releasePending();
2208
2209   if (CurrMOps > 0) {
2210     // Defer any ready instrs that now have a hazard.
2211     for (ReadyQueue::iterator I = Available.begin(); I != Available.end();) {
2212       if (checkHazard(*I)) {
2213         Pending.push(*I);
2214         I = Available.remove(I);
2215         continue;
2216       }
2217       ++I;
2218     }
2219   }
2220   for (unsigned i = 0; Available.empty(); ++i) {
2221     assert(i <= (HazardRec->getMaxLookAhead() + MaxObservedLatency) &&
2222            "permanent hazard"); (void)i;
2223     bumpCycle(CurrCycle + 1);
2224     releasePending();
2225   }
2226   if (Available.size() == 1)
2227     return *Available.begin();
2228   return NULL;
2229 }
2230
2231 #ifndef NDEBUG
2232 // This is useful information to dump after bumpNode.
2233 // Note that the Queue contents are more useful before pickNodeFromQueue.
2234 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::dumpScheduledState() {
2235   unsigned ResFactor;
2236   unsigned ResCount;
2237   if (ZoneCritResIdx) {
2238     ResFactor = SchedModel->getResourceFactor(ZoneCritResIdx);
2239     ResCount = getResourceCount(ZoneCritResIdx);
2240   }
2241   else {
2242     ResFactor = SchedModel->getMicroOpFactor();
2243     ResCount = RetiredMOps * SchedModel->getMicroOpFactor();
2244   }
2245   unsigned LFactor = SchedModel->getLatencyFactor();
2246   dbgs() << Available.getName() << " @" << CurrCycle << "c\n"
2247          << "  Retired: " << RetiredMOps;
2248   dbgs() << "\n  Executed: " << getExecutedCount() / LFactor << "c";
2249   dbgs() << "\n  Critical: " << ResCount / LFactor << "c, "
2250          << ResCount / ResFactor << " " << getResourceName(ZoneCritResIdx)
2251          << "\n  ExpectedLatency: " << ExpectedLatency << "c\n"
2252          << (IsResourceLimited ? "  - Resource" : "  - Latency")
2253          << " limited.\n";
2254 }
2255 #endif
2256
2257 void ConvergingScheduler::SchedCandidate::
2258 initResourceDelta(const ScheduleDAGMI *DAG,
2259                   const TargetSchedModel *SchedModel) {
2260   if (!Policy.ReduceResIdx && !Policy.DemandResIdx)
2261     return;
2262
2263   const MCSchedClassDesc *SC = DAG->getSchedClass(SU);
2264   for (TargetSchedModel::ProcResIter
2265          PI = SchedModel->getWriteProcResBegin(SC),
2266          PE = SchedModel->getWriteProcResEnd(SC); PI != PE; ++PI) {
2267     if (PI->ProcResourceIdx == Policy.ReduceResIdx)
2268       ResDelta.CritResources += PI->Cycles;
2269     if (PI->ProcResourceIdx == Policy.DemandResIdx)
2270       ResDelta.DemandedResources += PI->Cycles;
2271   }
2272 }
2273
2274
2275 /// Return true if this heuristic determines order.
2276 static bool tryLess(int TryVal, int CandVal,
2277                     ConvergingScheduler::SchedCandidate &TryCand,
2278                     ConvergingScheduler::SchedCandidate &Cand,
2279                     ConvergingScheduler::CandReason Reason) {
2280   if (TryVal < CandVal) {
2281     TryCand.Reason = Reason;
2282     return true;
2283   }
2284   if (TryVal > CandVal) {
2285     if (Cand.Reason > Reason)
2286       Cand.Reason = Reason;
2287     return true;
2288   }
2289   Cand.setRepeat(Reason);
2290   return false;
2291 }
2292
2293 static bool tryGreater(int TryVal, int CandVal,
2294                        ConvergingScheduler::SchedCandidate &TryCand,
2295                        ConvergingScheduler::SchedCandidate &Cand,
2296                        ConvergingScheduler::CandReason Reason) {
2297   if (TryVal > CandVal) {
2298     TryCand.Reason = Reason;
2299     return true;
2300   }
2301   if (TryVal < CandVal) {
2302     if (Cand.Reason > Reason)
2303       Cand.Reason = Reason;
2304     return true;
2305   }
2306   Cand.setRepeat(Reason);
2307   return false;
2308 }
2309
2310 static bool tryPressure(const PressureChange &TryP,
2311                         const PressureChange &CandP,
2312                         ConvergingScheduler::SchedCandidate &TryCand,
2313                         ConvergingScheduler::SchedCandidate &Cand,
2314                         ConvergingScheduler::CandReason Reason) {
2315   int TryRank = TryP.getPSetOrMax();
2316   int CandRank = CandP.getPSetOrMax();
2317   // If both candidates affect the same set, go with the smallest increase.
2318   if (TryRank == CandRank) {
2319     return tryLess(TryP.getUnitInc(), CandP.getUnitInc(), TryCand, Cand,
2320                    Reason);
2321   }
2322   // If one candidate decreases and the other increases, go with it.
