Enable -misched-cyclicpath by default.
[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(true));
61
62 static cl::opt<bool> EnableLoadCluster("misched-cluster", cl::Hidden,
63   cl::desc("Enable load clustering."), cl::init(true));
64
65 // Experimental heuristics
66 static cl::opt<bool> EnableMacroFusion("misched-fusion", cl::Hidden,
67   cl::desc("Enable scheduling for macro fusion."), cl::init(true));
68
69 static cl::opt<bool> VerifyScheduling("verify-misched", cl::Hidden,
70   cl::desc("Verify machine instrs before and after machine scheduling"));
71
72 // DAG subtrees must have at least this many nodes.
73 static const unsigned MinSubtreeSize = 8;
74
75 //===----------------------------------------------------------------------===//
76 // Machine Instruction Scheduling Pass and Registry
77 //===----------------------------------------------------------------------===//
78
79 MachineSchedContext::MachineSchedContext():
80     MF(0), MLI(0), MDT(0), PassConfig(0), AA(0), LIS(0) {
81   RegClassInfo = new RegisterClassInfo();
82 }
83
84 MachineSchedContext::~MachineSchedContext() {
85   delete RegClassInfo;
86 }
87
88 namespace {
89 /// MachineScheduler runs after coalescing and before register allocation.
90 class MachineScheduler : public MachineSchedContext,
91                          public MachineFunctionPass {
92 public:
93   MachineScheduler();
94
95   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
96
97   virtual void releaseMemory() {}
98
99   virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction&);
100
101   virtual void print(raw_ostream &O, const Module* = 0) const;
102
103   static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
104 };
105 } // namespace
106
107 char MachineScheduler::ID = 0;
108
109 char &llvm::MachineSchedulerID = MachineScheduler::ID;
110
111 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MachineScheduler, "misched",
112                       "Machine Instruction Scheduler", false, false)
113 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
114 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(SlotIndexes)
115 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LiveIntervals)
116 INITIALIZE_PASS_END(MachineScheduler, "misched",
117                     "Machine Instruction Scheduler", false, false)
118
119 MachineScheduler::MachineScheduler()
120 : MachineFunctionPass(ID) {
121   initializeMachineSchedulerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
122 }
123
124 void MachineScheduler::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
125   AU.setPreservesCFG();
126   AU.addRequiredID(MachineDominatorsID);
127   AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
128   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
129   AU.addRequired<TargetPassConfig>();
130   AU.addRequired<SlotIndexes>();
131   AU.addPreserved<SlotIndexes>();
132   AU.addRequired<LiveIntervals>();
133   AU.addPreserved<LiveIntervals>();
134   MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
135 }
136
137 MachinePassRegistry MachineSchedRegistry::Registry;
138
139 /// A dummy default scheduler factory indicates whether the scheduler
140 /// is overridden on the command line.
141 static ScheduleDAGInstrs *useDefaultMachineSched(MachineSchedContext *C) {
142   return 0;
143 }
144
145 /// MachineSchedOpt allows command line selection of the scheduler.
146 static cl::opt<MachineSchedRegistry::ScheduleDAGCtor, false,
147                RegisterPassParser<MachineSchedRegistry> >
148 MachineSchedOpt("misched",
149                 cl::init(&useDefaultMachineSched), cl::Hidden,
150                 cl::desc("Machine instruction scheduler to use"));
151
152 static MachineSchedRegistry
153 DefaultSchedRegistry("default", "Use the target's default scheduler choice.",
154                      useDefaultMachineSched);
155
156 /// Forward declare the standard machine scheduler. This will be used as the
157 /// default scheduler if the target does not set a default.
158 static ScheduleDAGInstrs *createConvergingSched(MachineSchedContext *C);
159
160
161 /// Decrement this iterator until reaching the top or a non-debug instr.
162 static MachineBasicBlock::const_iterator
163 priorNonDebug(MachineBasicBlock::const_iterator I,
164               MachineBasicBlock::const_iterator Beg) {
165   assert(I != Beg && "reached the top of the region, cannot decrement");
166   while (--I != Beg) {
167     if (!I->isDebugValue())
168       break;
169   }
170   return I;
171 }
172
173 /// Non-const version.
174 static MachineBasicBlock::iterator
175 priorNonDebug(MachineBasicBlock::iterator I,
176               MachineBasicBlock::const_iterator Beg) {
177   return const_cast<MachineInstr*>(
178     &*priorNonDebug(MachineBasicBlock::const_iterator(I), Beg));
179 }
180
181 /// If this iterator is a debug value, increment until reaching the End or a
182 /// non-debug instruction.
183 static MachineBasicBlock::const_iterator
184 nextIfDebug(MachineBasicBlock::const_iterator I,
185             MachineBasicBlock::const_iterator End) {
186   for(; I != End; ++I) {
187     if (!I->isDebugValue())
188       break;
189   }
190   return I;
191 }
192
193 /// Non-const version.
194 static MachineBasicBlock::iterator
195 nextIfDebug(MachineBasicBlock::iterator I,
196             MachineBasicBlock::const_iterator End) {
197   // Cast the return value to nonconst MachineInstr, then cast to an
198   // instr_iterator, which does not check for null, finally return a
199   // bundle_iterator.
200   return MachineBasicBlock::instr_iterator(
201     const_cast<MachineInstr*>(
202       &*nextIfDebug(MachineBasicBlock::const_iterator(I), End)));
203 }
204
205 /// Top-level MachineScheduler pass driver.
206 ///
207 /// Visit blocks in function order. Divide each block into scheduling regions
208 /// and visit them bottom-up. Visiting regions bottom-up is not required, but is
209 /// consistent with the DAG builder, which traverses the interior of the
210 /// scheduling regions bottom-up.
211 ///
212 /// This design avoids exposing scheduling boundaries to the DAG builder,
213 /// simplifying the DAG builder's support for "special" target instructions.
214 /// At the same time the design allows target schedulers to operate across
215 /// scheduling boundaries, for example to bundle the boudary instructions
216 /// without reordering them. This creates complexity, because the target
217 /// scheduler must update the RegionBegin and RegionEnd positions cached by
218 /// ScheduleDAGInstrs whenever adding or removing instructions. A much simpler
219 /// design would be to split blocks at scheduling boundaries, but LLVM has a
220 /// general bias against block splitting purely for implementation simplicity.
221 bool MachineScheduler::runOnMachineFunction(MachineFunction &mf) {
222   DEBUG(dbgs() << "Before MISsched:\n"; mf.print(dbgs()));
223
224   // Initialize the context of the pass.
225   MF = &mf;
226   MLI = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
227   MDT = &getAnalysis<MachineDominatorTree>();
228   PassConfig = &getAnalysis<TargetPassConfig>();
229   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
230
231   LIS = &getAnalysis<LiveIntervals>();
232   const TargetInstrInfo *TII = MF->getTarget().getInstrInfo();
233
234   if (VerifyScheduling) {
235     DEBUG(LIS->dump());
236     MF->verify(this, "Before machine scheduling.");
237   }
238   RegClassInfo->runOnMachineFunction(*MF);
239
240   // Select the scheduler, or set the default.
241   MachineSchedRegistry::ScheduleDAGCtor Ctor = MachineSchedOpt;
242   if (Ctor == useDefaultMachineSched) {
243     // Get the default scheduler set by the target.
244     Ctor = MachineSchedRegistry::getDefault();
245     if (!Ctor) {
246       Ctor = createConvergingSched;
247       MachineSchedRegistry::setDefault(Ctor);
248     }
249   }
250   // Instantiate the selected scheduler.
251   OwningPtr<ScheduleDAGInstrs> Scheduler(Ctor(this));
252
253   // Visit all machine basic blocks.
254   //
255   // TODO: Visit blocks in global postorder or postorder within the bottom-up
256   // loop tree. Then we can optionally compute global RegPressure.
257   for (MachineFunction::iterator MBB = MF->begin(), MBBEnd = MF->end();
258        MBB != MBBEnd; ++MBB) {
259
260     Scheduler->startBlock(MBB);
261
262     // Break the block into scheduling regions [I, RegionEnd), and schedule each
263     // region as soon as it is discovered. RegionEnd points the scheduling
264     // boundary at the bottom of the region. The DAG does not include RegionEnd,
265     // but the region does (i.e. the next RegionEnd is above the previous
266     // RegionBegin). If the current block has no terminator then RegionEnd ==
267     // MBB->end() for the bottom region.
268     //
269     // The Scheduler may insert instructions during either schedule() or
270     // exitRegion(), even for empty regions. So the local iterators 'I' and
271     // 'RegionEnd' are invalid across these calls.
272     unsigned RemainingInstrs = MBB->size();
273     for(MachineBasicBlock::iterator RegionEnd = MBB->end();
274         RegionEnd != MBB->begin(); RegionEnd = Scheduler->begin()) {
275
276       // Avoid decrementing RegionEnd for blocks with no terminator.
277       if (RegionEnd != MBB->end()
278           || TII->isSchedulingBoundary(llvm::prior(RegionEnd), MBB, *MF)) {
279         --RegionEnd;
280         // Count the boundary instruction.
281         --RemainingInstrs;
282       }
283
284       // The next region starts above the previous region. Look backward in the
285       // instruction stream until we find the nearest boundary.
286       unsigned NumRegionInstrs = 0;
287       MachineBasicBlock::iterator I = RegionEnd;
288       for(;I != MBB->begin(); --I, --RemainingInstrs, ++NumRegionInstrs) {
289         if (TII->isSchedulingBoundary(llvm::prior(I), MBB, *MF))
290           break;
291       }
292       // Notify the scheduler of the region, even if we may skip scheduling
293       // it. Perhaps it still needs to be bundled.
294       Scheduler->enterRegion(MBB, I, RegionEnd, NumRegionInstrs);
295
296       // Skip empty scheduling regions (0 or 1 schedulable instructions).
297       if (I == RegionEnd || I == llvm::prior(RegionEnd)) {
298         // Close the current region. Bundle the terminator if needed.
299         // This invalidates 'RegionEnd' and 'I'.
300         Scheduler->exitRegion();
301         continue;
302       }
303       DEBUG(dbgs() << "********** MI Scheduling **********\n");
304       DEBUG(dbgs() << MF->getName()
305             << ":BB#" << MBB->getNumber() << " " << MBB->getName()
306             << "\n  From: " << *I << "    To: ";
307             if (RegionEnd != MBB->end()) dbgs() << *RegionEnd;
308             else dbgs() << "End";
309             dbgs() << " RegionInstrs: " << NumRegionInstrs
310             << " Remaining: " << RemainingInstrs << "\n");
311
312       // Schedule a region: possibly reorder instructions.
313       // This invalidates 'RegionEnd' and 'I'.
314       Scheduler->schedule();
315
316       // Close the current region.
317       Scheduler->exitRegion();
318
319       // Scheduling has invalidated the current iterator 'I'. Ask the
320       // scheduler for the top of it's scheduled region.
321       RegionEnd = Scheduler->begin();
322     }
323     assert(RemainingInstrs == 0 && "Instruction count mismatch!");
324     Scheduler->finishBlock();
325   }
326   Scheduler->finalizeSchedule();
327   DEBUG(LIS->dump());
328   if (VerifyScheduling)
329     MF->verify(this, "After machine scheduling.");
330   return true;
331 }
332
333 void MachineScheduler::print(raw_ostream &O, const Module* m) const {
334   // unimplemented
335 }
336
337 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
338 void ReadyQueue::dump() {
339   dbgs() << Name << ": ";
340   for (unsigned i = 0, e = Queue.size(); i < e; ++i)
341     dbgs() << Queue[i]->NodeNum << " ";
342   dbgs() << "\n";
343 }
344 #endif
345
346 //===----------------------------------------------------------------------===//
347 // ScheduleDAGMI - Base class for MachineInstr scheduling with LiveIntervals
348 // preservation.
349 //===----------------------------------------------------------------------===//
350
351 ScheduleDAGMI::~ScheduleDAGMI() {
352   delete DFSResult;
353   DeleteContainerPointers(Mutations);
354   delete SchedImpl;
355 }
356
357 bool ScheduleDAGMI::canAddEdge(SUnit *SuccSU, SUnit *PredSU) {
358   return SuccSU == &ExitSU || !Topo.IsReachable(PredSU, SuccSU);
359 }
360
361 bool ScheduleDAGMI::addEdge(SUnit *SuccSU, const SDep &PredDep) {
362   if (SuccSU != &ExitSU) {
363     // Do not use WillCreateCycle, it assumes SD scheduling.
364     // If Pred is reachable from Succ, then the edge creates a cycle.
365     if (Topo.IsReachable(PredDep.getSUnit(), SuccSU))
366       return false;
367     Topo.AddPred(SuccSU, PredDep.getSUnit());
368   }
369   SuccSU->addPred(PredDep, /*Required=*/!PredDep.isArtificial());
370   // Return true regardless of whether a new edge needed to be inserted.
371   return true;
372 }
373
374 /// ReleaseSucc - Decrement the NumPredsLeft count of a successor. When
375 /// NumPredsLeft reaches zero, release the successor node.
376 ///
377 /// FIXME: Adjust SuccSU height based on MinLatency.
378 void ScheduleDAGMI::releaseSucc(SUnit *SU, SDep *SuccEdge) {
379   SUnit *SuccSU = SuccEdge->getSUnit();
380
381   if (SuccEdge->isWeak()) {
382     --SuccSU->WeakPredsLeft;
383     if (SuccEdge->isCluster())
384       NextClusterSucc = SuccSU;
385     return;
386   }
387 #ifndef NDEBUG
388   if (SuccSU->NumPredsLeft == 0) {
389     dbgs() << "*** Scheduling failed! ***\n";
390     SuccSU->dump(this);
391     dbgs() << " has been released too many times!\n";
392     llvm_unreachable(0);
393   }
394 #endif
395   --SuccSU->NumPredsLeft;
396   if (SuccSU->NumPredsLeft == 0 && SuccSU != &ExitSU)
397     SchedImpl->releaseTopNode(SuccSU);
398 }
399
400 /// releaseSuccessors - Call releaseSucc on each of SU's successors.
401 void ScheduleDAGMI::releaseSuccessors(SUnit *SU) {
402   for (SUnit::succ_iterator I = SU->Succs.begin(), E = SU->Succs.end();
403        I != E; ++I) {
404     releaseSucc(SU, &*I);
405   }
406 }
407
408 /// ReleasePred - Decrement the NumSuccsLeft count of a predecessor. When
409 /// NumSuccsLeft reaches zero, release the predecessor node.
410 ///
411 /// FIXME: Adjust PredSU height based on MinLatency.
412 void ScheduleDAGMI::releasePred(SUnit *SU, SDep *PredEdge) {
413   SUnit *PredSU = PredEdge->getSUnit();
414
415   if (PredEdge->isWeak()) {
416     --PredSU->WeakSuccsLeft;
417     if (PredEdge->isCluster())
418       NextClusterPred = PredSU;
419     return;
420   }
421 #ifndef NDEBUG
422   if (PredSU->NumSuccsLeft == 0) {
423     dbgs() << "*** Scheduling failed! ***\n";
424     PredSU->dump(this);
425     dbgs() << " has been released too many times!\n";
426     llvm_unreachable(0);
427   }
428 #endif
429   --PredSU->NumSuccsLeft;
430   if (PredSU->NumSuccsLeft == 0 && PredSU != &EntrySU)
431     SchedImpl->releaseBottomNode(PredSU);
432 }
433
434 /// releasePredecessors - Call releasePred on each of SU's predecessors.
435 void ScheduleDAGMI::releasePredecessors(SUnit *SU) {
436   for (SUnit::pred_iterator I = SU->Preds.begin(), E = SU->Preds.end();
437        I != E; ++I) {
438     releasePred(SU, &*I);
439   }
440 }
441
442 /// This is normally called from the main scheduler loop but may also be invoked
443 /// by the scheduling strategy to perform additional code motion.
444 void ScheduleDAGMI::moveInstruction(MachineInstr *MI,
445                                     MachineBasicBlock::iterator InsertPos) {
446   // Advance RegionBegin if the first instruction moves down.
447   if (&*RegionBegin == MI)
448     ++RegionBegin;
449
450   // Update the instruction stream.
451   BB->splice(InsertPos, BB, MI);
452
453   // Update LiveIntervals
454   LIS->handleMove(MI, /*UpdateFlags=*/true);
455
456   // Recede RegionBegin if an instruction moves above the first.
457   if (RegionBegin == InsertPos)
458     RegionBegin = MI;
459 }
460
461 bool ScheduleDAGMI::checkSchedLimit() {
462 #ifndef NDEBUG
463   if (NumInstrsScheduled == MISchedCutoff && MISchedCutoff != ~0U) {
464     CurrentTop = CurrentBottom;
465     return false;
466   }
467   ++NumInstrsScheduled;
468 #endif
469   return true;
470 }
471
472 /// enterRegion - Called back from MachineScheduler::runOnMachineFunction after
473 /// crossing a scheduling boundary. [begin, end) includes all instructions in
474 /// the region, including the boundary itself and single-instruction regions
475 /// that don't get scheduled.
