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 #include "llvm/CodeGen/MachineTraceMetrics.h"
  11 #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
  12 #include "llvm/ADT/SparseSet.h"
  13 #include "llvm/CodeGen/MachineBasicBlock.h"
  14 #include "llvm/CodeGen/MachineBranchProbabilityInfo.h"
  15 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
  16 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
  17 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  18 #include "llvm/MC/MCSubtargetInfo.h"
  19 #include "llvm/Support/Debug.h"
  20 #include "llvm/Support/Format.h"
  21 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  22 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  23 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
  24 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
  25
  26 using namespace llvm;
  27
  28 #define DEBUG_TYPE "machine-trace-metrics"
  29
  30 char MachineTraceMetrics::ID = 0;
  31 char &llvm::MachineTraceMetricsID = MachineTraceMetrics::ID;
  32
  33 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MachineTraceMetrics,
  34                   "machine-trace-metrics", "Machine Trace Metrics", false, true)
  35 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineBranchProbabilityInfo)
  36 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineLoopInfo)
  37 INITIALIZE_PASS_END(MachineTraceMetrics,
  38                   "machine-trace-metrics", "Machine Trace Metrics", false, true)
  39
  40 MachineTraceMetrics::MachineTraceMetrics()
  41   : MachineFunctionPass(ID), MF(nullptr), TII(nullptr), TRI(nullptr),
  42     MRI(nullptr), Loops(nullptr) {
  43   std::fill(std::begin(Ensembles), std::end(Ensembles), nullptr);
  44 }
  45
  46 void MachineTraceMetrics::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  47   AU.setPreservesAll();
  48   AU.addRequired<MachineBranchProbabilityInfo>();
  49   AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
  50   MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
  51 }
  52
  53 bool MachineTraceMetrics::runOnMachineFunction(MachineFunction &Func) {
  54   MF = &Func;
  55   const TargetSubtargetInfo &ST = MF->getSubtarget();
  56   TII = ST.getInstrInfo();
  57   TRI = ST.getRegisterInfo();
  58   MRI = &MF->getRegInfo();
  59   Loops = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
  60   SchedModel.init(ST.getSchedModel(), &ST, TII);
  61   BlockInfo.resize(MF->getNumBlockIDs());
  62   ProcResourceCycles.resize(MF->getNumBlockIDs() *
  63                             SchedModel.getNumProcResourceKinds());
  64   return false;
  65 }
  66
  67 void MachineTraceMetrics::releaseMemory() {
  68   MF = nullptr;
  69   BlockInfo.clear();
  70   for (unsigned i = 0; i != TS_NumStrategies; ++i) {
  71     delete Ensembles[i];
  72     Ensembles[i] = nullptr;
  73   }
  74 }
  75
  76 //===----------------------------------------------------------------------===//
  77 //                          Fixed block information
  78 //===----------------------------------------------------------------------===//
  79 //
  80 // The number of instructions in a basic block and the CPU resources used by
  81 // those instructions don't depend on any given trace strategy.
  82
  83 /// Compute the resource usage in basic block MBB.
  84 const MachineTraceMetrics::FixedBlockInfo*
  85 MachineTraceMetrics::getResources(const MachineBasicBlock *MBB) {
  86   assert(MBB && "No basic block");
  87   FixedBlockInfo *FBI = &BlockInfo[MBB->getNumber()];
  88   if (FBI->hasResources())
  89     return FBI;
  90
  91   // Compute resource usage in the block.
  92   FBI->HasCalls = false;
  93   unsigned InstrCount = 0;
  94
  95   // Add up per-processor resource cycles as well.
  96   unsigned PRKinds = SchedModel.getNumProcResourceKinds();
  97   SmallVector<unsigned, 32> PRCycles(PRKinds);
  98
  99   for (const auto &MI : *MBB) {
 100     if (MI.isTransient())
 101       continue;
 102     ++InstrCount;
 103     if (MI.isCall())
 104       FBI->HasCalls = true;
 105
 106     // Count processor resources used.
 107     if (!SchedModel.hasInstrSchedModel())
 108       continue;
 109     const MCSchedClassDesc *SC = SchedModel.resolveSchedClass(&MI);
 110     if (!SC->isValid())
 111       continue;
 112
 113     for (TargetSchedModel::ProcResIter
 114          PI = SchedModel.getWriteProcResBegin(SC),
 115          PE = SchedModel.getWriteProcResEnd(SC); PI != PE; ++PI) {
 116       assert(PI->ProcResourceIdx < PRKinds && "Bad processor resource kind");
 117       PRCycles[PI->ProcResourceIdx] += PI->Cycles;
 118     }
 119   }
 120   FBI->InstrCount = InstrCount;
 121
 122   // Scale the resource cycles so they are comparable.
 123   unsigned PROffset = MBB->getNumber() * PRKinds;
 124   for (unsigned K = 0; K != PRKinds; ++K)
 125     ProcResourceCycles[PROffset + K] =
 126       PRCycles[K] * SchedModel.getResourceFactor(K);
 127
 128   return FBI;
 129 }
 130
 131 ArrayRef<unsigned>
 132 MachineTraceMetrics::getProcResourceCycles(unsigned MBBNum) const {
 133   assert(BlockInfo[MBBNum].hasResources() &&
 134          "getResources() must be called before getProcResourceCycles()");
 135   unsigned PRKinds = SchedModel.getNumProcResourceKinds();
 136   assert((MBBNum+1) * PRKinds <= ProcResourceCycles.size());
 137   return makeArrayRef(ProcResourceCycles.data() + MBBNum * PRKinds, PRKinds);
 138 }
 139
 140
 141 //===----------------------------------------------------------------------===//
 142 //                         Ensemble utility functions
 143 //===----------------------------------------------------------------------===//
 144
 145 MachineTraceMetrics::Ensemble::Ensemble(MachineTraceMetrics *ct)
 146   : MTM(*ct) {
 147   BlockInfo.resize(MTM.BlockInfo.size());
 148   unsigned PRKinds = MTM.SchedModel.getNumProcResourceKinds();
 149   ProcResourceDepths.resize(MTM.BlockInfo.size() * PRKinds);
 150   ProcResourceHeights.resize(MTM.BlockInfo.size() * PRKinds);
 151 }
 152
 153 // Virtual destructor serves as an anchor.
 154 MachineTraceMetrics::Ensemble::~Ensemble() {}
 155
 156 const MachineLoop*
 157 MachineTraceMetrics::Ensemble::getLoopFor(const MachineBasicBlock *MBB) const {
 158   return MTM.Loops->getLoopFor(MBB);
 159 }
 160
 161 // Update resource-related information in the TraceBlockInfo for MBB.
 162 // Only update resources related to the trace above MBB.
 163 void MachineTraceMetrics::Ensemble::
 164 computeDepthResources(const MachineBasicBlock *MBB) {
 165   TraceBlockInfo *TBI = &BlockInfo[MBB->getNumber()];
 166   unsigned PRKinds = MTM.SchedModel.getNumProcResourceKinds();
 167   unsigned PROffset = MBB->getNumber() * PRKinds;
 168
 169   // Compute resources from trace above. The top block is simple.
 170   if (!TBI->Pred) {
 171     TBI->InstrDepth = 0;
 172     TBI->Head = MBB->getNumber();
 173     std::fill(ProcResourceDepths.begin() + PROffset,
 174               ProcResourceDepths.begin() + PROffset + PRKinds, 0);
 175     return;
 176   }
 177
 178   // Compute from the block above. A post-order traversal ensures the
 179   // predecessor is always computed first.
 180   unsigned PredNum = TBI->Pred->getNumber();
 181   TraceBlockInfo *PredTBI = &BlockInfo[PredNum];
 182   assert(PredTBI->hasValidDepth() && "Trace above has not been computed yet");
 183   const FixedBlockInfo *PredFBI = MTM.getResources(TBI->Pred);
 184   TBI->InstrDepth = PredTBI->InstrDepth + PredFBI->InstrCount;
 185   TBI->Head = PredTBI->Head;
 186
 187   // Compute per-resource depths.
