Get rid of static constructors for pass registration. Instead, every pass exposes...
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / TwoAddressInstructionPass.cpp
index 52a54eb5bd86876a418700207816dfb11edfa874..2030f174fe3f4f08a4227d254a15bb3f2c0d29b9 100644 (file)
 #include "llvm/CodeGen/LiveVariables.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
+#include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
-#include "llvm/Support/Compiler.h"
 #include "llvm/Support/Debug.h"
+#include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
 #include "llvm/ADT/BitVector.h"
 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
-#include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
+#include "llvm/ADT/SmallSet.h"
 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
 using namespace llvm;
 
 STATISTIC(NumTwoAddressInstrs, "Number of two-address instructions");
 STATISTIC(NumCommuted        , "Number of instructions commuted to coalesce");
+STATISTIC(NumAggrCommuted    , "Number of instructions aggressively commuted");
 STATISTIC(NumConvertedTo3Addr, "Number of instructions promoted to 3-address");
 STATISTIC(Num3AddrSunk,        "Number of 3-address instructions sunk");
 STATISTIC(NumReMats,           "Number of instructions re-materialized");
+STATISTIC(NumDeletes,          "Number of dead instructions deleted");
 
 namespace {
-  class VISIBILITY_HIDDEN TwoAddressInstructionPass
-    : public MachineFunctionPass {
+  class TwoAddressInstructionPass : public MachineFunctionPass {
     const TargetInstrInfo *TII;
     const TargetRegisterInfo *TRI;
     MachineRegisterInfo *MRI;
     LiveVariables *LV;
+    AliasAnalysis *AA;
+
+    // DistanceMap - Keep track the distance of a MI from the start of the
+    // current basic block.
+    DenseMap<MachineInstr*, unsigned> DistanceMap;
+
+    // SrcRegMap - A map from virtual registers to physical registers which
+    // are likely targets to be coalesced to due to copies from physical
+    // registers to virtual registers. e.g. v1024 = move r0.
+    DenseMap<unsigned, unsigned> SrcRegMap;
+
+    // DstRegMap - A map from virtual registers to physical registers which
+    // are likely targets to be coalesced to due to copies to physical
+    // registers from virtual registers. e.g. r1 = move v1024.
+    DenseMap<unsigned, unsigned> DstRegMap;
+
+    /// RegSequences - Keep track the list of REG_SEQUENCE instructions seen
+    /// during the initial walk of the machine function.
+    SmallVector<MachineInstr*, 16> RegSequences;
 
     bool Sink3AddrInstruction(MachineBasicBlock *MBB, MachineInstr *MI,
                               unsigned Reg,
@@ -67,13 +89,62 @@ namespace {
 
     bool isProfitableToReMat(unsigned Reg, const TargetRegisterClass *RC,
                              MachineInstr *MI, MachineInstr *DefMI,
-                             MachineBasicBlock *MBB, unsigned Loc,
-                             DenseMap<MachineInstr*, unsigned> &DistanceMap);
+                             MachineBasicBlock *MBB, unsigned Loc);
+
+    bool NoUseAfterLastDef(unsigned Reg, MachineBasicBlock *MBB, unsigned Dist,
+                           unsigned &LastDef);
+
+    MachineInstr *FindLastUseInMBB(unsigned Reg, MachineBasicBlock *MBB,
+                                   unsigned Dist);
+
+    bool isProfitableToCommute(unsigned regB, unsigned regC,
+                               MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
+                               unsigned Dist);
+
+    bool CommuteInstruction(MachineBasicBlock::iterator &mi,
+                            MachineFunction::iterator &mbbi,
+                            unsigned RegB, unsigned RegC, unsigned Dist);
+
+    bool isProfitableToConv3Addr(unsigned RegA);
+
+    bool ConvertInstTo3Addr(MachineBasicBlock::iterator &mi,
+                            MachineBasicBlock::iterator &nmi,
+                            MachineFunction::iterator &mbbi,
+                            unsigned RegB, unsigned Dist);
+
+    typedef std::pair<std::pair<unsigned, bool>, MachineInstr*> NewKill;
+    bool canUpdateDeletedKills(SmallVector<unsigned, 4> &Kills,
+                               SmallVector<NewKill, 4> &NewKills,
+                               MachineBasicBlock *MBB, unsigned Dist);
+    bool DeleteUnusedInstr(MachineBasicBlock::iterator &mi,
+                           MachineBasicBlock::iterator &nmi,
+                           MachineFunction::iterator &mbbi, unsigned Dist);
+
+    bool TryInstructionTransform(MachineBasicBlock::iterator &mi,
+                                 MachineBasicBlock::iterator &nmi,
+                                 MachineFunction::iterator &mbbi,
+                                 unsigned SrcIdx, unsigned DstIdx,
+                                 unsigned Dist);
+
+    void ProcessCopy(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
+                     SmallPtrSet<MachineInstr*, 8> &Processed);
+
+    void CoalesceExtSubRegs(SmallVector<unsigned,4> &Srcs, unsigned DstReg);
+
+    /// EliminateRegSequences - Eliminate REG_SEQUENCE instructions as part
+    /// of the de-ssa process. This replaces sources of REG_SEQUENCE as
+    /// sub-register references of the register defined by REG_SEQUENCE.
+    bool EliminateRegSequences();
+
   public:
     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
-    TwoAddressInstructionPass() : MachineFunctionPass(&ID) {}
+    TwoAddressInstructionPass() : MachineFunctionPass(ID) {
+      initializeTwoAddressInstructionPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+    }
 
     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
+      AU.setPreservesCFG();
+      AU.addRequired<AliasAnalysis>();
       AU.addPreserved<LiveVariables>();
       AU.addPreservedID(MachineLoopInfoID);
       AU.addPreservedID(MachineDominatorsID);
@@ -90,10 +161,13 @@ namespace {
 }
 
 char TwoAddressInstructionPass::ID = 0;
-static RegisterPass<TwoAddressInstructionPass>
-X("twoaddressinstruction", "Two-Address instruction pass");
+INITIALIZE_PASS_BEGIN(TwoAddressInstructionPass, "twoaddressinstruction",
+                "Two-Address instruction pass", false, false)
+INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
+INITIALIZE_PASS_END(TwoAddressInstructionPass, "twoaddressinstruction",
+                "Two-Address instruction pass", false, false)
 
-const PassInfo *const llvm::TwoAddressInstructionPassID = &X;
+char &llvm::TwoAddressInstructionPassID = TwoAddressInstructionPass::ID;
 
 /// Sink3AddrInstruction - A two-address instruction has been converted to a
 /// three-address instruction to avoid clobbering a register. Try to sink it
@@ -104,7 +178,7 @@ bool TwoAddressInstructionPass::Sink3AddrInstruction(MachineBasicBlock *MBB,
                                            MachineBasicBlock::iterator OldPos) {
   // Check if it's safe to move this instruction.
   bool SeenStore = true; // Be conservative.
-  if (!MI->isSafeToMove(TII, SeenStore))
+  if (!MI->isSafeToMove(TII, AA, SeenStore))
     return false;
 
   unsigned DefReg = 0;
@@ -132,8 +206,9 @@ bool TwoAddressInstructionPass::Sink3AddrInstruction(MachineBasicBlock *MBB,
 
   // Find the instruction that kills SavedReg.
   MachineInstr *KillMI = NULL;
-  for (MachineRegisterInfo::use_iterator UI = MRI->use_begin(SavedReg),
-         UE = MRI->use_end(); UI != UE; ++UI) {
+  for (MachineRegisterInfo::use_nodbg_iterator
+         UI = MRI->use_nodbg_begin(SavedReg),
+         UE = MRI->use_nodbg_end(); UI != UE; ++UI) {
     MachineOperand &UseMO = UI.getOperand();
     if (!UseMO.isKill())
       continue;
@@ -141,7 +216,7 @@ bool TwoAddressInstructionPass::Sink3AddrInstruction(MachineBasicBlock *MBB,
     break;
   }
 
-  if (!KillMI || KillMI->getParent() != MBB)
+  if (!KillMI || KillMI->getParent() != MBB || KillMI == MI)
     return false;
 
