[AArch64] Revert r216141 for cyclone
[oota-llvm.git] / lib / Target / AArch64 / AArch64TargetTransformInfo.cpp
1 //===-- AArch64TargetTransformInfo.cpp - AArch64 specific TTI pass --------===//
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 /// \file
10 /// This file implements a TargetTransformInfo analysis pass specific to the
11 /// AArch64 target machine. It uses the target's detailed information to provide
12 /// more precise answers to certain TTI queries, while letting the target
13 /// independent and default TTI implementations handle the rest.
14 ///
15 //===----------------------------------------------------------------------===//
16
17 #include "AArch64.h"
18 #include "AArch64TargetMachine.h"
19 #include "MCTargetDesc/AArch64AddressingModes.h"
20 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
21 #include "llvm/Support/Debug.h"
22 #include "llvm/Target/CostTable.h"
23 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
24 #include <algorithm>
25 using namespace llvm;
26
27 #define DEBUG_TYPE "aarch64tti"
28
29 // Declare the pass initialization routine locally as target-specific passes
30 // don't have a target-wide initialization entry point, and so we rely on the
31 // pass constructor initialization.
32 namespace llvm {
33 void initializeAArch64TTIPass(PassRegistry &);
34 }
35
36 namespace {
37
38 class AArch64TTI final : public ImmutablePass, public TargetTransformInfo {
39   const AArch64TargetMachine *TM;
40   const AArch64Subtarget *ST;
41   const AArch64TargetLowering *TLI;
42
43   /// Estimate the overhead of scalarizing an instruction. Insert and Extract
44   /// are set if the result needs to be inserted and/or extracted from vectors.
45   unsigned getScalarizationOverhead(Type *Ty, bool Insert, bool Extract) const;
46
47 public:
48   AArch64TTI() : ImmutablePass(ID), TM(nullptr), ST(nullptr), TLI(nullptr) {
49     llvm_unreachable("This pass cannot be directly constructed");
50   }
51
52   AArch64TTI(const AArch64TargetMachine *TM)
53       : ImmutablePass(ID), TM(TM), ST(TM->getSubtargetImpl()),
54         TLI(TM->getSubtargetImpl()->getTargetLowering()) {
55     initializeAArch64TTIPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
56   }
57
58   void initializePass() override { pushTTIStack(this); }
59
60   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
61     TargetTransformInfo::getAnalysisUsage(AU);
62   }
63
64   /// Pass identification.
65   static char ID;
66
67   /// Provide necessary pointer adjustments for the two base classes.
68   void *getAdjustedAnalysisPointer(const void *ID) override {
69     if (ID == &TargetTransformInfo::ID)
70       return (TargetTransformInfo *)this;
71     return this;
72   }
73
74   /// \name Scalar TTI Implementations
75   /// @{
76   unsigned getIntImmCost(int64_t Val) const;
77   unsigned getIntImmCost(const APInt &Imm, Type *Ty) const override;
78   unsigned getIntImmCost(unsigned Opcode, unsigned Idx, const APInt &Imm,
79                          Type *Ty) const override;
80   unsigned getIntImmCost(Intrinsic::ID IID, unsigned Idx, const APInt &Imm,
81                          Type *Ty) const override;
82   PopcntSupportKind getPopcntSupport(unsigned TyWidth) const override;
83
84   /// @}
85
86   /// \name Vector TTI Implementations
87   /// @{
88
89   unsigned getNumberOfRegisters(bool Vector) const override {
90     if (Vector) {
91       if (ST->hasNEON())
92         return 32;
93       return 0;
94     }
95     return 31;
96   }
97
98   unsigned getRegisterBitWidth(bool Vector) const override {
99     if (Vector) {
100       if (ST->hasNEON())
101         return 128;
102       return 0;
103     }
104     return 64;
105   }
106
107   unsigned getMaxInterleaveFactor() const override;
108
109   unsigned getCastInstrCost(unsigned Opcode, Type *Dst, Type *Src) const
110       override;
111
112   unsigned getVectorInstrCost(unsigned Opcode, Type *Val, unsigned Index) const
113       override;
114
115   unsigned getArithmeticInstrCost(
116       unsigned Opcode, Type *Ty, OperandValueKind Opd1Info = OK_AnyValue,
117       OperandValueKind Opd2Info = OK_AnyValue,
118       OperandValueProperties Opd1PropInfo = OP_None,
119       OperandValueProperties Opd2PropInfo = OP_None) const override;
120
121   unsigned getAddressComputationCost(Type *Ty, bool IsComplex) const override;
122
123   unsigned getCmpSelInstrCost(unsigned Opcode, Type *ValTy, Type *CondTy) const
124       override;
125
126   unsigned getMemoryOpCost(unsigned Opcode, Type *Src, unsigned Alignment,
127                            unsigned AddressSpace) const override;
128
129   unsigned getCostOfKeepingLiveOverCall(ArrayRef<Type*> Tys) const override;
130
131   /// @}
132 };
133
134 } // end anonymous namespace
135
136 INITIALIZE_AG_PASS(AArch64TTI, TargetTransformInfo, "aarch64tti",
137                    "AArch64 Target Transform Info", true, true, false)
138 char AArch64TTI::ID = 0;
139
140 ImmutablePass *
141 llvm::createAArch64TargetTransformInfoPass(const AArch64TargetMachine *TM) {
142   return new AArch64TTI(TM);
143 }
144
145 /// \brief Calculate the cost of materializing a 64-bit value. This helper
146 /// method might only calculate a fraction of a larger immediate. Therefore it
147 /// is valid to return a cost of ZERO.