476 void ScheduleDAGMI::enterRegion(MachineBasicBlock *bb,
477                                 MachineBasicBlock::iterator begin,
478                                 MachineBasicBlock::iterator end,
479                                 unsigned regioninstrs)
480 {
481   ScheduleDAGInstrs::enterRegion(bb, begin, end, regioninstrs);
482
483   // For convenience remember the end of the liveness region.
484   LiveRegionEnd =
485     (RegionEnd == bb->end()) ? RegionEnd : llvm::next(RegionEnd);
486
487   SUPressureDiffs.clear();
488
489   SchedImpl->initPolicy(begin, end, regioninstrs);
490
491   ShouldTrackPressure = SchedImpl->shouldTrackPressure();
492 }
493
494 // Setup the register pressure trackers for the top scheduled top and bottom
495 // scheduled regions.
496 void ScheduleDAGMI::initRegPressure() {
497   TopRPTracker.init(&MF, RegClassInfo, LIS, BB, RegionBegin);
498   BotRPTracker.init(&MF, RegClassInfo, LIS, BB, LiveRegionEnd);
499
500   // Close the RPTracker to finalize live ins.
501   RPTracker.closeRegion();
502
503   DEBUG(RPTracker.dump());
504
505   // Initialize the live ins and live outs.
506   TopRPTracker.addLiveRegs(RPTracker.getPressure().LiveInRegs);
507   BotRPTracker.addLiveRegs(RPTracker.getPressure().LiveOutRegs);
508
509   // Close one end of the tracker so we can call
510   // getMaxUpward/DownwardPressureDelta before advancing across any
511   // instructions. This converts currently live regs into live ins/outs.
512   TopRPTracker.closeTop();
513   BotRPTracker.closeBottom();
514
515   BotRPTracker.initLiveThru(RPTracker);
516   if (!BotRPTracker.getLiveThru().empty()) {
517     TopRPTracker.initLiveThru(BotRPTracker.getLiveThru());
518     DEBUG(dbgs() << "Live Thru: ";
519           dumpRegSetPressure(BotRPTracker.getLiveThru(), TRI));
520   };
521
522   // For each live out vreg reduce the pressure change associated with other
523   // uses of the same vreg below the live-out reaching def.
524   updatePressureDiffs(RPTracker.getPressure().LiveOutRegs);
525
526   // Account for liveness generated by the region boundary.
527   if (LiveRegionEnd != RegionEnd) {
528     SmallVector<unsigned, 8> LiveUses;
529     BotRPTracker.recede(&LiveUses);
530     updatePressureDiffs(LiveUses);
531   }
532
533   assert(BotRPTracker.getPos() == RegionEnd && "Can't find the region bottom");
534
535   // Cache the list of excess pressure sets in this region. This will also track
536   // the max pressure in the scheduled code for these sets.
537   RegionCriticalPSets.clear();
538   const std::vector<unsigned> &RegionPressure =
539     RPTracker.getPressure().MaxSetPressure;
540   for (unsigned i = 0, e = RegionPressure.size(); i < e; ++i) {
541     unsigned Limit = RegClassInfo->getRegPressureSetLimit(i);
542     if (RegionPressure[i] > Limit) {
543       DEBUG(dbgs() << TRI->getRegPressureSetName(i)
544             << " Limit " << Limit
545             << " Actual " << RegionPressure[i] << "\n");
546       RegionCriticalPSets.push_back(PressureChange(i));
547     }
548   }
549   DEBUG(dbgs() << "Excess PSets: ";
550         for (unsigned i = 0, e = RegionCriticalPSets.size(); i != e; ++i)
551           dbgs() << TRI->getRegPressureSetName(
552             RegionCriticalPSets[i].getPSet()) << " ";
553         dbgs() << "\n");
554 }
555
556 void ScheduleDAGMI::
557 updateScheduledPressure(const SUnit *SU,
558                         const std::vector<unsigned> &NewMaxPressure) {
559   const PressureDiff &PDiff = getPressureDiff(SU);
560   unsigned CritIdx = 0, CritEnd = RegionCriticalPSets.size();
561   for (PressureDiff::const_iterator I = PDiff.begin(), E = PDiff.end();
562        I != E; ++I) {
563     if (!I->isValid())
564       break;
565     unsigned ID = I->getPSet();
566     while (CritIdx != CritEnd && RegionCriticalPSets[CritIdx].getPSet() < ID)
567       ++CritIdx;
568     if (CritIdx != CritEnd && RegionCriticalPSets[CritIdx].getPSet() == ID) {
569       if ((int)NewMaxPressure[ID] > RegionCriticalPSets[CritIdx].getUnitInc()
570           && NewMaxPressure[ID] <= INT16_MAX)
571         RegionCriticalPSets[CritIdx].setUnitInc(NewMaxPressure[ID]);
572     }
573     unsigned Limit = RegClassInfo->getRegPressureSetLimit(ID);
574     if (NewMaxPressure[ID] >= Limit - 2) {
575       DEBUG(dbgs() << "  " << TRI->getRegPressureSetName(ID) << ": "
576             << NewMaxPressure[ID] << " > " << Limit << "(+ "
577             << BotRPTracker.getLiveThru()[ID] << " livethru)\n");
578     }
579   }
580 }
581
582 /// Update the PressureDiff array for liveness after scheduling this
583 /// instruction.
584 void ScheduleDAGMI::updatePressureDiffs(ArrayRef<unsigned> LiveUses) {
585   for (unsigned LUIdx = 0, LUEnd = LiveUses.size(); LUIdx != LUEnd; ++LUIdx) {
586     /// FIXME: Currently assuming single-use physregs.
587     unsigned Reg = LiveUses[LUIdx];
588     DEBUG(dbgs() << "  LiveReg: " << PrintVRegOrUnit(Reg, TRI) << "\n");
589     if (!TRI->isVirtualRegister(Reg))
590       continue;
591
592     // This may be called before CurrentBottom has been initialized. However,
593     // BotRPTracker must have a valid position. We want the value live into the
594     // instruction or live out of the block, so ask for the previous
595     // instruction's live-out.
596     const LiveInterval &LI = LIS->getInterval(Reg);
597     VNInfo *VNI;
598     MachineBasicBlock::const_iterator I =
599       nextIfDebug(BotRPTracker.getPos(), BB->end());
600     if (I == BB->end())
601       VNI = LI.getVNInfoBefore(LIS->getMBBEndIdx(BB));
602     else {
603       LiveRangeQuery LRQ(LI, LIS->getInstructionIndex(I));
604       VNI = LRQ.valueIn();
605     }
606     // RegisterPressureTracker guarantees that readsReg is true for LiveUses.
607     assert(VNI && "No live value at use.");
608     for (VReg2UseMap::iterator
609            UI = VRegUses.find(Reg); UI != VRegUses.end(); ++UI) {
610       SUnit *SU = UI->SU;
611       DEBUG(dbgs() << "  UpdateRegP: SU(" << SU->NodeNum << ") "
612             << *SU->getInstr());
613       // If this use comes before the reaching def, it cannot be a last use, so
614       // descrease its pressure change.
615       if (!SU->isScheduled && SU != &ExitSU) {
616         LiveRangeQuery LRQ(LI, LIS->getInstructionIndex(SU->getInstr()));
617         if (LRQ.valueIn() == VNI)
618           getPressureDiff(SU).addPressureChange(Reg, true, &MRI);
619       }
620     }
621   }
622 }
623
624 /// schedule - Called back from MachineScheduler::runOnMachineFunction
625 /// after setting up the current scheduling region. [RegionBegin, RegionEnd)
626 /// only includes instructions that have DAG nodes, not scheduling boundaries.
627 ///
628 /// This is a skeletal driver, with all the functionality pushed into helpers,
629 /// so that it can be easilly extended by experimental schedulers. Generally,
630 /// implementing MachineSchedStrategy should be sufficient to implement a new
631 /// scheduling algorithm. However, if a scheduler further subclasses
632 /// ScheduleDAGMI then it will want to override this virtual method in order to
633 /// update any specialized state.
634 void ScheduleDAGMI::schedule() {
635   buildDAGWithRegPressure();
636
637   Topo.InitDAGTopologicalSorting();
638
639   postprocessDAG();
640
641   SmallVector<SUnit*, 8> TopRoots, BotRoots;
642   findRootsAndBiasEdges(TopRoots, BotRoots);
643
644   // Initialize the strategy before modifying the DAG.
645   // This may initialize a DFSResult to be used for queue priority.
646   SchedImpl->initialize(this);
647
648   DEBUG(for (unsigned su = 0, e = SUnits.size(); su != e; ++su)
649           SUnits[su].dumpAll(this));
650   if (ViewMISchedDAGs) viewGraph();
651
652   // Initialize ready queues now that the DAG and priority data are finalized.
653   initQueues(TopRoots, BotRoots);
654
655   bool IsTopNode = false;
656   while (SUnit *SU = SchedImpl->pickNode(IsTopNode)) {
657     assert(!SU->isScheduled && "Node already scheduled");
658     if (!checkSchedLimit())
659       break;
660
661     scheduleMI(SU, IsTopNode);
662
663     updateQueues(SU, IsTopNode);
664   }
665   assert(CurrentTop == CurrentBottom && "Nonempty unscheduled zone.");
666
667   placeDebugValues();
668
669   DEBUG({
670       unsigned BBNum = begin()->getParent()->getNumber();
671       dbgs() << "*** Final schedule for BB#" << BBNum << " ***\n";
672       dumpSchedule();
673       dbgs() << '\n';
674     });
675 }
676
677 /// Build the DAG and setup three register pressure trackers.
678 void ScheduleDAGMI::buildDAGWithRegPressure() {
679   if (!ShouldTrackPressure) {
680     RPTracker.reset();
681     RegionCriticalPSets.clear();
682     buildSchedGraph(AA);
683     return;
684   }
685
686   // Initialize the register pressure tracker used by buildSchedGraph.
687   RPTracker.init(&MF, RegClassInfo, LIS, BB, LiveRegionEnd,
688                  /*TrackUntiedDefs=*/true);
689
690   // Account for liveness generate by the region boundary.
691   if (LiveRegionEnd != RegionEnd)
692     RPTracker.recede();
693
694   // Build the DAG, and compute current register pressure.
695   buildSchedGraph(AA, &RPTracker, &SUPressureDiffs);
696
697   // Initialize top/bottom trackers after computing region pressure.
698   initRegPressure();
699 }
700
701 /// Apply each ScheduleDAGMutation step in order.
702 void ScheduleDAGMI::postprocessDAG() {
703   for (unsigned i = 0, e = Mutations.size(); i < e; ++i) {
704     Mutations[i]->apply(this);
705   }
706 }
707
708 void ScheduleDAGMI::computeDFSResult() {
709   if (!DFSResult)
710     DFSResult = new SchedDFSResult(/*BottomU*/true, MinSubtreeSize);
711   DFSResult->clear();
712   ScheduledTrees.clear();
713   DFSResult->resize(SUnits.size());
714   DFSResult->compute(SUnits);
715   ScheduledTrees.resize(DFSResult->getNumSubtrees());
716 }
717
718 void ScheduleDAGMI::findRootsAndBiasEdges(SmallVectorImpl<SUnit*> &TopRoots,
719                                           SmallVectorImpl<SUnit*> &BotRoots) {
720   for (std::vector<SUnit>::iterator
721          I = SUnits.begin(), E = SUnits.end(); I != E; ++I) {
722     SUnit *SU = &(*I);
723     assert(!SU->isBoundaryNode() && "Boundary node should not be in SUnits");
724
725     // Order predecessors so DFSResult follows the critical path.
726     SU->biasCriticalPath();
727
728     // A SUnit is ready to top schedule if it has no predecessors.
729     if (!I->NumPredsLeft)
730       TopRoots.push_back(SU);
731     // A SUnit is ready to bottom schedule if it has no successors.
732     if (!I->NumSuccsLeft)
733       BotRoots.push_back(SU);
734   }
735   ExitSU.biasCriticalPath();
736 }
737
738 /// Compute the max cyclic critical path through the DAG. The scheduling DAG
739 /// only provides the critical path for single block loops. To handle loops that
740 /// span blocks, we could use the vreg path latencies provided by
741 /// MachineTraceMetrics instead. However, MachineTraceMetrics is not currently
742 /// available for use in the scheduler.
743 ///
744 /// The cyclic path estimation identifies a def-use pair that crosses the back
745 /// edge and considers the depth and height of the nodes. For example, consider
746 /// the following instruction sequence where each instruction has unit latency
747 /// and defines an epomymous virtual register:
748 ///
749 /// a->b(a,c)->c(b)->d(c)->exit
750 ///
751 /// The cyclic critical path is a two cycles: b->c->b
752 /// The acyclic critical path is four cycles: a->b->c->d->exit
753 /// LiveOutHeight = height(c) = len(c->d->exit) = 2
754 /// LiveOutDepth = depth(c) + 1 = len(a->b->c) + 1 = 3
755 /// LiveInHeight = height(b) + 1 = len(b->c->d->exit) + 1 = 4
756 /// LiveInDepth = depth(b) = len(a->b) = 1
757 ///
758 /// LiveOutDepth - LiveInDepth = 3 - 1 = 2
759 /// LiveInHeight - LiveOutHeight = 4 - 2 = 2
760 /// CyclicCriticalPath = min(2, 2) = 2
761 unsigned ScheduleDAGMI::computeCyclicCriticalPath() {
762   // This only applies to single block loop.
763   if (!BB->isSuccessor(BB))
764     return 0;
765
766   unsigned MaxCyclicLatency = 0;
767   // Visit each live out vreg def to find def/use pairs that cross iterations.
768   ArrayRef<unsigned> LiveOuts = RPTracker.getPressure().LiveOutRegs;
769   for (ArrayRef<unsigned>::iterator RI = LiveOuts.begin(), RE = LiveOuts.end();
770        RI != RE; ++RI) {
771     unsigned Reg = *RI;
772     if (!TRI->isVirtualRegister(Reg))
773         continue;
774     const LiveInterval &LI = LIS->getInterval(Reg);
775     const VNInfo *DefVNI = LI.getVNInfoBefore(LIS->getMBBEndIdx(BB));
776     if (!DefVNI)
777       continue;
778
779     MachineInstr *DefMI = LIS->getInstructionFromIndex(DefVNI->def);
780     const SUnit *DefSU = getSUnit(DefMI);
781     if (!DefSU)
782       continue;
783
784     unsigned LiveOutHeight = DefSU->getHeight();
785     unsigned LiveOutDepth = DefSU->getDepth() + DefSU->Latency;
786     // Visit all local users of the vreg def.
787     for (VReg2UseMap::iterator
788            UI = VRegUses.find(Reg); UI != VRegUses.end(); ++UI) {
789       if (UI->SU == &ExitSU)
790         continue;
791
792       // Only consider uses of the phi.
793       LiveRangeQuery LRQ(LI, LIS->getInstructionIndex(UI->SU->getInstr()));
794       if (!LRQ.valueIn()->isPHIDef())
795         continue;
796
797       // Assume that a path spanning two iterations is a cycle, which could
798       // overestimate in strange cases. This allows cyclic latency to be
799       // estimated as the minimum slack of the vreg's depth or height.
800       unsigned CyclicLatency = 0;
801       if (LiveOutDepth > UI->SU->getDepth())
802         CyclicLatency = LiveOutDepth - UI->SU->getDepth();
803
804       unsigned LiveInHeight = UI->SU->getHeight() + DefSU->Latency;
805       if (LiveInHeight > LiveOutHeight) {
806         if (LiveInHeight - LiveOutHeight < CyclicLatency)
807           CyclicLatency = LiveInHeight - LiveOutHeight;
808       }
809       else
810         CyclicLatency = 0;
811
812       DEBUG(dbgs() << "Cyclic Path: SU(" << DefSU->NodeNum << ") -> SU("
813             << UI->SU->NodeNum << ") = " << CyclicLatency << "c\n");
814       if (CyclicLatency > MaxCyclicLatency)
815         MaxCyclicLatency = CyclicLatency;
816     }
817   }
818   DEBUG(dbgs() << "Cyclic Critical Path: " << MaxCyclicLatency << "c\n");
819   return MaxCyclicLatency;
820 }
821
822 /// Identify DAG roots and setup scheduler queues.
823 void ScheduleDAGMI::initQueues(ArrayRef<SUnit*> TopRoots,
824                                ArrayRef<SUnit*> BotRoots) {
825   NextClusterSucc = NULL;
826   NextClusterPred = NULL;
827
828   // Release all DAG roots for scheduling, not including EntrySU/ExitSU.
829   //
830   // Nodes with unreleased weak edges can still be roots.
831   // Release top roots in forward order.
832   for (SmallVectorImpl<SUnit*>::const_iterator
833          I = TopRoots.begin(), E = TopRoots.end(); I != E; ++I) {
834     SchedImpl->releaseTopNode(*I);
835   }
836   // Release bottom roots in reverse order so the higher priority nodes appear
837   // first. This is more natural and slightly more efficient.
838   for (SmallVectorImpl<SUnit*>::const_reverse_iterator
839          I = BotRoots.rbegin(), E = BotRoots.rend(); I != E; ++I) {
840     SchedImpl->releaseBottomNode(*I);
841   }
842
843   releaseSuccessors(&EntrySU);
844   releasePredecessors(&ExitSU);
845
846   SchedImpl->registerRoots();
847
848   // Advance past initial DebugValues.