   // If any of the definitions are used by another instruction between the
@@ -155,8 +230,11 @@ bool TwoAddressInstructionPass::Sink3AddrInstruction(MachineBasicBlock *MBB,
   ++KillPos;
 
   unsigned NumVisited = 0;
-  for (MachineBasicBlock::iterator I = next(OldPos); I != KillPos; ++I) {
+  for (MachineBasicBlock::iterator I = llvm::next(OldPos); I != KillPos; ++I) {
     MachineInstr *OtherMI = I;
+    // DBG_VALUE cannot be counted against the limit.
+    if (OtherMI->isDebugValue())
+      continue;
     if (NumVisited > 30)  // FIXME: Arbitrary limit to reduce compile time cost.
       return false;
     ++NumVisited;
@@ -205,7 +283,7 @@ static bool isTwoAddrUse(MachineInstr *UseMI, unsigned Reg) {
   for (unsigned i = 0, e = TID.getNumOperands(); i != e; ++i) {
     MachineOperand &MO = UseMI->getOperand(i);
     if (MO.isReg() && MO.getReg() == Reg &&
-        (MO.isDef() || TID.getOperandConstraint(i, TOI::TIED_TO) != -1))
+        (MO.isDef() || UseMI->isRegTiedToDefOperand(i)))
       // Earlier use is a two-address one.
       return true;
   }
@@ -217,16 +295,13 @@ static bool isTwoAddrUse(MachineInstr *UseMI, unsigned Reg) {
 /// the register.
 bool
 TwoAddressInstructionPass::isProfitableToReMat(unsigned Reg,
-                                const TargetRegisterClass *RC,
-                                MachineInstr *MI, MachineInstr *DefMI,
-                                MachineBasicBlock *MBB, unsigned Loc,
-                                DenseMap<MachineInstr*, unsigned> &DistanceMap){
+                                         const TargetRegisterClass *RC,
+                                         MachineInstr *MI, MachineInstr *DefMI,
+                                         MachineBasicBlock *MBB, unsigned Loc) {
   bool OtherUse = false;
-  for (MachineRegisterInfo::use_iterator UI = MRI->use_begin(Reg),
-         UE = MRI->use_end(); UI != UE; ++UI) {
+  for (MachineRegisterInfo::use_nodbg_iterator UI = MRI->use_nodbg_begin(Reg),
+         UE = MRI->use_nodbg_end(); UI != UE; ++UI) {
     MachineOperand &UseMO = UI.getOperand();
-    if (!UseMO.isUse())
-      continue;
     MachineInstr *UseMI = UseMO.getParent();
     MachineBasicBlock *UseMBB = UseMI->getParent();
     if (UseMBB == MBB) {
@@ -250,207 +325,910 @@ TwoAddressInstructionPass::isProfitableToReMat(unsigned Reg,
   return MBB == DefMI->getParent();
 }
 
