Fix a typo (the the => the)
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / MachineScheduler.cpp
index a14b3912236de6be3b1e8c91dbf7d1f4c42110cf..a1dc9481c639da361171e2246e14b94a53a3d499 100644 (file)
 
 #define DEBUG_TYPE "misched"
 
-#include "ScheduleDAGInstrs.h"
-#include "LiveDebugVariables.h"
 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
-#include "llvm/CodeGen/MachinePassRegistry.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineScheduler.h"
 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
-#include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
+#include "llvm/CodeGen/RegisterClassInfo.h"
+#include "llvm/CodeGen/RegisterPressure.h"
+#include "llvm/CodeGen/ScheduleDAGInstrs.h"
+#include "llvm/CodeGen/ScheduleHazardRecognizer.h"
 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
+#include "llvm/MC/MCInstrItineraries.h"
+#include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
 #include "llvm/Support/Debug.h"
 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
 #include "llvm/ADT/OwningPtr.h"
+#include "llvm/ADT/PriorityQueue.h"
 
 #include <queue>
 
 using namespace llvm;
 
+static cl::opt<bool> ForceTopDown("misched-topdown", cl::Hidden,
+                                  cl::desc("Force top-down list scheduling"));
+static cl::opt<bool> ForceBottomUp("misched-bottomup", cl::Hidden,
+                                  cl::desc("Force bottom-up list scheduling"));
+
+#ifndef NDEBUG
+static cl::opt<bool> ViewMISchedDAGs("view-misched-dags", cl::Hidden,
+  cl::desc("Pop up a window to show MISched dags after they are processed"));
+
+static cl::opt<unsigned> MISchedCutoff("misched-cutoff", cl::Hidden,
+  cl::desc("Stop scheduling after N instructions"), cl::init(~0U));
+#else
+static bool ViewMISchedDAGs = false;
+#endif // NDEBUG
+
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 // Machine Instruction Scheduling Pass and Registry
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
+MachineSchedContext::MachineSchedContext():
+    MF(0), MLI(0), MDT(0), PassConfig(0), AA(0), LIS(0) {
+  RegClassInfo = new RegisterClassInfo();
+}
+
+MachineSchedContext::~MachineSchedContext() {
+  delete RegClassInfo;
+}
+
 namespace {
 /// MachineScheduler runs after coalescing and before register allocation.
-class MachineScheduler : public MachineFunctionPass {
+class MachineScheduler : public MachineSchedContext,
+                         public MachineFunctionPass {
 public:
-  MachineFunction *MF;
-  const TargetInstrInfo *TII;
-  const MachineLoopInfo *MLI;
-  const MachineDominatorTree *MDT;
-
   MachineScheduler();
 
   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
@@ -67,14 +91,11 @@ INITIALIZE_PASS_BEGIN(MachineScheduler, "misched",
 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(SlotIndexes)
 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LiveIntervals)
-INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LiveDebugVariables)
-INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(StrongPHIElimination)
-INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(RegisterCoalescer)
 INITIALIZE_PASS_END(MachineScheduler, "misched",
                     "Machine Instruction Scheduler", false, false)
 
 MachineScheduler::MachineScheduler()
-: MachineFunctionPass(ID), MF(0), MLI(0), MDT(0) {
+: MachineFunctionPass(ID) {
   initializeMachineSchedulerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 }
 
@@ -83,106 +104,339 @@ void MachineScheduler::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
   AU.addRequiredID(MachineDominatorsID);
   AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
-  AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
+  AU.addRequired<TargetPassConfig>();
   AU.addRequired<SlotIndexes>();
   AU.addPreserved<SlotIndexes>();
   AU.addRequired<LiveIntervals>();
   AU.addPreserved<LiveIntervals>();
-  AU.addRequired<LiveDebugVariables>();
-  AU.addPreserved<LiveDebugVariables>();
-  if (StrongPHIElim) {
-    AU.addRequiredID(StrongPHIEliminationID);
-    AU.addPreservedID(StrongPHIEliminationID);
-  }
-  AU.addRequiredID(RegisterCoalescerPassID);
-  AU.addPreservedID(RegisterCoalescerPassID);
   MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
 }
 
-namespace {
-/// MachineSchedRegistry provides a selection of available machine instruction
-/// schedulers.
-class MachineSchedRegistry : public MachinePassRegistryNode {
-public:
-  typedef ScheduleDAGInstrs *(*ScheduleDAGCtor)(MachineScheduler *);
+MachinePassRegistry MachineSchedRegistry::Registry;
 
-  // RegisterPassParser requires a (misnamed) FunctionPassCtor type.
-  typedef ScheduleDAGCtor FunctionPassCtor;
+/// A dummy default scheduler factory indicates whether the scheduler
+/// is overridden on the command line.
+static ScheduleDAGInstrs *useDefaultMachineSched(MachineSchedContext *C) {
+  return 0;
+}
 
-  static MachinePassRegistry Registry;
+/// MachineSchedOpt allows command line selection of the scheduler.
+static cl::opt<MachineSchedRegistry::ScheduleDAGCtor, false,
+               RegisterPassParser<MachineSchedRegistry> >
+MachineSchedOpt("misched",
+                cl::init(&useDefaultMachineSched), cl::Hidden,
+                cl::desc("Machine instruction scheduler to use"));
 
-  MachineSchedRegistry(const char *N, const char *D, ScheduleDAGCtor C)
-    : MachinePassRegistryNode(N, D, (MachinePassCtor)C) {
-    Registry.Add(this);
-  }
-  ~MachineSchedRegistry() { Registry.Remove(this); }
+static MachineSchedRegistry
+DefaultSchedRegistry("default", "Use the target's default scheduler choice.",
+                     useDefaultMachineSched);
 