148 unsigned AArch64TTI::getIntImmCost(int64_t Val) const {
149   // Check if the immediate can be encoded within an instruction.
150   if (Val == 0 || AArch64_AM::isLogicalImmediate(Val, 64))
151     return 0;
152
153   if (Val < 0)
154     Val = ~Val;
155
156   // Calculate how many moves we will need to materialize this constant.
157   unsigned LZ = countLeadingZeros((uint64_t)Val);
158   return (64 - LZ + 15) / 16;
159 }
160
161 /// \brief Calculate the cost of materializing the given constant.
162 unsigned AArch64TTI::getIntImmCost(const APInt &Imm, Type *Ty) const {
163   assert(Ty->isIntegerTy());
164
165   unsigned BitSize = Ty->getPrimitiveSizeInBits();
166   if (BitSize == 0)
167     return ~0U;
168
169   // Sign-extend all constants to a multiple of 64-bit.
170   APInt ImmVal = Imm;
171   if (BitSize & 0x3f)
172     ImmVal = Imm.sext((BitSize + 63) & ~0x3fU);
173
174   // Split the constant into 64-bit chunks and calculate the cost for each
175   // chunk.
176   unsigned Cost = 0;
177   for (unsigned ShiftVal = 0; ShiftVal < BitSize; ShiftVal += 64) {
178     APInt Tmp = ImmVal.ashr(ShiftVal).sextOrTrunc(64);
179     int64_t Val = Tmp.getSExtValue();
180     Cost += getIntImmCost(Val);
181   }
182   // We need at least one instruction to materialze the constant.
183   return std::max(1U, Cost);
184 }
185
186 unsigned AArch64TTI::getIntImmCost(unsigned Opcode, unsigned Idx,
187                                  const APInt &Imm, Type *Ty) const {
188   assert(Ty->isIntegerTy());
189
190   unsigned BitSize = Ty->getPrimitiveSizeInBits();
191   // There is no cost model for constants with a bit size of 0. Return TCC_Free
192   // here, so that constant hoisting will ignore this constant.
193   if (BitSize == 0)
194     return TCC_Free;
195
196   unsigned ImmIdx = ~0U;
197   switch (Opcode) {
198   default:
199     return TCC_Free;
200   case Instruction::GetElementPtr:
201     // Always hoist the base address of a GetElementPtr.
202     if (Idx == 0)
203       return 2 * TCC_Basic;
204     return TCC_Free;
205   case Instruction::Store:
206     ImmIdx = 0;
207     break;
208   case Instruction::Add:
209   case Instruction::Sub:
210   case Instruction::Mul:
211   case Instruction::UDiv:
212   case Instruction::SDiv:
213   case Instruction::URem:
214   case Instruction::SRem:
215   case Instruction::And:
216   case Instruction::Or:
217   case Instruction::Xor:
218   case Instruction::ICmp:
219     ImmIdx = 1;
220     break;
221   // Always return TCC_Free for the shift value of a shift instruction.
