lib/Target/AMDGPU/SIFoldOperands.cpp

   1 //===-- SIFoldOperands.cpp - Fold operands --- ----------------------------===//
   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 /// \file
   9 //===----------------------------------------------------------------------===//
  10 //
  11
  12 #include "AMDGPU.h"
  13 #include "AMDGPUSubtarget.h"
  14 #include "SIInstrInfo.h"
  15 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
  16 #include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
  17 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
  18 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
  19 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
  20 #include "llvm/IR/Function.h"
  21 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
  22 #include "llvm/Support/Debug.h"
  23 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  24 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  25
  26 #define DEBUG_TYPE "si-fold-operands"
  27 using namespace llvm;
  28
  29 namespace {
  30
  31 class SIFoldOperands : public MachineFunctionPass {
  32 public:
  33   static char ID;
  34
  35 public:
  36   SIFoldOperands() : MachineFunctionPass(ID) {
  37     initializeSIFoldOperandsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
  38   }
  39
  40   bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) override;
  41
  42   const char *getPassName() const override {
  43     return "SI Fold Operands";
  44   }
  45
  46   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
  47     AU.addRequired<MachineDominatorTree>();
  48     AU.setPreservesCFG();
  49     MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
  50   }
  51 };
  52
  53 struct FoldCandidate {
  54   MachineInstr *UseMI;
  55   unsigned UseOpNo;
  56   MachineOperand *OpToFold;
  57   uint64_t ImmToFold;
  58
  59   FoldCandidate(MachineInstr *MI, unsigned OpNo, MachineOperand *FoldOp) :
  60                 UseMI(MI), UseOpNo(OpNo) {
  61
  62     if (FoldOp->isImm()) {
  63       OpToFold = nullptr;
  64       ImmToFold = FoldOp->getImm();
  65     } else {
  66       assert(FoldOp->isReg());
  67       OpToFold = FoldOp;
  68     }
  69   }
  70
  71   bool isImm() const {
  72     return !OpToFold;
  73   }
  74 };
  75
  76 } // End anonymous namespace.
  77
  78 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SIFoldOperands, DEBUG_TYPE,
  79                       "SI Fold Operands", false, false)
  80 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineDominatorTree)
  81 INITIALIZE_PASS_END(SIFoldOperands, DEBUG_TYPE,
  82                     "SI Fold Operands", false, false)
  83
  84 char SIFoldOperands::ID = 0;
  85
  86 char &llvm::SIFoldOperandsID = SIFoldOperands::ID;
  87
  88 FunctionPass *llvm::createSIFoldOperandsPass() {
  89   return new SIFoldOperands();
  90 }
  91
  92 static bool isSafeToFold(unsigned Opcode) {
  93   switch(Opcode) {
  94   case AMDGPU::V_MOV_B32_e32:
  95   case AMDGPU::V_MOV_B32_e64:
  96   case AMDGPU::V_MOV_B64_PSEUDO:
  97   case AMDGPU::S_MOV_B32:
  98   case AMDGPU::S_MOV_B64:
  99   case AMDGPU::COPY:
 100     return true;
 101   default:
 102     return false;
 103   }
 104 }
 105
 106 static bool updateOperand(FoldCandidate &Fold,
 107                           const TargetRegisterInfo &TRI) {
 108   MachineInstr *MI = Fold.UseMI;
 109   MachineOperand &Old = MI->getOperand(Fold.UseOpNo);
 110   assert(Old.isReg());
 111
 112   if (Fold.isImm()) {
 113     Old.ChangeToImmediate(Fold.ImmToFold);
 114     return true;
 115   }
 116
 117   MachineOperand *New = Fold.OpToFold;
 118   if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Old.getReg()) &&
 119       TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(New->getReg())) {
 120     Old.substVirtReg(New->getReg(), New->getSubReg(), TRI);
 121     return true;
 122   }
 123
 124   // FIXME: Handle physical registers.