 188   ArrayRef<unsigned> PredPRDepths = getProcResourceDepths(PredNum);
 189   ArrayRef<unsigned> PredPRCycles = MTM.getProcResourceCycles(PredNum);
 190   for (unsigned K = 0; K != PRKinds; ++K)
 191     ProcResourceDepths[PROffset + K] = PredPRDepths[K] + PredPRCycles[K];
 192 }
 193
 194 // Update resource-related information in the TraceBlockInfo for MBB.
 195 // Only update resources related to the trace below MBB.
 196 void MachineTraceMetrics::Ensemble::
 197 computeHeightResources(const MachineBasicBlock *MBB) {
 198   TraceBlockInfo *TBI = &BlockInfo[MBB->getNumber()];
 199   unsigned PRKinds = MTM.SchedModel.getNumProcResourceKinds();
 200   unsigned PROffset = MBB->getNumber() * PRKinds;
 201
 202   // Compute resources for the current block.
 203   TBI->InstrHeight = MTM.getResources(MBB)->InstrCount;
 204   ArrayRef<unsigned> PRCycles = MTM.getProcResourceCycles(MBB->getNumber());
 205
 206   // The trace tail is done.
 207   if (!TBI->Succ) {
 208     TBI->Tail = MBB->getNumber();
 209     std::copy(PRCycles.begin(), PRCycles.end(),
 210               ProcResourceHeights.begin() + PROffset);
 211     return;
 212   }
 213
 214   // Compute from the block below. A post-order traversal ensures the
 215   // predecessor is always computed first.
 216   unsigned SuccNum = TBI->Succ->getNumber();
 217   TraceBlockInfo *SuccTBI = &BlockInfo[SuccNum];
 218   assert(SuccTBI->hasValidHeight() && "Trace below has not been computed yet");
 219   TBI->InstrHeight += SuccTBI->InstrHeight;
 220   TBI->Tail = SuccTBI->Tail;
 221
 222   // Compute per-resource heights.
 223   ArrayRef<unsigned> SuccPRHeights = getProcResourceHeights(SuccNum);
 224   for (unsigned K = 0; K != PRKinds; ++K)
 225     ProcResourceHeights[PROffset + K] = SuccPRHeights[K] + PRCycles[K];
 226 }
 227
 228 // Check if depth resources for MBB are valid and return the TBI.
 229 // Return NULL if the resources have been invalidated.
 230 const MachineTraceMetrics::TraceBlockInfo*
 231 MachineTraceMetrics::Ensemble::
 232 getDepthResources(const MachineBasicBlock *MBB) const {
 233   const TraceBlockInfo *TBI = &BlockInfo[MBB->getNumber()];
 234   return TBI->hasValidDepth() ? TBI : nullptr;
 235 }
 236
 237 // Check if height resources for MBB are valid and return the TBI.
 238 // Return NULL if the resources have been invalidated.
 239 const MachineTraceMetrics::TraceBlockInfo*
 240 MachineTraceMetrics::Ensemble::
 241 getHeightResources(const MachineBasicBlock *MBB) const {
 242   const TraceBlockInfo *TBI = &BlockInfo[MBB->getNumber()];
 243   return TBI->hasValidHeight() ? TBI : nullptr;
 244 }
 245
 246 /// Get an array of processor resource depths for MBB. Indexed by processor
 247 /// resource kind, this array contains the scaled processor resources consumed
 248 /// by all blocks preceding MBB in its trace. It does not include instructions
 249 /// in MBB.
 250 ///
 251 /// Compare TraceBlockInfo::InstrDepth.
 252 ArrayRef<unsigned>
 253 MachineTraceMetrics::Ensemble::
 254 getProcResourceDepths(unsigned MBBNum) const {
 255   unsigned PRKinds = MTM.SchedModel.getNumProcResourceKinds();
 256   assert((MBBNum+1) * PRKinds <= ProcResourceDepths.size());
 257   return makeArrayRef(ProcResourceDepths.data() + MBBNum * PRKinds, PRKinds);
 258 }
 259
 260 /// Get an array of processor resource heights for MBB. Indexed by processor
 261 /// resource kind, this array contains the scaled processor resources consumed
 262 /// by this block and all blocks following it in its trace.
 263 ///
 264 /// Compare TraceBlockInfo::InstrHeight.
 265 ArrayRef<unsigned>
 266 MachineTraceMetrics::Ensemble::
 267 getProcResourceHeights(unsigned MBBNum) const {
 268   unsigned PRKinds = MTM.SchedModel.getNumProcResourceKinds();
 269   assert((MBBNum+1) * PRKinds <= ProcResourceHeights.size());
 270   return makeArrayRef(ProcResourceHeights.data() + MBBNum * PRKinds, PRKinds);
 271 }
 272
 273 //===----------------------------------------------------------------------===//
 274 //                         Trace Selection Strategies
 275 //===----------------------------------------------------------------------===//
 276 //
 277 // A trace selection strategy is implemented as a sub-class of Ensemble. The
 278 // trace through a block B is computed by two DFS traversals of the CFG
 279 // starting from B. One upwards, and one downwards. During the upwards DFS,
 280 // pickTracePred() is called on the post-ordered blocks. During the downwards
 281 // DFS, pickTraceSucc() is called in a post-order.
 282 //
 283
 284 // We never allow traces that leave loops, but we do allow traces to enter
 285 // nested loops. We also never allow traces to contain back-edges.
 286 //
 287 // This means that a loop header can never appear above the center block of a
 288 // trace, except as the trace head. Below the center block, loop exiting edges
 289 // are banned.
 290 //
 291 // Return true if an edge from the From loop to the To loop is leaving a loop.
 292 // Either of To and From can be null.
 293 static bool isExitingLoop(const MachineLoop *From, const MachineLoop *To) {
 294   return From && !From->contains(To);
 295 }
 296
 297 // MinInstrCountEnsemble - Pick the trace that executes the least number of
 298 // instructions.
 299 namespace {
 300 class MinInstrCountEnsemble : public MachineTraceMetrics::Ensemble {
 301   const char *getName() const override { return "MinInstr"; }
 302   const MachineBasicBlock *pickTracePred(const MachineBasicBlock*) override;
 303   const MachineBasicBlock *pickTraceSucc(const MachineBasicBlock*) override;
 304
 305 public:
 306   MinInstrCountEnsemble(MachineTraceMetrics *mtm)
 307     : MachineTraceMetrics::Ensemble(mtm) {}
 308 };
 309 }
 310
 311 // Select the preferred predecessor for MBB.
 312 const MachineBasicBlock*
 313 MinInstrCountEnsemble::pickTracePred(const MachineBasicBlock *MBB) {
 314   if (MBB->pred_empty())
 315     return nullptr;
 316   const MachineLoop *CurLoop = getLoopFor(MBB);
 317   // Don't leave loops, and never follow back-edges.
 318   if (CurLoop && MBB == CurLoop->getHeader())
 319     return nullptr;
 320   unsigned CurCount = MTM.getResources(MBB)->InstrCount;
 321   const MachineBasicBlock *Best = nullptr;
 322   unsigned BestDepth = 0;
 323   for (MachineBasicBlock::const_pred_iterator
 324        I = MBB->pred_begin(), E = MBB->pred_end(); I != E; ++I) {
 325     const MachineBasicBlock *Pred = *I;
 326     const MachineTraceMetrics::TraceBlockInfo *PredTBI =
 327       getDepthResources(Pred);
 328     // Ignore cycles that aren't natural loops.
 329     if (!PredTBI)
 330       continue;
 331     // Pick the predecessor that would give this block the smallest InstrDepth.
 332     unsigned Depth = PredTBI->InstrDepth + CurCount;
 333     if (!Best || Depth < BestDepth)
 334       Best = Pred, BestDepth = Depth;
 335   }
 336   return Best;
 337 }
 338
 339 // Select the preferred successor for MBB.