+/// NoUseAfterLastDef - Return true if there are no intervening uses between the
+/// last instruction in the MBB that defines the specified register and the
+/// two-address instruction which is being processed. It also returns the last
+/// def location by reference
+bool TwoAddressInstructionPass::NoUseAfterLastDef(unsigned Reg,
+                                           MachineBasicBlock *MBB, unsigned Dist,
+                                           unsigned &LastDef) {
+  LastDef = 0;
+  unsigned LastUse = Dist;
+  for (MachineRegisterInfo::reg_iterator I = MRI->reg_begin(Reg),
+         E = MRI->reg_end(); I != E; ++I) {
+    MachineOperand &MO = I.getOperand();
+    MachineInstr *MI = MO.getParent();
+    if (MI->getParent() != MBB || MI->isDebugValue())
+      continue;
+    DenseMap<MachineInstr*, unsigned>::iterator DI = DistanceMap.find(MI);
+    if (DI == DistanceMap.end())
+      continue;
+    if (MO.isUse() && DI->second < LastUse)
+      LastUse = DI->second;
+    if (MO.isDef() && DI->second > LastDef)
+      LastDef = DI->second;
+  }
+
+  return !(LastUse > LastDef && LastUse < Dist);
+}
+
+MachineInstr *TwoAddressInstructionPass::FindLastUseInMBB(unsigned Reg,
+                                                         MachineBasicBlock *MBB,
+                                                         unsigned Dist) {
+  unsigned LastUseDist = 0;
+  MachineInstr *LastUse = 0;
+  for (MachineRegisterInfo::reg_iterator I = MRI->reg_begin(Reg),
+         E = MRI->reg_end(); I != E; ++I) {
+    MachineOperand &MO = I.getOperand();
+    MachineInstr *MI = MO.getParent();
+    if (MI->getParent() != MBB || MI->isDebugValue())
+      continue;
+    DenseMap<MachineInstr*, unsigned>::iterator DI = DistanceMap.find(MI);
+    if (DI == DistanceMap.end())
+      continue;
+    if (DI->second >= Dist)
+      continue;
+
+    if (MO.isUse() && DI->second > LastUseDist) {
+      LastUse = DI->first;
+      LastUseDist = DI->second;
+    }
+  }
+  return LastUse;
+}
+
+/// isCopyToReg - Return true if the specified MI is a copy instruction or
+/// a extract_subreg instruction. It also returns the source and destination
+/// registers and whether they are physical registers by reference.
+static bool isCopyToReg(MachineInstr &MI, const TargetInstrInfo *TII,
+                        unsigned &SrcReg, unsigned &DstReg,
+                        bool &IsSrcPhys, bool &IsDstPhys) {
+  SrcReg = 0;
+  DstReg = 0;
+  if (MI.isCopy()) {
+    DstReg = MI.getOperand(0).getReg();
+    SrcReg = MI.getOperand(1).getReg();
+  } else if (MI.isInsertSubreg() || MI.isSubregToReg()) {
+    DstReg = MI.getOperand(0).getReg();
+    SrcReg = MI.getOperand(2).getReg();
+  } else
+    return false;
+
+  IsSrcPhys = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg);
+  IsDstPhys = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(DstReg);
+  return true;
+}
+
+/// isKilled - Test if the given register value, which is used by the given
+/// instruction, is killed by the given instruction. This looks through
+/// coalescable copies to see if the original value is potentially not killed.
+///
+/// For example, in this code:
+///
+///   %reg1034 = copy %reg1024
+///   %reg1035 = copy %reg1025<kill>
+///   %reg1036 = add %reg1034<kill>, %reg1035<kill>
+///
+/// %reg1034 is not considered to be killed, since it is copied from a
+/// register which is not killed. Treating it as not killed lets the
+/// normal heuristics commute the (two-address) add, which lets
+/// coalescing eliminate the extra copy.
+///
+static bool isKilled(MachineInstr &MI, unsigned Reg,
+                     const MachineRegisterInfo *MRI,
+                     const TargetInstrInfo *TII) {
+  MachineInstr *DefMI = &MI;
+  for (;;) {
+    if (!DefMI->killsRegister(Reg))
+      return false;
+    if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg))
+      return true;
+    MachineRegisterInfo::def_iterator Begin = MRI->def_begin(Reg);
+    // If there are multiple defs, we can't do a simple analysis, so just
+    // go with what the kill flag says.
+    if (llvm::next(Begin) != MRI->def_end())
+      return true;
+    DefMI = &*Begin;
+    bool IsSrcPhys, IsDstPhys;
+    unsigned SrcReg,  DstReg;
+    // If the def is something other than a copy, then it isn't going to
+    // be coalesced, so follow the kill flag.
+    if (!isCopyToReg(*DefMI, TII, SrcReg, DstReg, IsSrcPhys, IsDstPhys))
+      return true;
+    Reg = SrcReg;
+  }
+}
+
+/// isTwoAddrUse - Return true if the specified MI uses the specified register
+/// as a two-address use. If so, return the destination register by reference.
+static bool isTwoAddrUse(MachineInstr &MI, unsigned Reg, unsigned &DstReg) {
+  const TargetInstrDesc &TID = MI.getDesc();
+  unsigned NumOps = MI.isInlineAsm() ? MI.getNumOperands():TID.getNumOperands();
+  for (unsigned i = 0; i != NumOps; ++i) {
+    const MachineOperand &MO = MI.getOperand(i);
+    if (!MO.isReg() || !MO.isUse() || MO.getReg() != Reg)
+      continue;
+    unsigned ti;
+    if (MI.isRegTiedToDefOperand(i, &ti)) {
+      DstReg = MI.getOperand(ti).getReg();
+      return true;
+    }
+  }
+  return false;
+}
+
+/// findOnlyInterestingUse - Given a register, if has a single in-basic block
+/// use, return the use instruction if it's a copy or a two-address use.
+static
+MachineInstr *findOnlyInterestingUse(unsigned Reg, MachineBasicBlock *MBB,
+                                     MachineRegisterInfo *MRI,
+                                     const TargetInstrInfo *TII,
+                                     bool &IsCopy,
+                                     unsigned &DstReg, bool &IsDstPhys) {
+  if (!MRI->hasOneNonDBGUse(Reg))
+    // None or more than one use.
+    return 0;
+  MachineInstr &UseMI = *MRI->use_nodbg_begin(Reg);
+  if (UseMI.getParent() != MBB)
+    return 0;
+  unsigned SrcReg;
+  bool IsSrcPhys;
+  if (isCopyToReg(UseMI, TII, SrcReg, DstReg, IsSrcPhys, IsDstPhys)) {
+    IsCopy = true;
+    return &UseMI;
+  }
+  IsDstPhys = false;
+  if (isTwoAddrUse(UseMI, Reg, DstReg)) {
+    IsDstPhys = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(DstReg);
+    return &UseMI;
+  }
+  return 0;
+}
+
+/// getMappedReg - Return the physical register the specified virtual register
+/// might be mapped to.
+static unsigned
+getMappedReg(unsigned Reg, DenseMap<unsigned, unsigned> &RegMap) {
+  while (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))  {
+    DenseMap<unsigned, unsigned>::iterator SI = RegMap.find(Reg);
+    if (SI == RegMap.end())
+      return 0;
+    Reg = SI->second;
+  }
+  if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg))
+    return Reg;
+  return 0;
+}
+
+/// regsAreCompatible - Return true if the two registers are equal or aliased.
+///
+static bool
+regsAreCompatible(unsigned RegA, unsigned RegB, const TargetRegisterInfo *TRI) {
+  if (RegA == RegB)
+    return true;
+  if (!RegA || !RegB)
+    return false;
+  return TRI->regsOverlap(RegA, RegB);
+}
+
+
+/// isProfitableToReMat - Return true if it's potentially profitable to commute
+/// the two-address instruction that's being processed.
+bool
+TwoAddressInstructionPass::isProfitableToCommute(unsigned regB, unsigned regC,
+                                       MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
+                                       unsigned Dist) {
+  // Determine if it's profitable to commute this two address instruction. In
+  // general, we want no uses between this instruction and the definition of
+  // the two-address register.
+  // e.g.
+  // %reg1028<def> = EXTRACT_SUBREG %reg1027<kill>, 1
+  // %reg1029<def> = MOV8rr %reg1028
+  // %reg1029<def> = SHR8ri %reg1029, 7, %EFLAGS<imp-def,dead>
+  // insert => %reg1030<def> = MOV8rr %reg1028
+  // %reg1030<def> = ADD8rr %reg1028<kill>, %reg1029<kill>, %EFLAGS<imp-def,dead>
+  // In this case, it might not be possible to coalesce the second MOV8rr
+  // instruction if the first one is coalesced. So it would be profitable to
+  // commute it:
+  // %reg1028<def> = EXTRACT_SUBREG %reg1027<kill>, 1
+  // %reg1029<def> = MOV8rr %reg1028
+  // %reg1029<def> = SHR8ri %reg1029, 7, %EFLAGS<imp-def,dead>
+  // insert => %reg1030<def> = MOV8rr %reg1029
+  // %reg1030<def> = ADD8rr %reg1029<kill>, %reg1028<kill>, %EFLAGS<imp-def,dead>  
+
+  if (!MI->killsRegister(regC))
+    return false;
+
+  // Ok, we have something like:
+  // %reg1030<def> = ADD8rr %reg1028<kill>, %reg1029<kill>, %EFLAGS<imp-def,dead>
+  // let's see if it's worth commuting it.
+
+  // Look for situations like this:
+  // %reg1024<def> = MOV r1
+  // %reg1025<def> = MOV r0
+  // %reg1026<def> = ADD %reg1024, %reg1025
+  // r0            = MOV %reg1026
+  // Commute the ADD to hopefully eliminate an otherwise unavoidable copy.
+  unsigned FromRegB = getMappedReg(regB, SrcRegMap);
+  unsigned FromRegC = getMappedReg(regC, SrcRegMap);
+  unsigned ToRegB = getMappedReg(regB, DstRegMap);
+  unsigned ToRegC = getMappedReg(regC, DstRegMap);
+  if (!regsAreCompatible(FromRegB, ToRegB, TRI) &&
+      (regsAreCompatible(FromRegB, ToRegC, TRI) ||
+       regsAreCompatible(FromRegC, ToRegB, TRI)))
+    return true;
+
+  // If there is a use of regC between its last def (could be livein) and this
+  // instruction, then bail.
+  unsigned LastDefC = 0;
+  if (!NoUseAfterLastDef(regC, MBB, Dist, LastDefC))
+    return false;
+
+  // If there is a use of regB between its last def (could be livein) and this
+  // instruction, then go ahead and make this transformation.
+  unsigned LastDefB = 0;
+  if (!NoUseAfterLastDef(regB, MBB, Dist, LastDefB))
+    return true;
+
+  // Since there are no intervening uses for both registers, then commute
+  // if the def of regC is closer. Its live interval is shorter.
+  return LastDefB && LastDefC && LastDefC > LastDefB;
+}
+
+/// CommuteInstruction - Commute a two-address instruction and update the basic
+/// block, distance map, and live variables if needed. Return true if it is
+/// successful.
+bool
+TwoAddressInstructionPass::CommuteInstruction(MachineBasicBlock::iterator &mi,
+                               MachineFunction::iterator &mbbi,
+                               unsigned RegB, unsigned RegC, unsigned Dist) {
+  MachineInstr *MI = mi;
+  DEBUG(dbgs() << "2addr: COMMUTING  : " << *MI);
+  MachineInstr *NewMI = TII->commuteInstruction(MI);
+
+  if (NewMI == 0) {
+    DEBUG(dbgs() << "2addr: COMMUTING FAILED!\n");
+    return false;
+  }
+
+  DEBUG(dbgs() << "2addr: COMMUTED TO: " << *NewMI);
+  // If the instruction changed to commute it, update livevar.
+  if (NewMI != MI) {
+    if (LV)
+      // Update live variables
+      LV->replaceKillInstruction(RegC, MI, NewMI);
+
+    mbbi->insert(mi, NewMI);           // Insert the new inst
+    mbbi->erase(mi);                   // Nuke the old inst.
+    mi = NewMI;
+    DistanceMap.insert(std::make_pair(NewMI, Dist));
+  }
+
+  // Update source register map.
+  unsigned FromRegC = getMappedReg(RegC, SrcRegMap);
+  if (FromRegC) {
+    unsigned RegA = MI->getOperand(0).getReg();
+    SrcRegMap[RegA] = FromRegC;
+  }
+
+  return true;
+}
+
+/// isProfitableToConv3Addr - Return true if it is profitable to convert the
+/// given 2-address instruction to a 3-address one.
+bool
+TwoAddressInstructionPass::isProfitableToConv3Addr(unsigned RegA) {
+  // Look for situations like this:
+  // %reg1024<def> = MOV r1
+  // %reg1025<def> = MOV r0
+  // %reg1026<def> = ADD %reg1024, %reg1025
+  // r2            = MOV %reg1026
+  // Turn ADD into a 3-address instruction to avoid a copy.
+  unsigned FromRegA = getMappedReg(RegA, SrcRegMap);
+  unsigned ToRegA = getMappedReg(RegA, DstRegMap);
+  return (FromRegA && ToRegA && !regsAreCompatible(FromRegA, ToRegA, TRI));
+}
+
+/// ConvertInstTo3Addr - Convert the specified two-address instruction into a
+/// three address one. Return true if this transformation was successful.
+bool
+TwoAddressInstructionPass::ConvertInstTo3Addr(MachineBasicBlock::iterator &mi,
+                                              MachineBasicBlock::iterator &nmi,
+                                              MachineFunction::iterator &mbbi,
+                                              unsigned RegB, unsigned Dist) {
+  MachineInstr *NewMI = TII->convertToThreeAddress(mbbi, mi, LV);
+  if (NewMI) {
+    DEBUG(dbgs() << "2addr: CONVERTING 2-ADDR: " << *mi);
+    DEBUG(dbgs() << "2addr:         TO 3-ADDR: " << *NewMI);
+    bool Sunk = false;
+
+    if (NewMI->findRegisterUseOperand(RegB, false, TRI))
+      // FIXME: Temporary workaround. If the new instruction doesn't
+      // uses RegB, convertToThreeAddress must have created more
+      // then one instruction.
+      Sunk = Sink3AddrInstruction(mbbi, NewMI, RegB, mi);
+
+    mbbi->erase(mi); // Nuke the old inst.
+
+    if (!Sunk) {
+      DistanceMap.insert(std::make_pair(NewMI, Dist));
+      mi = NewMI;
+      nmi = llvm::next(mi);
+    }
+    return true;
+  }
+
+  return false;
+}
+
+/// ProcessCopy - If the specified instruction is not yet processed, process it
+/// if it's a copy. For a copy instruction, we find the physical registers the
+/// source and destination registers might be mapped to. These are kept in
+/// point-to maps used to determine future optimizations. e.g.
+/// v1024 = mov r0
+/// v1025 = mov r1
+/// v1026 = add v1024, v1025
+/// r1    = mov r1026