-  // Accessors.
-  //
-  MachineSchedRegistry *getNext() const {
-    return (MachineSchedRegistry *)MachinePassRegistryNode::getNext();
-  }
-  static MachineSchedRegistry *getList() {
-    return (MachineSchedRegistry *)Registry.getList();
+/// Forward declare the standard machine scheduler. This will be used as the
+/// default scheduler if the target does not set a default.
+static ScheduleDAGInstrs *createConvergingSched(MachineSchedContext *C);
+
+
+/// Decrement this iterator until reaching the top or a non-debug instr.
+static MachineBasicBlock::iterator
+priorNonDebug(MachineBasicBlock::iterator I, MachineBasicBlock::iterator Beg) {
+  assert(I != Beg && "reached the top of the region, cannot decrement");
+  while (--I != Beg) {
+    if (!I->isDebugValue())
+      break;
   }
-  static ScheduleDAGCtor getDefault() {
-    return (ScheduleDAGCtor)Registry.getDefault();
+  return I;
+}
+
+/// If this iterator is a debug value, increment until reaching the End or a
+/// non-debug instruction.
+static MachineBasicBlock::iterator
+nextIfDebug(MachineBasicBlock::iterator I, MachineBasicBlock::iterator End) {
+  for(; I != End; ++I) {
+    if (!I->isDebugValue())
+      break;
   }
-  static void setDefault(ScheduleDAGCtor C) {
-    Registry.setDefault((MachinePassCtor)C);
+  return I;
+}
+
+/// Top-level MachineScheduler pass driver.
+///
+/// Visit blocks in function order. Divide each block into scheduling regions
+/// and visit them bottom-up. Visiting regions bottom-up is not required, but is
+/// consistent with the DAG builder, which traverses the interior of the
+/// scheduling regions bottom-up.
+///
+/// This design avoids exposing scheduling boundaries to the DAG builder,
+/// simplifying the DAG builder's support for "special" target instructions.
+/// At the same time the design allows target schedulers to operate across
+/// scheduling boundaries, for example to bundle the boudary instructions
+/// without reordering them. This creates complexity, because the target
+/// scheduler must update the RegionBegin and RegionEnd positions cached by
+/// ScheduleDAGInstrs whenever adding or removing instructions. A much simpler
+/// design would be to split blocks at scheduling boundaries, but LLVM has a
+/// general bias against block splitting purely for implementation simplicity.
+bool MachineScheduler::runOnMachineFunction(MachineFunction &mf) {
+  DEBUG(dbgs() << "Before MISsched:\n"; mf.print(dbgs()));
+
+  // Initialize the context of the pass.
+  MF = &mf;
+  MLI = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
+  MDT = &getAnalysis<MachineDominatorTree>();
+  PassConfig = &getAnalysis<TargetPassConfig>();
+  AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
+
+  LIS = &getAnalysis<LiveIntervals>();
+  const TargetInstrInfo *TII = MF->getTarget().getInstrInfo();
+
+  RegClassInfo->runOnMachineFunction(*MF);
+
+  // Select the scheduler, or set the default.
+  MachineSchedRegistry::ScheduleDAGCtor Ctor = MachineSchedOpt;
+  if (Ctor == useDefaultMachineSched) {
+    // Get the default scheduler set by the target.
+    Ctor = MachineSchedRegistry::getDefault();
+    if (!Ctor) {
+      Ctor = createConvergingSched;
+      MachineSchedRegistry::setDefault(Ctor);
+    }
   }
-  static void setListener(MachinePassRegistryListener *L) {
-    Registry.setListener(L);
+  // Instantiate the selected scheduler.
+  OwningPtr<ScheduleDAGInstrs> Scheduler(Ctor(this));
+
+  // Visit all machine basic blocks.
+  //
+  // TODO: Visit blocks in global postorder or postorder within the bottom-up
+  // loop tree. Then we can optionally compute global RegPressure.
+  for (MachineFunction::iterator MBB = MF->begin(), MBBEnd = MF->end();
+       MBB != MBBEnd; ++MBB) {
+
+    Scheduler->startBlock(MBB);
+
+    // Break the block into scheduling regions [I, RegionEnd), and schedule each
+    // region as soon as it is discovered. RegionEnd points the scheduling
+    // boundary at the bottom of the region. The DAG does not include RegionEnd,
+    // but the region does (i.e. the next RegionEnd is above the previous
+    // RegionBegin). If the current block has no terminator then RegionEnd ==
+    // MBB->end() for the bottom region.
+    //
+    // The Scheduler may insert instructions during either schedule() or
+    // exitRegion(), even for empty regions. So the local iterators 'I' and
+    // 'RegionEnd' are invalid across these calls.
+    unsigned RemainingCount = MBB->size();
+    for(MachineBasicBlock::iterator RegionEnd = MBB->end();
+        RegionEnd != MBB->begin(); RegionEnd = Scheduler->begin()) {
+
+      // Avoid decrementing RegionEnd for blocks with no terminator.
+      if (RegionEnd != MBB->end()
+          || TII->isSchedulingBoundary(llvm::prior(RegionEnd), MBB, *MF)) {
+        --RegionEnd;
+        // Count the boundary instruction.
+        --RemainingCount;
+      }
+
+      // The next region starts above the previous region. Look backward in the
+      // instruction stream until we find the nearest boundary.
+      MachineBasicBlock::iterator I = RegionEnd;
+      for(;I != MBB->begin(); --I, --RemainingCount) {
+        if (TII->isSchedulingBoundary(llvm::prior(I), MBB, *MF))
+          break;
+      }
+      // Notify the scheduler of the region, even if we may skip scheduling
+      // it. Perhaps it still needs to be bundled.
+      Scheduler->enterRegion(MBB, I, RegionEnd, RemainingCount);
+
+      // Skip empty scheduling regions (0 or 1 schedulable instructions).
+      if (I == RegionEnd || I == llvm::prior(RegionEnd)) {
+        // Close the current region. Bundle the terminator if needed.
+        // This invalidates 'RegionEnd' and 'I'.
+        Scheduler->exitRegion();
+        continue;
+      }
+      DEBUG(dbgs() << "********** MI Scheduling **********\n");
+      DEBUG(dbgs() << MF->getFunction()->getName()
+            << ":BB#" << MBB->getNumber() << "\n  From: " << *I << "    To: ";
+            if (RegionEnd != MBB->end()) dbgs() << *RegionEnd;
+            else dbgs() << "End";
+            dbgs() << " Remaining: " << RemainingCount << "\n");
+
+      // Schedule a region: possibly reorder instructions.
+      // This invalidates 'RegionEnd' and 'I'.
+      Scheduler->schedule();
+
+      // Close the current region.
+      Scheduler->exitRegion();
+
+      // Scheduling has invalidated the current iterator 'I'. Ask the
+      // scheduler for the top of it's scheduled region.
+      RegionEnd = Scheduler->begin();
+    }
+    assert(RemainingCount == 0 && "Instruction count mismatch!");
+    Scheduler->finishBlock();
   }
-};
-} // namespace
+  Scheduler->finalizeSchedule();
+  DEBUG(LIS->print(dbgs()));
+  return true;
+}
 
-MachinePassRegistry MachineSchedRegistry::Registry;
+void MachineScheduler::print(raw_ostream &O, const Module* m) const {
+  // unimplemented
+}
 
-static ScheduleDAGInstrs *createDefaultMachineSched(MachineScheduler *P);
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+// MachineSchedStrategy - Interface to a machine scheduling algorithm.
+//===----------------------------------------------------------------------===//
 
-/// MachineSchedOpt allows command line selection of the scheduler.
-static cl::opt<MachineSchedRegistry::ScheduleDAGCtor, false,
-               RegisterPassParser<MachineSchedRegistry> >
-MachineSchedOpt("misched",
-                cl::init(&createDefaultMachineSched), cl::Hidden,
-                cl::desc("Machine instruction scheduler to use"));
+namespace {
+class ScheduleDAGMI;
+
+/// MachineSchedStrategy - Interface used by ScheduleDAGMI to drive the selected
+/// scheduling algorithm.
+///
+/// If this works well and targets wish to reuse ScheduleDAGMI, we may expose it
+/// in ScheduleDAGInstrs.h
+class MachineSchedStrategy {
+public:
+  virtual ~MachineSchedStrategy() {}
+
+  /// Initialize the strategy after building the DAG for a new region.
+  virtual void initialize(ScheduleDAGMI *DAG) = 0;
+
+  /// Pick the next node to schedule, or return NULL. Set IsTopNode to true to
+  /// schedule the node at the top of the unscheduled region. Otherwise it will
+  /// be scheduled at the bottom.
+  virtual SUnit *pickNode(bool &IsTopNode) = 0;
+
+  /// Notify MachineSchedStrategy that ScheduleDAGMI has scheduled a node.
+  virtual void schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode) = 0;
+
+  /// When all predecessor dependencies have been resolved, free this node for
+  /// top-down scheduling.
+  virtual void releaseTopNode(SUnit *SU) = 0;
+  /// When all successor dependencies have been resolved, free this node for
+  /// bottom-up scheduling.
+  virtual void releaseBottomNode(SUnit *SU) = 0;
+};
+} // namespace
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
-// Machine Instruction Scheduling Common Implementation
+// ScheduleDAGMI - Base class for MachineInstr scheduling with LiveIntervals
+// preservation.
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 namespace {
-/// MachineScheduler is an implementation of ScheduleDAGInstrs that schedules
+/// ScheduleDAGMI is an implementation of ScheduleDAGInstrs that schedules
 /// machine instructions while updating LiveIntervals.
-class ScheduleTopDownLive : public ScheduleDAGInstrs {
-protected:
-  MachineScheduler *Pass;
+class ScheduleDAGMI : public ScheduleDAGInstrs {
+  AliasAnalysis *AA;
+  RegisterClassInfo *RegClassInfo;
+  MachineSchedStrategy *SchedImpl;
+
+  MachineBasicBlock::iterator LiveRegionEnd;
+
+  /// Register pressure in this region computed by buildSchedGraph.
+  IntervalPressure RegPressure;
+  RegPressureTracker RPTracker;
+
+  /// List of pressure sets that exceed the target's pressure limit before
+  /// scheduling, listed in increasing set ID order. Each pressure set is paired
+  /// with its max pressure in the currently scheduled regions.
+  std::vector<PressureElement> RegionCriticalPSets;
+
+  /// The top of the unscheduled zone.
+  MachineBasicBlock::iterator CurrentTop;
+  IntervalPressure TopPressure;
+  RegPressureTracker TopRPTracker;
+
+  /// The bottom of the unscheduled zone.
+  MachineBasicBlock::iterator CurrentBottom;
+  IntervalPressure BotPressure;
+  RegPressureTracker BotRPTracker;
+
+#ifndef NDEBUG
+  /// The number of instructions scheduled so far. Used to cut off the
+  /// scheduler at the point determined by misched-cutoff.
+  unsigned NumInstrsScheduled;
+#endif
 public:
-  ScheduleTopDownLive(MachineScheduler *P):
-    ScheduleDAGInstrs(*P->MF, *P->MLI, *P->MDT, /*IsPostRA=*/false), Pass(P) {}
+  ScheduleDAGMI(MachineSchedContext *C, MachineSchedStrategy *S):
+    ScheduleDAGInstrs(*C->MF, *C->MLI, *C->MDT, /*IsPostRA=*/false, C->LIS),
+    AA(C->AA), RegClassInfo(C->RegClassInfo), SchedImpl(S),
+    RPTracker(RegPressure), CurrentTop(), TopRPTracker(TopPressure),
+    CurrentBottom(), BotRPTracker(BotPressure) {
+#ifndef NDEBUG
+    NumInstrsScheduled = 0;
+#endif
+  }
 
