lib/Target/PowerPC/PPCVSXFMAMutate.cpp

   1 //===--------------- PPCVSXFMAMutate.cpp - VSX FMA Mutation ---------------===//
   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 // This pass mutates the form of VSX FMA instructions to avoid unnecessary
  11 // copies.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #include "PPCInstrInfo.h"
  16 #include "MCTargetDesc/PPCPredicates.h"
  17 #include "PPC.h"
  18 #include "PPCInstrBuilder.h"
  19 #include "PPCMachineFunctionInfo.h"
  20 #include "PPCTargetMachine.h"
  21 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  22 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  23 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
  24 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
  25 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
  26 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
  27 #include "llvm/CodeGen/MachineMemOperand.h"
  28 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
  29 #include "llvm/CodeGen/PseudoSourceValue.h"
  30 #include "llvm/CodeGen/ScheduleDAG.h"
  31 #include "llvm/CodeGen/SlotIndexes.h"
  32 #include "llvm/MC/MCAsmInfo.h"
  33 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  34 #include "llvm/Support/Debug.h"
  35 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  36 #include "llvm/Support/TargetRegistry.h"
  37 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  38
  39 using namespace llvm;
  40
  41 static cl::opt<bool> DisableVSXFMAMutate("disable-ppc-vsx-fma-mutation",
  42 cl::desc("Disable VSX FMA instruction mutation"), cl::Hidden);
  43
  44 #define DEBUG_TYPE "ppc-vsx-fma-mutate"
  45
  46 namespace llvm { namespace PPC {
  47   int getAltVSXFMAOpcode(uint16_t Opcode);
  48 } }
  49
  50 namespace {
  51   // PPCVSXFMAMutate pass - For copies between VSX registers and non-VSX registers
  52   // (Altivec and scalar floating-point registers), we need to transform the
  53   // copies into subregister copies with other restrictions.
  54   struct PPCVSXFMAMutate : public MachineFunctionPass {
  55     static char ID;
  56     PPCVSXFMAMutate() : MachineFunctionPass(ID) {
  57       initializePPCVSXFMAMutatePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
  58     }
  59
  60     LiveIntervals *LIS;
  61     const PPCInstrInfo *TII;
  62
  63 protected:
  64     bool processBlock(MachineBasicBlock &MBB) {
  65       bool Changed = false;
  66
  67       MachineRegisterInfo &MRI = MBB.getParent()->getRegInfo();
  68       const TargetRegisterInfo *TRI = &TII->getRegisterInfo();
  69       for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB.begin(), IE = MBB.end();
  70            I != IE; ++I) {
  71         MachineInstr *MI = I;
  72
  73         // The default (A-type) VSX FMA form kills the addend (it is taken from
  74         // the target register, which is then updated to reflect the result of
  75         // the FMA). If the instruction, however, kills one of the registers
  76         // used for the product, then we can use the M-form instruction (which
  77         // will take that value from the to-be-defined register).
  78
  79         int AltOpc = PPC::getAltVSXFMAOpcode(MI->getOpcode());
  80         if (AltOpc == -1)
  81           continue;
  82
  83         // This pass is run after register coalescing, and so we're looking for
  84         // a situation like this:
  85         //   ...
  86         //   %vreg5<def> = COPY %vreg9; VSLRC:%vreg5,%vreg9
  87         //   %vreg5<def,tied1> = XSMADDADP %vreg5<tied0>, %vreg17, %vreg16,
  88         //                         %RM<imp-use>; VSLRC:%vreg5,%vreg17,%vreg16
  89         //   ...
  90         //   %vreg9<def,tied1> = XSMADDADP %vreg9<tied0>, %vreg17, %vreg19,
  91         //                         %RM<imp-use>; VSLRC:%vreg9,%vreg17,%vreg19
  92         //   ...
