lib/CodeGen/MachineTraceMetrics.cpp

   1 //===- lib/CodeGen/MachineTraceMetrics.cpp ----------------------*- C++ -*-===//
   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 #define DEBUG_TYPE "machine-trace-metrics"
  11 #include "llvm/CodeGen/MachineTraceMetrics.h"
  12 #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
  13 #include "llvm/ADT/SparseSet.h"
  14 #include "llvm/CodeGen/MachineBasicBlock.h"
  15 #include "llvm/CodeGen/MachineBranchProbabilityInfo.h"
  16 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
  17 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
  18 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  19 #include "llvm/MC/MCSubtargetInfo.h"
  20 #include "llvm/Support/Debug.h"
  21 #include "llvm/Support/Format.h"
  22 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  23 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  24 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
  25 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
  26
  27 using namespace llvm;
  28
  29 char MachineTraceMetrics::ID = 0;
  30 char &llvm::MachineTraceMetricsID = MachineTraceMetrics::ID;
  31
  32 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MachineTraceMetrics,
  33                   "machine-trace-metrics", "Machine Trace Metrics", false, true)
  34 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineBranchProbabilityInfo)
  35 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineLoopInfo)
  36 INITIALIZE_PASS_END(MachineTraceMetrics,
  37                   "machine-trace-metrics", "Machine Trace Metrics", false, true)
  38
  39 MachineTraceMetrics::MachineTraceMetrics()
  40   : MachineFunctionPass(ID), MF(0), TII(0), TRI(0), MRI(0), Loops(0) {
  41   std::fill(Ensembles, array_endof(Ensembles), (Ensemble*)0);
  42 }
  43
  44 void MachineTraceMetrics::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  45   AU.setPreservesAll();
  46   AU.addRequired<MachineBranchProbabilityInfo>();
  47   AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
  48   MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
  49 }
  50
  51 bool MachineTraceMetrics::runOnMachineFunction(MachineFunction &Func) {
  52   MF = &Func;
  53   TII = MF->getTarget().getInstrInfo();
  54   TRI = MF->getTarget().getRegisterInfo();
  55   MRI = &MF->getRegInfo();
  56   Loops = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
  57   const TargetSubtargetInfo &ST =
  58     MF->getTarget().getSubtarget<TargetSubtargetInfo>();
  59   SchedModel.init(*ST.getSchedModel(), &ST, TII);
  60   BlockInfo.resize(MF->getNumBlockIDs());
  61   ProcResourceCycles.resize(MF->getNumBlockIDs() *
  62                             SchedModel.getNumProcResourceKinds());
  63   return false;
  64 }
  65
  66 void MachineTraceMetrics::releaseMemory() {
  67   MF = 0;
  68   BlockInfo.clear();
  69   for (unsigned i = 0; i != TS_NumStrategies; ++i) {
  70     delete Ensembles[i];
  71     Ensembles[i] = 0;
  72   }
  73 }
  74
  75 //===----------------------------------------------------------------------===//
  76 //                          Fixed block information
  77 //===----------------------------------------------------------------------===//
  78 //
  79 // The number of instructions in a basic block and the CPU resources used by
  80 // those instructions don't depend on any given trace strategy.
  81
  82 /// Compute the resource usage in basic block MBB.
  83 const MachineTraceMetrics::FixedBlockInfo*
  84 MachineTraceMetrics::getResources(const MachineBasicBlock *MBB) {
  85   assert(MBB && "No basic block");
  86   FixedBlockInfo *FBI = &BlockInfo[MBB->getNumber()];
  87   if (FBI->hasResources())
  88     return FBI;
  89
  90   // Compute resource usage in the block.
  91   FBI->HasCalls = false;
  92   unsigned InstrCount = 0;
  93
  94   // Add up per-processor resource cycles as well.
  95   unsigned PRKinds = SchedModel.getNumProcResourceKinds();
  96   SmallVector<unsigned, 32> PRCycles(PRKinds);
  97
  98   for (MachineBasicBlock::const_iterator I = MBB->begin(), E = MBB->end();
  99        I != E; ++I) {
 100     const MachineInstr *MI = I;
 101     if (MI->isTransient())
 102       continue;
 103     ++InstrCount;
 104     if (MI->isCall())
 105       FBI->HasCalls = true;
 106
 107     // Count processor resources used.
 108     if (!SchedModel.hasInstrSchedModel())
 109       continue;
 110     const MCSchedClassDesc *SC = SchedModel.resolveSchedClass(MI);
 111     if (!SC->isValid())
 112       continue;
 113
 114     for (TargetSchedModel::ProcResIter
 115          PI = SchedModel.getWriteProcResBegin(SC),
 116          PE = SchedModel.getWriteProcResEnd(SC); PI != PE; ++PI) {
 117       assert(PI->ProcResourceIdx < PRKinds && "Bad processor resource kind");
 118       PRCycles[PI->ProcResourceIdx] += PI->Cycles;
 119     }
 120   }
 121   FBI->InstrCount = InstrCount;
 122
 123   // Scale the resource cycles so they are comparable.
 124   unsigned PROffset = MBB->getNumber() * PRKinds;
 125   for (unsigned K = 0; K != PRKinds; ++K)
 126     ProcResourceCycles[PROffset + K] =
 127       PRCycles[K] * SchedModel.getResourceFactor(K);
 128
 129   return FBI;
 130 }
 131
 132 ArrayRef<unsigned>
 133 MachineTraceMetrics::getProcResourceCycles(unsigned MBBNum) const {
 134   assert(BlockInfo[MBBNum].hasResources() &&
 135          "getResources() must be called before getProcResourceCycles()");
 136   unsigned PRKinds = SchedModel.getNumProcResourceKinds();
 137   assert((MBBNum+1) * PRKinds <= ProcResourceCycles.size());
 138   return ArrayRef<unsigned>(ProcResourceCycles.data() + MBBNum * PRKinds,
 139                             PRKinds);
 140 }
 141
 142
 143 //===----------------------------------------------------------------------===//
 144 //                         Ensemble utility functions
 145 //===----------------------------------------------------------------------===//
 146
 147 MachineTraceMetrics::Ensemble::Ensemble(MachineTraceMetrics *ct)
 148   : MTM(*ct) {
 149   BlockInfo.resize(MTM.BlockInfo.size());
 150   unsigned PRKinds = MTM.SchedModel.getNumProcResourceKinds();
 151   ProcResourceDepths.resize(MTM.BlockInfo.size() * PRKinds);
 152   ProcResourceHeights.resize(MTM.BlockInfo.size() * PRKinds);
 153 }
 154
 155 // Virtual destructor serves as an anchor.
 156 MachineTraceMetrics::Ensemble::~Ensemble() {}
 157
 158 const MachineLoop*
 159 MachineTraceMetrics::Ensemble::getLoopFor(const MachineBasicBlock *MBB) const {
 160   return MTM.Loops->getLoopFor(MBB);
 161 }
 162
 163 // Update resource-related information in the TraceBlockInfo for MBB.
 164 // Only update resources related to the trace above MBB.
 165 void MachineTraceMetrics::Ensemble::
 166 computeDepthResources(const MachineBasicBlock *MBB) {
 167   TraceBlockInfo *TBI = &BlockInfo[MBB->getNumber()];
 168   unsigned PRKinds = MTM.SchedModel.getNumProcResourceKinds();
 169   unsigned PROffset = MBB->getNumber() * PRKinds;
 170
 171   // Compute resources from trace above. The top block is simple.
 172   if (!TBI->Pred) {
 173     TBI->InstrDepth = 0;
 174     TBI->Head = MBB->getNumber();
 175     std::fill(ProcResourceDepths.begin() + PROffset,
 176               ProcResourceDepths.begin() + PROffset + PRKinds, 0);
 177     return;
 178   }
 179
 180   // Compute from the block above. A post-order traversal ensures the
 181   // predecessor is always computed first.