849   CurrentTop = nextIfDebug(RegionBegin, RegionEnd);
850   CurrentBottom = RegionEnd;
851
852   if (ShouldTrackPressure) {
853     assert(TopRPTracker.getPos() == RegionBegin && "bad initial Top tracker");
854     TopRPTracker.setPos(CurrentTop);
855   }
856 }
857
858 /// Move an instruction and update register pressure.
859 void ScheduleDAGMI::scheduleMI(SUnit *SU, bool IsTopNode) {
860   // Move the instruction to its new location in the instruction stream.
861   MachineInstr *MI = SU->getInstr();
862
863   if (IsTopNode) {
864     assert(SU->isTopReady() && "node still has unscheduled dependencies");
865     if (&*CurrentTop == MI)
866       CurrentTop = nextIfDebug(++CurrentTop, CurrentBottom);
867     else {
868       moveInstruction(MI, CurrentTop);
869       TopRPTracker.setPos(MI);
870     }
871
872     if (ShouldTrackPressure) {
873       // Update top scheduled pressure.
874       TopRPTracker.advance();
875       assert(TopRPTracker.getPos() == CurrentTop && "out of sync");
876       updateScheduledPressure(SU, TopRPTracker.getPressure().MaxSetPressure);
877     }
878   }
879   else {
880     assert(SU->isBottomReady() && "node still has unscheduled dependencies");
881     MachineBasicBlock::iterator priorII =
882       priorNonDebug(CurrentBottom, CurrentTop);
883     if (&*priorII == MI)
884       CurrentBottom = priorII;
885     else {
886       if (&*CurrentTop == MI) {
887         CurrentTop = nextIfDebug(++CurrentTop, priorII);
888         TopRPTracker.setPos(CurrentTop);
889       }
890       moveInstruction(MI, CurrentBottom);
891       CurrentBottom = MI;
892     }
893     if (ShouldTrackPressure) {
894       // Update bottom scheduled pressure.
895       SmallVector<unsigned, 8> LiveUses;
896       BotRPTracker.recede(&LiveUses);
897       assert(BotRPTracker.getPos() == CurrentBottom && "out of sync");
898       updateScheduledPressure(SU, BotRPTracker.getPressure().MaxSetPressure);
899       updatePressureDiffs(LiveUses);
900     }
901   }
902 }
903
904 /// Update scheduler queues after scheduling an instruction.
905 void ScheduleDAGMI::updateQueues(SUnit *SU, bool IsTopNode) {
906   // Release dependent instructions for scheduling.
907   if (IsTopNode)
908     releaseSuccessors(SU);
909   else
910     releasePredecessors(SU);
911
912   SU->isScheduled = true;
913
914   if (DFSResult) {
915     unsigned SubtreeID = DFSResult->getSubtreeID(SU);
916     if (!ScheduledTrees.test(SubtreeID)) {
917       ScheduledTrees.set(SubtreeID);
918       DFSResult->scheduleTree(SubtreeID);
919       SchedImpl->scheduleTree(SubtreeID);
920     }
921   }
922
923   // Notify the scheduling strategy after updating the DAG.
924   SchedImpl->schedNode(SU, IsTopNode);
925 }
926
927 /// Reinsert any remaining debug_values, just like the PostRA scheduler.
928 void ScheduleDAGMI::placeDebugValues() {
929   // If first instruction was a DBG_VALUE then put it back.
930   if (FirstDbgValue) {
931     BB->splice(RegionBegin, BB, FirstDbgValue);
932     RegionBegin = FirstDbgValue;
933   }
934
935   for (std::vector<std::pair<MachineInstr *, MachineInstr *> >::iterator
936          DI = DbgValues.end(), DE = DbgValues.begin(); DI != DE; --DI) {
937     std::pair<MachineInstr *, MachineInstr *> P = *prior(DI);
938     MachineInstr *DbgValue = P.first;
939     MachineBasicBlock::iterator OrigPrevMI = P.second;
940     if (&*RegionBegin == DbgValue)
941       ++RegionBegin;
942     BB->splice(++OrigPrevMI, BB, DbgValue);
943     if (OrigPrevMI == llvm::prior(RegionEnd))
944       RegionEnd = DbgValue;
945   }
946   DbgValues.clear();
947   FirstDbgValue = NULL;
948 }
949
950 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
951 void ScheduleDAGMI::dumpSchedule() const {
952   for (MachineBasicBlock::iterator MI = begin(), ME = end(); MI != ME; ++MI) {
953     if (SUnit *SU = getSUnit(&(*MI)))
954       SU->dump(this);
955     else
956       dbgs() << "Missing SUnit\n";
957   }
958 }
959 #endif
960
961 //===----------------------------------------------------------------------===//
962 // LoadClusterMutation - DAG post-processing to cluster loads.
963 //===----------------------------------------------------------------------===//
964
965 namespace {
966 /// \brief Post-process the DAG to create cluster edges between neighboring
967 /// loads.
968 class LoadClusterMutation : public ScheduleDAGMutation {
969   struct LoadInfo {
970     SUnit *SU;
971     unsigned BaseReg;
972     unsigned Offset;
973     LoadInfo(SUnit *su, unsigned reg, unsigned ofs)
974       : SU(su), BaseReg(reg), Offset(ofs) {}
975   };
976   static bool LoadInfoLess(const LoadClusterMutation::LoadInfo &LHS,
977                            const LoadClusterMutation::LoadInfo &RHS);
978
979   const TargetInstrInfo *TII;
980   const TargetRegisterInfo *TRI;
981 public:
982   LoadClusterMutation(const TargetInstrInfo *tii,
983                       const TargetRegisterInfo *tri)
984     : TII(tii), TRI(tri) {}
985
986   virtual void apply(ScheduleDAGMI *DAG);
987 protected:
988   void clusterNeighboringLoads(ArrayRef<SUnit*> Loads, ScheduleDAGMI *DAG);
989 };
990 } // anonymous
991
992 bool LoadClusterMutation::LoadInfoLess(
993   const LoadClusterMutation::LoadInfo &LHS,
994   const LoadClusterMutation::LoadInfo &RHS) {
995   if (LHS.BaseReg != RHS.BaseReg)
996     return LHS.BaseReg < RHS.BaseReg;
997   return LHS.Offset < RHS.Offset;
998 }
999
1000 void LoadClusterMutation::clusterNeighboringLoads(ArrayRef<SUnit*> Loads,
1001                                                   ScheduleDAGMI *DAG) {
1002   SmallVector<LoadClusterMutation::LoadInfo,32> LoadRecords;
1003   for (unsigned Idx = 0, End = Loads.size(); Idx != End; ++Idx) {
1004     SUnit *SU = Loads[Idx];
1005     unsigned BaseReg;
1006     unsigned Offset;
1007     if (TII->getLdStBaseRegImmOfs(SU->getInstr(), BaseReg, Offset, TRI))
1008       LoadRecords.push_back(LoadInfo(SU, BaseReg, Offset));
1009   }
1010   if (LoadRecords.size() < 2)
1011     return;
1012   std::sort(LoadRecords.begin(), LoadRecords.end(), LoadInfoLess);
1013   unsigned ClusterLength = 1;
1014   for (unsigned Idx = 0, End = LoadRecords.size(); Idx < (End - 1); ++Idx) {
1015     if (LoadRecords[Idx].BaseReg != LoadRecords[Idx+1].BaseReg) {
1016       ClusterLength = 1;
1017       continue;
1018     }
1019
1020     SUnit *SUa = LoadRecords[Idx].SU;
1021     SUnit *SUb = LoadRecords[Idx+1].SU;
1022     if (TII->shouldClusterLoads(SUa->getInstr(), SUb->getInstr(), ClusterLength)
1023         && DAG->addEdge(SUb, SDep(SUa, SDep::Cluster))) {
1024
1025       DEBUG(dbgs() << "Cluster loads SU(" << SUa->NodeNum << ") - SU("
1026             << SUb->NodeNum << ")\n");
1027       // Copy successor edges from SUa to SUb. Interleaving computation
1028       // dependent on SUa can prevent load combining due to register reuse.
1029       // Predecessor edges do not need to be copied from SUb to SUa since nearby
1030       // loads should have effectively the same inputs.
1031       for (SUnit::const_succ_iterator
1032              SI = SUa->Succs.begin(), SE = SUa->Succs.end(); SI != SE; ++SI) {
1033         if (SI->getSUnit() == SUb)
1034           continue;
1035         DEBUG(dbgs() << "  Copy Succ SU(" << SI->getSUnit()->NodeNum << ")\n");
1036         DAG->addEdge(SI->getSUnit(), SDep(SUb, SDep::Artificial));
1037       }
1038       ++ClusterLength;
1039     }
1040     else
1041       ClusterLength = 1;
1042   }
1043 }
1044
1045 /// \brief Callback from DAG postProcessing to create cluster edges for loads.
1046 void LoadClusterMutation::apply(ScheduleDAGMI *DAG) {
1047   // Map DAG NodeNum to store chain ID.
1048   DenseMap<unsigned, unsigned> StoreChainIDs;
1049   // Map each store chain to a set of dependent loads.
1050   SmallVector<SmallVector<SUnit*,4>, 32> StoreChainDependents;
1051   for (unsigned Idx = 0, End = DAG->SUnits.size(); Idx != End; ++Idx) {
1052     SUnit *SU = &DAG->SUnits[Idx];
1053     if (!SU->getInstr()->mayLoad())
1054       continue;
1055     unsigned ChainPredID = DAG->SUnits.size();
1056     for (SUnit::const_pred_iterator
1057            PI = SU->Preds.begin(), PE = SU->Preds.end(); PI != PE; ++PI) {
1058       if (PI->isCtrl()) {
1059         ChainPredID = PI->getSUnit()->NodeNum;
1060         break;
1061       }
1062     }
1063     // Check if this chain-like pred has been seen
1064     // before. ChainPredID==MaxNodeID for loads at the top of the schedule.
1065     unsigned NumChains = StoreChainDependents.size();
1066     std::pair<DenseMap<unsigned, unsigned>::iterator, bool> Result =
1067       StoreChainIDs.insert(std::make_pair(ChainPredID, NumChains));
1068     if (Result.second)
1069       StoreChainDependents.resize(NumChains + 1);
1070     StoreChainDependents[Result.first->second].push_back(SU);
1071   }
1072   // Iterate over the store chains.
1073   for (unsigned Idx = 0, End = StoreChainDependents.size(); Idx != End; ++Idx)
1074     clusterNeighboringLoads(StoreChainDependents[Idx], DAG);
1075 }
1076
1077 //===----------------------------------------------------------------------===//
1078 // MacroFusion - DAG post-processing to encourage fusion of macro ops.
1079 //===----------------------------------------------------------------------===//
1080
1081 namespace {
1082 /// \brief Post-process the DAG to create cluster edges between instructions
1083 /// that may be fused by the processor into a single operation.
1084 class MacroFusion : public ScheduleDAGMutation {
1085   const TargetInstrInfo *TII;
1086 public:
1087   MacroFusion(const TargetInstrInfo *tii): TII(tii) {}
1088
1089   virtual void apply(ScheduleDAGMI *DAG);
1090 };
1091 } // anonymous
1092
1093 /// \brief Callback from DAG postProcessing to create cluster edges to encourage
1094 /// fused operations.
1095 void MacroFusion::apply(ScheduleDAGMI *DAG) {
1096   // For now, assume targets can only fuse with the branch.
1097   MachineInstr *Branch = DAG->ExitSU.getInstr();
1098   if (!Branch)
1099     return;
1100
1101   for (unsigned Idx = DAG->SUnits.size(); Idx > 0;) {
1102     SUnit *SU = &DAG->SUnits[--Idx];
1103     if (!TII->shouldScheduleAdjacent(SU->getInstr(), Branch))
1104       continue;
1105
1106     // Create a single weak edge from SU to ExitSU. The only effect is to cause
1107     // bottom-up scheduling to heavily prioritize the clustered SU.  There is no
1108     // need to copy predecessor edges from ExitSU to SU, since top-down
1109     // scheduling cannot prioritize ExitSU anyway. To defer top-down scheduling
1110     // of SU, we could create an artificial edge from the deepest root, but it
1111     // hasn't been needed yet.
1112     bool Success = DAG->addEdge(&DAG->ExitSU, SDep(SU, SDep::Cluster));
1113     (void)Success;
1114     assert(Success && "No DAG nodes should be reachable from ExitSU");
1115
1116     DEBUG(dbgs() << "Macro Fuse SU(" << SU->NodeNum << ")\n");
1117     break;
1118   }
1119 }
1120
1121 //===----------------------------------------------------------------------===//
1122 // CopyConstrain - DAG post-processing to encourage copy elimination.
1123 //===----------------------------------------------------------------------===//
1124
1125 namespace {
1126 /// \brief Post-process the DAG to create weak edges from all uses of a copy to
1127 /// the one use that defines the copy's source vreg, most likely an induction
1128 /// variable increment.
1129 class CopyConstrain : public ScheduleDAGMutation {
1130   // Transient state.
1131   SlotIndex RegionBeginIdx;
1132   // RegionEndIdx is the slot index of the last non-debug instruction in the
1133   // scheduling region. So we may have RegionBeginIdx == RegionEndIdx.
1134   SlotIndex RegionEndIdx;
1135 public:
1136   CopyConstrain(const TargetInstrInfo *, const TargetRegisterInfo *) {}
1137
1138   virtual void apply(ScheduleDAGMI *DAG);
1139
1140 protected:
1141   void constrainLocalCopy(SUnit *CopySU, ScheduleDAGMI *DAG);
1142 };
1143 } // anonymous
1144
1145 /// constrainLocalCopy handles two possibilities:
1146 /// 1) Local src:
1147 /// I0:     = dst
1148 /// I1: src = ...
1149 /// I2:     = dst
1150 /// I3: dst = src (copy)
1151 /// (create pred->succ edges I0->I1, I2->I1)
1152 ///
1153 /// 2) Local copy:
1154 /// I0: dst = src (copy)
1155 /// I1:     = dst
1156 /// I2: src = ...
1157 /// I3:     = dst
1158 /// (create pred->succ edges I1->I2, I3->I2)
1159 ///
1160 /// Although the MachineScheduler is currently constrained to single blocks,
1161 /// this algorithm should handle extended blocks. An EBB is a set of
1162 /// contiguously numbered blocks such that the previous block in the EBB is
1163 /// always the single predecessor.
1164 void CopyConstrain::constrainLocalCopy(SUnit *CopySU, ScheduleDAGMI *DAG) {
1165   LiveIntervals *LIS = DAG->getLIS();
1166   MachineInstr *Copy = CopySU->getInstr();
1167
1168   // Check for pure vreg copies.
1169   unsigned SrcReg = Copy->getOperand(1).getReg();
1170   if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(SrcReg))
1171     return;
1172
1173   unsigned DstReg = Copy->getOperand(0).getReg();
1174   if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(DstReg))
1175     return;
1176
1177   // Check if either the dest or source is local. If it's live across a back
1178   // edge, it's not local. Note that if both vregs are live across the back
1179   // edge, we cannot successfully contrain the copy without cyclic scheduling.
1180   unsigned LocalReg = DstReg;
1181   unsigned GlobalReg = SrcReg;
1182   LiveInterval *LocalLI = &LIS->getInterval(LocalReg);
1183   if (!LocalLI->isLocal(RegionBeginIdx, RegionEndIdx)) {
1184     LocalReg = SrcReg;
1185     GlobalReg = DstReg;
1186     LocalLI = &LIS->getInterval(LocalReg);
1187     if (!LocalLI->isLocal(RegionBeginIdx, RegionEndIdx))
1188       return;
1189   }
1190   LiveInterval *GlobalLI = &LIS->getInterval(GlobalReg);
1191
1192   // Find the global segment after the start of the local LI.
1193   LiveInterval::iterator GlobalSegment = GlobalLI->find(LocalLI->beginIndex());
1194   // If GlobalLI does not overlap LocalLI->start, then a copy directly feeds a
1195   // local live range. We could create edges from other global uses to the local
1196   // start, but the coalescer should have already eliminated these cases, so
1197   // don't bother dealing with it.
1198   if (GlobalSegment == GlobalLI->end())
1199     return;
1200
1201   // If GlobalSegment is killed at the LocalLI->start, the call to find()
1202   // returned the next global segment. But if GlobalSegment overlaps with
1203   // LocalLI->start, then advance to the next segement. If a hole in GlobalLI
1204   // exists in LocalLI's vicinity, GlobalSegment will be the end of the hole.
1205   if (GlobalSegment->contains(LocalLI->beginIndex()))
1206     ++GlobalSegment;
1207
1208   if (GlobalSegment == GlobalLI->end())
1209     return;
1210
1211   // Check if GlobalLI contains a hole in the vicinity of LocalLI.
1212   if (GlobalSegment != GlobalLI->begin()) {
1213     // Two address defs have no hole.
1214     if (SlotIndex::isSameInstr(llvm::prior(GlobalSegment)->end,
1215                                GlobalSegment->start)) {
1216       return;
1217     }
1218     // If the prior global segment may be defined by the same two-address
1219     // instruction that also defines LocalLI, then can't make a hole here.