+/// If 'add' is a two-address instruction, v1024, v1026 are both potentially
+/// coalesced to r0 (from the input side). v1025 is mapped to r1. v1026 is
+/// potentially joined with r1 on the output side. It's worthwhile to commute
+/// 'add' to eliminate a copy.
+void TwoAddressInstructionPass::ProcessCopy(MachineInstr *MI,
+                                     MachineBasicBlock *MBB,
+                                     SmallPtrSet<MachineInstr*, 8> &Processed) {
+  if (Processed.count(MI))
+    return;
+
+  bool IsSrcPhys, IsDstPhys;
+  unsigned SrcReg, DstReg;
+  if (!isCopyToReg(*MI, TII, SrcReg, DstReg, IsSrcPhys, IsDstPhys))
+    return;
+
+  if (IsDstPhys && !IsSrcPhys)
+    DstRegMap.insert(std::make_pair(SrcReg, DstReg));
+  else if (!IsDstPhys && IsSrcPhys) {
+    bool isNew = SrcRegMap.insert(std::make_pair(DstReg, SrcReg)).second;
+    if (!isNew)
+      assert(SrcRegMap[DstReg] == SrcReg &&
+             "Can't map to two src physical registers!");
+
+    SmallVector<unsigned, 4> VirtRegPairs;
+    bool IsCopy = false;
+    unsigned NewReg = 0;
+    while (MachineInstr *UseMI = findOnlyInterestingUse(DstReg, MBB, MRI,TII,
+                                                   IsCopy, NewReg, IsDstPhys)) {
+      if (IsCopy) {
+        if (!Processed.insert(UseMI))
+          break;
+      }
+
+      DenseMap<MachineInstr*, unsigned>::iterator DI = DistanceMap.find(UseMI);
+      if (DI != DistanceMap.end())
+        // Earlier in the same MBB.Reached via a back edge.
+        break;
+
+      if (IsDstPhys) {
+        VirtRegPairs.push_back(NewReg);
+        break;
+      }
+      bool isNew = SrcRegMap.insert(std::make_pair(NewReg, DstReg)).second;
+      if (!isNew)
+        assert(SrcRegMap[NewReg] == DstReg &&
+               "Can't map to two src physical registers!");
+      VirtRegPairs.push_back(NewReg);
+      DstReg = NewReg;
+    }
+
+    if (!VirtRegPairs.empty()) {
+      unsigned ToReg = VirtRegPairs.back();
+      VirtRegPairs.pop_back();
+      while (!VirtRegPairs.empty()) {
+        unsigned FromReg = VirtRegPairs.back();
+        VirtRegPairs.pop_back();
+        bool isNew = DstRegMap.insert(std::make_pair(FromReg, ToReg)).second;
+        if (!isNew)
+          assert(DstRegMap[FromReg] == ToReg &&
+                 "Can't map to two dst physical registers!");
+        ToReg = FromReg;
+      }
+    }
+  }
+
+  Processed.insert(MI);
+}
+
+/// isSafeToDelete - If the specified instruction does not produce any side
+/// effects and all of its defs are dead, then it's safe to delete.
+static bool isSafeToDelete(MachineInstr *MI,
+                           const TargetInstrInfo *TII,
+                           SmallVector<unsigned, 4> &Kills) {
+  const TargetInstrDesc &TID = MI->getDesc();
+  if (TID.mayStore() || TID.isCall())
+    return false;
+  if (TID.isTerminator() || TID.hasUnmodeledSideEffects())
+    return false;
+
+  for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+    MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
+    if (!MO.isReg())
+      continue;
+    if (MO.isDef() && !MO.isDead())
+      return false;
+    if (MO.isUse() && MO.isKill())
+      Kills.push_back(MO.getReg());
+  }
+  return true;
+}
+
+/// canUpdateDeletedKills - Check if all the registers listed in Kills are
+/// killed by instructions in MBB preceding the current instruction at
+/// position Dist.  If so, return true and record information about the
+/// preceding kills in NewKills.
+bool TwoAddressInstructionPass::
+canUpdateDeletedKills(SmallVector<unsigned, 4> &Kills,
+                      SmallVector<NewKill, 4> &NewKills,
+                      MachineBasicBlock *MBB, unsigned Dist) {
+  while (!Kills.empty()) {
+    unsigned Kill = Kills.back();
+    Kills.pop_back();
+    if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Kill))
+      return false;
+
+    MachineInstr *LastKill = FindLastUseInMBB(Kill, MBB, Dist);
+    if (!LastKill)
+      return false;
+
+    bool isModRef = LastKill->definesRegister(Kill);
+    NewKills.push_back(std::make_pair(std::make_pair(Kill, isModRef),
+                                      LastKill));
+  }
+  return true;
+}
+
+/// DeleteUnusedInstr - If an instruction with a tied register operand can
+/// be safely deleted, just delete it.
+bool
+TwoAddressInstructionPass::DeleteUnusedInstr(MachineBasicBlock::iterator &mi,
+                                             MachineBasicBlock::iterator &nmi,
+                                             MachineFunction::iterator &mbbi,
+                                             unsigned Dist) {
+  // Check if the instruction has no side effects and if all its defs are dead.
+  SmallVector<unsigned, 4> Kills;
+  if (!isSafeToDelete(mi, TII, Kills))
+    return false;
+
+  // If this instruction kills some virtual registers, we need to
+  // update the kill information. If it's not possible to do so,
+  // then bail out.
+  SmallVector<NewKill, 4> NewKills;
+  if (!canUpdateDeletedKills(Kills, NewKills, &*mbbi, Dist))
+    return false;
+
+  if (LV) {
+    while (!NewKills.empty()) {
+      MachineInstr *NewKill = NewKills.back().second;
+      unsigned Kill = NewKills.back().first.first;
+      bool isDead = NewKills.back().first.second;
+      NewKills.pop_back();
+      if (LV->removeVirtualRegisterKilled(Kill, mi)) {
+        if (isDead)
+          LV->addVirtualRegisterDead(Kill, NewKill);
+        else
+          LV->addVirtualRegisterKilled(Kill, NewKill);
+      }
+    }
+  }
+
+  mbbi->erase(mi); // Nuke the old inst.
+  mi = nmi;
+  return true;
+}
+
+/// TryInstructionTransform - For the case where an instruction has a single
+/// pair of tied register operands, attempt some transformations that may
+/// either eliminate the tied operands or improve the opportunities for
+/// coalescing away the register copy.  Returns true if the tied operands
+/// are eliminated altogether.
+bool TwoAddressInstructionPass::
+TryInstructionTransform(MachineBasicBlock::iterator &mi,
+                        MachineBasicBlock::iterator &nmi,
+                        MachineFunction::iterator &mbbi,
+                        unsigned SrcIdx, unsigned DstIdx, unsigned Dist) {
+  const TargetInstrDesc &TID = mi->getDesc();
+  unsigned regA = mi->getOperand(DstIdx).getReg();
+  unsigned regB = mi->getOperand(SrcIdx).getReg();
+
+  assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(regB) &&
+         "cannot make instruction into two-address form");
+
+  // If regA is dead and the instruction can be deleted, just delete
+  // it so it doesn't clobber regB.
+  bool regBKilled = isKilled(*mi, regB, MRI, TII);
+  if (!regBKilled && mi->getOperand(DstIdx).isDead() &&
+      DeleteUnusedInstr(mi, nmi, mbbi, Dist)) {
+    ++NumDeletes;
+    return true; // Done with this instruction.
+  }
+
+  // Check if it is profitable to commute the operands.
+  unsigned SrcOp1, SrcOp2;
+  unsigned regC = 0;
+  unsigned regCIdx = ~0U;
+  bool TryCommute = false;
+  bool AggressiveCommute = false;
+  if (TID.isCommutable() && mi->getNumOperands() >= 3 &&
+      TII->findCommutedOpIndices(mi, SrcOp1, SrcOp2)) {
+    if (SrcIdx == SrcOp1)
+      regCIdx = SrcOp2;
+    else if (SrcIdx == SrcOp2)
+      regCIdx = SrcOp1;
+
+    if (regCIdx != ~0U) {
+      regC = mi->getOperand(regCIdx).getReg();
+      if (!regBKilled && isKilled(*mi, regC, MRI, TII))
+        // If C dies but B does not, swap the B and C operands.
+        // This makes the live ranges of A and C joinable.
+        TryCommute = true;
+      else if (isProfitableToCommute(regB, regC, mi, mbbi, Dist)) {
+        TryCommute = true;
+        AggressiveCommute = true;
+      }
+    }
+  }
+
+  // If it's profitable to commute, try to do so.
+  if (TryCommute && CommuteInstruction(mi, mbbi, regB, regC, Dist)) {
+    ++NumCommuted;
+    if (AggressiveCommute)
+      ++NumAggrCommuted;
+    return false;
+  }
+
+  if (TID.isConvertibleTo3Addr()) {
+    // This instruction is potentially convertible to a true
+    // three-address instruction.  Check if it is profitable.
+    if (!regBKilled || isProfitableToConv3Addr(regA)) {
+      // Try to convert it.
+      if (ConvertInstTo3Addr(mi, nmi, mbbi, regB, Dist)) {
+        ++NumConvertedTo3Addr;
+        return true; // Done with this instruction.
+      }
+    }
+  }
+
+  // If this is an instruction with a load folded into it, try unfolding
+  // the load, e.g. avoid this:
+  //   movq %rdx, %rcx
+  //   addq (%rax), %rcx
+  // in favor of this:
+  //   movq (%rax), %rcx
+  //   addq %rdx, %rcx
+  // because it's preferable to schedule a load than a register copy.
+  if (TID.mayLoad() && !regBKilled) {
+    // Determine if a load can be unfolded.
+    unsigned LoadRegIndex;
+    unsigned NewOpc =
+      TII->getOpcodeAfterMemoryUnfold(mi->getOpcode(),
+                                      /*UnfoldLoad=*/true,
+                                      /*UnfoldStore=*/false,
+                                      &LoadRegIndex);
+    if (NewOpc != 0) {
+      const TargetInstrDesc &UnfoldTID = TII->get(NewOpc);
+      if (UnfoldTID.getNumDefs() == 1) {
+        MachineFunction &MF = *mbbi->getParent();
+
+        // Unfold the load.
+        DEBUG(dbgs() << "2addr:   UNFOLDING: " << *mi);
+        const TargetRegisterClass *RC =
+          UnfoldTID.OpInfo[LoadRegIndex].getRegClass(TRI);
+        unsigned Reg = MRI->createVirtualRegister(RC);
+        SmallVector<MachineInstr *, 2> NewMIs;
+        if (!TII->unfoldMemoryOperand(MF, mi, Reg,
+                                      /*UnfoldLoad=*/true,/*UnfoldStore=*/false,
+                                      NewMIs)) {
+          DEBUG(dbgs() << "2addr: ABANDONING UNFOLD\n");
+          return false;
+        }
+        assert(NewMIs.size() == 2 &&
+               "Unfolded a load into multiple instructions!");
+        // The load was previously folded, so this is the only use.
+        NewMIs[1]->addRegisterKilled(Reg, TRI);
+
+        // Tentatively insert the instructions into the block so that they
+        // look "normal" to the transformation logic.
+        mbbi->insert(mi, NewMIs[0]);
+        mbbi->insert(mi, NewMIs[1]);
+
+        DEBUG(dbgs() << "2addr:    NEW LOAD: " << *NewMIs[0]
+                     << "2addr:    NEW INST: " << *NewMIs[1]);
+
+        // Transform the instruction, now that it no longer has a load.
+        unsigned NewDstIdx = NewMIs[1]->findRegisterDefOperandIdx(regA);
+        unsigned NewSrcIdx = NewMIs[1]->findRegisterUseOperandIdx(regB);
+        MachineBasicBlock::iterator NewMI = NewMIs[1];
+        bool TransformSuccess =
+          TryInstructionTransform(NewMI, mi, mbbi,
+                                  NewSrcIdx, NewDstIdx, Dist);
+        if (TransformSuccess ||
+            NewMIs[1]->getOperand(NewSrcIdx).isKill()) {
+          // Success, or at least we made an improvement. Keep the unfolded
+          // instructions and discard the original.
+          if (LV) {
+            for (unsigned i = 0, e = mi->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+              MachineOperand &MO = mi->getOperand(i);
+              if (MO.isReg() && MO.getReg() != 0 &&
+                  TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg())) {
+                if (MO.isUse()) {
+                  if (MO.isKill()) {
+                    if (NewMIs[0]->killsRegister(MO.getReg()))
+                      LV->replaceKillInstruction(MO.getReg(), mi, NewMIs[0]);
+                    else {
+                      assert(NewMIs[1]->killsRegister(MO.getReg()) &&
+                             "Kill missing after load unfold!");
+                      LV->replaceKillInstruction(MO.getReg(), mi, NewMIs[1]);
+                    }
+                  }
+                } else if (LV->removeVirtualRegisterDead(MO.getReg(), mi)) {
+                  if (NewMIs[1]->registerDefIsDead(MO.getReg()))
+                    LV->addVirtualRegisterDead(MO.getReg(), NewMIs[1]);
+                  else {
+                    assert(NewMIs[0]->registerDefIsDead(MO.getReg()) &&
+                           "Dead flag missing after load unfold!");
+                    LV->addVirtualRegisterDead(MO.getReg(), NewMIs[0]);
+                  }
+                }
+              }
+            }
+            LV->addVirtualRegisterKilled(Reg, NewMIs[1]);
+          }
+          mi->eraseFromParent();
+          mi = NewMIs[1];
+          if (TransformSuccess)
+            return true;
+        } else {
+          // Transforming didn't eliminate the tie and didn't lead to an
+          // improvement. Clean up the unfolded instructions and keep the
+          // original.
+          DEBUG(dbgs() << "2addr: ABANDONING UNFOLD\n");
+          NewMIs[0]->eraseFromParent();
+          NewMIs[1]->eraseFromParent();
+        }
+      }
+    }
+  }
+
+  return false;
+}
+
 /// runOnMachineFunction - Reduce two-address instructions to two operands.
 ///
 bool TwoAddressInstructionPass::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
-  DOUT << "Machine Function\n";
+  DEBUG(dbgs() << "Machine Function\n");
   const TargetMachine &TM = MF.getTarget();
   MRI = &MF.getRegInfo();
   TII = TM.getInstrInfo();
   TRI = TM.getRegisterInfo();
-  LV = getAnalysisToUpdate<LiveVariables>();
+  LV = getAnalysisIfAvailable<LiveVariables>();
+  AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
 