 340 const MachineBasicBlock*
 341 MinInstrCountEnsemble::pickTraceSucc(const MachineBasicBlock *MBB) {
 342   if (MBB->pred_empty())
 343     return nullptr;
 344   const MachineLoop *CurLoop = getLoopFor(MBB);
 345   const MachineBasicBlock *Best = nullptr;
 346   unsigned BestHeight = 0;
 347   for (MachineBasicBlock::const_succ_iterator
 348        I = MBB->succ_begin(), E = MBB->succ_end(); I != E; ++I) {
 349     const MachineBasicBlock *Succ = *I;
 350     // Don't consider back-edges.
 351     if (CurLoop && Succ == CurLoop->getHeader())
 352       continue;
 353     // Don't consider successors exiting CurLoop.
 354     if (isExitingLoop(CurLoop, getLoopFor(Succ)))
 355       continue;
 356     const MachineTraceMetrics::TraceBlockInfo *SuccTBI =
 357       getHeightResources(Succ);
 358     // Ignore cycles that aren't natural loops.
 359     if (!SuccTBI)
 360       continue;
 361     // Pick the successor that would give this block the smallest InstrHeight.
 362     unsigned Height = SuccTBI->InstrHeight;
 363     if (!Best || Height < BestHeight)
 364       Best = Succ, BestHeight = Height;
 365   }
 366   return Best;
 367 }
 368
 369 // Get an Ensemble sub-class for the requested trace strategy.
 370 MachineTraceMetrics::Ensemble *
 371 MachineTraceMetrics::getEnsemble(MachineTraceMetrics::Strategy strategy) {
 372   assert(strategy < TS_NumStrategies && "Invalid trace strategy enum");
 373   Ensemble *&E = Ensembles[strategy];
 374   if (E)
 375     return E;
 376
 377   // Allocate new Ensemble on demand.
 378   switch (strategy) {
 379   case TS_MinInstrCount: return (E = new MinInstrCountEnsemble(this));
 380   default: llvm_unreachable("Invalid trace strategy enum");
 381   }
 382 }
 383
 384 void MachineTraceMetrics::invalidate(const MachineBasicBlock *MBB) {
 385   DEBUG(dbgs() << "Invalidate traces through BB#" << MBB->getNumber() << '\n');
 386   BlockInfo[MBB->getNumber()].invalidate();
 387   for (unsigned i = 0; i != TS_NumStrategies; ++i)
 388     if (Ensembles[i])
 389       Ensembles[i]->invalidate(MBB);
 390 }
 391
 392 void MachineTraceMetrics::verifyAnalysis() const {
 393   if (!MF)
 394     return;
 395 #ifndef NDEBUG
 396   assert(BlockInfo.size() == MF->getNumBlockIDs() && "Outdated BlockInfo size");
 397   for (unsigned i = 0; i != TS_NumStrategies; ++i)
 398     if (Ensembles[i])
 399       Ensembles[i]->verify();
 400 #endif
 401 }
 402
 403 //===----------------------------------------------------------------------===//
 404 //                               Trace building
 405 //===----------------------------------------------------------------------===//
 406 //
 407 // Traces are built by two CFG traversals. To avoid recomputing too much, use a
 408 // set abstraction that confines the search to the current loop, and doesn't
 409 // revisit blocks.
 410
 411 namespace {
 412 struct LoopBounds {
 413   MutableArrayRef<MachineTraceMetrics::TraceBlockInfo> Blocks;
 414   SmallPtrSet<const MachineBasicBlock*, 8> Visited;
 415   const MachineLoopInfo *Loops;
 416   bool Downward;
 417   LoopBounds(MutableArrayRef<MachineTraceMetrics::TraceBlockInfo> blocks,
 418              const MachineLoopInfo *loops)
 419     : Blocks(blocks), Loops(loops), Downward(false) {}
 420 };
 421 }
 422
 423 // Specialize po_iterator_storage in order to prune the post-order traversal so
 424 // it is limited to the current loop and doesn't traverse the loop back edges.
 425 namespace llvm {
 426 template<>
 427 class po_iterator_storage<LoopBounds, true> {
 428   LoopBounds &LB;
 429 public:
 430   po_iterator_storage(LoopBounds &lb) : LB(lb) {}
 431   void finishPostorder(const MachineBasicBlock*) {}
 432
 433   bool insertEdge(const MachineBasicBlock *From, const MachineBasicBlock *To) {
 434     // Skip already visited To blocks.
 435     MachineTraceMetrics::TraceBlockInfo &TBI = LB.Blocks[To->getNumber()];
 436     if (LB.Downward ? TBI.hasValidHeight() : TBI.hasValidDepth())
 437       return false;
 438     // From is null once when To is the trace center block.
 439     if (From) {
 440       if (const MachineLoop *FromLoop = LB.Loops->getLoopFor(From)) {
 441         // Don't follow backedges, don't leave FromLoop when going upwards.
 442         if ((LB.Downward ? To : From) == FromLoop->getHeader())
 443           return false;
 444         // Don't leave FromLoop.
 445         if (isExitingLoop(FromLoop, LB.Loops->getLoopFor(To)))
 446           return false;
 447       }
 448     }
 449     // To is a new block. Mark the block as visited in case the CFG has cycles
 450     // that MachineLoopInfo didn't recognize as a natural loop.
 451     return LB.Visited.insert(To).second;
 452   }
 453 };
 454 }
 455
 456 /// Compute the trace through MBB.
 457 void MachineTraceMetrics::Ensemble::computeTrace(const MachineBasicBlock *MBB) {
 458   DEBUG(dbgs() << "Computing " << getName() << " trace through BB#"
 459                << MBB->getNumber() << '\n');
 460   // Set up loop bounds for the backwards post-order traversal.
 461   LoopBounds Bounds(BlockInfo, MTM.Loops);
 462
 463   // Run an upwards post-order search for the trace start.
 464   Bounds.Downward = false;
 465   Bounds.Visited.clear();
 466   typedef ipo_ext_iterator<const MachineBasicBlock*, LoopBounds> UpwardPO;
 467   for (UpwardPO I = ipo_ext_begin(MBB, Bounds), E = ipo_ext_end(MBB, Bounds);
 468        I != E; ++I) {
 469     DEBUG(dbgs() << "  pred for BB#" << I->getNumber() << ": ");
 470     TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[I->getNumber()];
 471     // All the predecessors have been visited, pick the preferred one.
 472     TBI.Pred = pickTracePred(*I);
 473     DEBUG({
 474       if (TBI.Pred)
 475         dbgs() << "BB#" << TBI.Pred->getNumber() << '\n';
 476       else
 477         dbgs() << "null\n";
 478     });
 479     // The trace leading to I is now known, compute the depth resources.
 480     computeDepthResources(*I);
 481   }
 482
 483   // Run a downwards post-order search for the trace end.
 484   Bounds.Downward = true;
 485   Bounds.Visited.clear();
 486   typedef po_ext_iterator<const MachineBasicBlock*, LoopBounds> DownwardPO;
 487   for (DownwardPO I = po_ext_begin(MBB, Bounds), E = po_ext_end(MBB, Bounds);
 488        I != E; ++I) {
 489     DEBUG(dbgs() << "  succ for BB#" << I->getNumber() << ": ");
 490     TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[I->getNumber()];
 491     // All the successors have been visited, pick the preferred one.
 492     TBI.Succ = pickTraceSucc(*I);
 493     DEBUG({
 494       if (TBI.Succ)
 495         dbgs() << "BB#" << TBI.Succ->getNumber() << '\n';
 496       else
 497         dbgs() << "null\n";
 498     });
 499     // The trace leaving I is now known, compute the height resources.
 500     computeHeightResources(*I);
 501   }
 502 }
 503
 504 /// Invalidate traces through BadMBB.
 505 void
 506 MachineTraceMetrics::Ensemble::invalidate(const MachineBasicBlock *BadMBB) {
 507   SmallVector<const MachineBasicBlock*, 16> WorkList;
 508   TraceBlockInfo &BadTBI = BlockInfo[BadMBB->getNumber()];
 509
 510   // Invalidate height resources of blocks above MBB.