2323   // Invalid candidates have UnitInc==0.
2324   if (tryLess(TryP.getUnitInc() < 0, CandP.getUnitInc() < 0, TryCand, Cand,
2325               Reason)) {
2326     return true;
2327   }
2328   // If the candidates are decreasing pressure, reverse priority.
2329   if (TryP.getUnitInc() < 0)
2330     std::swap(TryRank, CandRank);
2331   return tryGreater(TryRank, CandRank, TryCand, Cand, Reason);
2332 }
2333
2334 static unsigned getWeakLeft(const SUnit *SU, bool isTop) {
2335   return (isTop) ? SU->WeakPredsLeft : SU->WeakSuccsLeft;
2336 }
2337
2338 /// Minimize physical register live ranges. Regalloc wants them adjacent to
2339 /// their physreg def/use.
2340 ///
2341 /// FIXME: This is an unnecessary check on the critical path. Most are root/leaf
2342 /// copies which can be prescheduled. The rest (e.g. x86 MUL) could be bundled
2343 /// with the operation that produces or consumes the physreg. We'll do this when
2344 /// regalloc has support for parallel copies.
2345 static int biasPhysRegCopy(const SUnit *SU, bool isTop) {
2346   const MachineInstr *MI = SU->getInstr();
2347   if (!MI->isCopy())
2348     return 0;
2349
2350   unsigned ScheduledOper = isTop ? 1 : 0;
2351   unsigned UnscheduledOper = isTop ? 0 : 1;
2352   // If we have already scheduled the physreg produce/consumer, immediately
2353   // schedule the copy.
2354   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(
2355         MI->getOperand(ScheduledOper).getReg()))
2356     return 1;
2357   // If the physreg is at the boundary, defer it. Otherwise schedule it
2358   // immediately to free the dependent. We can hoist the copy later.
2359   bool AtBoundary = isTop ? !SU->NumSuccsLeft : !SU->NumPredsLeft;
2360   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(
2361         MI->getOperand(UnscheduledOper).getReg()))
2362     return AtBoundary ? -1 : 1;
2363   return 0;
2364 }
2365
2366 static bool tryLatency(ConvergingScheduler::SchedCandidate &TryCand,
2367                        ConvergingScheduler::SchedCandidate &Cand,
2368                        ConvergingScheduler::SchedBoundary &Zone) {
2369   if (Zone.isTop()) {
2370     if (Cand.SU->getDepth() > Zone.getScheduledLatency()) {
2371       if (tryLess(TryCand.SU->getDepth(), Cand.SU->getDepth(),
2372                   TryCand, Cand, ConvergingScheduler::TopDepthReduce))
2373         return true;
2374     }
2375     if (tryGreater(TryCand.SU->getHeight(), Cand.SU->getHeight(),
2376                    TryCand, Cand, ConvergingScheduler::TopPathReduce))
2377       return true;
2378   }
2379   else {
2380     if (Cand.SU->getHeight() > Zone.getScheduledLatency()) {
2381       if (tryLess(TryCand.SU->getHeight(), Cand.SU->getHeight(),
2382                   TryCand, Cand, ConvergingScheduler::BotHeightReduce))
2383         return true;
2384     }
2385     if (tryGreater(TryCand.SU->getDepth(), Cand.SU->getDepth(),
2386                    TryCand, Cand, ConvergingScheduler::BotPathReduce))
2387       return true;
2388   }
2389   return false;
2390 }
2391
2392 /// Apply a set of heursitics to a new candidate. Heuristics are currently
2393 /// hierarchical. This may be more efficient than a graduated cost model because
2394 /// we don't need to evaluate all aspects of the model for each node in the
2395 /// queue. But it's really done to make the heuristics easier to debug and
2396 /// statistically analyze.
2397 ///
2398 /// \param Cand provides the policy and current best candidate.
2399 /// \param TryCand refers to the next SUnit candidate, otherwise uninitialized.
2400 /// \param Zone describes the scheduled zone that we are extending.
2401 /// \param RPTracker describes reg pressure within the scheduled zone.
2402 /// \param TempTracker is a scratch pressure tracker to reuse in queries.
2403 void ConvergingScheduler::tryCandidate(SchedCandidate &Cand,
2404                                        SchedCandidate &TryCand,
2405                                        SchedBoundary &Zone,
2406                                        const RegPressureTracker &RPTracker,
2407                                        RegPressureTracker &TempTracker) {
2408
2409   if (DAG->isTrackingPressure()) {
2410     // Always initialize TryCand's RPDelta.