 182   unsigned PredNum = TBI->Pred->getNumber();
 183   TraceBlockInfo *PredTBI = &BlockInfo[PredNum];
 184   assert(PredTBI->hasValidDepth() && "Trace above has not been computed yet");
 185   const FixedBlockInfo *PredFBI = MTM.getResources(TBI->Pred);
 186   TBI->InstrDepth = PredTBI->InstrDepth + PredFBI->InstrCount;
 187   TBI->Head = PredTBI->Head;
 188
 189   // Compute per-resource depths.
 190   ArrayRef<unsigned> PredPRDepths = getProcResourceDepths(PredNum);
 191   ArrayRef<unsigned> PredPRCycles = MTM.getProcResourceCycles(PredNum);
 192   for (unsigned K = 0; K != PRKinds; ++K)
 193     ProcResourceDepths[PROffset + K] = PredPRDepths[K] + PredPRCycles[K];
 194 }
 195
 196 // Update resource-related information in the TraceBlockInfo for MBB.
 197 // Only update resources related to the trace below MBB.
 198 void MachineTraceMetrics::Ensemble::
 199 computeHeightResources(const MachineBasicBlock *MBB) {
 200   TraceBlockInfo *TBI = &BlockInfo[MBB->getNumber()];
 201   unsigned PRKinds = MTM.SchedModel.getNumProcResourceKinds();
 202   unsigned PROffset = MBB->getNumber() * PRKinds;
 203
 204   // Compute resources for the current block.
 205   TBI->InstrHeight = MTM.getResources(MBB)->InstrCount;
 206   ArrayRef<unsigned> PRCycles = MTM.getProcResourceCycles(MBB->getNumber());
 207
 208   // The trace tail is done.
 209   if (!TBI->Succ) {
 210     TBI->Tail = MBB->getNumber();
 211     std::copy(PRCycles.begin(), PRCycles.end(),
 212               ProcResourceHeights.begin() + PROffset);
 213     return;
 214   }
 215
 216   // Compute from the block below. A post-order traversal ensures the
 217   // predecessor is always computed first.
 218   unsigned SuccNum = TBI->Succ->getNumber();
 219   TraceBlockInfo *SuccTBI = &BlockInfo[SuccNum];
 220   assert(SuccTBI->hasValidHeight() && "Trace below has not been computed yet");
 221   TBI->InstrHeight += SuccTBI->InstrHeight;
 222   TBI->Tail = SuccTBI->Tail;
 223
 224   // Compute per-resource heights.
 225   ArrayRef<unsigned> SuccPRHeights = getProcResourceHeights(SuccNum);
 226   for (unsigned K = 0; K != PRKinds; ++K)
 227     ProcResourceHeights[PROffset + K] = SuccPRHeights[K] + PRCycles[K];
 228 }
 229
 230 // Check if depth resources for MBB are valid and return the TBI.
 231 // Return NULL if the resources have been invalidated.
 232 const MachineTraceMetrics::TraceBlockInfo*
 233 MachineTraceMetrics::Ensemble::
 234 getDepthResources(const MachineBasicBlock *MBB) const {
 235   const TraceBlockInfo *TBI = &BlockInfo[MBB->getNumber()];
 236   return TBI->hasValidDepth() ? TBI : 0;
 237 }
 238
 239 // Check if height resources for MBB are valid and return the TBI.
 240 // Return NULL if the resources have been invalidated.
 241 const MachineTraceMetrics::TraceBlockInfo*
 242 MachineTraceMetrics::Ensemble::
 243 getHeightResources(const MachineBasicBlock *MBB) const {
 244   const TraceBlockInfo *TBI = &BlockInfo[MBB->getNumber()];
 245   return TBI->hasValidHeight() ? TBI : 0;
 246 }
 247
 248 /// Get an array of processor resource depths for MBB. Indexed by processor
 249 /// resource kind, this array contains the scaled processor resources consumed
 250 /// by all blocks preceding MBB in its trace. It does not include instructions
 251 /// in MBB.
 252 ///
 253 /// Compare TraceBlockInfo::InstrDepth.
 254 ArrayRef<unsigned>
 255 MachineTraceMetrics::Ensemble::
 256 getProcResourceDepths(unsigned MBBNum) const {
 257   unsigned PRKinds = MTM.SchedModel.getNumProcResourceKinds();
 258   assert((MBBNum+1) * PRKinds <= ProcResourceDepths.size());
 259   return ArrayRef<unsigned>(ProcResourceDepths.data() + MBBNum * PRKinds,
 260                             PRKinds);
 261 }
 262
 263 /// Get an array of processor resource heights for MBB. Indexed by processor
 264 /// resource kind, this array contains the scaled processor resources consumed
 265 /// by this block and all blocks following it in its trace.
 266 ///
 267 /// Compare TraceBlockInfo::InstrHeight.
 268 ArrayRef<unsigned>
 269 MachineTraceMetrics::Ensemble::
 270 getProcResourceHeights(unsigned MBBNum) const {
 271   unsigned PRKinds = MTM.SchedModel.getNumProcResourceKinds();
 272   assert((MBBNum+1) * PRKinds <= ProcResourceHeights.size());
 273   return ArrayRef<unsigned>(ProcResourceHeights.data() + MBBNum * PRKinds,
 274                             PRKinds);
 275 }
 276
 277 //===----------------------------------------------------------------------===//
 278 //                         Trace Selection Strategies
 279 //===----------------------------------------------------------------------===//
 280 //
 281 // A trace selection strategy is implemented as a sub-class of Ensemble. The
 282 // trace through a block B is computed by two DFS traversals of the CFG
 283 // starting from B. One upwards, and one downwards. During the upwards DFS,
 284 // pickTracePred() is called on the post-ordered blocks. During the downwards
 285 // DFS, pickTraceSucc() is called in a post-order.
 286 //
 287
 288 // We never allow traces that leave loops, but we do allow traces to enter
 289 // nested loops. We also never allow traces to contain back-edges.
 290 //
 291 // This means that a loop header can never appear above the center block of a
 292 // trace, except as the trace head. Below the center block, loop exiting edges
 293 // are banned.
 294 //
 295 // Return true if an edge from the From loop to the To loop is leaving a loop.
 296 // Either of To and From can be null.
 297 static bool isExitingLoop(const MachineLoop *From, const MachineLoop *To) {
 298   return From && !From->contains(To);
 299 }
 300
 301 // MinInstrCountEnsemble - Pick the trace that executes the least number of
 302 // instructions.
 303 namespace {
 304 class MinInstrCountEnsemble : public MachineTraceMetrics::Ensemble {
 305   const char *getName() const { return "MinInstr"; }
 306   const MachineBasicBlock *pickTracePred(const MachineBasicBlock*);
 307   const MachineBasicBlock *pickTraceSucc(const MachineBasicBlock*);
 308
 309 public:
 310   MinInstrCountEnsemble(MachineTraceMetrics *mtm)
 311     : MachineTraceMetrics::Ensemble(mtm) {}
 312 };
 313 }
 314
 315 // Select the preferred predecessor for MBB.
 316 const MachineBasicBlock*
 317 MinInstrCountEnsemble::pickTracePred(const MachineBasicBlock *MBB) {
 318   if (MBB->pred_empty())
 319     return 0;
 320   const MachineLoop *CurLoop = getLoopFor(MBB);
 321   // Don't leave loops, and never follow back-edges.
 322   if (CurLoop && MBB == CurLoop->getHeader())
 323     return 0;
 324   unsigned CurCount = MTM.getResources(MBB)->InstrCount;
 325   const MachineBasicBlock *Best = 0;
 326   unsigned BestDepth = 0;
 327   for (MachineBasicBlock::const_pred_iterator
 328        I = MBB->pred_begin(), E = MBB->pred_end(); I != E; ++I) {
 329     const MachineBasicBlock *Pred = *I;
 330     const MachineTraceMetrics::TraceBlockInfo *PredTBI =
 331       getDepthResources(Pred);
 332     // Ignore cycles that aren't natural loops.