-  /// ScheduleDAGInstrs callback.
-  void Schedule();
+  ~ScheduleDAGMI() {
+    delete SchedImpl;
+  }
+
+  MachineBasicBlock::iterator top() const { return CurrentTop; }
+  MachineBasicBlock::iterator bottom() const { return CurrentBottom; }
+
+  /// Implement the ScheduleDAGInstrs interface for handling the next scheduling
+  /// region. This covers all instructions in a block, while schedule() may only
+  /// cover a subset.
+  void enterRegion(MachineBasicBlock *bb,
+                   MachineBasicBlock::iterator begin,
+                   MachineBasicBlock::iterator end,
+                   unsigned endcount);
+
+  /// Implement ScheduleDAGInstrs interface for scheduling a sequence of
+  /// reorderable instructions.
+  void schedule();
+
+  /// Get current register pressure for the top scheduled instructions.
+  const IntervalPressure &getTopPressure() const { return TopPressure; }
+  const RegPressureTracker &getTopRPTracker() const { return TopRPTracker; }
+
+  /// Get current register pressure for the bottom scheduled instructions.
+  const IntervalPressure &getBotPressure() const { return BotPressure; }
+  const RegPressureTracker &getBotRPTracker() const { return BotRPTracker; }
 
-  /// Interface implemented by the selected top-down liveinterval scheduler.
-  ///
-  /// Pick the next node to schedule, or return NULL.
-  virtual SUnit *pickNode() = 0;
+  /// Get register pressure for the entire scheduling region before scheduling.
+  const IntervalPressure &getRegPressure() const { return RegPressure; }
 
-  /// When all preceeding dependencies have been resolved, free this node for
-  /// scheduling.
-  virtual void releaseNode(SUnit *SU) = 0;
+  const std::vector<PressureElement> &getRegionCriticalPSets() const {
+    return RegionCriticalPSets;
+  }
+
+  /// getIssueWidth - Return the max instructions per scheduling group.
+  unsigned getIssueWidth() const {
+    return (InstrItins && InstrItins->SchedModel)
+      ? InstrItins->SchedModel->IssueWidth : 1;
+  }
+
+  /// getNumMicroOps - Return the number of issue slots required for this MI.
+  unsigned getNumMicroOps(MachineInstr *MI) const {
+    if (!InstrItins) return 1;
+    int UOps = InstrItins->getNumMicroOps(MI->getDesc().getSchedClass());
+    return (UOps >= 0) ? UOps : TII->getNumMicroOps(InstrItins, MI);
+  }
 
 protected:
+  void initRegPressure();
+  void updateScheduledPressure(std::vector<unsigned> NewMaxPressure);
+
+  void moveInstruction(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock::iterator InsertPos);
+  bool checkSchedLimit();
+
+  void releaseRoots();
+
   void releaseSucc(SUnit *SU, SDep *SuccEdge);
   void releaseSuccessors(SUnit *SU);
+  void releasePred(SUnit *SU, SDep *PredEdge);
+  void releasePredecessors(SUnit *SU);
+
+  void placeDebugValues();
 };
 } // namespace
 
 /// ReleaseSucc - Decrement the NumPredsLeft count of a successor. When
 /// NumPredsLeft reaches zero, release the successor node.
-void ScheduleTopDownLive::releaseSucc(SUnit *SU, SDep *SuccEdge) {
+///
+/// FIXME: Adjust SuccSU height based on MinLatency.
+void ScheduleDAGMI::releaseSucc(SUnit *SU, SDep *SuccEdge) {
   SUnit *SuccSU = SuccEdge->getSUnit();
 
 #ifndef NDEBUG
@@ -195,206 +449,972 @@ void ScheduleTopDownLive::releaseSucc(SUnit *SU, SDep *SuccEdge) {
 #endif
   --SuccSU->NumPredsLeft;
   if (SuccSU->NumPredsLeft == 0 && SuccSU != &ExitSU)
-    releaseNode(SuccSU);
+    SchedImpl->releaseTopNode(SuccSU);
 }
 
 /// releaseSuccessors - Call releaseSucc on each of SU's successors.
-void ScheduleTopDownLive::releaseSuccessors(SUnit *SU) {
+void ScheduleDAGMI::releaseSuccessors(SUnit *SU) {
   for (SUnit::succ_iterator I = SU->Succs.begin(), E = SU->Succs.end();
        I != E; ++I) {
     releaseSucc(SU, &*I);
   }
 }
 
-/// Schedule - This is called back from ScheduleDAGInstrs::Run() when it's
-/// time to do some work.
-void ScheduleTopDownLive::Schedule() {
-  BuildSchedGraph(&Pass->getAnalysis<AliasAnalysis>());
-
-  DEBUG(dbgs() << "********** MI Scheduling **********\n");
-  DEBUG(for (unsigned su = 0, e = SUnits.size(); su != e; ++su)
-          SUnits[su].dumpAll(this));
+/// ReleasePred - Decrement the NumSuccsLeft count of a predecessor. When
+/// NumSuccsLeft reaches zero, release the predecessor node.
+///
+/// FIXME: Adjust PredSU height based on MinLatency.
+void ScheduleDAGMI::releasePred(SUnit *SU, SDep *PredEdge) {
+  SUnit *PredSU = PredEdge->getSUnit();
 
-  // Release any successors of the special Entry node. It is currently unused,
-  // but we keep up appearances.
-  releaseSuccessors(&EntrySU);
+#ifndef NDEBUG
+  if (PredSU->NumSuccsLeft == 0) {
+    dbgs() << "*** Scheduling failed! ***\n";
+    PredSU->dump(this);
+    dbgs() << " has been released too many times!\n";
+    llvm_unreachable(0);
+  }
+#endif
+  --PredSU->NumSuccsLeft;
+  if (PredSU->NumSuccsLeft == 0 && PredSU != &EntrySU)
+    SchedImpl->releaseBottomNode(PredSU);
+}
 
-  // Release all DAG roots for scheduling.
-  for (std::vector<SUnit>::iterator I = SUnits.begin(), E = SUnits.end();
+/// releasePredecessors - Call releasePred on each of SU's predecessors.
+void ScheduleDAGMI::releasePredecessors(SUnit *SU) {
+  for (SUnit::pred_iterator I = SU->Preds.begin(), E = SU->Preds.end();
        I != E; ++I) {
-    // A SUnit is ready to schedule if it has no predecessors.
-    if (I->Preds.empty())
-      releaseNode(&(*I));
+    releasePred(SU, &*I);
   }
+}
 
-  InsertPos = Begin;
-  while (SUnit *SU = pickNode()) {
-    DEBUG(dbgs() << "*** Scheduling Instruction:\n"; SU->dump(this));
+void ScheduleDAGMI::moveInstruction(MachineInstr *MI,
+                                    MachineBasicBlock::iterator InsertPos) {
+  // Advance RegionBegin if the first instruction moves down.
+  if (&*RegionBegin == MI)
+    ++RegionBegin;
 
-    // Move the instruction to its new location in the instruction stream.
-    MachineInstr *MI = SU->getInstr();
-    if (&*InsertPos == MI)
-      ++InsertPos;
-    else {
-      BB->splice(InsertPos, BB, MI);
-      if (Begin == InsertPos)
-        Begin = MI;
-    }
+  // Update the instruction stream.
+  BB->splice(InsertPos, BB, MI);
+
+  // Update LiveIntervals
+  LIS->handleMove(MI);
+
+  // Recede RegionBegin if an instruction moves above the first.
+  if (RegionBegin == InsertPos)
+    RegionBegin = MI;
+}
 