2411     if (Zone.isTop()) {
2412       TempTracker.getMaxDownwardPressureDelta(
2413         TryCand.SU->getInstr(),
2414         TryCand.RPDelta,
2415         DAG->getRegionCriticalPSets(),
2416         DAG->getRegPressure().MaxSetPressure);
2417     }
2418     else {
2419       if (VerifyScheduling) {
2420         TempTracker.getMaxUpwardPressureDelta(
2421           TryCand.SU->getInstr(),
2422           &DAG->getPressureDiff(TryCand.SU),
2423           TryCand.RPDelta,
2424           DAG->getRegionCriticalPSets(),
2425           DAG->getRegPressure().MaxSetPressure);
2426       }
2427       else {
2428         RPTracker.getUpwardPressureDelta(
2429           TryCand.SU->getInstr(),
2430           DAG->getPressureDiff(TryCand.SU),
2431           TryCand.RPDelta,
2432           DAG->getRegionCriticalPSets(),
2433           DAG->getRegPressure().MaxSetPressure);
2434       }
2435     }
2436   }
2437
2438   // Initialize the candidate if needed.
2439   if (!Cand.isValid()) {
2440     TryCand.Reason = NodeOrder;
2441     return;
2442   }
2443
2444   if (tryGreater(biasPhysRegCopy(TryCand.SU, Zone.isTop()),
2445                  biasPhysRegCopy(Cand.SU, Zone.isTop()),
2446                  TryCand, Cand, PhysRegCopy))
2447     return;
2448
2449   // Avoid exceeding the target's limit. If signed PSetID is negative, it is
2450   // invalid; convert it to INT_MAX to give it lowest priority.
2451   if (DAG->isTrackingPressure() && tryPressure(TryCand.RPDelta.Excess,
2452                                                Cand.RPDelta.Excess,
2453                                                TryCand, Cand, RegExcess))
2454     return;
2455
2456   // For loops that are acyclic path limited, aggressively schedule for latency.
2457   if (Rem.IsAcyclicLatencyLimited && tryLatency(TryCand, Cand, Zone))
2458     return;
2459
2460   // Avoid increasing the max critical pressure in the scheduled region.
2461   if (DAG->isTrackingPressure() && tryPressure(TryCand.RPDelta.CriticalMax,
2462                                                Cand.RPDelta.CriticalMax,
2463                                                TryCand, Cand, RegCritical))
2464     return;
2465
2466   // Keep clustered nodes together to encourage downstream peephole
2467   // optimizations which may reduce resource requirements.
2468   //
2469   // This is a best effort to set things up for a post-RA pass. Optimizations
2470   // like generating loads of multiple registers should ideally be done within
2471   // the scheduler pass by combining the loads during DAG postprocessing.
2472   const SUnit *NextClusterSU =
2473     Zone.isTop() ? DAG->getNextClusterSucc() : DAG->getNextClusterPred();
2474   if (tryGreater(TryCand.SU == NextClusterSU, Cand.SU == NextClusterSU,
2475                  TryCand, Cand, Cluster))
2476     return;
2477
2478   // Weak edges are for clustering and other constraints.
2479   if (tryLess(getWeakLeft(TryCand.SU, Zone.isTop()),
2480               getWeakLeft(Cand.SU, Zone.isTop()),
2481               TryCand, Cand, Weak)) {
2482     return;
2483   }
2484   // Avoid increasing the max pressure of the entire region.
2485   if (DAG->isTrackingPressure() && tryPressure(TryCand.RPDelta.CurrentMax,
2486                                                Cand.RPDelta.CurrentMax,
2487                                                TryCand, Cand, RegMax))
2488     return;
2489
2490   // Avoid critical resource consumption and balance the schedule.
2491   TryCand.initResourceDelta(DAG, SchedModel);
2492   if (tryLess(TryCand.ResDelta.CritResources, Cand.ResDelta.CritResources,
2493               TryCand, Cand, ResourceReduce))
2494     return;
2495   if (tryGreater(TryCand.ResDelta.DemandedResources,
2496                  Cand.ResDelta.DemandedResources,
2497                  TryCand, Cand, ResourceDemand))
2498     return;
2499
2500   // Avoid serializing long latency dependence chains.
2501   // For acyclic path limited loops, latency was already checked above.
2502   if (Cand.Policy.ReduceLatency && !Rem.IsAcyclicLatencyLimited
2503       && tryLatency(TryCand, Cand, Zone)) {
2504     return;
2505   }
2506
2507   // Prefer immediate defs/users of the last scheduled instruction. This is a
2508   // local pressure avoidance strategy that also makes the machine code
2509   // readable.
2510   if (tryGreater(Zone.NextSUs.count(TryCand.SU), Zone.NextSUs.count(Cand.SU),
2511                  TryCand, Cand, NextDefUse))
2512     return;
2513
2514   // Fall through to original instruction order.