 125
 126   return false;
 127 }
 128
 129 static bool isUseMIInFoldList(const std::vector<FoldCandidate> &FoldList,
 130                               const MachineInstr *MI) {
 131   for (auto Candidate : FoldList) {
 132     if (Candidate.UseMI == MI)
 133       return true;
 134   }
 135   return false;
 136 }
 137
 138 static bool tryAddToFoldList(std::vector<FoldCandidate> &FoldList,
 139                              MachineInstr *MI, unsigned OpNo,
 140                              MachineOperand *OpToFold,
 141                              const SIInstrInfo *TII) {
 142   if (!TII->isOperandLegal(MI, OpNo, OpToFold)) {
 143
 144     // Special case for v_mac_f32_e64 if we are trying to fold into src2
 145     unsigned Opc = MI->getOpcode();
 146     if (Opc == AMDGPU::V_MAC_F32_e64 &&
 147         (int)OpNo == AMDGPU::getNamedOperandIdx(Opc, AMDGPU::OpName::src2)) {
 148       // Check if changing this to a v_mad_f32 instruction will allow us to
 149       // fold the operand.
 150       MI->setDesc(TII->get(AMDGPU::V_MAD_F32));
 151       bool FoldAsMAD = tryAddToFoldList(FoldList, MI, OpNo, OpToFold, TII);
 152       if (FoldAsMAD) {
 153         MI->untieRegOperand(OpNo);
 154         return true;
 155       }
 156       MI->setDesc(TII->get(Opc));
 157     }
 158
 159     // If we are already folding into another operand of MI, then
 160     // we can't commute the instruction, otherwise we risk making the
 161     // other fold illegal.
 162     if (isUseMIInFoldList(FoldList, MI))
 163       return false;
 164
 165     // Operand is not legal, so try to commute the instruction to
 166     // see if this makes it possible to fold.
 167     unsigned CommuteIdx0;
 168     unsigned CommuteIdx1;
 169     bool CanCommute = TII->findCommutedOpIndices(MI, CommuteIdx0, CommuteIdx1);
 170
 171     if (CanCommute) {
 172       if (CommuteIdx0 == OpNo)
 173         OpNo = CommuteIdx1;
 174       else if (CommuteIdx1 == OpNo)
 175         OpNo = CommuteIdx0;
 176     }
 177
 178     if (!CanCommute || !TII->commuteInstruction(MI))
 179       return false;
 180
 181     if (!TII->isOperandLegal(MI, OpNo, OpToFold))
 182       return false;
 183   }
 184
 185   FoldList.push_back(FoldCandidate(MI, OpNo, OpToFold));
 186   return true;
 187 }
 188
 189 static void foldOperand(MachineOperand &OpToFold, MachineInstr *UseMI,
 190                         unsigned UseOpIdx,
 191                         std::vector<FoldCandidate> &FoldList,
 192                         const SIInstrInfo *TII, const SIRegisterInfo &TRI,
 193                         MachineRegisterInfo &MRI) {
 194   const MachineOperand &UseOp = UseMI->getOperand(UseOpIdx);
 195
 196   // FIXME: Fold operands with subregs.
 197   if (UseOp.isReg() && ((UseOp.getSubReg() && OpToFold.isReg()) ||
 198       UseOp.isImplicit())) {
 199     return;
 200   }
 201
 202   bool FoldingImm = OpToFold.isImm();
 203   APInt Imm;
 204
 205   if (FoldingImm) {
 206     unsigned UseReg = UseOp.getReg();
 207     const TargetRegisterClass *UseRC
 208       = TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(UseReg) ?
 209       MRI.getRegClass(UseReg) :
 210       TRI.getPhysRegClass(UseReg);
 211
 212     Imm = APInt(64, OpToFold.getImm());
 213
 214     // Split 64-bit constants into 32-bits for folding.
 215     if (UseOp.getSubReg()) {
 216       if (UseRC->getSize() != 8)
 217         return;
 218
 219       if (UseOp.getSubReg() == AMDGPU::sub0) {
 220         Imm = Imm.getLoBits(32);
 221       } else {
 222         assert(UseOp.getSubReg() == AMDGPU::sub1);
 223         Imm = Imm.getHiBits(32);
 224       }
 225     }
 226
 227     // In order to fold immediates into copies, we need to change the
 228     // copy to a MOV.
 229     if (UseMI->getOpcode() == AMDGPU::COPY) {
 230       unsigned DestReg = UseMI->getOperand(0).getReg();
 231       const TargetRegisterClass *DestRC
 232         = TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(DestReg) ?
