lib/Target/AMDGPU/R600Packetizer.cpp

   1 //===----- R600Packetizer.cpp - VLIW packetizer ---------------------------===//
   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 /// \file
  11 /// This pass implements instructions packetization for R600. It unsets isLast
  12 /// bit of instructions inside a bundle and substitutes src register with
  13 /// PreviousVector when applicable.
  14 //
  15 //===----------------------------------------------------------------------===//
  16
  17 #include "llvm/Support/Debug.h"
  18 #include "AMDGPU.h"
  19 #include "AMDGPUSubtarget.h"
  20 #include "R600InstrInfo.h"
  21 #include "llvm/CodeGen/DFAPacketizer.h"
  22 #include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
  23 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
  24 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
  25 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  26 #include "llvm/CodeGen/ScheduleDAG.h"
  27 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  28
  29 using namespace llvm;
  30
  31 #define DEBUG_TYPE "packets"
  32
  33 namespace {
  34
  35 class R600Packetizer : public MachineFunctionPass {
  36
  37 public:
  38   static char ID;
  39   R600Packetizer(const TargetMachine &TM) : MachineFunctionPass(ID) {}
  40
  41   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
  42     AU.setPreservesCFG();
  43     AU.addRequired<MachineDominatorTree>();
  44     AU.addPreserved<MachineDominatorTree>();
  45     AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
  46     AU.addPreserved<MachineLoopInfo>();
  47     MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
  48   }
  49
  50   const char *getPassName() const override {
  51     return "R600 Packetizer";
  52   }
  53
  54   bool runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn) override;
  55 };
  56 char R600Packetizer::ID = 0;
  57
  58 class R600PacketizerList : public VLIWPacketizerList {
  59
  60 private:
  61   const R600InstrInfo *TII;
  62   const R600RegisterInfo &TRI;
  63   bool VLIW5;
  64   bool ConsideredInstUsesAlreadyWrittenVectorElement;
  65
  66   unsigned getSlot(const MachineInstr *MI) const {
  67     return TRI.getHWRegChan(MI->getOperand(0).getReg());
  68   }
  69
  70   /// \returns register to PV chan mapping for bundle/single instructions that
  71   /// immediately precedes I.
  72   DenseMap<unsigned, unsigned> getPreviousVector(MachineBasicBlock::iterator I)
  73       const {
  74     DenseMap<unsigned, unsigned> Result;
  75     I--;
  76     if (!TII->isALUInstr(I->getOpcode()) && !I->isBundle())
  77       return Result;
  78     MachineBasicBlock::instr_iterator BI = I.getInstrIterator();
  79     if (I->isBundle())
  80       BI++;
  81     int LastDstChan = -1;
  82     do {
  83       bool isTrans = false;
  84       int BISlot = getSlot(&*BI);
  85       if (LastDstChan >= BISlot)
  86         isTrans = true;
  87       LastDstChan = BISlot;
  88       if (TII->isPredicated(&*BI))
  89         continue;
  90       int OperandIdx = TII->getOperandIdx(BI->getOpcode(), AMDGPU::OpName::write);
  91       if (OperandIdx > -1 && BI->getOperand(OperandIdx).getImm() == 0)
  92         continue;
  93       int DstIdx = TII->getOperandIdx(BI->getOpcode(), AMDGPU::OpName::dst);
  94       if (DstIdx == -1) {
  95         continue;
  96       }
  97       unsigned Dst = BI->getOperand(DstIdx).getReg();
  98       if (isTrans || TII->isTransOnly(&*BI)) {
  99         Result[Dst] = AMDGPU::PS;
 100         continue;
 101       }
 102       if (BI->getOpcode() == AMDGPU::DOT4_r600 ||
 103           BI->getOpcode() == AMDGPU::DOT4_eg) {
 104         Result[Dst] = AMDGPU::PV_X;
 105         continue;
 106       }
 107       if (Dst == AMDGPU::OQAP) {
 108         continue;
 109       }
 110       unsigned PVReg = 0;
 111       switch (TRI.getHWRegChan(Dst)) {
 112       case 0:
 113         PVReg = AMDGPU::PV_X;
 114         break;
 115       case 1:
 116         PVReg = AMDGPU::PV_Y;
 117         break;
 118       case 2:
 119         PVReg = AMDGPU::PV_Z;
 120         break;
 121       case 3:
 122         PVReg = AMDGPU::PV_W;
 123         break;
 124       default:
 125         llvm_unreachable("Invalid Chan");
 126       }
 127       Result[Dst] = PVReg;
 128     } while ((++BI)->isBundledWithPred());
 129     return Result;
 130   }
 131
 132   void substitutePV(MachineInstr *MI, const DenseMap<unsigned, unsigned> &PVs)
 133       const {
 134     unsigned Ops[] = {
 135       AMDGPU::OpName::src0,
 136       AMDGPU::OpName::src1,
 137       AMDGPU::OpName::src2
 138     };
 139     for (unsigned i = 0; i < 3; i++) {
 140       int OperandIdx = TII->getOperandIdx(MI->getOpcode(), Ops[i]);
 141       if (OperandIdx < 0)
 142         continue;
 143       unsigned Src = MI->getOperand(OperandIdx).getReg();
 144       const DenseMap<unsigned, unsigned>::const_iterator It = PVs.find(Src);
 145       if (It != PVs.end())
 146         MI->getOperand(OperandIdx).setReg(It->second);
 147     }
 148   }
 149 public:
 150   // Ctor.