222   case Instruction::Shl:
223   case Instruction::LShr:
224   case Instruction::AShr:
225     if (Idx == 1)
226       return TCC_Free;
227     break;
228   case Instruction::Trunc:
229   case Instruction::ZExt:
230   case Instruction::SExt:
231   case Instruction::IntToPtr:
232   case Instruction::PtrToInt:
233   case Instruction::BitCast:
234   case Instruction::PHI:
235   case Instruction::Call:
236   case Instruction::Select:
237   case Instruction::Ret:
238   case Instruction::Load:
239     break;
240   }
241
242   if (Idx == ImmIdx) {
243     unsigned NumConstants = (BitSize + 63) / 64;
244     unsigned Cost = AArch64TTI::getIntImmCost(Imm, Ty);
245     return (Cost <= NumConstants * TCC_Basic)
246       ? static_cast<unsigned>(TCC_Free) : Cost;
247   }
248   return AArch64TTI::getIntImmCost(Imm, Ty);
249 }
250
251 unsigned AArch64TTI::getIntImmCost(Intrinsic::ID IID, unsigned Idx,
252                                  const APInt &Imm, Type *Ty) const {
253   assert(Ty->isIntegerTy());
254
255   unsigned BitSize = Ty->getPrimitiveSizeInBits();
256   // There is no cost model for constants with a bit size of 0. Return TCC_Free
257   // here, so that constant hoisting will ignore this constant.
258   if (BitSize == 0)
259     return TCC_Free;
260
261   switch (IID) {
262   default:
263     return TCC_Free;
264   case Intrinsic::sadd_with_overflow:
265   case Intrinsic::uadd_with_overflow:
266   case Intrinsic::ssub_with_overflow:
267   case Intrinsic::usub_with_overflow:
268   case Intrinsic::smul_with_overflow:
269   case Intrinsic::umul_with_overflow:
270     if (Idx == 1) {
271       unsigned NumConstants = (BitSize + 63) / 64;
272       unsigned Cost = AArch64TTI::getIntImmCost(Imm, Ty);
273       return (Cost <= NumConstants * TCC_Basic)
274         ? static_cast<unsigned>(TCC_Free) : Cost;
275     }
276     break;
277   case Intrinsic::experimental_stackmap:
278     if ((Idx < 2) || (Imm.getBitWidth() <= 64 && isInt<64>(Imm.getSExtValue())))
279       return TCC_Free;
280     break;
281   case Intrinsic::experimental_patchpoint_void:
282   case Intrinsic::experimental_patchpoint_i64:
283     if ((Idx < 4) || (Imm.getBitWidth() <= 64 && isInt<64>(Imm.getSExtValue())))
284       return TCC_Free;
285     break;
286   }
287   return AArch64TTI::getIntImmCost(Imm, Ty);
288 }
289
290 AArch64TTI::PopcntSupportKind
291 AArch64TTI::getPopcntSupport(unsigned TyWidth) const {
292   assert(isPowerOf2_32(TyWidth) && "Ty width must be power of 2");
293   if (TyWidth == 32 || TyWidth == 64)
294     return PSK_FastHardware;
295   // TODO: AArch64TargetLowering::LowerCTPOP() supports 128bit popcount.
296   return PSK_Software;
297 }
298
299 unsigned AArch64TTI::getCastInstrCost(unsigned Opcode, Type *Dst,
300                                     Type *Src) const {
301   int ISD = TLI->InstructionOpcodeToISD(Opcode);
302   assert(ISD && "Invalid opcode");
303
304   EVT SrcTy = TLI->getValueType(Src);
305   EVT DstTy = TLI->getValueType(Dst);
306
307   if (!SrcTy.isSimple() || !DstTy.isSimple())
308     return TargetTransformInfo::getCastInstrCost(Opcode, Dst, Src);
309
310   static const TypeConversionCostTblEntry<MVT> ConversionTbl[] = {
311     // LowerVectorINT_TO_FP:
312     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v2f32, MVT::v2i32, 1 },
313     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v4f32, MVT::v4i32, 1 },
314     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v2f64, MVT::v2i64, 1 },
315     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v2f32, MVT::v2i32, 1 },
316     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v4f32, MVT::v4i32, 1 },
317     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v2f64, MVT::v2i64, 1 },
318
319     // Complex: to v2f32
320     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v2f32, MVT::v2i8,  3 },
321     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v2f32, MVT::v2i16, 3 },
322     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v2f32, MVT::v2i64, 2 },
323     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v2f32, MVT::v2i8,  3 },
324     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v2f32, MVT::v2i16, 3 },
325     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v2f32, MVT::v2i64, 2 },
326
327     // Complex: to v4f32
328     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v4f32, MVT::v4i8,  4 },
329     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v4f32, MVT::v4i16, 2 },
330     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v4f32, MVT::v4i8,  3 },
331     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v4f32, MVT::v4i16, 2 },
332
333     // Complex: to v2f64
334     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v2f64, MVT::v2i8,  4 },
335     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v2f64, MVT::v2i16, 4 },
336     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v2f64, MVT::v2i32, 2 },
337     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v2f64, MVT::v2i8,  4 },
338     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v2f64, MVT::v2i16, 4 },
339     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v2f64, MVT::v2i32, 2 },
340
341
342     // LowerVectorFP_TO_INT
343     { ISD::FP_TO_SINT, MVT::v2i32, MVT::v2f32, 1 },
344     { ISD::FP_TO_SINT, MVT::v4i32, MVT::v4f32, 1 },
345     { ISD::FP_TO_SINT, MVT::v2i64, MVT::v2f64, 1 },
346     { ISD::FP_TO_UINT, MVT::v2i32, MVT::v2f32, 1 },
347     { ISD::FP_TO_UINT, MVT::v4i32, MVT::v4f32, 1 },
348     { ISD::FP_TO_UINT, MVT::v2i64, MVT::v2f64, 1 },
349
350     // Complex, from v2f32: legal type is v2i32 (no cost) or v2i64 (1 ext).