2515   if ((Zone.isTop() && TryCand.SU->NodeNum < Cand.SU->NodeNum)
2516       || (!Zone.isTop() && TryCand.SU->NodeNum > Cand.SU->NodeNum)) {
2517     TryCand.Reason = NodeOrder;
2518   }
2519 }
2520
2521 #ifndef NDEBUG
2522 const char *ConvergingScheduler::getReasonStr(
2523   ConvergingScheduler::CandReason Reason) {
2524   switch (Reason) {
2525   case NoCand:         return "NOCAND    ";
2526   case PhysRegCopy:    return "PREG-COPY";
2527   case RegExcess:      return "REG-EXCESS";
2528   case RegCritical:    return "REG-CRIT  ";
2529   case Cluster:        return "CLUSTER   ";
2530   case Weak:           return "WEAK      ";
2531   case RegMax:         return "REG-MAX   ";
2532   case ResourceReduce: return "RES-REDUCE";
2533   case ResourceDemand: return "RES-DEMAND";
2534   case TopDepthReduce: return "TOP-DEPTH ";
2535   case TopPathReduce:  return "TOP-PATH  ";
2536   case BotHeightReduce:return "BOT-HEIGHT";
2537   case BotPathReduce:  return "BOT-PATH  ";
2538   case NextDefUse:     return "DEF-USE   ";
2539   case NodeOrder:      return "ORDER     ";
2540   };
2541   llvm_unreachable("Unknown reason!");
2542 }
2543
2544 void ConvergingScheduler::traceCandidate(const SchedCandidate &Cand) {
2545   PressureChange P;
2546   unsigned ResIdx = 0;
2547   unsigned Latency = 0;
2548   switch (Cand.Reason) {
2549   default:
2550     break;
2551   case RegExcess:
2552     P = Cand.RPDelta.Excess;
2553     break;
2554   case RegCritical:
2555     P = Cand.RPDelta.CriticalMax;
2556     break;
2557   case RegMax:
2558     P = Cand.RPDelta.CurrentMax;
2559     break;
2560   case ResourceReduce:
2561     ResIdx = Cand.Policy.ReduceResIdx;
2562     break;
2563   case ResourceDemand:
2564     ResIdx = Cand.Policy.DemandResIdx;
2565     break;
2566   case TopDepthReduce:
2567     Latency = Cand.SU->getDepth();
2568     break;
2569   case TopPathReduce:
2570     Latency = Cand.SU->getHeight();
2571     break;
2572   case BotHeightReduce:
2573     Latency = Cand.SU->getHeight();
2574     break;
2575   case BotPathReduce:
2576     Latency = Cand.SU->getDepth();
2577     break;
2578   }
2579   dbgs() << "  SU(" << Cand.SU->NodeNum << ") " << getReasonStr(Cand.Reason);
2580   if (P.isValid())
2581     dbgs() << " " << TRI->getRegPressureSetName(P.getPSet())
2582            << ":" << P.getUnitInc() << " ";
2583   else
2584     dbgs() << "      ";
2585   if (ResIdx)
2586     dbgs() << " " << SchedModel->getProcResource(ResIdx)->Name << " ";
2587   else
2588     dbgs() << "         ";
2589   if (Latency)
2590     dbgs() << " " << Latency << " cycles ";
2591   else
2592     dbgs() << "          ";
2593   dbgs() << '\n';
2594 }
2595 #endif
2596
2597 /// Pick the best candidate from the top queue.
2598 ///
2599 /// TODO: getMaxPressureDelta results can be mostly cached for each SUnit during
2600 /// DAG building. To adjust for the current scheduling location we need to
2601 /// maintain the number of vreg uses remaining to be top-scheduled.
2602 void ConvergingScheduler::pickNodeFromQueue(SchedBoundary &Zone,
2603                                             const RegPressureTracker &RPTracker,
2604                                             SchedCandidate &Cand) {
2605   ReadyQueue &Q = Zone.Available;
2606
2607   DEBUG(Q.dump());
2608
2609   // getMaxPressureDelta temporarily modifies the tracker.
2610   RegPressureTracker &TempTracker = const_cast<RegPressureTracker&>(RPTracker);
2611
2612   for (ReadyQueue::iterator I = Q.begin(), E = Q.end(); I != E; ++I) {
2613
2614     SchedCandidate TryCand(Cand.Policy);
2615     TryCand.SU = *I;
2616     tryCandidate(Cand, TryCand, Zone, RPTracker, TempTracker);
2617     if (TryCand.Reason != NoCand) {
2618       // Initialize resource delta if needed in case future heuristics query it.
2619       if (TryCand.ResDelta == SchedResourceDelta())
2620         TryCand.initResourceDelta(DAG, SchedModel);
2621       Cand.setBest(TryCand);
2622       DEBUG(traceCandidate(Cand));
2623     }
2624   }
2625 }
2626
2627 static void tracePick(const ConvergingScheduler::SchedCandidate &Cand,
2628                       bool IsTop) {
2629   DEBUG(dbgs() << "Pick " << (IsTop ? "Top " : "Bot ")
2630         << ConvergingScheduler::getReasonStr(Cand.Reason) << '\n');
2631 }
2632
2633 /// Pick the best candidate node from either the top or bottom queue.
2634 SUnit *ConvergingScheduler::pickNodeBidirectional(bool &IsTopNode) {
2635   // Schedule as far as possible in the direction of no choice. This is most
2636   // efficient, but also provides the best heuristics for CriticalPSets.