 333     if (!PredTBI)
 334       continue;
 335     // Pick the predecessor that would give this block the smallest InstrDepth.
 336     unsigned Depth = PredTBI->InstrDepth + CurCount;
 337     if (!Best || Depth < BestDepth)
 338       Best = Pred, BestDepth = Depth;
 339   }
 340   return Best;
 341 }
 342
 343 // Select the preferred successor for MBB.
 344 const MachineBasicBlock*
 345 MinInstrCountEnsemble::pickTraceSucc(const MachineBasicBlock *MBB) {
 346   if (MBB->pred_empty())
 347     return 0;
 348   const MachineLoop *CurLoop = getLoopFor(MBB);
 349   const MachineBasicBlock *Best = 0;
 350   unsigned BestHeight = 0;
 351   for (MachineBasicBlock::const_succ_iterator
 352        I = MBB->succ_begin(), E = MBB->succ_end(); I != E; ++I) {
 353     const MachineBasicBlock *Succ = *I;
 354     // Don't consider back-edges.
 355     if (CurLoop && Succ == CurLoop->getHeader())
 356       continue;
 357     // Don't consider successors exiting CurLoop.
 358     if (isExitingLoop(CurLoop, getLoopFor(Succ)))
 359       continue;
 360     const MachineTraceMetrics::TraceBlockInfo *SuccTBI =
 361       getHeightResources(Succ);
 362     // Ignore cycles that aren't natural loops.
 363     if (!SuccTBI)
 364       continue;
 365     // Pick the successor that would give this block the smallest InstrHeight.
 366     unsigned Height = SuccTBI->InstrHeight;
 367     if (!Best || Height < BestHeight)
 368       Best = Succ, BestHeight = Height;
 369   }
 370   return Best;
 371 }
 372
 373 // Get an Ensemble sub-class for the requested trace strategy.
 374 MachineTraceMetrics::Ensemble *
 375 MachineTraceMetrics::getEnsemble(MachineTraceMetrics::Strategy strategy) {
 376   assert(strategy < TS_NumStrategies && "Invalid trace strategy enum");
 377   Ensemble *&E = Ensembles[strategy];
 378   if (E)
 379     return E;
 380
 381   // Allocate new Ensemble on demand.
 382   switch (strategy) {
 383   case TS_MinInstrCount: return (E = new MinInstrCountEnsemble(this));
 384   default: llvm_unreachable("Invalid trace strategy enum");
 385   }
 386 }
 387
 388 void MachineTraceMetrics::invalidate(const MachineBasicBlock *MBB) {
 389   DEBUG(dbgs() << "Invalidate traces through BB#" << MBB->getNumber() << '\n');
 390   BlockInfo[MBB->getNumber()].invalidate();
 391   for (unsigned i = 0; i != TS_NumStrategies; ++i)
 392     if (Ensembles[i])
 393       Ensembles[i]->invalidate(MBB);
 394 }
 395
 396 void MachineTraceMetrics::verifyAnalysis() const {
 397   if (!MF)
 398     return;
 399 #ifndef NDEBUG
 400   assert(BlockInfo.size() == MF->getNumBlockIDs() && "Outdated BlockInfo size");
 401   for (unsigned i = 0; i != TS_NumStrategies; ++i)
 402     if (Ensembles[i])
 403       Ensembles[i]->verify();
 404 #endif
 405 }
 406
 407 //===----------------------------------------------------------------------===//
 408 //                               Trace building
 409 //===----------------------------------------------------------------------===//
 410 //
 411 // Traces are built by two CFG traversals. To avoid recomputing too much, use a
 412 // set abstraction that confines the search to the current loop, and doesn't
 413 // revisit blocks.
 414
 415 namespace {
 416 struct LoopBounds {
 417   MutableArrayRef<MachineTraceMetrics::TraceBlockInfo> Blocks;
 418   SmallPtrSet<const MachineBasicBlock*, 8> Visited;
 419   const MachineLoopInfo *Loops;
 420   bool Downward;
 421   LoopBounds(MutableArrayRef<MachineTraceMetrics::TraceBlockInfo> blocks,
 422              const MachineLoopInfo *loops)
 423     : Blocks(blocks), Loops(loops), Downward(false) {}
 424 };
 425 }
 426
 427 // Specialize po_iterator_storage in order to prune the post-order traversal so
 428 // it is limited to the current loop and doesn't traverse the loop back edges.
 429 namespace llvm {
 430 template<>
 431 class po_iterator_storage<LoopBounds, true> {
 432   LoopBounds &LB;
 433 public:
 434   po_iterator_storage(LoopBounds &lb) : LB(lb) {}
 435   void finishPostorder(const MachineBasicBlock*) {}
 436
 437   bool insertEdge(const MachineBasicBlock *From, const MachineBasicBlock *To) {
 438     // Skip already visited To blocks.
 439     MachineTraceMetrics::TraceBlockInfo &TBI = LB.Blocks[To->getNumber()];
 440     if (LB.Downward ? TBI.hasValidHeight() : TBI.hasValidDepth())
 441       return false;
 442     // From is null once when To is the trace center block.
 443     if (From) {
 444       if (const MachineLoop *FromLoop = LB.Loops->getLoopFor(From)) {
 445         // Don't follow backedges, don't leave FromLoop when going upwards.
 446         if ((LB.Downward ? To : From) == FromLoop->getHeader())
 447           return false;
 448         // Don't leave FromLoop.
 449         if (isExitingLoop(FromLoop, LB.Loops->getLoopFor(To)))
 450           return false;
 451       }
 452     }
 453     // To is a new block. Mark the block as visited in case the CFG has cycles
 454     // that MachineLoopInfo didn't recognize as a natural loop.
 455     return LB.Visited.insert(To);
 456   }
 457 };
 458 }
 459
 460 /// Compute the trace through MBB.
 461 void MachineTraceMetrics::Ensemble::computeTrace(const MachineBasicBlock *MBB) {
 462   DEBUG(dbgs() << "Computing " << getName() << " trace through BB#"
 463                << MBB->getNumber() << '\n');
 464   // Set up loop bounds for the backwards post-order traversal.
 465   LoopBounds Bounds(BlockInfo, MTM.Loops);
 466
 467   // Run an upwards post-order search for the trace start.
 468   Bounds.Downward = false;
 469   Bounds.Visited.clear();
 470   typedef ipo_ext_iterator<const MachineBasicBlock*, LoopBounds> UpwardPO;
 471   for (UpwardPO I = ipo_ext_begin(MBB, Bounds), E = ipo_ext_end(MBB, Bounds);
 472        I != E; ++I) {
 473     DEBUG(dbgs() << "  pred for BB#" << I->getNumber() << ": ");
 474     TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[I->getNumber()];
 475     // All the predecessors have been visited, pick the preferred one.
 476     TBI.Pred = pickTracePred(*I);
 477     DEBUG({
 478       if (TBI.Pred)
 479         dbgs() << "BB#" << TBI.Pred->getNumber() << '\n';
 480       else
 481         dbgs() << "null\n";
 482     });
 483     // The trace leading to I is now known, compute the depth resources.
 484     computeDepthResources(*I);
 485   }
 486
 487   // Run a downwards post-order search for the trace end.
 488   Bounds.Downward = true;
 489   Bounds.Visited.clear();
 490   typedef po_ext_iterator<const MachineBasicBlock*, LoopBounds> DownwardPO;
 491   for (DownwardPO I = po_ext_begin(MBB, Bounds), E = po_ext_end(MBB, Bounds);
 492        I != E; ++I) {
 493     DEBUG(dbgs() << "  succ for BB#" << I->getNumber() << ": ");
 494     TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[I->getNumber()];
 495     // All the successors have been visited, pick the preferred one.
