Use uint16_t to store register overlaps to reduce static data.
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / RegAllocPBQP.cpp
index 107d277f4de703fa0460f65106b1af3d9fbefd3d..9fcf8863470c5e3e3ea4159c284480a27fd4e86d 100644 (file)
@@ -6,17 +6,17 @@
 // License. See LICENSE.TXT for details.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
-// 
+//
 // This file contains a Partitioned Boolean Quadratic Programming (PBQP) based
 // register allocator for LLVM. This allocator works by constructing a PBQP
 // problem representing the register allocation problem under consideration,
 // solving this using a PBQP solver, and mapping the solution back to a
 // register assignment. If any variables are selected for spilling then spill
-// code is inserted and the process repeated. 
+// code is inserted and the process repeated.
 //
 // The PBQP solver (pbqp.c) provided for this allocator uses a heuristic tuned
 // for register allocation. For more information on PBQP for register
-// allocation see the following papers: 
+// allocation, see the following papers:
 //
 //   (1) Hames, L. and Scholz, B. 2006. Nearly optimal register allocation with
 //   PBQP. In Proceedings of the 7th Joint Modular Languages Conference
 //   architectures. In Proceedings of the Joint Conference on Languages,
 //   Compilers and Tools for Embedded Systems (LCTES'02), ACM Press, New York,
 //   NY, USA, 139-148.
-// 
-// Author: Lang Hames
-// Email: lhames@gmail.com
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-// TODO:
-// 
-// * Use of std::set in constructPBQPProblem destroys allocation order preference.
-// Switch to an order preserving container.
-// 
-// * Coalescing support.
-
 #define DEBUG_TYPE "regalloc"
 
-#include "PBQP.h"
+#include "LiveRangeEdit.h"
+#include "RenderMachineFunction.h"
+#include "Spiller.h"
 #include "VirtRegMap.h"
-#include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
-#include "llvm/CodeGen/RegAllocRegistry.h"
+#include "RegisterCoalescer.h"
+#include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
+#include "llvm/CodeGen/CalcSpillWeights.h"
 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
-#include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
+#include "llvm/CodeGen/LiveStackAnalysis.h"
+#include "llvm/CodeGen/RegAllocPBQP.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
-#include "llvm/Target/TargetMachine.h"
-#include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
+#include "llvm/CodeGen/PBQP/HeuristicSolver.h"
+#include "llvm/CodeGen/PBQP/Graph.h"
+#include "llvm/CodeGen/PBQP/Heuristics/Briggs.h"
+#include "llvm/CodeGen/RegAllocRegistry.h"
 #include "llvm/Support/Debug.h"
+#include "llvm/Support/raw_ostream.h"
+#include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
+#include "llvm/Target/TargetMachine.h"
+#include <limits>
 #include <memory>
-#include <map>
 #include <set>
 #include <vector>
-#include <limits>
 
 using namespace llvm;
 
 static RegisterRegAlloc
-registerPBQPRepAlloc("pbqp", "  PBQP register allocator",
-                     createPBQPRegisterAllocator);
+registerPBQPRepAlloc("pbqp", "PBQP register allocator",
+                       createDefaultPBQPRegisterAllocator);
 
+static cl::opt<bool>
+pbqpCoalescing("pbqp-coalescing",
+                cl::desc("Attempt coalescing during PBQP register allocation."),
+                cl::init(false), cl::Hidden);
 
 namespace {
 
-  //!
-  //! PBQP based allocators solve the register allocation problem by mapping
-  //! register allocation problems to Partitioned Boolean Quadratic
-  //! Programming problems.
-  class VISIBILITY_HIDDEN PBQPRegAlloc : public MachineFunctionPass {
-  public:
-
-    static char ID;
-    
-    //! Construct a PBQP register allocator.
-    PBQPRegAlloc() : MachineFunctionPass((intptr_t)&ID) {}
-
-    //! Return the pass name.
-    virtual const char* getPassName() const throw() {
-      return "PBQP Register Allocator";
-    }
+///
+/// PBQP based allocators solve the register allocation problem by mapping
+/// register allocation problems to Partitioned Boolean Quadratic
+/// Programming problems.
+class RegAllocPBQP : public MachineFunctionPass {
+public:
+
+  static char ID;
+
+  /// Construct a PBQP register allocator.
+  RegAllocPBQP(std::auto_ptr<PBQPBuilder> b, char *cPassID=0)
+      : MachineFunctionPass(ID), builder(b), customPassID(cPassID) {
+    initializeSlotIndexesPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+    initializeLiveIntervalsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+    initializeCalculateSpillWeightsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+    initializeLiveStacksPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+    initializeMachineLoopInfoPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+    initializeVirtRegMapPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+    initializeRenderMachineFunctionPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+  }
 
-    //! PBQP analysis usage.
-    virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &au) const {
-      au.addRequired<LiveIntervals>();
-      au.addRequired<MachineLoopInfo>();
-      MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(au);
-    }
+  /// Return the pass name.
+  virtual const char* getPassName() const {
+    return "PBQP Register Allocator";
+  }
 
