ARM cost model: Make some vector integer to float casts cheaper
[oota-llvm.git] / 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
226     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v2f32, MVT::v2i8, 3 },
227     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v2f32, MVT::v2i8, 3 },
228     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v2f32, MVT::v2i16, 2 },
229     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v2f32, MVT::v2i16, 2 },
230     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v2f32, MVT::v2i32, 1 },
231     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v2f32, MVT::v2i32, 1 },
232     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i1, 3 },
233     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i1, 3 },
234     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i8, 3 },
235     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i8, 3 },
236     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i16, 2 },
237     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i16, 2 },
238     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i16, 4 },
239     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i16, 4 },
240     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i32, 2 },
241     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i32, 2 },
242     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v16f32, MVT::v16i16, 8 },
243     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v16f32, MVT::v16i16, 8 },
244     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v16f32, MVT::v16i32, 4 },
245     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v16f32, MVT::v16i32, 4 },
246
247     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::v4i32, MVT::v4f32, 1 },
248     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::v4i32, MVT::v4f32, 1 },
249     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::v4i8, MVT::v4f32, 3 },
250     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::v4i8, MVT::v4f32, 3 },
251     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::v4i16, MVT::v4f32, 2 },
252     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::v4i16, MVT::v4f32, 2 },
253
254     // Vector double <-> i32 conversions.
255     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v2f64, MVT::v2i32, 2 },
256     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v2f64, MVT::v2i32, 2 },
257
258     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v2f64, MVT::v2i8, 4 },
259     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v2f64, MVT::v2i8, 4 },
260     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v2f64, MVT::v2i16, 3 },
261     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v2f64, MVT::v2i16, 3 },
262     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v2f64, MVT::v2i32, 2 },
263     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v2f64, MVT::v2i32, 2 },
264
265     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::v2i32, MVT::v2f64, 2 },
266     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::v2i32, MVT::v2f64, 2 },
267     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::v8i16, MVT::v8f32, 4 },
268     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::v8i16, MVT::v8f32, 4 },
269     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::v16i16, MVT::v16f32, 8 },
270     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::v16i16, MVT::v16f32, 8 }
271   };
272
273   if (SrcTy.isVector() && ST->hasNEON()) {
274     int Idx = ConvertCostTableLookup<MVT>(NEONVectorConversionTbl,
275                                 array_lengthof(NEONVectorConversionTbl),
276                                 ISD, DstTy.getSimpleVT(), SrcTy.getSimpleVT());
277     if (Idx != -1)
278       return NEONVectorConversionTbl[Idx].Cost;
279   }
280
281   // Scalar float to integer conversions.
282   static const TypeConversionCostTblEntry<MVT> NEONFloatConversionTbl[] = {
283     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::i1, MVT::f32, 2 },
284     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::i1, MVT::f32, 2 },
285     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::i1, MVT::f64, 2 },
286     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::i1, MVT::f64, 2 },
287     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::i8, MVT::f32, 2 },
288     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::i8, MVT::f32, 2 },
289     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::i8, MVT::f64, 2 },
290     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::i8, MVT::f64, 2 },
291     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::i16, MVT::f32, 2 },
292     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::i16, MVT::f32, 2 },
293     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::i16, MVT::f64, 2 },
294     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::i16, MVT::f64, 2 },
295     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::i32, MVT::f32, 2 },
296     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::i32, MVT::f32, 2 },
297     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::i32, MVT::f64, 2 },
298     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::i32, MVT::f64, 2 },
299     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::i64, MVT::f32, 10 },
300     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::i64, MVT::f32, 10 },
301     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::i64, MVT::f64, 10 },
302     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::i64, MVT::f64, 10 }
303   };
304   if (SrcTy.isFloatingPoint() && ST->hasNEON()) {
305     int Idx = ConvertCostTableLookup<MVT>(NEONFloatConversionTbl,
306                                         array_lengthof(NEONFloatConversionTbl),
307                                         ISD, DstTy.getSimpleVT(),
308                                         SrcTy.getSimpleVT());
309     if (Idx != -1)
310         return NEONFloatConversionTbl[Idx].Cost;
311   }
312
313   // Scalar integer to float conversions.
314   static const TypeConversionCostTblEntry<MVT> NEONIntegerConversionTbl[] = {
315     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::f32, MVT::i1, 2 },
316     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::f32, MVT::i1, 2 },
317     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::f64, MVT::i1, 2 },
318     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::f64, MVT::i1, 2 },
319     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::f32, MVT::i8, 2 },
320     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::f32, MVT::i8, 2 },
321     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::f64, MVT::i8, 2 },
322     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::f64, MVT::i8, 2 },
323     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::f32, MVT::i16, 2 },
324     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::f32, MVT::i16, 2 },
325     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::f64, MVT::i16, 2 },
326     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::f64, MVT::i16, 2 },
327     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::f32, MVT::i32, 2 },
328     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::f32, MVT::i32, 2 },
329     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::f64, MVT::i32, 2 },
330     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::f64, MVT::i32, 2 },
331     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::f32, MVT::i64, 10 },
332     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::f32, MVT::i64, 10 },
333     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::f64, MVT::i64, 10 },
334     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::f64, MVT::i64, 10 }
335   };
336
337   if (SrcTy.isInteger() && ST->hasNEON()) {
338     int Idx = ConvertCostTableLookup<MVT>(NEONIntegerConversionTbl,
339                                        array_lengthof(NEONIntegerConversionTbl),
340                                        ISD, DstTy.getSimpleVT(),
341                                        SrcTy.getSimpleVT());
342     if (Idx != -1)
343       return NEONIntegerConversionTbl[Idx].Cost;
344   }
345
346   // Scalar integer conversion costs.
