Let SelectionDAG start to use probability-based interface to add successors.
[oota-llvm.git] / lib / Target / Mips / MipsDelaySlotFiller.cpp
index 8fe3ba6171295e6212790fa26ed979f1282ae372..8313d909df2a96452c6133e3ac77778a5f7a54ab 100644 (file)
@@ -1,4 +1,4 @@
-//===-- DelaySlotFiller.cpp - Mips Delay Slot Filler ----------------------===//
+//===-- MipsDelaySlotFiller.cpp - Mips Delay Slot Filler ------------------===//
 //
 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
@@ -7,25 +7,33 @@
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
-// Simple pass to fills delay slots with useful instructions.
+// Simple pass to fill delay slots with useful instructions.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#define DEBUG_TYPE "delay-slot-filler"
-
+#include "MCTargetDesc/MipsMCNaCl.h"
 #include "Mips.h"
+#include "MipsInstrInfo.h"
 #include "MipsTargetMachine.h"
+#include "llvm/ADT/BitVector.h"
+#include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
+#include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
+#include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineBranchProbabilityInfo.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
+#include "llvm/CodeGen/PseudoSourceValue.h"
 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
-#include "llvm/Target/TargetMachine.h"
 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
+#include "llvm/Target/TargetMachine.h"
 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
-#include "llvm/ADT/SmallSet.h"
-#include "llvm/ADT/Statistic.h"
 
 using namespace llvm;
 
+#define DEBUG_TYPE "delay-slot-filler"
+
 STATISTIC(FilledSlots, "Number of delay slots filled");
 STATISTIC(UsefulSlots, "Number of delay slots filled with instructions that"
                        " are not NOP.");
@@ -33,104 +41,603 @@ STATISTIC(UsefulSlots, "Number of delay slots filled with instructions that"
 static cl::opt<bool> DisableDelaySlotFiller(
   "disable-mips-delay-filler",
   cl::init(false),
-  cl::desc("Disable the delay slot filler, which attempts to fill the Mips"
-           "delay slots with useful instructions."),
+  cl::desc("Fill all delay slots with NOPs."),
+  cl::Hidden);
+
+static cl::opt<bool> DisableForwardSearch(
+  "disable-mips-df-forward-search",
+  cl::init(true),
+  cl::desc("Disallow MIPS delay filler to search forward."),
   cl::Hidden);
 
-// This option can be used to silence complaints by machine verifier passes.
-static cl::opt<bool> SkipDelaySlotFiller(
-  "skip-mips-delay-filler",
+static cl::opt<bool> DisableSuccBBSearch(
+  "disable-mips-df-succbb-search",
+  cl::init(true),
+  cl::desc("Disallow MIPS delay filler to search successor basic blocks."),
+  cl::Hidden);
+
+static cl::opt<bool> DisableBackwardSearch(
+  "disable-mips-df-backward-search",
   cl::init(false),
-  cl::desc("Skip MIPS' delay slot filling pass."),
+  cl::desc("Disallow MIPS delay filler to search backward."),
   cl::Hidden);
 
 namespace {
-  struct Filler : public MachineFunctionPass {
-    typedef MachineBasicBlock::instr_iterator InstrIter;
-    typedef MachineBasicBlock::reverse_instr_iterator ReverseInstrIter;
+  typedef MachineBasicBlock::iterator Iter;
+  typedef MachineBasicBlock::reverse_iterator ReverseIter;
+  typedef SmallDenseMap<MachineBasicBlock*, MachineInstr*, 2> BB2BrMap;
 
-    TargetMachine &TM;
-    const TargetInstrInfo *TII;
-    InstrIter LastFiller;
+  class RegDefsUses {
+  public:
+    RegDefsUses(const TargetRegisterInfo &TRI);
+    void init(const MachineInstr &MI);
 