 511   if (BadTBI.hasValidHeight()) {
 512     BadTBI.invalidateHeight();
 513     WorkList.push_back(BadMBB);
 514     do {
 515       const MachineBasicBlock *MBB = WorkList.pop_back_val();
 516       DEBUG(dbgs() << "Invalidate BB#" << MBB->getNumber() << ' ' << getName()
 517             << " height.\n");
 518       // Find any MBB predecessors that have MBB as their preferred successor.
 519       // They are the only ones that need to be invalidated.
 520       for (MachineBasicBlock::const_pred_iterator
 521            I = MBB->pred_begin(), E = MBB->pred_end(); I != E; ++I) {
 522         TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[(*I)->getNumber()];
 523         if (!TBI.hasValidHeight())
 524           continue;
 525         if (TBI.Succ == MBB) {
 526           TBI.invalidateHeight();
 527           WorkList.push_back(*I);
 528           continue;
 529         }
 530         // Verify that TBI.Succ is actually a *I successor.
 531         assert((!TBI.Succ || (*I)->isSuccessor(TBI.Succ)) && "CFG changed");
 532       }
 533     } while (!WorkList.empty());
 534   }
 535
 536   // Invalidate depth resources of blocks below MBB.
 537   if (BadTBI.hasValidDepth()) {
 538     BadTBI.invalidateDepth();
 539     WorkList.push_back(BadMBB);
 540     do {
 541       const MachineBasicBlock *MBB = WorkList.pop_back_val();
 542       DEBUG(dbgs() << "Invalidate BB#" << MBB->getNumber() << ' ' << getName()
 543             << " depth.\n");
 544       // Find any MBB successors that have MBB as their preferred predecessor.
 545       // They are the only ones that need to be invalidated.
 546       for (MachineBasicBlock::const_succ_iterator
 547            I = MBB->succ_begin(), E = MBB->succ_end(); I != E; ++I) {
 548         TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[(*I)->getNumber()];
 549         if (!TBI.hasValidDepth())
 550           continue;
 551         if (TBI.Pred == MBB) {
 552           TBI.invalidateDepth();
 553           WorkList.push_back(*I);
 554           continue;
 555         }
 556         // Verify that TBI.Pred is actually a *I predecessor.
 557         assert((!TBI.Pred || (*I)->isPredecessor(TBI.Pred)) && "CFG changed");
 558       }
 559     } while (!WorkList.empty());
 560   }
 561
 562   // Clear any per-instruction data. We only have to do this for BadMBB itself
 563   // because the instructions in that block may change. Other blocks may be
 564   // invalidated, but their instructions will stay the same, so there is no
 565   // need to erase the Cycle entries. They will be overwritten when we
 566   // recompute.
 567   for (const auto &I : *BadMBB)
 568     Cycles.erase(&I);
 569 }
 570
 571 void MachineTraceMetrics::Ensemble::verify() const {
 572 #ifndef NDEBUG
 573   assert(BlockInfo.size() == MTM.MF->getNumBlockIDs() &&
 574          "Outdated BlockInfo size");
 575   for (unsigned Num = 0, e = BlockInfo.size(); Num != e; ++Num) {
 576     const TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[Num];
 577     if (TBI.hasValidDepth() && TBI.Pred) {
 578       const MachineBasicBlock *MBB = MTM.MF->getBlockNumbered(Num);
 579       assert(MBB->isPredecessor(TBI.Pred) && "CFG doesn't match trace");
 580       assert(BlockInfo[TBI.Pred->getNumber()].hasValidDepth() &&
 581              "Trace is broken, depth should have been invalidated.");
 582       const MachineLoop *Loop = getLoopFor(MBB);
 583       assert(!(Loop && MBB == Loop->getHeader()) && "Trace contains backedge");
 584     }
 585     if (TBI.hasValidHeight() && TBI.Succ) {
 586       const MachineBasicBlock *MBB = MTM.MF->getBlockNumbered(Num);
 587       assert(MBB->isSuccessor(TBI.Succ) && "CFG doesn't match trace");
 588       assert(BlockInfo[TBI.Succ->getNumber()].hasValidHeight() &&
 589              "Trace is broken, height should have been invalidated.");
 590       const MachineLoop *Loop = getLoopFor(MBB);
 591       const MachineLoop *SuccLoop = getLoopFor(TBI.Succ);
 592       assert(!(Loop && Loop == SuccLoop && TBI.Succ == Loop->getHeader()) &&
 593              "Trace contains backedge");
 594     }
 595   }
 596 #endif
 597 }
 598
 599 //===----------------------------------------------------------------------===//
 600 //                             Data Dependencies
 601 //===----------------------------------------------------------------------===//
 602 //
 603 // Compute the depth and height of each instruction based on data dependencies
 604 // and instruction latencies. These cycle numbers assume that the CPU can issue
 605 // an infinite number of instructions per cycle as long as their dependencies
 606 // are ready.
 607
 608 // A data dependency is represented as a defining MI and operand numbers on the
 609 // defining and using MI.
 610 namespace {
 611 struct DataDep {
 612   const MachineInstr *DefMI;
 613   unsigned DefOp;
 614   unsigned UseOp;
 615
 616   DataDep(const MachineInstr *DefMI, unsigned DefOp, unsigned UseOp)
 617     : DefMI(DefMI), DefOp(DefOp), UseOp(UseOp) {}
 618
 619   /// Create a DataDep from an SSA form virtual register.
 620   DataDep(const MachineRegisterInfo *MRI, unsigned VirtReg, unsigned UseOp)
 621     : UseOp(UseOp) {
 622     assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(VirtReg));
 623     MachineRegisterInfo::def_iterator DefI = MRI->def_begin(VirtReg);
 624     assert(!DefI.atEnd() && "Register has no defs");
 625     DefMI = DefI->getParent();
 626     DefOp = DefI.getOperandNo();
 627     assert((++DefI).atEnd() && "Register has multiple defs");
 628   }
 629 };
 630 }
 631
 632 // Get the input data dependencies that must be ready before UseMI can issue.
 633 // Return true if UseMI has any physreg operands.
 634 static bool getDataDeps(const MachineInstr *UseMI,
 635                         SmallVectorImpl<DataDep> &Deps,
 636                         const MachineRegisterInfo *MRI) {
 637   bool HasPhysRegs = false;
 638   for (ConstMIOperands MO(UseMI); MO.isValid(); ++MO) {
 639     if (!MO->isReg())
 640       continue;
 641     unsigned Reg = MO->getReg();
 642     if (!Reg)
 643       continue;
 644     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg)) {
 645       HasPhysRegs = true;
 646       continue;
 647     }
 648     // Collect virtual register reads.
 649     if (MO->readsReg())
 650       Deps.push_back(DataDep(MRI, Reg, MO.getOperandNo()));
 651   }
 652   return HasPhysRegs;
 653 }
 654
 655 // Get the input data dependencies of a PHI instruction, using Pred as the
 656 // preferred predecessor.
 657 // This will add at most one dependency to Deps.
 658 static void getPHIDeps(const MachineInstr *UseMI,
 659                        SmallVectorImpl<DataDep> &Deps,
 660                        const MachineBasicBlock *Pred,
 661                        const MachineRegisterInfo *MRI) {
 662   // No predecessor at the beginning of a trace. Ignore dependencies.
 663   if (!Pred)
 664     return;
 665   assert(UseMI->isPHI() && UseMI->getNumOperands() % 2 && "Bad PHI");
 666   for (unsigned i = 1; i != UseMI->getNumOperands(); i += 2) {
 667     if (UseMI->getOperand(i + 1).getMBB() == Pred) {
 668       unsigned Reg = UseMI->getOperand(i).getReg();
 669       Deps.push_back(DataDep(MRI, Reg, i));
 670       return;
 671     }
 672   }
 673 }
 674
 675 // Keep track of physreg data dependencies by recording each live register unit.