-    // TODO: Update live intervals.
+bool ScheduleDAGMI::checkSchedLimit() {
+#ifndef NDEBUG
+  if (NumInstrsScheduled == MISchedCutoff && MISchedCutoff != ~0U) {
+    CurrentTop = CurrentBottom;
+    return false;
+  }
+  ++NumInstrsScheduled;
+#endif
+  return true;
+}
+
+/// enterRegion - Called back from MachineScheduler::runOnMachineFunction after
+/// crossing a scheduling boundary. [begin, end) includes all instructions in
+/// the region, including the boundary itself and single-instruction regions
+/// that don't get scheduled.
+void ScheduleDAGMI::enterRegion(MachineBasicBlock *bb,
+                                MachineBasicBlock::iterator begin,
+                                MachineBasicBlock::iterator end,
+                                unsigned endcount)
+{
+  ScheduleDAGInstrs::enterRegion(bb, begin, end, endcount);
+
+  // For convenience remember the end of the liveness region.
+  LiveRegionEnd =
+    (RegionEnd == bb->end()) ? RegionEnd : llvm::next(RegionEnd);
+}
+
+// Setup the register pressure trackers for the top scheduled top and bottom
+// scheduled regions.
+void ScheduleDAGMI::initRegPressure() {
+  TopRPTracker.init(&MF, RegClassInfo, LIS, BB, RegionBegin);
+  BotRPTracker.init(&MF, RegClassInfo, LIS, BB, LiveRegionEnd);
+
+  // Close the RPTracker to finalize live ins.
+  RPTracker.closeRegion();
+
+  DEBUG(RPTracker.getPressure().dump(TRI));
+
+  // Initialize the live ins and live outs.
+  TopRPTracker.addLiveRegs(RPTracker.getPressure().LiveInRegs);
+  BotRPTracker.addLiveRegs(RPTracker.getPressure().LiveOutRegs);
 
-    // Release dependent instructions for scheduling.
-    releaseSuccessors(SU);
+  // Close one end of the tracker so we can call
+  // getMaxUpward/DownwardPressureDelta before advancing across any
+  // instructions. This converts currently live regs into live ins/outs.
+  TopRPTracker.closeTop();
+  BotRPTracker.closeBottom();
+
+  // Account for liveness generated by the region boundary.
+  if (LiveRegionEnd != RegionEnd)
+    BotRPTracker.recede();
+
+  assert(BotRPTracker.getPos() == RegionEnd && "Can't find the region bottom");
+
+  // Cache the list of excess pressure sets in this region. This will also track
+  // the max pressure in the scheduled code for these sets.
+  RegionCriticalPSets.clear();
+  std::vector<unsigned> RegionPressure = RPTracker.getPressure().MaxSetPressure;
+  for (unsigned i = 0, e = RegionPressure.size(); i < e; ++i) {
+    unsigned Limit = TRI->getRegPressureSetLimit(i);
+    if (RegionPressure[i] > Limit)
+      RegionCriticalPSets.push_back(PressureElement(i, 0));
   }
+  DEBUG(dbgs() << "Excess PSets: ";
+        for (unsigned i = 0, e = RegionCriticalPSets.size(); i != e; ++i)
+          dbgs() << TRI->getRegPressureSetName(
+            RegionCriticalPSets[i].PSetID) << " ";
+        dbgs() << "\n");
 }
 
-bool MachineScheduler::runOnMachineFunction(MachineFunction &mf) {
-  // Initialize the context of the pass.
-  MF = &mf;
-  MLI = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
-  MDT = &getAnalysis<MachineDominatorTree>();
-  TII = MF->getTarget().getInstrInfo();
+// FIXME: When the pressure tracker deals in pressure differences then we won't
+// iterate over all RegionCriticalPSets[i].
+void ScheduleDAGMI::
+updateScheduledPressure(std::vector<unsigned> NewMaxPressure) {
+  for (unsigned i = 0, e = RegionCriticalPSets.size(); i < e; ++i) {
+    unsigned ID = RegionCriticalPSets[i].PSetID;
+    int &MaxUnits = RegionCriticalPSets[i].UnitIncrease;
+    if ((int)NewMaxPressure[ID] > MaxUnits)
+      MaxUnits = NewMaxPressure[ID];
+  }
+}
 
-  // Select the scheduler, or set the default.
-  MachineSchedRegistry::ScheduleDAGCtor Ctor =
-    MachineSchedRegistry::getDefault();
-  if (!Ctor) {
-    Ctor = MachineSchedOpt;
-    MachineSchedRegistry::setDefault(Ctor);
+// Release all DAG roots for scheduling.
+void ScheduleDAGMI::releaseRoots() {
+  SmallVector<SUnit*, 16> BotRoots;
+
+  for (std::vector<SUnit>::iterator
+         I = SUnits.begin(), E = SUnits.end(); I != E; ++I) {
+    // A SUnit is ready to top schedule if it has no predecessors.
+    if (I->Preds.empty())
+      SchedImpl->releaseTopNode(&(*I));
+    // A SUnit is ready to bottom schedule if it has no successors.
+    if (I->Succs.empty())
+      BotRoots.push_back(&(*I));
   }
-  // Instantiate the selected scheduler.
-  OwningPtr<ScheduleDAGInstrs> Scheduler(Ctor(this));
+  // Release bottom roots in reverse order so the higher priority nodes appear
+  // first. This is more natural and slightly more efficient.
+  for (SmallVectorImpl<SUnit*>::const_reverse_iterator
+         I = BotRoots.rbegin(), E = BotRoots.rend(); I != E; ++I)
+    SchedImpl->releaseBottomNode(*I);
+}
 
-  // Visit all machine basic blocks.
-  for (MachineFunction::iterator MBB = MF->begin(), MBBEnd = MF->end();
-       MBB != MBBEnd; ++MBB) {
+/// schedule - Called back from MachineScheduler::runOnMachineFunction
+/// after setting up the current scheduling region. [RegionBegin, RegionEnd)
+/// only includes instructions that have DAG nodes, not scheduling boundaries.
+void ScheduleDAGMI::schedule() {
+  // Initialize the register pressure tracker used by buildSchedGraph.
+  RPTracker.init(&MF, RegClassInfo, LIS, BB, LiveRegionEnd);
 
-    // Break the block into scheduling regions [I, RegionEnd), and schedule each
-    // region as soon as it is discovered.
-    unsigned RemainingCount = MBB->size();
-    for(MachineBasicBlock::iterator RegionEnd = MBB->end();
-        RegionEnd != MBB->begin();) {
-      // The next region starts above the previous region. Look backward in the
-      // instruction stream until we find the nearest boundary.
-      MachineBasicBlock::iterator I = RegionEnd;
-      for(;I != MBB->begin(); --I, --RemainingCount) {
-        if (TII->isSchedulingBoundary(llvm::prior(I), MBB, *MF))
-          break;
-      }
-      if (I == RegionEnd) {
-        // Skip empty scheduling regions.
-        RegionEnd = llvm::prior(RegionEnd);
-        --RemainingCount;
-        continue;
+  // Account for liveness generate by the region boundary.
+  if (LiveRegionEnd != RegionEnd)
+    RPTracker.recede();
+
+  // Build the DAG, and compute current register pressure.
+  buildSchedGraph(AA, &RPTracker);
+
+  // Initialize top/bottom trackers after computing region pressure.
+  initRegPressure();
+
+  DEBUG(for (unsigned su = 0, e = SUnits.size(); su != e; ++su)
+          SUnits[su].dumpAll(this));
+
+  if (ViewMISchedDAGs) viewGraph();
+
+  SchedImpl->initialize(this);
+
+  // Release edges from the special Entry node or to the special Exit node.
+  releaseSuccessors(&EntrySU);
+  releasePredecessors(&ExitSU);
+
+  // Release all DAG roots for scheduling.
+  releaseRoots();
+
+  CurrentTop = nextIfDebug(RegionBegin, RegionEnd);
+  CurrentBottom = RegionEnd;
+  bool IsTopNode = false;
+  while (SUnit *SU = SchedImpl->pickNode(IsTopNode)) {
+    if (!checkSchedLimit())
+      break;
+
+    // Move the instruction to its new location in the instruction stream.
+    MachineInstr *MI = SU->getInstr();
+
+    if (IsTopNode) {
+      assert(SU->isTopReady() && "node still has unscheduled dependencies");
+      if (&*CurrentTop == MI)
+        CurrentTop = nextIfDebug(++CurrentTop, CurrentBottom);
+      else {
+        moveInstruction(MI, CurrentTop);
+        TopRPTracker.setPos(MI);
       }
-      // Skip regions with one instruction.
-      if (I == llvm::prior(RegionEnd)) {
-        RegionEnd = llvm::prior(RegionEnd);
-        continue;
+
+      // Update top scheduled pressure.
+      TopRPTracker.advance();
+      assert(TopRPTracker.getPos() == CurrentTop && "out of sync");
+      updateScheduledPressure(TopRPTracker.getPressure().MaxSetPressure);
+
+      // Release dependent instructions for scheduling.
+      releaseSuccessors(SU);
+    }
+    else {
+      assert(SU->isBottomReady() && "node still has unscheduled dependencies");
+      MachineBasicBlock::iterator priorII =
+        priorNonDebug(CurrentBottom, CurrentTop);
+      if (&*priorII == MI)
+        CurrentBottom = priorII;
+      else {
+        if (&*CurrentTop == MI) {
+          CurrentTop = nextIfDebug(++CurrentTop, priorII);
+          TopRPTracker.setPos(CurrentTop);
+        }
+        moveInstruction(MI, CurrentBottom);
+        CurrentBottom = MI;
       }
-      DEBUG(dbgs() << "MachineScheduling " << MF->getFunction()->getName()
-            << ":BB#" << MBB->getNumber() << "\n  From: " << *I << "    To: "
-            << *RegionEnd << " Remaining: " << RemainingCount << "\n");
-
-      // Inform ScheduleDAGInstrs of the region being scheduled. It calls back
-      // to our Schedule() method.
-      Scheduler->Run(MBB, I, RegionEnd, MBB->size());
-      RegionEnd = Scheduler->Begin;
+      // Update bottom scheduled pressure.
+      BotRPTracker.recede();
+      assert(BotRPTracker.getPos() == CurrentBottom && "out of sync");
+      updateScheduledPressure(BotRPTracker.getPressure().MaxSetPressure);
+
+      // Release dependent instructions for scheduling.
+      releasePredecessors(SU);
     }
-    assert(RemainingCount == 0 && "Instruction count mismatch!");
+    SU->isScheduled = true;
+    SchedImpl->schedNode(SU, IsTopNode);
   }
-  return true;
+  assert(CurrentTop == CurrentBottom && "Nonempty unscheduled zone.");
+
+  placeDebugValues();
 }
 
