fa0539ed452efe09e1fd4b7f136b5afb2288a4ce
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / RegAllocBigBlock.cpp
1 //===- RegAllocBigBlock.cpp - A register allocator for large basic blocks -===//
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 // This file implements the RABigBlock class
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 // This register allocator is derived from RegAllocLocal.cpp. Like it, this
15 // allocator works on one basic block at a time, oblivious to others.
16 // However, the algorithm used here is suited for long blocks of
17 // instructions - registers are spilled by greedily choosing those holding
18 // values that will not be needed for the longest amount of time. This works
19 // particularly well for blocks with 10 or more times as many instructions
20 // as machine registers, but can be used for general code.
21 //
22 //===----------------------------------------------------------------------===//
23 //
24 // TODO: - automagically invoke linearscan for (groups of) small BBs?
25 //       - break ties when picking regs? (probably not worth it in a
26 //         JIT context)
27 //
28 //===----------------------------------------------------------------------===//
29
30 #define DEBUG_TYPE "regalloc"
31 #include "llvm/BasicBlock.h"
32 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
33 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
34 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
35 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
36 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
37 #include "llvm/CodeGen/LiveVariables.h"
38 #include "llvm/CodeGen/RegAllocRegistry.h"
39 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
40 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
41 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
42 #include "llvm/Support/Debug.h"
43 #include "llvm/Support/Compiler.h"
44 #include "llvm/ADT/IndexedMap.h"
45 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
46 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
47 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
48 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
49 #include <algorithm>
50 using namespace llvm;
51
52 STATISTIC(NumStores, "Number of stores added");
53 STATISTIC(NumLoads , "Number of loads added");
54 STATISTIC(NumFolded, "Number of loads/stores folded into instructions");
55
56 namespace {
57   static RegisterRegAlloc
58     bigBlockRegAlloc("bigblock", "  Big-block register allocator",
59                   createBigBlockRegisterAllocator);
60
61 /// VRegKeyInfo - Defines magic values required to use VirtRegs as DenseMap
62 /// keys.
63   struct VRegKeyInfo {
64     static inline unsigned getEmptyKey() { return -1U; }
65     static inline unsigned getTombstoneKey() { return -2U; }
66     static bool isEqual(unsigned LHS, unsigned RHS) { return LHS == RHS; }
67     static unsigned getHashValue(const unsigned &Key) { return Key; }
68   };
69
70
71 /// This register allocator is derived from RegAllocLocal.cpp. Like it, this
72 /// allocator works on one basic block at a time, oblivious to others.
73 /// However, the algorithm used here is suited for long blocks of
74 /// instructions - registers are spilled by greedily choosing those holding
75 /// values that will not be needed for the longest amount of time. This works
76 /// particularly well for blocks with 10 or more times as many instructions
77 /// as machine registers, but can be used for general code.
78 ///
79 /// TODO: - automagically invoke linearscan for (groups of) small BBs?
80 ///       - break ties when picking regs? (probably not worth it in a
81 ///         JIT context)
82 ///
83   class VISIBILITY_HIDDEN RABigBlock : public MachineFunctionPass {
84   public:
85     static char ID;
86     RABigBlock() : MachineFunctionPass((intptr_t)&ID) {}
87   private:
88     /// TM - For getting at TargetMachine info 
89     ///
90     const TargetMachine *TM;
91     
92     /// MF - Our generic MachineFunction pointer
93     ///
94     MachineFunction *MF;
95     
96     /// RegInfo - For dealing with machine register info (aliases, folds
97     /// etc)
98     const MRegisterInfo *RegInfo;
99
100     /// LV - Our generic LiveVariables pointer
101     ///
102     LiveVariables *LV;
103
104     typedef SmallVector<unsigned, 2> VRegTimes;
105
106     /// VRegReadTable - maps VRegs in a BB to the set of times they are read
107     ///
108     DenseMap<unsigned, VRegTimes*, VRegKeyInfo> VRegReadTable;
109
110     /// VRegReadIdx - keeps track of the "current time" in terms of
111     /// positions in VRegReadTable
112     DenseMap<unsigned, unsigned , VRegKeyInfo> VRegReadIdx;
113
114     /// StackSlotForVirtReg - Maps virtual regs to the frame index where these
115     /// values are spilled.
116     IndexedMap<unsigned, VirtReg2IndexFunctor> StackSlotForVirtReg;
117
118     /// Virt2PhysRegMap - This map contains entries for each virtual register
119     /// that is currently available in a physical register.