   bool MadeChange = false;
 
-  DOUT << "********** REWRITING TWO-ADDR INSTRS **********\n";
-  DOUT << "********** Function: " << MF.getFunction()->getName() << '\n';
+  DEBUG(dbgs() << "********** REWRITING TWO-ADDR INSTRS **********\n");
+  DEBUG(dbgs() << "********** Function: " 
+        << MF.getFunction()->getName() << '\n');
 
   // ReMatRegs - Keep track of the registers whose def's are remat'ed.
   BitVector ReMatRegs;
   ReMatRegs.resize(MRI->getLastVirtReg()+1);
 
-  // DistanceMap - Keep track the distance of a MI from the start of the
-  // current basic block.
-  DenseMap<MachineInstr*, unsigned> DistanceMap;
+  typedef DenseMap<unsigned, SmallVector<std::pair<unsigned, unsigned>, 4> >
+    TiedOperandMap;
+  TiedOperandMap TiedOperands(4);
 
+  SmallPtrSet<MachineInstr*, 8> Processed;
   for (MachineFunction::iterator mbbi = MF.begin(), mbbe = MF.end();
        mbbi != mbbe; ++mbbi) {
     unsigned Dist = 0;
     DistanceMap.clear();
+    SrcRegMap.clear();
+    DstRegMap.clear();
+    Processed.clear();
     for (MachineBasicBlock::iterator mi = mbbi->begin(), me = mbbi->end();
          mi != me; ) {
-      MachineBasicBlock::iterator nmi = next(mi);
+      MachineBasicBlock::iterator nmi = llvm::next(mi);
+      if (mi->isDebugValue()) {
+        mi = nmi;
+        continue;
+      }
+
+      // Remember REG_SEQUENCE instructions, we'll deal with them later.
+      if (mi->isRegSequence())
+        RegSequences.push_back(&*mi);
+
       const TargetInstrDesc &TID = mi->getDesc();
       bool FirstTied = true;
 
       DistanceMap.insert(std::make_pair(mi, ++Dist));
-      for (unsigned si = 1, e = TID.getNumOperands(); si < e; ++si) {
-        int ti = TID.getOperandConstraint(si, TOI::TIED_TO);
-        if (ti == -1)
+
+      ProcessCopy(&*mi, &*mbbi, Processed);
+
+      // First scan through all the tied register uses in this instruction
+      // and record a list of pairs of tied operands for each register.
+      unsigned NumOps = mi->isInlineAsm()
+        ? mi->getNumOperands() : TID.getNumOperands();
+      for (unsigned SrcIdx = 0; SrcIdx < NumOps; ++SrcIdx) {
+        unsigned DstIdx = 0;
+        if (!mi->isRegTiedToDefOperand(SrcIdx, &DstIdx))
           continue;
 
         if (FirstTied) {
+          FirstTied = false;
           ++NumTwoAddressInstrs;
-          DOUT << '\t'; DEBUG(mi->print(*cerr.stream(), &TM));
+          DEBUG(dbgs() << '\t' << *mi);
         }
 