-    //! Perform register allocation
-    virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
-
-  private:
-    typedef std::map<const LiveInterval*, unsigned> LI2NodeMap;
-    typedef std::vector<const LiveInterval*> Node2LIMap;
-    typedef std::vector<unsigned> AllowedSet;
-    typedef std::vector<AllowedSet> AllowedSetMap;
-    typedef std::set<unsigned> IgnoreSet;
-
-    MachineFunction *mf;
-    const TargetMachine *tm;
-    const TargetRegisterInfo *tri;
-    const TargetInstrInfo *tii;
-    const MachineLoopInfo *loopInfo;
-    MachineRegisterInfo *mri;
-
-    LiveIntervals *li;
-    VirtRegMap *vrm;
-
-    LI2NodeMap li2Node;
-    Node2LIMap node2LI;
-    AllowedSetMap allowedSets;
-    IgnoreSet ignoreSet;
-
-    //! Builds a PBQP cost vector.
-    template <typename Container>
-    PBQPVector* buildCostVector(const Container &allowed,
-                                PBQPNum spillCost) const;
-
-    //! \brief Builds a PBQP interference matrix.
-    //!
-    //! @return Either a pointer to a non-zero PBQP matrix representing the
-    //!         allocation option costs, or a null pointer for a zero matrix.
-    //!
-    //! Expects allowed sets for two interfering LiveIntervals. These allowed
-    //! sets should contain only allocable registers from the LiveInterval's
-    //! register class, with any interfering pre-colored registers removed.
-    template <typename Container>
-    PBQPMatrix* buildInterferenceMatrix(const Container &allowed1,
-                                        const Container &allowed2) const;
-
-    //!
-    //! Expects allowed sets for two potentially coalescable LiveIntervals,
-    //! and an estimated benefit due to coalescing. The allowed sets should
-    //! contain only allocable registers from the LiveInterval's register
-    //! classes, with any interfering pre-colored registers removed.
-    template <typename Container>
-    PBQPMatrix* buildCoalescingMatrix(const Container &allowed1,
-                                      const Container &allowed2,
-                                      PBQPNum cBenefit) const;
-
-    //! \brief Helper function for constructInitialPBQPProblem().
-    //!
-    //! This function iterates over the Function we are about to allocate for
-    //! and computes spill costs.
-    void calcSpillCosts();
-
-    //! \brief Scans the MachineFunction being allocated to find coalescing
-    //  opportunities.
-    void findCoalescingOpportunities();
-
-    //! \brief Constructs a PBQP problem representation of the register
-    //! allocation problem for this function.
-    //!
-    //! @return a PBQP solver object for the register allocation problem.
-    pbqp* constructPBQPProblem();
-
-    //! \brief Given a solved PBQP problem maps this solution back to a register
-    //! assignment.
-    bool mapPBQPToRegAlloc(pbqp *problem); 
-
-  };
-
-  char PBQPRegAlloc::ID = 0;
-}
+  /// PBQP analysis usage.
+  virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &au) const;
 
+  /// Perform register allocation
+  virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
 
-template <typename Container>
-PBQPVector* PBQPRegAlloc::buildCostVector(const Container &allowed,
-                                          PBQPNum spillCost) const {
+private:
 
-  // Allocate vector. Additional element (0th) used for spill option
-  PBQPVector *v = new PBQPVector(allowed.size() + 1);
+  typedef std::map<const LiveInterval*, unsigned> LI2NodeMap;
+  typedef std::vector<const LiveInterval*> Node2LIMap;
+  typedef std::vector<unsigned> AllowedSet;
+  typedef std::vector<AllowedSet> AllowedSetMap;
+  typedef std::pair<unsigned, unsigned> RegPair;
+  typedef std::map<RegPair, PBQP::PBQPNum> CoalesceMap;
+  typedef std::vector<PBQP::Graph::NodeItr> NodeVector;
+  typedef std::set<unsigned> RegSet;
 
-  (*v)[0] = spillCost;
 
-  return v;
-}
+  std::auto_ptr<PBQPBuilder> builder;
 
-template <typename Container>
-PBQPMatrix* PBQPRegAlloc::buildInterferenceMatrix(
-      const Container &allowed1, const Container &allowed2) const {
-
-  typedef typename Container::const_iterator ContainerIterator;
-
-  // Construct a PBQP matrix representing the cost of allocation options. The
-  // rows and columns correspond to the allocation options for the two live
-  // intervals.  Elements will be infinite where corresponding registers alias,
-  // since we cannot allocate aliasing registers to interfering live intervals.
-  // All other elements (non-aliasing combinations) will have zero cost. Note
-  // that the spill option (element 0,0) has zero cost, since we can allocate
-  // both intervals to memory safely (the cost for each individual allocation
-  // to memory is accounted for by the cost vectors for each live interval).
-  PBQPMatrix *m = new PBQPMatrix(allowed1.size() + 1, allowed2.size() + 1);
-  // Assume this is a zero matrix until proven otherwise.  Zero matrices occur
-  // between interfering live ranges with non-overlapping register sets (e.g.
-  // non-overlapping reg classes, or disjoint sets of allowed regs within the
-  // same class). The term "overlapping" is used advisedly: sets which do not
-  // intersect, but contain registers which alias, will have non-zero matrices.
-  // We optimize zero matrices away to improve solver speed.
-  bool isZeroMatrix = true;
-
-
-  // Row index. Starts at 1, since the 0th row is for the spill option, which
-  // is always zero.
-  unsigned ri = 1; 
-
-  // Iterate over allowed sets, insert infinities where required. 
-  for (ContainerIterator a1Itr = allowed1.begin(), a1End = allowed1.end();
-       a1Itr != a1End; ++a1Itr) {
-
-    // Column index, starts at 1 as for row index.
-    unsigned ci = 1;
-    unsigned reg1 = *a1Itr;
-
-    for (ContainerIterator a2Itr = allowed2.begin(), a2End = allowed2.end();
-         a2Itr != a2End; ++a2Itr) {
-
-      unsigned reg2 = *a2Itr;
-
-      // If the row/column regs are identical or alias insert an infinity.
-      if ((reg1 == reg2) || tri->areAliases(reg1, reg2)) {
-        (*m)[ri][ci] = std::numeric_limits<PBQPNum>::infinity();
-        isZeroMatrix = false;
-      }
+  char *customPassID;
 