1220     if (SlotIndex::isSameInstr(llvm::prior(GlobalSegment)->start,
1221                                LocalLI->beginIndex())) {
1222       return;
1223     }
1224     // If GlobalLI has a prior segment, it must be live into the EBB. Otherwise
1225     // it would be a disconnected component in the live range.
1226     assert(llvm::prior(GlobalSegment)->start < LocalLI->beginIndex() &&
1227            "Disconnected LRG within the scheduling region.");
1228   }
1229   MachineInstr *GlobalDef = LIS->getInstructionFromIndex(GlobalSegment->start);
1230   if (!GlobalDef)
1231     return;
1232
1233   SUnit *GlobalSU = DAG->getSUnit(GlobalDef);
1234   if (!GlobalSU)
1235     return;
1236
1237   // GlobalDef is the bottom of the GlobalLI hole. Open the hole by
1238   // constraining the uses of the last local def to precede GlobalDef.
1239   SmallVector<SUnit*,8> LocalUses;
1240   const VNInfo *LastLocalVN = LocalLI->getVNInfoBefore(LocalLI->endIndex());
1241   MachineInstr *LastLocalDef = LIS->getInstructionFromIndex(LastLocalVN->def);
1242   SUnit *LastLocalSU = DAG->getSUnit(LastLocalDef);
1243   for (SUnit::const_succ_iterator
1244          I = LastLocalSU->Succs.begin(), E = LastLocalSU->Succs.end();
1245        I != E; ++I) {
1246     if (I->getKind() != SDep::Data || I->getReg() != LocalReg)
1247       continue;
1248     if (I->getSUnit() == GlobalSU)
1249       continue;
1250     if (!DAG->canAddEdge(GlobalSU, I->getSUnit()))
1251       return;
1252     LocalUses.push_back(I->getSUnit());
1253   }
1254   // Open the top of the GlobalLI hole by constraining any earlier global uses
1255   // to precede the start of LocalLI.
1256   SmallVector<SUnit*,8> GlobalUses;
1257   MachineInstr *FirstLocalDef =
1258     LIS->getInstructionFromIndex(LocalLI->beginIndex());
1259   SUnit *FirstLocalSU = DAG->getSUnit(FirstLocalDef);
1260   for (SUnit::const_pred_iterator
1261          I = GlobalSU->Preds.begin(), E = GlobalSU->Preds.end(); I != E; ++I) {
1262     if (I->getKind() != SDep::Anti || I->getReg() != GlobalReg)
1263       continue;
1264     if (I->getSUnit() == FirstLocalSU)
1265       continue;
1266     if (!DAG->canAddEdge(FirstLocalSU, I->getSUnit()))
1267       return;
1268     GlobalUses.push_back(I->getSUnit());
1269   }
1270   DEBUG(dbgs() << "Constraining copy SU(" << CopySU->NodeNum << ")\n");
1271   // Add the weak edges.
1272   for (SmallVectorImpl<SUnit*>::const_iterator
1273          I = LocalUses.begin(), E = LocalUses.end(); I != E; ++I) {
1274     DEBUG(dbgs() << "  Local use SU(" << (*I)->NodeNum << ") -> SU("
1275           << GlobalSU->NodeNum << ")\n");
1276     DAG->addEdge(GlobalSU, SDep(*I, SDep::Weak));
1277   }
1278   for (SmallVectorImpl<SUnit*>::const_iterator
1279          I = GlobalUses.begin(), E = GlobalUses.end(); I != E; ++I) {
1280     DEBUG(dbgs() << "  Global use SU(" << (*I)->NodeNum << ") -> SU("
1281           << FirstLocalSU->NodeNum << ")\n");
1282     DAG->addEdge(FirstLocalSU, SDep(*I, SDep::Weak));
1283   }
1284 }
1285
1286 /// \brief Callback from DAG postProcessing to create weak edges to encourage
1287 /// copy elimination.
1288 void CopyConstrain::apply(ScheduleDAGMI *DAG) {
1289   MachineBasicBlock::iterator FirstPos = nextIfDebug(DAG->begin(), DAG->end());
1290   if (FirstPos == DAG->end())
1291     return;
1292   RegionBeginIdx = DAG->getLIS()->getInstructionIndex(&*FirstPos);
1293   RegionEndIdx = DAG->getLIS()->getInstructionIndex(
1294     &*priorNonDebug(DAG->end(), DAG->begin()));
1295
1296   for (unsigned Idx = 0, End = DAG->SUnits.size(); Idx != End; ++Idx) {
1297     SUnit *SU = &DAG->SUnits[Idx];
1298     if (!SU->getInstr()->isCopy())
1299       continue;
1300
1301     constrainLocalCopy(SU, DAG);
1302   }
1303 }
1304
1305 //===----------------------------------------------------------------------===//
1306 // ConvergingScheduler - Implementation of the generic MachineSchedStrategy.
1307 //===----------------------------------------------------------------------===//
1308
1309 namespace {
1310 /// ConvergingScheduler shrinks the unscheduled zone using heuristics to balance
1311 /// the schedule.
1312 class ConvergingScheduler : public MachineSchedStrategy {
1313 public:
1314   /// Represent the type of SchedCandidate found within a single queue.
1315   /// pickNodeBidirectional depends on these listed by decreasing priority.
1316   enum CandReason {
1317     NoCand, PhysRegCopy, RegExcess, RegCritical, Cluster, Weak, RegMax,
1318     ResourceReduce, ResourceDemand, BotHeightReduce, BotPathReduce,
1319     TopDepthReduce, TopPathReduce, NextDefUse, NodeOrder};
1320
1321 #ifndef NDEBUG
1322   static const char *getReasonStr(ConvergingScheduler::CandReason Reason);
1323 #endif
1324
1325   /// Policy for scheduling the next instruction in the candidate's zone.
1326   struct CandPolicy {
1327     bool ReduceLatency;
1328     unsigned ReduceResIdx;
1329     unsigned DemandResIdx;
1330
1331     CandPolicy(): ReduceLatency(false), ReduceResIdx(0), DemandResIdx(0) {}
1332   };
1333
1334   /// Status of an instruction's critical resource consumption.
1335   struct SchedResourceDelta {
1336     // Count critical resources in the scheduled region required by SU.
1337     unsigned CritResources;
1338
1339     // Count critical resources from another region consumed by SU.
1340     unsigned DemandedResources;
1341
1342     SchedResourceDelta(): CritResources(0), DemandedResources(0) {}
1343
1344     bool operator==(const SchedResourceDelta &RHS) const {
1345       return CritResources == RHS.CritResources
1346         && DemandedResources == RHS.DemandedResources;
1347     }
1348     bool operator!=(const SchedResourceDelta &RHS) const {
1349       return !operator==(RHS);
1350     }
1351   };
1352
1353   /// Store the state used by ConvergingScheduler heuristics, required for the
1354   /// lifetime of one invocation of pickNode().
1355   struct SchedCandidate {
1356     CandPolicy Policy;
1357
1358     // The best SUnit candidate.
1359     SUnit *SU;
1360
1361     // The reason for this candidate.
1362     CandReason Reason;
1363
1364     // Set of reasons that apply to multiple candidates.
1365     uint32_t RepeatReasonSet;
1366
1367     // Register pressure values for the best candidate.
1368     RegPressureDelta RPDelta;
1369
1370     // Critical resource consumption of the best candidate.
1371     SchedResourceDelta ResDelta;
1372
1373     SchedCandidate(const CandPolicy &policy)
1374       : Policy(policy), SU(NULL), Reason(NoCand), RepeatReasonSet(0) {}
1375
1376     bool isValid() const { return SU; }
1377
1378     // Copy the status of another candidate without changing policy.
1379     void setBest(SchedCandidate &Best) {
1380       assert(Best.Reason != NoCand && "uninitialized Sched candidate");
1381       SU = Best.SU;
1382       Reason = Best.Reason;
1383       RPDelta = Best.RPDelta;
1384       ResDelta = Best.ResDelta;
1385     }
1386
1387     bool isRepeat(CandReason R) { return RepeatReasonSet & (1 << R); }
1388     void setRepeat(CandReason R) { RepeatReasonSet |= (1 << R); }
1389
1390     void initResourceDelta(const ScheduleDAGMI *DAG,
1391                            const TargetSchedModel *SchedModel);
1392   };
1393
1394   /// Summarize the unscheduled region.
1395   struct SchedRemainder {
1396     // Critical path through the DAG in expected latency.
1397     unsigned CriticalPath;
1398     unsigned CyclicCritPath;
1399
1400     // Scaled count of micro-ops left to schedule.
1401     unsigned RemIssueCount;
1402
1403     bool IsAcyclicLatencyLimited;
1404
1405     // Unscheduled resources
1406     SmallVector<unsigned, 16> RemainingCounts;
1407
1408     void reset() {
1409       CriticalPath = 0;
1410       CyclicCritPath = 0;
1411       RemIssueCount = 0;
1412       IsAcyclicLatencyLimited = false;
1413       RemainingCounts.clear();
1414     }
1415
1416     SchedRemainder() { reset(); }
1417
1418     void init(ScheduleDAGMI *DAG, const TargetSchedModel *SchedModel);
1419   };
1420
1421   /// Each Scheduling boundary is associated with ready queues. It tracks the
1422   /// current cycle in the direction of movement, and maintains the state
1423   /// of "hazards" and other interlocks at the current cycle.
1424   struct SchedBoundary {
1425     ScheduleDAGMI *DAG;
1426     const TargetSchedModel *SchedModel;
1427     SchedRemainder *Rem;
1428
1429     ReadyQueue Available;
1430     ReadyQueue Pending;
1431     bool CheckPending;
1432
1433     // For heuristics, keep a list of the nodes that immediately depend on the
1434     // most recently scheduled node.
1435     SmallPtrSet<const SUnit*, 8> NextSUs;
1436
1437     ScheduleHazardRecognizer *HazardRec;
1438
1439     /// Number of cycles it takes to issue the instructions scheduled in this
1440     /// zone. It is defined as: scheduled-micro-ops / issue-width + stalls.
1441     /// See getStalls().
1442     unsigned CurrCycle;
1443
1444     /// Micro-ops issued in the current cycle
1445     unsigned CurrMOps;
1446
1447     /// MinReadyCycle - Cycle of the soonest available instruction.
1448     unsigned MinReadyCycle;
1449
1450     // The expected latency of the critical path in this scheduled zone.
1451     unsigned ExpectedLatency;
1452
1453     // The latency of dependence chains leading into this zone.
1454     // For each node scheduled bottom-up: DLat = max DLat, N.Depth.
1455     // For each cycle scheduled: DLat -= 1.
1456     unsigned DependentLatency;
1457
1458     /// Count the scheduled (issued) micro-ops that can be retired by
1459     /// time=CurrCycle assuming the first scheduled instr is retired at time=0.
1460     unsigned RetiredMOps;
1461
1462     // Count scheduled resources that have been executed. Resources are
1463     // considered executed if they become ready in the time that it takes to
1464     // saturate any resource including the one in question. Counts are scaled
1465     // for direct comparison with other resources. Counts can be compared with
1466     // MOps * getMicroOpFactor and Latency * getLatencyFactor.
1467     SmallVector<unsigned, 16> ExecutedResCounts;
1468
1469     /// Cache the max count for a single resource.
1470     unsigned MaxExecutedResCount;
1471
1472     // Cache the critical resources ID in this scheduled zone.
1473     unsigned ZoneCritResIdx;
1474
1475     // Is the scheduled region resource limited vs. latency limited.
1476     bool IsResourceLimited;
1477
1478 #ifndef NDEBUG
1479     // Remember the greatest operand latency as an upper bound on the number of
1480     // times we should retry the pending queue because of a hazard.
1481     unsigned MaxObservedLatency;
1482 #endif
1483
1484     void reset() {
1485       // A new HazardRec is created for each DAG and owned by SchedBoundary.
1486       // Destroying and reconstructing it is very expensive though. So keep
1487       // invalid, placeholder HazardRecs.
1488       if (HazardRec && HazardRec->isEnabled()) {
1489         delete HazardRec;
1490         HazardRec = 0;
1491       }
1492       Available.clear();
1493       Pending.clear();
1494       CheckPending = false;
1495       NextSUs.clear();
1496       CurrCycle = 0;
1497       CurrMOps = 0;
1498       MinReadyCycle = UINT_MAX;
1499       ExpectedLatency = 0;
1500       DependentLatency = 0;
1501       RetiredMOps = 0;
1502       MaxExecutedResCount = 0;
1503       ZoneCritResIdx = 0;
1504       IsResourceLimited = false;
1505 #ifndef NDEBUG
1506       MaxObservedLatency = 0;
1507 #endif
1508       // Reserve a zero-count for invalid CritResIdx.
1509       ExecutedResCounts.resize(1);
1510       assert(!ExecutedResCounts[0] && "nonzero count for bad resource");
1511     }
1512
1513     /// Pending queues extend the ready queues with the same ID and the
1514     /// PendingFlag set.
1515     SchedBoundary(unsigned ID, const Twine &Name):
1516       DAG(0), SchedModel(0), Rem(0), Available(ID, Name+".A"),
1517       Pending(ID << ConvergingScheduler::LogMaxQID, Name+".P"),
1518       HazardRec(0) {
1519       reset();
1520     }
1521
1522     ~SchedBoundary() { delete HazardRec; }
1523
1524     void init(ScheduleDAGMI *dag, const TargetSchedModel *smodel,
1525               SchedRemainder *rem);
1526
1527     bool isTop() const {
1528       return Available.getID() == ConvergingScheduler::TopQID;
1529     }
1530
1531 #ifndef NDEBUG
1532     const char *getResourceName(unsigned PIdx) {
1533       if (!PIdx)
1534         return "MOps";
1535       return SchedModel->getProcResource(PIdx)->Name;
1536     }
1537 #endif
1538
1539     /// Get the number of latency cycles "covered" by the scheduled
1540     /// instructions. This is the larger of the critical path within the zone
1541     /// and the number of cycles required to issue the instructions.
1542     unsigned getScheduledLatency() const {
1543       return std::max(ExpectedLatency, CurrCycle);
1544     }
1545
1546     unsigned getUnscheduledLatency(SUnit *SU) const {
1547       return isTop() ? SU->getHeight() : SU->getDepth();
1548     }
1549
1550     unsigned getResourceCount(unsigned ResIdx) const {
1551       return ExecutedResCounts[ResIdx];
1552     }
1553
1554     /// Get the scaled count of scheduled micro-ops and resources, including
1555     /// executed resources.
1556     unsigned getCriticalCount() const {
1557       if (!ZoneCritResIdx)
1558         return RetiredMOps * SchedModel->getMicroOpFactor();
1559       return getResourceCount(ZoneCritResIdx);
1560     }
1561
1562     /// Get a scaled count for the minimum execution time of the scheduled
1563     /// micro-ops that are ready to execute by getExecutedCount. Notice the
1564     /// feedback loop.
1565     unsigned getExecutedCount() const {
1566       return std::max(CurrCycle * SchedModel->getLatencyFactor(),
1567                       MaxExecutedResCount);
1568     }
1569
1570     bool checkHazard(SUnit *SU);
1571
1572     unsigned findMaxLatency(ArrayRef<SUnit*> ReadySUs);
1573
1574     unsigned getOtherResourceCount(unsigned &OtherCritIdx);
1575
1576     void setPolicy(CandPolicy &Policy, SchedBoundary &OtherZone);
1577
1578     void releaseNode(SUnit *SU, unsigned ReadyCycle);
1579
1580     void bumpCycle(unsigned NextCycle);
1581
1582     void incExecutedResources(unsigned PIdx, unsigned Count);
1583
1584     unsigned countResource(unsigned PIdx, unsigned Cycles, unsigned ReadyCycle);
1585
1586     void bumpNode(SUnit *SU);
1587
1588     void releasePending();
1589
1590     void removeReady(SUnit *SU);
1591
1592     SUnit *pickOnlyChoice();
1593
1594 #ifndef NDEBUG
1595     void dumpScheduledState();
1596 #endif
1597   };
1598
1599 private:
1600   const MachineSchedContext *Context;
1601   ScheduleDAGMI *DAG;
1602   const TargetSchedModel *SchedModel;
1603   const TargetRegisterInfo *TRI;
1604
1605   // State of the top and bottom scheduled instruction boundaries.