 151   R600PacketizerList(MachineFunction &MF, MachineLoopInfo &MLI)
 152       : VLIWPacketizerList(MF, MLI), TII(static_cast<const R600InstrInfo *>(
 153             MF.getSubtarget().getInstrInfo())),
 154         TRI(TII->getRegisterInfo()) {
 155     VLIW5 = !MF.getSubtarget<AMDGPUSubtarget>().hasCaymanISA();
 156   }
 157
 158   // initPacketizerState - initialize some internal flags.
 159   void initPacketizerState() override {
 160     ConsideredInstUsesAlreadyWrittenVectorElement = false;
 161   }
 162
 163   // ignorePseudoInstruction - Ignore bundling of pseudo instructions.
 164   bool ignorePseudoInstruction(MachineInstr *MI,
 165                                MachineBasicBlock *MBB) override {
 166     return false;
 167   }
 168
 169   // isSoloInstruction - return true if instruction MI can not be packetized
 170   // with any other instruction, which means that MI itself is a packet.
 171   bool isSoloInstruction(MachineInstr *MI) override {
 172     if (TII->isVector(*MI))
 173       return true;
 174     if (!TII->isALUInstr(MI->getOpcode()))
 175       return true;
 176     if (MI->getOpcode() == AMDGPU::GROUP_BARRIER)
 177       return true;
 178     // XXX: This can be removed once the packetizer properly handles all the
 179     // LDS instruction group restrictions.
 180     if (TII->isLDSInstr(MI->getOpcode()))
 181       return true;
 182     return false;
 183   }
 184
 185   // isLegalToPacketizeTogether - Is it legal to packetize SUI and SUJ
 186   // together.
 187   bool isLegalToPacketizeTogether(SUnit *SUI, SUnit *SUJ) override {
 188     MachineInstr *MII = SUI->getInstr(), *MIJ = SUJ->getInstr();
 189     if (getSlot(MII) == getSlot(MIJ))
 190       ConsideredInstUsesAlreadyWrittenVectorElement = true;
 191     // Does MII and MIJ share the same pred_sel ?
 192     int OpI = TII->getOperandIdx(MII->getOpcode(), AMDGPU::OpName::pred_sel),
 193         OpJ = TII->getOperandIdx(MIJ->getOpcode(), AMDGPU::OpName::pred_sel);
 194     unsigned PredI = (OpI > -1)?MII->getOperand(OpI).getReg():0,
 195         PredJ = (OpJ > -1)?MIJ->getOperand(OpJ).getReg():0;
 196     if (PredI != PredJ)
 197       return false;
 198     if (SUJ->isSucc(SUI)) {
 199       for (unsigned i = 0, e = SUJ->Succs.size(); i < e; ++i) {
 200         const SDep &Dep = SUJ->Succs[i];
 201         if (Dep.getSUnit() != SUI)
 202           continue;
 203         if (Dep.getKind() == SDep::Anti)
 204           continue;
 205         if (Dep.getKind() == SDep::Output)
 206           if (MII->getOperand(0).getReg() != MIJ->getOperand(0).getReg())
 207             continue;
 208         return false;
 209       }
 210     }
 211
 212     bool ARDef = TII->definesAddressRegister(MII) ||
 213                  TII->definesAddressRegister(MIJ);
 214     bool ARUse = TII->usesAddressRegister(MII) ||
 215                  TII->usesAddressRegister(MIJ);
 216     if (ARDef && ARUse)
 217       return false;
 218
 219     return true;
 220   }
 221
 222   // isLegalToPruneDependencies - Is it legal to prune dependece between SUI
 223   // and SUJ.