-      ++ci;
-    }
+  MachineFunction *mf;
+  const TargetMachine *tm;
+  const TargetRegisterInfo *tri;
+  const TargetInstrInfo *tii;
+  const MachineLoopInfo *loopInfo;
+  MachineRegisterInfo *mri;
+  RenderMachineFunction *rmf;
 
-    ++ri;
-  }
+  std::auto_ptr<Spiller> spiller;
+  LiveIntervals *lis;
+  LiveStacks *lss;
+  VirtRegMap *vrm;
 
-  // If this turns out to be a zero matrix...
-  if (isZeroMatrix) {
-    // free it and return null.
-    delete m;
-    return 0;
-  }
+  RegSet vregsToAlloc, emptyIntervalVRegs;
 
-  // ...otherwise return the cost matrix.
-  return m;
-}
+  /// \brief Finds the initial set of vreg intervals to allocate.
+  void findVRegIntervalsToAlloc();
 
-void PBQPRegAlloc::calcSpillCosts() {
+  /// \brief Given a solved PBQP problem maps this solution back to a register
+  /// assignment.
+  bool mapPBQPToRegAlloc(const PBQPRAProblem &problem,
+                         const PBQP::Solution &solution);
 
-  // Calculate the spill cost for each live interval by iterating over the
-  // function counting loads and stores, with loop depth taken into account.
-  for (MachineFunction::const_iterator bbItr = mf->begin(), bbEnd = mf->end();
-       bbItr != bbEnd; ++bbItr) {
+  /// \brief Postprocessing before final spilling. Sets basic block "live in"
+  /// variables.
+  void finalizeAlloc() const;
 
-    const MachineBasicBlock *mbb = &*bbItr;
-    float loopDepth = loopInfo->getLoopDepth(mbb);
+};
 
-    for (MachineBasicBlock::const_iterator
-         iItr = mbb->begin(), iEnd = mbb->end(); iItr != iEnd; ++iItr) {
+char RegAllocPBQP::ID = 0;
 
-      const MachineInstr *instr = &*iItr;
+} // End anonymous namespace.
 
-      for (unsigned opNo = 0; opNo < instr->getNumOperands(); ++opNo) {
+unsigned PBQPRAProblem::getVRegForNode(PBQP::Graph::ConstNodeItr node) const {
+  Node2VReg::const_iterator vregItr = node2VReg.find(node);
+  assert(vregItr != node2VReg.end() && "No vreg for node.");
+  return vregItr->second;
+}
 
-        const MachineOperand &mo = instr->getOperand(opNo);
+PBQP::Graph::NodeItr PBQPRAProblem::getNodeForVReg(unsigned vreg) const {
+  VReg2Node::const_iterator nodeItr = vreg2Node.find(vreg);
+  assert(nodeItr != vreg2Node.end() && "No node for vreg.");
+  return nodeItr->second;
 
-        // We're not interested in non-registers...
-        if (!mo.isReg())
-          continue;
-        unsigned moReg = mo.getReg();
+}
 
-        // ...Or invalid registers...
-        if (moReg == 0)
-          continue;
+const PBQPRAProblem::AllowedSet&
+  PBQPRAProblem::getAllowedSet(unsigned vreg) const {
+  AllowedSetMap::const_iterator allowedSetItr = allowedSets.find(vreg);
+  assert(allowedSetItr != allowedSets.end() && "No pregs for vreg.");
+  const AllowedSet &allowedSet = allowedSetItr->second;
+  return allowedSet;
+}
 
-        // ...Or physical registers...
-        if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(moReg)) 
-          continue;
+unsigned PBQPRAProblem::getPRegForOption(unsigned vreg, unsigned option) const {
+  assert(isPRegOption(vreg, option) && "Not a preg option.");
 
-        assert ((mo.isUse() || mo.isDef()) &&
-                "Not a use, not a def, what is it?");
+  const AllowedSet& allowedSet = getAllowedSet(vreg);
+  assert(option <= allowedSet.size() && "Option outside allowed set.");
+  return allowedSet[option - 1];
+}
 
-        //... Just the virtual registers. We treat loads and stores as equal.
-        li->getInterval(moReg).weight += powf(10.0f, loopDepth);
-      }
+std::auto_ptr<PBQPRAProblem> PBQPBuilder::build(MachineFunction *mf,
+                                                const LiveIntervals *lis,
+                                                const MachineLoopInfo *loopInfo,
+                                                const RegSet &vregs) {
 
-    }
+  typedef std::vector<const LiveInterval*> LIVector;
+
+  MachineRegisterInfo *mri = &mf->getRegInfo();
+  const TargetRegisterInfo *tri = mf->getTarget().getRegisterInfo();
 