-        FirstTied = false;
-
-        assert(mi->getOperand(si).isReg() && mi->getOperand(si).getReg() &&
-               mi->getOperand(si).isUse() && "two address instruction invalid");
+        assert(mi->getOperand(SrcIdx).isReg() &&
+               mi->getOperand(SrcIdx).getReg() &&
+               mi->getOperand(SrcIdx).isUse() &&
+               "two address instruction invalid");
 
-        // If the two operands are the same we just remove the use
-        // and mark the def as def&use, otherwise we have to insert a copy.
-        if (mi->getOperand(ti).getReg() != mi->getOperand(si).getReg()) {
-          // Rewrite:
-          //     a = b op c
-          // to:
-          //     a = b
-          //     a = a op c
-          unsigned regA = mi->getOperand(ti).getReg();
-          unsigned regB = mi->getOperand(si).getReg();
-
-          assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(regA) &&
-                 TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(regB) &&
-                 "cannot update physical register live information");
-
-#ifndef NDEBUG
-          // First, verify that we don't have a use of a in the instruction (a =
-          // b + a for example) because our transformation will not work. This
-          // should never occur because we are in SSA form.
-          for (unsigned i = 0; i != mi->getNumOperands(); ++i)
-            assert((int)i == ti ||
-                   !mi->getOperand(i).isReg() ||
-                   mi->getOperand(i).getReg() != regA);
-#endif
+        unsigned regB = mi->getOperand(SrcIdx).getReg();
+        TiedOperandMap::iterator OI = TiedOperands.find(regB);
+        if (OI == TiedOperands.end()) {
+          SmallVector<std::pair<unsigned, unsigned>, 4> TiedPair;
+          OI = TiedOperands.insert(std::make_pair(regB, TiedPair)).first;
+        }
+        OI->second.push_back(std::make_pair(SrcIdx, DstIdx));
+      }
 
-          // If this instruction is not the killing user of B, see if we can
-          // rearrange the code to make it so.  Making it the killing user will
-          // allow us to coalesce A and B together, eliminating the copy we are
-          // about to insert.
-          if (!mi->killsRegister(regB)) {
-            // If this instruction is commutative, check to see if C dies.  If
-            // so, swap the B and C operands.  This makes the live ranges of A
-            // and C joinable.
-            // FIXME: This code also works for A := B op C instructions.
-            if (TID.isCommutable() && mi->getNumOperands() >= 3) {
-              assert(mi->getOperand(3-si).isReg() &&
-                     "Not a proper commutative instruction!");
-              unsigned regC = mi->getOperand(3-si).getReg();
-
-              if (mi->killsRegister(regC)) {
-                DOUT << "2addr: COMMUTING  : " << *mi;
-                MachineInstr *NewMI = TII->commuteInstruction(mi);
-
-                if (NewMI == 0) {
-                  DOUT << "2addr: COMMUTING FAILED!\n";
-                } else {
-                  DOUT << "2addr: COMMUTED TO: " << *NewMI;
-                  // If the instruction changed to commute it, update livevar.
-                  if (NewMI != mi) {
-                    if (LV)
-                      // Update live variables
-                      LV->replaceKillInstruction(regC, mi, NewMI);
-                    
-                    mbbi->insert(mi, NewMI);           // Insert the new inst
-                    mbbi->erase(mi);                   // Nuke the old inst.
-                    mi = NewMI;
-                    DistanceMap.insert(std::make_pair(NewMI, Dist));
-                  }
+      // Now iterate over the information collected above.
+      for (TiedOperandMap::iterator OI = TiedOperands.begin(),
+             OE = TiedOperands.end(); OI != OE; ++OI) {
+        SmallVector<std::pair<unsigned, unsigned>, 4> &TiedPairs = OI->second;
 
-                  ++NumCommuted;
-                  regB = regC;
-                  goto InstructionRearranged;
-                }
-              }
-            }
+        // If the instruction has a single pair of tied operands, try some
+        // transformations that may either eliminate the tied operands or
+        // improve the opportunities for coalescing away the register copy.
+        if (TiedOperands.size() == 1 && TiedPairs.size() == 1) {
+          unsigned SrcIdx = TiedPairs[0].first;
+          unsigned DstIdx = TiedPairs[0].second;
 
-            // If this instruction is potentially convertible to a true
-            // three-address instruction,
-            if (TID.isConvertibleTo3Addr()) {
-              // FIXME: This assumes there are no more operands which are tied
-              // to another register.
-#ifndef NDEBUG
-              for (unsigned i = si + 1, e = TID.getNumOperands(); i < e; ++i)
-                assert(TID.getOperandConstraint(i, TOI::TIED_TO) == -1);
-#endif
+          // If the registers are already equal, nothing needs to be done.
+          if (mi->getOperand(SrcIdx).getReg() ==
+              mi->getOperand(DstIdx).getReg())
+            break; // Done with this instruction.
 
-              MachineInstr *NewMI = TII->convertToThreeAddress(mbbi, mi, LV);
-              if (NewMI) {
-                DOUT << "2addr: CONVERTING 2-ADDR: " << *mi;
-                DOUT << "2addr:         TO 3-ADDR: " << *NewMI;
-                bool Sunk = false;
+          if (TryInstructionTransform(mi, nmi, mbbi, SrcIdx, DstIdx, Dist))
+            break; // The tied operands have been eliminated.
+        }
 
-                if (NewMI->findRegisterUseOperand(regB, false, TRI))
-                  // FIXME: Temporary workaround. If the new instruction doesn't
-                  // uses regB, convertToThreeAddress must have created more
-                  // then one instruction.
-                  Sunk = Sink3AddrInstruction(mbbi, NewMI, regB, mi);
+        bool RemovedKillFlag = false;
+        bool AllUsesCopied = true;
+        unsigned LastCopiedReg = 0;
+        unsigned regB = OI->first;
+        for (unsigned tpi = 0, tpe = TiedPairs.size(); tpi != tpe; ++tpi) {
+          unsigned SrcIdx = TiedPairs[tpi].first;
+          unsigned DstIdx = TiedPairs[tpi].second;
+          unsigned regA = mi->getOperand(DstIdx).getReg();
+          // Grab regB from the instruction because it may have changed if the
+          // instruction was commuted.
+          regB = mi->getOperand(SrcIdx).getReg();
 
-                mbbi->erase(mi); // Nuke the old inst.
+          if (regA == regB) {
+            // The register is tied to multiple destinations (or else we would
+            // not have continued this far), but this use of the register
+            // already matches the tied destination.  Leave it.
+            AllUsesCopied = false;
+            continue;
+          }
+          LastCopiedReg = regA;
 
-                if (!Sunk) {
-                  DistanceMap.insert(std::make_pair(NewMI, Dist));
-                  mi = NewMI;
-                  nmi = next(mi);
-                }
+          assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(regB) &&
+                 "cannot make instruction into two-address form");
 
-                ++NumConvertedTo3Addr;
-                break; // Done with this instruction.
-              }
-            }
-          }
+#ifndef NDEBUG
+          // First, verify that we don't have a use of "a" in the instruction
+          // (a = b + a for example) because our transformation will not
+          // work. This should never occur because we are in SSA form.
+          for (unsigned i = 0; i != mi->getNumOperands(); ++i)
+            assert(i == DstIdx ||
+                   !mi->getOperand(i).isReg() ||
+                   mi->getOperand(i).getReg() != regA);
+#endif
 
-        InstructionRearranged:
-          const TargetRegisterClass* rc = MRI->getRegClass(regA);
+          // Emit a copy or rematerialize the definition.
+          const TargetRegisterClass *rc = MRI->getRegClass(regB);
           MachineInstr *DefMI = MRI->getVRegDef(regB);
           // If it's safe and profitable, remat the definition instead of
           // copying it.
           if (DefMI &&
               DefMI->getDesc().isAsCheapAsAMove() &&
-              DefMI->isSafeToReMat(TII, regB) &&
-              isProfitableToReMat(regB, rc, mi, DefMI, mbbi, Dist,DistanceMap)){
-            DEBUG(cerr << "2addr: REMATTING : " << *DefMI << "\n");
-            TII->reMaterialize(*mbbi, mi, regA, DefMI);
+              DefMI->isSafeToReMat(TII, AA, regB) &&
+              isProfitableToReMat(regB, rc, mi, DefMI, mbbi, Dist)){
+            DEBUG(dbgs() << "2addr: REMATTING : " << *DefMI << "\n");
+            unsigned regASubIdx = mi->getOperand(DstIdx).getSubReg();
+            TII->reMaterialize(*mbbi, mi, regA, regASubIdx, DefMI, *TRI);
             ReMatRegs.set(regB);
             ++NumReMats;
           } else {
-            TII->copyRegToReg(*mbbi, mi, regA, regB, rc, rc);
+            BuildMI(*mbbi, mi, mi->getDebugLoc(), TII->get(TargetOpcode::COPY),
+                    regA).addReg(regB);
           }
 