1606   SchedRemainder Rem;
1607   SchedBoundary Top;
1608   SchedBoundary Bot;
1609
1610   MachineSchedPolicy RegionPolicy;
1611 public:
1612   /// SUnit::NodeQueueId: 0 (none), 1 (top), 2 (bot), 3 (both)
1613   enum {
1614     TopQID = 1,
1615     BotQID = 2,
1616     LogMaxQID = 2
1617   };
1618
1619   ConvergingScheduler(const MachineSchedContext *C):
1620     Context(C), DAG(0), SchedModel(0), TRI(0),
1621     Top(TopQID, "TopQ"), Bot(BotQID, "BotQ") {}
1622
1623   virtual void initPolicy(MachineBasicBlock::iterator Begin,
1624                           MachineBasicBlock::iterator End,
1625                           unsigned NumRegionInstrs);
1626
1627   bool shouldTrackPressure() const { return RegionPolicy.ShouldTrackPressure; }
1628
1629   virtual void initialize(ScheduleDAGMI *dag);
1630
1631   virtual SUnit *pickNode(bool &IsTopNode);
1632
1633   virtual void schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode);
1634
1635   virtual void releaseTopNode(SUnit *SU);
1636
1637   virtual void releaseBottomNode(SUnit *SU);
1638
1639   virtual void registerRoots();
1640
1641 protected:
1642   void checkAcyclicLatency();
1643
1644   void tryCandidate(SchedCandidate &Cand,
1645                     SchedCandidate &TryCand,
1646                     SchedBoundary &Zone,
1647                     const RegPressureTracker &RPTracker,
1648                     RegPressureTracker &TempTracker);
1649
1650   SUnit *pickNodeBidirectional(bool &IsTopNode);
1651
1652   void pickNodeFromQueue(SchedBoundary &Zone,
1653                          const RegPressureTracker &RPTracker,
1654                          SchedCandidate &Candidate);
1655
1656   void reschedulePhysRegCopies(SUnit *SU, bool isTop);
1657
1658 #ifndef NDEBUG
1659   void traceCandidate(const SchedCandidate &Cand);
1660 #endif
1661 };
1662 } // namespace
1663
1664 void ConvergingScheduler::SchedRemainder::
1665 init(ScheduleDAGMI *DAG, const TargetSchedModel *SchedModel) {
1666   reset();
1667   if (!SchedModel->hasInstrSchedModel())
1668     return;
1669   RemainingCounts.resize(SchedModel->getNumProcResourceKinds());
1670   for (std::vector<SUnit>::iterator
1671          I = DAG->SUnits.begin(), E = DAG->SUnits.end(); I != E; ++I) {
1672     const MCSchedClassDesc *SC = DAG->getSchedClass(&*I);
1673     RemIssueCount += SchedModel->getNumMicroOps(I->getInstr(), SC)
1674       * SchedModel->getMicroOpFactor();
1675     for (TargetSchedModel::ProcResIter
1676            PI = SchedModel->getWriteProcResBegin(SC),
1677            PE = SchedModel->getWriteProcResEnd(SC); PI != PE; ++PI) {
1678       unsigned PIdx = PI->ProcResourceIdx;
1679       unsigned Factor = SchedModel->getResourceFactor(PIdx);
1680       RemainingCounts[PIdx] += (Factor * PI->Cycles);
1681     }
1682   }
1683 }
1684
1685 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::
1686 init(ScheduleDAGMI *dag, const TargetSchedModel *smodel, SchedRemainder *rem) {
1687   reset();
1688   DAG = dag;
1689   SchedModel = smodel;
1690   Rem = rem;
1691   if (SchedModel->hasInstrSchedModel())
1692     ExecutedResCounts.resize(SchedModel->getNumProcResourceKinds());
1693 }
1694
1695 /// Initialize the per-region scheduling policy.
1696 void ConvergingScheduler::initPolicy(MachineBasicBlock::iterator Begin,
1697                                      MachineBasicBlock::iterator End,
1698                                      unsigned NumRegionInstrs) {
1699   const TargetMachine &TM = Context->MF->getTarget();
1700
1701   // Avoid setting up the register pressure tracker for small regions to save
1702   // compile time. As a rough heuristic, only track pressure when the number of
1703   // schedulable instructions exceeds half the integer register file.
1704   unsigned NIntRegs = Context->RegClassInfo->getNumAllocatableRegs(
1705     TM.getTargetLowering()->getRegClassFor(MVT::i32));
1706
1707   RegionPolicy.ShouldTrackPressure = NumRegionInstrs > (NIntRegs / 2);
1708
1709   // For generic targets, we default to bottom-up, because it's simpler and more
1710   // compile-time optimizations have been implemented in that direction.
1711   RegionPolicy.OnlyBottomUp = true;
1712
1713   // Allow the subtarget to override default policy.
1714   const TargetSubtargetInfo &ST = TM.getSubtarget<TargetSubtargetInfo>();
1715   ST.overrideSchedPolicy(RegionPolicy, Begin, End, NumRegionInstrs);
1716
1717   // After subtarget overrides, apply command line options.
1718   if (!EnableRegPressure)
1719     RegionPolicy.ShouldTrackPressure = false;
1720
1721   // Check -misched-topdown/bottomup can force or unforce scheduling direction.
1722   // e.g. -misched-bottomup=false allows scheduling in both directions.
1723   assert((!ForceTopDown || !ForceBottomUp) &&
1724          "-misched-topdown incompatible with -misched-bottomup");
1725   if (ForceBottomUp.getNumOccurrences() > 0) {
1726     RegionPolicy.OnlyBottomUp = ForceBottomUp;
1727     if (RegionPolicy.OnlyBottomUp)
1728       RegionPolicy.OnlyTopDown = false;
1729   }
1730   if (ForceTopDown.getNumOccurrences() > 0) {
1731     RegionPolicy.OnlyTopDown = ForceTopDown;
1732     if (RegionPolicy.OnlyTopDown)
1733       RegionPolicy.OnlyBottomUp = false;
1734   }
1735 }
1736
1737 void ConvergingScheduler::initialize(ScheduleDAGMI *dag) {
1738   DAG = dag;
1739   SchedModel = DAG->getSchedModel();
1740   TRI = DAG->TRI;
1741
1742   Rem.init(DAG, SchedModel);
1743   Top.init(DAG, SchedModel, &Rem);
1744   Bot.init(DAG, SchedModel, &Rem);
1745
1746   // Initialize resource counts.
1747
1748   // Initialize the HazardRecognizers. If itineraries don't exist, are empty, or
1749   // are disabled, then these HazardRecs will be disabled.
1750   const InstrItineraryData *Itin = SchedModel->getInstrItineraries();
1751   const TargetMachine &TM = DAG->MF.getTarget();
1752   if (!Top.HazardRec) {
1753     Top.HazardRec =
1754       TM.getInstrInfo()->CreateTargetMIHazardRecognizer(Itin, DAG);
1755   }
1756   if (!Bot.HazardRec) {
1757     Bot.HazardRec =
1758       TM.getInstrInfo()->CreateTargetMIHazardRecognizer(Itin, DAG);
1759   }
1760 }
1761
1762 void ConvergingScheduler::releaseTopNode(SUnit *SU) {
1763   if (SU->isScheduled)
1764     return;
1765
1766   for (SUnit::pred_iterator I = SU->Preds.begin(), E = SU->Preds.end();
1767        I != E; ++I) {
1768     if (I->isWeak())
1769       continue;
1770     unsigned PredReadyCycle = I->getSUnit()->TopReadyCycle;
1771     unsigned Latency = I->getLatency();
1772 #ifndef NDEBUG
1773     Top.MaxObservedLatency = std::max(Latency, Top.MaxObservedLatency);
1774 #endif
1775     if (SU->TopReadyCycle < PredReadyCycle + Latency)
1776       SU->TopReadyCycle = PredReadyCycle + Latency;
1777   }
1778   Top.releaseNode(SU, SU->TopReadyCycle);
1779 }
1780
1781 void ConvergingScheduler::releaseBottomNode(SUnit *SU) {
1782   if (SU->isScheduled)
1783     return;
1784
1785   assert(SU->getInstr() && "Scheduled SUnit must have instr");
1786
1787   for (SUnit::succ_iterator I = SU->Succs.begin(), E = SU->Succs.end();
1788        I != E; ++I) {
1789     if (I->isWeak())
1790       continue;
1791     unsigned SuccReadyCycle = I->getSUnit()->BotReadyCycle;
1792     unsigned Latency = I->getLatency();
1793 #ifndef NDEBUG
1794     Bot.MaxObservedLatency = std::max(Latency, Bot.MaxObservedLatency);
1795 #endif
1796     if (SU->BotReadyCycle < SuccReadyCycle + Latency)
1797       SU->BotReadyCycle = SuccReadyCycle + Latency;
1798   }
1799   Bot.releaseNode(SU, SU->BotReadyCycle);
1800 }
1801
1802 /// Set IsAcyclicLatencyLimited if the acyclic path is longer than the cyclic
1803 /// critical path by more cycles than it takes to drain the instruction buffer.
1804 /// We estimate an upper bounds on in-flight instructions as:
1805 ///
1806 /// CyclesPerIteration = max( CyclicPath, Loop-Resource-Height )
1807 /// InFlightIterations = AcyclicPath / CyclesPerIteration
1808 /// InFlightResources = InFlightIterations * LoopResources
1809 ///
1810 /// TODO: Check execution resources in addition to IssueCount.
1811 void ConvergingScheduler::checkAcyclicLatency() {
1812   if (Rem.CyclicCritPath == 0 || Rem.CyclicCritPath >= Rem.CriticalPath)
1813     return;
1814
1815   // Scaled number of cycles per loop iteration.
1816   unsigned IterCount =
1817     std::max(Rem.CyclicCritPath * SchedModel->getLatencyFactor(),
1818              Rem.RemIssueCount);
1819   // Scaled acyclic critical path.
1820   unsigned AcyclicCount = Rem.CriticalPath * SchedModel->getLatencyFactor();
1821   // InFlightCount = (AcyclicPath / IterCycles) * InstrPerLoop
1822   unsigned InFlightCount =
1823     (AcyclicCount * Rem.RemIssueCount + IterCount-1) / IterCount;
1824   unsigned BufferLimit =
1825     SchedModel->getMicroOpBufferSize() * SchedModel->getMicroOpFactor();
1826
1827   Rem.IsAcyclicLatencyLimited = InFlightCount > BufferLimit;
1828
1829   DEBUG(dbgs() << "IssueCycles="
1830         << Rem.RemIssueCount / SchedModel->getLatencyFactor() << "c "
1831         << "IterCycles=" << IterCount / SchedModel->getLatencyFactor()
1832         << "c NumIters=" << (AcyclicCount + IterCount-1) / IterCount
1833         << " InFlight=" << InFlightCount / SchedModel->getMicroOpFactor()
1834         << "m BufferLim=" << SchedModel->getMicroOpBufferSize() << "m\n";
1835         if (Rem.IsAcyclicLatencyLimited)
1836           dbgs() << "  ACYCLIC LATENCY LIMIT\n");
1837 }
1838
1839 void ConvergingScheduler::registerRoots() {
1840   Rem.CriticalPath = DAG->ExitSU.getDepth();
1841
1842   // Some roots may not feed into ExitSU. Check all of them in case.
1843   for (std::vector<SUnit*>::const_iterator
1844          I = Bot.Available.begin(), E = Bot.Available.end(); I != E; ++I) {
1845     if ((*I)->getDepth() > Rem.CriticalPath)
1846       Rem.CriticalPath = (*I)->getDepth();
1847   }
1848   DEBUG(dbgs() << "Critical Path: " << Rem.CriticalPath << '\n');
1849
1850   if (EnableCyclicPath) {
1851     Rem.CyclicCritPath = DAG->computeCyclicCriticalPath();
1852     checkAcyclicLatency();
1853   }
1854 }
1855
1856 /// Does this SU have a hazard within the current instruction group.
1857 ///
1858 /// The scheduler supports two modes of hazard recognition. The first is the
1859 /// ScheduleHazardRecognizer API. It is a fully general hazard recognizer that
1860 /// supports highly complicated in-order reservation tables
1861 /// (ScoreboardHazardRecognizer) and arbitraty target-specific logic.
1862 ///
1863 /// The second is a streamlined mechanism that checks for hazards based on
1864 /// simple counters that the scheduler itself maintains. It explicitly checks
1865 /// for instruction dispatch limitations, including the number of micro-ops that
1866 /// can dispatch per cycle.
1867 ///
1868 /// TODO: Also check whether the SU must start a new group.
1869 bool ConvergingScheduler::SchedBoundary::checkHazard(SUnit *SU) {
1870   if (HazardRec->isEnabled())
1871     return HazardRec->getHazardType(SU) != ScheduleHazardRecognizer::NoHazard;
1872
1873   unsigned uops = SchedModel->getNumMicroOps(SU->getInstr());
1874   if ((CurrMOps > 0) && (CurrMOps + uops > SchedModel->getIssueWidth())) {
1875     DEBUG(dbgs() << "  SU(" << SU->NodeNum << ") uops="
1876           << SchedModel->getNumMicroOps(SU->getInstr()) << '\n');
1877     return true;
1878   }
1879   return false;
1880 }
1881
1882 // Find the unscheduled node in ReadySUs with the highest latency.
1883 unsigned ConvergingScheduler::SchedBoundary::
1884 findMaxLatency(ArrayRef<SUnit*> ReadySUs) {
1885   SUnit *LateSU = 0;
1886   unsigned RemLatency = 0;
1887   for (ArrayRef<SUnit*>::iterator I = ReadySUs.begin(), E = ReadySUs.end();
1888        I != E; ++I) {
1889     unsigned L = getUnscheduledLatency(*I);
1890     if (L > RemLatency) {
1891       RemLatency = L;
1892       LateSU = *I;
1893     }
1894   }
1895   if (LateSU) {
1896     DEBUG(dbgs() << Available.getName() << " RemLatency SU("
1897           << LateSU->NodeNum << ") " << RemLatency << "c\n");
1898   }
1899   return RemLatency;
1900 }
1901
1902 // Count resources in this zone and the remaining unscheduled
1903 // instruction. Return the max count, scaled. Set OtherCritIdx to the critical
1904 // resource index, or zero if the zone is issue limited.
1905 unsigned ConvergingScheduler::SchedBoundary::
1906 getOtherResourceCount(unsigned &OtherCritIdx) {
1907   OtherCritIdx = 0;
1908   if (!SchedModel->hasInstrSchedModel())
1909     return 0;
1910
1911   unsigned OtherCritCount = Rem->RemIssueCount
1912     + (RetiredMOps * SchedModel->getMicroOpFactor());
1913   DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName() << " + Remain MOps: "
1914         << OtherCritCount / SchedModel->getMicroOpFactor() << '\n');
1915   for (unsigned PIdx = 1, PEnd = SchedModel->getNumProcResourceKinds();
1916        PIdx != PEnd; ++PIdx) {
1917     unsigned OtherCount = getResourceCount(PIdx) + Rem->RemainingCounts[PIdx];
1918     if (OtherCount > OtherCritCount) {
1919       OtherCritCount = OtherCount;
1920       OtherCritIdx = PIdx;
1921     }
1922   }
1923   if (OtherCritIdx) {
1924     DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName() << " + Remain CritRes: "
1925           << OtherCritCount / SchedModel->getResourceFactor(OtherCritIdx)
1926           << " " << getResourceName(OtherCritIdx) << "\n");
1927   }
1928   return OtherCritCount;
1929 }
1930
1931 /// Set the CandPolicy for this zone given the current resources and latencies
1932 /// inside and outside the zone.
1933 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::setPolicy(CandPolicy &Policy,
1934                                                    SchedBoundary &OtherZone) {
1935   // Now that potential stalls have been considered, apply preemptive heuristics
1936   // based on the the total latency and resources inside and outside this
1937   // zone.
1938
1939   // Compute remaining latency. We need this both to determine whether the
1940   // overall schedule has become latency-limited and whether the instructions
1941   // outside this zone are resource or latency limited.
1942   //
1943   // The "dependent" latency is updated incrementally during scheduling as the
1944   // max height/depth of scheduled nodes minus the cycles since it was
1945   // scheduled:
1946   //   DLat = max (N.depth - (CurrCycle - N.ReadyCycle) for N in Zone
1947   //
1948   // The "independent" latency is the max ready queue depth:
1949   //   ILat = max N.depth for N in Available|Pending
1950   //
1951   // RemainingLatency is the greater of independent and dependent latency.
1952   unsigned RemLatency = DependentLatency;
1953   RemLatency = std::max(RemLatency, findMaxLatency(Available.elements()));
1954   RemLatency = std::max(RemLatency, findMaxLatency(Pending.elements()));
1955
1956   // Compute the critical resource outside the zone.
1957   unsigned OtherCritIdx;
1958   unsigned OtherCount = OtherZone.getOtherResourceCount(OtherCritIdx);
1959
1960   bool OtherResLimited = false;
1961   if (SchedModel->hasInstrSchedModel()) {
1962     unsigned LFactor = SchedModel->getLatencyFactor();
1963     OtherResLimited = (int)(OtherCount - (RemLatency * LFactor)) > (int)LFactor;
1964   }
1965   if (!OtherResLimited && (RemLatency + CurrCycle > Rem->CriticalPath)) {
1966     Policy.ReduceLatency |= true;
1967     DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName() << " RemainingLatency "
1968           << RemLatency << " + " << CurrCycle << "c > CritPath "
1969           << Rem->CriticalPath << "\n");
1970   }
1971   // If the same resource is limiting inside and outside the zone, do nothing.
