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         MachineInstr *AddendMI = LIS->getInstructionFromIndex(AddendValNo->def);
 107
 108         // The addend and this instruction must be in the same block.
 109
 110         if (!AddendMI || AddendMI->getParent() != MI->getParent())
 111           continue;
 112
 113         // The addend must be a full copy within the same register class.
 114
 115         if (!AddendMI->isFullCopy())
 116           continue;
 117
 118         unsigned AddendSrcReg = AddendMI->getOperand(1).getReg();
 119         if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(AddendSrcReg)) {
 120           if (MRI.getRegClass(AddendMI->getOperand(0).getReg()) !=
 121               MRI.getRegClass(AddendSrcReg))
 122             continue;
 123         } else {
 124           // If AddendSrcReg is a physical register, make sure the destination
 125           // register class contains it.
 126           if (!MRI.getRegClass(AddendMI->getOperand(0).getReg())
 127                 ->contains(AddendSrcReg))
 128             continue;
 129         }
 130
 131         // In theory, there could be other uses of the addend copy before this
 132         // fma.  We could deal with this, but that would require additional
 133         // logic below and I suspect it will not occur in any relevant
 134         // situations.  Additionally, check whether the copy source is killed
 135         // prior to the fma.  In order to replace the addend here with the
 136         // source of the copy, it must still be live here.  We can't use
 137         // interval testing for a physical register, so as long as we're
 138         // walking the MIs we may as well test liveness here.
 139         //
 140         // FIXME: There is a case that occurs in practice, like this:
 141         //   %vreg9<def> = COPY %F1; VSSRC:%vreg9
 142         //   ...
 143         //   %vreg6<def> = COPY %vreg9; VSSRC:%vreg6,%vreg9
 144         //   %vreg7<def> = COPY %vreg9; VSSRC:%vreg7,%vreg9
 145         //   %vreg9<def,tied1> = XSMADDASP %vreg9<tied0>, %vreg1, %vreg4; VSSRC:
 146         //   %vreg6<def,tied1> = XSMADDASP %vreg6<tied0>, %vreg1, %vreg2; VSSRC:
 147         //   %vreg7<def,tied1> = XSMADDASP %vreg7<tied0>, %vreg1, %vreg3; VSSRC:
 148         // which prevents an otherwise-profitable transformation.
 149         bool OtherUsers = false, KillsAddendSrc = false;
 150         for (auto J = std::prev(I), JE = MachineBasicBlock::iterator(AddendMI);
 151              J != JE; --J) {
 152           if (J->readsVirtualRegister(AddendMI->getOperand(0).getReg())) {
 153             OtherUsers = true;
 154             break;
 155           }
 156           if (J->modifiesRegister(AddendSrcReg, TRI) ||
 157               J->killsRegister(AddendSrcReg, TRI)) {
 158             KillsAddendSrc = true;
 159             break;
 160           }
 161         }
 162
 163         if (OtherUsers || KillsAddendSrc)
 164           continue;
 165
 166         // Find one of the product operands that is killed by this instruction.
 167
 168         unsigned KilledProdOp = 0, OtherProdOp = 0;
 169         if (LIS->getInterval(MI->getOperand(2).getReg())
 170                      .Query(FMAIdx).isKill()) {
 171           KilledProdOp = 2;
 172           OtherProdOp  = 3;
 173         } else if (LIS->getInterval(MI->getOperand(3).getReg())
 174                      .Query(FMAIdx).isKill()) {
 175           KilledProdOp = 3;
 176           OtherProdOp  = 2;
 177         }
 178
 179         // If there are no killed product operands, then this transformation is
 180         // likely not profitable.
 181         if (!KilledProdOp)
 182           continue;
 183
 184         // For virtual registers, verify that the addend source register
 185         // is live here (as should have been assured above).