  93         // Where we can eliminate the copy by changing from the A-type to the
  94         // M-type instruction. Specifically, for this example, this means:
  95         //   %vreg5<def,tied1> = XSMADDADP %vreg5<tied0>, %vreg17, %vreg16,
  96         //                         %RM<imp-use>; VSLRC:%vreg5,%vreg17,%vreg16
  97         // is replaced by:
  98         //   %vreg16<def,tied1> = XSMADDMDP %vreg16<tied0>, %vreg18, %vreg9,
  99         //                         %RM<imp-use>; VSLRC:%vreg16,%vreg18,%vreg9
 100         // and we remove: %vreg5<def> = COPY %vreg9; VSLRC:%vreg5,%vreg9
 101
 102         SlotIndex FMAIdx = LIS->getInstructionIndex(MI);
 103
 104         VNInfo *AddendValNo =
 105           LIS->getInterval(MI->getOperand(1).getReg()).Query(FMAIdx).valueIn();
 106
 107         // This can be null if the register is undef.
 108         if (!AddendValNo)
 109           continue;
 110
 111         MachineInstr *AddendMI = LIS->getInstructionFromIndex(AddendValNo->def);
 112
 113         // The addend and this instruction must be in the same block.
 114
 115         if (!AddendMI || AddendMI->getParent() != MI->getParent())
 116           continue;
 117
 118         // The addend must be a full copy within the same register class.
 119
 120         if (!AddendMI->isFullCopy())
 121           continue;
 122
 123         unsigned AddendSrcReg = AddendMI->getOperand(1).getReg();
 124         if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(AddendSrcReg)) {
 125           if (MRI.getRegClass(AddendMI->getOperand(0).getReg()) !=
 126               MRI.getRegClass(AddendSrcReg))
 127             continue;
 128         } else {
 129           // If AddendSrcReg is a physical register, make sure the destination
 130           // register class contains it.
 131           if (!MRI.getRegClass(AddendMI->getOperand(0).getReg())
 132                 ->contains(AddendSrcReg))
 133             continue;
 134         }
 135
 136         // In theory, there could be other uses of the addend copy before this
 137         // fma.  We could deal with this, but that would require additional
 138         // logic below and I suspect it will not occur in any relevant
 139         // situations.  Additionally, check whether the copy source is killed
 140         // prior to the fma.  In order to replace the addend here with the
 141         // source of the copy, it must still be live here.  We can't use
 142         // interval testing for a physical register, so as long as we're
 143         // walking the MIs we may as well test liveness here.
 144         //
 145         // FIXME: There is a case that occurs in practice, like this:
 146         //   %vreg9<def> = COPY %F1; VSSRC:%vreg9
 147         //   ...
 148         //   %vreg6<def> = COPY %vreg9; VSSRC:%vreg6,%vreg9
 149         //   %vreg7<def> = COPY %vreg9; VSSRC:%vreg7,%vreg9
 150         //   %vreg9<def,tied1> = XSMADDASP %vreg9<tied0>, %vreg1, %vreg4; VSSRC:
 151         //   %vreg6<def,tied1> = XSMADDASP %vreg6<tied0>, %vreg1, %vreg2; VSSRC:
 152         //   %vreg7<def,tied1> = XSMADDASP %vreg7<tied0>, %vreg1, %vreg3; VSSRC:
 153         // which prevents an otherwise-profitable transformation.
 154         bool OtherUsers = false, KillsAddendSrc = false;
 155         for (auto J = std::prev(I), JE = MachineBasicBlock::iterator(AddendMI);
 156              J != JE; --J) {
 157           if (J->readsVirtualRegister(AddendMI->getOperand(0).getReg())) {
 158             OtherUsers = true;
 159             break;
 160           }
 161           if (J->modifiesRegister(AddendSrcReg, TRI) ||
 162               J->killsRegister(AddendSrcReg, TRI)) {
 163             KillsAddendSrc = true;
 164             break;
 165           }
 166         }
 167
 168         if (OtherUsers || KillsAddendSrc)
 169           continue;
 170
 171         // Find one of the product operands that is killed by this instruction.
 172
 173         unsigned KilledProdOp = 0, OtherProdOp = 0;
 174         if (LIS->getInterval(MI->getOperand(2).getReg())
 175                      .Query(FMAIdx).isKill()) {
 176           KilledProdOp = 2;
 177           OtherProdOp  = 3;
 178         } else if (LIS->getInterval(MI->getOperand(3).getReg())
 179                      .Query(FMAIdx).isKill()) {
 180           KilledProdOp = 3;
 181           OtherProdOp  = 2;
 182         }
 183
 184         // If there are no killed product operands, then this transformation is
 185         // likely not profitable.