+  std::auto_ptr<PBQPRAProblem> p(new PBQPRAProblem());
+  PBQP::Graph &g = p->getGraph();
+  RegSet pregs;
+
+  // Collect the set of preg intervals, record that they're used in the MF.
+  for (LiveIntervals::const_iterator itr = lis->begin(), end = lis->end();
+       itr != end; ++itr) {
+    if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(itr->first)) {
+      pregs.insert(itr->first);
+      mri->setPhysRegUsed(itr->first);
+    }
   }
 
-}
+  BitVector reservedRegs = tri->getReservedRegs(*mf);
+
+  // Iterate over vregs.
+  for (RegSet::const_iterator vregItr = vregs.begin(), vregEnd = vregs.end();
+       vregItr != vregEnd; ++vregItr) {
+    unsigned vreg = *vregItr;
+    const TargetRegisterClass *trc = mri->getRegClass(vreg);
+    const LiveInterval *vregLI = &lis->getInterval(vreg);
+
+    // Compute an initial allowed set for the current vreg.
+    typedef std::vector<unsigned> VRAllowed;
+    VRAllowed vrAllowed;
+    ArrayRef<uint16_t> rawOrder = trc->getRawAllocationOrder(*mf);
+    for (unsigned i = 0; i != rawOrder.size(); ++i) {
+      unsigned preg = rawOrder[i];
+      if (!reservedRegs.test(preg)) {
+        vrAllowed.push_back(preg);
+      }
+    }
 
-pbqp* PBQPRegAlloc::constructPBQPProblem() {
+    // Remove any physical registers which overlap.
+    for (RegSet::const_iterator pregItr = pregs.begin(),
+                                pregEnd = pregs.end();
+         pregItr != pregEnd; ++pregItr) {
+      unsigned preg = *pregItr;
+      const LiveInterval *pregLI = &lis->getInterval(preg);
 
-  typedef std::vector<const LiveInterval*> LIVector;
-  typedef std::set<unsigned> RegSet;
+      if (pregLI->empty()) {
+        continue;
+      }
 
-  // These will store the physical & virtual intervals, respectively.
-  LIVector physIntervals, virtIntervals;
+      if (!vregLI->overlaps(*pregLI)) {
+        continue;
+      }
 
-  // Start by clearing the old node <-> live interval mappings & allowed sets
-  li2Node.clear();
-  node2LI.clear();
-  allowedSets.clear();
+      // Remove the register from the allowed set.
+      VRAllowed::iterator eraseItr =
+        std::find(vrAllowed.begin(), vrAllowed.end(), preg);
 
-  // Iterate over intervals classifying them as physical or virtual, and
-  // constructing live interval <-> node number mappings.
-  for (LiveIntervals::iterator itr = li->begin(), end = li->end();
-       itr != end; ++itr) {
+      if (eraseItr != vrAllowed.end()) {
+        vrAllowed.erase(eraseItr);
+      }
+
+      // Also remove any aliases.
+      const uint16_t *aliasItr = tri->getAliasSet(preg);
+      if (aliasItr != 0) {
+        for (; *aliasItr != 0; ++aliasItr) {
+          VRAllowed::iterator eraseItr =
+            std::find(vrAllowed.begin(), vrAllowed.end(), *aliasItr);
 
-    if (itr->second->getNumValNums() != 0) {
-      DOUT << "Live range has " << itr->second->getNumValNums() << ": " << itr->second << "\n";
+          if (eraseItr != vrAllowed.end()) {
+            vrAllowed.erase(eraseItr);
+          }
+        }
+      }
     }
 
-    if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(itr->first)) {
-      physIntervals.push_back(itr->second);
-      mri->setPhysRegUsed(itr->second->reg);
+    // Construct the node.
+    PBQP::Graph::NodeItr node =
+      g.addNode(PBQP::Vector(vrAllowed.size() + 1, 0));
+
+    // Record the mapping and allowed set in the problem.
+    p->recordVReg(vreg, node, vrAllowed.begin(), vrAllowed.end());
+
+    PBQP::PBQPNum spillCost = (vregLI->weight != 0.0) ?
+        vregLI->weight : std::numeric_limits<PBQP::PBQPNum>::min();
+
+    addSpillCosts(g.getNodeCosts(node), spillCost);
+  }
+
+  for (RegSet::const_iterator vr1Itr = vregs.begin(), vrEnd = vregs.end();
+         vr1Itr != vrEnd; ++vr1Itr) {
+    unsigned vr1 = *vr1Itr;
+    const LiveInterval &l1 = lis->getInterval(vr1);
+    const PBQPRAProblem::AllowedSet &vr1Allowed = p->getAllowedSet(vr1);
+
+    for (RegSet::const_iterator vr2Itr = llvm::next(vr1Itr);
+         vr2Itr != vrEnd; ++vr2Itr) {
+      unsigned vr2 = *vr2Itr;
+      const LiveInterval &l2 = lis->getInterval(vr2);
+      const PBQPRAProblem::AllowedSet &vr2Allowed = p->getAllowedSet(vr2);
+
+      assert(!l2.empty() && "Empty interval in vreg set?");
+      if (l1.overlaps(l2)) {
+        PBQP::Graph::EdgeItr edge =
+          g.addEdge(p->getNodeForVReg(vr1), p->getNodeForVReg(vr2),
+                    PBQP::Matrix(vr1Allowed.size()+1, vr2Allowed.size()+1, 0));
+
+        addInterferenceCosts(g.getEdgeCosts(edge), vr1Allowed, vr2Allowed, tri);
+      }
     }
-    else {
+  }
 
