lib/Target/ARM/ARMTargetTransformInfo.cpp

   1 //===-- ARMTargetTransformInfo.cpp - ARM 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 /// ARM 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 #define DEBUG_TYPE "armtti"
  18 #include "ARM.h"
  19 #include "ARMTargetMachine.h"
  20 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
  21 #include "llvm/Support/Debug.h"
  22 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
  23 #include "llvm/Target/CostTable.h"
  24 using namespace llvm;
  25
  26 // Declare the pass initialization routine locally as target-specific passes
  27 // don't havve a target-wide initialization entry point, and so we rely on the
  28 // pass constructor initialization.
  29 namespace llvm {
  30 void initializeARMTTIPass(PassRegistry &);
  31 }
  32
  33 namespace {
  34
  35 class ARMTTI : public ImmutablePass, public TargetTransformInfo {
  36   const ARMBaseTargetMachine *TM;
  37   const ARMSubtarget *ST;
  38   const ARMTargetLowering *TLI;
  39
  40   /// Estimate the overhead of scalarizing an instruction. Insert and Extract
  41   /// are set if the result needs to be inserted and/or extracted from vectors.
  42   unsigned getScalarizationOverhead(Type *Ty, bool Insert, bool Extract) const;
  43
  44 public:
  45   ARMTTI() : ImmutablePass(ID), TM(0), ST(0), TLI(0) {
  46     llvm_unreachable("This pass cannot be directly constructed");
  47   }
  48
  49   ARMTTI(const ARMBaseTargetMachine *TM)
  50       : ImmutablePass(ID), TM(TM), ST(TM->getSubtargetImpl()),
  51         TLI(TM->getTargetLowering()) {
  52     initializeARMTTIPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
  53   }
  54
  55   virtual void initializePass() {
  56     pushTTIStack(this);
  57   }
  58
  59   virtual void finalizePass() {
  60     popTTIStack();
  61   }
  62
  63   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  64     TargetTransformInfo::getAnalysisUsage(AU);
  65   }
  66
  67   /// Pass identification.
  68   static char ID;
  69
  70   /// Provide necessary pointer adjustments for the two base classes.
  71   virtual void *getAdjustedAnalysisPointer(const void *ID) {
  72     if (ID == &TargetTransformInfo::ID)
  73       return (TargetTransformInfo*)this;
  74     return this;
  75   }
  76
  77   /// \name Scalar TTI Implementations
  78   /// @{
  79
  80   virtual unsigned getIntImmCost(const APInt &Imm, Type *Ty) const;
  81
  82   /// @}
  83
  84
  85   /// \name Vector TTI Implementations
  86   /// @{
  87
  88   unsigned getNumberOfRegisters(bool Vector) const {
  89     if (Vector) {
  90       if (ST->hasNEON())
  91         return 16;
  92       return 0;
  93     }
  94
  95     if (ST->isThumb1Only())
  96       return 8;
  97     return 16;
  98   }
  99
 100   unsigned getRegisterBitWidth(bool Vector) const {
 101     if (Vector) {
 102       if (ST->hasNEON())
 103         return 128;
 104       return 0;
 105     }
 106
 107     return 32;
 108   }
 109
 110   unsigned getMaximumUnrollFactor() const {
 111     // These are out of order CPUs:
 112     if (ST->isCortexA15() || ST->isSwift())
 113       return 2;
 114     return 1;
 115   }
 116
 117   unsigned getShuffleCost(ShuffleKind Kind, Type *Tp,
 118                           int Index, Type *SubTp) const;