1972   if (ZoneCritResIdx == OtherCritIdx)
1973     return;
1974
1975   DEBUG(
1976     if (IsResourceLimited) {
1977       dbgs() << "  " << Available.getName() << " ResourceLimited: "
1978              << getResourceName(ZoneCritResIdx) << "\n";
1979     }
1980     if (OtherResLimited)
1981       dbgs() << "  RemainingLimit: " << getResourceName(OtherCritIdx) << "\n";
1982     if (!IsResourceLimited && !OtherResLimited)
1983       dbgs() << "  Latency limited both directions.\n");
1984
1985   if (IsResourceLimited && !Policy.ReduceResIdx)
1986     Policy.ReduceResIdx = ZoneCritResIdx;
1987
1988   if (OtherResLimited)
1989     Policy.DemandResIdx = OtherCritIdx;
1990 }
1991
1992 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::releaseNode(SUnit *SU,
1993                                                      unsigned ReadyCycle) {
1994   if (ReadyCycle < MinReadyCycle)
1995     MinReadyCycle = ReadyCycle;
1996
1997   // Check for interlocks first. For the purpose of other heuristics, an
1998   // instruction that cannot issue appears as if it's not in the ReadyQueue.
1999   bool IsBuffered = SchedModel->getMicroOpBufferSize() != 0;
2000   if ((!IsBuffered && ReadyCycle > CurrCycle) || checkHazard(SU))
2001     Pending.push(SU);
2002   else
2003     Available.push(SU);
2004
2005   // Record this node as an immediate dependent of the scheduled node.
2006   NextSUs.insert(SU);
2007 }
2008
2009 /// Move the boundary of scheduled code by one cycle.
2010 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::bumpCycle(unsigned NextCycle) {
2011   if (SchedModel->getMicroOpBufferSize() == 0) {
2012     assert(MinReadyCycle < UINT_MAX && "MinReadyCycle uninitialized");
2013     if (MinReadyCycle > NextCycle)
2014       NextCycle = MinReadyCycle;
2015   }
2016   // Update the current micro-ops, which will issue in the next cycle.
2017   unsigned DecMOps = SchedModel->getIssueWidth() * (NextCycle - CurrCycle);
2018   CurrMOps = (CurrMOps <= DecMOps) ? 0 : CurrMOps - DecMOps;
2019
2020   // Decrement DependentLatency based on the next cycle.
2021   if ((NextCycle - CurrCycle) > DependentLatency)
2022     DependentLatency = 0;
2023   else
2024     DependentLatency -= (NextCycle - CurrCycle);
2025
2026   if (!HazardRec->isEnabled()) {
2027     // Bypass HazardRec virtual calls.
2028     CurrCycle = NextCycle;
2029   }
2030   else {
2031     // Bypass getHazardType calls in case of long latency.
2032     for (; CurrCycle != NextCycle; ++CurrCycle) {
2033       if (isTop())
2034         HazardRec->AdvanceCycle();
2035       else
2036         HazardRec->RecedeCycle();
2037     }
2038   }
2039   CheckPending = true;
2040   unsigned LFactor = SchedModel->getLatencyFactor();
2041   IsResourceLimited =
2042     (int)(getCriticalCount() - (getScheduledLatency() * LFactor))
2043     > (int)LFactor;
2044
2045   DEBUG(dbgs() << "Cycle: " << CurrCycle << ' ' << Available.getName() << '\n');
2046 }
2047
2048 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::incExecutedResources(unsigned PIdx,
2049                                                               unsigned Count) {
2050   ExecutedResCounts[PIdx] += Count;
2051   if (ExecutedResCounts[PIdx] > MaxExecutedResCount)
2052     MaxExecutedResCount = ExecutedResCounts[PIdx];
2053 }
2054
2055 /// Add the given processor resource to this scheduled zone.
2056 ///
2057 /// \param Cycles indicates the number of consecutive (non-pipelined) cycles
2058 /// during which this resource is consumed.
2059 ///
2060 /// \return the next cycle at which the instruction may execute without
2061 /// oversubscribing resources.
2062 unsigned ConvergingScheduler::SchedBoundary::
2063 countResource(unsigned PIdx, unsigned Cycles, unsigned ReadyCycle) {
2064   unsigned Factor = SchedModel->getResourceFactor(PIdx);
2065   unsigned Count = Factor * Cycles;
2066   DEBUG(dbgs() << "  " << getResourceName(PIdx)
2067         << " +" << Cycles << "x" << Factor << "u\n");
2068
2069   // Update Executed resources counts.
2070   incExecutedResources(PIdx, Count);
2071   assert(Rem->RemainingCounts[PIdx] >= Count && "resource double counted");
2072   Rem->RemainingCounts[PIdx] -= Count;
2073
2074   // Check if this resource exceeds the current critical resource. If so, it
2075   // becomes the critical resource.
2076   if (ZoneCritResIdx != PIdx && (getResourceCount(PIdx) > getCriticalCount())) {
2077     ZoneCritResIdx = PIdx;
2078     DEBUG(dbgs() << "  *** Critical resource "
2079           << getResourceName(PIdx) << ": "
2080           << getResourceCount(PIdx) / SchedModel->getLatencyFactor() << "c\n");
2081   }
2082   // TODO: We don't yet model reserved resources. It's not hard though.
2083   return CurrCycle;
2084 }
2085
2086 /// Move the boundary of scheduled code by one SUnit.
2087 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::bumpNode(SUnit *SU) {
2088   // Update the reservation table.
2089   if (HazardRec->isEnabled()) {
2090     if (!isTop() && SU->isCall) {
2091       // Calls are scheduled with their preceding instructions. For bottom-up
2092       // scheduling, clear the pipeline state before emitting.
2093       HazardRec->Reset();
2094     }
2095     HazardRec->EmitInstruction(SU);
2096   }
2097   const MCSchedClassDesc *SC = DAG->getSchedClass(SU);
2098   unsigned IncMOps = SchedModel->getNumMicroOps(SU->getInstr());
2099   CurrMOps += IncMOps;
2100   // checkHazard prevents scheduling multiple instructions per cycle that exceed
2101   // issue width. However, we commonly reach the maximum. In this case
2102   // opportunistically bump the cycle to avoid uselessly checking everything in
2103   // the readyQ. Furthermore, a single instruction may produce more than one
2104   // cycle's worth of micro-ops.
2105   //
2106   // TODO: Also check if this SU must end a dispatch group.
2107   unsigned NextCycle = CurrCycle;
2108   if (CurrMOps >= SchedModel->getIssueWidth()) {
2109     ++NextCycle;
2110     DEBUG(dbgs() << "  *** Max MOps " << CurrMOps
2111           << " at cycle " << CurrCycle << '\n');
2112   }
2113   unsigned ReadyCycle = (isTop() ? SU->TopReadyCycle : SU->BotReadyCycle);
2114   DEBUG(dbgs() << "  Ready @" << ReadyCycle << "c\n");
2115
2116   switch (SchedModel->getMicroOpBufferSize()) {
2117   case 0:
2118     assert(ReadyCycle <= CurrCycle && "Broken PendingQueue");
2119     break;
2120   case 1:
2121     if (ReadyCycle > NextCycle) {
2122       NextCycle = ReadyCycle;
2123       DEBUG(dbgs() << "  *** Stall until: " << ReadyCycle << "\n");
2124     }
2125     break;
2126   default:
2127     // We don't currently model the OOO reorder buffer, so consider all
2128     // scheduled MOps to be "retired".
2129     break;
2130   }
2131   RetiredMOps += IncMOps;
2132
2133   // Update resource counts and critical resource.
2134   if (SchedModel->hasInstrSchedModel()) {
2135     unsigned DecRemIssue = IncMOps * SchedModel->getMicroOpFactor();
2136     assert(Rem->RemIssueCount >= DecRemIssue && "MOps double counted");
2137     Rem->RemIssueCount -= DecRemIssue;
2138     if (ZoneCritResIdx) {
2139       // Scale scheduled micro-ops for comparing with the critical resource.
2140       unsigned ScaledMOps =
2141         RetiredMOps * SchedModel->getMicroOpFactor();
2142
2143       // If scaled micro-ops are now more than the previous critical resource by
2144       // a full cycle, then micro-ops issue becomes critical.
2145       if ((int)(ScaledMOps - getResourceCount(ZoneCritResIdx))
2146           >= (int)SchedModel->getLatencyFactor()) {
2147         ZoneCritResIdx = 0;
2148         DEBUG(dbgs() << "  *** Critical resource NumMicroOps: "
2149               << ScaledMOps / SchedModel->getLatencyFactor() << "c\n");
2150       }
2151     }
2152     for (TargetSchedModel::ProcResIter
2153            PI = SchedModel->getWriteProcResBegin(SC),
2154            PE = SchedModel->getWriteProcResEnd(SC); PI != PE; ++PI) {
2155       unsigned RCycle =
2156         countResource(PI->ProcResourceIdx, PI->Cycles, ReadyCycle);
2157       if (RCycle > NextCycle)
2158         NextCycle = RCycle;
2159     }
2160   }
2161   // Update ExpectedLatency and DependentLatency.
2162   unsigned &TopLatency = isTop() ? ExpectedLatency : DependentLatency;
2163   unsigned &BotLatency = isTop() ? DependentLatency : ExpectedLatency;
2164   if (SU->getDepth() > TopLatency) {
2165     TopLatency = SU->getDepth();
2166     DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName()
2167           << " TopLatency SU(" << SU->NodeNum << ") " << TopLatency << "c\n");
2168   }
2169   if (SU->getHeight() > BotLatency) {
2170     BotLatency = SU->getHeight();
2171     DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName()
2172           << " BotLatency SU(" << SU->NodeNum << ") " << BotLatency << "c\n");
2173   }
2174   // If we stall for any reason, bump the cycle.
2175   if (NextCycle > CurrCycle) {
2176     bumpCycle(NextCycle);
2177   }
2178   else {
2179     // After updating ZoneCritResIdx and ExpectedLatency, check if we're
2180     // resource limited. If a stall occured, bumpCycle does this.
2181     unsigned LFactor = SchedModel->getLatencyFactor();
2182     IsResourceLimited =
2183       (int)(getCriticalCount() - (getScheduledLatency() * LFactor))
2184       > (int)LFactor;
2185   }
2186   DEBUG(dumpScheduledState());
2187 }
2188
2189 /// Release pending ready nodes in to the available queue. This makes them
2190 /// visible to heuristics.
2191 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::releasePending() {
2192   // If the available queue is empty, it is safe to reset MinReadyCycle.
2193   if (Available.empty())
2194     MinReadyCycle = UINT_MAX;
2195
2196   // Check to see if any of the pending instructions are ready to issue.  If
2197   // so, add them to the available queue.
2198   bool IsBuffered = SchedModel->getMicroOpBufferSize() != 0;
2199   for (unsigned i = 0, e = Pending.size(); i != e; ++i) {
2200     SUnit *SU = *(Pending.begin()+i);
2201     unsigned ReadyCycle = isTop() ? SU->TopReadyCycle : SU->BotReadyCycle;
2202
2203     if (ReadyCycle < MinReadyCycle)
2204       MinReadyCycle = ReadyCycle;
2205
2206     if (!IsBuffered && ReadyCycle > CurrCycle)
2207       continue;
2208
2209     if (checkHazard(SU))
2210       continue;
2211
2212     Available.push(SU);
2213     Pending.remove(Pending.begin()+i);
2214     --i; --e;
2215   }
2216   DEBUG(if (!Pending.empty()) Pending.dump());
2217   CheckPending = false;
2218 }
2219
2220 /// Remove SU from the ready set for this boundary.
2221 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::removeReady(SUnit *SU) {
2222   if (Available.isInQueue(SU))
2223     Available.remove(Available.find(SU));
2224   else {
2225     assert(Pending.isInQueue(SU) && "bad ready count");
2226     Pending.remove(Pending.find(SU));
2227   }
2228 }
2229
2230 /// If this queue only has one ready candidate, return it. As a side effect,
2231 /// defer any nodes that now hit a hazard, and advance the cycle until at least
2232 /// one node is ready. If multiple instructions are ready, return NULL.
2233 SUnit *ConvergingScheduler::SchedBoundary::pickOnlyChoice() {
2234   if (CheckPending)
2235     releasePending();
2236
2237   if (CurrMOps > 0) {
2238     // Defer any ready instrs that now have a hazard.
2239     for (ReadyQueue::iterator I = Available.begin(); I != Available.end();) {
2240       if (checkHazard(*I)) {
2241         Pending.push(*I);
2242         I = Available.remove(I);
2243         continue;
2244       }
2245       ++I;
2246     }
2247   }
2248   for (unsigned i = 0; Available.empty(); ++i) {
2249     assert(i <= (HazardRec->getMaxLookAhead() + MaxObservedLatency) &&
2250            "permanent hazard"); (void)i;
2251     bumpCycle(CurrCycle + 1);
2252     releasePending();
2253   }
2254   if (Available.size() == 1)
2255     return *Available.begin();
2256   return NULL;
2257 }
2258
2259 #ifndef NDEBUG
2260 // This is useful information to dump after bumpNode.
2261 // Note that the Queue contents are more useful before pickNodeFromQueue.
2262 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::dumpScheduledState() {
2263   unsigned ResFactor;
2264   unsigned ResCount;
2265   if (ZoneCritResIdx) {
2266     ResFactor = SchedModel->getResourceFactor(ZoneCritResIdx);
2267     ResCount = getResourceCount(ZoneCritResIdx);
2268   }
2269   else {
2270     ResFactor = SchedModel->getMicroOpFactor();
2271     ResCount = RetiredMOps * SchedModel->getMicroOpFactor();
2272   }
2273   unsigned LFactor = SchedModel->getLatencyFactor();
2274   dbgs() << Available.getName() << " @" << CurrCycle << "c\n"
2275          << "  Retired: " << RetiredMOps;
2276   dbgs() << "\n  Executed: " << getExecutedCount() / LFactor << "c";
2277   dbgs() << "\n  Critical: " << ResCount / LFactor << "c, "
2278          << ResCount / ResFactor << " " << getResourceName(ZoneCritResIdx)
2279          << "\n  ExpectedLatency: " << ExpectedLatency << "c\n"
2280          << (IsResourceLimited ? "  - Resource" : "  - Latency")
2281          << " limited.\n";
2282 }
2283 #endif
2284
2285 void ConvergingScheduler::SchedCandidate::
2286 initResourceDelta(const ScheduleDAGMI *DAG,
2287                   const TargetSchedModel *SchedModel) {
2288   if (!Policy.ReduceResIdx && !Policy.DemandResIdx)
2289     return;
2290
2291   const MCSchedClassDesc *SC = DAG->getSchedClass(SU);
2292   for (TargetSchedModel::ProcResIter
2293          PI = SchedModel->getWriteProcResBegin(SC),
2294          PE = SchedModel->getWriteProcResEnd(SC); PI != PE; ++PI) {
2295     if (PI->ProcResourceIdx == Policy.ReduceResIdx)
2296       ResDelta.CritResources += PI->Cycles;
2297     if (PI->ProcResourceIdx == Policy.DemandResIdx)
2298       ResDelta.DemandedResources += PI->Cycles;
2299   }
2300 }
2301
2302
2303 /// Return true if this heuristic determines order.
2304 static bool tryLess(int TryVal, int CandVal,
2305                     ConvergingScheduler::SchedCandidate &TryCand,
2306                     ConvergingScheduler::SchedCandidate &Cand,
2307                     ConvergingScheduler::CandReason Reason) {
2308   if (TryVal < CandVal) {
2309     TryCand.Reason = Reason;
2310     return true;
2311   }
2312   if (TryVal > CandVal) {
2313     if (Cand.Reason > Reason)
2314       Cand.Reason = Reason;
2315     return true;
2316   }
2317   Cand.setRepeat(Reason);
2318   return false;
2319 }
2320
2321 static bool tryGreater(int TryVal, int CandVal,
2322                        ConvergingScheduler::SchedCandidate &TryCand,
2323                        ConvergingScheduler::SchedCandidate &Cand,
2324                        ConvergingScheduler::CandReason Reason) {
2325   if (TryVal > CandVal) {
2326     TryCand.Reason = Reason;
2327     return true;
2328   }
2329   if (TryVal < CandVal) {
2330     if (Cand.Reason > Reason)
2331       Cand.Reason = Reason;
2332     return true;
2333   }
2334   Cand.setRepeat(Reason);
2335   return false;
2336 }
2337
2338 static bool tryPressure(const PressureChange &TryP,
2339                         const PressureChange &CandP,
2340                         ConvergingScheduler::SchedCandidate &TryCand,
2341                         ConvergingScheduler::SchedCandidate &Cand,
2342                         ConvergingScheduler::CandReason Reason) {
2343   int TryRank = TryP.getPSetOrMax();
2344   int CandRank = CandP.getPSetOrMax();
2345   // If both candidates affect the same set, go with the smallest increase.
2346   if (TryRank == CandRank) {
2347     return tryLess(TryP.getUnitInc(), CandP.getUnitInc(), TryCand, Cand,
2348                    Reason);
2349   }
2350   // If one candidate decreases and the other increases, go with it.
2351   // Invalid candidates have UnitInc==0.
2352   if (tryLess(TryP.getUnitInc() < 0, CandP.getUnitInc() < 0, TryCand, Cand,
2353               Reason)) {
2354     return true;
2355   }
2356   // If the candidates are decreasing pressure, reverse priority.