2637   if (SUnit *SU = Bot.pickOnlyChoice()) {
2638     IsTopNode = false;
2639     DEBUG(dbgs() << "Pick Bot NOCAND\n");
2640     return SU;
2641   }
2642   if (SUnit *SU = Top.pickOnlyChoice()) {
2643     IsTopNode = true;
2644     DEBUG(dbgs() << "Pick Top NOCAND\n");
2645     return SU;
2646   }
2647   CandPolicy NoPolicy;
2648   SchedCandidate BotCand(NoPolicy);
2649   SchedCandidate TopCand(NoPolicy);
2650   Bot.setPolicy(BotCand.Policy, Top);
2651   Top.setPolicy(TopCand.Policy, Bot);
2652
2653   // Prefer bottom scheduling when heuristics are silent.
2654   pickNodeFromQueue(Bot, DAG->getBotRPTracker(), BotCand);
2655   assert(BotCand.Reason != NoCand && "failed to find the first candidate");
2656
2657   // If either Q has a single candidate that provides the least increase in
2658   // Excess pressure, we can immediately schedule from that Q.
2659   //
2660   // RegionCriticalPSets summarizes the pressure within the scheduled region and
2661   // affects picking from either Q. If scheduling in one direction must
2662   // increase pressure for one of the excess PSets, then schedule in that
2663   // direction first to provide more freedom in the other direction.
2664   if ((BotCand.Reason == RegExcess && !BotCand.isRepeat(RegExcess))
2665       || (BotCand.Reason == RegCritical
2666           && !BotCand.isRepeat(RegCritical)))
2667   {
2668     IsTopNode = false;
2669     tracePick(BotCand, IsTopNode);
2670     return BotCand.SU;
2671   }
2672   // Check if the top Q has a better candidate.
2673   pickNodeFromQueue(Top, DAG->getTopRPTracker(), TopCand);
2674   assert(TopCand.Reason != NoCand && "failed to find the first candidate");
2675
2676   // Choose the queue with the most important (lowest enum) reason.
2677   if (TopCand.Reason < BotCand.Reason) {
2678     IsTopNode = true;
2679     tracePick(TopCand, IsTopNode);
2680     return TopCand.SU;
2681   }
2682   // Otherwise prefer the bottom candidate, in node order if all else failed.
2683   IsTopNode = false;
2684   tracePick(BotCand, IsTopNode);
2685   return BotCand.SU;
2686 }
2687
2688 /// Pick the best node to balance the schedule. Implements MachineSchedStrategy.
2689 SUnit *ConvergingScheduler::pickNode(bool &IsTopNode) {
2690   if (DAG->top() == DAG->bottom()) {
2691     assert(Top.Available.empty() && Top.Pending.empty() &&
2692            Bot.Available.empty() && Bot.Pending.empty() && "ReadyQ garbage");
2693     return NULL;
2694   }
2695   SUnit *SU;
2696   do {
2697     if (OnlyTopDown) {
2698       SU = Top.pickOnlyChoice();
2699       if (!SU) {
2700         CandPolicy NoPolicy;
2701         SchedCandidate TopCand(NoPolicy);
2702         pickNodeFromQueue(Top, DAG->getTopRPTracker(), TopCand);
2703         assert(TopCand.Reason != NoCand && "failed to find a candidate");
2704         tracePick(TopCand, true);
2705         SU = TopCand.SU;
2706       }
2707       IsTopNode = true;
2708     }
2709     else if (OnlyBottomUp) {
2710       SU = Bot.pickOnlyChoice();
2711       if (!SU) {
2712         CandPolicy NoPolicy;
2713         SchedCandidate BotCand(NoPolicy);
2714         pickNodeFromQueue(Bot, DAG->getBotRPTracker(), BotCand);
2715         assert(BotCand.Reason != NoCand && "failed to find a candidate");
2716         tracePick(BotCand, false);
2717         SU = BotCand.SU;
2718       }
2719       IsTopNode = false;
2720     }
2721     else {
2722       SU = pickNodeBidirectional(IsTopNode);
2723     }
2724   } while (SU->isScheduled);
2725
2726   if (SU->isTopReady())
2727     Top.removeReady(SU);
2728   if (SU->isBottomReady())
2729     Bot.removeReady(SU);
2730
2731   DEBUG(dbgs() << "Scheduling SU(" << SU->NodeNum << ") " << *SU->getInstr());
2732   return SU;
2733 }
2734
2735 void ConvergingScheduler::reschedulePhysRegCopies(SUnit *SU, bool isTop) {
2736
2737   MachineBasicBlock::iterator InsertPos = SU->getInstr();
2738   if (!isTop)
2739     ++InsertPos;
2740   SmallVectorImpl<SDep> &Deps = isTop ? SU->Preds : SU->Succs;
2741
2742   // Find already scheduled copies with a single physreg dependence and move
2743   // them just above the scheduled instruction.