 496     TBI.Succ = pickTraceSucc(*I);
 497     DEBUG({
 498       if (TBI.Succ)
 499         dbgs() << "BB#" << TBI.Succ->getNumber() << '\n';
 500       else
 501         dbgs() << "null\n";
 502     });
 503     // The trace leaving I is now known, compute the height resources.
 504     computeHeightResources(*I);
 505   }
 506 }
 507
 508 /// Invalidate traces through BadMBB.
 509 void
 510 MachineTraceMetrics::Ensemble::invalidate(const MachineBasicBlock *BadMBB) {
 511   SmallVector<const MachineBasicBlock*, 16> WorkList;
 512   TraceBlockInfo &BadTBI = BlockInfo[BadMBB->getNumber()];
 513
 514   // Invalidate height resources of blocks above MBB.
 515   if (BadTBI.hasValidHeight()) {
 516     BadTBI.invalidateHeight();
 517     WorkList.push_back(BadMBB);
 518     do {
 519       const MachineBasicBlock *MBB = WorkList.pop_back_val();
 520       DEBUG(dbgs() << "Invalidate BB#" << MBB->getNumber() << ' ' << getName()
 521             << " height.\n");
 522       // Find any MBB predecessors that have MBB as their preferred successor.
 523       // They are the only ones that need to be invalidated.
 524       for (MachineBasicBlock::const_pred_iterator
 525            I = MBB->pred_begin(), E = MBB->pred_end(); I != E; ++I) {
 526         TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[(*I)->getNumber()];
 527         if (!TBI.hasValidHeight())
 528           continue;
 529         if (TBI.Succ == MBB) {
 530           TBI.invalidateHeight();
 531           WorkList.push_back(*I);
 532           continue;
 533         }
 534         // Verify that TBI.Succ is actually a *I successor.
 535         assert((!TBI.Succ || (*I)->isSuccessor(TBI.Succ)) && "CFG changed");
 536       }
 537     } while (!WorkList.empty());
 538   }
 539
 540   // Invalidate depth resources of blocks below MBB.
 541   if (BadTBI.hasValidDepth()) {
 542     BadTBI.invalidateDepth();
 543     WorkList.push_back(BadMBB);
 544     do {
 545       const MachineBasicBlock *MBB = WorkList.pop_back_val();
 546       DEBUG(dbgs() << "Invalidate BB#" << MBB->getNumber() << ' ' << getName()
 547             << " depth.\n");
 548       // Find any MBB successors that have MBB as their preferred predecessor.
 549       // They are the only ones that need to be invalidated.
 550       for (MachineBasicBlock::const_succ_iterator
 551            I = MBB->succ_begin(), E = MBB->succ_end(); I != E; ++I) {
 552         TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[(*I)->getNumber()];
 553         if (!TBI.hasValidDepth())
 554           continue;
 555         if (TBI.Pred == MBB) {
 556           TBI.invalidateDepth();
 557           WorkList.push_back(*I);
 558           continue;
 559         }
 560         // Verify that TBI.Pred is actually a *I predecessor.
 561         assert((!TBI.Pred || (*I)->isPredecessor(TBI.Pred)) && "CFG changed");
 562       }
 563     } while (!WorkList.empty());
 564   }
 565
 566   // Clear any per-instruction data. We only have to do this for BadMBB itself
 567   // because the instructions in that block may change. Other blocks may be
 568   // invalidated, but their instructions will stay the same, so there is no
 569   // need to erase the Cycle entries. They will be overwritten when we
 570   // recompute.
 571   for (MachineBasicBlock::const_iterator I = BadMBB->begin(), E = BadMBB->end();
 572        I != E; ++I)
 573     Cycles.erase(I);
 574 }
 575
 576 void MachineTraceMetrics::Ensemble::verify() const {
 577 #ifndef NDEBUG
 578   assert(BlockInfo.size() == MTM.MF->getNumBlockIDs() &&
 579          "Outdated BlockInfo size");
 580   for (unsigned Num = 0, e = BlockInfo.size(); Num != e; ++Num) {
 581     const TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[Num];
 582     if (TBI.hasValidDepth() && TBI.Pred) {
 583       const MachineBasicBlock *MBB = MTM.MF->getBlockNumbered(Num);
 584       assert(MBB->isPredecessor(TBI.Pred) && "CFG doesn't match trace");
 585       assert(BlockInfo[TBI.Pred->getNumber()].hasValidDepth() &&
 586              "Trace is broken, depth should have been invalidated.");
 587       const MachineLoop *Loop = getLoopFor(MBB);
 588       assert(!(Loop && MBB == Loop->getHeader()) && "Trace contains backedge");
 589     }
 590     if (TBI.hasValidHeight() && TBI.Succ) {
 591       const MachineBasicBlock *MBB = MTM.MF->getBlockNumbered(Num);
 592       assert(MBB->isSuccessor(TBI.Succ) && "CFG doesn't match trace");
 593       assert(BlockInfo[TBI.Succ->getNumber()].hasValidHeight() &&
 594              "Trace is broken, height should have been invalidated.");
 595       const MachineLoop *Loop = getLoopFor(MBB);
 596       const MachineLoop *SuccLoop = getLoopFor(TBI.Succ);
 597       assert(!(Loop && Loop == SuccLoop && TBI.Succ == Loop->getHeader()) &&
 598              "Trace contains backedge");
 599     }
 600   }
 601 #endif
 602 }
 603
 604 //===----------------------------------------------------------------------===//
 605 //                             Data Dependencies
 606 //===----------------------------------------------------------------------===//
 607 //
 608 // Compute the depth and height of each instruction based on data dependencies
 609 // and instruction latencies. These cycle numbers assume that the CPU can issue
 610 // an infinite number of instructions per cycle as long as their dependencies
 611 // are ready.
 612
 613 // A data dependency is represented as a defining MI and operand numbers on the
 614 // defining and using MI.
 615 namespace {
 616 struct DataDep {
 617   const MachineInstr *DefMI;
 618   unsigned DefOp;
 619   unsigned UseOp;
 620
 621   DataDep(const MachineInstr *DefMI, unsigned DefOp, unsigned UseOp)
 622     : DefMI(DefMI), DefOp(DefOp), UseOp(UseOp) {}
 623
 624   /// Create a DataDep from an SSA form virtual register.
 625   DataDep(const MachineRegisterInfo *MRI, unsigned VirtReg, unsigned UseOp)
 626     : UseOp(UseOp) {
 627     assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(VirtReg));
 628     MachineRegisterInfo::def_iterator DefI = MRI->def_begin(VirtReg);
 629     assert(!DefI.atEnd() && "Register has no defs");
 630     DefMI = &*DefI;
 631     DefOp = DefI.getOperandNo();
 632     assert((++DefI).atEnd() && "Register has multiple defs");
 633   }
 634 };
 635 }
 636
 637 // Get the input data dependencies that must be ready before UseMI can issue.
 638 // Return true if UseMI has any physreg operands.
 639 static bool getDataDeps(const MachineInstr *UseMI,
 640                         SmallVectorImpl<DataDep> &Deps,
 641                         const MachineRegisterInfo *MRI) {
 642   bool HasPhysRegs = false;
 643   for (ConstMIOperands MO(UseMI); MO.isValid(); ++MO) {
 644     if (!MO->isReg())
 645       continue;
 646     unsigned Reg = MO->getReg();
 647     if (!Reg)
 648       continue;
 649     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg)) {
 650       HasPhysRegs = true;
 651       continue;
 652     }
 653     // Collect virtual register reads.
 654     if (MO->readsReg())
 655       Deps.push_back(DataDep(MRI, Reg, MO.getOperandNo()));
 656   }
 657   return HasPhysRegs;
 658 }
 659
 660 // Get the input data dependencies of a PHI instruction, using Pred as the
 661 // preferred predecessor.
 662 // This will add at most one dependency to Deps.