-      // If we've allocated this virtual register interval a stack slot on a
-      // previous round then it's not an allocation candidate
-      if (ignoreSet.find(itr->first) != ignoreSet.end())
-        continue;
+  return p;
+}
+
+void PBQPBuilder::addSpillCosts(PBQP::Vector &costVec,
+                                PBQP::PBQPNum spillCost) {
+  costVec[0] = spillCost;
+}
+
+void PBQPBuilder::addInterferenceCosts(
+                                    PBQP::Matrix &costMat,
+                                    const PBQPRAProblem::AllowedSet &vr1Allowed,
+                                    const PBQPRAProblem::AllowedSet &vr2Allowed,
+                                    const TargetRegisterInfo *tri) {
+  assert(costMat.getRows() == vr1Allowed.size() + 1 && "Matrix height mismatch.");
+  assert(costMat.getCols() == vr2Allowed.size() + 1 && "Matrix width mismatch.");
 
-      li2Node[itr->second] = node2LI.size();
-      node2LI.push_back(itr->second);
-      virtIntervals.push_back(itr->second);
+  for (unsigned i = 0; i != vr1Allowed.size(); ++i) {
+    unsigned preg1 = vr1Allowed[i];
+
+    for (unsigned j = 0; j != vr2Allowed.size(); ++j) {
+      unsigned preg2 = vr2Allowed[j];
+
+      if (tri->regsOverlap(preg1, preg2)) {
+        costMat[i + 1][j + 1] = std::numeric_limits<PBQP::PBQPNum>::infinity();
+      }
     }
   }
+}
 
-  // Early out if there's no regs to allocate for.
-  if (virtIntervals.empty())
-    return 0;
+std::auto_ptr<PBQPRAProblem> PBQPBuilderWithCoalescing::build(
+                                                MachineFunction *mf,
+                                                const LiveIntervals *lis,
+                                                const MachineLoopInfo *loopInfo,
+                                                const RegSet &vregs) {
 
-  // Construct a PBQP solver for this problem
-  pbqp *solver = alloc_pbqp(virtIntervals.size());
+  std::auto_ptr<PBQPRAProblem> p = PBQPBuilder::build(mf, lis, loopInfo, vregs);
+  PBQP::Graph &g = p->getGraph();
 
-  // Resize allowedSets container appropriately.
-  allowedSets.resize(virtIntervals.size());
+  const TargetMachine &tm = mf->getTarget();
+  CoalescerPair cp(*tm.getInstrInfo(), *tm.getRegisterInfo());
 
-  // Iterate over virtual register intervals to compute allowed sets...
-  for (unsigned node = 0; node < node2LI.size(); ++node) {
+  // Scan the machine function and add a coalescing cost whenever CoalescerPair
+  // gives the Ok.
+  for (MachineFunction::const_iterator mbbItr = mf->begin(),
+                                       mbbEnd = mf->end();
+       mbbItr != mbbEnd; ++mbbItr) {
+    const MachineBasicBlock *mbb = &*mbbItr;
 
-    // Grab pointers to the interval and its register class.
-    const LiveInterval *li = node2LI[node];
-    const TargetRegisterClass *liRC = mri->getRegClass(li->reg);
-    
-    // Start by assuming all allocable registers in the class are allowed...
-    RegSet liAllowed(liRC->allocation_order_begin(*mf),
-                     liRC->allocation_order_end(*mf));
+    for (MachineBasicBlock::const_iterator miItr = mbb->begin(),
+                                           miEnd = mbb->end();
+         miItr != miEnd; ++miItr) {
+      const MachineInstr *mi = &*miItr;
 
-    // If this range is non-empty then eliminate the physical registers which
-    // overlap with this range, along with all their aliases.
-    if (!li->empty()) {
-      for (LIVector::iterator pItr = physIntervals.begin(),
-           pEnd = physIntervals.end(); pItr != pEnd; ++pItr) {
+      if (!cp.setRegisters(mi)) {
+        continue; // Not coalescable.
+      }
 
-        if (li->overlaps(**pItr)) {
+      if (cp.getSrcReg() == cp.getDstReg()) {
+        continue; // Already coalesced.
+      }
 
-          unsigned pReg = (*pItr)->reg;
+      unsigned dst = cp.getDstReg(),
+               src = cp.getSrcReg();
 
-          // Remove the overlapping reg...
-          liAllowed.erase(pReg);
+      const float copyFactor = 0.5; // Cost of copy relative to load. Current
+      // value plucked randomly out of the air.
 