 119
 120   unsigned getCastInstrCost(unsigned Opcode, Type *Dst,
 121                                       Type *Src) const;
 122
 123   unsigned getCmpSelInstrCost(unsigned Opcode, Type *ValTy, Type *CondTy) const;
 124
 125   unsigned getVectorInstrCost(unsigned Opcode, Type *Val, unsigned Index) const;
 126
 127   unsigned getAddressComputationCost(Type *Val) const;
 128   /// @}
 129 };
 130
 131 } // end anonymous namespace
 132
 133 INITIALIZE_AG_PASS(ARMTTI, TargetTransformInfo, "armtti",
 134                    "ARM Target Transform Info", true, true, false)
 135 char ARMTTI::ID = 0;
 136
 137 ImmutablePass *
 138 llvm::createARMTargetTransformInfoPass(const ARMBaseTargetMachine *TM) {
 139   return new ARMTTI(TM);
 140 }
 141
 142
 143 unsigned ARMTTI::getIntImmCost(const APInt &Imm, Type *Ty) const {
 144   assert(Ty->isIntegerTy());
 145
 146   unsigned Bits = Ty->getPrimitiveSizeInBits();
 147   if (Bits == 0 || Bits > 32)
 148     return 4;
 149
 150   int32_t SImmVal = Imm.getSExtValue();
 151   uint32_t ZImmVal = Imm.getZExtValue();
 152   if (!ST->isThumb()) {
 153     if ((SImmVal >= 0 && SImmVal < 65536) ||
 154         (ARM_AM::getSOImmVal(ZImmVal) != -1) ||
 155         (ARM_AM::getSOImmVal(~ZImmVal) != -1))
 156       return 1;
 157     return ST->hasV6T2Ops() ? 2 : 3;
 158   } else if (ST->isThumb2()) {
 159     if ((SImmVal >= 0 && SImmVal < 65536) ||
 160         (ARM_AM::getT2SOImmVal(ZImmVal) != -1) ||
 161         (ARM_AM::getT2SOImmVal(~ZImmVal) != -1))
 162       return 1;
 163     return ST->hasV6T2Ops() ? 2 : 3;
 164   } else /*Thumb1*/ {
 165     if (SImmVal >= 0 && SImmVal < 256)
 166       return 1;
 167     if ((~ZImmVal < 256) || ARM_AM::isThumbImmShiftedVal(ZImmVal))
 168       return 2;
 169     // Load from constantpool.
 170     return 3;
 171   }
 172   return 2;
 173 }
 174
 175 unsigned ARMTTI::getCastInstrCost(unsigned Opcode, Type *Dst,
 176                                     Type *Src) const {
 177   int ISD = TLI->InstructionOpcodeToISD(Opcode);
 178   assert(ISD && "Invalid opcode");
 179
 180   // Single to/from double precision conversions.
 181   static const CostTblEntry<MVT> NEONFltDblTbl[] = {
 182     // Vector fptrunc/fpext conversions.
 183     { ISD::FP_ROUND,   MVT::v2f64, 2 },
 184     { ISD::FP_EXTEND,  MVT::v2f32, 2 },
 185     { ISD::FP_EXTEND,  MVT::v4f32, 4 }
 186   };
 187
 188   if (Src->isVectorTy() && ST->hasNEON() && (ISD == ISD::FP_ROUND ||
 189                                           ISD == ISD::FP_EXTEND)) {
 190     std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Src);
 191     int Idx = CostTableLookup<MVT>(NEONFltDblTbl, array_lengthof(NEONFltDblTbl),
 192                                 ISD, LT.second);
 193     if (Idx != -1)
 194       return LT.first * NEONFltDblTbl[Idx].Cost;
 195   }
 196
 197   EVT SrcTy = TLI->getValueType(Src);
 198   EVT DstTy = TLI->getValueType(Dst);
 199
 200   if (!SrcTy.isSimple() || !DstTy.isSimple())
 201     return TargetTransformInfo::getCastInstrCost(Opcode, Dst, Src);
 202
 203   // Some arithmetic, load and store operations have specific instructions
 204   // to cast up/down their types automatically at no extra cost.
 205   // TODO: Get these tables to know at least what the related operations are.