 663 static void getPHIDeps(const MachineInstr *UseMI,
 664                        SmallVectorImpl<DataDep> &Deps,
 665                        const MachineBasicBlock *Pred,
 666                        const MachineRegisterInfo *MRI) {
 667   // No predecessor at the beginning of a trace. Ignore dependencies.
 668   if (!Pred)
 669     return;
 670   assert(UseMI->isPHI() && UseMI->getNumOperands() % 2 && "Bad PHI");
 671   for (unsigned i = 1; i != UseMI->getNumOperands(); i += 2) {
 672     if (UseMI->getOperand(i + 1).getMBB() == Pred) {
 673       unsigned Reg = UseMI->getOperand(i).getReg();
 674       Deps.push_back(DataDep(MRI, Reg, i));
 675       return;
 676     }
 677   }
 678 }
 679
 680 // Keep track of physreg data dependencies by recording each live register unit.
 681 // Associate each regunit with an instruction operand. Depending on the
 682 // direction instructions are scanned, it could be the operand that defined the
 683 // regunit, or the highest operand to read the regunit.
 684 namespace {
 685 struct LiveRegUnit {
 686   unsigned RegUnit;
 687   unsigned Cycle;
 688   const MachineInstr *MI;
 689   unsigned Op;
 690
 691   unsigned getSparseSetIndex() const { return RegUnit; }
 692
 693   LiveRegUnit(unsigned RU) : RegUnit(RU), Cycle(0), MI(0), Op(0) {}
 694 };
 695 }
 696
 697 // Identify physreg dependencies for UseMI, and update the live regunit
 698 // tracking set when scanning instructions downwards.
 699 static void updatePhysDepsDownwards(const MachineInstr *UseMI,
 700                                     SmallVectorImpl<DataDep> &Deps,
 701                                     SparseSet<LiveRegUnit> &RegUnits,
 702                                     const TargetRegisterInfo *TRI) {
 703   SmallVector<unsigned, 8> Kills;
 704   SmallVector<unsigned, 8> LiveDefOps;
 705
 706   for (ConstMIOperands MO(UseMI); MO.isValid(); ++MO) {
 707     if (!MO->isReg())
 708       continue;
 709     unsigned Reg = MO->getReg();
 710     if (!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg))
 711       continue;
 712     // Track live defs and kills for updating RegUnits.
 713     if (MO->isDef()) {
 714       if (MO->isDead())
 715         Kills.push_back(Reg);
 716       else
 717         LiveDefOps.push_back(MO.getOperandNo());
 718     } else if (MO->isKill())
 719       Kills.push_back(Reg);
 720     // Identify dependencies.
 721     if (!MO->readsReg())
 722       continue;
 723     for (MCRegUnitIterator Units(Reg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
 724       SparseSet<LiveRegUnit>::iterator I = RegUnits.find(*Units);
 725       if (I == RegUnits.end())
 726         continue;
 727       Deps.push_back(DataDep(I->MI, I->Op, MO.getOperandNo()));
 728       break;
 729     }
 730   }
 731
 732   // Update RegUnits to reflect live registers after UseMI.
 733   // First kills.
 734   for (unsigned i = 0, e = Kills.size(); i != e; ++i)
 735     for (MCRegUnitIterator Units(Kills[i], TRI); Units.isValid(); ++Units)
 736       RegUnits.erase(*Units);
 737
 738   // Second, live defs.
 739   for (unsigned i = 0, e = LiveDefOps.size(); i != e; ++i) {
 740     unsigned DefOp = LiveDefOps[i];
 741     for (MCRegUnitIterator Units(UseMI->getOperand(DefOp).getReg(), TRI);
 742          Units.isValid(); ++Units) {
 743       LiveRegUnit &LRU = RegUnits[*Units];
 744       LRU.MI = UseMI;
 745       LRU.Op = DefOp;
 746     }
 747   }
 748 }
 749
 750 /// The length of the critical path through a trace is the maximum of two path
 751 /// lengths:
 752 ///
 753 /// 1. The maximum height+depth over all instructions in the trace center block.
 754 ///
 755 /// 2. The longest cross-block dependency chain. For small blocks, it is
 756 ///    possible that the critical path through the trace doesn't include any
 757 ///    instructions in the block.
 758 ///
 759 /// This function computes the second number from the live-in list of the
 760 /// center block.
 761 unsigned MachineTraceMetrics::Ensemble::
 762 computeCrossBlockCriticalPath(const TraceBlockInfo &TBI) {
 763   assert(TBI.HasValidInstrDepths && "Missing depth info");
 764   assert(TBI.HasValidInstrHeights && "Missing height info");
 765   unsigned MaxLen = 0;
 766   for (unsigned i = 0, e = TBI.LiveIns.size(); i != e; ++i) {
 767     const LiveInReg &LIR = TBI.LiveIns[i];
 768     if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(LIR.Reg))
 769       continue;
 770     const MachineInstr *DefMI = MTM.MRI->getVRegDef(LIR.Reg);
 771     // Ignore dependencies outside the current trace.
 772     const TraceBlockInfo &DefTBI = BlockInfo[DefMI->getParent()->getNumber()];
 773     if (!DefTBI.isUsefulDominator(TBI))
 774       continue;
 775     unsigned Len = LIR.Height + Cycles[DefMI].Depth;
 776     MaxLen = std::max(MaxLen, Len);
 777   }
 778   return MaxLen;
 779 }
 780
 781 /// Compute instruction depths for all instructions above or in MBB in its
 782 /// trace. This assumes that the trace through MBB has already been computed.
 783 void MachineTraceMetrics::Ensemble::
 784 computeInstrDepths(const MachineBasicBlock *MBB) {
 785   // The top of the trace may already be computed, and HasValidInstrDepths
 786   // implies Head->HasValidInstrDepths, so we only need to start from the first
 787   // block in the trace that needs to be recomputed.
 788   SmallVector<const MachineBasicBlock*, 8> Stack;
 789   do {
 790     TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[MBB->getNumber()];
 791     assert(TBI.hasValidDepth() && "Incomplete trace");
 792     if (TBI.HasValidInstrDepths)
 793       break;
 794     Stack.push_back(MBB);
 795     MBB = TBI.Pred;
 796   } while (MBB);
 797
 798   // FIXME: If MBB is non-null at this point, it is the last pre-computed block
 799   // in the trace. We should track any live-out physregs that were defined in
 800   // the trace. This is quite rare in SSA form, typically created by CSE
 801   // hoisting a compare.
 802   SparseSet<LiveRegUnit> RegUnits;
 803   RegUnits.setUniverse(MTM.TRI->getNumRegUnits());
 804
 805   // Go through trace blocks in top-down order, stopping after the center block.
 806   SmallVector<DataDep, 8> Deps;
 807   while (!Stack.empty()) {
 808     MBB = Stack.pop_back_val();
 809     DEBUG(dbgs() << "\nDepths for BB#" << MBB->getNumber() << ":\n");
 810     TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[MBB->getNumber()];
 811     TBI.HasValidInstrDepths = true;
 812     TBI.CriticalPath = 0;
 813
 814     // Print out resource depths here as well.
 815     DEBUG({
 816       dbgs() << format("%7u Instructions\n", TBI.InstrDepth);
 817       ArrayRef<unsigned> PRDepths = getProcResourceDepths(MBB->getNumber());
 818       for (unsigned K = 0; K != PRDepths.size(); ++K)
 819         if (PRDepths[K]) {
 820           unsigned Factor = MTM.SchedModel.getResourceFactor(K);
 821           dbgs() << format("%6uc @ ", MTM.getCycles(PRDepths[K]))
 822                  << MTM.SchedModel.getProcResource(K)->Name << " ("
 823                  << PRDepths[K]/Factor << " ops x" << Factor << ")\n";
 824         }
 825     });
 826
 827     // Also compute the critical path length through MBB when possible.