-          const unsigned *aliasItr = tri->getAliasSet(pReg);
+      PBQP::PBQPNum cBenefit =
+        copyFactor * LiveIntervals::getSpillWeight(false, true,
+                                                   loopInfo->getLoopDepth(mbb));
 
-          if (aliasItr != 0) {
-            // ...and its aliases.
-            for (; *aliasItr != 0; ++aliasItr) {
-              liAllowed.erase(*aliasItr);
-            }
+      if (cp.isPhys()) {
+        if (!lis->isAllocatable(dst)) {
+          continue;
+        }
 
+        const PBQPRAProblem::AllowedSet &allowed = p->getAllowedSet(src);
+        unsigned pregOpt = 0;
+        while (pregOpt < allowed.size() && allowed[pregOpt] != dst) {
+          ++pregOpt;
+        }
+        if (pregOpt < allowed.size()) {
+          ++pregOpt; // +1 to account for spill option.
+          PBQP::Graph::NodeItr node = p->getNodeForVReg(src);
+          addPhysRegCoalesce(g.getNodeCosts(node), pregOpt, cBenefit);
+        }
+      } else {
+        const PBQPRAProblem::AllowedSet *allowed1 = &p->getAllowedSet(dst);
+        const PBQPRAProblem::AllowedSet *allowed2 = &p->getAllowedSet(src);
+        PBQP::Graph::NodeItr node1 = p->getNodeForVReg(dst);
+        PBQP::Graph::NodeItr node2 = p->getNodeForVReg(src);
+        PBQP::Graph::EdgeItr edge = g.findEdge(node1, node2);
+        if (edge == g.edgesEnd()) {
+          edge = g.addEdge(node1, node2, PBQP::Matrix(allowed1->size() + 1,
+                                                      allowed2->size() + 1,
+                                                      0));
+        } else {
+          if (g.getEdgeNode1(edge) == node2) {
+            std::swap(node1, node2);
+            std::swap(allowed1, allowed2);
           }
-        
         }
 
+        addVirtRegCoalesce(g.getEdgeCosts(edge), *allowed1, *allowed2,
+                           cBenefit);
       }
-
     }
+  }
 
-    // Copy the allowed set into a member vector for use when constructing cost
-    // vectors & matrices, and mapping PBQP solutions back to assignments.
-    allowedSets[node] = AllowedSet(liAllowed.begin(), liAllowed.end());
+  return p;
+}
+
+void PBQPBuilderWithCoalescing::addPhysRegCoalesce(PBQP::Vector &costVec,
+                                                   unsigned pregOption,
+                                                   PBQP::PBQPNum benefit) {
+  costVec[pregOption] += -benefit;
+}
 
-    // Set the spill cost to the interval weight, or epsilon if the
-    // interval weight is zero
-    PBQPNum spillCost = (li->weight != 0.0) ? 
-        li->weight : std::numeric_limits<PBQPNum>::min();
+void PBQPBuilderWithCoalescing::addVirtRegCoalesce(
+                                    PBQP::Matrix &costMat,
+                                    const PBQPRAProblem::AllowedSet &vr1Allowed,
+                                    const PBQPRAProblem::AllowedSet &vr2Allowed,
+                                    PBQP::PBQPNum benefit) {
 
-    // Build a cost vector for this interval.
-    add_pbqp_nodecosts(solver, node,
-                       buildCostVector(allowedSets[node], spillCost));
+  assert(costMat.getRows() == vr1Allowed.size() + 1 && "Size mismatch.");
+  assert(costMat.getCols() == vr2Allowed.size() + 1 && "Size mismatch.");
 
+  for (unsigned i = 0; i != vr1Allowed.size(); ++i) {
+    unsigned preg1 = vr1Allowed[i];
+    for (unsigned j = 0; j != vr2Allowed.size(); ++j) {
+      unsigned preg2 = vr2Allowed[j];
+
+      if (preg1 == preg2) {
+        costMat[i + 1][j + 1] += -benefit;
+      }
+    }
   }
+}
 
-  // Now add the cost matrices...
-  for (unsigned node1 = 0; node1 < node2LI.size(); ++node1) {
-      
-    const LiveInterval *li = node2LI[node1];
 
-    if (li->empty())
-      continue;
-    // Test for live range overlaps and insert interference matrices.
-    for (unsigned node2 = node1 + 1; node2 < node2LI.size(); ++node2) {
-      const LiveInterval *li2 = node2LI[node2];
+void RegAllocPBQP::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &au) const {
+  au.setPreservesCFG();
+  au.addRequired<AliasAnalysis>();
+  au.addPreserved<AliasAnalysis>();
+  au.addRequired<SlotIndexes>();
+  au.addPreserved<SlotIndexes>();
+  au.addRequired<LiveIntervals>();
+  //au.addRequiredID(SplitCriticalEdgesID);
+  if (customPassID)
+    au.addRequiredID(*customPassID);
+  au.addRequired<CalculateSpillWeights>();
+  au.addRequired<LiveStacks>();
+  au.addPreserved<LiveStacks>();
+  au.addRequired<MachineDominatorTree>();
+  au.addPreserved<MachineDominatorTree>();
+  au.addRequired<MachineLoopInfo>();
+  au.addPreserved<MachineLoopInfo>();
+  au.addRequired<VirtRegMap>();
+  au.addRequired<RenderMachineFunction>();
+  MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(au);
+}
 
-      if (li2->empty())
-        continue;
+void RegAllocPBQP::findVRegIntervalsToAlloc() {
 
-      if (li->overlaps(*li2)) {
-        PBQPMatrix *m =
-          buildInterferenceMatrix(allowedSets[node1], allowedSets[node2]);
+  // Iterate over all live ranges.
+  for (LiveIntervals::iterator itr = lis->begin(), end = lis->end();
+       itr != end; ++itr) {
 