 676 // Associate each regunit with an instruction operand. Depending on the
 677 // direction instructions are scanned, it could be the operand that defined the
 678 // regunit, or the highest operand to read the regunit.
 679 namespace {
 680 struct LiveRegUnit {
 681   unsigned RegUnit;
 682   unsigned Cycle;
 683   const MachineInstr *MI;
 684   unsigned Op;
 685
 686   unsigned getSparseSetIndex() const { return RegUnit; }
 687
 688   LiveRegUnit(unsigned RU) : RegUnit(RU), Cycle(0), MI(nullptr), Op(0) {}
 689 };
 690 }
 691
 692 // Identify physreg dependencies for UseMI, and update the live regunit
 693 // tracking set when scanning instructions downwards.
 694 static void updatePhysDepsDownwards(const MachineInstr *UseMI,
 695                                     SmallVectorImpl<DataDep> &Deps,
 696                                     SparseSet<LiveRegUnit> &RegUnits,
 697                                     const TargetRegisterInfo *TRI) {
 698   SmallVector<unsigned, 8> Kills;
 699   SmallVector<unsigned, 8> LiveDefOps;
 700
 701   for (ConstMIOperands MO(UseMI); MO.isValid(); ++MO) {
 702     if (!MO->isReg())
 703       continue;
 704     unsigned Reg = MO->getReg();
 705     if (!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg))
 706       continue;
 707     // Track live defs and kills for updating RegUnits.
 708     if (MO->isDef()) {
 709       if (MO->isDead())
 710         Kills.push_back(Reg);
 711       else
 712         LiveDefOps.push_back(MO.getOperandNo());
 713     } else if (MO->isKill())
 714       Kills.push_back(Reg);
 715     // Identify dependencies.
 716     if (!MO->readsReg())
 717       continue;
 718     for (MCRegUnitIterator Units(Reg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
 719       SparseSet<LiveRegUnit>::iterator I = RegUnits.find(*Units);
 720       if (I == RegUnits.end())
 721         continue;
 722       Deps.push_back(DataDep(I->MI, I->Op, MO.getOperandNo()));
 723       break;
 724     }
 725   }
 726
 727   // Update RegUnits to reflect live registers after UseMI.
 728   // First kills.
 729   for (unsigned i = 0, e = Kills.size(); i != e; ++i)
 730     for (MCRegUnitIterator Units(Kills[i], TRI); Units.isValid(); ++Units)
 731       RegUnits.erase(*Units);
 732
 733   // Second, live defs.
 734   for (unsigned i = 0, e = LiveDefOps.size(); i != e; ++i) {
 735     unsigned DefOp = LiveDefOps[i];
 736     for (MCRegUnitIterator Units(UseMI->getOperand(DefOp).getReg(), TRI);
 737          Units.isValid(); ++Units) {
 738       LiveRegUnit &LRU = RegUnits[*Units];
 739       LRU.MI = UseMI;
 740       LRU.Op = DefOp;
 741     }
 742   }
 743 }
 744
 745 /// The length of the critical path through a trace is the maximum of two path
 746 /// lengths:
 747 ///
 748 /// 1. The maximum height+depth over all instructions in the trace center block.
 749 ///
 750 /// 2. The longest cross-block dependency chain. For small blocks, it is
 751 ///    possible that the critical path through the trace doesn't include any
 752 ///    instructions in the block.
 753 ///
 754 /// This function computes the second number from the live-in list of the
 755 /// center block.
 756 unsigned MachineTraceMetrics::Ensemble::
 757 computeCrossBlockCriticalPath(const TraceBlockInfo &TBI) {
 758   assert(TBI.HasValidInstrDepths && "Missing depth info");
 759   assert(TBI.HasValidInstrHeights && "Missing height info");
 760   unsigned MaxLen = 0;
 761   for (unsigned i = 0, e = TBI.LiveIns.size(); i != e; ++i) {
 762     const LiveInReg &LIR = TBI.LiveIns[i];
 763     if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(LIR.Reg))
 764       continue;
 765     const MachineInstr *DefMI = MTM.MRI->getVRegDef(LIR.Reg);
 766     // Ignore dependencies outside the current trace.
 767     const TraceBlockInfo &DefTBI = BlockInfo[DefMI->getParent()->getNumber()];
 768     if (!DefTBI.isUsefulDominator(TBI))
 769       continue;
 770     unsigned Len = LIR.Height + Cycles[DefMI].Depth;
 771     MaxLen = std::max(MaxLen, Len);
 772   }
 773   return MaxLen;
 774 }
 775
 776 /// Compute instruction depths for all instructions above or in MBB in its
 777 /// trace. This assumes that the trace through MBB has already been computed.
 778 void MachineTraceMetrics::Ensemble::
 779 computeInstrDepths(const MachineBasicBlock *MBB) {
 780   // The top of the trace may already be computed, and HasValidInstrDepths
 781   // implies Head->HasValidInstrDepths, so we only need to start from the first
 782   // block in the trace that needs to be recomputed.
 783   SmallVector<const MachineBasicBlock*, 8> Stack;
 784   do {
 785     TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[MBB->getNumber()];
 786     assert(TBI.hasValidDepth() && "Incomplete trace");
 787     if (TBI.HasValidInstrDepths)
 788       break;
 789     Stack.push_back(MBB);
 790     MBB = TBI.Pred;
 791   } while (MBB);
 792
 793   // FIXME: If MBB is non-null at this point, it is the last pre-computed block
 794   // in the trace. We should track any live-out physregs that were defined in
 795   // the trace. This is quite rare in SSA form, typically created by CSE
 796   // hoisting a compare.
 797   SparseSet<LiveRegUnit> RegUnits;
 798   RegUnits.setUniverse(MTM.TRI->getNumRegUnits());
 799
 800   // Go through trace blocks in top-down order, stopping after the center block.
 801   SmallVector<DataDep, 8> Deps;
 802   while (!Stack.empty()) {
 803     MBB = Stack.pop_back_val();
 804     DEBUG(dbgs() << "\nDepths for BB#" << MBB->getNumber() << ":\n");
 805     TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[MBB->getNumber()];
 806     TBI.HasValidInstrDepths = true;
 807     TBI.CriticalPath = 0;
 808
 809     // Print out resource depths here as well.
 810     DEBUG({
 811       dbgs() << format("%7u Instructions\n", TBI.InstrDepth);
 812       ArrayRef<unsigned> PRDepths = getProcResourceDepths(MBB->getNumber());
 813       for (unsigned K = 0; K != PRDepths.size(); ++K)
 814         if (PRDepths[K]) {
 815           unsigned Factor = MTM.SchedModel.getResourceFactor(K);
 816           dbgs() << format("%6uc @ ", MTM.getCycles(PRDepths[K]))
 817                  << MTM.SchedModel.getProcResource(K)->Name << " ("
 818                  << PRDepths[K]/Factor << " ops x" << Factor << ")\n";
 819         }
 820     });
 821
 822     // Also compute the critical path length through MBB when possible.
 823     if (TBI.HasValidInstrHeights)
 824       TBI.CriticalPath = computeCrossBlockCriticalPath(TBI);
 825
 826     for (const auto &UseMI : *MBB) {
 827       // Collect all data dependencies.
 828       Deps.clear();
 829       if (UseMI.isPHI())
 830         getPHIDeps(&UseMI, Deps, TBI.Pred, MTM.MRI);
 831       else if (getDataDeps(&UseMI, Deps, MTM.MRI))
 832         updatePhysDepsDownwards(&UseMI, Deps, RegUnits, MTM.TRI);
 833
 834       // Filter and process dependencies, computing the earliest issue cycle.
 835       unsigned Cycle = 0;
 836       for (unsigned i = 0, e = Deps.size(); i != e; ++i) {
 837         const DataDep &Dep = Deps[i];
 838         const TraceBlockInfo&DepTBI =
 839           BlockInfo[Dep.DefMI->getParent()->getNumber()];
 840         // Ignore dependencies from outside the current trace.