2744   for (SmallVectorImpl<SDep>::iterator I = Deps.begin(), E = Deps.end();
2745        I != E; ++I) {
2746     if (I->getKind() != SDep::Data || !TRI->isPhysicalRegister(I->getReg()))
2747       continue;
2748     SUnit *DepSU = I->getSUnit();
2749     if (isTop ? DepSU->Succs.size() > 1 : DepSU->Preds.size() > 1)
2750       continue;
2751     MachineInstr *Copy = DepSU->getInstr();
2752     if (!Copy->isCopy())
2753       continue;
2754     DEBUG(dbgs() << "  Rescheduling physreg copy ";
2755           I->getSUnit()->dump(DAG));
2756     DAG->moveInstruction(Copy, InsertPos);
2757   }
2758 }
2759
2760 /// Update the scheduler's state after scheduling a node. This is the same node
2761 /// that was just returned by pickNode(). However, ScheduleDAGMI needs to update
2762 /// it's state based on the current cycle before MachineSchedStrategy does.
2763 ///
2764 /// FIXME: Eventually, we may bundle physreg copies rather than rescheduling
2765 /// them here. See comments in biasPhysRegCopy.
2766 void ConvergingScheduler::schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode) {
2767   if (IsTopNode) {
2768     SU->TopReadyCycle = std::max(SU->TopReadyCycle, Top.CurrCycle);
2769     Top.bumpNode(SU);
2770     if (SU->hasPhysRegUses)
2771       reschedulePhysRegCopies(SU, true);
2772   }
2773   else {
2774     SU->BotReadyCycle = std::max(SU->BotReadyCycle, Bot.CurrCycle);
2775     Bot.bumpNode(SU);
2776     if (SU->hasPhysRegDefs)
2777       reschedulePhysRegCopies(SU, false);
2778   }
2779 }
2780
2781 /// Create the standard converging machine scheduler. This will be used as the
2782 /// default scheduler if the target does not set a default.
2783 static ScheduleDAGInstrs *createConvergingSched(MachineSchedContext *C) {
2784   ScheduleDAGMI *DAG = new ScheduleDAGMI(C, new ConvergingScheduler(C));
2785   // Register DAG post-processors.
2786   //
2787   // FIXME: extend the mutation API to allow earlier mutations to instantiate
2788   // data and pass it to later mutations. Have a single mutation that gathers
2789   // the interesting nodes in one pass.
2790   DAG->addMutation(new CopyConstrain(DAG->TII, DAG->TRI));
2791   if (EnableLoadCluster && DAG->TII->enableClusterLoads())
2792     DAG->addMutation(new LoadClusterMutation(DAG->TII, DAG->TRI));
2793   if (EnableMacroFusion)
2794     DAG->addMutation(new MacroFusion(DAG->TII));
2795   return DAG;
2796 }
2797 static MachineSchedRegistry
2798 ConvergingSchedRegistry("converge", "Standard converging scheduler.",
2799                         createConvergingSched);
2800
2801 //===----------------------------------------------------------------------===//
2802 // ILP Scheduler. Currently for experimental analysis of heuristics.
2803 //===----------------------------------------------------------------------===//
2804
2805 namespace {
2806 /// \brief Order nodes by the ILP metric.
2807 struct ILPOrder {
2808   const SchedDFSResult *DFSResult;
2809   const BitVector *ScheduledTrees;
2810   bool MaximizeILP;
2811
2812   ILPOrder(bool MaxILP): DFSResult(0), ScheduledTrees(0), MaximizeILP(MaxILP) {}
2813
2814   /// \brief Apply a less-than relation on node priority.
2815   ///
2816   /// (Return true if A comes after B in the Q.)
2817   bool operator()(const SUnit *A, const SUnit *B) const {
2818     unsigned SchedTreeA = DFSResult->getSubtreeID(A);
2819     unsigned SchedTreeB = DFSResult->getSubtreeID(B);
2820     if (SchedTreeA != SchedTreeB) {
2821       // Unscheduled trees have lower priority.
2822       if (ScheduledTrees->test(SchedTreeA) != ScheduledTrees->test(SchedTreeB))
2823         return ScheduledTrees->test(SchedTreeB);
2824
2825       // Trees with shallower connections have have lower priority.
2826       if (DFSResult->getSubtreeLevel(SchedTreeA)
2827           != DFSResult->getSubtreeLevel(SchedTreeB)) {
2828         return DFSResult->getSubtreeLevel(SchedTreeA)
2829           < DFSResult->getSubtreeLevel(SchedTreeB);
2830       }
2831     }
2832     if (MaximizeILP)
2833       return DFSResult->getILP(A) < DFSResult->getILP(B);
2834     else
2835       return DFSResult->getILP(A) > DFSResult->getILP(B);
2836   }
2837 };
2838
2839 /// \brief Schedule based on the ILP metric.
2840 class ILPScheduler : public MachineSchedStrategy {
2841   ScheduleDAGMI *DAG;
2842   ILPOrder Cmp;
2843
2844   std::vector<SUnit*> ReadyQ;
2845 public:
2846   ILPScheduler(bool MaximizeILP): DAG(0), Cmp(MaximizeILP) {}
2847
2848   virtual void initialize(ScheduleDAGMI *dag) {
2849     DAG = dag;
2850     DAG->computeDFSResult();
2851     Cmp.DFSResult = DAG->getDFSResult();
2852     Cmp.ScheduledTrees = &DAG->getScheduledTrees();
2853     ReadyQ.clear();
2854   }
2855
2856   virtual void registerRoots() {
2857     // Restore the heap in ReadyQ with the updated DFS results.