-    static char ID;
+    /// This function sets all caller-saved registers in Defs.
+    void setCallerSaved(const MachineInstr &MI);
+
+    /// This function sets all unallocatable registers in Defs.
+    void setUnallocatableRegs(const MachineFunction &MF);
+
+    /// Set bits in Uses corresponding to MBB's live-out registers except for
+    /// the registers that are live-in to SuccBB.
+    void addLiveOut(const MachineBasicBlock &MBB,
+                    const MachineBasicBlock &SuccBB);
+
+    bool update(const MachineInstr &MI, unsigned Begin, unsigned End);
+
+  private:
+    bool checkRegDefsUses(BitVector &NewDefs, BitVector &NewUses, unsigned Reg,
+                          bool IsDef) const;
+
+    /// Returns true if Reg or its alias is in RegSet.
+    bool isRegInSet(const BitVector &RegSet, unsigned Reg) const;
+
+    const TargetRegisterInfo &TRI;
+    BitVector Defs, Uses;
+  };
+
+  /// Base class for inspecting loads and stores.
+  class InspectMemInstr {
+  public:
+    InspectMemInstr(bool ForbidMemInstr_)
+      : OrigSeenLoad(false), OrigSeenStore(false), SeenLoad(false),
+        SeenStore(false), ForbidMemInstr(ForbidMemInstr_) {}
+
+    /// Return true if MI cannot be moved to delay slot.
+    bool hasHazard(const MachineInstr &MI);
+
+    virtual ~InspectMemInstr() {}
+
+  protected:
+    /// Flags indicating whether loads or stores have been seen.
+    bool OrigSeenLoad, OrigSeenStore, SeenLoad, SeenStore;
+
+    /// Memory instructions are not allowed to move to delay slot if this flag
+    /// is true.
+    bool ForbidMemInstr;
+
+  private:
+    virtual bool hasHazard_(const MachineInstr &MI) = 0;
+  };
+
+  /// This subclass rejects any memory instructions.
+  class NoMemInstr : public InspectMemInstr {
+  public:
+    NoMemInstr() : InspectMemInstr(true) {}
+  private:
+    bool hasHazard_(const MachineInstr &MI) override { return true; }
+  };
+
+  /// This subclass accepts loads from stacks and constant loads.
+  class LoadFromStackOrConst : public InspectMemInstr {
+  public:
+    LoadFromStackOrConst() : InspectMemInstr(false) {}
+  private:
+    bool hasHazard_(const MachineInstr &MI) override;
+  };
+
+  /// This subclass uses memory dependence information to determine whether a
+  /// memory instruction can be moved to a delay slot.
+  class MemDefsUses : public InspectMemInstr {
+  public:
+    MemDefsUses(const DataLayout &DL, const MachineFrameInfo *MFI);
+
+  private:
+    typedef PointerUnion<const Value *, const PseudoSourceValue *> ValueType;
+
+    bool hasHazard_(const MachineInstr &MI) override;
+
+    /// Update Defs and Uses. Return true if there exist dependences that
+    /// disqualify the delay slot candidate between V and values in Uses and
+    /// Defs.
+    bool updateDefsUses(ValueType V, bool MayStore);
+
+    /// Get the list of underlying objects of MI's memory operand.
+    bool getUnderlyingObjects(const MachineInstr &MI,
+                              SmallVectorImpl<ValueType> &Objects) const;
+
+    const MachineFrameInfo *MFI;
+    SmallPtrSet<ValueType, 4> Uses, Defs;
+    const DataLayout &DL;
+
+    /// Flags indicating whether loads or stores with no underlying objects have
+    /// been seen.
+    bool SeenNoObjLoad, SeenNoObjStore;
+  };
+
+  class Filler : public MachineFunctionPass {
+  public:
     Filler(TargetMachine &tm)
-      : MachineFunctionPass(ID), TM(tm), TII(tm.getInstrInfo()) { }
+      : MachineFunctionPass(ID), TM(tm) { }
 
-    virtual const char *getPassName() const {
+    const char *getPassName() const override {
       return "Mips Delay Slot Filler";
     }
 
-    bool runOnMachineBasicBlock(MachineBasicBlock &MBB);
-    bool runOnMachineFunction(MachineFunction &F) {
-      if (SkipDelaySlotFiller)
-        return false;
-
+    bool runOnMachineFunction(MachineFunction &F) override {
       bool Changed = false;
       for (MachineFunction::iterator FI = F.begin(), FE = F.end();
            FI != FE; ++FI)
         Changed |= runOnMachineBasicBlock(*FI);
+
+      // This pass invalidates liveness information when it reorders
+      // instructions to fill delay slot. Without this, -verify-machineinstrs
+      // will fail.
+      if (Changed)
+        F.getRegInfo().invalidateLiveness();
+
       return Changed;
     }
 