 841         if (!DepTBI.isUsefulDominator(TBI))
 842           continue;
 843         assert(DepTBI.HasValidInstrDepths && "Inconsistent dependency");
 844         unsigned DepCycle = Cycles.lookup(Dep.DefMI).Depth;
 845         // Add latency if DefMI is a real instruction. Transients get latency 0.
 846         if (!Dep.DefMI->isTransient())
 847           DepCycle += MTM.SchedModel
 848             .computeOperandLatency(Dep.DefMI, Dep.DefOp, &UseMI, Dep.UseOp);
 849         Cycle = std::max(Cycle, DepCycle);
 850       }
 851       // Remember the instruction depth.
 852       InstrCycles &MICycles = Cycles[&UseMI];
 853       MICycles.Depth = Cycle;
 854
 855       if (!TBI.HasValidInstrHeights) {
 856         DEBUG(dbgs() << Cycle << '\t' << UseMI);
 857         continue;
 858       }
 859       // Update critical path length.
 860       TBI.CriticalPath = std::max(TBI.CriticalPath, Cycle + MICycles.Height);
 861       DEBUG(dbgs() << TBI.CriticalPath << '\t' << Cycle << '\t' << UseMI);
 862     }
 863   }
 864 }
 865
 866 // Identify physreg dependencies for MI when scanning instructions upwards.
 867 // Return the issue height of MI after considering any live regunits.
 868 // Height is the issue height computed from virtual register dependencies alone.
 869 static unsigned updatePhysDepsUpwards(const MachineInstr *MI, unsigned Height,
 870                                       SparseSet<LiveRegUnit> &RegUnits,
 871                                       const TargetSchedModel &SchedModel,
 872                                       const TargetInstrInfo *TII,
 873                                       const TargetRegisterInfo *TRI) {
 874   SmallVector<unsigned, 8> ReadOps;
 875   for (ConstMIOperands MO(MI); MO.isValid(); ++MO) {
 876     if (!MO->isReg())
 877       continue;
 878     unsigned Reg = MO->getReg();
 879     if (!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg))
 880       continue;
 881     if (MO->readsReg())
 882       ReadOps.push_back(MO.getOperandNo());
 883     if (!MO->isDef())
 884       continue;
 885     // This is a def of Reg. Remove corresponding entries from RegUnits, and
 886     // update MI Height to consider the physreg dependencies.
 887     for (MCRegUnitIterator Units(Reg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
 888       SparseSet<LiveRegUnit>::iterator I = RegUnits.find(*Units);
 889       if (I == RegUnits.end())
 890         continue;
 891       unsigned DepHeight = I->Cycle;
 892       if (!MI->isTransient()) {
 893         // We may not know the UseMI of this dependency, if it came from the
 894         // live-in list. SchedModel can handle a NULL UseMI.
 895         DepHeight += SchedModel
 896           .computeOperandLatency(MI, MO.getOperandNo(), I->MI, I->Op);
 897       }
 898       Height = std::max(Height, DepHeight);
 899       // This regunit is dead above MI.
 900       RegUnits.erase(I);
 901     }
 902   }
 903
 904   // Now we know the height of MI. Update any regunits read.
 905   for (unsigned i = 0, e = ReadOps.size(); i != e; ++i) {
 906     unsigned Reg = MI->getOperand(ReadOps[i]).getReg();
 907     for (MCRegUnitIterator Units(Reg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
 908       LiveRegUnit &LRU = RegUnits[*Units];
 909       // Set the height to the highest reader of the unit.
 910       if (LRU.Cycle <= Height && LRU.MI != MI) {
 911         LRU.Cycle = Height;
 912         LRU.MI = MI;
 913         LRU.Op = ReadOps[i];
 914       }
 915     }
 916   }
 917
 918   return Height;
 919 }
 920
 921
 922 typedef DenseMap<const MachineInstr *, unsigned> MIHeightMap;
 923
 924 // Push the height of DefMI upwards if required to match UseMI.
 925 // Return true if this is the first time DefMI was seen.
 926 static bool pushDepHeight(const DataDep &Dep,
 927                           const MachineInstr *UseMI, unsigned UseHeight,
 928                           MIHeightMap &Heights,
 929                           const TargetSchedModel &SchedModel,
 930                           const TargetInstrInfo *TII) {
 931   // Adjust height by Dep.DefMI latency.
 932   if (!Dep.DefMI->isTransient())
 933     UseHeight += SchedModel.computeOperandLatency(Dep.DefMI, Dep.DefOp,
 934                                                   UseMI, Dep.UseOp);
 935
 936   // Update Heights[DefMI] to be the maximum height seen.
 937   MIHeightMap::iterator I;
 938   bool New;
 939   std::tie(I, New) = Heights.insert(std::make_pair(Dep.DefMI, UseHeight));
 940   if (New)
 941     return true;
 942
 943   // DefMI has been pushed before. Give it the max height.
 944   if (I->second < UseHeight)
 945     I->second = UseHeight;
 946   return false;
 947 }
 948
 949 /// Assuming that the virtual register defined by DefMI:DefOp was used by
 950 /// Trace.back(), add it to the live-in lists of all the blocks in Trace. Stop
 951 /// when reaching the block that contains DefMI.
 952 void MachineTraceMetrics::Ensemble::
 953 addLiveIns(const MachineInstr *DefMI, unsigned DefOp,
 954            ArrayRef<const MachineBasicBlock*> Trace) {
 955   assert(!Trace.empty() && "Trace should contain at least one block");
 956   unsigned Reg = DefMI->getOperand(DefOp).getReg();
 957   assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg));
 958   const MachineBasicBlock *DefMBB = DefMI->getParent();
 959
 960   // Reg is live-in to all blocks in Trace that follow DefMBB.
 961   for (unsigned i = Trace.size(); i; --i) {
 962     const MachineBasicBlock *MBB = Trace[i-1];
 963     if (MBB == DefMBB)
 964       return;
 965     TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[MBB->getNumber()];
 966     // Just add the register. The height will be updated later.
 967     TBI.LiveIns.push_back(Reg);
 968   }
 969 }
 970
 971 /// Compute instruction heights in the trace through MBB. This updates MBB and
 972 /// the blocks below it in the trace. It is assumed that the trace has already
 973 /// been computed.
 974 void MachineTraceMetrics::Ensemble::
 975 computeInstrHeights(const MachineBasicBlock *MBB) {
 976   // The bottom of the trace may already be computed.
 977   // Find the blocks that need updating.
 978   SmallVector<const MachineBasicBlock*, 8> Stack;
 979   do {
 980     TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[MBB->getNumber()];
 981     assert(TBI.hasValidHeight() && "Incomplete trace");
 982     if (TBI.HasValidInstrHeights)
 983       break;
 984     Stack.push_back(MBB);
 985     TBI.LiveIns.clear();
 986     MBB = TBI.Succ;
 987   } while (MBB);
 988
 989   // As we move upwards in the trace, keep track of instructions that are
 990   // required by deeper trace instructions. Map MI -> height required so far.
 991   MIHeightMap Heights;
 992
 993   // For physregs, the def isn't known when we see the use.
 994   // Instead, keep track of the highest use of each regunit.
 995   SparseSet<LiveRegUnit> RegUnits;
 996   RegUnits.setUniverse(MTM.TRI->getNumRegUnits());
 997
 998   // If the bottom of the trace was already precomputed, initialize heights
 999   // from its live-in list.
1000   // MBB is the highest precomputed block in the trace.
1001   if (MBB) {
1002     TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[MBB->getNumber()];
1003     for (unsigned i = 0, e = TBI.LiveIns.size(); i != e; ++i) {
1004       LiveInReg LI = TBI.LiveIns[i];
1005       if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(LI.Reg)) {
1006         // For virtual registers, the def latency is included.
1007         unsigned &Height = Heights[MTM.MRI->getVRegDef(LI.Reg)];
1008         if (Height < LI.Height)
1009           Height = LI.Height;
1010       } else {
1011         // For register units, the def latency is not included because we don't
1012         // know the def yet.