 828     if (TBI.HasValidInstrHeights)
 829       TBI.CriticalPath = computeCrossBlockCriticalPath(TBI);
 830
 831     for (MachineBasicBlock::const_iterator I = MBB->begin(), E = MBB->end();
 832          I != E; ++I) {
 833       const MachineInstr *UseMI = I;
 834
 835       // Collect all data dependencies.
 836       Deps.clear();
 837       if (UseMI->isPHI())
 838         getPHIDeps(UseMI, Deps, TBI.Pred, MTM.MRI);
 839       else if (getDataDeps(UseMI, Deps, MTM.MRI))
 840         updatePhysDepsDownwards(UseMI, Deps, RegUnits, MTM.TRI);
 841
 842       // Filter and process dependencies, computing the earliest issue cycle.
 843       unsigned Cycle = 0;
 844       for (unsigned i = 0, e = Deps.size(); i != e; ++i) {
 845         const DataDep &Dep = Deps[i];
 846         const TraceBlockInfo&DepTBI =
 847           BlockInfo[Dep.DefMI->getParent()->getNumber()];
 848         // Ignore dependencies from outside the current trace.
 849         if (!DepTBI.isUsefulDominator(TBI))
 850           continue;
 851         assert(DepTBI.HasValidInstrDepths && "Inconsistent dependency");
 852         unsigned DepCycle = Cycles.lookup(Dep.DefMI).Depth;
 853         // Add latency if DefMI is a real instruction. Transients get latency 0.
 854         if (!Dep.DefMI->isTransient())
 855           DepCycle += MTM.SchedModel
 856             .computeOperandLatency(Dep.DefMI, Dep.DefOp, UseMI, Dep.UseOp);
 857         Cycle = std::max(Cycle, DepCycle);
 858       }
 859       // Remember the instruction depth.
 860       InstrCycles &MICycles = Cycles[UseMI];
 861       MICycles.Depth = Cycle;
 862
 863       if (!TBI.HasValidInstrHeights) {
 864         DEBUG(dbgs() << Cycle << '\t' << *UseMI);
 865         continue;
 866       }
 867       // Update critical path length.
 868       TBI.CriticalPath = std::max(TBI.CriticalPath, Cycle + MICycles.Height);
 869       DEBUG(dbgs() << TBI.CriticalPath << '\t' << Cycle << '\t' << *UseMI);
 870     }
 871   }
 872 }
 873
 874 // Identify physreg dependencies for MI when scanning instructions upwards.
 875 // Return the issue height of MI after considering any live regunits.
 876 // Height is the issue height computed from virtual register dependencies alone.
 877 static unsigned updatePhysDepsUpwards(const MachineInstr *MI, unsigned Height,
 878                                       SparseSet<LiveRegUnit> &RegUnits,
 879                                       const TargetSchedModel &SchedModel,
 880                                       const TargetInstrInfo *TII,
 881                                       const TargetRegisterInfo *TRI) {
 882   SmallVector<unsigned, 8> ReadOps;
 883   for (ConstMIOperands MO(MI); MO.isValid(); ++MO) {
 884     if (!MO->isReg())
 885       continue;
 886     unsigned Reg = MO->getReg();
 887     if (!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg))
 888       continue;
 889     if (MO->readsReg())
 890       ReadOps.push_back(MO.getOperandNo());
 891     if (!MO->isDef())
 892       continue;
 893     // This is a def of Reg. Remove corresponding entries from RegUnits, and
 894     // update MI Height to consider the physreg dependencies.
 895     for (MCRegUnitIterator Units(Reg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
 896       SparseSet<LiveRegUnit>::iterator I = RegUnits.find(*Units);
 897       if (I == RegUnits.end())
 898         continue;
 899       unsigned DepHeight = I->Cycle;
 900       if (!MI->isTransient()) {
 901         // We may not know the UseMI of this dependency, if it came from the
 902         // live-in list. SchedModel can handle a NULL UseMI.
 903         DepHeight += SchedModel
 904           .computeOperandLatency(MI, MO.getOperandNo(), I->MI, I->Op);
 905       }
 906       Height = std::max(Height, DepHeight);
 907       // This regunit is dead above MI.
 908       RegUnits.erase(I);
 909     }
 910   }
 911
 912   // Now we know the height of MI. Update any regunits read.
 913   for (unsigned i = 0, e = ReadOps.size(); i != e; ++i) {
 914     unsigned Reg = MI->getOperand(ReadOps[i]).getReg();
 915     for (MCRegUnitIterator Units(Reg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
 916       LiveRegUnit &LRU = RegUnits[*Units];
 917       // Set the height to the highest reader of the unit.
 918       if (LRU.Cycle <= Height && LRU.MI != MI) {
 919         LRU.Cycle = Height;
 920         LRU.MI = MI;
 921         LRU.Op = ReadOps[i];
 922       }
 923     }
 924   }
 925
 926   return Height;
 927 }
 928
 929
 930 typedef DenseMap<const MachineInstr *, unsigned> MIHeightMap;
 931
 932 // Push the height of DefMI upwards if required to match UseMI.
 933 // Return true if this is the first time DefMI was seen.
 934 static bool pushDepHeight(const DataDep &Dep,
 935                           const MachineInstr *UseMI, unsigned UseHeight,
 936                           MIHeightMap &Heights,
 937                           const TargetSchedModel &SchedModel,
 938                           const TargetInstrInfo *TII) {
 939   // Adjust height by Dep.DefMI latency.
 940   if (!Dep.DefMI->isTransient())
 941     UseHeight += SchedModel.computeOperandLatency(Dep.DefMI, Dep.DefOp,
 942                                                   UseMI, Dep.UseOp);
 943
 944   // Update Heights[DefMI] to be the maximum height seen.
 945   MIHeightMap::iterator I;
 946   bool New;
 947   tie(I, New) = Heights.insert(std::make_pair(Dep.DefMI, UseHeight));
 948   if (New)
 949     return true;
 950
 951   // DefMI has been pushed before. Give it the max height.
 952   if (I->second < UseHeight)
 953     I->second = UseHeight;
 954   return false;
 955 }
 956
 957 /// Assuming that the virtual register defined by DefMI:DefOp was used by
 958 /// Trace.back(), add it to the live-in lists of all the blocks in Trace. Stop
 959 /// when reaching the block that contains DefMI.
 960 void MachineTraceMetrics::Ensemble::
 961 addLiveIns(const MachineInstr *DefMI, unsigned DefOp,
 962            ArrayRef<const MachineBasicBlock*> Trace) {
 963   assert(!Trace.empty() && "Trace should contain at least one block");
 964   unsigned Reg = DefMI->getOperand(DefOp).getReg();
 965   assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg));
 966   const MachineBasicBlock *DefMBB = DefMI->getParent();
 967
 968   // Reg is live-in to all blocks in Trace that follow DefMBB.
 969   for (unsigned i = Trace.size(); i; --i) {
 970     const MachineBasicBlock *MBB = Trace[i-1];
 971     if (MBB == DefMBB)
 972       return;
 973     TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[MBB->getNumber()];
 974     // Just add the register. The height will be updated later.
 975     TBI.LiveIns.push_back(Reg);
 976   }
 977 }
 978
 979 /// Compute instruction heights in the trace through MBB. This updates MBB and
 980 /// the blocks below it in the trace. It is assumed that the trace has already
 981 /// been computed.
 982 void MachineTraceMetrics::Ensemble::
 983 computeInstrHeights(const MachineBasicBlock *MBB) {
 984   // The bottom of the trace may already be computed.
 985   // Find the blocks that need updating.
 986   SmallVector<const MachineBasicBlock*, 8> Stack;
 987   do {
 988     TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[MBB->getNumber()];
 989     assert(TBI.hasValidHeight() && "Incomplete trace");
 990     if (TBI.HasValidInstrHeights)
 991       break;
 992     Stack.push_back(MBB);
 993     TBI.LiveIns.clear();
 994     MBB = TBI.Succ;
 995   } while (MBB);
 996
 997   // As we move upwards in the trace, keep track of instructions that are
 998   // required by deeper trace instructions. Map MI -> height required so far.