-    bool isDelayFiller(MachineBasicBlock &MBB,
-                       InstrIter candidate);
+    void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
+      AU.addRequired<MachineBranchProbabilityInfo>();
+      MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
+    }
+
+  private:
+    bool runOnMachineBasicBlock(MachineBasicBlock &MBB);
+
+    Iter replaceWithCompactBranch(MachineBasicBlock &MBB,
+                                  Iter Branch, DebugLoc DL);
+
+    Iter replaceWithCompactJump(MachineBasicBlock &MBB,
+                                Iter Jump, DebugLoc DL);
+
+    /// This function checks if it is valid to move Candidate to the delay slot
+    /// and returns true if it isn't. It also updates memory and register
+    /// dependence information.
+    bool delayHasHazard(const MachineInstr &Candidate, RegDefsUses &RegDU,
+                        InspectMemInstr &IM) const;
+
+    /// This function searches range [Begin, End) for an instruction that can be
+    /// moved to the delay slot. Returns true on success.
+    template<typename IterTy>
+    bool searchRange(MachineBasicBlock &MBB, IterTy Begin, IterTy End,
+                     RegDefsUses &RegDU, InspectMemInstr &IM, Iter Slot,
+                     IterTy &Filler) const;
+
+    /// This function searches in the backward direction for an instruction that
+    /// can be moved to the delay slot. Returns true on success.
+    bool searchBackward(MachineBasicBlock &MBB, Iter Slot) const;
+
+    /// This function searches MBB in the forward direction for an instruction
+    /// that can be moved to the delay slot. Returns true on success.
+    bool searchForward(MachineBasicBlock &MBB, Iter Slot) const;
 
-    void insertCallUses(InstrIter MI,
-                        SmallSet<unsigned, 32> &RegDefs,
-                        SmallSet<unsigned, 32> &RegUses);
+    /// This function searches one of MBB's successor blocks for an instruction
+    /// that can be moved to the delay slot and inserts clones of the
+    /// instruction into the successor's predecessor blocks.
+    bool searchSuccBBs(MachineBasicBlock &MBB, Iter Slot) const;
 
-    void insertDefsUses(InstrIter MI,
-                        SmallSet<unsigned, 32> &RegDefs,
-                        SmallSet<unsigned, 32> &RegUses);
+    /// Pick a successor block of MBB. Return NULL if MBB doesn't have a
+    /// successor block that is not a landing pad.
+    MachineBasicBlock *selectSuccBB(MachineBasicBlock &B) const;
 
-    bool IsRegInSet(SmallSet<unsigned, 32> &RegSet,
-                    unsigned Reg);
+    /// This function analyzes MBB and returns an instruction with an unoccupied
+    /// slot that branches to Dst.
+    std::pair<MipsInstrInfo::BranchType, MachineInstr *>
+    getBranch(MachineBasicBlock &MBB, const MachineBasicBlock &Dst) const;
 
-    bool delayHasHazard(InstrIter candidate,
-                        bool &sawLoad, bool &sawStore,
-                        SmallSet<unsigned, 32> &RegDefs,
-                        SmallSet<unsigned, 32> &RegUses);
+    /// Examine Pred and see if it is possible to insert an instruction into
+    /// one of its branches delay slot or its end.
+    bool examinePred(MachineBasicBlock &Pred, const MachineBasicBlock &Succ,
+                     RegDefsUses &RegDU, bool &HasMultipleSuccs,
+                     BB2BrMap &BrMap) const;
 
-    bool
-    findDelayInstr(MachineBasicBlock &MBB, InstrIter slot,
-                   InstrIter &Filler);
+    bool terminateSearch(const MachineInstr &Candidate) const;
 
+    TargetMachine &TM;
 
+    static char ID;
   };
   char Filler::ID = 0;
 } // end of anonymous namespace
 
