lib/Target/NVPTX/NVPTXTargetMachine.cpp

   1 //===-- NVPTXTargetMachine.cpp - Define TargetMachine for NVPTX -----------===//
   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 // Top-level implementation for the NVPTX target.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #include "NVPTXTargetMachine.h"
  15 #include "MCTargetDesc/NVPTXMCAsmInfo.h"
  16 #include "NVPTX.h"
  17 #include "NVPTXAllocaHoisting.h"
  18 #include "NVPTXLowerAggrCopies.h"
  19 #include "NVPTXTargetObjectFile.h"
  20 #include "NVPTXTargetTransformInfo.h"
  21 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
  22 #include "llvm/CodeGen/AsmPrinter.h"
  23 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionAnalysis.h"
  24 #include "llvm/CodeGen/MachineModuleInfo.h"
  25 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  26 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
  27 #include "llvm/IR/IRPrintingPasses.h"
  28 #include "llvm/IR/LegacyPassManager.h"
  29 #include "llvm/IR/Verifier.h"
  30 #include "llvm/MC/MCAsmInfo.h"
  31 #include "llvm/MC/MCInstrInfo.h"
  32 #include "llvm/MC/MCStreamer.h"
  33 #include "llvm/MC/MCSubtargetInfo.h"
  34 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  35 #include "llvm/Support/Debug.h"
  36 #include "llvm/Support/FormattedStream.h"
  37 #include "llvm/Support/TargetRegistry.h"
  38 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  39 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  40 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
  41 #include "llvm/Target/TargetLoweringObjectFile.h"
  42 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  43 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
  44 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
  45 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
  46 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  47
  48 using namespace llvm;
  49
  50 namespace llvm {
  51 void initializeNVVMReflectPass(PassRegistry&);
  52 void initializeGenericToNVVMPass(PassRegistry&);
  53 void initializeNVPTXAllocaHoistingPass(PassRegistry &);
  54 void initializeNVPTXAssignValidGlobalNamesPass(PassRegistry&);
  55 void initializeNVPTXFavorNonGenericAddrSpacesPass(PassRegistry &);
  56 void initializeNVPTXLowerKernelArgsPass(PassRegistry &);
  57 void initializeNVPTXLowerAllocaPass(PassRegistry &);
  58 }
  59
  60 extern "C" void LLVMInitializeNVPTXTarget() {
  61   // Register the target.
  62   RegisterTargetMachine<NVPTXTargetMachine32> X(TheNVPTXTarget32);
  63   RegisterTargetMachine<NVPTXTargetMachine64> Y(TheNVPTXTarget64);
  64
  65   // FIXME: This pass is really intended to be invoked during IR optimization,
  66   // but it's very NVPTX-specific.
  67   initializeNVVMReflectPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
  68   initializeGenericToNVVMPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
  69   initializeNVPTXAllocaHoistingPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
  70   initializeNVPTXAssignValidGlobalNamesPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
  71   initializeNVPTXFavorNonGenericAddrSpacesPass(
  72     *PassRegistry::getPassRegistry());
  73   initializeNVPTXLowerKernelArgsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
  74   initializeNVPTXLowerAllocaPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
  75 }
  76
  77 static std::string computeDataLayout(bool is64Bit) {
  78   std::string Ret = "e";
  79
  80   if (!is64Bit)
  81     Ret += "-p:32:32";
  82
  83   Ret += "-i64:64-v16:16-v32:32-n16:32:64";
  84
  85   return Ret;
  86 }
  87
  88 NVPTXTargetMachine::NVPTXTargetMachine(const Target &T, const Triple &TT,
  89                                        StringRef CPU, StringRef FS,
  90                                        const TargetOptions &Options,
  91                                        Reloc::Model RM, CodeModel::Model CM,
  92                                        CodeGenOpt::Level OL, bool is64bit)
  93     : LLVMTargetMachine(T, computeDataLayout(is64bit), TT, CPU, FS, Options, RM,
  94                         CM, OL),
  95       is64bit(is64bit), TLOF(make_unique<NVPTXTargetObjectFile>()),
  96       Subtarget(TT, CPU, FS, *this) {