2357   if (TryP.getUnitInc() < 0)
2358     std::swap(TryRank, CandRank);
2359   return tryGreater(TryRank, CandRank, TryCand, Cand, Reason);
2360 }
2361
2362 static unsigned getWeakLeft(const SUnit *SU, bool isTop) {
2363   return (isTop) ? SU->WeakPredsLeft : SU->WeakSuccsLeft;
2364 }
2365
2366 /// Minimize physical register live ranges. Regalloc wants them adjacent to
2367 /// their physreg def/use.
2368 ///
2369 /// FIXME: This is an unnecessary check on the critical path. Most are root/leaf
2370 /// copies which can be prescheduled. The rest (e.g. x86 MUL) could be bundled
2371 /// with the operation that produces or consumes the physreg. We'll do this when
2372 /// regalloc has support for parallel copies.
2373 static int biasPhysRegCopy(const SUnit *SU, bool isTop) {
2374   const MachineInstr *MI = SU->getInstr();
2375   if (!MI->isCopy())
2376     return 0;
2377
2378   unsigned ScheduledOper = isTop ? 1 : 0;
2379   unsigned UnscheduledOper = isTop ? 0 : 1;
2380   // If we have already scheduled the physreg produce/consumer, immediately
2381   // schedule the copy.
2382   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(
2383         MI->getOperand(ScheduledOper).getReg()))
2384     return 1;
2385   // If the physreg is at the boundary, defer it. Otherwise schedule it
2386   // immediately to free the dependent. We can hoist the copy later.
2387   bool AtBoundary = isTop ? !SU->NumSuccsLeft : !SU->NumPredsLeft;
2388   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(
2389         MI->getOperand(UnscheduledOper).getReg()))
2390     return AtBoundary ? -1 : 1;
2391   return 0;
2392 }
2393
2394 static bool tryLatency(ConvergingScheduler::SchedCandidate &TryCand,
2395                        ConvergingScheduler::SchedCandidate &Cand,
2396                        ConvergingScheduler::SchedBoundary &Zone) {
2397   if (Zone.isTop()) {
2398     if (Cand.SU->getDepth() > Zone.getScheduledLatency()) {
2399       if (tryLess(TryCand.SU->getDepth(), Cand.SU->getDepth(),
2400                   TryCand, Cand, ConvergingScheduler::TopDepthReduce))
2401         return true;
2402     }
2403     if (tryGreater(TryCand.SU->getHeight(), Cand.SU->getHeight(),
2404                    TryCand, Cand, ConvergingScheduler::TopPathReduce))
2405       return true;
2406   }
2407   else {
2408     if (Cand.SU->getHeight() > Zone.getScheduledLatency()) {
2409       if (tryLess(TryCand.SU->getHeight(), Cand.SU->getHeight(),
2410                   TryCand, Cand, ConvergingScheduler::BotHeightReduce))
2411         return true;
2412     }
2413     if (tryGreater(TryCand.SU->getDepth(), Cand.SU->getDepth(),
2414                    TryCand, Cand, ConvergingScheduler::BotPathReduce))
2415       return true;
2416   }
2417   return false;
2418 }
2419
2420 /// Apply a set of heursitics to a new candidate. Heuristics are currently
2421 /// hierarchical. This may be more efficient than a graduated cost model because
2422 /// we don't need to evaluate all aspects of the model for each node in the
2423 /// queue. But it's really done to make the heuristics easier to debug and
2424 /// statistically analyze.
2425 ///
2426 /// \param Cand provides the policy and current best candidate.
2427 /// \param TryCand refers to the next SUnit candidate, otherwise uninitialized.
2428 /// \param Zone describes the scheduled zone that we are extending.
2429 /// \param RPTracker describes reg pressure within the scheduled zone.
2430 /// \param TempTracker is a scratch pressure tracker to reuse in queries.
2431 void ConvergingScheduler::tryCandidate(SchedCandidate &Cand,
2432                                        SchedCandidate &TryCand,
2433                                        SchedBoundary &Zone,
2434                                        const RegPressureTracker &RPTracker,
2435                                        RegPressureTracker &TempTracker) {
2436
2437   if (DAG->isTrackingPressure()) {
2438     // Always initialize TryCand's RPDelta.
2439     if (Zone.isTop()) {
2440       TempTracker.getMaxDownwardPressureDelta(
2441         TryCand.SU->getInstr(),
2442         TryCand.RPDelta,
2443         DAG->getRegionCriticalPSets(),
2444         DAG->getRegPressure().MaxSetPressure);
2445     }
2446     else {
2447       if (VerifyScheduling) {
2448         TempTracker.getMaxUpwardPressureDelta(
2449           TryCand.SU->getInstr(),
2450           &DAG->getPressureDiff(TryCand.SU),
2451           TryCand.RPDelta,
2452           DAG->getRegionCriticalPSets(),
2453           DAG->getRegPressure().MaxSetPressure);
2454       }
2455       else {
2456         RPTracker.getUpwardPressureDelta(
2457           TryCand.SU->getInstr(),
2458           DAG->getPressureDiff(TryCand.SU),
2459           TryCand.RPDelta,
2460           DAG->getRegionCriticalPSets(),
2461           DAG->getRegPressure().MaxSetPressure);
2462       }
2463     }
2464   }
2465   DEBUG(if (TryCand.RPDelta.Excess.isValid())
2466           dbgs() << "  SU(" << TryCand.SU->NodeNum << ") "
2467                  << TRI->getRegPressureSetName(TryCand.RPDelta.Excess.getPSet())
2468                  << ":" << TryCand.RPDelta.Excess.getUnitInc() << "\n");
2469
2470   // Initialize the candidate if needed.
2471   if (!Cand.isValid()) {
2472     TryCand.Reason = NodeOrder;
2473     return;
2474   }
2475
2476   if (tryGreater(biasPhysRegCopy(TryCand.SU, Zone.isTop()),
2477                  biasPhysRegCopy(Cand.SU, Zone.isTop()),
2478                  TryCand, Cand, PhysRegCopy))
2479     return;
2480
2481   // Avoid exceeding the target's limit. If signed PSetID is negative, it is
2482   // invalid; convert it to INT_MAX to give it lowest priority.
2483   if (DAG->isTrackingPressure() && tryPressure(TryCand.RPDelta.Excess,
2484                                                Cand.RPDelta.Excess,
2485                                                TryCand, Cand, RegExcess))
2486     return;
2487
2488   // Avoid increasing the max critical pressure in the scheduled region.
2489   if (DAG->isTrackingPressure() && tryPressure(TryCand.RPDelta.CriticalMax,
2490                                                Cand.RPDelta.CriticalMax,
2491                                                TryCand, Cand, RegCritical))
2492     return;
2493
2494   // For loops that are acyclic path limited, aggressively schedule for latency.
2495   // This can result in very long dependence chains scheduled in sequence, so
2496   // once every cycle (when CurrMOps == 0), switch to normal heuristics.
2497   if (Rem.IsAcyclicLatencyLimited && !Zone.CurrMOps
2498       && tryLatency(TryCand, Cand, Zone))
2499     return;
2500
2501   // Keep clustered nodes together to encourage downstream peephole
2502   // optimizations which may reduce resource requirements.
2503   //
2504   // This is a best effort to set things up for a post-RA pass. Optimizations
2505   // like generating loads of multiple registers should ideally be done within
2506   // the scheduler pass by combining the loads during DAG postprocessing.
2507   const SUnit *NextClusterSU =
2508     Zone.isTop() ? DAG->getNextClusterSucc() : DAG->getNextClusterPred();
2509   if (tryGreater(TryCand.SU == NextClusterSU, Cand.SU == NextClusterSU,
2510                  TryCand, Cand, Cluster))
2511     return;
2512
2513   // Weak edges are for clustering and other constraints.
2514   if (tryLess(getWeakLeft(TryCand.SU, Zone.isTop()),
2515               getWeakLeft(Cand.SU, Zone.isTop()),
2516               TryCand, Cand, Weak)) {
2517     return;
2518   }
2519   // Avoid increasing the max pressure of the entire region.
2520   if (DAG->isTrackingPressure() && tryPressure(TryCand.RPDelta.CurrentMax,
2521                                                Cand.RPDelta.CurrentMax,
2522                                                TryCand, Cand, RegMax))
2523     return;
2524
2525   // Avoid critical resource consumption and balance the schedule.
2526   TryCand.initResourceDelta(DAG, SchedModel);
2527   if (tryLess(TryCand.ResDelta.CritResources, Cand.ResDelta.CritResources,
2528               TryCand, Cand, ResourceReduce))
2529     return;
2530   if (tryGreater(TryCand.ResDelta.DemandedResources,
2531                  Cand.ResDelta.DemandedResources,
2532                  TryCand, Cand, ResourceDemand))
2533     return;
2534
2535   // Avoid serializing long latency dependence chains.
2536   // For acyclic path limited loops, latency was already checked above.
2537   if (Cand.Policy.ReduceLatency && !Rem.IsAcyclicLatencyLimited
2538       && tryLatency(TryCand, Cand, Zone)) {
2539     return;
2540   }
2541
2542   // Prefer immediate defs/users of the last scheduled instruction. This is a
2543   // local pressure avoidance strategy that also makes the machine code
2544   // readable.
2545   if (tryGreater(Zone.NextSUs.count(TryCand.SU), Zone.NextSUs.count(Cand.SU),
2546                  TryCand, Cand, NextDefUse))
2547     return;
2548
2549   // Fall through to original instruction order.
2550   if ((Zone.isTop() && TryCand.SU->NodeNum < Cand.SU->NodeNum)
2551       || (!Zone.isTop() && TryCand.SU->NodeNum > Cand.SU->NodeNum)) {
2552     TryCand.Reason = NodeOrder;
2553   }
2554 }
2555
2556 #ifndef NDEBUG
2557 const char *ConvergingScheduler::getReasonStr(
2558   ConvergingScheduler::CandReason Reason) {
2559   switch (Reason) {
2560   case NoCand:         return "NOCAND    ";
2561   case PhysRegCopy:    return "PREG-COPY";
2562   case RegExcess:      return "REG-EXCESS";
2563   case RegCritical:    return "REG-CRIT  ";
2564   case Cluster:        return "CLUSTER   ";
2565   case Weak:           return "WEAK      ";
2566   case RegMax:         return "REG-MAX   ";
2567   case ResourceReduce: return "RES-REDUCE";
2568   case ResourceDemand: return "RES-DEMAND";
2569   case TopDepthReduce: return "TOP-DEPTH ";
2570   case TopPathReduce:  return "TOP-PATH  ";
2571   case BotHeightReduce:return "BOT-HEIGHT";
2572   case BotPathReduce:  return "BOT-PATH  ";
2573   case NextDefUse:     return "DEF-USE   ";
2574   case NodeOrder:      return "ORDER     ";
2575   };
2576   llvm_unreachable("Unknown reason!");
2577 }
2578
2579 void ConvergingScheduler::traceCandidate(const SchedCandidate &Cand) {
2580   PressureChange P;
2581   unsigned ResIdx = 0;
2582   unsigned Latency = 0;
2583   switch (Cand.Reason) {
2584   default:
2585     break;
2586   case RegExcess:
2587     P = Cand.RPDelta.Excess;
2588     break;
2589   case RegCritical:
2590     P = Cand.RPDelta.CriticalMax;
2591     break;
2592   case RegMax:
2593     P = Cand.RPDelta.CurrentMax;
2594     break;
2595   case ResourceReduce:
2596     ResIdx = Cand.Policy.ReduceResIdx;
2597     break;
2598   case ResourceDemand:
2599     ResIdx = Cand.Policy.DemandResIdx;
2600     break;
2601   case TopDepthReduce:
2602     Latency = Cand.SU->getDepth();
2603     break;
2604   case TopPathReduce:
2605     Latency = Cand.SU->getHeight();
2606     break;
2607   case BotHeightReduce:
2608     Latency = Cand.SU->getHeight();
2609     break;
2610   case BotPathReduce:
2611     Latency = Cand.SU->getDepth();
2612     break;
2613   }
2614   dbgs() << "  SU(" << Cand.SU->NodeNum << ") " << getReasonStr(Cand.Reason);
2615   if (P.isValid())
2616     dbgs() << " " << TRI->getRegPressureSetName(P.getPSet())
2617            << ":" << P.getUnitInc() << " ";
2618   else
2619     dbgs() << "      ";
2620   if (ResIdx)
2621     dbgs() << " " << SchedModel->getProcResource(ResIdx)->Name << " ";
2622   else
2623     dbgs() << "         ";
2624   if (Latency)
2625     dbgs() << " " << Latency << " cycles ";
2626   else
2627     dbgs() << "          ";
2628   dbgs() << '\n';
2629 }
2630 #endif
2631
2632 /// Pick the best candidate from the queue.
2633 ///
2634 /// TODO: getMaxPressureDelta results can be mostly cached for each SUnit during
2635 /// DAG building. To adjust for the current scheduling location we need to
2636 /// maintain the number of vreg uses remaining to be top-scheduled.
2637 void ConvergingScheduler::pickNodeFromQueue(SchedBoundary &Zone,
2638                                             const RegPressureTracker &RPTracker,
2639                                             SchedCandidate &Cand) {
2640   ReadyQueue &Q = Zone.Available;
2641
2642   DEBUG(Q.dump());
2643
2644   // getMaxPressureDelta temporarily modifies the tracker.
2645   RegPressureTracker &TempTracker = const_cast<RegPressureTracker&>(RPTracker);
2646
2647   for (ReadyQueue::iterator I = Q.begin(), E = Q.end(); I != E; ++I) {
2648
2649     SchedCandidate TryCand(Cand.Policy);
2650     TryCand.SU = *I;
2651     tryCandidate(Cand, TryCand, Zone, RPTracker, TempTracker);
2652     if (TryCand.Reason != NoCand) {
2653       // Initialize resource delta if needed in case future heuristics query it.
2654       if (TryCand.ResDelta == SchedResourceDelta())
2655         TryCand.initResourceDelta(DAG, SchedModel);
2656       Cand.setBest(TryCand);
2657       DEBUG(traceCandidate(Cand));
2658     }
2659   }
2660 }
2661
2662 static void tracePick(const ConvergingScheduler::SchedCandidate &Cand,
2663                       bool IsTop) {
2664   DEBUG(dbgs() << "Pick " << (IsTop ? "Top " : "Bot ")
2665         << ConvergingScheduler::getReasonStr(Cand.Reason) << '\n');
2666 }
2667
2668 /// Pick the best candidate node from either the top or bottom queue.
2669 SUnit *ConvergingScheduler::pickNodeBidirectional(bool &IsTopNode) {
2670   // Schedule as far as possible in the direction of no choice. This is most
2671   // efficient, but also provides the best heuristics for CriticalPSets.
2672   if (SUnit *SU = Bot.pickOnlyChoice()) {
2673     IsTopNode = false;
2674     DEBUG(dbgs() << "Pick Bot NOCAND\n");
2675     return SU;
2676   }
2677   if (SUnit *SU = Top.pickOnlyChoice()) {
2678     IsTopNode = true;
2679     DEBUG(dbgs() << "Pick Top NOCAND\n");
2680     return SU;
2681   }
2682   CandPolicy NoPolicy;
2683   SchedCandidate BotCand(NoPolicy);
2684   SchedCandidate TopCand(NoPolicy);
2685   Bot.setPolicy(BotCand.Policy, Top);
2686   Top.setPolicy(TopCand.Policy, Bot);
2687
2688   // Prefer bottom scheduling when heuristics are silent.
2689   pickNodeFromQueue(Bot, DAG->getBotRPTracker(), BotCand);
2690   assert(BotCand.Reason != NoCand && "failed to find the first candidate");
2691
2692   // If either Q has a single candidate that provides the least increase in
2693   // Excess pressure, we can immediately schedule from that Q.
2694   //
2695   // RegionCriticalPSets summarizes the pressure within the scheduled region and
2696   // affects picking from either Q. If scheduling in one direction must
2697   // increase pressure for one of the excess PSets, then schedule in that
2698   // direction first to provide more freedom in the other direction.
2699   if ((BotCand.Reason == RegExcess && !BotCand.isRepeat(RegExcess))
2700       || (BotCand.Reason == RegCritical
2701           && !BotCand.isRepeat(RegCritical)))
2702   {
2703     IsTopNode = false;
2704     tracePick(BotCand, IsTopNode);
2705     return BotCand.SU;
2706   }
2707   // Check if the top Q has a better candidate.
2708   pickNodeFromQueue(Top, DAG->getTopRPTracker(), TopCand);
2709   assert(TopCand.Reason != NoCand && "failed to find the first candidate");
2710
2711   // Choose the queue with the most important (lowest enum) reason.
2712   if (TopCand.Reason < BotCand.Reason) {
2713     IsTopNode = true;
2714     tracePick(TopCand, IsTopNode);
2715     return TopCand.SU;
2716   }
2717   // Otherwise prefer the bottom candidate, in node order if all else failed.
2718   IsTopNode = false;
2719   tracePick(BotCand, IsTopNode);
2720   return BotCand.SU;
2721 }
2722
2723 /// Pick the best node to balance the schedule. Implements MachineSchedStrategy.