-void MachineScheduler::print(raw_ostream &O, const Module* m) const {
-  // unimplemented
+/// Reinsert any remaining debug_values, just like the PostRA scheduler.
+void ScheduleDAGMI::placeDebugValues() {
+  // If first instruction was a DBG_VALUE then put it back.
+  if (FirstDbgValue) {
+    BB->splice(RegionBegin, BB, FirstDbgValue);
+    RegionBegin = FirstDbgValue;
+  }
+
+  for (std::vector<std::pair<MachineInstr *, MachineInstr *> >::iterator
+         DI = DbgValues.end(), DE = DbgValues.begin(); DI != DE; --DI) {
+    std::pair<MachineInstr *, MachineInstr *> P = *prior(DI);
+    MachineInstr *DbgValue = P.first;
+    MachineBasicBlock::iterator OrigPrevMI = P.second;
+    BB->splice(++OrigPrevMI, BB, DbgValue);
+    if (OrigPrevMI == llvm::prior(RegionEnd))
+      RegionEnd = DbgValue;
+  }
+  DbgValues.clear();
+  FirstDbgValue = NULL;
 }
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
-// Placeholder for extending the machine instruction scheduler.
+// ConvergingScheduler - Implementation of the standard MachineSchedStrategy.
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 namespace {
-class DefaultMachineScheduler : public ScheduleDAGInstrs {
-  MachineScheduler *Pass;
+/// ReadyQueue encapsulates vector of "ready" SUnits with basic convenience
+/// methods for pushing and removing nodes. ReadyQueue's are uniquely identified
+/// by an ID. SUnit::NodeQueueId is a mask of the ReadyQueues the SUnit is in.
+class ReadyQueue {
+  unsigned ID;
+  std::string Name;
+  std::vector<SUnit*> Queue;
+
+public:
+  ReadyQueue(unsigned id, const Twine &name): ID(id), Name(name.str()) {}
+
+  unsigned getID() const { return ID; }
+
+  StringRef getName() const { return Name; }
+
+  // SU is in this queue if it's NodeQueueID is a superset of this ID.
+  bool isInQueue(SUnit *SU) const { return (SU->NodeQueueId & ID); }
+
+  bool empty() const { return Queue.empty(); }
+
+  unsigned size() const { return Queue.size(); }
+
+  typedef std::vector<SUnit*>::iterator iterator;
+
+  iterator begin() { return Queue.begin(); }
+
+  iterator end() { return Queue.end(); }
+
+  iterator find(SUnit *SU) {
+    return std::find(Queue.begin(), Queue.end(), SU);
+  }
+
+  void push(SUnit *SU) {
+    Queue.push_back(SU);
+    SU->NodeQueueId |= ID;
+  }
+
+  void remove(iterator I) {
+    (*I)->NodeQueueId &= ~ID;
+    *I = Queue.back();
+    Queue.pop_back();
+  }
+
+  void dump() {
+    dbgs() << Name << ": ";
+    for (unsigned i = 0, e = Queue.size(); i < e; ++i)
+      dbgs() << Queue[i]->NodeNum << " ";
+    dbgs() << "\n";
+  }
+};
+
+/// ConvergingScheduler shrinks the unscheduled zone using heuristics to balance
+/// the schedule.
+class ConvergingScheduler : public MachineSchedStrategy {
+
+  /// Store the state used by ConvergingScheduler heuristics, required for the
+  /// lifetime of one invocation of pickNode().
+  struct SchedCandidate {
+    // The best SUnit candidate.
+    SUnit *SU;
+
+    // Register pressure values for the best candidate.
+    RegPressureDelta RPDelta;
+
+    SchedCandidate(): SU(NULL) {}
+  };
+  /// Represent the type of SchedCandidate found within a single queue.
+  enum CandResult {
+    NoCand, NodeOrder, SingleExcess, SingleCritical, SingleMax, MultiPressure };
+
+  /// Each Scheduling boundary is associated with ready queues. It tracks the
+  /// current cycle in whichever direction at has moved, and maintains the state
+  /// of "hazards" and other interlocks at the current cycle.
+  struct SchedBoundary {
+    ScheduleDAGMI *DAG;
+
+    ReadyQueue Available;
+    ReadyQueue Pending;
+    bool CheckPending;
+
+    ScheduleHazardRecognizer *HazardRec;
+
+    unsigned CurrCycle;
+    unsigned IssueCount;
+
+    /// MinReadyCycle - Cycle of the soonest available instruction.
+    unsigned MinReadyCycle;
+
+    // Remember the greatest min operand latency.
+    unsigned MaxMinLatency;
+
+    /// Pending queues extend the ready queues with the same ID and the
+    /// PendingFlag set.
+    SchedBoundary(unsigned ID, const Twine &Name):
+      DAG(0), Available(ID, Name+".A"),
+      Pending(ID << ConvergingScheduler::LogMaxQID, Name+".P"),
+      CheckPending(false), HazardRec(0), CurrCycle(0), IssueCount(0),
+      MinReadyCycle(UINT_MAX), MaxMinLatency(0) {}
+
+    ~SchedBoundary() { delete HazardRec; }
+
+    bool isTop() const {
+      return Available.getID() == ConvergingScheduler::TopQID;
+    }
+
+    bool checkHazard(SUnit *SU);
+
+    void releaseNode(SUnit *SU, unsigned ReadyCycle);
+
+    void bumpCycle();
+
+    void bumpNode(SUnit *SU);
+
+    void releasePending();
+
+    void removeReady(SUnit *SU);
+
+    SUnit *pickOnlyChoice();
+  };
+
+  ScheduleDAGMI *DAG;
+  const TargetRegisterInfo *TRI;
+
+  // State of the top and bottom scheduled instruction boundaries.
+  SchedBoundary Top;
+  SchedBoundary Bot;
+
 public:
-  DefaultMachineScheduler(MachineScheduler *P):
-    ScheduleDAGInstrs(*P->MF, *P->MLI, *P->MDT, /*IsPostRA=*/false), Pass(P) {}
+  /// SUnit::NodeQueueId: 0 (none), 1 (top), 2 (bot), 3 (both)
+  enum {
+    TopQID = 1,
+    BotQID = 2,
+    LogMaxQID = 2
+  };
+
+  ConvergingScheduler():
+    DAG(0), TRI(0), Top(TopQID, "TopQ"), Bot(BotQID, "BotQ") {}
+
+  virtual void initialize(ScheduleDAGMI *dag);
+
+  virtual SUnit *pickNode(bool &IsTopNode);
+
+  virtual void schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode);
 