 224   bool isLegalToPruneDependencies(SUnit *SUI, SUnit *SUJ) override {
 225     return false;
 226   }
 227
 228   void setIsLastBit(MachineInstr *MI, unsigned Bit) const {
 229     unsigned LastOp = TII->getOperandIdx(MI->getOpcode(), AMDGPU::OpName::last);
 230     MI->getOperand(LastOp).setImm(Bit);
 231   }
 232
 233   bool isBundlableWithCurrentPMI(MachineInstr *MI,
 234                                  const DenseMap<unsigned, unsigned> &PV,
 235                                  std::vector<R600InstrInfo::BankSwizzle> &BS,
 236                                  bool &isTransSlot) {
 237     isTransSlot = TII->isTransOnly(MI);
 238     assert (!isTransSlot || VLIW5);
 239
 240     // Is the dst reg sequence legal ?
 241     if (!isTransSlot && !CurrentPacketMIs.empty()) {
 242       if (getSlot(MI) <= getSlot(CurrentPacketMIs.back())) {
 243         if (ConsideredInstUsesAlreadyWrittenVectorElement  &&
 244             !TII->isVectorOnly(MI) && VLIW5) {
 245           isTransSlot = true;
 246           DEBUG(dbgs() << "Considering as Trans Inst :"; MI->dump(););
 247         }
 248         else
 249           return false;
 250       }
 251     }
 252
 253     // Are the Constants limitations met ?
 254     CurrentPacketMIs.push_back(MI);
 255     if (!TII->fitsConstReadLimitations(CurrentPacketMIs)) {
 256       DEBUG(
 257         dbgs() << "Couldn't pack :\n";
 258         MI->dump();
 259         dbgs() << "with the following packets :\n";
 260         for (unsigned i = 0, e = CurrentPacketMIs.size() - 1; i < e; i++) {
 261           CurrentPacketMIs[i]->dump();
 262           dbgs() << "\n";
 263         }
 264         dbgs() << "because of Consts read limitations\n";
 265       );
 266       CurrentPacketMIs.pop_back();
 267       return false;
 268     }
 269
 270     // Is there a BankSwizzle set that meet Read Port limitations ?
 271     if (!TII->fitsReadPortLimitations(CurrentPacketMIs,
 272             PV, BS, isTransSlot)) {
 273       DEBUG(
 274         dbgs() << "Couldn't pack :\n";
 275         MI->dump();
 276         dbgs() << "with the following packets :\n";
 277         for (unsigned i = 0, e = CurrentPacketMIs.size() - 1; i < e; i++) {
 278           CurrentPacketMIs[i]->dump();
 279           dbgs() << "\n";
 280         }
 281         dbgs() << "because of Read port limitations\n";
 282       );
 283       CurrentPacketMIs.pop_back();
 284       return false;
 285     }
 286
 287     // We cannot read LDS source registrs from the Trans slot.