 233         MRI.getRegClass(DestReg) :
 234         TRI.getPhysRegClass(DestReg);
 235
 236       unsigned MovOp = TII->getMovOpcode(DestRC);
 237       if (MovOp == AMDGPU::COPY)
 238         return;
 239
 240       UseMI->setDesc(TII->get(MovOp));
 241     }
 242   }
 243
 244   const MCInstrDesc &UseDesc = UseMI->getDesc();
 245
 246   // Don't fold into target independent nodes.  Target independent opcodes
 247   // don't have defined register classes.
 248   if (UseDesc.isVariadic() ||
 249       UseDesc.OpInfo[UseOpIdx].RegClass == -1)
 250     return;
 251
 252   if (FoldingImm) {
 253     MachineOperand ImmOp = MachineOperand::CreateImm(Imm.getSExtValue());
 254     tryAddToFoldList(FoldList, UseMI, UseOpIdx, &ImmOp, TII);
 255     return;
 256   }
 257
 258   tryAddToFoldList(FoldList, UseMI, UseOpIdx, &OpToFold, TII);
 259
 260   // FIXME: We could try to change the instruction from 64-bit to 32-bit
 261   // to enable more folding opportunites.  The shrink operands pass
 262   // already does this.
 263   return;
 264 }
 265
 266 bool SIFoldOperands::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
 267   MachineRegisterInfo &MRI = MF.getRegInfo();
 268   const SIInstrInfo *TII =
 269       static_cast<const SIInstrInfo *>(MF.getSubtarget().getInstrInfo());
 270   const SIRegisterInfo &TRI = TII->getRegisterInfo();
 271
 272   for (MachineFunction::iterator BI = MF.begin(), BE = MF.end();
 273                                                   BI != BE; ++BI) {
 274
 275     MachineBasicBlock &MBB = *BI;
 276     MachineBasicBlock::iterator I, Next;
 277     for (I = MBB.begin(); I != MBB.end(); I = Next) {
 278       Next = std::next(I);
 279       MachineInstr &MI = *I;
 280
 281       if (!isSafeToFold(MI.getOpcode()))
 282         continue;
 283
 284       unsigned OpSize = TII->getOpSize(MI, 1);
 285       MachineOperand &OpToFold = MI.getOperand(1);
 286       bool FoldingImm = OpToFold.isImm();
 287
 288       // FIXME: We could also be folding things like FrameIndexes and
 289       // TargetIndexes.
 290       if (!FoldingImm && !OpToFold.isReg())
 291         continue;
 292
 293       // Folding immediates with more than one use will increase program size.
 294       // FIXME: This will also reduce register usage, which may be better
 295       // in some cases.  A better heuristic is needed.
 296       if (FoldingImm && !TII->isInlineConstant(OpToFold, OpSize) &&
 297           !MRI.hasOneUse(MI.getOperand(0).getReg()))
 298         continue;
 299
 300       // FIXME: Fold operands with subregs.
 301       if (OpToFold.isReg() &&
 302           (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(OpToFold.getReg()) ||
 303            OpToFold.getSubReg()))
 304         continue;
 305
 306       std::vector<FoldCandidate> FoldList;
 307       for (MachineRegisterInfo::use_iterator
 308            Use = MRI.use_begin(MI.getOperand(0).getReg()), E = MRI.use_end();
 309            Use != E; ++Use) {
 310
 311         MachineInstr *UseMI = Use->getParent();
 312
 313         foldOperand(OpToFold, UseMI, Use.getOperandNo(), FoldList,
 314                     TII, TRI, MRI);
 315       }
 316
 317       for (FoldCandidate &Fold : FoldList) {
 318         if (updateOperand(Fold, TRI)) {
 319           // Clear kill flags.
 320           if (!Fold.isImm()) {
 321             assert(Fold.OpToFold && Fold.OpToFold->isReg());
 322             Fold.OpToFold->setIsKill(false);
 323           }
 324           DEBUG(dbgs() << "Folded source from " << MI << " into OpNo " <<
 325                 Fold.UseOpNo << " of " << *Fold.UseMI << '\n');
 326         }
 327       }
 328     }
 329   }
 330   return false;
 331 }