 206   static const TypeConversionCostTblEntry<MVT> NEONVectorConversionTbl[] = {
 207     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v4i32, MVT::v4i16, 0 },
 208     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v4i32, MVT::v4i16, 0 },
 209     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v2i64, MVT::v2i32, 1 },
 210     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v2i64, MVT::v2i32, 1 },
 211     { ISD::TRUNCATE,    MVT::v4i32, MVT::v4i64, 0 },
 212     { ISD::TRUNCATE,    MVT::v4i16, MVT::v4i32, 1 },
 213
 214     // Operations that we legalize using load/stores to the stack.
 215     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v16i32, MVT::v16i8, 16*2 + 4*4 },
 216     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v16i32, MVT::v16i8, 16*2 + 4*3 },
 217     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v8i32, MVT::v8i8, 8*2 + 2*4 },
 218     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v8i32, MVT::v8i8, 8*2 + 2*3 },
 219     { ISD::TRUNCATE,    MVT::v16i8, MVT::v16i32, 4*1 + 16*2 + 2*1 },
 220     { ISD::TRUNCATE,    MVT::v8i8, MVT::v8i32, 2*1 + 8*2 + 1 },
 221
 222     // Vector float <-> i32 conversions.
 223     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i32, 1 },
 224     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i32, 1 },
 225     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::v4i32, MVT::v4f32, 1 },
 226     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::v4i32, MVT::v4f32, 1 },
 227     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::v4i8, MVT::v4f32, 3 },
 228     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::v4i8, MVT::v4f32, 3 },
 229     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::v4i16, MVT::v4f32, 2 },
 230     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::v4i16, MVT::v4f32, 2 },
 231
 232     // Vector double <-> i32 conversions.
 233     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v2f64, MVT::v2i32, 2 },
 234     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v2f64, MVT::v2i32, 2 },
 235     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::v2i32, MVT::v2f64, 2 },
 236     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::v2i32, MVT::v2f64, 2 },
 237     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::v8i16, MVT::v8f32, 4 },
 238     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::v8i16, MVT::v8f32, 4 },
 239     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::v16i16, MVT::v16f32, 8 },
 240     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::v16i16, MVT::v16f32, 8 }
 241   };
 242
 243   if (SrcTy.isVector() && ST->hasNEON()) {
 244     int Idx = ConvertCostTableLookup<MVT>(NEONVectorConversionTbl,
 245                                 array_lengthof(NEONVectorConversionTbl),
 246                                 ISD, DstTy.getSimpleVT(), SrcTy.getSimpleVT());
 247     if (Idx != -1)
 248       return NEONVectorConversionTbl[Idx].Cost;
 249   }
 250
 251   // Scalar float to integer conversions.
 252   static const TypeConversionCostTblEntry<MVT> NEONFloatConversionTbl[] = {
 253     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::i1, MVT::f32, 2 },
 254     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::i1, MVT::f32, 2 },
 255     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::i1, MVT::f64, 2 },
 256     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::i1, MVT::f64, 2 },
 257     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::i8, MVT::f32, 2 },
 258     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::i8, MVT::f32, 2 },
 259     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::i8, MVT::f64, 2 },
 260     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::i8, MVT::f64, 2 },
 261     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::i16, MVT::f32, 2 },
 262     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::i16, MVT::f32, 2 },
 263     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::i16, MVT::f64, 2 },
 264     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::i16, MVT::f64, 2 },
 265     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::i32, MVT::f32, 2 },
 266     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::i32, MVT::f32, 2 },
 267     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::i32, MVT::f64, 2 },
 268     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::i32, MVT::f64, 2 },
 269     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::i64, MVT::f32, 10 },
 270     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::i64, MVT::f32, 10 },
 271     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::i64, MVT::f64, 10 },
 272     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::i64, MVT::f64, 10 }
 273   };
 274   if (SrcTy.isFloatingPoint() && ST->hasNEON()) {
 275     int Idx = ConvertCostTableLookup<MVT>(NEONFloatConversionTbl,
 276                                         array_lengthof(NEONFloatConversionTbl),
 277                                         ISD, DstTy.getSimpleVT(),
 278                                         SrcTy.getSimpleVT());
 279     if (Idx != -1)
 280         return NEONFloatConversionTbl[Idx].Cost;
 281   }
 282
 283   // Scalar integer to float conversions.