 186         assert((!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(AddendSrcReg) ||
 187                 LIS->getInterval(AddendSrcReg).liveAt(FMAIdx)) &&
 188                "Addend source register is not live!");
 189
 190         // Transform: (O2 * O3) + O1 -> (O2 * O1) + O3.
 191
 192         unsigned KilledProdReg = MI->getOperand(KilledProdOp).getReg();
 193         unsigned OtherProdReg  = MI->getOperand(OtherProdOp).getReg();
 194
 195         unsigned AddSubReg = AddendMI->getOperand(1).getSubReg();
 196         unsigned KilledProdSubReg = MI->getOperand(KilledProdOp).getSubReg();
 197         unsigned OtherProdSubReg  = MI->getOperand(OtherProdOp).getSubReg();
 198
 199         bool AddRegKill = AddendMI->getOperand(1).isKill();
 200         bool KilledProdRegKill = MI->getOperand(KilledProdOp).isKill();
 201         bool OtherProdRegKill  = MI->getOperand(OtherProdOp).isKill();
 202
 203         bool AddRegUndef = AddendMI->getOperand(1).isUndef();
 204         bool KilledProdRegUndef = MI->getOperand(KilledProdOp).isUndef();
 205         bool OtherProdRegUndef  = MI->getOperand(OtherProdOp).isUndef();
 206
 207         unsigned OldFMAReg = MI->getOperand(0).getReg();
 208
 209         // The transformation doesn't work well with things like:
 210         //    %vreg5 = A-form-op %vreg5, %vreg11, %vreg5;
 211         // so leave such things alone.
 212         if (OldFMAReg == KilledProdReg)
 213           continue;
 214
 215         assert(OldFMAReg == AddendMI->getOperand(0).getReg() &&
 216                "Addend copy not tied to old FMA output!");
 217
 218         DEBUG(dbgs() << "VSX FMA Mutation:\n    " << *MI;);
 219
 220         MI->getOperand(0).setReg(KilledProdReg);
 221         MI->getOperand(1).setReg(KilledProdReg);
 222         MI->getOperand(3).setReg(AddendSrcReg);
 223         MI->getOperand(2).setReg(OtherProdReg);
 224
 225         MI->getOperand(0).setSubReg(KilledProdSubReg);
 226         MI->getOperand(1).setSubReg(KilledProdSubReg);
 227         MI->getOperand(3).setSubReg(AddSubReg);
 228         MI->getOperand(2).setSubReg(OtherProdSubReg);
 229
 230         MI->getOperand(1).setIsKill(KilledProdRegKill);
 231         MI->getOperand(3).setIsKill(AddRegKill);
 232         MI->getOperand(2).setIsKill(OtherProdRegKill);
 233
 234         MI->getOperand(1).setIsUndef(KilledProdRegUndef);
 235         MI->getOperand(3).setIsUndef(AddRegUndef);
 236         MI->getOperand(2).setIsUndef(OtherProdRegUndef);
 237
 238         MI->setDesc(TII->get(AltOpc));
 239
 240         DEBUG(dbgs() << " -> " << *MI);
 241
 242         // The killed product operand was killed here, so we can reuse it now
 243         // for the result of the fma.
 244
 245         LiveInterval &FMAInt = LIS->getInterval(OldFMAReg);
 246         VNInfo *FMAValNo = FMAInt.getVNInfoAt(FMAIdx.getRegSlot());
 247         for (auto UI = MRI.reg_nodbg_begin(OldFMAReg), UE = MRI.reg_nodbg_end();
 248              UI != UE;) {
 249           MachineOperand &UseMO = *UI;
 250           MachineInstr *UseMI = UseMO.getParent();
 251           ++UI;
 252
 253           // Don't replace the result register of the copy we're about to erase.
 254           if (UseMI == AddendMI)
 255             continue;
 256
 257           UseMO.setReg(KilledProdReg);
 258           UseMO.setSubReg(KilledProdSubReg);
 259         }
 260
 261         // Extend the live intervals of the killed product operand to hold the
 262         // fma result.