351     { ISD::FP_TO_SINT, MVT::v2i64, MVT::v2f32, 2 },
352     { ISD::FP_TO_SINT, MVT::v2i16, MVT::v2f32, 1 },
353     { ISD::FP_TO_SINT, MVT::v2i8,  MVT::v2f32, 1 },
354     { ISD::FP_TO_UINT, MVT::v2i64, MVT::v2f32, 2 },
355     { ISD::FP_TO_UINT, MVT::v2i16, MVT::v2f32, 1 },
356     { ISD::FP_TO_UINT, MVT::v2i8,  MVT::v2f32, 1 },
357
358     // Complex, from v4f32: legal type is v4i16, 1 narrowing => ~2
359     { ISD::FP_TO_SINT, MVT::v4i16, MVT::v4f32, 2 },
360     { ISD::FP_TO_SINT, MVT::v4i8,  MVT::v4f32, 2 },
361     { ISD::FP_TO_UINT, MVT::v4i16, MVT::v4f32, 2 },
362     { ISD::FP_TO_UINT, MVT::v4i8,  MVT::v4f32, 2 },
363
364     // Complex, from v2f64: legal type is v2i32, 1 narrowing => ~2.
365     { ISD::FP_TO_SINT, MVT::v2i32, MVT::v2f64, 2 },
366     { ISD::FP_TO_SINT, MVT::v2i16, MVT::v2f64, 2 },
367     { ISD::FP_TO_SINT, MVT::v2i8,  MVT::v2f64, 2 },
368     { ISD::FP_TO_UINT, MVT::v2i32, MVT::v2f64, 2 },
369     { ISD::FP_TO_UINT, MVT::v2i16, MVT::v2f64, 2 },
370     { ISD::FP_TO_UINT, MVT::v2i8,  MVT::v2f64, 2 },
371   };
372
373   int Idx = ConvertCostTableLookup<MVT>(
374       ConversionTbl, array_lengthof(ConversionTbl), ISD, DstTy.getSimpleVT(),
375       SrcTy.getSimpleVT());
376   if (Idx != -1)
377     return ConversionTbl[Idx].Cost;
378
379   return TargetTransformInfo::getCastInstrCost(Opcode, Dst, Src);
380 }
381
382 unsigned AArch64TTI::getVectorInstrCost(unsigned Opcode, Type *Val,
383                                       unsigned Index) const {
384   assert(Val->isVectorTy() && "This must be a vector type");
385
386   if (Index != -1U) {
387     // Legalize the type.
388     std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Val);
389
390     // This type is legalized to a scalar type.
391     if (!LT.second.isVector())
392       return 0;
393
394     // The type may be split. Normalize the index to the new type.
395     unsigned Width = LT.second.getVectorNumElements();
396     Index = Index % Width;
397
398     // The element at index zero is already inside the vector.
399     if (Index == 0)
400       return 0;
401   }
402
403   // All other insert/extracts cost this much.
404   return 2;
405 }
406
407 unsigned AArch64TTI::getArithmeticInstrCost(
408     unsigned Opcode, Type *Ty, OperandValueKind Opd1Info,
409     OperandValueKind Opd2Info, OperandValueProperties Opd1PropInfo,
410     OperandValueProperties Opd2PropInfo) const {
411   // Legalize the type.
412   std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Ty);
413
414   int ISD = TLI->InstructionOpcodeToISD(Opcode);
415
416   switch (ISD) {
417   default:
418     return TargetTransformInfo::getArithmeticInstrCost(
419         Opcode, Ty, Opd1Info, Opd2Info, Opd1PropInfo, Opd2PropInfo);
420   case ISD::ADD:
421   case ISD::MUL:
422   case ISD::XOR:
423   case ISD::OR:
424   case ISD::AND:
425     // These nodes are marked as 'custom' for combining purposes only.
426     // We know that they are legal. See LowerAdd in ISelLowering.