-        if (m != 0) {
-          add_pbqp_edgecosts(solver, node1, node2, m);
-          delete m;
-        }
-      }
+    // Ignore physical ones.
+    if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(itr->first))
+      continue;
+
+    LiveInterval *li = itr->second;
+
+    // If this live interval is non-empty we will use pbqp to allocate it.
+    // Empty intervals we allocate in a simple post-processing stage in
+    // finalizeAlloc.
+    if (!li->empty()) {
+      vregsToAlloc.insert(li->reg);
+    } else {
+      emptyIntervalVRegs.insert(li->reg);
     }
   }
-
-  // We're done, PBQP problem constructed - return it.
-  return solver; 
 }
 
-bool PBQPRegAlloc::mapPBQPToRegAlloc(pbqp *problem) {
-  
+bool RegAllocPBQP::mapPBQPToRegAlloc(const PBQPRAProblem &problem,
+                                     const PBQP::Solution &solution) {
   // Set to true if we have any spills
   bool anotherRoundNeeded = false;
 
   // Clear the existing allocation.
   vrm->clearAllVirt();
-  
-  // Iterate over the nodes mapping the PBQP solution to a register assignment.
-  for (unsigned node = 0; node < node2LI.size(); ++node) {
-    unsigned symReg = node2LI[node]->reg,
-             allocSelection = get_pbqp_solution(problem, node);
-
-    // If the PBQP solution is non-zero it's a physical register...
-    if (allocSelection != 0) {
-      // Get the physical reg, subtracting 1 to account for the spill option.
-      unsigned physReg = allowedSets[node][allocSelection - 1];
-
-      // Add to the virt reg map and update the used phys regs.
-      vrm->assignVirt2Phys(symReg, physReg);
-      mri->setPhysRegUsed(physReg);
-    }
-    // ...Otherwise it's a spill.
-    else {
-
-      // Make sure we ignore this virtual reg on the next round
-      // of allocation
-      ignoreSet.insert(node2LI[node]->reg);
 
-      float SSWeight;
+  const PBQP::Graph &g = problem.getGraph();
+  // Iterate over the nodes mapping the PBQP solution to a register
+  // assignment.
+  for (PBQP::Graph::ConstNodeItr node = g.nodesBegin(),
+                                 nodeEnd = g.nodesEnd();
+       node != nodeEnd; ++node) {
+    unsigned vreg = problem.getVRegForNode(node);
+    unsigned alloc = solution.getSelection(node);
+
+    if (problem.isPRegOption(vreg, alloc)) {
+      unsigned preg = problem.getPRegForOption(vreg, alloc);
+      DEBUG(dbgs() << "VREG " << vreg << " -> " << tri->getName(preg) << "\n");
+      assert(preg != 0 && "Invalid preg selected.");
+      vrm->assignVirt2Phys(vreg, preg);
+    } else if (problem.isSpillOption(vreg, alloc)) {
+      vregsToAlloc.erase(vreg);
+      SmallVector<LiveInterval*, 8> newSpills;
+      LiveRangeEdit LRE(lis->getInterval(vreg), newSpills);
+      spiller->spill(LRE);
+
+      DEBUG(dbgs() << "VREG " << vreg << " -> SPILLED (Cost: "
+                   << LRE.getParent().weight << ", New vregs: ");
+
+      // Copy any newly inserted live intervals into the list of regs to
+      // allocate.
+      for (LiveRangeEdit::iterator itr = LRE.begin(), end = LRE.end();
+           itr != end; ++itr) {
+        assert(!(*itr)->empty() && "Empty spill range.");
+        DEBUG(dbgs() << (*itr)->reg << " ");
+        vregsToAlloc.insert((*itr)->reg);
+      }
 
-      // Insert spill ranges for this live range
-      SmallVector<LiveInterval*, 8> spillIs;
-      std::vector<LiveInterval*> newSpills =
-        li->addIntervalsForSpills(*node2LI[node], spillIs, loopInfo, *vrm,
-                                  SSWeight);
+      DEBUG(dbgs() << ")\n");
 
       // We need another round if spill intervals were added.
-      anotherRoundNeeded |= !newSpills.empty();
+      anotherRoundNeeded |= !LRE.empty();
+    } else {
+      llvm_unreachable("Unknown allocation option.");
     }
   }
 