-  /// Schedule - This is called back from ScheduleDAGInstrs::Run() when it's
-  /// time to do some work.
-  void Schedule();
+  virtual void releaseTopNode(SUnit *SU);
+
+  virtual void releaseBottomNode(SUnit *SU);
+
+protected:
+  SUnit *pickNodeBidrectional(bool &IsTopNode);
+
+  CandResult pickNodeFromQueue(ReadyQueue &Q,
+                               const RegPressureTracker &RPTracker,
+                               SchedCandidate &Candidate);
+#ifndef NDEBUG
+  void traceCandidate(const char *Label, const ReadyQueue &Q, SUnit *SU,
+                      PressureElement P = PressureElement());
+#endif
 };
 } // namespace
 
-static ScheduleDAGInstrs *createDefaultMachineSched(MachineScheduler *P) {
-  return new DefaultMachineScheduler(P);
+void ConvergingScheduler::initialize(ScheduleDAGMI *dag) {
+  DAG = dag;
+  TRI = DAG->TRI;
+  Top.DAG = dag;
+  Bot.DAG = dag;
+
+  // Initialize the HazardRecognizers.
+  const TargetMachine &TM = DAG->MF.getTarget();
+  const InstrItineraryData *Itin = TM.getInstrItineraryData();
+  Top.HazardRec = TM.getInstrInfo()->CreateTargetMIHazardRecognizer(Itin, DAG);
+  Bot.HazardRec = TM.getInstrInfo()->CreateTargetMIHazardRecognizer(Itin, DAG);
+
+  assert((!ForceTopDown || !ForceBottomUp) &&
+         "-misched-topdown incompatible with -misched-bottomup");
+}
+
+void ConvergingScheduler::releaseTopNode(SUnit *SU) {
+  if (SU->isScheduled)
+    return;
+
+  for (SUnit::succ_iterator I = SU->Preds.begin(), E = SU->Preds.end();
+       I != E; ++I) {
+    unsigned PredReadyCycle = I->getSUnit()->TopReadyCycle;
+    unsigned Latency =
+      DAG->computeOperandLatency(I->getSUnit(), SU, *I, /*FindMin=*/true);
+#ifndef NDEBUG
+    Top.MaxMinLatency = std::max(Latency, Top.MaxMinLatency);
+#endif
+    if (SU->TopReadyCycle < PredReadyCycle + Latency)
+      SU->TopReadyCycle = PredReadyCycle + Latency;
+  }
+  Top.releaseNode(SU, SU->TopReadyCycle);
 }
-static MachineSchedRegistry
-SchedDefaultRegistry("default", "Activate the scheduler pass, "
-                     "but don't reorder instructions",
-                     createDefaultMachineSched);
 
+void ConvergingScheduler::releaseBottomNode(SUnit *SU) {
+  if (SU->isScheduled)
+    return;
 
-/// Schedule - This is called back from ScheduleDAGInstrs::Run() when it's
-/// time to do some work.
-void DefaultMachineScheduler::Schedule() {
-  BuildSchedGraph(&Pass->getAnalysis<AliasAnalysis>());
+  assert(SU->getInstr() && "Scheduled SUnit must have instr");
 
-  DEBUG(dbgs() << "********** MI Scheduling **********\n");
-  DEBUG(for (unsigned su = 0, e = SUnits.size(); su != e; ++su)
-          SUnits[su].dumpAll(this));
+  for (SUnit::succ_iterator I = SU->Succs.begin(), E = SU->Succs.end();
+       I != E; ++I) {
+    unsigned SuccReadyCycle = I->getSUnit()->BotReadyCycle;
+    unsigned Latency =
+      DAG->computeOperandLatency(SU, I->getSUnit(), *I, /*FindMin=*/true);
+#ifndef NDEBUG
+    Bot.MaxMinLatency = std::max(Latency, Bot.MaxMinLatency);
+#endif
+    if (SU->BotReadyCycle < SuccReadyCycle + Latency)
+      SU->BotReadyCycle = SuccReadyCycle + Latency;
+  }
+  Bot.releaseNode(SU, SU->BotReadyCycle);
+}
 