+static bool hasUnoccupiedSlot(const MachineInstr *MI) {
+  return MI->hasDelaySlot() && !MI->isBundledWithSucc();
+}
+
+/// This function inserts clones of Filler into predecessor blocks.
+static void insertDelayFiller(Iter Filler, const BB2BrMap &BrMap) {
+  MachineFunction *MF = Filler->getParent()->getParent();
+
+  for (BB2BrMap::const_iterator I = BrMap.begin(); I != BrMap.end(); ++I) {
+    if (I->second) {
+      MIBundleBuilder(I->second).append(MF->CloneMachineInstr(&*Filler));
+      ++UsefulSlots;
+    } else {
+      I->first->insert(I->first->end(), MF->CloneMachineInstr(&*Filler));
+    }
+  }
+}
+
+/// This function adds registers Filler defines to MBB's live-in register list.
+static void addLiveInRegs(Iter Filler, MachineBasicBlock &MBB) {
+  for (unsigned I = 0, E = Filler->getNumOperands(); I != E; ++I) {
+    const MachineOperand &MO = Filler->getOperand(I);
+    unsigned R;
+
+    if (!MO.isReg() || !MO.isDef() || !(R = MO.getReg()))
+      continue;
+
+#ifndef NDEBUG
+    const MachineFunction &MF = *MBB.getParent();
+    assert(MF.getSubtarget().getRegisterInfo()->getAllocatableSet(MF).test(R) &&
+           "Shouldn't move an instruction with unallocatable registers across "
+           "basic block boundaries.");
+#endif
+
+    if (!MBB.isLiveIn(R))
+      MBB.addLiveIn(R);
+  }
+}
+
+RegDefsUses::RegDefsUses(const TargetRegisterInfo &TRI)
+    : TRI(TRI), Defs(TRI.getNumRegs(), false), Uses(TRI.getNumRegs(), false) {}
+
+void RegDefsUses::init(const MachineInstr &MI) {
+  // Add all register operands which are explicit and non-variadic.
+  update(MI, 0, MI.getDesc().getNumOperands());
+
+  // If MI is a call, add RA to Defs to prevent users of RA from going into
+  // delay slot.
+  if (MI.isCall())
+    Defs.set(Mips::RA);
+
+  // Add all implicit register operands of branch instructions except
+  // register AT.
+  if (MI.isBranch()) {
+    update(MI, MI.getDesc().getNumOperands(), MI.getNumOperands());
+    Defs.reset(Mips::AT);
+  }
+}
+
+void RegDefsUses::setCallerSaved(const MachineInstr &MI) {
+  assert(MI.isCall());
+
+  // Add RA/RA_64 to Defs to prevent users of RA/RA_64 from going into
+  // the delay slot. The reason is that RA/RA_64 must not be changed
+  // in the delay slot so that the callee can return to the caller.
+  if (MI.definesRegister(Mips::RA) || MI.definesRegister(Mips::RA_64)) {
+    Defs.set(Mips::RA);
+    Defs.set(Mips::RA_64);
+  }
+
+  // If MI is a call, add all caller-saved registers to Defs.
+  BitVector CallerSavedRegs(TRI.getNumRegs(), true);
+
+  CallerSavedRegs.reset(Mips::ZERO);
+  CallerSavedRegs.reset(Mips::ZERO_64);
+
+  for (const MCPhysReg *R = TRI.getCalleeSavedRegs(MI.getParent()->getParent());
+       *R; ++R)
+    for (MCRegAliasIterator AI(*R, &TRI, true); AI.isValid(); ++AI)
+      CallerSavedRegs.reset(*AI);
+
+  Defs |= CallerSavedRegs;
+}
+
+void RegDefsUses::setUnallocatableRegs(const MachineFunction &MF) {
+  BitVector AllocSet = TRI.getAllocatableSet(MF);
+
+  for (int R = AllocSet.find_first(); R != -1; R = AllocSet.find_next(R))
+    for (MCRegAliasIterator AI(R, &TRI, false); AI.isValid(); ++AI)
+      AllocSet.set(*AI);
+
+  AllocSet.set(Mips::ZERO);
+  AllocSet.set(Mips::ZERO_64);
+
+  Defs |= AllocSet.flip();
+}
+
+void RegDefsUses::addLiveOut(const MachineBasicBlock &MBB,
+                             const MachineBasicBlock &SuccBB) {
+  for (MachineBasicBlock::const_succ_iterator SI = MBB.succ_begin(),
+       SE = MBB.succ_end(); SI != SE; ++SI)
+    if (*SI != &SuccBB)
+      for (const auto &LI : (*SI)->liveins())
+        Uses.set(LI.PhysReg);
+}
+
+bool RegDefsUses::update(const MachineInstr &MI, unsigned Begin, unsigned End) {
+  BitVector NewDefs(TRI.getNumRegs()), NewUses(TRI.getNumRegs());
+  bool HasHazard = false;
+
+  for (unsigned I = Begin; I != End; ++I) {
+    const MachineOperand &MO = MI.getOperand(I);
+
+    if (MO.isReg() && MO.getReg())
+      HasHazard |= checkRegDefsUses(NewDefs, NewUses, MO.getReg(), MO.isDef());
+  }
+
+  Defs |= NewDefs;
+  Uses |= NewUses;
+
+  return HasHazard;
+}
+
+bool RegDefsUses::checkRegDefsUses(BitVector &NewDefs, BitVector &NewUses,
+                                   unsigned Reg, bool IsDef) const {
+  if (IsDef) {
+    NewDefs.set(Reg);
+    // check whether Reg has already been defined or used.
+    return (isRegInSet(Defs, Reg) || isRegInSet(Uses, Reg));
+  }
+
+  NewUses.set(Reg);
+  // check whether Reg has already been defined.
+  return isRegInSet(Defs, Reg);
+}
+
+bool RegDefsUses::isRegInSet(const BitVector &RegSet, unsigned Reg) const {
+  // Check Reg and all aliased Registers.
+  for (MCRegAliasIterator AI(Reg, &TRI, true); AI.isValid(); ++AI)
+    if (RegSet.test(*AI))
+      return true;
+  return false;
+}
+
+bool InspectMemInstr::hasHazard(const MachineInstr &MI) {
+  if (!MI.mayStore() && !MI.mayLoad())
+    return false;
+
+  if (ForbidMemInstr)
+    return true;
+
+  OrigSeenLoad = SeenLoad;
+  OrigSeenStore = SeenStore;
+  SeenLoad |= MI.mayLoad();