347   static const TypeConversionCostTblEntry<MVT> ARMIntegerConversionTbl[] = {
348     // i16 -> i64 requires two dependent operations.
349     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::i64, MVT::i16, 2 },
350
351     // Truncates on i64 are assumed to be free.
352     { ISD::TRUNCATE,    MVT::i32, MVT::i64, 0 },
353     { ISD::TRUNCATE,    MVT::i16, MVT::i64, 0 },
354     { ISD::TRUNCATE,    MVT::i8,  MVT::i64, 0 },
355     { ISD::TRUNCATE,    MVT::i1,  MVT::i64, 0 }
356   };
357
358   if (SrcTy.isInteger()) {
359     int Idx =
360       ConvertCostTableLookup<MVT>(ARMIntegerConversionTbl,
361                                   array_lengthof(ARMIntegerConversionTbl),
362                                   ISD, DstTy.getSimpleVT(),
363                                   SrcTy.getSimpleVT());
364     if (Idx != -1)
365       return ARMIntegerConversionTbl[Idx].Cost;
366   }
367
368   return TargetTransformInfo::getCastInstrCost(Opcode, Dst, Src);
369 }
370
371 unsigned ARMTTI::getVectorInstrCost(unsigned Opcode, Type *ValTy,
372                                     unsigned Index) const {
373   // Penalize inserting into an D-subregister. We end up with a three times
374   // lower estimated throughput on swift.
375   if (ST->isSwift() &&
376       Opcode == Instruction::InsertElement &&
377       ValTy->isVectorTy() &&
378       ValTy->getScalarSizeInBits() <= 32)
379     return 3;
380
381   return TargetTransformInfo::getVectorInstrCost(Opcode, ValTy, Index);
382 }
383
384 unsigned ARMTTI::getCmpSelInstrCost(unsigned Opcode, Type *ValTy,
385                                     Type *CondTy) const {
386
387   int ISD = TLI->InstructionOpcodeToISD(Opcode);
388   // On NEON a a vector select gets lowered to vbsl.
389   if (ST->hasNEON() && ValTy->isVectorTy() && ISD == ISD::SELECT) {
390     // Lowering of some vector selects is currently far from perfect.
391     static const TypeConversionCostTblEntry<MVT> NEONVectorSelectTbl[] = {
392       { ISD::SELECT, MVT::v16i1, MVT::v16i16, 2*16 + 1 + 3*1 + 4*1 },
393       { ISD::SELECT, MVT::v8i1, MVT::v8i32, 4*8 + 1*3 + 1*4 + 1*2 },
394       { ISD::SELECT, MVT::v16i1, MVT::v16i32, 4*16 + 1*6 + 1*8 + 1*4 },
395       { ISD::SELECT, MVT::v4i1, MVT::v4i64, 4*4 + 1*2 + 1 },
396       { ISD::SELECT, MVT::v8i1, MVT::v8i64, 50 },
397       { ISD::SELECT, MVT::v16i1, MVT::v16i64, 100 }
398     };
399
400     EVT SelCondTy = TLI->getValueType(CondTy);
401     EVT SelValTy = TLI->getValueType(ValTy);
402     int Idx = ConvertCostTableLookup<MVT>(NEONVectorSelectTbl,
403                                           array_lengthof(NEONVectorSelectTbl),
404                                           ISD, SelCondTy.getSimpleVT(),
405                                           SelValTy.getSimpleVT());
406     if (Idx != -1)
407       return NEONVectorSelectTbl[Idx].Cost;
408
409     std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(ValTy);
410     return LT.first;
411   }
412
413   return TargetTransformInfo::getCmpSelInstrCost(Opcode, ValTy, CondTy);
414 }
415
416 unsigned ARMTTI::getAddressComputationCost(Type *Ty) const {
417   // In many cases the address computation is not merged into the instruction
418   // addressing mode.
419   return 1;
420 }
421
422 unsigned ARMTTI::getShuffleCost(ShuffleKind Kind, Type *Tp, int Index,
423                                 Type *SubTp) const {
424   // We only handle costs of reverse shuffles for now.
425   if (Kind != SK_Reverse)
426     return TargetTransformInfo::getShuffleCost(Kind, Tp, Index, SubTp);
427
428   static const CostTblEntry<MVT> NEONShuffleTbl[] = {
429     // Reverse shuffle cost one instruction if we are shuffling within a double
430     // word (vrev) or two if we shuffle a quad word (vrev, vext).
431     { ISD::VECTOR_SHUFFLE, MVT::v2i32, 1 },
432     { ISD::VECTOR_SHUFFLE, MVT::v2f32, 1 },
433     { ISD::VECTOR_SHUFFLE, MVT::v2i64, 1 },
434     { ISD::VECTOR_SHUFFLE, MVT::v2f64, 1 },
435
436     { ISD::VECTOR_SHUFFLE, MVT::v4i32, 2 },
437     { ISD::VECTOR_SHUFFLE, MVT::v4f32, 2 },
438     { ISD::VECTOR_SHUFFLE, MVT::v8i16, 2 },
439     { ISD::VECTOR_SHUFFLE, MVT::v16i8, 2 }
440   };
441
442   std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Tp);
443
444   int Idx = CostTableLookup<MVT>(NEONShuffleTbl, array_lengthof(NEONShuffleTbl),
445                                  ISD::VECTOR_SHUFFLE, LT.second);
446   if (Idx == -1)
447     return TargetTransformInfo::getShuffleCost(Kind, Tp, Index, SubTp);
448
449   return LT.first * NEONShuffleTbl[Idx].Cost;
450 }