-          MachineBasicBlock::iterator prevMi = prior(mi);
+          MachineBasicBlock::iterator prevMI = prior(mi);
+          // Update DistanceMap.
+          DistanceMap.insert(std::make_pair(prevMI, Dist));
+          DistanceMap[mi] = ++Dist;
 
-          // Update live variables for regB.
-          if (LV) {
-            LiveVariables::VarInfo& varInfoB = LV->getVarInfo(regB);
+          DEBUG(dbgs() << "\t\tprepend:\t" << *prevMI);
 
-            // regB is used in this BB.
-            varInfoB.UsedBlocks[mbbi->getNumber()] = true;
-
-            if (LV->removeVirtualRegisterKilled(regB,  mi))
-              LV->addVirtualRegisterKilled(regB, prevMi);
+          MachineOperand &MO = mi->getOperand(SrcIdx);
+          assert(MO.isReg() && MO.getReg() == regB && MO.isUse() &&
+                 "inconsistent operand info for 2-reg pass");
+          if (MO.isKill()) {
+            MO.setIsKill(false);
+            RemovedKillFlag = true;
+          }
+          MO.setReg(regA);
+        }
 
-            if (LV->removeVirtualRegisterDead(regB, mi))
-              LV->addVirtualRegisterDead(regB, prevMi);
+        if (AllUsesCopied) {
+          // Replace other (un-tied) uses of regB with LastCopiedReg.
+          for (unsigned i = 0, e = mi->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+            MachineOperand &MO = mi->getOperand(i);
+            if (MO.isReg() && MO.getReg() == regB && MO.isUse()) {
+              if (MO.isKill()) {
+                MO.setIsKill(false);
+                RemovedKillFlag = true;
+              }
+              MO.setReg(LastCopiedReg);
+            }
           }
 
-          DOUT << "\t\tprepend:\t"; DEBUG(prevMi->print(*cerr.stream(), &TM));
-          
-          // Replace all occurences of regB with regA.
+          // Update live variables for regB.
+          if (RemovedKillFlag && LV && LV->getVarInfo(regB).removeKill(mi))
+            LV->addVirtualRegisterKilled(regB, prior(mi));
+
+        } else if (RemovedKillFlag) {
+          // Some tied uses of regB matched their destination registers, so
+          // regB is still used in this instruction, but a kill flag was
+          // removed from a different tied use of regB, so now we need to add
+          // a kill flag to one of the remaining uses of regB.
           for (unsigned i = 0, e = mi->getNumOperands(); i != e; ++i) {
-            if (mi->getOperand(i).isReg() &&
-                mi->getOperand(i).getReg() == regB)
-              mi->getOperand(i).setReg(regA);
+            MachineOperand &MO = mi->getOperand(i);
+            if (MO.isReg() && MO.getReg() == regB && MO.isUse()) {
+              MO.setIsKill(true);
+              break;
+            }
           }
         }
 
-        assert(mi->getOperand(ti).isDef() && mi->getOperand(si).isUse());
-        mi->getOperand(ti).setReg(mi->getOperand(si).getReg());
+        // Schedule the source copy / remat inserted to form two-address
+        // instruction. FIXME: Does it matter the distance map may not be
+        // accurate after it's scheduled?
+        TII->scheduleTwoAddrSource(prior(mi), mi, *TRI);
+
         MadeChange = true;
 
-        DOUT << "\t\trewrite to:\t"; DEBUG(mi->print(*cerr.stream(), &TM));
+        DEBUG(dbgs() << "\t\trewrite to:\t" << *mi);
       }
 
+      // Rewrite INSERT_SUBREG as COPY now that we no longer need SSA form.
+      if (mi->isInsertSubreg()) {
+        // From %reg = INSERT_SUBREG %reg, %subreg, subidx
+        // To   %reg:subidx = COPY %subreg
+        unsigned SubIdx = mi->getOperand(3).getImm();
+        mi->RemoveOperand(3);
+        assert(mi->getOperand(0).getSubReg() == 0 && "Unexpected subreg idx");
+        mi->getOperand(0).setSubReg(SubIdx);
+        mi->RemoveOperand(1);
+        mi->setDesc(TII->get(TargetOpcode::COPY));
+        DEBUG(dbgs() << "\t\tconvert to:\t" << *mi);
+      }
+
+      // Clear TiedOperands here instead of at the top of the loop
+      // since most instructions do not have tied operands.
+      TiedOperands.clear();
       mi = nmi;
     }
   }
@@ -458,12 +1236,268 @@ bool TwoAddressInstructionPass::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
   // Some remat'ed instructions are dead.
   int VReg = ReMatRegs.find_first();
   while (VReg != -1) {
-    if (MRI->use_empty(VReg)) {
+    if (MRI->use_nodbg_empty(VReg)) {
       MachineInstr *DefMI = MRI->getVRegDef(VReg);
       DefMI->eraseFromParent();
     }
     VReg = ReMatRegs.find_next(VReg);
   }
 