 186         if (!KilledProdOp)
 187           continue;
 188
 189         // If the addend copy is used only by this MI, then the addend source
 190         // register is likely not live here. This could be fixed (based on the
 191         // legality checks above, the live range for the addend source register
 192         // could be extended), but it seems likely that such a trivial copy can
 193         // be coalesced away later, and thus is not worth the effort.
 194         if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(AddendSrcReg) &&
 195             !LIS->getInterval(AddendSrcReg).liveAt(FMAIdx))
 196           continue;
 197
 198         // Transform: (O2 * O3) + O1 -> (O2 * O1) + O3.
 199
 200         unsigned KilledProdReg = MI->getOperand(KilledProdOp).getReg();
 201         unsigned OtherProdReg  = MI->getOperand(OtherProdOp).getReg();
 202
 203         unsigned AddSubReg = AddendMI->getOperand(1).getSubReg();
 204         unsigned KilledProdSubReg = MI->getOperand(KilledProdOp).getSubReg();
 205         unsigned OtherProdSubReg  = MI->getOperand(OtherProdOp).getSubReg();
 206
 207         bool AddRegKill = AddendMI->getOperand(1).isKill();
 208         bool KilledProdRegKill = MI->getOperand(KilledProdOp).isKill();
 209         bool OtherProdRegKill  = MI->getOperand(OtherProdOp).isKill();
 210
 211         bool AddRegUndef = AddendMI->getOperand(1).isUndef();
 212         bool KilledProdRegUndef = MI->getOperand(KilledProdOp).isUndef();
 213         bool OtherProdRegUndef  = MI->getOperand(OtherProdOp).isUndef();
 214
 215         unsigned OldFMAReg = MI->getOperand(0).getReg();
 216
 217         // The transformation doesn't work well with things like:
 218         //    %vreg5 = A-form-op %vreg5, %vreg11, %vreg5;
 219         // so leave such things alone.
 220         if (OldFMAReg == KilledProdReg)
 221           continue;
 222
 223         assert(OldFMAReg == AddendMI->getOperand(0).getReg() &&
 224                "Addend copy not tied to old FMA output!");
 225
 226         DEBUG(dbgs() << "VSX FMA Mutation:\n    " << *MI;);
 227
 228         MI->getOperand(0).setReg(KilledProdReg);
 229         MI->getOperand(1).setReg(KilledProdReg);
 230         MI->getOperand(3).setReg(AddendSrcReg);
 231         MI->getOperand(2).setReg(OtherProdReg);
 232
 233         MI->getOperand(0).setSubReg(KilledProdSubReg);
 234         MI->getOperand(1).setSubReg(KilledProdSubReg);
 235         MI->getOperand(3).setSubReg(AddSubReg);
 236         MI->getOperand(2).setSubReg(OtherProdSubReg);
 237
 238         MI->getOperand(1).setIsKill(KilledProdRegKill);
 239         MI->getOperand(3).setIsKill(AddRegKill);
 240         MI->getOperand(2).setIsKill(OtherProdRegKill);
 241
 242         MI->getOperand(1).setIsUndef(KilledProdRegUndef);
 243         MI->getOperand(3).setIsUndef(AddRegUndef);
 244         MI->getOperand(2).setIsUndef(OtherProdRegUndef);
 245
 246         MI->setDesc(TII->get(AltOpc));
 247
 248         DEBUG(dbgs() << " -> " << *MI);
 249
 250         // The killed product operand was killed here, so we can reuse it now
 251         // for the result of the fma.
 252
 253         LiveInterval &FMAInt = LIS->getInterval(OldFMAReg);
 254         VNInfo *FMAValNo = FMAInt.getVNInfoAt(FMAIdx.getRegSlot());
 255         for (auto UI = MRI.reg_nodbg_begin(OldFMAReg), UE = MRI.reg_nodbg_end();
 256              UI != UE;) {
 257           MachineOperand &UseMO = *UI;
 258           MachineInstr *UseMI = UseMO.getParent();
 259           ++UI;
 260
 261           // Don't replace the result register of the copy we're about to erase.