2724 SUnit *ConvergingScheduler::pickNode(bool &IsTopNode) {
2725   if (DAG->top() == DAG->bottom()) {
2726     assert(Top.Available.empty() && Top.Pending.empty() &&
2727            Bot.Available.empty() && Bot.Pending.empty() && "ReadyQ garbage");
2728     return NULL;
2729   }
2730   SUnit *SU;
2731   do {
2732     if (RegionPolicy.OnlyTopDown) {
2733       SU = Top.pickOnlyChoice();
2734       if (!SU) {
2735         CandPolicy NoPolicy;
2736         SchedCandidate TopCand(NoPolicy);
2737         pickNodeFromQueue(Top, DAG->getTopRPTracker(), TopCand);
2738         assert(TopCand.Reason != NoCand && "failed to find a candidate");
2739         tracePick(TopCand, true);
2740         SU = TopCand.SU;
2741       }
2742       IsTopNode = true;
2743     }
2744     else if (RegionPolicy.OnlyBottomUp) {
2745       SU = Bot.pickOnlyChoice();
2746       if (!SU) {
2747         CandPolicy NoPolicy;
2748         SchedCandidate BotCand(NoPolicy);
2749         pickNodeFromQueue(Bot, DAG->getBotRPTracker(), BotCand);
2750         assert(BotCand.Reason != NoCand && "failed to find a candidate");
2751         tracePick(BotCand, false);
2752         SU = BotCand.SU;
2753       }
2754       IsTopNode = false;
2755     }
2756     else {
2757       SU = pickNodeBidirectional(IsTopNode);
2758     }
2759   } while (SU->isScheduled);
2760
2761   if (SU->isTopReady())
2762     Top.removeReady(SU);
2763   if (SU->isBottomReady())
2764     Bot.removeReady(SU);
2765
2766   DEBUG(dbgs() << "Scheduling SU(" << SU->NodeNum << ") " << *SU->getInstr());
2767   return SU;
2768 }
2769
2770 void ConvergingScheduler::reschedulePhysRegCopies(SUnit *SU, bool isTop) {
2771
2772   MachineBasicBlock::iterator InsertPos = SU->getInstr();
2773   if (!isTop)
2774     ++InsertPos;
2775   SmallVectorImpl<SDep> &Deps = isTop ? SU->Preds : SU->Succs;
2776
2777   // Find already scheduled copies with a single physreg dependence and move
2778   // them just above the scheduled instruction.
2779   for (SmallVectorImpl<SDep>::iterator I = Deps.begin(), E = Deps.end();
2780        I != E; ++I) {
2781     if (I->getKind() != SDep::Data || !TRI->isPhysicalRegister(I->getReg()))
2782       continue;
2783     SUnit *DepSU = I->getSUnit();
2784     if (isTop ? DepSU->Succs.size() > 1 : DepSU->Preds.size() > 1)
2785       continue;
2786     MachineInstr *Copy = DepSU->getInstr();
2787     if (!Copy->isCopy())
2788       continue;
2789     DEBUG(dbgs() << "  Rescheduling physreg copy ";
2790           I->getSUnit()->dump(DAG));
2791     DAG->moveInstruction(Copy, InsertPos);
2792   }
2793 }
2794
2795 /// Update the scheduler's state after scheduling a node. This is the same node
2796 /// that was just returned by pickNode(). However, ScheduleDAGMI needs to update
2797 /// it's state based on the current cycle before MachineSchedStrategy does.
2798 ///
2799 /// FIXME: Eventually, we may bundle physreg copies rather than rescheduling
2800 /// them here. See comments in biasPhysRegCopy.
2801 void ConvergingScheduler::schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode) {
2802   if (IsTopNode) {
2803     SU->TopReadyCycle = std::max(SU->TopReadyCycle, Top.CurrCycle);
2804     Top.bumpNode(SU);
2805     if (SU->hasPhysRegUses)
2806       reschedulePhysRegCopies(SU, true);
2807   }
2808   else {
2809     SU->BotReadyCycle = std::max(SU->BotReadyCycle, Bot.CurrCycle);
2810     Bot.bumpNode(SU);
2811     if (SU->hasPhysRegDefs)
2812       reschedulePhysRegCopies(SU, false);
2813   }
2814 }
2815
2816 /// Create the standard converging machine scheduler. This will be used as the
2817 /// default scheduler if the target does not set a default.
2818 static ScheduleDAGInstrs *createConvergingSched(MachineSchedContext *C) {
2819   ScheduleDAGMI *DAG = new ScheduleDAGMI(C, new ConvergingScheduler(C));
2820   // Register DAG post-processors.
2821   //
2822   // FIXME: extend the mutation API to allow earlier mutations to instantiate
2823   // data and pass it to later mutations. Have a single mutation that gathers
2824   // the interesting nodes in one pass.
2825   DAG->addMutation(new CopyConstrain(DAG->TII, DAG->TRI));
2826   if (EnableLoadCluster && DAG->TII->enableClusterLoads())
2827     DAG->addMutation(new LoadClusterMutation(DAG->TII, DAG->TRI));
2828   if (EnableMacroFusion)
2829     DAG->addMutation(new MacroFusion(DAG->TII));
2830   return DAG;
2831 }
2832 static MachineSchedRegistry
2833 ConvergingSchedRegistry("converge", "Standard converging scheduler.",
2834                         createConvergingSched);
2835
2836 //===----------------------------------------------------------------------===//
2837 // ILP Scheduler. Currently for experimental analysis of heuristics.
2838 //===----------------------------------------------------------------------===//
2839
2840 namespace {
2841 /// \brief Order nodes by the ILP metric.
2842 struct ILPOrder {
2843   const SchedDFSResult *DFSResult;
2844   const BitVector *ScheduledTrees;
2845   bool MaximizeILP;
2846
2847   ILPOrder(bool MaxILP): DFSResult(0), ScheduledTrees(0), MaximizeILP(MaxILP) {}
2848
2849   /// \brief Apply a less-than relation on node priority.
2850   ///
2851   /// (Return true if A comes after B in the Q.)
2852   bool operator()(const SUnit *A, const SUnit *B) const {
2853     unsigned SchedTreeA = DFSResult->getSubtreeID(A);
2854     unsigned SchedTreeB = DFSResult->getSubtreeID(B);
2855     if (SchedTreeA != SchedTreeB) {
2856       // Unscheduled trees have lower priority.
2857       if (ScheduledTrees->test(SchedTreeA) != ScheduledTrees->test(SchedTreeB))
2858         return ScheduledTrees->test(SchedTreeB);
2859
2860       // Trees with shallower connections have have lower priority.
2861       if (DFSResult->getSubtreeLevel(SchedTreeA)
2862           != DFSResult->getSubtreeLevel(SchedTreeB)) {
2863         return DFSResult->getSubtreeLevel(SchedTreeA)
2864           < DFSResult->getSubtreeLevel(SchedTreeB);
2865       }
2866     }
2867     if (MaximizeILP)
2868       return DFSResult->getILP(A) < DFSResult->getILP(B);
2869     else
2870       return DFSResult->getILP(A) > DFSResult->getILP(B);
2871   }
2872 };
2873
2874 /// \brief Schedule based on the ILP metric.
2875 class ILPScheduler : public MachineSchedStrategy {
2876   ScheduleDAGMI *DAG;
2877   ILPOrder Cmp;
2878
2879   std::vector<SUnit*> ReadyQ;
2880 public:
2881   ILPScheduler(bool MaximizeILP): DAG(0), Cmp(MaximizeILP) {}
2882
2883   virtual void initialize(ScheduleDAGMI *dag) {
2884     DAG = dag;
2885     DAG->computeDFSResult();
2886     Cmp.DFSResult = DAG->getDFSResult();
2887     Cmp.ScheduledTrees = &DAG->getScheduledTrees();
2888     ReadyQ.clear();
2889   }
2890
2891   virtual void registerRoots() {
2892     // Restore the heap in ReadyQ with the updated DFS results.
2893     std::make_heap(ReadyQ.begin(), ReadyQ.end(), Cmp);
2894   }
2895
2896   /// Implement MachineSchedStrategy interface.
2897   /// -----------------------------------------
2898
2899   /// Callback to select the highest priority node from the ready Q.
2900   virtual SUnit *pickNode(bool &IsTopNode) {
2901     if (ReadyQ.empty()) return NULL;
2902     std::pop_heap(ReadyQ.begin(), ReadyQ.end(), Cmp);
2903     SUnit *SU = ReadyQ.back();
2904     ReadyQ.pop_back();
2905     IsTopNode = false;
2906     DEBUG(dbgs() << "Pick node " << "SU(" << SU->NodeNum << ") "
2907           << " ILP: " << DAG->getDFSResult()->getILP(SU)
2908           << " Tree: " << DAG->getDFSResult()->getSubtreeID(SU) << " @"
2909           << DAG->getDFSResult()->getSubtreeLevel(
2910             DAG->getDFSResult()->getSubtreeID(SU)) << '\n'
2911           << "Scheduling " << *SU->getInstr());
2912     return SU;
2913   }
2914
2915   /// \brief Scheduler callback to notify that a new subtree is scheduled.
2916   virtual void scheduleTree(unsigned SubtreeID) {
2917     std::make_heap(ReadyQ.begin(), ReadyQ.end(), Cmp);
2918   }
2919
2920   /// Callback after a node is scheduled. Mark a newly scheduled tree, notify
2921   /// DFSResults, and resort the priority Q.
2922   virtual void schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode) {
2923     assert(!IsTopNode && "SchedDFSResult needs bottom-up");
2924   }
2925
2926   virtual void releaseTopNode(SUnit *) { /*only called for top roots*/ }
2927
2928   virtual void releaseBottomNode(SUnit *SU) {
2929     ReadyQ.push_back(SU);
2930     std::push_heap(ReadyQ.begin(), ReadyQ.end(), Cmp);
2931   }
2932 };
2933 } // namespace
2934
2935 static ScheduleDAGInstrs *createILPMaxScheduler(MachineSchedContext *C) {
2936   return new ScheduleDAGMI(C, new ILPScheduler(true));
2937 }
2938 static ScheduleDAGInstrs *createILPMinScheduler(MachineSchedContext *C) {
2939   return new ScheduleDAGMI(C, new ILPScheduler(false));
2940 }
2941 static MachineSchedRegistry ILPMaxRegistry(
2942   "ilpmax", "Schedule bottom-up for max ILP", createILPMaxScheduler);
2943 static MachineSchedRegistry ILPMinRegistry(
2944   "ilpmin", "Schedule bottom-up for min ILP", createILPMinScheduler);
2945
2946 //===----------------------------------------------------------------------===//
2947 // Machine Instruction Shuffler for Correctness Testing
2948 //===----------------------------------------------------------------------===//
2949
2950 #ifndef NDEBUG
2951 namespace {
2952 /// Apply a less-than relation on the node order, which corresponds to the
2953 /// instruction order prior to scheduling. IsReverse implements greater-than.
2954 template<bool IsReverse>
2955 struct SUnitOrder {
2956   bool operator()(SUnit *A, SUnit *B) const {
2957     if (IsReverse)
2958       return A->NodeNum > B->NodeNum;
2959     else
2960       return A->NodeNum < B->NodeNum;
2961   }
2962 };
2963
2964 /// Reorder instructions as much as possible.
2965 class InstructionShuffler : public MachineSchedStrategy {
2966   bool IsAlternating;
2967   bool IsTopDown;
2968
2969   // Using a less-than relation (SUnitOrder<false>) for the TopQ priority
2970   // gives nodes with a higher number higher priority causing the latest
2971   // instructions to be scheduled first.
2972   PriorityQueue<SUnit*, std::vector<SUnit*>, SUnitOrder<false> >
2973     TopQ;
2974   // When scheduling bottom-up, use greater-than as the queue priority.
2975   PriorityQueue<SUnit*, std::vector<SUnit*>, SUnitOrder<true> >
2976     BottomQ;
2977 public:
2978   InstructionShuffler(bool alternate, bool topdown)
2979     : IsAlternating(alternate), IsTopDown(topdown) {}
2980
2981   virtual void initialize(ScheduleDAGMI *) {
2982     TopQ.clear();
2983     BottomQ.clear();
2984   }
2985
2986   /// Implement MachineSchedStrategy interface.
2987   /// -----------------------------------------
2988
2989   virtual SUnit *pickNode(bool &IsTopNode) {
2990     SUnit *SU;
2991     if (IsTopDown) {
2992       do {
2993         if (TopQ.empty()) return NULL;
2994         SU = TopQ.top();
2995         TopQ.pop();
2996       } while (SU->isScheduled);
2997       IsTopNode = true;
2998     }
2999     else {
3000       do {
3001         if (BottomQ.empty()) return NULL;
3002         SU = BottomQ.top();
3003         BottomQ.pop();
3004       } while (SU->isScheduled);
3005       IsTopNode = false;
3006     }
3007     if (IsAlternating)
3008       IsTopDown = !IsTopDown;
3009     return SU;
3010   }
3011
3012   virtual void schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode) {}
3013
3014   virtual void releaseTopNode(SUnit *SU) {
3015     TopQ.push(SU);
3016   }
3017   virtual void releaseBottomNode(SUnit *SU) {
3018     BottomQ.push(SU);
3019   }
3020 };
3021 } // namespace
3022
3023 static ScheduleDAGInstrs *createInstructionShuffler(MachineSchedContext *C) {
3024   bool Alternate = !ForceTopDown && !ForceBottomUp;
3025   bool TopDown = !ForceBottomUp;
3026   assert((TopDown || !ForceTopDown) &&
3027          "-misched-topdown incompatible with -misched-bottomup");
3028   return new ScheduleDAGMI(C, new InstructionShuffler(Alternate, TopDown));
3029 }
3030 static MachineSchedRegistry ShufflerRegistry(
3031   "shuffle", "Shuffle machine instructions alternating directions",
3032   createInstructionShuffler);
3033 #endif // !NDEBUG
3034
3035 //===----------------------------------------------------------------------===//
3036 // GraphWriter support for ScheduleDAGMI.
3037 //===----------------------------------------------------------------------===//
3038
3039 #ifndef NDEBUG
3040 namespace llvm {
3041
3042 template<> struct GraphTraits<
3043   ScheduleDAGMI*> : public GraphTraits<ScheduleDAG*> {};
3044
3045 template<>
3046 struct DOTGraphTraits<ScheduleDAGMI*> : public DefaultDOTGraphTraits {
3047
3048   DOTGraphTraits (bool isSimple=false) : DefaultDOTGraphTraits(isSimple) {}
3049
3050   static std::string getGraphName(const ScheduleDAG *G) {
3051     return G->MF.getName();
3052   }
3053
3054   static bool renderGraphFromBottomUp() {
3055     return true;
3056   }
3057
3058   static bool isNodeHidden(const SUnit *Node) {
3059     return (Node->Preds.size() > 10 || Node->Succs.size() > 10);
3060   }
3061
3062   static bool hasNodeAddressLabel(const SUnit *Node,
3063                                   const ScheduleDAG *Graph) {
3064     return false;
3065   }
3066
3067   /// If you want to override the dot attributes printed for a particular
3068   /// edge, override this method.
3069   static std::string getEdgeAttributes(const SUnit *Node,
3070                                        SUnitIterator EI,
3071                                        const ScheduleDAG *Graph) {
3072     if (EI.isArtificialDep())
3073       return "color=cyan,style=dashed";
3074     if (EI.isCtrlDep())
3075       return "color=blue,style=dashed";
3076     return "";
3077   }
3078
3079   static std::string getNodeLabel(const SUnit *SU, const ScheduleDAG *G) {
3080     std::string Str;
3081     raw_string_ostream SS(Str);
3082     const SchedDFSResult *DFS =
3083       static_cast<const ScheduleDAGMI*>(G)->getDFSResult();
3084     SS << "SU:" << SU->NodeNum;
3085     if (DFS)
3086       SS << " I:" << DFS->getNumInstrs(SU);
3087     return SS.str();
3088   }
3089   static std::string getNodeDescription(const SUnit *SU, const ScheduleDAG *G) {
3090     return G->getGraphNodeLabel(SU);
3091   }
3092
3093   static std::string getNodeAttributes(const SUnit *N,
3094                                        const ScheduleDAG *Graph) {
3095     std::string Str("shape=Mrecord");
3096     const SchedDFSResult *DFS =
3097       static_cast<const ScheduleDAGMI*>(Graph)->getDFSResult();
3098     if (DFS) {
3099       Str += ",style=filled,fillcolor=\"#";
3100       Str += DOT::getColorString(DFS->getSubtreeID(N));
3101       Str += '"';
3102     }
3103     return Str;
3104   }
3105 };
3106 } // namespace llvm
3107 #endif // NDEBUG
3108
3109 /// viewGraph - Pop up a ghostview window with the reachable parts of the DAG
3110 /// rendered using 'dot'.
3111 ///
3112 void ScheduleDAGMI::viewGraph(const Twine &Name, const Twine &Title) {
3113 #ifndef NDEBUG
3114   ViewGraph(this, Name, false, Title);
3115 #else
3116   errs() << "ScheduleDAGMI::viewGraph is only available in debug builds on "
3117          << "systems with Graphviz or gv!\n";
3118 #endif  // NDEBUG
3119 }
3120
3121 /// Out-of-line implementation with no arguments is handy for gdb.
3122 void ScheduleDAGMI::viewGraph() {
3123   viewGraph(getDAGName(), "Scheduling-Units Graph for " + getDAGName());
3124 }