-  // TODO: Put interesting things here.
+/// Does this SU have a hazard within the current instruction group.
+///
+/// The scheduler supports two modes of hazard recognition. The first is the
+/// ScheduleHazardRecognizer API. It is a fully general hazard recognizer that
+/// supports highly complicated in-order reservation tables
+/// (ScoreboardHazardRecognizer) and arbitraty target-specific logic.
+///
+/// The second is a streamlined mechanism that checks for hazards based on
+/// simple counters that the scheduler itself maintains. It explicitly checks
+/// for instruction dispatch limitations, including the number of micro-ops that
+/// can dispatch per cycle.
+///
+/// TODO: Also check whether the SU must start a new group.
+bool ConvergingScheduler::SchedBoundary::checkHazard(SUnit *SU) {
+  if (HazardRec->isEnabled())
+    return HazardRec->getHazardType(SU) != ScheduleHazardRecognizer::NoHazard;
+
+  if (IssueCount + DAG->getNumMicroOps(SU->getInstr()) > DAG->getIssueWidth())
+    return true;
+
+  return false;
+}
+
+void ConvergingScheduler::SchedBoundary::releaseNode(SUnit *SU,
+                                                     unsigned ReadyCycle) {
+  if (ReadyCycle < MinReadyCycle)
+    MinReadyCycle = ReadyCycle;
+
+  // Check for interlocks first. For the purpose of other heuristics, an
+  // instruction that cannot issue appears as if it's not in the ReadyQueue.
+  if (ReadyCycle > CurrCycle || checkHazard(SU))
+    Pending.push(SU);
+  else
+    Available.push(SU);
+}
+
+/// Move the boundary of scheduled code by one cycle.
+void ConvergingScheduler::SchedBoundary::bumpCycle() {
+  unsigned Width = DAG->getIssueWidth();
+  IssueCount = (IssueCount <= Width) ? 0 : IssueCount - Width;
+
+  assert(MinReadyCycle < UINT_MAX && "MinReadyCycle uninitialized");
+  unsigned NextCycle = std::max(CurrCycle + 1, MinReadyCycle);
+
+  if (!HazardRec->isEnabled()) {
+    // Bypass HazardRec virtual calls.
+    CurrCycle = NextCycle;
+  }
+  else {
+    // Bypass getHazardType calls in case of long latency.
+    for (; CurrCycle != NextCycle; ++CurrCycle) {
+      if (isTop())
+        HazardRec->AdvanceCycle();
+      else
+        HazardRec->RecedeCycle();
+    }
+  }
+  CheckPending = true;
+
+  DEBUG(dbgs() << "*** " << Available.getName() << " cycle "
+        << CurrCycle << '\n');
+}
+
+/// Move the boundary of scheduled code by one SUnit.
+void ConvergingScheduler::SchedBoundary::bumpNode(SUnit *SU) {
+  // Update the reservation table.
+  if (HazardRec->isEnabled()) {
+    if (!isTop() && SU->isCall) {
+      // Calls are scheduled with their preceding instructions. For bottom-up
+      // scheduling, clear the pipeline state before emitting.
+      HazardRec->Reset();
+    }
+    HazardRec->EmitInstruction(SU);
+  }
+  // Check the instruction group dispatch limit.
+  // TODO: Check if this SU must end a dispatch group.
+  IssueCount += DAG->getNumMicroOps(SU->getInstr());
+  if (IssueCount >= DAG->getIssueWidth()) {
+    DEBUG(dbgs() << "*** Max instrs at cycle " << CurrCycle << '\n');
+    bumpCycle();
+  }
+}
+
+/// Release pending ready nodes in to the available queue. This makes them
+/// visible to heuristics.
+void ConvergingScheduler::SchedBoundary::releasePending() {
+  // If the available queue is empty, it is safe to reset MinReadyCycle.
+  if (Available.empty())
+    MinReadyCycle = UINT_MAX;
+
+  // Check to see if any of the pending instructions are ready to issue.  If
+  // so, add them to the available queue.
+  for (unsigned i = 0, e = Pending.size(); i != e; ++i) {
+    SUnit *SU = *(Pending.begin()+i);
+    unsigned ReadyCycle = isTop() ? SU->TopReadyCycle : SU->BotReadyCycle;
+
+    if (ReadyCycle < MinReadyCycle)
+      MinReadyCycle = ReadyCycle;
+
+    if (ReadyCycle > CurrCycle)
+      continue;
+
+    if (checkHazard(SU))
+      continue;
+
+    Available.push(SU);
+    Pending.remove(Pending.begin()+i);
+    --i; --e;
+  }
+  CheckPending = false;
+}
+
+/// Remove SU from the ready set for this boundary.
+void ConvergingScheduler::SchedBoundary::removeReady(SUnit *SU) {
+  if (Available.isInQueue(SU))
+    Available.remove(Available.find(SU));
+  else {
+    assert(Pending.isInQueue(SU) && "bad ready count");
+    Pending.remove(Pending.find(SU));
+  }
+}
+
+/// If this queue only has one ready candidate, return it. As a side effect,
+/// advance the cycle until at least one node is ready. If multiple instructions
+/// are ready, return NULL.
+SUnit *ConvergingScheduler::SchedBoundary::pickOnlyChoice() {
+  if (CheckPending)
+    releasePending();
+
+  for (unsigned i = 0; Available.empty(); ++i) {
+    assert(i <= (HazardRec->getMaxLookAhead() + MaxMinLatency) &&
+           "permanent hazard"); (void)i;
+    bumpCycle();
+    releasePending();
+  }
+  if (Available.size() == 1)
+    return *Available.begin();
+  return NULL;
+}
+
+#ifndef NDEBUG
+void ConvergingScheduler::traceCandidate(const char *Label, const ReadyQueue &Q,
+                                         SUnit *SU, PressureElement P) {
+  dbgs() << Label << " " << Q.getName() << " ";
+  if (P.isValid())
+    dbgs() << TRI->getRegPressureSetName(P.PSetID) << ":" << P.UnitIncrease
+           << " ";
+  else
+    dbgs() << "     ";
+  SU->dump(DAG);
+}
+#endif
+
+/// pickNodeFromQueue helper that returns true if the LHS reg pressure effect is
+/// more desirable than RHS from scheduling standpoint.
+static bool compareRPDelta(const RegPressureDelta &LHS,
+                           const RegPressureDelta &RHS) {
+  // Compare each component of pressure in decreasing order of importance
+  // without checking if any are valid. Invalid PressureElements are assumed to
+  // have UnitIncrease==0, so are neutral.
+
+  // Avoid increasing the max critical pressure in the scheduled region.
+  if (LHS.Excess.UnitIncrease != RHS.Excess.UnitIncrease)
+    return LHS.Excess.UnitIncrease < RHS.Excess.UnitIncrease;
+
+  // Avoid increasing the max critical pressure in the scheduled region.
+  if (LHS.CriticalMax.UnitIncrease != RHS.CriticalMax.UnitIncrease)
+    return LHS.CriticalMax.UnitIncrease < RHS.CriticalMax.UnitIncrease;
+
+  // Avoid increasing the max pressure of the entire region.
+  if (LHS.CurrentMax.UnitIncrease != RHS.CurrentMax.UnitIncrease)
+    return LHS.CurrentMax.UnitIncrease < RHS.CurrentMax.UnitIncrease;
+
+  return false;
+}
+
+/// Pick the best candidate from the top queue.
+///
+/// TODO: getMaxPressureDelta results can be mostly cached for each SUnit during
+/// DAG building. To adjust for the current scheduling location we need to
+/// maintain the number of vreg uses remaining to be top-scheduled.
+ConvergingScheduler::CandResult ConvergingScheduler::
+pickNodeFromQueue(ReadyQueue &Q, const RegPressureTracker &RPTracker,
+                  SchedCandidate &Candidate) {
+  DEBUG(Q.dump());
+
+  // getMaxPressureDelta temporarily modifies the tracker.
+  RegPressureTracker &TempTracker = const_cast<RegPressureTracker&>(RPTracker);
+
+  // BestSU remains NULL if no top candidates beat the best existing candidate.
+  CandResult FoundCandidate = NoCand;
+  for (ReadyQueue::iterator I = Q.begin(), E = Q.end(); I != E; ++I) {
+    RegPressureDelta RPDelta;
+    TempTracker.getMaxPressureDelta((*I)->getInstr(), RPDelta,
+                                    DAG->getRegionCriticalPSets(),
+                                    DAG->getRegPressure().MaxSetPressure);
+
+    // Initialize the candidate if needed.
+    if (!Candidate.SU) {
+      Candidate.SU = *I;
+      Candidate.RPDelta = RPDelta;
+      FoundCandidate = NodeOrder;
+      continue;
+    }
+    // Avoid exceeding the target's limit.
+    if (RPDelta.Excess.UnitIncrease < Candidate.RPDelta.Excess.UnitIncrease) {
+      DEBUG(traceCandidate("ECAND", Q, *I, RPDelta.Excess));
+      Candidate.SU = *I;
+      Candidate.RPDelta = RPDelta;
+      FoundCandidate = SingleExcess;
+      continue;
+    }
+    if (RPDelta.Excess.UnitIncrease > Candidate.RPDelta.Excess.UnitIncrease)
+      continue;
+    if (FoundCandidate == SingleExcess)
+      FoundCandidate = MultiPressure;
+
+    // Avoid increasing the max critical pressure in the scheduled region.
+    if (RPDelta.CriticalMax.UnitIncrease
+        < Candidate.RPDelta.CriticalMax.UnitIncrease) {
+      DEBUG(traceCandidate("PCAND", Q, *I, RPDelta.CriticalMax));
+      Candidate.SU = *I;
+      Candidate.RPDelta = RPDelta;
+      FoundCandidate = SingleCritical;
+      continue;
+    }
+    if (RPDelta.CriticalMax.UnitIncrease
+        > Candidate.RPDelta.CriticalMax.UnitIncrease)
+      continue;
+    if (FoundCandidate == SingleCritical)
+      FoundCandidate = MultiPressure;
+
+    // Avoid increasing the max pressure of the entire region.
+    if (RPDelta.CurrentMax.UnitIncrease
+        < Candidate.RPDelta.CurrentMax.UnitIncrease) {
+      DEBUG(traceCandidate("MCAND", Q, *I, RPDelta.CurrentMax));
+      Candidate.SU = *I;
+      Candidate.RPDelta = RPDelta;
+      FoundCandidate = SingleMax;
+      continue;
+    }
+    if (RPDelta.CurrentMax.UnitIncrease
+        > Candidate.RPDelta.CurrentMax.UnitIncrease)
+      continue;
+    if (FoundCandidate == SingleMax)
+      FoundCandidate = MultiPressure;
+
+    // Fall through to original instruction order.
+    // Only consider node order if Candidate was chosen from this Q.
+    if (FoundCandidate == NoCand)
+      continue;
+
+    if ((Q.getID() == TopQID && (*I)->NodeNum < Candidate.SU->NodeNum)
+        || (Q.getID() == BotQID && (*I)->NodeNum > Candidate.SU->NodeNum)) {
+      DEBUG(traceCandidate("NCAND", Q, *I));
+      Candidate.SU = *I;
+      Candidate.RPDelta = RPDelta;
+      FoundCandidate = NodeOrder;
+    }
+  }
+  return FoundCandidate;
+}
+
+/// Pick the best candidate node from either the top or bottom queue.
+SUnit *ConvergingScheduler::pickNodeBidrectional(bool &IsTopNode) {
+  // Schedule as far as possible in the direction of no choice. This is most
+  // efficient, but also provides the best heuristics for CriticalPSets.
+  if (SUnit *SU = Bot.pickOnlyChoice()) {
+    IsTopNode = false;
+    return SU;
+  }
+  if (SUnit *SU = Top.pickOnlyChoice()) {
+    IsTopNode = true;
+    return SU;
+  }
+  SchedCandidate BotCand;
+  // Prefer bottom scheduling when heuristics are silent.
+  CandResult BotResult = pickNodeFromQueue(Bot.Available,
+                                           DAG->getBotRPTracker(), BotCand);
+  assert(BotResult != NoCand && "failed to find the first candidate");
+
+  // If either Q has a single candidate that provides the least increase in
+  // Excess pressure, we can immediately schedule from that Q.
   //
-  // When this is fully implemented, it will become a subclass of
-  // ScheduleTopDownLive. So this driver will disappear.
+  // RegionCriticalPSets summarizes the pressure within the scheduled region and
+  // affects picking from either Q. If scheduling in one direction must
+  // increase pressure for one of the excess PSets, then schedule in that
+  // direction first to provide more freedom in the other direction.
+  if (BotResult == SingleExcess || BotResult == SingleCritical) {
+    IsTopNode = false;
+    return BotCand.SU;
+  }
+  // Check if the top Q has a better candidate.
+  SchedCandidate TopCand;
+  CandResult TopResult = pickNodeFromQueue(Top.Available,
+                                           DAG->getTopRPTracker(), TopCand);
+  assert(TopResult != NoCand && "failed to find the first candidate");
+
+  if (TopResult == SingleExcess || TopResult == SingleCritical) {
+    IsTopNode = true;
+    return TopCand.SU;
+  }
+  // If either Q has a single candidate that minimizes pressure above the
+  // original region's pressure pick it.
+  if (BotResult == SingleMax) {
+    IsTopNode = false;
+    return BotCand.SU;
+  }
+  if (TopResult == SingleMax) {
+    IsTopNode = true;
+    return TopCand.SU;
+  }
+  // Check for a salient pressure difference and pick the best from either side.
+  if (compareRPDelta(TopCand.RPDelta, BotCand.RPDelta)) {
+    IsTopNode = true;
+    return TopCand.SU;
+  }
+  // Otherwise prefer the bottom candidate in node order.
+  IsTopNode = false;
+  return BotCand.SU;
+}
+
+/// Pick the best node to balance the schedule. Implements MachineSchedStrategy.
+SUnit *ConvergingScheduler::pickNode(bool &IsTopNode) {
+  if (DAG->top() == DAG->bottom()) {
+    assert(Top.Available.empty() && Top.Pending.empty() &&
+           Bot.Available.empty() && Bot.Pending.empty() && "ReadyQ garbage");
+    return NULL;
+  }
+  SUnit *SU;
+  if (ForceTopDown) {
+    SU = Top.pickOnlyChoice();
+    if (!SU) {
+      SchedCandidate TopCand;
+      CandResult TopResult =
+        pickNodeFromQueue(Top.Available, DAG->getTopRPTracker(), TopCand);
+      assert(TopResult != NoCand && "failed to find the first candidate");
+      (void)TopResult;
+      SU = TopCand.SU;
+    }
+    IsTopNode = true;
+  }
+  else if (ForceBottomUp) {
+    SU = Bot.pickOnlyChoice();
+    if (!SU) {
+      SchedCandidate BotCand;
+      CandResult BotResult =
+        pickNodeFromQueue(Bot.Available, DAG->getBotRPTracker(), BotCand);
+      assert(BotResult != NoCand && "failed to find the first candidate");
+      (void)BotResult;
+      SU = BotCand.SU;
+    }
+    IsTopNode = false;
+  }
+  else {
+    SU = pickNodeBidrectional(IsTopNode);
+  }
+  if (SU->isTopReady())
+    Top.removeReady(SU);
+  if (SU->isBottomReady())
+    Bot.removeReady(SU);
+
+  DEBUG(dbgs() << "*** " << (IsTopNode ? "Top" : "Bottom")
+        << " Scheduling Instruction in cycle "
+        << (IsTopNode ? Top.CurrCycle : Bot.CurrCycle) << '\n';
+        SU->dump(DAG));
+  return SU;
+}
+
+/// Update the scheduler's state after scheduling a node. This is the same node
+/// that was just returned by pickNode(). However, ScheduleDAGMI needs to update
+/// it's state based on the current cycle before MachineSchedStrategy does.
+void ConvergingScheduler::schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode) {
+  if (IsTopNode) {
+    SU->TopReadyCycle = Top.CurrCycle;
+    Top.bumpNode(SU);
+  }
+  else {
+    SU->BotReadyCycle = Bot.CurrCycle;
+    Bot.bumpNode(SU);
+  }
 }
 