 999   MIHeightMap Heights;
1000
1001   // For physregs, the def isn't known when we see the use.
1002   // Instead, keep track of the highest use of each regunit.
1003   SparseSet<LiveRegUnit> RegUnits;
1004   RegUnits.setUniverse(MTM.TRI->getNumRegUnits());
1005
1006   // If the bottom of the trace was already precomputed, initialize heights
1007   // from its live-in list.
1008   // MBB is the highest precomputed block in the trace.
1009   if (MBB) {
1010     TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[MBB->getNumber()];
1011     for (unsigned i = 0, e = TBI.LiveIns.size(); i != e; ++i) {
1012       LiveInReg LI = TBI.LiveIns[i];
1013       if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(LI.Reg)) {
1014         // For virtual registers, the def latency is included.
1015         unsigned &Height = Heights[MTM.MRI->getVRegDef(LI.Reg)];
1016         if (Height < LI.Height)
1017           Height = LI.Height;
1018       } else {
1019         // For register units, the def latency is not included because we don't
1020         // know the def yet.
1021         RegUnits[LI.Reg].Cycle = LI.Height;
1022       }
1023     }
1024   }
1025
1026   // Go through the trace blocks in bottom-up order.
1027   SmallVector<DataDep, 8> Deps;
1028   for (;!Stack.empty(); Stack.pop_back()) {
1029     MBB = Stack.back();
1030     DEBUG(dbgs() << "Heights for BB#" << MBB->getNumber() << ":\n");
1031     TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[MBB->getNumber()];
1032     TBI.HasValidInstrHeights = true;
1033     TBI.CriticalPath = 0;
1034
1035     DEBUG({
1036       dbgs() << format("%7u Instructions\n", TBI.InstrHeight);
1037       ArrayRef<unsigned> PRHeights = getProcResourceHeights(MBB->getNumber());
1038       for (unsigned K = 0; K != PRHeights.size(); ++K)
1039         if (PRHeights[K]) {
1040           unsigned Factor = MTM.SchedModel.getResourceFactor(K);
1041           dbgs() << format("%6uc @ ", MTM.getCycles(PRHeights[K]))
1042                  << MTM.SchedModel.getProcResource(K)->Name << " ("
1043                  << PRHeights[K]/Factor << " ops x" << Factor << ")\n";
1044         }
1045     });
1046
1047     // Get dependencies from PHIs in the trace successor.
1048     const MachineBasicBlock *Succ = TBI.Succ;
1049     // If MBB is the last block in the trace, and it has a back-edge to the
1050     // loop header, get loop-carried dependencies from PHIs in the header. For
1051     // that purpose, pretend that all the loop header PHIs have height 0.
1052     if (!Succ)
1053       if (const MachineLoop *Loop = getLoopFor(MBB))
1054         if (MBB->isSuccessor(Loop->getHeader()))
1055           Succ = Loop->getHeader();
1056
1057     if (Succ) {
1058       for (MachineBasicBlock::const_iterator I = Succ->begin(), E = Succ->end();
1059            I != E && I->isPHI(); ++I) {
1060         const MachineInstr *PHI = I;
1061         Deps.clear();
1062         getPHIDeps(PHI, Deps, MBB, MTM.MRI);
1063         if (!Deps.empty()) {
1064           // Loop header PHI heights are all 0.
1065           unsigned Height = TBI.Succ ? Cycles.lookup(PHI).Height : 0;
1066           DEBUG(dbgs() << "pred\t" << Height << '\t' << *PHI);
1067           if (pushDepHeight(Deps.front(), PHI, Height,
1068                             Heights, MTM.SchedModel, MTM.TII))
1069             addLiveIns(Deps.front().DefMI, Deps.front().DefOp, Stack);
1070         }
1071       }
1072     }
1073
1074     // Go through the block backwards.
1075     for (MachineBasicBlock::const_iterator BI = MBB->end(), BB = MBB->begin();
1076          BI != BB;) {
1077       const MachineInstr *MI = --BI;
1078
1079       // Find the MI height as determined by virtual register uses in the
1080       // trace below.
1081       unsigned Cycle = 0;
1082       MIHeightMap::iterator HeightI = Heights.find(MI);
1083       if (HeightI != Heights.end()) {
1084         Cycle = HeightI->second;
1085         // We won't be seeing any more MI uses.
1086         Heights.erase(HeightI);
1087       }
1088
1089       // Don't process PHI deps. They depend on the specific predecessor, and
1090       // we'll get them when visiting the predecessor.
1091       Deps.clear();
1092       bool HasPhysRegs = !MI->isPHI() && getDataDeps(MI, Deps, MTM.MRI);
1093
1094       // There may also be regunit dependencies to include in the height.
1095       if (HasPhysRegs)
1096         Cycle = updatePhysDepsUpwards(MI, Cycle, RegUnits,
1097                                       MTM.SchedModel, MTM.TII, MTM.TRI);
1098
1099       // Update the required height of any virtual registers read by MI.
1100       for (unsigned i = 0, e = Deps.size(); i != e; ++i)
1101         if (pushDepHeight(Deps[i], MI, Cycle, Heights, MTM.SchedModel, MTM.TII))
1102           addLiveIns(Deps[i].DefMI, Deps[i].DefOp, Stack);
1103
1104       InstrCycles &MICycles = Cycles[MI];
1105       MICycles.Height = Cycle;
1106       if (!TBI.HasValidInstrDepths) {
1107         DEBUG(dbgs() << Cycle << '\t' << *MI);
1108         continue;
1109       }
1110       // Update critical path length.
1111       TBI.CriticalPath = std::max(TBI.CriticalPath, Cycle + MICycles.Depth);
1112       DEBUG(dbgs() << TBI.CriticalPath << '\t' << Cycle << '\t' << *MI);
1113     }
1114
1115     // Update virtual live-in heights. They were added by addLiveIns() with a 0
1116     // height because the final height isn't known until now.
1117     DEBUG(dbgs() << "BB#" << MBB->getNumber() <<  " Live-ins:");
1118     for (unsigned i = 0, e = TBI.LiveIns.size(); i != e; ++i) {
1119       LiveInReg &LIR = TBI.LiveIns[i];
1120       const MachineInstr *DefMI = MTM.MRI->getVRegDef(LIR.Reg);
1121       LIR.Height = Heights.lookup(DefMI);
1122       DEBUG(dbgs() << ' ' << PrintReg(LIR.Reg) << '@' << LIR.Height);
1123     }
1124
1125     // Transfer the live regunits to the live-in list.
1126     for (SparseSet<LiveRegUnit>::const_iterator
1127          RI = RegUnits.begin(), RE = RegUnits.end(); RI != RE; ++RI) {
1128       TBI.LiveIns.push_back(LiveInReg(RI->RegUnit, RI->Cycle));
1129       DEBUG(dbgs() << ' ' << PrintRegUnit(RI->RegUnit, MTM.TRI)
1130                    << '@' << RI->Cycle);
1131     }
1132     DEBUG(dbgs() << '\n');
1133
1134     if (!TBI.HasValidInstrDepths)
1135       continue;
1136     // Add live-ins to the critical path length.
1137     TBI.CriticalPath = std::max(TBI.CriticalPath,
1138                                 computeCrossBlockCriticalPath(TBI));
1139     DEBUG(dbgs() << "Critical path: " << TBI.CriticalPath << '\n');
1140   }
1141 }
1142
1143 MachineTraceMetrics::Trace
1144 MachineTraceMetrics::Ensemble::getTrace(const MachineBasicBlock *MBB) {
1145   // FIXME: Check cache tags, recompute as needed.