1013         RegUnits[LI.Reg].Cycle = LI.Height;
1014       }
1015     }
1016   }
1017
1018   // Go through the trace blocks in bottom-up order.
1019   SmallVector<DataDep, 8> Deps;
1020   for (;!Stack.empty(); Stack.pop_back()) {
1021     MBB = Stack.back();
1022     DEBUG(dbgs() << "Heights for BB#" << MBB->getNumber() << ":\n");
1023     TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[MBB->getNumber()];
1024     TBI.HasValidInstrHeights = true;
1025     TBI.CriticalPath = 0;
1026
1027     DEBUG({
1028       dbgs() << format("%7u Instructions\n", TBI.InstrHeight);
1029       ArrayRef<unsigned> PRHeights = getProcResourceHeights(MBB->getNumber());
1030       for (unsigned K = 0; K != PRHeights.size(); ++K)
1031         if (PRHeights[K]) {
1032           unsigned Factor = MTM.SchedModel.getResourceFactor(K);
1033           dbgs() << format("%6uc @ ", MTM.getCycles(PRHeights[K]))
1034                  << MTM.SchedModel.getProcResource(K)->Name << " ("
1035                  << PRHeights[K]/Factor << " ops x" << Factor << ")\n";
1036         }
1037     });
1038
1039     // Get dependencies from PHIs in the trace successor.
1040     const MachineBasicBlock *Succ = TBI.Succ;
1041     // If MBB is the last block in the trace, and it has a back-edge to the
1042     // loop header, get loop-carried dependencies from PHIs in the header. For
1043     // that purpose, pretend that all the loop header PHIs have height 0.
1044     if (!Succ)
1045       if (const MachineLoop *Loop = getLoopFor(MBB))
1046         if (MBB->isSuccessor(Loop->getHeader()))
1047           Succ = Loop->getHeader();
1048
1049     if (Succ) {
1050       for (const auto &PHI : *Succ) {
1051         if (!PHI.isPHI())
1052           break;
1053         Deps.clear();
1054         getPHIDeps(&PHI, Deps, MBB, MTM.MRI);
1055         if (!Deps.empty()) {
1056           // Loop header PHI heights are all 0.
1057           unsigned Height = TBI.Succ ? Cycles.lookup(&PHI).Height : 0;
1058           DEBUG(dbgs() << "pred\t" << Height << '\t' << PHI);
1059           if (pushDepHeight(Deps.front(), &PHI, Height,
1060                             Heights, MTM.SchedModel, MTM.TII))
1061             addLiveIns(Deps.front().DefMI, Deps.front().DefOp, Stack);
1062         }
1063       }
1064     }
1065
1066     // Go through the block backwards.
1067     for (MachineBasicBlock::const_iterator BI = MBB->end(), BB = MBB->begin();
1068          BI != BB;) {
1069       const MachineInstr *MI = --BI;
1070
1071       // Find the MI height as determined by virtual register uses in the
1072       // trace below.
1073       unsigned Cycle = 0;
1074       MIHeightMap::iterator HeightI = Heights.find(MI);
1075       if (HeightI != Heights.end()) {
1076         Cycle = HeightI->second;
1077         // We won't be seeing any more MI uses.
1078         Heights.erase(HeightI);
1079       }
1080
1081       // Don't process PHI deps. They depend on the specific predecessor, and
1082       // we'll get them when visiting the predecessor.
1083       Deps.clear();
1084       bool HasPhysRegs = !MI->isPHI() && getDataDeps(MI, Deps, MTM.MRI);
1085
1086       // There may also be regunit dependencies to include in the height.
1087       if (HasPhysRegs)
1088         Cycle = updatePhysDepsUpwards(MI, Cycle, RegUnits,
1089                                       MTM.SchedModel, MTM.TII, MTM.TRI);
1090
1091       // Update the required height of any virtual registers read by MI.
1092       for (unsigned i = 0, e = Deps.size(); i != e; ++i)
1093         if (pushDepHeight(Deps[i], MI, Cycle, Heights, MTM.SchedModel, MTM.TII))
1094           addLiveIns(Deps[i].DefMI, Deps[i].DefOp, Stack);
1095
1096       InstrCycles &MICycles = Cycles[MI];
1097       MICycles.Height = Cycle;
1098       if (!TBI.HasValidInstrDepths) {
1099         DEBUG(dbgs() << Cycle << '\t' << *MI);
1100         continue;
1101       }
1102       // Update critical path length.
1103       TBI.CriticalPath = std::max(TBI.CriticalPath, Cycle + MICycles.Depth);
1104       DEBUG(dbgs() << TBI.CriticalPath << '\t' << Cycle << '\t' << *MI);
1105     }
1106
1107     // Update virtual live-in heights. They were added by addLiveIns() with a 0
1108     // height because the final height isn't known until now.
1109     DEBUG(dbgs() << "BB#" << MBB->getNumber() <<  " Live-ins:");
1110     for (unsigned i = 0, e = TBI.LiveIns.size(); i != e; ++i) {
1111       LiveInReg &LIR = TBI.LiveIns[i];
1112       const MachineInstr *DefMI = MTM.MRI->getVRegDef(LIR.Reg);
1113       LIR.Height = Heights.lookup(DefMI);
1114       DEBUG(dbgs() << ' ' << PrintReg(LIR.Reg) << '@' << LIR.Height);
1115     }
1116
1117     // Transfer the live regunits to the live-in list.
1118     for (SparseSet<LiveRegUnit>::const_iterator
1119          RI = RegUnits.begin(), RE = RegUnits.end(); RI != RE; ++RI) {
1120       TBI.LiveIns.push_back(LiveInReg(RI->RegUnit, RI->Cycle));
1121       DEBUG(dbgs() << ' ' << PrintRegUnit(RI->RegUnit, MTM.TRI)
1122                    << '@' << RI->Cycle);
1123     }
1124     DEBUG(dbgs() << '\n');
1125
1126     if (!TBI.HasValidInstrDepths)
1127       continue;
1128     // Add live-ins to the critical path length.
1129     TBI.CriticalPath = std::max(TBI.CriticalPath,
1130                                 computeCrossBlockCriticalPath(TBI));
1131     DEBUG(dbgs() << "Critical path: " << TBI.CriticalPath << '\n');
1132   }
1133 }
1134
1135 MachineTraceMetrics::Trace
1136 MachineTraceMetrics::Ensemble::getTrace(const MachineBasicBlock *MBB) {
1137   // FIXME: Check cache tags, recompute as needed.
1138   computeTrace(MBB);
1139   computeInstrDepths(MBB);
1140   computeInstrHeights(MBB);
1141   return Trace(*this, BlockInfo[MBB->getNumber()]);
1142 }
1143
1144 unsigned
1145 MachineTraceMetrics::Trace::getInstrSlack(const MachineInstr *MI) const {
1146   assert(MI && "Not an instruction.");
1147   assert(getBlockNum() == unsigned(MI->getParent()->getNumber()) &&
1148          "MI must be in the trace center block");
1149   InstrCycles Cyc = getInstrCycles(MI);
1150   return getCriticalPath() - (Cyc.Depth + Cyc.Height);
1151 }
1152
1153 unsigned
1154 MachineTraceMetrics::Trace::getPHIDepth(const MachineInstr *PHI) const {
1155   const MachineBasicBlock *MBB = TE.MTM.MF->getBlockNumbered(getBlockNum());
1156   SmallVector<DataDep, 1> Deps;
1157   getPHIDeps(PHI, Deps, MBB, TE.MTM.MRI);
1158   assert(Deps.size() == 1 && "PHI doesn't have MBB as a predecessor");
1159   DataDep &Dep = Deps.front();
1160   unsigned DepCycle = getInstrCycles(Dep.DefMI).Depth;
1161   // Add latency if DefMI is a real instruction. Transients get latency 0.