 284   static const TypeConversionCostTblEntry<MVT> NEONIntegerConversionTbl[] = {
 285     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::f32, MVT::i1, 2 },
 286     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::f32, MVT::i1, 2 },
 287     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::f64, MVT::i1, 2 },
 288     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::f64, MVT::i1, 2 },
 289     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::f32, MVT::i8, 2 },
 290     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::f32, MVT::i8, 2 },
 291     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::f64, MVT::i8, 2 },
 292     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::f64, MVT::i8, 2 },
 293     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::f32, MVT::i16, 2 },
 294     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::f32, MVT::i16, 2 },
 295     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::f64, MVT::i16, 2 },
 296     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::f64, MVT::i16, 2 },
 297     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::f32, MVT::i32, 2 },
 298     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::f32, MVT::i32, 2 },
 299     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::f64, MVT::i32, 2 },
 300     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::f64, MVT::i32, 2 },
 301     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::f32, MVT::i64, 10 },
 302     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::f32, MVT::i64, 10 },
 303     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::f64, MVT::i64, 10 },
 304     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::f64, MVT::i64, 10 }
 305   };
 306
 307   if (SrcTy.isInteger() && ST->hasNEON()) {
 308     int Idx = ConvertCostTableLookup<MVT>(NEONIntegerConversionTbl,
 309                                        array_lengthof(NEONIntegerConversionTbl),
 310                                        ISD, DstTy.getSimpleVT(),
 311                                        SrcTy.getSimpleVT());
 312     if (Idx != -1)
 313       return NEONIntegerConversionTbl[Idx].Cost;
 314   }
 315
 316   // Scalar integer conversion costs.
 317   static const TypeConversionCostTblEntry<MVT> ARMIntegerConversionTbl[] = {
 318     // i16 -> i64 requires two dependent operations.
 319     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::i64, MVT::i16, 2 },
 320
 321     // Truncates on i64 are assumed to be free.
 322     { ISD::TRUNCATE,    MVT::i32, MVT::i64, 0 },
 323     { ISD::TRUNCATE,    MVT::i16, MVT::i64, 0 },
 324     { ISD::TRUNCATE,    MVT::i8,  MVT::i64, 0 },
 325     { ISD::TRUNCATE,    MVT::i1,  MVT::i64, 0 }
 326   };
 327
 328   if (SrcTy.isInteger()) {
 329     int Idx =
 330       ConvertCostTableLookup<MVT>(ARMIntegerConversionTbl,
 331                                   array_lengthof(ARMIntegerConversionTbl),
 332                                   ISD, DstTy.getSimpleVT(),
 333                                   SrcTy.getSimpleVT());
 334     if (Idx != -1)
 335       return ARMIntegerConversionTbl[Idx].Cost;
 336   }
 337
 338   return TargetTransformInfo::getCastInstrCost(Opcode, Dst, Src);
 339 }
 340
 341 unsigned ARMTTI::getVectorInstrCost(unsigned Opcode, Type *ValTy,
 342                                     unsigned Index) const {
 343   // Penalize inserting into an D-subregister. We end up with a three times
 344   // lower estimated throughput on swift.
 345   if (ST->isSwift() &&
 346       Opcode == Instruction::InsertElement &&
 347       ValTy->isVectorTy() &&
 348       ValTy->getScalarSizeInBits() <= 32)
 349     return 3;
 350
 351   return TargetTransformInfo::getVectorInstrCost(Opcode, ValTy, Index);
 352 }
 353
 354 unsigned ARMTTI::getCmpSelInstrCost(unsigned Opcode, Type *ValTy,
 355                                     Type *CondTy) const {
 356
 357   int ISD = TLI->InstructionOpcodeToISD(Opcode);
 358   // On NEON a a vector select gets lowered to vbsl.