120     IndexedMap<unsigned, VirtReg2IndexFunctor> Virt2PhysRegMap;
121
122     /// PhysRegsUsed - This array is effectively a map, containing entries for
123     /// each physical register that currently has a value (ie, it is in
124     /// Virt2PhysRegMap).  The value mapped to is the virtual register
125     /// corresponding to the physical register (the inverse of the
126     /// Virt2PhysRegMap), or 0.  The value is set to 0 if this register is pinned
127     /// because it is used by a future instruction, and to -2 if it is not
128     /// allocatable.  If the entry for a physical register is -1, then the
129     /// physical register is "not in the map".
130     ///
131     std::vector<int> PhysRegsUsed;
132
133     /// VirtRegModified - This bitset contains information about which virtual
134     /// registers need to be spilled back to memory when their registers are
135     /// scavenged.  If a virtual register has simply been rematerialized, there
136     /// is no reason to spill it to memory when we need the register back.
137     ///
138     std::vector<int> VirtRegModified;
139
140     /// MBBLastInsnTime - the number of the the last instruction in MBB
141     ///
142     int MBBLastInsnTime;
143
144     /// MBBCurTime - the number of the the instruction being currently processed
145     ///
146     int MBBCurTime;
147
148     unsigned &getVirt2PhysRegMapSlot(unsigned VirtReg) {
149       return Virt2PhysRegMap[VirtReg];
150     }
151
152     unsigned &getVirt2StackSlot(unsigned VirtReg) {
153       return StackSlotForVirtReg[VirtReg];
154     }
155
156     /// markVirtRegModified - Lets us flip bits in the VirtRegModified bitset
157     ///
158     void markVirtRegModified(unsigned Reg, bool Val = true) {
159       assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) && "Illegal VirtReg!");
160       Reg -= MRegisterInfo::FirstVirtualRegister;
161       if (VirtRegModified.size() <= Reg)
162         VirtRegModified.resize(Reg+1);
163       VirtRegModified[Reg] = Val;
164     }
165     
166     /// isVirtRegModified - Lets us query the VirtRegModified bitset
167     ///
168     bool isVirtRegModified(unsigned Reg) const {
169       assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) && "Illegal VirtReg!");
170       assert(Reg - MRegisterInfo::FirstVirtualRegister < VirtRegModified.size()
171              && "Illegal virtual register!");
172       return VirtRegModified[Reg - MRegisterInfo::FirstVirtualRegister];
173     }
174
175   public:
176     /// getPassName - returns the BigBlock allocator's name
177     ///
178     virtual const char *getPassName() const {
179       return "BigBlock Register Allocator";
180     }
181
182     /// getAnalaysisUsage - declares the required analyses
183     ///
184     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
185       AU.addRequired<LiveVariables>();
186       AU.addRequiredID(PHIEliminationID);
187       AU.addRequiredID(TwoAddressInstructionPassID);
188       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
189     }
190
191   private:
192     /// runOnMachineFunction - Register allocate the whole function
193     ///
194     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn);
195
196     /// AllocateBasicBlock - Register allocate the specified basic block.
197     ///
198     void AllocateBasicBlock(MachineBasicBlock &MBB);
199
200     /// FillVRegReadTable - Fill out the table of vreg read times given a BB
201     ///
202     void FillVRegReadTable(MachineBasicBlock &MBB);
203     
204     /// areRegsEqual - This method returns true if the specified registers are
205     /// related to each other.  To do this, it checks to see if they are equal
206     /// or if the first register is in the alias set of the second register.
207     ///
208     bool areRegsEqual(unsigned R1, unsigned R2) const {
209       if (R1 == R2) return true;
210       for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getAliasSet(R2);
211            *AliasSet; ++AliasSet) {
212         if (*AliasSet == R1) return true;
213       }
214       return false;
215     }
216
217     /// getStackSpaceFor - This returns the frame index of the specified virtual
218     /// register on the stack, allocating space if necessary.
219     int getStackSpaceFor(unsigned VirtReg, const TargetRegisterClass *RC);
220
221     /// removePhysReg - This method marks the specified physical register as no
222     /// longer being in use.
223     ///
224     void removePhysReg(unsigned PhysReg);
225
226     /// spillVirtReg - This method spills the value specified by PhysReg into
227     /// the virtual register slot specified by VirtReg.  It then updates the RA
228     /// data structures to indicate the fact that PhysReg is now available.
229     ///
230     void spillVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator MI,
231                       unsigned VirtReg, unsigned PhysReg);
232
233     /// spillPhysReg - This method spills the specified physical register into
234     /// the virtual register slot associated with it.  If OnlyVirtRegs is set to
235     /// true, then the request is ignored if the physical register does not
236     /// contain a virtual register.