+  SeenStore |= MI.mayStore();
+
+  // If MI is an ordered or volatile memory reference, disallow moving
+  // subsequent loads and stores to delay slot.
+  if (MI.hasOrderedMemoryRef() && (OrigSeenLoad || OrigSeenStore)) {
+    ForbidMemInstr = true;
+    return true;
+  }
+
+  return hasHazard_(MI);
+}
+
+bool LoadFromStackOrConst::hasHazard_(const MachineInstr &MI) {
+  if (MI.mayStore())
+    return true;
+
+  if (!MI.hasOneMemOperand() || !(*MI.memoperands_begin())->getPseudoValue())
+    return true;
+
+  if (const PseudoSourceValue *PSV =
+      (*MI.memoperands_begin())->getPseudoValue()) {
+    if (isa<FixedStackPseudoSourceValue>(PSV))
+      return false;
+    return !PSV->isConstant(nullptr) && !PSV->isStack();
+  }
+
+  return true;
+}
+
+MemDefsUses::MemDefsUses(const DataLayout &DL, const MachineFrameInfo *MFI_)
+    : InspectMemInstr(false), MFI(MFI_), DL(DL), SeenNoObjLoad(false),
+      SeenNoObjStore(false) {}
+
+bool MemDefsUses::hasHazard_(const MachineInstr &MI) {
+  bool HasHazard = false;
+  SmallVector<ValueType, 4> Objs;
+
+  // Check underlying object list.
+  if (getUnderlyingObjects(MI, Objs)) {
+    for (SmallVectorImpl<ValueType>::const_iterator I = Objs.begin();
+         I != Objs.end(); ++I)
+      HasHazard |= updateDefsUses(*I, MI.mayStore());
+
+    return HasHazard;
+  }
+
+  // No underlying objects found.
+  HasHazard = MI.mayStore() && (OrigSeenLoad || OrigSeenStore);
+  HasHazard |= MI.mayLoad() || OrigSeenStore;
+
+  SeenNoObjLoad |= MI.mayLoad();
+  SeenNoObjStore |= MI.mayStore();
+
+  return HasHazard;
+}
+
+bool MemDefsUses::updateDefsUses(ValueType V, bool MayStore) {
+  if (MayStore)
+    return !Defs.insert(V).second || Uses.count(V) || SeenNoObjStore ||
+           SeenNoObjLoad;
+
+  Uses.insert(V);
+  return Defs.count(V) || SeenNoObjStore;
+}
+
+bool MemDefsUses::
+getUnderlyingObjects(const MachineInstr &MI,
+                     SmallVectorImpl<ValueType> &Objects) const {
+  if (!MI.hasOneMemOperand() ||
+      (!(*MI.memoperands_begin())->getValue() &&
+       !(*MI.memoperands_begin())->getPseudoValue()))
+    return false;
+
+  if (const PseudoSourceValue *PSV =
+      (*MI.memoperands_begin())->getPseudoValue()) {
+    if (!PSV->isAliased(MFI))
+      return false;
+    Objects.push_back(PSV);
+    return true;
+  }
+
+  const Value *V = (*MI.memoperands_begin())->getValue();
+
+  SmallVector<Value *, 4> Objs;
+  GetUnderlyingObjects(const_cast<Value *>(V), Objs, DL);
+
+  for (SmallVectorImpl<Value *>::iterator I = Objs.begin(), E = Objs.end();
+       I != E; ++I) {
+    if (!isIdentifiedObject(V))
+      return false;
+
+    Objects.push_back(*I);
+  }
+
+  return true;
+}
+
+// Replace Branch with the compact branch instruction.
+Iter Filler::replaceWithCompactBranch(MachineBasicBlock &MBB,
+                                      Iter Branch, DebugLoc DL) {
+  const MipsInstrInfo *TII =
+      MBB.getParent()->getSubtarget<MipsSubtarget>().getInstrInfo();
+
+  unsigned NewOpcode =
+    (((unsigned) Branch->getOpcode()) == Mips::BEQ) ? Mips::BEQZC_MM
+                                                    : Mips::BNEZC_MM;
+
+  const MCInstrDesc &NewDesc = TII->get(NewOpcode);
+  MachineInstrBuilder MIB = BuildMI(MBB, Branch, DL, NewDesc);
+
+  MIB.addReg(Branch->getOperand(0).getReg());
+  MIB.addMBB(Branch->getOperand(2).getMBB());
+
+  Iter tmpIter = Branch;
+  Branch = std::prev(Branch);
+  MBB.erase(tmpIter);
+
+  return Branch;
+}
+
+// Replace Jumps with the compact jump instruction.
+Iter Filler::replaceWithCompactJump(MachineBasicBlock &MBB,
+                                    Iter Jump, DebugLoc DL) {
+  const MipsInstrInfo *TII =
+      MBB.getParent()->getSubtarget<MipsSubtarget>().getInstrInfo();
+
+  const MCInstrDesc &NewDesc = TII->get(Mips::JRC16_MM);
+  MachineInstrBuilder MIB = BuildMI(MBB, Jump, DL, NewDesc);
+
+  MIB.addReg(Jump->getOperand(0).getReg());
+
+  Iter tmpIter = Jump;
+  Jump = std::prev(Jump);
+  MBB.erase(tmpIter);
+
+  return Jump;
+}
+
+// For given opcode returns opcode of corresponding instruction with short
+// delay slot.
+static int getEquivalentCallShort(int Opcode) {
+  switch (Opcode) {
+  case Mips::BGEZAL:
+    return Mips::BGEZALS_MM;
+  case Mips::BLTZAL:
+    return Mips::BLTZALS_MM;
+  case Mips::JAL:
+    return Mips::JALS_MM;
+  case Mips::JALR:
+    return Mips::JALRS_MM;
+  case Mips::JALR16_MM:
+    return Mips::JALRS16_MM;
+  default:
+    llvm_unreachable("Unexpected call instruction for microMIPS.");
+  }
+}
+
 /// runOnMachineBasicBlock - Fill in delay slots for the given basic block.
 /// We assume there is only one delay slot per delayed instruction.
-bool Filler::
-runOnMachineBasicBlock(MachineBasicBlock &MBB) {
+bool Filler::runOnMachineBasicBlock(MachineBasicBlock &MBB) {
   bool Changed = false;
-  LastFiller = MBB.instr_end();
+  const MipsSubtarget &STI = MBB.getParent()->getSubtarget<MipsSubtarget>();
+  bool InMicroMipsMode = STI.inMicroMipsMode();
+  const MipsInstrInfo *TII = STI.getInstrInfo();
 