 359   if (ST->hasNEON() && ValTy->isVectorTy() && ISD == ISD::SELECT) {
 360     // Lowering of some vector selects is currently far from perfect.
 361     static const TypeConversionCostTblEntry<MVT> NEONVectorSelectTbl[] = {
 362       { ISD::SELECT, MVT::v16i1, MVT::v16i16, 2*16 + 1 + 3*1 + 4*1 },
 363       { ISD::SELECT, MVT::v8i1, MVT::v8i32, 4*8 + 1*3 + 1*4 + 1*2 },
 364       { ISD::SELECT, MVT::v16i1, MVT::v16i32, 4*16 + 1*6 + 1*8 + 1*4 },
 365       { ISD::SELECT, MVT::v4i1, MVT::v4i64, 4*4 + 1*2 + 1 },
 366       { ISD::SELECT, MVT::v8i1, MVT::v8i64, 50 },
 367       { ISD::SELECT, MVT::v16i1, MVT::v16i64, 100 }
 368     };
 369
 370     EVT SelCondTy = TLI->getValueType(CondTy);
 371     EVT SelValTy = TLI->getValueType(ValTy);
 372     int Idx = ConvertCostTableLookup<MVT>(NEONVectorSelectTbl,
 373                                           array_lengthof(NEONVectorSelectTbl),
 374                                           ISD, SelCondTy.getSimpleVT(),
 375                                           SelValTy.getSimpleVT());
 376     if (Idx != -1)
 377       return NEONVectorSelectTbl[Idx].Cost;
 378
 379     std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(ValTy);
 380     return LT.first;
 381   }
 382
 383   return TargetTransformInfo::getCmpSelInstrCost(Opcode, ValTy, CondTy);
 384 }
 385
 386 unsigned ARMTTI::getAddressComputationCost(Type *Ty) const {
 387   // In many cases the address computation is not merged into the instruction
 388   // addressing mode.
 389   return 1;
 390 }
 391
 392 unsigned ARMTTI::getShuffleCost(ShuffleKind Kind, Type *Tp, int Index,
 393                                 Type *SubTp) const {
 394   // We only handle costs of reverse shuffles for now.
 395   if (Kind != SK_Reverse)
 396     return TargetTransformInfo::getShuffleCost(Kind, Tp, Index, SubTp);
 397
 398   static const CostTblEntry<MVT> NEONShuffleTbl[] = {
 399     // Reverse shuffle cost one instruction if we are shuffling within a double
 400     // word (vrev) or two if we shuffle a quad word (vrev, vext).
 401     { ISD::VECTOR_SHUFFLE, MVT::v2i32, 1 },
 402     { ISD::VECTOR_SHUFFLE, MVT::v2f32, 1 },
 403     { ISD::VECTOR_SHUFFLE, MVT::v2i64, 1 },
 404     { ISD::VECTOR_SHUFFLE, MVT::v2f64, 1 },
 405
 406     { ISD::VECTOR_SHUFFLE, MVT::v4i32, 2 },
 407     { ISD::VECTOR_SHUFFLE, MVT::v4f32, 2 },
 408     { ISD::VECTOR_SHUFFLE, MVT::v8i16, 2 },
 409     { ISD::VECTOR_SHUFFLE, MVT::v16i8, 2 }
 410   };
 411
 412   std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Tp);
 413
 414   int Idx = CostTableLookup<MVT>(NEONShuffleTbl, array_lengthof(NEONShuffleTbl),
 415                                  ISD::VECTOR_SHUFFLE, LT.second);
 416   if (Idx == -1)
 417     return TargetTransformInfo::getShuffleCost(Kind, Tp, Index, SubTp);
 418
 419   return LT.first * NEONShuffleTbl[Idx].Cost;
 420 }