237     ///
238     void spillPhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *I,
239                       unsigned PhysReg, bool OnlyVirtRegs = false);
240
241     /// assignVirtToPhysReg - This method updates local state so that we know
242     /// that PhysReg is the proper container for VirtReg now.  The physical
243     /// register must not be used for anything else when this is called.
244     ///
245     void assignVirtToPhysReg(unsigned VirtReg, unsigned PhysReg);
246
247     /// isPhysRegAvailable - Return true if the specified physical register is
248     /// free and available for use.  This also includes checking to see if
249     /// aliased registers are all free...
250     ///
251     bool isPhysRegAvailable(unsigned PhysReg) const;
252
253     /// getFreeReg - Look to see if there is a free register available in the
254     /// specified register class.  If not, return 0.
255     ///
256     unsigned getFreeReg(const TargetRegisterClass *RC);
257
258     /// chooseReg - Pick a physical register to hold the specified
259     /// virtual register by choosing the one which will be read furthest
260     /// in the future.
261     ///
262     unsigned chooseReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
263                     unsigned VirtReg);
264
265     /// reloadVirtReg - This method transforms the specified specified virtual
266     /// register use to refer to a physical register.  This method may do this
267     /// in one of several ways: if the register is available in a physical
268     /// register already, it uses that physical register.  If the value is not
269     /// in a physical register, and if there are physical registers available,
270     /// it loads it into a register.  If register pressure is high, and it is
271     /// possible, it tries to fold the load of the virtual register into the
272     /// instruction itself.  It avoids doing this if register pressure is low to
273     /// improve the chance that subsequent instructions can use the reloaded
274     /// value.  This method returns the modified instruction.
275     ///
276     MachineInstr *reloadVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
277                                 unsigned OpNum);
278
279   };
280   char RABigBlock::ID = 0;
281 }
282
283 /// getStackSpaceFor - This allocates space for the specified virtual register
284 /// to be held on the stack.
285 int RABigBlock::getStackSpaceFor(unsigned VirtReg, const TargetRegisterClass *RC) {
286   // Find the location Reg would belong...
287   int FrameIdx = getVirt2StackSlot(VirtReg);
288
289   if (FrameIdx)
290     return FrameIdx - 1;          // Already has space allocated?
291
292   // Allocate a new stack object for this spill location...
293   FrameIdx = MF->getFrameInfo()->CreateStackObject(RC->getSize(),
294                                                        RC->getAlignment());
295
296   // Assign the slot...
297   getVirt2StackSlot(VirtReg) = FrameIdx + 1;
298   return FrameIdx;
299 }
300
301
302 /// removePhysReg - This method marks the specified physical register as no
303 /// longer being in use.
304 ///
305 void RABigBlock::removePhysReg(unsigned PhysReg) {
306   PhysRegsUsed[PhysReg] = -1;      // PhyReg no longer used
307 }
308
309
310 /// spillVirtReg - This method spills the value specified by PhysReg into the
311 /// virtual register slot specified by VirtReg.  It then updates the RA data
312 /// structures to indicate the fact that PhysReg is now available.
313 ///
314 void RABigBlock::spillVirtReg(MachineBasicBlock &MBB,
315                            MachineBasicBlock::iterator I,
316                            unsigned VirtReg, unsigned PhysReg) {
317   assert(VirtReg && "Spilling a physical register is illegal!"
318          " Must not have appropriate kill for the register or use exists beyond"
319          " the intended one.");
320   DOUT << "  Spilling register " << RegInfo->getName(PhysReg)
321        << " containing %reg" << VirtReg;
322   
323   const TargetInstrInfo* TII = MBB.getParent()->getTarget().getInstrInfo();
324   
325   if (!isVirtRegModified(VirtReg))
326     DOUT << " which has not been modified, so no store necessary!";
327
328   // Otherwise, there is a virtual register corresponding to this physical
329   // register.  We only need to spill it into its stack slot if it has been
330   // modified.
331   if (isVirtRegModified(VirtReg)) {
332     const TargetRegisterClass *RC = MF->getRegInfo().getRegClass(VirtReg);
333     int FrameIndex = getStackSpaceFor(VirtReg, RC);
334     DOUT << " to stack slot #" << FrameIndex;
335     TII->storeRegToStackSlot(MBB, I, PhysReg, true, FrameIndex, RC);
336     ++NumStores;   // Update statistics
337   }
338
339   getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg) = 0;   // VirtReg no longer available
340
341   DOUT << "\n";
342   removePhysReg(PhysReg);
343 }
344
345
346 /// spillPhysReg - This method spills the specified physical register into the
347 /// virtual register slot associated with it.  If OnlyVirtRegs is set to true,
348 /// then the request is ignored if the physical register does not contain a
349 /// virtual register.