1162   if (!Dep.DefMI->isTransient())
1163     DepCycle += TE.MTM.SchedModel
1164       .computeOperandLatency(Dep.DefMI, Dep.DefOp, PHI, Dep.UseOp);
1165   return DepCycle;
1166 }
1167
1168 /// When bottom is set include instructions in current block in estimate.
1169 unsigned MachineTraceMetrics::Trace::getResourceDepth(bool Bottom) const {
1170   // Find the limiting processor resource.
1171   // Numbers have been pre-scaled to be comparable.
1172   unsigned PRMax = 0;
1173   ArrayRef<unsigned> PRDepths = TE.getProcResourceDepths(getBlockNum());
1174   if (Bottom) {
1175     ArrayRef<unsigned> PRCycles = TE.MTM.getProcResourceCycles(getBlockNum());
1176     for (unsigned K = 0; K != PRDepths.size(); ++K)
1177       PRMax = std::max(PRMax, PRDepths[K] + PRCycles[K]);
1178   } else {
1179     for (unsigned K = 0; K != PRDepths.size(); ++K)
1180       PRMax = std::max(PRMax, PRDepths[K]);
1181   }
1182   // Convert to cycle count.
1183   PRMax = TE.MTM.getCycles(PRMax);
1184
1185   /// All instructions before current block
1186   unsigned Instrs = TBI.InstrDepth;
1187   // plus instructions in current block
1188   if (Bottom)
1189     Instrs += TE.MTM.BlockInfo[getBlockNum()].InstrCount;
1190   if (unsigned IW = TE.MTM.SchedModel.getIssueWidth())
1191     Instrs /= IW;
1192   // Assume issue width 1 without a schedule model.
1193   return std::max(Instrs, PRMax);
1194 }
1195
1196 unsigned MachineTraceMetrics::Trace::getResourceLength(
1197     ArrayRef<const MachineBasicBlock *> Extrablocks,
1198     ArrayRef<const MCSchedClassDesc *> ExtraInstrs,
1199     ArrayRef<const MCSchedClassDesc *> RemoveInstrs) const {
1200   // Add up resources above and below the center block.
1201   ArrayRef<unsigned> PRDepths = TE.getProcResourceDepths(getBlockNum());
1202   ArrayRef<unsigned> PRHeights = TE.getProcResourceHeights(getBlockNum());
1203   unsigned PRMax = 0;
1204
1205   // Capture computing cycles from extra instructions
1206   auto extraCycles = [this](ArrayRef<const MCSchedClassDesc *> Instrs,
1207                             unsigned ResourceIdx)
1208                          ->unsigned {
1209     unsigned Cycles = 0;
1210     for (unsigned I = 0; I != Instrs.size(); ++I) {
1211       const MCSchedClassDesc *SC = Instrs[I];
1212       if (!SC->isValid())
1213         continue;
1214       for (TargetSchedModel::ProcResIter
1215                PI = TE.MTM.SchedModel.getWriteProcResBegin(SC),
1216                PE = TE.MTM.SchedModel.getWriteProcResEnd(SC);
1217            PI != PE; ++PI) {
1218         if (PI->ProcResourceIdx != ResourceIdx)
1219           continue;
1220         Cycles +=
1221             (PI->Cycles * TE.MTM.SchedModel.getResourceFactor(ResourceIdx));
1222       }
1223     }
1224     return Cycles;
1225   };
1226
1227   for (unsigned K = 0; K != PRDepths.size(); ++K) {
1228     unsigned PRCycles = PRDepths[K] + PRHeights[K];
1229     for (unsigned I = 0; I != Extrablocks.size(); ++I)
1230       PRCycles += TE.MTM.getProcResourceCycles(Extrablocks[I]->getNumber())[K];
1231     PRCycles += extraCycles(ExtraInstrs, K);
1232     PRCycles -= extraCycles(RemoveInstrs, K);
1233     PRMax = std::max(PRMax, PRCycles);
1234   }
1235   // Convert to cycle count.
1236   PRMax = TE.MTM.getCycles(PRMax);
1237
1238   // Instrs: #instructions in current trace outside current block.
1239   unsigned Instrs = TBI.InstrDepth + TBI.InstrHeight;
1240   // Add instruction count from the extra blocks.
1241   for (unsigned i = 0, e = Extrablocks.size(); i != e; ++i)
1242     Instrs += TE.MTM.getResources(Extrablocks[i])->InstrCount;
1243   Instrs += ExtraInstrs.size();
1244   Instrs -= RemoveInstrs.size();
1245   if (unsigned IW = TE.MTM.SchedModel.getIssueWidth())
1246     Instrs /= IW;
1247   // Assume issue width 1 without a schedule model.
1248   return std::max(Instrs, PRMax);
1249 }
1250
1251 bool MachineTraceMetrics::Trace::isDepInTrace(const MachineInstr *DefMI,
1252                                               const MachineInstr *UseMI) const {
1253   if (DefMI->getParent() == UseMI->getParent())
1254     return true;
1255
1256   const TraceBlockInfo &DepTBI = TE.BlockInfo[DefMI->getParent()->getNumber()];
1257   const TraceBlockInfo &TBI = TE.BlockInfo[UseMI->getParent()->getNumber()];
1258
1259   return DepTBI.isUsefulDominator(TBI);
1260 }
1261
1262 void MachineTraceMetrics::Ensemble::print(raw_ostream &OS) const {
1263   OS << getName() << " ensemble:\n";
1264   for (unsigned i = 0, e = BlockInfo.size(); i != e; ++i) {
1265     OS << "  BB#" << i << '\t';
1266     BlockInfo[i].print(OS);
1267     OS << '\n';
1268   }
1269 }
1270
1271 void MachineTraceMetrics::TraceBlockInfo::print(raw_ostream &OS) const {
1272   if (hasValidDepth()) {
1273     OS << "depth=" << InstrDepth;
1274     if (Pred)
1275       OS << " pred=BB#" << Pred->getNumber();
1276     else
1277       OS << " pred=null";
1278     OS << " head=BB#" << Head;
1279     if (HasValidInstrDepths)
1280       OS << " +instrs";
1281   } else
1282     OS << "depth invalid";
1283   OS << ", ";
1284   if (hasValidHeight()) {
1285     OS << "height=" << InstrHeight;
1286     if (Succ)
1287       OS << " succ=BB#" << Succ->getNumber();
1288     else
1289       OS << " succ=null";
1290     OS << " tail=BB#" << Tail;
1291     if (HasValidInstrHeights)
1292       OS << " +instrs";
1293   } else
1294     OS << "height invalid";
1295   if (HasValidInstrDepths && HasValidInstrHeights)
1296     OS << ", crit=" << CriticalPath;
1297 }
1298
1299 void MachineTraceMetrics::Trace::print(raw_ostream &OS) const {
1300   unsigned MBBNum = &TBI - &TE.BlockInfo[0];
1301
1302   OS << TE.getName() << " trace BB#" << TBI.Head << " --> BB#" << MBBNum
1303      << " --> BB#" << TBI.Tail << ':';
1304   if (TBI.hasValidHeight() && TBI.hasValidDepth())
1305     OS << ' ' << getInstrCount() << " instrs.";
1306   if (TBI.HasValidInstrDepths && TBI.HasValidInstrHeights)
1307     OS << ' ' << TBI.CriticalPath << " cycles.";
1308
1309   const MachineTraceMetrics::TraceBlockInfo *Block = &TBI;
1310   OS << "\nBB#" << MBBNum;
1311   while (Block->hasValidDepth() && Block->Pred) {
1312     unsigned Num = Block->Pred->getNumber();
1313     OS << " <- BB#" << Num;
1314     Block = &TE.BlockInfo[Num];
1315   }
1316
1317   Block = &TBI;
1318   OS << "\n    ";
1319   while (Block->hasValidHeight() && Block->Succ) {
1320     unsigned Num = Block->Succ->getNumber();
1321     OS << " -> BB#" << Num;
1322     Block = &TE.BlockInfo[Num];
1323   }
1324   OS << '\n';
1325 }