1146   computeTrace(MBB);
1147   computeInstrDepths(MBB);
1148   computeInstrHeights(MBB);
1149   return Trace(*this, BlockInfo[MBB->getNumber()]);
1150 }
1151
1152 unsigned
1153 MachineTraceMetrics::Trace::getInstrSlack(const MachineInstr *MI) const {
1154   assert(MI && "Not an instruction.");
1155   assert(getBlockNum() == unsigned(MI->getParent()->getNumber()) &&
1156          "MI must be in the trace center block");
1157   InstrCycles Cyc = getInstrCycles(MI);
1158   return getCriticalPath() - (Cyc.Depth + Cyc.Height);
1159 }
1160
1161 unsigned
1162 MachineTraceMetrics::Trace::getPHIDepth(const MachineInstr *PHI) const {
1163   const MachineBasicBlock *MBB = TE.MTM.MF->getBlockNumbered(getBlockNum());
1164   SmallVector<DataDep, 1> Deps;
1165   getPHIDeps(PHI, Deps, MBB, TE.MTM.MRI);
1166   assert(Deps.size() == 1 && "PHI doesn't have MBB as a predecessor");
1167   DataDep &Dep = Deps.front();
1168   unsigned DepCycle = getInstrCycles(Dep.DefMI).Depth;
1169   // Add latency if DefMI is a real instruction. Transients get latency 0.
1170   if (!Dep.DefMI->isTransient())
1171     DepCycle += TE.MTM.SchedModel
1172       .computeOperandLatency(Dep.DefMI, Dep.DefOp, PHI, Dep.UseOp);
1173   return DepCycle;
1174 }
1175
1176 unsigned MachineTraceMetrics::Trace::getResourceDepth(bool Bottom) const {
1177   // Find the limiting processor resource.
1178   // Numbers have been pre-scaled to be comparable.
1179   unsigned PRMax = 0;
1180   ArrayRef<unsigned> PRDepths = TE.getProcResourceDepths(getBlockNum());
1181   if (Bottom) {
1182     ArrayRef<unsigned> PRCycles = TE.MTM.getProcResourceCycles(getBlockNum());
1183     for (unsigned K = 0; K != PRDepths.size(); ++K)
1184       PRMax = std::max(PRMax, PRDepths[K] + PRCycles[K]);
1185   } else {
1186     for (unsigned K = 0; K != PRDepths.size(); ++K)
1187       PRMax = std::max(PRMax, PRDepths[K]);
1188   }
1189   // Convert to cycle count.
1190   PRMax = TE.MTM.getCycles(PRMax);
1191
1192   unsigned Instrs = TBI.InstrDepth;
1193   if (Bottom)
1194     Instrs += TE.MTM.BlockInfo[getBlockNum()].InstrCount;
1195   if (unsigned IW = TE.MTM.SchedModel.getIssueWidth())
1196     Instrs /= IW;
1197   // Assume issue width 1 without a schedule model.
1198   return std::max(Instrs, PRMax);
1199 }
1200
1201
1202 unsigned MachineTraceMetrics::Trace::
1203 getResourceLength(ArrayRef<const MachineBasicBlock*> Extrablocks,
1204                   ArrayRef<const MCSchedClassDesc*> ExtraInstrs) const {
1205   // Add up resources above and below the center block.
1206   ArrayRef<unsigned> PRDepths = TE.getProcResourceDepths(getBlockNum());
1207   ArrayRef<unsigned> PRHeights = TE.getProcResourceHeights(getBlockNum());
1208   unsigned PRMax = 0;
1209   for (unsigned K = 0; K != PRDepths.size(); ++K) {
1210     unsigned PRCycles = PRDepths[K] + PRHeights[K];
1211     for (unsigned I = 0; I != Extrablocks.size(); ++I)
1212       PRCycles += TE.MTM.getProcResourceCycles(Extrablocks[I]->getNumber())[K];
1213     for (unsigned I = 0; I != ExtraInstrs.size(); ++I) {
1214       const MCSchedClassDesc* SC = ExtraInstrs[I];
1215       if (!SC->isValid())
1216         continue;
1217       for (TargetSchedModel::ProcResIter
1218              PI = TE.MTM.SchedModel.getWriteProcResBegin(SC),
1219              PE = TE.MTM.SchedModel.getWriteProcResEnd(SC); PI != PE; ++PI) {
1220         if (PI->ProcResourceIdx != K)
1221           continue;
1222         PRCycles += (PI->Cycles * TE.MTM.SchedModel.getResourceFactor(K));
1223       }
1224     }
1225     PRMax = std::max(PRMax, PRCycles);
1226   }
1227   // Convert to cycle count.
1228   PRMax = TE.MTM.getCycles(PRMax);
1229
1230   unsigned Instrs = TBI.InstrDepth + TBI.InstrHeight;
1231   for (unsigned i = 0, e = Extrablocks.size(); i != e; ++i)
1232     Instrs += TE.MTM.getResources(Extrablocks[i])->InstrCount;
1233   if (unsigned IW = TE.MTM.SchedModel.getIssueWidth())
1234     Instrs /= IW;
1235   // Assume issue width 1 without a schedule model.
1236   return std::max(Instrs, PRMax);
1237 }
1238
1239 void MachineTraceMetrics::Ensemble::print(raw_ostream &OS) const {
1240   OS << getName() << " ensemble:\n";
1241   for (unsigned i = 0, e = BlockInfo.size(); i != e; ++i) {
1242     OS << "  BB#" << i << '\t';
1243     BlockInfo[i].print(OS);
1244     OS << '\n';
1245   }
1246 }
1247
1248 void MachineTraceMetrics::TraceBlockInfo::print(raw_ostream &OS) const {
1249   if (hasValidDepth()) {
1250     OS << "depth=" << InstrDepth;
1251     if (Pred)
1252       OS << " pred=BB#" << Pred->getNumber();
1253     else
1254       OS << " pred=null";
1255     OS << " head=BB#" << Head;
1256     if (HasValidInstrDepths)
1257       OS << " +instrs";
1258   } else
1259     OS << "depth invalid";
1260   OS << ", ";
1261   if (hasValidHeight()) {
1262     OS << "height=" << InstrHeight;
1263     if (Succ)
1264       OS << " succ=BB#" << Succ->getNumber();
1265     else
1266       OS << " succ=null";
1267     OS << " tail=BB#" << Tail;
1268     if (HasValidInstrHeights)
1269       OS << " +instrs";
1270   } else
1271     OS << "height invalid";
1272   if (HasValidInstrDepths && HasValidInstrHeights)
1273     OS << ", crit=" << CriticalPath;
1274 }
1275
1276 void MachineTraceMetrics::Trace::print(raw_ostream &OS) const {
1277   unsigned MBBNum = &TBI - &TE.BlockInfo[0];
1278
1279   OS << TE.getName() << " trace BB#" << TBI.Head << " --> BB#" << MBBNum
1280      << " --> BB#" << TBI.Tail << ':';
1281   if (TBI.hasValidHeight() && TBI.hasValidDepth())
1282     OS << ' ' << getInstrCount() << " instrs.";
1283   if (TBI.HasValidInstrDepths && TBI.HasValidInstrHeights)
1284     OS << ' ' << TBI.CriticalPath << " cycles.";
1285
1286   const MachineTraceMetrics::TraceBlockInfo *Block = &TBI;
1287   OS << "\nBB#" << MBBNum;
1288   while (Block->hasValidDepth() && Block->Pred) {
1289     unsigned Num = Block->Pred->getNumber();
1290     OS << " <- BB#" << Num;
1291     Block = &TE.BlockInfo[Num];
1292   }
1293
1294   Block = &TBI;
1295   OS << "\n    ";
1296   while (Block->hasValidHeight() && Block->Succ) {
1297     unsigned Num = Block->Succ->getNumber();
1298     OS << " -> BB#" << Num;
1299     Block = &TE.BlockInfo[Num];
1300   }
1301   OS << '\n';
1302 }