350 ///
351 void RABigBlock::spillPhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *I,
352                            unsigned PhysReg, bool OnlyVirtRegs) {
353   if (PhysRegsUsed[PhysReg] != -1) {            // Only spill it if it's used!
354     assert(PhysRegsUsed[PhysReg] != -2 && "Non allocable reg used!");
355     if (PhysRegsUsed[PhysReg] || !OnlyVirtRegs)
356       spillVirtReg(MBB, I, PhysRegsUsed[PhysReg], PhysReg);
357   } else {
358     // If the selected register aliases any other registers, we must make
359     // sure that one of the aliases isn't alive.
360     for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getAliasSet(PhysReg);
361          *AliasSet; ++AliasSet)
362       if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -1 &&     // Spill aliased register.
363           PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2)       // If allocatable.
364         if (PhysRegsUsed[*AliasSet])
365           spillVirtReg(MBB, I, PhysRegsUsed[*AliasSet], *AliasSet);
366   }
367 }
368
369
370 /// assignVirtToPhysReg - This method updates local state so that we know
371 /// that PhysReg is the proper container for VirtReg now.  The physical
372 /// register must not be used for anything else when this is called.
373 ///
374 void RABigBlock::assignVirtToPhysReg(unsigned VirtReg, unsigned PhysReg) {
375   assert(PhysRegsUsed[PhysReg] == -1 && "Phys reg already assigned!");
376   // Update information to note the fact that this register was just used, and
377   // it holds VirtReg.
378   PhysRegsUsed[PhysReg] = VirtReg;
379   getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg) = PhysReg;
380 }
381
382
383 /// isPhysRegAvailable - Return true if the specified physical register is free
384 /// and available for use.  This also includes checking to see if aliased
385 /// registers are all free...
386 ///
387 bool RABigBlock::isPhysRegAvailable(unsigned PhysReg) const {
388   if (PhysRegsUsed[PhysReg] != -1) return false;
389
390   // If the selected register aliases any other allocated registers, it is
391   // not free!
392   for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getAliasSet(PhysReg);
393        *AliasSet; ++AliasSet)
394     if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -1) // Aliased register in use?
395       return false;                    // Can't use this reg then.
396   return true;
397 }
398
399   
400 /// getFreeReg - Look to see if there is a free register available in the
401 /// specified register class.  If not, return 0.
402 ///
403 unsigned RABigBlock::getFreeReg(const TargetRegisterClass *RC) {
404   // Get iterators defining the range of registers that are valid to allocate in
405   // this class, which also specifies the preferred allocation order.
406   TargetRegisterClass::iterator RI = RC->allocation_order_begin(*MF);
407   TargetRegisterClass::iterator RE = RC->allocation_order_end(*MF);
408
409   for (; RI != RE; ++RI)
410     if (isPhysRegAvailable(*RI)) {       // Is reg unused?
411       assert(*RI != 0 && "Cannot use register!");
412       return *RI; // Found an unused register!
413     }
414   return 0;
415 }
416
417
418 /// chooseReg - Pick a physical register to hold the specified
419 /// virtual register by choosing the one whose value will be read
420 /// furthest in the future.
421 ///
422 unsigned RABigBlock::chooseReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *I,
423                          unsigned VirtReg) {
424   const TargetRegisterClass *RC = MF->getRegInfo().getRegClass(VirtReg);
425   // First check to see if we have a free register of the requested type...
426   unsigned PhysReg = getFreeReg(RC);
427
428   // If we didn't find an unused register, find the one which will be
429   // read at the most distant point in time.
430   if (PhysReg == 0) {
431     unsigned delay=0, longest_delay=0;
432     VRegTimes* ReadTimes;
433
434     unsigned curTime = MBBCurTime;
435
436     // for all physical regs in the RC,
437     for(TargetRegisterClass::iterator pReg = RC->begin(); 
438                                       pReg != RC->end();  ++pReg) {
439       // how long until they're read?
440       if(PhysRegsUsed[*pReg]>0) { // ignore non-allocatable regs
441         ReadTimes = VRegReadTable[PhysRegsUsed[*pReg]];
442         if(ReadTimes && !ReadTimes->empty()) {
443             unsigned& pt = VRegReadIdx[PhysRegsUsed[*pReg]];
444             while(pt < ReadTimes->size() && (*ReadTimes)[pt] < curTime) {
445                 ++pt;
446             }
447
448             if(pt < ReadTimes->size())
449                 delay = (*ReadTimes)[pt] - curTime;
450             else
451                 delay = MBBLastInsnTime + 1 - curTime;
452         } else {
453             // This register is only defined, but never
454             // read in this MBB. Therefore the next read
455             // happens after the end of this MBB
456             delay = MBBLastInsnTime + 1 - curTime;
457         }
458
459         
460         if(delay > longest_delay) {
461           longest_delay = delay;
462           PhysReg = *pReg;
463         }
464       }
465     }
466
467     if(PhysReg == 0) { // ok, now we're desperate. We couldn't choose
468                        // a register to spill by looking through the
469                        // read timetable, so now we just spill the
470                        // first allocatable register we find.