 263
 264         LiveInterval &NewFMAInt = LIS->getInterval(KilledProdReg);
 265         for (LiveInterval::iterator AI = FMAInt.begin(), AE = FMAInt.end();
 266              AI != AE; ++AI) {
 267           // Don't add the segment that corresponds to the original copy.
 268           if (AI->valno == AddendValNo)
 269             continue;
 270
 271           VNInfo *NewFMAValNo =
 272             NewFMAInt.getNextValue(AI->start,
 273                                    LIS->getVNInfoAllocator());
 274
 275           NewFMAInt.addSegment(LiveInterval::Segment(AI->start, AI->end,
 276                                                      NewFMAValNo));
 277         }
 278         DEBUG(dbgs() << "  extended: " << NewFMAInt << '\n');
 279
 280         // Extend the live interval of the addend source (it might end at the
 281         // copy to be removed, or somewhere in between there and here). This
 282         // is necessary only if it is a physical register.
 283         if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(AddendSrcReg))
 284           for (MCRegUnitIterator Units(AddendSrcReg, TRI); Units.isValid();
 285                ++Units) {
 286             unsigned Unit = *Units;
 287
 288             LiveRange &AddendSrcRange = LIS->getRegUnit(Unit);
 289             AddendSrcRange.extendInBlock(LIS->getMBBStartIdx(&MBB),
 290                                          FMAIdx.getRegSlot());
 291             DEBUG(dbgs() << "  extended: " << AddendSrcRange << '\n');
 292           }
 293
 294         FMAInt.removeValNo(FMAValNo);
 295         DEBUG(dbgs() << "  trimmed:  " << FMAInt << '\n');
 296
 297         // Remove the (now unused) copy.
 298
 299         DEBUG(dbgs() << "  removing: " << *AddendMI << '\n');
 300         LIS->RemoveMachineInstrFromMaps(AddendMI);
 301         AddendMI->eraseFromParent();
 302
 303         Changed = true;
 304       }
 305
 306       return Changed;
 307     }
 308
 309 public:
 310     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) override {
 311       // If we don't have VSX then go ahead and return without doing
 312       // anything.
 313       const PPCSubtarget &STI = MF.getSubtarget<PPCSubtarget>();
 314       if (!STI.hasVSX())
 315         return false;
 316
 317       LIS = &getAnalysis<LiveIntervals>();
 318
 319       TII = STI.getInstrInfo();
 320
 321       bool Changed = false;
 322
 323       if (DisableVSXFMAMutate)
 324         return Changed;
 325
 326       for (MachineFunction::iterator I = MF.begin(); I != MF.end();) {
 327         MachineBasicBlock &B = *I++;
 328         if (processBlock(B))
 329           Changed = true;
 330       }
 331
 332       return Changed;
 333     }
 334
 335     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
 336       AU.addRequired<LiveIntervals>();
 337       AU.addPreserved<LiveIntervals>();
 338       AU.addRequired<SlotIndexes>();
 339       AU.addPreserved<SlotIndexes>();
 340       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
 341     }
 342   };
 343 }
 344
 345 INITIALIZE_PASS_BEGIN(PPCVSXFMAMutate, DEBUG_TYPE,
 346                       "PowerPC VSX FMA Mutation", false, false)
 347 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LiveIntervals)
 348 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(SlotIndexes)
 349 INITIALIZE_PASS_END(PPCVSXFMAMutate, DEBUG_TYPE,
 350                     "PowerPC VSX FMA Mutation", false, false)
 351
 352 char &llvm::PPCVSXFMAMutateID = PPCVSXFMAMutate::ID;
 353
 354 char PPCVSXFMAMutate::ID = 0;
 355 FunctionPass*
 356 llvm::createPPCVSXFMAMutatePass() { return new PPCVSXFMAMutate(); }
 357
 358