-  for (InstrIter I = MBB.instr_begin(); I != MBB.instr_end(); ++I)
-    if (I->hasDelaySlot()) {
-      ++FilledSlots;
-      Changed = true;
-
-      InstrIter D;
+  for (Iter I = MBB.begin(); I != MBB.end(); ++I) {
+    if (!hasUnoccupiedSlot(&*I))
+      continue;
 
-      if (!DisableDelaySlotFiller && findDelayInstr(MBB, I, D)) {
-        MBB.splice(llvm::next(I), &MBB, D);
-        ++UsefulSlots;
-      } else
-        BuildMI(MBB, llvm::next(I), I->getDebugLoc(), TII->get(Mips::NOP));
+    ++FilledSlots;
+    Changed = true;
+
+    // Delay slot filling is disabled at -O0.
+    if (!DisableDelaySlotFiller && (TM.getOptLevel() != CodeGenOpt::None)) {
+      bool Filled = false;
+
+      if (searchBackward(MBB, I)) {
+        Filled = true;
+      } else if (I->isTerminator()) {
+        if (searchSuccBBs(MBB, I)) {
+          Filled = true;
+        }
+      } else if (searchForward(MBB, I)) {
+        Filled = true;
+      }
+
+      if (Filled) {
+        // Get instruction with delay slot.
+        MachineBasicBlock::instr_iterator DSI(I);
+
+        if (InMicroMipsMode && TII->GetInstSizeInBytes(&*std::next(DSI)) == 2 &&
+            DSI->isCall()) {
+          // If instruction in delay slot is 16b change opcode to
+          // corresponding instruction with short delay slot.
+          DSI->setDesc(TII->get(getEquivalentCallShort(DSI->getOpcode())));
+        }
+
+        continue;
+      }
+    }
 