  97   if (TT.getOS() == Triple::NVCL)
  98     drvInterface = NVPTX::NVCL;
  99   else
 100     drvInterface = NVPTX::CUDA;
 101   initAsmInfo();
 102 }
 103
 104 NVPTXTargetMachine::~NVPTXTargetMachine() {}
 105
 106 void NVPTXTargetMachine32::anchor() {}
 107
 108 NVPTXTargetMachine32::NVPTXTargetMachine32(const Target &T, const Triple &TT,
 109                                            StringRef CPU, StringRef FS,
 110                                            const TargetOptions &Options,
 111                                            Reloc::Model RM, CodeModel::Model CM,
 112                                            CodeGenOpt::Level OL)
 113     : NVPTXTargetMachine(T, TT, CPU, FS, Options, RM, CM, OL, false) {}
 114
 115 void NVPTXTargetMachine64::anchor() {}
 116
 117 NVPTXTargetMachine64::NVPTXTargetMachine64(const Target &T, const Triple &TT,
 118                                            StringRef CPU, StringRef FS,
 119                                            const TargetOptions &Options,
 120                                            Reloc::Model RM, CodeModel::Model CM,
 121                                            CodeGenOpt::Level OL)
 122     : NVPTXTargetMachine(T, TT, CPU, FS, Options, RM, CM, OL, true) {}
 123
 124 namespace {
 125 class NVPTXPassConfig : public TargetPassConfig {
 126 public:
 127   NVPTXPassConfig(NVPTXTargetMachine *TM, PassManagerBase &PM)
 128       : TargetPassConfig(TM, PM) {}
 129
 130   NVPTXTargetMachine &getNVPTXTargetMachine() const {
 131     return getTM<NVPTXTargetMachine>();
 132   }
 133
 134   void addIRPasses() override;
 135   bool addInstSelector() override;
 136   void addPostRegAlloc() override;
 137   void addMachineSSAOptimization() override;
 138
 139   FunctionPass *createTargetRegisterAllocator(bool) override;
 140   void addFastRegAlloc(FunctionPass *RegAllocPass) override;
 141   void addOptimizedRegAlloc(FunctionPass *RegAllocPass) override;
 142 };
 143 } // end anonymous namespace
 144
 145 TargetPassConfig *NVPTXTargetMachine::createPassConfig(PassManagerBase &PM) {
 146   NVPTXPassConfig *PassConfig = new NVPTXPassConfig(this, PM);
 147   return PassConfig;
 148 }
 149
 150 TargetIRAnalysis NVPTXTargetMachine::getTargetIRAnalysis() {
 151   return TargetIRAnalysis(
 152       [this](Function &) { return TargetTransformInfo(NVPTXTTIImpl(this)); });
 153 }
 154
 155 void NVPTXPassConfig::addIRPasses() {
 156   // The following passes are known to not play well with virtual regs hanging
 157   // around after register allocation (which in our case, is *all* registers).
 158   // We explicitly disable them here.  We do, however, need some functionality
 159   // of the PrologEpilogCodeInserter pass, so we emulate that behavior in the
 160   // NVPTXPrologEpilog pass (see NVPTXPrologEpilogPass.cpp).
 161   disablePass(&PrologEpilogCodeInserterID);
 162   disablePass(&MachineCopyPropagationID);
 163   disablePass(&BranchFolderPassID);
 164   disablePass(&TailDuplicateID);
 165
 166   addPass(createNVPTXImageOptimizerPass());
 167   TargetPassConfig::addIRPasses();
 168   addPass(createNVPTXAssignValidGlobalNamesPass());
 169   addPass(createGenericToNVVMPass());
 170   addPass(createNVPTXLowerKernelArgsPass(&getNVPTXTargetMachine()));
 171   // NVPTXLowerKernelArgs emits alloca for byval parameters which can often
 172   // be eliminated by SROA.
 173   addPass(createSROAPass());
 174   addPass(createNVPTXLowerAllocaPass());
 175   addPass(createNVPTXFavorNonGenericAddrSpacesPass());
 176   // FavorNonGenericAddrSpaces shortcuts unnecessary addrspacecasts, and leave
 177   // them unused. We could remove dead code in an ad-hoc manner, but that
 178   // requires manual work and might be error-prone.
 179   addPass(createDeadCodeEliminationPass());
 180   addPass(createSeparateConstOffsetFromGEPPass());
 181   // ReassociateGEPs exposes more opportunites for SLSR. See
 182   // the example in reassociate-geps-and-slsr.ll.
 183   addPass(createStraightLineStrengthReducePass());
 184   // SeparateConstOffsetFromGEP and SLSR creates common expressions which GVN or
 185   // EarlyCSE can reuse. GVN generates significantly better code than EarlyCSE
 186   // for some of our benchmarks.