471                        
472       // for all physical regs in the RC,
473       for(TargetRegisterClass::iterator pReg = RC->begin(); 
474                                         pReg != RC->end();  ++pReg) {
475         // if we find a register we can spill
476         if(PhysRegsUsed[*pReg]>=-1)
477           PhysReg = *pReg; // choose it to be spilled
478       }
479     }
480     
481     assert(PhysReg && "couldn't choose a register to spill :( ");
482     // TODO: assert that RC->contains(PhysReg) / handle aliased registers?
483
484     // since we needed to look in the table we need to spill this register.
485     spillPhysReg(MBB, I, PhysReg);
486   }
487
488   // assign the vreg to our chosen physical register
489   assignVirtToPhysReg(VirtReg, PhysReg);
490   return PhysReg; // and return it
491 }
492
493
494 /// reloadVirtReg - This method transforms an instruction with a virtual
495 /// register use to one that references a physical register. It does this as
496 /// follows:
497 ///
498 ///   1) If the register is already in a physical register, it uses it.
499 ///   2) Otherwise, if there is a free physical register, it uses that.
500 ///   3) Otherwise, it calls chooseReg() to get the physical register
501 ///      holding the most distantly needed value, generating a spill in
502 ///      the process.
503 ///
504 /// This method returns the modified instruction.
505 MachineInstr *RABigBlock::reloadVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
506                                      unsigned OpNum) {
507   unsigned VirtReg = MI->getOperand(OpNum).getReg();
508   const TargetInstrInfo* TII = MBB.getParent()->getTarget().getInstrInfo();
509
510   // If the virtual register is already available in a physical register,
511   // just update the instruction and return.
512   if (unsigned PR = getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg)) {
513     MI->getOperand(OpNum).setReg(PR);
514     return MI;
515   }
516
517   // Otherwise, if we have free physical registers available to hold the
518   // value, use them.
519   const TargetRegisterClass *RC = MF->getRegInfo().getRegClass(VirtReg);
520   unsigned PhysReg = getFreeReg(RC);
521   int FrameIndex = getStackSpaceFor(VirtReg, RC);
522
523   if (PhysReg) {   // we have a free register, so use it.
524     assignVirtToPhysReg(VirtReg, PhysReg);
525   } else {  // no free registers available.
526     // try to fold the spill into the instruction
527     SmallVector<unsigned, 2> Ops;
528     Ops.push_back(OpNum);
529     if(MachineInstr* FMI = TII->foldMemoryOperand(MI, Ops, FrameIndex)) {
530       ++NumFolded;
531       // Since we changed the address of MI, make sure to update live variables
532       // to know that the new instruction has the properties of the old one.
533       LV->instructionChanged(MI, FMI);
534       return MBB.insert(MBB.erase(MI), FMI);
535     }
536     
537     // determine which of the physical registers we'll kill off, since we
538     // couldn't fold.
539     PhysReg = chooseReg(MBB, MI, VirtReg);
540   }
541
542   // this virtual register is now unmodified (since we just reloaded it)
543   markVirtRegModified(VirtReg, false);
544
545   DOUT << "  Reloading %reg" << VirtReg << " into "
546        << RegInfo->getName(PhysReg) << "\n";
547
548   // Add move instruction(s)
549   TII->loadRegFromStackSlot(MBB, MI, PhysReg, FrameIndex, RC);
550   ++NumLoads;    // Update statistics
551
552   MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(PhysReg);
553   MI->getOperand(OpNum).setReg(PhysReg);  // Assign the input register
554   return MI;
555 }
556
557 /// Fill out the vreg read timetable. Since ReadTime increases
558 /// monotonically, the individual readtime sets will be sorted
559 /// in ascending order.
560 void RABigBlock::FillVRegReadTable(MachineBasicBlock &MBB) {
561   // loop over each instruction
562   MachineBasicBlock::iterator MII;
563   unsigned ReadTime;
564   
565   for(ReadTime=0, MII = MBB.begin(); MII != MBB.end(); ++ReadTime, ++MII) {
566     MachineInstr *MI = MII;
567     
568     for (unsigned i = 0; i != MI->getNumOperands(); ++i) {
569       MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
570       // look for vreg reads..