-      // Record the filler instruction that filled the delay slot.
-      // The instruction after it will be visited in the next iteration.
-      LastFiller = ++I;
+    // If instruction is BEQ or BNE with one ZERO register, then instead of
+    // adding NOP replace this instruction with the corresponding compact
+    // branch instruction, i.e. BEQZC or BNEZC.
+    unsigned Opcode = I->getOpcode();
+    if (InMicroMipsMode) {
+      switch (Opcode) {
+        case Mips::BEQ:
+        case Mips::BNE:
+          if (((unsigned) I->getOperand(1).getReg()) == Mips::ZERO) {
+            I = replaceWithCompactBranch(MBB, I, I->getDebugLoc());
+            continue;
+          }
+          break;
+        case Mips::JR:
+        case Mips::PseudoReturn:
+        case Mips::PseudoIndirectBranch:
+          // For microMIPS the PseudoReturn and PseudoIndirectBranch are allways
+          // expanded to JR_MM, so they can be replaced with JRC16_MM.
+          I = replaceWithCompactJump(MBB, I, I->getDebugLoc());
+          continue;
+        default:
+          break;
+      }
+    }
+    // Bundle the NOP to the instruction with the delay slot.
+    BuildMI(MBB, std::next(I), I->getDebugLoc(), TII->get(Mips::NOP));
+    MIBundleBuilder(MBB, I, std::next(I, 2));
+  }
 
-      // Set InsideBundle bit so that the machine verifier doesn't expect this
-      // instruction to be a terminator.
-      LastFiller->setIsInsideBundle();
-     }
   return Changed;
-
 }
 
 /// createMipsDelaySlotFillerPass - Returns a pass that fills in delay
@@ -139,129 +646,242 @@ FunctionPass *llvm::createMipsDelaySlotFillerPass(MipsTargetMachine &tm) {
   return new Filler(tm);
 }
 
-bool Filler::findDelayInstr(MachineBasicBlock &MBB,
-                            InstrIter slot,
-                            InstrIter &Filler) {
-  SmallSet<unsigned, 32> RegDefs;
-  SmallSet<unsigned, 32> RegUses;
-
-  insertDefsUses(slot, RegDefs, RegUses);
+template<typename IterTy>
+bool Filler::searchRange(MachineBasicBlock &MBB, IterTy Begin, IterTy End,
+                         RegDefsUses &RegDU, InspectMemInstr& IM, Iter Slot,
+                         IterTy &Filler) const {
+  bool IsReverseIter = std::is_convertible<IterTy, ReverseIter>::value;
 
-  bool sawLoad = false;
-  bool sawStore = false;
+  for (IterTy I = Begin; I != End;) {
+    IterTy CurrI = I;
+    ++I;
 
-  for (ReverseInstrIter I(slot); I != MBB.instr_rend(); ++I) {
     // skip debug value
-    if (I->isDebugValue())
+    if (CurrI->isDebugValue())
       continue;
 
-    // Convert to forward iterator.
-    InstrIter FI(llvm::next(I).base());
-
-    if (I->hasUnmodeledSideEffects()
-        || I->isInlineAsm()
-        || I->isLabel()
-        || FI == LastFiller
-        || I->isPseudo()
-        //
-        // Should not allow:
-        // ERET, DERET or WAIT, PAUSE. Need to add these to instruction
-        // list. TBD.
-        )
+    if (terminateSearch(*CurrI))
       break;
 
-    if (delayHasHazard(FI, sawLoad, sawStore, RegDefs, RegUses)) {
-      insertDefsUses(FI, RegDefs, RegUses);
+    assert((!CurrI->isCall() && !CurrI->isReturn() && !CurrI->isBranch()) &&
+           "Cannot put calls, returns or branches in delay slot.");
+
+    if (CurrI->isKill()) {
+      CurrI->eraseFromParent();
+
+      // This special case is needed for reverse iterators, because when we
+      // erase an instruction, the iterators are updated to point to the next
+      // instruction.
+      if (IsReverseIter && I != End)
+        I = CurrI;
       continue;
     }
 