   return !anotherRoundNeeded;
 }
 
-bool PBQPRegAlloc::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
-  
+
+void RegAllocPBQP::finalizeAlloc() const {
+  typedef LiveIntervals::iterator LIIterator;
+  typedef LiveInterval::Ranges::const_iterator LRIterator;
+
+  // First allocate registers for the empty intervals.
+  for (RegSet::const_iterator
+         itr = emptyIntervalVRegs.begin(), end = emptyIntervalVRegs.end();
+         itr != end; ++itr) {
+    LiveInterval *li = &lis->getInterval(*itr);
+
+    unsigned physReg = vrm->getRegAllocPref(li->reg);
+
+    if (physReg == 0) {
+      const TargetRegisterClass *liRC = mri->getRegClass(li->reg);
+      physReg = liRC->getRawAllocationOrder(*mf).front();
+    }
+
+    vrm->assignVirt2Phys(li->reg, physReg);
+  }
+
+  // Finally iterate over the basic blocks to compute and set the live-in sets.
+  SmallVector<MachineBasicBlock*, 8> liveInMBBs;
+  MachineBasicBlock *entryMBB = &*mf->begin();
+
+  for (LIIterator liItr = lis->begin(), liEnd = lis->end();
+       liItr != liEnd; ++liItr) {
+
+    const LiveInterval *li = liItr->second;
+    unsigned reg = 0;
+
+    // Get the physical register for this interval
+    if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(li->reg)) {
+      reg = li->reg;
+    } else if (vrm->isAssignedReg(li->reg)) {
+      reg = vrm->getPhys(li->reg);
+    } else {
+      // Ranges which are assigned a stack slot only are ignored.
+      continue;
+    }
+
+    if (reg == 0) {
+      // Filter out zero regs - they're for intervals that were spilled.
+      continue;
+    }
+
+    // Iterate over the ranges of the current interval...
+    for (LRIterator lrItr = li->begin(), lrEnd = li->end();
+         lrItr != lrEnd; ++lrItr) {
+
+      // Find the set of basic blocks which this range is live into...
+      if (lis->findLiveInMBBs(lrItr->start, lrItr->end,  liveInMBBs)) {
+        // And add the physreg for this interval to their live-in sets.
+        for (unsigned i = 0; i != liveInMBBs.size(); ++i) {
+          if (liveInMBBs[i] != entryMBB) {
+            if (!liveInMBBs[i]->isLiveIn(reg)) {
+              liveInMBBs[i]->addLiveIn(reg);
+            }
+          }
+        }
+        liveInMBBs.clear();
+      }
+    }
+  }
+
+}
+
+bool RegAllocPBQP::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
+
   mf = &MF;
   tm = &mf->getTarget();
   tri = tm->getRegisterInfo();
+  tii = tm->getInstrInfo();
   mri = &mf->getRegInfo();
 
-  li = &getAnalysis<LiveIntervals>();
+  lis = &getAnalysis<LiveIntervals>();
+  lss = &getAnalysis<LiveStacks>();
   loopInfo = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
+  rmf = &getAnalysis<RenderMachineFunction>();
+
+  vrm = &getAnalysis<VirtRegMap>();
+  spiller.reset(createInlineSpiller(*this, MF, *vrm));
+
+  mri->freezeReservedRegs(MF);
 
-  std::auto_ptr<VirtRegMap> vrmAutoPtr(new VirtRegMap(*mf));
-  vrm = vrmAutoPtr.get();
+  DEBUG(dbgs() << "PBQP Register Allocating for " << mf->getFunction()->getName() << "\n");
 
   // Allocator main loop:
-  // 
+  //
   // * Map current regalloc problem to a PBQP problem
   // * Solve the PBQP problem
   // * Map the solution back to a register allocation
   // * Spill if necessary
-  // 
+  //
   // This process is continued till no more spills are generated.
 
-  bool regallocComplete = false;
-  
-  // Calculate spill costs for intervals
-  calcSpillCosts();
-
-  while (!regallocComplete) {
-    pbqp *problem = constructPBQPProblem();
-   
-    // Fast out if there's no problem to solve.
-    if (problem == 0)
-      return true;
-    solve_pbqp(problem);
-   
-    regallocComplete = mapPBQPToRegAlloc(problem);
-
-    free_pbqp(problem); 
+  // Find the vreg intervals in need of allocation.
+  findVRegIntervalsToAlloc();
+
+  // If there are non-empty intervals allocate them using pbqp.
+  if (!vregsToAlloc.empty()) {
+
+    bool pbqpAllocComplete = false;
+    unsigned round = 0;
+
+    while (!pbqpAllocComplete) {
+      DEBUG(dbgs() << "  PBQP Regalloc round " << round << ":\n");
+
+      std::auto_ptr<PBQPRAProblem> problem =
+        builder->build(mf, lis, loopInfo, vregsToAlloc);
+      PBQP::Solution solution =
+        PBQP::HeuristicSolver<PBQP::Heuristics::Briggs>::solve(
+          problem->getGraph());
+
+      pbqpAllocComplete = mapPBQPToRegAlloc(*problem, solution);
+
+      ++round;
+    }
   }
 
-  ignoreSet.clear();
+  // Finalise allocation, allocate empty ranges.
+  finalizeAlloc();
+
+  rmf->renderMachineFunction("After PBQP register allocation.", vrm);
+
+  vregsToAlloc.clear();
+  emptyIntervalVRegs.clear();
 
-  std::auto_ptr<Spiller> spiller(createSpiller());
+  DEBUG(dbgs() << "Post alloc VirtRegMap:\n" << *vrm << "\n");
 
-  spiller->runOnMachineFunction(*mf, *vrm);
-    
-  return true; 
+  // Run rewriter
+  vrm->rewrite(lis->getSlotIndexes());
+
+  // All machine operands and other references to virtual registers have been
+  // replaced. Remove the virtual registers.
+  vrm->clearAllVirt();
+  mri->clearVirtRegs();
+
+  return true;
 }
 
-FunctionPass* llvm::createPBQPRegisterAllocator() {
-  return new PBQPRegAlloc();
+FunctionPass* llvm::createPBQPRegisterAllocator(
+                                           std::auto_ptr<PBQPBuilder> builder,
+                                           char *customPassID) {
+  return new RegAllocPBQP(builder, customPassID);
 }
 
+FunctionPass* llvm::createDefaultPBQPRegisterAllocator() {
+  if (pbqpCoalescing) {
+    return createPBQPRegisterAllocator(
+             std::auto_ptr<PBQPBuilder>(new PBQPBuilderWithCoalescing()));
+  } // else
+  return createPBQPRegisterAllocator(
+           std::auto_ptr<PBQPBuilder>(new PBQPBuilder()));
+}
 
 #undef DEBUG_TYPE