571       if (MO.isRegister() && !MO.isDef() && MO.getReg() &&
572           MRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg())) {
573           // ..and add them to the read table.
574           VRegTimes* &Times = VRegReadTable[MO.getReg()];
575           if(!VRegReadTable[MO.getReg()]) {
576               Times = new VRegTimes;
577               VRegReadIdx[MO.getReg()] = 0;
578           }
579         Times->push_back(ReadTime);
580       }
581     }
582
583   }  
584
585   MBBLastInsnTime = ReadTime;
586
587   for(DenseMap<unsigned, VRegTimes*, VRegKeyInfo>::iterator Reads = VRegReadTable.begin();
588       Reads != VRegReadTable.end(); ++Reads) {
589       if(Reads->second) {
590           DOUT << "Reads[" << Reads->first << "]=" << Reads->second->size() << "\n";
591       }
592   }
593 }
594
595 /// isReadModWriteImplicitKill - True if this is an implicit kill for a
596 /// read/mod/write register, i.e. update partial register.
597 static bool isReadModWriteImplicitKill(MachineInstr *MI, unsigned Reg) {
598   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
599     MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
600     if (MO.isRegister() && MO.getReg() == Reg && MO.isImplicit() &&
601         MO.isDef() && !MO.isDead())
602       return true;
603   }
604   return false;
605 }
606
607 /// isReadModWriteImplicitDef - True if this is an implicit def for a
608 /// read/mod/write register, i.e. update partial register.
609 static bool isReadModWriteImplicitDef(MachineInstr *MI, unsigned Reg) {
610   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
611     MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
612     if (MO.isRegister() && MO.getReg() == Reg && MO.isImplicit() &&
613         !MO.isDef() && MO.isKill())
614       return true;
615   }
616   return false;
617 }
618
619
620 void RABigBlock::AllocateBasicBlock(MachineBasicBlock &MBB) {
621   // loop over each instruction
622   MachineBasicBlock::iterator MII = MBB.begin();
623   const TargetInstrInfo &TII = *TM->getInstrInfo();
624   
625   DEBUG(const BasicBlock *LBB = MBB.getBasicBlock();
626         if (LBB) DOUT << "\nStarting RegAlloc of BB: " << LBB->getName());
627
628   // If this is the first basic block in the machine function, add live-in
629   // registers as active.
630   if (&MBB == &*MF->begin()) {
631     for (MachineRegisterInfo::livein_iterator
632          I = MF->getRegInfo().livein_begin(),
633          E = MF->getRegInfo().livein_end(); I != E; ++I) {
634       unsigned Reg = I->first;
635       MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(Reg);
636       PhysRegsUsed[Reg] = 0;            // It is free and reserved now
637       for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getSubRegisters(Reg);
638            *AliasSet; ++AliasSet) {
639         if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2) {
640           PhysRegsUsed[*AliasSet] = 0;  // It is free and reserved now
641           MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(*AliasSet);
642         }
643       }
644     }    
645   }
646   
647   // Otherwise, sequentially allocate each instruction in the MBB.
648   MBBCurTime = -1;
649   while (MII != MBB.end()) {
650     MachineInstr *MI = MII++;
651     MBBCurTime++;
652     const TargetInstrDescriptor &TID = TII.get(MI->getOpcode());
653     DEBUG(DOUT << "\nTime=" << MBBCurTime << " Starting RegAlloc of: " << *MI;
654           DOUT << "  Regs have values: ";
655           for (unsigned i = 0; i != RegInfo->getNumRegs(); ++i)
656             if (PhysRegsUsed[i] != -1 && PhysRegsUsed[i] != -2)
657                DOUT << "[" << RegInfo->getName(i)
658                     << ",%reg" << PhysRegsUsed[i] << "] ";
659           DOUT << "\n");
660
661     SmallVector<unsigned, 8> Kills;
662     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
663       MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
664       if (MO.isRegister() && MO.isKill()) {
665         if (!MO.isImplicit())
666           Kills.push_back(MO.getReg());
667         else if (!isReadModWriteImplicitKill(MI, MO.getReg()))
668           // These are extra physical register kills when a sub-register
669           // is defined (def of a sub-register is a read/mod/write of the
670           // larger registers). Ignore.
671           Kills.push_back(MO.getReg());
672       }
673     }
674
675     // Get the used operands into registers.  This has the potential to spill
676     // incoming values if we are out of registers.  Note that we completely
677     // ignore physical register uses here.  We assume that if an explicit
678     // physical register is referenced by the instruction, that it is guaranteed
679     // to be live-in, or the input is badly hosed.