+/// Create the standard converging machine scheduler. This will be used as the
+/// default scheduler if the target does not set a default.
+static ScheduleDAGInstrs *createConvergingSched(MachineSchedContext *C) {
+  assert((!ForceTopDown || !ForceBottomUp) &&
+         "-misched-topdown incompatible with -misched-bottomup");
+  return new ScheduleDAGMI(C, new ConvergingScheduler());
+}
+static MachineSchedRegistry
+ConvergingSchedRegistry("converge", "Standard converging scheduler.",
+                        createConvergingSched);
+
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 // Machine Instruction Shuffler for Correctness Testing
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #ifndef NDEBUG
 namespace {
-// Nodes with a higher number have lower priority. This way we attempt to
-// schedule the latest instructions earliest.
-//
-// TODO: Relies on the property of the BuildSchedGraph that results in SUnits
-// being ordered in sequence bottom-up. This will be formalized, probably be
-// constructing SUnits in a prepass.
-struct ShuffleSUnitOrder {
+/// Apply a less-than relation on the node order, which corresponds to the
+/// instruction order prior to scheduling. IsReverse implements greater-than.
+template<bool IsReverse>
+struct SUnitOrder {
   bool operator()(SUnit *A, SUnit *B) const {
-    return A->NodeNum > B->NodeNum;
+    if (IsReverse)
+      return A->NodeNum > B->NodeNum;
+    else
+      return A->NodeNum < B->NodeNum;
   }
 };
 
 /// Reorder instructions as much as possible.
-class InstructionShuffler : public ScheduleTopDownLive {
-  std::priority_queue<SUnit*, std::vector<SUnit*>, ShuffleSUnitOrder> Queue;
+class InstructionShuffler : public MachineSchedStrategy {
+  bool IsAlternating;
+  bool IsTopDown;
+
+  // Using a less-than relation (SUnitOrder<false>) for the TopQ priority
+  // gives nodes with a higher number higher priority causing the latest
+  // instructions to be scheduled first.
+  PriorityQueue<SUnit*, std::vector<SUnit*>, SUnitOrder<false> >
+    TopQ;
+  // When scheduling bottom-up, use greater-than as the queue priority.
+  PriorityQueue<SUnit*, std::vector<SUnit*>, SUnitOrder<true> >
+    BottomQ;
 public:
-  InstructionShuffler(MachineScheduler *P):
-    ScheduleTopDownLive(P) {}
+  InstructionShuffler(bool alternate, bool topdown)
+    : IsAlternating(alternate), IsTopDown(topdown) {}
+
+  virtual void initialize(ScheduleDAGMI *) {
+    TopQ.clear();
+    BottomQ.clear();
+  }
 
-  /// ScheduleTopDownLive Interface
+  /// Implement MachineSchedStrategy interface.
+  /// -----------------------------------------
 
-  virtual SUnit *pickNode() {
-    if (Queue.empty()) return NULL;
-    SUnit *SU = Queue.top();
-    Queue.pop();
+  virtual SUnit *pickNode(bool &IsTopNode) {
+    SUnit *SU;
+    if (IsTopDown) {
+      do {
+        if (TopQ.empty()) return NULL;
+        SU = TopQ.top();
+        TopQ.pop();
+      } while (SU->isScheduled);
+      IsTopNode = true;
+    }
+    else {
+      do {
+        if (BottomQ.empty()) return NULL;
+        SU = BottomQ.top();
+        BottomQ.pop();
+      } while (SU->isScheduled);
+      IsTopNode = false;
+    }
+    if (IsAlternating)
+      IsTopDown = !IsTopDown;
     return SU;
   }
 
-  virtual void releaseNode(SUnit *SU) {
-    Queue.push(SU);
+  virtual void schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode) {}
+
+  virtual void releaseTopNode(SUnit *SU) {
+    TopQ.push(SU);
+  }
+  virtual void releaseBottomNode(SUnit *SU) {
+    BottomQ.push(SU);
   }
 };
 } // namespace
 
-static ScheduleDAGInstrs *createInstructionShuffler(MachineScheduler *P) {
-  return new InstructionShuffler(P);
+static ScheduleDAGInstrs *createInstructionShuffler(MachineSchedContext *C) {
+  bool Alternate = !ForceTopDown && !ForceBottomUp;
+  bool TopDown = !ForceBottomUp;
+  assert((TopDown || !ForceTopDown) &&
+         "-misched-topdown incompatible with -misched-bottomup");
+  return new ScheduleDAGMI(C, new InstructionShuffler(Alternate, TopDown));
 }
-static MachineSchedRegistry ShufflerRegistry("shuffle",
-                                             "Shuffle machine instructions",
-                                             createInstructionShuffler);
+static MachineSchedRegistry ShufflerRegistry(
+  "shuffle", "Shuffle machine instructions alternating directions",
+  createInstructionShuffler);
 #endif // !NDEBUG