+  // Eliminate REG_SEQUENCE instructions. Their whole purpose was to preseve
+  // SSA form. It's now safe to de-SSA.
+  MadeChange |= EliminateRegSequences();
+
   return MadeChange;
 }
+
+static void UpdateRegSequenceSrcs(unsigned SrcReg,
+                                  unsigned DstReg, unsigned SubIdx,
+                                  MachineRegisterInfo *MRI,
+                                  const TargetRegisterInfo &TRI) {
+  for (MachineRegisterInfo::reg_iterator RI = MRI->reg_begin(SrcReg),
+         RE = MRI->reg_end(); RI != RE; ) {
+    MachineOperand &MO = RI.getOperand();
+    ++RI;
+    MO.substVirtReg(DstReg, SubIdx, TRI);
+  }
+}
+
+/// CoalesceExtSubRegs - If a number of sources of the REG_SEQUENCE are
+/// EXTRACT_SUBREG from the same register and to the same virtual register
+/// with different sub-register indices, attempt to combine the
+/// EXTRACT_SUBREGs and pre-coalesce them. e.g.
+/// %reg1026<def> = VLDMQ %reg1025<kill>, 260, pred:14, pred:%reg0
+/// %reg1029:6<def> = EXTRACT_SUBREG %reg1026, 6
+/// %reg1029:5<def> = EXTRACT_SUBREG %reg1026<kill>, 5
+/// Since D subregs 5, 6 can combine to a Q register, we can coalesce
+/// reg1026 to reg1029.
+void
+TwoAddressInstructionPass::CoalesceExtSubRegs(SmallVector<unsigned,4> &Srcs,
+                                              unsigned DstReg) {
+  SmallSet<unsigned, 4> Seen;
+  for (unsigned i = 0, e = Srcs.size(); i != e; ++i) {
+    unsigned SrcReg = Srcs[i];
+    if (!Seen.insert(SrcReg))
+      continue;
+
+    // Check that the instructions are all in the same basic block.
+    MachineInstr *SrcDefMI = MRI->getVRegDef(SrcReg);
+    MachineInstr *DstDefMI = MRI->getVRegDef(DstReg);
+    if (SrcDefMI->getParent() != DstDefMI->getParent())
+      continue;
+
+    // If there are no other uses than copies which feed into
+    // the reg_sequence, then we might be able to coalesce them.
+    bool CanCoalesce = true;
+    SmallVector<unsigned, 4> SrcSubIndices, DstSubIndices;
+    for (MachineRegisterInfo::use_nodbg_iterator
+           UI = MRI->use_nodbg_begin(SrcReg),
+           UE = MRI->use_nodbg_end(); UI != UE; ++UI) {
+      MachineInstr *UseMI = &*UI;
+      if (!UseMI->isCopy() || UseMI->getOperand(0).getReg() != DstReg) {
+        CanCoalesce = false;
+        break;
+      }
+      SrcSubIndices.push_back(UseMI->getOperand(1).getSubReg());
+      DstSubIndices.push_back(UseMI->getOperand(0).getSubReg());
+    }
+
+    if (!CanCoalesce || SrcSubIndices.size() < 2)
+      continue;
+
+    // Check that the source subregisters can be combined.
+    std::sort(SrcSubIndices.begin(), SrcSubIndices.end());
+    unsigned NewSrcSubIdx = 0;
+    if (!TRI->canCombineSubRegIndices(MRI->getRegClass(SrcReg), SrcSubIndices,
+                                      NewSrcSubIdx))
+      continue;
+
+    // Check that the destination subregisters can also be combined.
+    std::sort(DstSubIndices.begin(), DstSubIndices.end());
+    unsigned NewDstSubIdx = 0;
+    if (!TRI->canCombineSubRegIndices(MRI->getRegClass(DstReg), DstSubIndices,
+                                      NewDstSubIdx))
+      continue;
+
+    // If neither source nor destination can be combined to the full register,
+    // just give up.  This could be improved if it ever matters.
+    if (NewSrcSubIdx != 0 && NewDstSubIdx != 0)
+      continue;
+
+    // Now that we know that all the uses are extract_subregs and that those
+    // subregs can somehow be combined, scan all the extract_subregs again to
+    // make sure the subregs are in the right order and can be composed.
+    MachineInstr *SomeMI = 0;
+    CanCoalesce = true;
+    for (MachineRegisterInfo::use_nodbg_iterator
+           UI = MRI->use_nodbg_begin(SrcReg),
+           UE = MRI->use_nodbg_end(); UI != UE; ++UI) {
+      MachineInstr *UseMI = &*UI;
+      assert(UseMI->isCopy());
+      unsigned DstSubIdx = UseMI->getOperand(0).getSubReg();
+      unsigned SrcSubIdx = UseMI->getOperand(1).getSubReg();
+      assert(DstSubIdx != 0 && "missing subreg from RegSequence elimination");
+      if ((NewDstSubIdx == 0 &&
+           TRI->composeSubRegIndices(NewSrcSubIdx, DstSubIdx) != SrcSubIdx) ||
+          (NewSrcSubIdx == 0 &&
+           TRI->composeSubRegIndices(NewDstSubIdx, SrcSubIdx) != DstSubIdx)) {
+        CanCoalesce = false;
+        break;
+      }
+      // Keep track of one of the uses.
+      SomeMI = UseMI;
+    }
+    if (!CanCoalesce)
+      continue;
+
+    // Insert a copy to replace the original.
+    MachineBasicBlock::iterator InsertLoc = SomeMI;
+    MachineInstr *CopyMI = BuildMI(*SomeMI->getParent(), SomeMI,
+                                   SomeMI->getDebugLoc(),
+                                   TII->get(TargetOpcode::COPY))
+      .addReg(DstReg, RegState::Define, NewDstSubIdx)
+      .addReg(SrcReg, 0, NewSrcSubIdx);
+
+    // Remove all the old extract instructions.
+    for (MachineRegisterInfo::use_nodbg_iterator
+           UI = MRI->use_nodbg_begin(SrcReg),
+           UE = MRI->use_nodbg_end(); UI != UE; ) {
+      MachineInstr *UseMI = &*UI;
+      ++UI;
+      if (UseMI == CopyMI)
+        continue;
+      assert(UseMI->isCopy());
+      // Move any kills to the new copy or extract instruction.
+      if (UseMI->getOperand(1).isKill()) {
+        CopyMI->getOperand(1).setIsKill();
+        if (LV)
+          // Update live variables
+          LV->replaceKillInstruction(SrcReg, UseMI, &*CopyMI);
+      }
+      UseMI->eraseFromParent();
+    }
+  }
+}
+
+static bool HasOtherRegSequenceUses(unsigned Reg, MachineInstr *RegSeq,
+                                    MachineRegisterInfo *MRI) {
+  for (MachineRegisterInfo::use_iterator UI = MRI->use_begin(Reg),
+         UE = MRI->use_end(); UI != UE; ++UI) {
+    MachineInstr *UseMI = &*UI;
+    if (UseMI != RegSeq && UseMI->isRegSequence())
+      return true;
+  }
+  return false;
+}
+
+/// EliminateRegSequences - Eliminate REG_SEQUENCE instructions as part
+/// of the de-ssa process. This replaces sources of REG_SEQUENCE as
+/// sub-register references of the register defined by REG_SEQUENCE. e.g.
+///
+/// %reg1029<def>, %reg1030<def> = VLD1q16 %reg1024<kill>, ...
+/// %reg1031<def> = REG_SEQUENCE %reg1029<kill>, 5, %reg1030<kill>, 6
+/// =>
+/// %reg1031:5<def>, %reg1031:6<def> = VLD1q16 %reg1024<kill>, ...
+bool TwoAddressInstructionPass::EliminateRegSequences() {
+  if (RegSequences.empty())
+    return false;
+
+  for (unsigned i = 0, e = RegSequences.size(); i != e; ++i) {
+    MachineInstr *MI = RegSequences[i];
+    unsigned DstReg = MI->getOperand(0).getReg();
+    if (MI->getOperand(0).getSubReg() ||
+        TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(DstReg) ||
+        !(MI->getNumOperands() & 1)) {
+      DEBUG(dbgs() << "Illegal REG_SEQUENCE instruction:" << *MI);
+      llvm_unreachable(0);
+    }
+
+    bool IsImpDef = true;
+    SmallVector<unsigned, 4> RealSrcs;
+    SmallSet<unsigned, 4> Seen;
+    for (unsigned i = 1, e = MI->getNumOperands(); i < e; i += 2) {
+      unsigned SrcReg = MI->getOperand(i).getReg();
+      if (MI->getOperand(i).getSubReg() ||
+          TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg)) {
+        DEBUG(dbgs() << "Illegal REG_SEQUENCE instruction:" << *MI);
+        llvm_unreachable(0);
+      }
+
+      MachineInstr *DefMI = MRI->getVRegDef(SrcReg);
+      if (DefMI->isImplicitDef()) {
+        DefMI->eraseFromParent();
+        continue;
+      }
+      IsImpDef = false;
+
+      // Remember COPY sources. These might be candidate for coalescing.
+      if (DefMI->isCopy() && DefMI->getOperand(1).getSubReg())
+        RealSrcs.push_back(DefMI->getOperand(1).getReg());
+
+      bool isKill = MI->getOperand(i).isKill();
+      if (!Seen.insert(SrcReg) || MI->getParent() != DefMI->getParent() ||
+          !isKill || HasOtherRegSequenceUses(SrcReg, MI, MRI)) {
+        // REG_SEQUENCE cannot have duplicated operands, add a copy.
+        // Also add an copy if the source is live-in the block. We don't want
+        // to end up with a partial-redef of a livein, e.g.
+        // BB0:
+        // reg1051:10<def> =
+        // ...
+        // BB1:
+        // ... = reg1051:10
+        // BB2:
+        // reg1051:9<def> =
+        // LiveIntervalAnalysis won't like it.
+        //
+        // If the REG_SEQUENCE doesn't kill its source, keeping live variables
+        // correctly up to date becomes very difficult. Insert a copy.
+
+        // Defer any kill flag to the last operand using SrcReg. Otherwise, we
+        // might insert a COPY that uses SrcReg after is was killed.
+        if (isKill)
+          for (unsigned j = i + 2; j < e; j += 2)
+            if (MI->getOperand(j).getReg() == SrcReg) {
+              MI->getOperand(j).setIsKill();
+              isKill = false;
+              break;
+            }
+
+        MachineBasicBlock::iterator InsertLoc = MI;
+        MachineInstr *CopyMI = BuildMI(*MI->getParent(), InsertLoc,
+                                MI->getDebugLoc(), TII->get(TargetOpcode::COPY))
+            .addReg(DstReg, RegState::Define, MI->getOperand(i+1).getImm())
+            .addReg(SrcReg, getKillRegState(isKill));
+        MI->getOperand(i).setReg(0);
+        if (LV && isKill)
+          LV->replaceKillInstruction(SrcReg, MI, CopyMI);
+        DEBUG(dbgs() << "Inserted: " << *CopyMI);
+      }
+    }
+
+    for (unsigned i = 1, e = MI->getNumOperands(); i < e; i += 2) {
+      unsigned SrcReg = MI->getOperand(i).getReg();
+      if (!SrcReg) continue;
+      unsigned SubIdx = MI->getOperand(i+1).getImm();
+      UpdateRegSequenceSrcs(SrcReg, DstReg, SubIdx, MRI, *TRI);
+    }
+
+    if (IsImpDef) {
+      DEBUG(dbgs() << "Turned: " << *MI << " into an IMPLICIT_DEF");
+      MI->setDesc(TII->get(TargetOpcode::IMPLICIT_DEF));
+      for (int j = MI->getNumOperands() - 1, ee = 0; j > ee; --j)
+        MI->RemoveOperand(j);      
+    } else {
+      DEBUG(dbgs() << "Eliminated: " << *MI);
+      MI->eraseFromParent();
+    }
+
+    // Try coalescing some EXTRACT_SUBREG instructions. This can create
+    // INSERT_SUBREG instructions that must have <undef> flags added by
+    // LiveIntervalAnalysis, so only run it when LiveVariables is available.
+    if (LV)
+      CoalesceExtSubRegs(RealSrcs, DstReg);
+  }
+
+  RegSequences.clear();
+  return true;
+}