2858     std::make_heap(ReadyQ.begin(), ReadyQ.end(), Cmp);
2859   }
2860
2861   /// Implement MachineSchedStrategy interface.
2862   /// -----------------------------------------
2863
2864   /// Callback to select the highest priority node from the ready Q.
2865   virtual SUnit *pickNode(bool &IsTopNode) {
2866     if (ReadyQ.empty()) return NULL;
2867     std::pop_heap(ReadyQ.begin(), ReadyQ.end(), Cmp);
2868     SUnit *SU = ReadyQ.back();
2869     ReadyQ.pop_back();
2870     IsTopNode = false;
2871     DEBUG(dbgs() << "Pick node " << "SU(" << SU->NodeNum << ") "
2872           << " ILP: " << DAG->getDFSResult()->getILP(SU)
2873           << " Tree: " << DAG->getDFSResult()->getSubtreeID(SU) << " @"
2874           << DAG->getDFSResult()->getSubtreeLevel(
2875             DAG->getDFSResult()->getSubtreeID(SU)) << '\n'
2876           << "Scheduling " << *SU->getInstr());
2877     return SU;
2878   }
2879
2880   /// \brief Scheduler callback to notify that a new subtree is scheduled.
2881   virtual void scheduleTree(unsigned SubtreeID) {
2882     std::make_heap(ReadyQ.begin(), ReadyQ.end(), Cmp);
2883   }
2884
2885   /// Callback after a node is scheduled. Mark a newly scheduled tree, notify
2886   /// DFSResults, and resort the priority Q.
2887   virtual void schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode) {
2888     assert(!IsTopNode && "SchedDFSResult needs bottom-up");
2889   }
2890
2891   virtual void releaseTopNode(SUnit *) { /*only called for top roots*/ }
2892
2893   virtual void releaseBottomNode(SUnit *SU) {
2894     ReadyQ.push_back(SU);
2895     std::push_heap(ReadyQ.begin(), ReadyQ.end(), Cmp);
2896   }
2897 };
2898 } // namespace
2899
2900 static ScheduleDAGInstrs *createILPMaxScheduler(MachineSchedContext *C) {
2901   return new ScheduleDAGMI(C, new ILPScheduler(true));
2902 }
2903 static ScheduleDAGInstrs *createILPMinScheduler(MachineSchedContext *C) {
2904   return new ScheduleDAGMI(C, new ILPScheduler(false));
2905 }
2906 static MachineSchedRegistry ILPMaxRegistry(
2907   "ilpmax", "Schedule bottom-up for max ILP", createILPMaxScheduler);
2908 static MachineSchedRegistry ILPMinRegistry(
2909   "ilpmin", "Schedule bottom-up for min ILP", createILPMinScheduler);
2910
2911 //===----------------------------------------------------------------------===//
2912 // Machine Instruction Shuffler for Correctness Testing
2913 //===----------------------------------------------------------------------===//
2914
2915 #ifndef NDEBUG
2916 namespace {
2917 /// Apply a less-than relation on the node order, which corresponds to the
2918 /// instruction order prior to scheduling. IsReverse implements greater-than.
2919 template<bool IsReverse>
2920 struct SUnitOrder {
2921   bool operator()(SUnit *A, SUnit *B) const {
2922     if (IsReverse)
2923       return A->NodeNum > B->NodeNum;
2924     else
2925       return A->NodeNum < B->NodeNum;
2926   }
2927 };
2928
2929 /// Reorder instructions as much as possible.
2930 class InstructionShuffler : public MachineSchedStrategy {
2931   bool IsAlternating;
2932   bool IsTopDown;
2933
2934   // Using a less-than relation (SUnitOrder<false>) for the TopQ priority
2935   // gives nodes with a higher number higher priority causing the latest
2936   // instructions to be scheduled first.
2937   PriorityQueue<SUnit*, std::vector<SUnit*>, SUnitOrder<false> >
2938     TopQ;
2939   // When scheduling bottom-up, use greater-than as the queue priority.
2940   PriorityQueue<SUnit*, std::vector<SUnit*>, SUnitOrder<true> >
2941     BottomQ;
2942 public:
2943   InstructionShuffler(bool alternate, bool topdown)
2944     : IsAlternating(alternate), IsTopDown(topdown) {}
2945
2946   virtual void initialize(ScheduleDAGMI *) {
2947     TopQ.clear();
2948     BottomQ.clear();
2949   }
2950
2951   /// Implement MachineSchedStrategy interface.