 262           if (UseMI == AddendMI)
 263             continue;
 264
 265           UseMO.setReg(KilledProdReg);
 266           UseMO.setSubReg(KilledProdSubReg);
 267         }
 268
 269         // Extend the live intervals of the killed product operand to hold the
 270         // fma result.
 271
 272         LiveInterval &NewFMAInt = LIS->getInterval(KilledProdReg);
 273         for (LiveInterval::iterator AI = FMAInt.begin(), AE = FMAInt.end();
 274              AI != AE; ++AI) {
 275           // Don't add the segment that corresponds to the original copy.
 276           if (AI->valno == AddendValNo)
 277             continue;
 278
 279           VNInfo *NewFMAValNo =
 280             NewFMAInt.getNextValue(AI->start,
 281                                    LIS->getVNInfoAllocator());
 282
 283           NewFMAInt.addSegment(LiveInterval::Segment(AI->start, AI->end,
 284                                                      NewFMAValNo));
 285         }
 286         DEBUG(dbgs() << "  extended: " << NewFMAInt << '\n');
 287
 288         // Extend the live interval of the addend source (it might end at the
 289         // copy to be removed, or somewhere in between there and here). This
 290         // is necessary only if it is a physical register.
 291         if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(AddendSrcReg))
 292           for (MCRegUnitIterator Units(AddendSrcReg, TRI); Units.isValid();
 293                ++Units) {
 294             unsigned Unit = *Units;
 295
 296             LiveRange &AddendSrcRange = LIS->getRegUnit(Unit);
 297             AddendSrcRange.extendInBlock(LIS->getMBBStartIdx(&MBB),
 298                                          FMAIdx.getRegSlot());
 299             DEBUG(dbgs() << "  extended: " << AddendSrcRange << '\n');
 300           }
 301
 302         FMAInt.removeValNo(FMAValNo);
 303         DEBUG(dbgs() << "  trimmed:  " << FMAInt << '\n');
 304
 305         // Remove the (now unused) copy.
 306
 307         DEBUG(dbgs() << "  removing: " << *AddendMI << '\n');
 308         LIS->RemoveMachineInstrFromMaps(AddendMI);
 309         AddendMI->eraseFromParent();
 310
 311         Changed = true;
 312       }
 313
 314       return Changed;
 315     }
 316
 317 public:
 318     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) override {
 319       // If we don't have VSX then go ahead and return without doing
 320       // anything.
 321       const PPCSubtarget &STI = MF.getSubtarget<PPCSubtarget>();
 322       if (!STI.hasVSX())
 323         return false;
 324
 325       LIS = &getAnalysis<LiveIntervals>();
 326
 327       TII = STI.getInstrInfo();
 328
 329       bool Changed = false;
 330
 331       if (DisableVSXFMAMutate)
 332         return Changed;
 333
 334       for (MachineFunction::iterator I = MF.begin(); I != MF.end();) {
 335         MachineBasicBlock &B = *I++;
 336         if (processBlock(B))
 337           Changed = true;
 338       }
 339
 340       return Changed;
 341     }
 342
 343     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
 344       AU.addRequired<LiveIntervals>();
 345       AU.addPreserved<LiveIntervals>();
 346       AU.addRequired<SlotIndexes>();
 347       AU.addPreserved<SlotIndexes>();
 348       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
 349     }
 350   };
 351 }
 352
 353 INITIALIZE_PASS_BEGIN(PPCVSXFMAMutate, DEBUG_TYPE,
 354                       "PowerPC VSX FMA Mutation", false, false)
 355 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LiveIntervals)
 356 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(SlotIndexes)
 357 INITIALIZE_PASS_END(PPCVSXFMAMutate, DEBUG_TYPE,
 358                     "PowerPC VSX FMA Mutation", false, false)
 359
 360 char &llvm::PPCVSXFMAMutateID = PPCVSXFMAMutate::ID;
 361
 362 char PPCVSXFMAMutate::ID = 0;
 363 FunctionPass *llvm::createPPCVSXFMAMutatePass() {
 364   return new PPCVSXFMAMutate();
 365 }