 288     if (isTransSlot && TII->readsLDSSrcReg(MI))
 289       return false;
 290
 291     CurrentPacketMIs.pop_back();
 292     return true;
 293   }
 294
 295   MachineBasicBlock::iterator addToPacket(MachineInstr *MI) override {
 296     MachineBasicBlock::iterator FirstInBundle =
 297         CurrentPacketMIs.empty() ? MI : CurrentPacketMIs.front();
 298     const DenseMap<unsigned, unsigned> &PV =
 299         getPreviousVector(FirstInBundle);
 300     std::vector<R600InstrInfo::BankSwizzle> BS;
 301     bool isTransSlot;
 302
 303     if (isBundlableWithCurrentPMI(MI, PV, BS, isTransSlot)) {
 304       for (unsigned i = 0, e = CurrentPacketMIs.size(); i < e; i++) {
 305         MachineInstr *MI = CurrentPacketMIs[i];
 306         unsigned Op = TII->getOperandIdx(MI->getOpcode(),
 307             AMDGPU::OpName::bank_swizzle);
 308         MI->getOperand(Op).setImm(BS[i]);
 309       }
 310       unsigned Op = TII->getOperandIdx(MI->getOpcode(),
 311           AMDGPU::OpName::bank_swizzle);
 312       MI->getOperand(Op).setImm(BS.back());
 313       if (!CurrentPacketMIs.empty())
 314         setIsLastBit(CurrentPacketMIs.back(), 0);
 315       substitutePV(MI, PV);
 316       MachineBasicBlock::iterator It = VLIWPacketizerList::addToPacket(MI);
 317       if (isTransSlot) {
 318         endPacket(std::next(It)->getParent(), std::next(It));
 319       }
 320       return It;
 321     }
 322     endPacket(MI->getParent(), MI);
 323     if (TII->isTransOnly(MI))
 324       return MI;
 325     return VLIWPacketizerList::addToPacket(MI);
 326   }
 327 };
 328
 329 bool R600Packetizer::runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn) {
 330   const TargetInstrInfo *TII = Fn.getSubtarget().getInstrInfo();
 331   MachineLoopInfo &MLI = getAnalysis<MachineLoopInfo>();
 332
 333   // Instantiate the packetizer.
 334   R600PacketizerList Packetizer(Fn, MLI);
 335
 336   // DFA state table should not be empty.
 337   assert(Packetizer.getResourceTracker() && "Empty DFA table!");
 338
 339   //
 340   // Loop over all basic blocks and remove KILL pseudo-instructions
 341   // These instructions confuse the dependence analysis. Consider:
 342   // D0 = ...   (Insn 0)
 343   // R0 = KILL R0, D0 (Insn 1)
 344   // R0 = ... (Insn 2)
 345   // Here, Insn 1 will result in the dependence graph not emitting an output
 346   // dependence between Insn 0 and Insn 2. This can lead to incorrect
 347   // packetization
 348   //
 349   for (MachineFunction::iterator MBB = Fn.begin(), MBBe = Fn.end();
 350        MBB != MBBe; ++MBB) {
 351     MachineBasicBlock::iterator End = MBB->end();
 352     MachineBasicBlock::iterator MI = MBB->begin();
 353     while (MI != End) {
 354       if (MI->isKill() || MI->getOpcode() == AMDGPU::IMPLICIT_DEF ||
 355           (MI->getOpcode() == AMDGPU::CF_ALU && !MI->getOperand(8).getImm())) {
 356         MachineBasicBlock::iterator DeleteMI = MI;
 357         ++MI;
 358         MBB->erase(DeleteMI);
 359         End = MBB->end();
 360         continue;
 361       }
 362       ++MI;
 363     }
 364   }
 365
 366   // Loop over all of the basic blocks.
 367   for (MachineFunction::iterator MBB = Fn.begin(), MBBe = Fn.end();
 368        MBB != MBBe; ++MBB) {
 369     // Find scheduling regions and schedule / packetize each region.
 370     unsigned RemainingCount = MBB->size();
 371     for(MachineBasicBlock::iterator RegionEnd = MBB->end();
 372         RegionEnd != MBB->begin();) {
 373       // The next region starts above the previous region. Look backward in the
 374       // instruction stream until we find the nearest boundary.
 375       MachineBasicBlock::iterator I = RegionEnd;
 376       for(;I != MBB->begin(); --I, --RemainingCount) {
 377         if (TII->isSchedulingBoundary(&*std::prev(I), &*MBB, Fn))
 378           break;
 379       }
 380       I = MBB->begin();
 381
 382       // Skip empty scheduling regions.
 383       if (I == RegionEnd) {
 384         RegionEnd = std::prev(RegionEnd);
 385         --RemainingCount;
 386         continue;
 387       }
 388       // Skip regions with one instruction.
 389       if (I == std::prev(RegionEnd)) {
 390         RegionEnd = std::prev(RegionEnd);
 391         continue;
 392       }
 393
 394       Packetizer.PacketizeMIs(&*MBB, &*I, RegionEnd);
 395       RegionEnd = I;
 396     }
 397   }
 398
 399   return true;
 400
 401 }
 402
 403 } // end anonymous namespace
 404
 405 llvm::FunctionPass *llvm::createR600Packetizer(TargetMachine &tm) {
 406   return new R600Packetizer(tm);
 407 }