 187   if (getOptLevel() == CodeGenOpt::Aggressive)
 188     addPass(createGVNPass());
 189   else
 190     addPass(createEarlyCSEPass());
 191   // Run NaryReassociate after EarlyCSE/GVN to be more effective.
 192   addPass(createNaryReassociatePass());
 193   // NaryReassociate on GEPs creates redundant common expressions, so run
 194   // EarlyCSE after it.
 195   addPass(createEarlyCSEPass());
 196 }
 197
 198 bool NVPTXPassConfig::addInstSelector() {
 199   const NVPTXSubtarget &ST = *getTM<NVPTXTargetMachine>().getSubtargetImpl();
 200
 201   addPass(createLowerAggrCopies());
 202   addPass(createAllocaHoisting());
 203   addPass(createNVPTXISelDag(getNVPTXTargetMachine(), getOptLevel()));
 204
 205   if (!ST.hasImageHandles())
 206     addPass(createNVPTXReplaceImageHandlesPass());
 207
 208   return false;
 209 }
 210
 211 void NVPTXPassConfig::addPostRegAlloc() {
 212   addPass(createNVPTXPrologEpilogPass(), false);
 213   // NVPTXPrologEpilogPass calculates frame object offset and replace frame
 214   // index with VRFrame register. NVPTXPeephole need to be run after that and
 215   // will replace VRFrame with VRFrameLocal when possible.
 216   addPass(createNVPTXPeephole());
 217 }
 218
 219 FunctionPass *NVPTXPassConfig::createTargetRegisterAllocator(bool) {
 220   return nullptr; // No reg alloc
 221 }
 222
 223 void NVPTXPassConfig::addFastRegAlloc(FunctionPass *RegAllocPass) {
 224   assert(!RegAllocPass && "NVPTX uses no regalloc!");
 225   addPass(&PHIEliminationID);
 226   addPass(&TwoAddressInstructionPassID);
 227 }
 228
 229 void NVPTXPassConfig::addOptimizedRegAlloc(FunctionPass *RegAllocPass) {
 230   assert(!RegAllocPass && "NVPTX uses no regalloc!");
 231
 232   addPass(&ProcessImplicitDefsID);
 233   addPass(&LiveVariablesID);
 234   addPass(&MachineLoopInfoID);
 235   addPass(&PHIEliminationID);
 236
 237   addPass(&TwoAddressInstructionPassID);
 238   addPass(&RegisterCoalescerID);
 239
 240   // PreRA instruction scheduling.
 241   if (addPass(&MachineSchedulerID))
 242     printAndVerify("After Machine Scheduling");
 243
 244
 245   addPass(&StackSlotColoringID);
 246
 247   // FIXME: Needs physical registers
 248   //addPass(&PostRAMachineLICMID);
 249
 250   printAndVerify("After StackSlotColoring");
 251 }
 252
 253 void NVPTXPassConfig::addMachineSSAOptimization() {
 254   // Pre-ra tail duplication.
 255   if (addPass(&EarlyTailDuplicateID))
 256     printAndVerify("After Pre-RegAlloc TailDuplicate");
 257
 258   // Optimize PHIs before DCE: removing dead PHI cycles may make more
 259   // instructions dead.
 260   addPass(&OptimizePHIsID);
 261
 262   // This pass merges large allocas. StackSlotColoring is a different pass
 263   // which merges spill slots.
 264   addPass(&StackColoringID);
 265
 266   // If the target requests it, assign local variables to stack slots relative
 267   // to one another and simplify frame index references where possible.
 268   addPass(&LocalStackSlotAllocationID);
 269
 270   // With optimization, dead code should already be eliminated. However
 271   // there is one known exception: lowered code for arguments that are only
 272   // used by tail calls, where the tail calls reuse the incoming stack
 273   // arguments directly (see t11 in test/CodeGen/X86/sibcall.ll).
 274   addPass(&DeadMachineInstructionElimID);
 275   printAndVerify("After codegen DCE pass");
 276
 277   // Allow targets to insert passes that improve instruction level parallelism,
 278   // like if-conversion. Such passes will typically need dominator trees and
 279   // loop info, just like LICM and CSE below.
 280   if (addILPOpts())
 281     printAndVerify("After ILP optimizations");
 282
 283   addPass(&MachineLICMID);
 284   addPass(&MachineCSEID);
 285
 286   addPass(&MachineSinkingID);
 287   printAndVerify("After Machine LICM, CSE and Sinking passes");
 288
 289   addPass(&PeepholeOptimizerID);
 290   printAndVerify("After codegen peephole optimization pass");
 291 }