680     //
681     for (unsigned i = 0; i != MI->getNumOperands(); ++i) {
682       MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
683       // here we are looking for only used operands (never def&use)
684       if (MO.isRegister() && !MO.isDef() && MO.getReg() && !MO.isImplicit() &&
685           MRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg()))
686         MI = reloadVirtReg(MBB, MI, i);
687     }
688
689     // If this instruction is the last user of this register, kill the
690     // value, freeing the register being used, so it doesn't need to be
691     // spilled to memory.
692     //
693     for (unsigned i = 0, e = Kills.size(); i != e; ++i) {
694       unsigned VirtReg = Kills[i];
695       unsigned PhysReg = VirtReg;
696       if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(VirtReg)) {
697         // If the virtual register was never materialized into a register, it
698         // might not be in the map, but it won't hurt to zero it out anyway.
699         unsigned &PhysRegSlot = getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg);
700         PhysReg = PhysRegSlot;
701         PhysRegSlot = 0;
702       } else if (PhysRegsUsed[PhysReg] == -2) {
703         // Unallocatable register dead, ignore.
704         continue;
705       } else {
706         assert(!PhysRegsUsed[PhysReg] || PhysRegsUsed[PhysReg] == -1 &&
707                "Silently clearing a virtual register?");
708       }
709
710       if (PhysReg) {
711         DOUT << "  Last use of " << RegInfo->getName(PhysReg)
712              << "[%reg" << VirtReg <<"], removing it from live set\n";
713         removePhysReg(PhysReg);
714         for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getSubRegisters(PhysReg);
715              *AliasSet; ++AliasSet) {
716           if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2) {
717             DOUT  << "  Last use of "
718                   << RegInfo->getName(*AliasSet)
719                   << "[%reg" << VirtReg <<"], removing it from live set\n";
720             removePhysReg(*AliasSet);
721           }
722         }
723       }
724     }
725
726     // Loop over all of the operands of the instruction, spilling registers that
727     // are defined, and marking explicit destinations in the PhysRegsUsed map.
728     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
729       MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
730       if (MO.isRegister() && MO.isDef() && !MO.isImplicit() && MO.getReg() &&
731           MRegisterInfo::isPhysicalRegister(MO.getReg())) {
732         unsigned Reg = MO.getReg();
733         if (PhysRegsUsed[Reg] == -2) continue;  // Something like ESP.
734         // These are extra physical register defs when a sub-register
735         // is defined (def of a sub-register is a read/mod/write of the
736         // larger registers). Ignore.
737         if (isReadModWriteImplicitDef(MI, MO.getReg())) continue;
738
739         MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(Reg);
740         spillPhysReg(MBB, MI, Reg, true); // Spill any existing value in reg
741         PhysRegsUsed[Reg] = 0;            // It is free and reserved now
742         for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getSubRegisters(Reg);
743              *AliasSet; ++AliasSet) {
744           if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2) {
745             PhysRegsUsed[*AliasSet] = 0;  // It is free and reserved now
746             MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(*AliasSet);
747           }
748         }
749       }
750     }
751
752     // Loop over the implicit defs, spilling them as well.
753     if (TID.ImplicitDefs) {
754       for (const unsigned *ImplicitDefs = TID.ImplicitDefs;
755            *ImplicitDefs; ++ImplicitDefs) {
756         unsigned Reg = *ImplicitDefs;
757         if (PhysRegsUsed[Reg] != -2) {
758           spillPhysReg(MBB, MI, Reg, true);
759           PhysRegsUsed[Reg] = 0;            // It is free and reserved now
760         }
761         MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(Reg);
762         for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getSubRegisters(Reg);
763              *AliasSet; ++AliasSet) {
764           if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2) {
765             PhysRegsUsed[*AliasSet] = 0;  // It is free and reserved now
766             MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(*AliasSet);
767           }
768         }
769       }
770     }
771
772     SmallVector<unsigned, 8> DeadDefs;
773     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
774       MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
775       if (MO.isRegister() && MO.isDead())
776         DeadDefs.push_back(MO.getReg());
777     }
778
779     // Okay, we have allocated all of the source operands and spilled any values
780     // that would be destroyed by defs of this instruction.  Loop over the
781     // explicit defs and assign them to a register, spilling incoming values if
782     // we need to scavenge a register.
783     //
784     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
785       MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
786       if (MO.isRegister() && MO.isDef() && MO.getReg() &&
787           MRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg())) {
788         unsigned DestVirtReg = MO.getReg();
789         unsigned DestPhysReg;
790
791         // If DestVirtReg already has a value, use it.