2952   /// -----------------------------------------
2953
2954   virtual SUnit *pickNode(bool &IsTopNode) {
2955     SUnit *SU;
2956     if (IsTopDown) {
2957       do {
2958         if (TopQ.empty()) return NULL;
2959         SU = TopQ.top();
2960         TopQ.pop();
2961       } while (SU->isScheduled);
2962       IsTopNode = true;
2963     }
2964     else {
2965       do {
2966         if (BottomQ.empty()) return NULL;
2967         SU = BottomQ.top();
2968         BottomQ.pop();
2969       } while (SU->isScheduled);
2970       IsTopNode = false;
2971     }
2972     if (IsAlternating)
2973       IsTopDown = !IsTopDown;
2974     return SU;
2975   }
2976
2977   virtual void schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode) {}
2978
2979   virtual void releaseTopNode(SUnit *SU) {
2980     TopQ.push(SU);
2981   }
2982   virtual void releaseBottomNode(SUnit *SU) {
2983     BottomQ.push(SU);
2984   }
2985 };
2986 } // namespace
2987
2988 static ScheduleDAGInstrs *createInstructionShuffler(MachineSchedContext *C) {
2989   bool Alternate = !ForceTopDown && !ForceBottomUp;
2990   bool TopDown = !ForceBottomUp;
2991   assert((TopDown || !ForceTopDown) &&
2992          "-misched-topdown incompatible with -misched-bottomup");
2993   return new ScheduleDAGMI(C, new InstructionShuffler(Alternate, TopDown));
2994 }
2995 static MachineSchedRegistry ShufflerRegistry(
2996   "shuffle", "Shuffle machine instructions alternating directions",
2997   createInstructionShuffler);
2998 #endif // !NDEBUG
2999
3000 //===----------------------------------------------------------------------===//
3001 // GraphWriter support for ScheduleDAGMI.
3002 //===----------------------------------------------------------------------===//
3003
3004 #ifndef NDEBUG
3005 namespace llvm {
3006
3007 template<> struct GraphTraits<
3008   ScheduleDAGMI*> : public GraphTraits<ScheduleDAG*> {};
3009
3010 template<>
3011 struct DOTGraphTraits<ScheduleDAGMI*> : public DefaultDOTGraphTraits {
3012
3013   DOTGraphTraits (bool isSimple=false) : DefaultDOTGraphTraits(isSimple) {}
3014
3015   static std::string getGraphName(const ScheduleDAG *G) {
3016     return G->MF.getName();
3017   }
3018
3019   static bool renderGraphFromBottomUp() {
3020     return true;
3021   }
3022
3023   static bool isNodeHidden(const SUnit *Node) {
3024     return (Node->Preds.size() > 10 || Node->Succs.size() > 10);
3025   }
3026
3027   static bool hasNodeAddressLabel(const SUnit *Node,
3028                                   const ScheduleDAG *Graph) {
3029     return false;
3030   }
3031
3032   /// If you want to override the dot attributes printed for a particular
3033   /// edge, override this method.
3034   static std::string getEdgeAttributes(const SUnit *Node,
3035                                        SUnitIterator EI,
3036                                        const ScheduleDAG *Graph) {
3037     if (EI.isArtificialDep())
3038       return "color=cyan,style=dashed";
3039     if (EI.isCtrlDep())
3040       return "color=blue,style=dashed";
3041     return "";
3042   }
3043
3044   static std::string getNodeLabel(const SUnit *SU, const ScheduleDAG *G) {
3045     std::string Str;
3046     raw_string_ostream SS(Str);
3047     SS << "SU(" << SU->NodeNum << ')';
3048     return SS.str();
3049   }
3050   static std::string getNodeDescription(const SUnit *SU, const ScheduleDAG *G) {
3051     return G->getGraphNodeLabel(SU);
3052   }
3053
3054   static std::string getNodeAttributes(const SUnit *N,
3055                                        const ScheduleDAG *Graph) {
3056     std::string Str("shape=Mrecord");
3057     const SchedDFSResult *DFS =
3058       static_cast<const ScheduleDAGMI*>(Graph)->getDFSResult();
3059     if (DFS) {
3060       Str += ",style=filled,fillcolor=\"#";
3061       Str += DOT::getColorString(DFS->getSubtreeID(N));
3062       Str += '"';
3063     }
3064     return Str;
3065   }
3066 };
3067 } // namespace llvm
3068 #endif // NDEBUG
3069
3070 /// viewGraph - Pop up a ghostview window with the reachable parts of the DAG
3071 /// rendered using 'dot'.
3072 ///
3073 void ScheduleDAGMI::viewGraph(const Twine &Name, const Twine &Title) {
3074 #ifndef NDEBUG
3075   ViewGraph(this, Name, false, Title);
3076 #else
3077   errs() << "ScheduleDAGMI::viewGraph is only available in debug builds on "
3078          << "systems with Graphviz or gv!\n";
3079 #endif  // NDEBUG
3080 }
3081
3082 /// Out-of-line implementation with no arguments is handy for gdb.
3083 void ScheduleDAGMI::viewGraph() {
3084   viewGraph(getDAGName(), "Scheduling-Units Graph for " + getDAGName());
3085 }