427     return 1 * LT.first;
428   }
429 }
430
431 unsigned AArch64TTI::getAddressComputationCost(Type *Ty, bool IsComplex) const {
432   // Address computations in vectorized code with non-consecutive addresses will
433   // likely result in more instructions compared to scalar code where the
434   // computation can more often be merged into the index mode. The resulting
435   // extra micro-ops can significantly decrease throughput.
436   unsigned NumVectorInstToHideOverhead = 10;
437
438   if (Ty->isVectorTy() && IsComplex)
439     return NumVectorInstToHideOverhead;
440
441   // In many cases the address computation is not merged into the instruction
442   // addressing mode.
443   return 1;
444 }
445
446 unsigned AArch64TTI::getCmpSelInstrCost(unsigned Opcode, Type *ValTy,
447                                       Type *CondTy) const {
448
449   int ISD = TLI->InstructionOpcodeToISD(Opcode);
450   // We don't lower vector selects well that are wider than the register width.
451   if (ValTy->isVectorTy() && ISD == ISD::SELECT) {
452     // We would need this many instructions to hide the scalarization happening.
453     unsigned AmortizationCost = 20;
454     static const TypeConversionCostTblEntry<MVT::SimpleValueType>
455     VectorSelectTbl[] = {
456       { ISD::SELECT, MVT::v16i1, MVT::v16i16, 16 * AmortizationCost },
457       { ISD::SELECT, MVT::v8i1, MVT::v8i32, 8 * AmortizationCost },
458       { ISD::SELECT, MVT::v16i1, MVT::v16i32, 16 * AmortizationCost },
459       { ISD::SELECT, MVT::v4i1, MVT::v4i64, 4 * AmortizationCost },
460       { ISD::SELECT, MVT::v8i1, MVT::v8i64, 8 * AmortizationCost },
461       { ISD::SELECT, MVT::v16i1, MVT::v16i64, 16 * AmortizationCost }
462     };
463
464     EVT SelCondTy = TLI->getValueType(CondTy);
465     EVT SelValTy = TLI->getValueType(ValTy);
466     if (SelCondTy.isSimple() && SelValTy.isSimple()) {
467       int Idx =
468           ConvertCostTableLookup(VectorSelectTbl, ISD, SelCondTy.getSimpleVT(),
469                                  SelValTy.getSimpleVT());
470       if (Idx != -1)
471         return VectorSelectTbl[Idx].Cost;
472     }
473   }
474   return TargetTransformInfo::getCmpSelInstrCost(Opcode, ValTy, CondTy);
475 }
476
477 unsigned AArch64TTI::getMemoryOpCost(unsigned Opcode, Type *Src,
478                                    unsigned Alignment,
479                                    unsigned AddressSpace) const {
480   std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Src);
481
482   if (Opcode == Instruction::Store && Src->isVectorTy() && Alignment != 16 &&
483       Src->getVectorElementType()->isIntegerTy(64)) {
484     // Unaligned stores are extremely inefficient. We don't split
485     // unaligned v2i64 stores because the negative impact that has shown in
486     // practice on inlined memcpy code.
487     // We make v2i64 stores expensive so that we will only vectorize if there
488     // are 6 other instructions getting vectorized.
489     unsigned AmortizationCost = 6;
490
491     return LT.first * 2 * AmortizationCost;
492   }
493
494   if (Src->isVectorTy() && Src->getVectorElementType()->isIntegerTy(8) &&
495       Src->getVectorNumElements() < 8) {
496     // We scalarize the loads/stores because there is not v.4b register and we
497     // have to promote the elements to v.4h.
498     unsigned NumVecElts = Src->getVectorNumElements();
499     unsigned NumVectorizableInstsToAmortize = NumVecElts * 2;
500     // We generate 2 instructions per vector element.
501     return NumVectorizableInstsToAmortize * NumVecElts * 2;
502   }
503
504   return LT.first;
505 }
506
507 unsigned AArch64TTI::getCostOfKeepingLiveOverCall(ArrayRef<Type*> Tys) const {
508   unsigned Cost = 0;
509   for (auto *I : Tys) {
510     if (!I->isVectorTy())
511       continue;
512     if (I->getScalarSizeInBits() * I->getVectorNumElements() == 128)
513       Cost += getMemoryOpCost(Instruction::Store, I, 128, 0) +
514         getMemoryOpCost(Instruction::Load, I, 128, 0);
515   }
516   return Cost;
517 }
518
519 unsigned AArch64TTI::getMaxInterleaveFactor() const {
520   if (ST->isCortexA57())
521     return 4;
522   return 2;
523 }