792         if (!(DestPhysReg = getVirt2PhysRegMapSlot(DestVirtReg)))
793           DestPhysReg = chooseReg(MBB, MI, DestVirtReg);
794         MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(DestPhysReg);
795         markVirtRegModified(DestVirtReg);
796         MI->getOperand(i).setReg(DestPhysReg);  // Assign the output register
797       }
798     }
799
800     // If this instruction defines any registers that are immediately dead,
801     // kill them now.
802     //
803     for (unsigned i = 0, e = DeadDefs.size(); i != e; ++i) {
804       unsigned VirtReg = DeadDefs[i];
805       unsigned PhysReg = VirtReg;
806       if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(VirtReg)) {
807         unsigned &PhysRegSlot = getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg);
808         PhysReg = PhysRegSlot;
809         assert(PhysReg != 0);
810         PhysRegSlot = 0;
811       } else if (PhysRegsUsed[PhysReg] == -2) {
812         // Unallocatable register dead, ignore.
813         continue;
814       }
815
816       if (PhysReg) {
817         DOUT  << "  Register " << RegInfo->getName(PhysReg)
818               << " [%reg" << VirtReg
819               << "] is never used, removing it frame live list\n";
820         removePhysReg(PhysReg);
821         for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getAliasSet(PhysReg);
822              *AliasSet; ++AliasSet) {
823           if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2) {
824             DOUT  << "  Register " << RegInfo->getName(*AliasSet)
825                   << " [%reg" << *AliasSet
826                   << "] is never used, removing it frame live list\n";
827             removePhysReg(*AliasSet);
828           }
829         }
830       }
831     }
832     
833     // Finally, if this is a noop copy instruction, zap it.
834     unsigned SrcReg, DstReg;
835     if (TII.isMoveInstr(*MI, SrcReg, DstReg) && SrcReg == DstReg) {
836       LV->removeVirtualRegistersKilled(MI);
837       LV->removeVirtualRegistersDead(MI);
838       MBB.erase(MI);
839     }
840   }
841
842   MachineBasicBlock::iterator MI = MBB.getFirstTerminator();
843
844   // Spill all physical registers holding virtual registers now.
845   for (unsigned i = 0, e = RegInfo->getNumRegs(); i != e; ++i)
846     if (PhysRegsUsed[i] != -1 && PhysRegsUsed[i] != -2)
847       if (unsigned VirtReg = PhysRegsUsed[i])
848         spillVirtReg(MBB, MI, VirtReg, i);
849       else
850         removePhysReg(i);
851 }
852
853 /// runOnMachineFunction - Register allocate the whole function
854 ///
855 bool RABigBlock::runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn) {
856   DOUT << "Machine Function " << "\n";
857   MF = &Fn;
858   TM = &Fn.getTarget();
859   RegInfo = TM->getRegisterInfo();
860   LV = &getAnalysis<LiveVariables>();
861
862   PhysRegsUsed.assign(RegInfo->getNumRegs(), -1);
863   
864   // At various places we want to efficiently check to see whether a register
865   // is allocatable.  To handle this, we mark all unallocatable registers as
866   // being pinned down, permanently.
867   {
868     BitVector Allocable = RegInfo->getAllocatableSet(Fn);
869     for (unsigned i = 0, e = Allocable.size(); i != e; ++i)
870       if (!Allocable[i])
871         PhysRegsUsed[i] = -2;  // Mark the reg unallocable.
872   }
873
874   // initialize the virtual->physical register map to have a 'null'
875   // mapping for all virtual registers
876   Virt2PhysRegMap.grow(MF->getRegInfo().getLastVirtReg());
877   StackSlotForVirtReg.grow(MF->getRegInfo().getLastVirtReg());
878   VirtRegModified.resize(MF->getRegInfo().getLastVirtReg() - 
879                          MRegisterInfo::FirstVirtualRegister + 1, 0);
880
881   // Loop over all of the basic blocks, eliminating virtual register references
882   for (MachineFunction::iterator MBB = Fn.begin(), MBBe = Fn.end();
883        MBB != MBBe; ++MBB) {
884     // fill out the read timetable 
885     FillVRegReadTable(*MBB);
886     // use it to allocate the BB
887     AllocateBasicBlock(*MBB);
888     // clear it
889     VRegReadTable.clear();
890   }
891   
892   StackSlotForVirtReg.clear();
893   PhysRegsUsed.clear();
894   VirtRegModified.clear();
895   Virt2PhysRegMap.clear();
896   return true;
897 }
898
899 FunctionPass *llvm::createBigBlockRegisterAllocator() {
900   return new RABigBlock();
901 }
902