-    Filler = FI;
+    if (delayHasHazard(*CurrI, RegDU, IM))
+      continue;
+
+    const MipsSubtarget &STI = MBB.getParent()->getSubtarget<MipsSubtarget>();
+    if (STI.isTargetNaCl()) {
+      // In NaCl, instructions that must be masked are forbidden in delay slots.
+      // We only check for loads, stores and SP changes.  Calls, returns and
+      // branches are not checked because non-NaCl targets never put them in
+      // delay slots.
+      unsigned AddrIdx;
+      if ((isBasePlusOffsetMemoryAccess(CurrI->getOpcode(), &AddrIdx) &&
+           baseRegNeedsLoadStoreMask(CurrI->getOperand(AddrIdx).getReg())) ||
+          CurrI->modifiesRegister(Mips::SP, STI.getRegisterInfo()))
+        continue;
+    }
+
+    bool InMicroMipsMode = STI.inMicroMipsMode();
+    const MipsInstrInfo *TII = STI.getInstrInfo();
+    unsigned Opcode = (*Slot).getOpcode();
+    if (InMicroMipsMode && TII->GetInstSizeInBytes(&(*CurrI)) == 2 &&
+        (Opcode == Mips::JR || Opcode == Mips::PseudoIndirectBranch ||
+         Opcode == Mips::PseudoReturn))
+      continue;
+
+    Filler = CurrI;
     return true;
   }
 
   return false;
 }
 
-bool Filler::delayHasHazard(InstrIter candidate,
-                            bool &sawLoad, bool &sawStore,
-                            SmallSet<unsigned, 32> &RegDefs,
-                            SmallSet<unsigned, 32> &RegUses) {
-  if (candidate->isImplicitDef() || candidate->isKill())
-    return true;
+bool Filler::searchBackward(MachineBasicBlock &MBB, Iter Slot) const {
+  if (DisableBackwardSearch)
+    return false;
 
-  // Loads or stores cannot be moved past a store to the delay slot
-  // and stores cannot be moved past a load.
-  if (candidate->mayLoad()) {
-    if (sawStore)
-      return true;
-    sawLoad = true;
-  }
+  auto *Fn = MBB.getParent();
+  RegDefsUses RegDU(*Fn->getSubtarget().getRegisterInfo());
+  MemDefsUses MemDU(Fn->getDataLayout(), Fn->getFrameInfo());
+  ReverseIter Filler;
 
-  if (candidate->mayStore()) {
-    if (sawStore)
-      return true;
-    sawStore = true;
-    if (sawLoad)
-      return true;
-  }
+  RegDU.init(*Slot);
 
-  assert((!candidate->isCall() && !candidate->isReturn()) &&
-         "Cannot put calls or returns in delay slot.");
+  if (!searchRange(MBB, ReverseIter(Slot), MBB.rend(), RegDU, MemDU, Slot,
+                   Filler))
+    return false;
 
-  for (unsigned i = 0, e = candidate->getNumOperands(); i!= e; ++i) {
-    const MachineOperand &MO = candidate->getOperand(i);
-    unsigned Reg;
+  MBB.splice(std::next(Slot), &MBB, std::next(Filler).base());
+  MIBundleBuilder(MBB, Slot, std::next(Slot, 2));
+  ++UsefulSlots;
+  return true;
+}
 
-    if (!MO.isReg() || !(Reg = MO.getReg()))
-      continue; // skip
+bool Filler::searchForward(MachineBasicBlock &MBB, Iter Slot) const {
+  // Can handle only calls.
+  if (DisableForwardSearch || !Slot->isCall())
+    return false;
 
-    if (MO.isDef()) {
-      // check whether Reg is defined or used before delay slot.
-      if (IsRegInSet(RegDefs, Reg) || IsRegInSet(RegUses, Reg))
-        return true;
-    }
-    if (MO.isUse()) {
-      // check whether Reg is defined before delay slot.
-      if (IsRegInSet(RegDefs, Reg))
-        return true;
-    }
+  RegDefsUses RegDU(*MBB.getParent()->getSubtarget().getRegisterInfo());
+  NoMemInstr NM;
+  Iter Filler;
+
+  RegDU.setCallerSaved(*Slot);
+
+  if (!searchRange(MBB, std::next(Slot), MBB.end(), RegDU, NM, Slot, Filler))
+    return false;
+
+  MBB.splice(std::next(Slot), &MBB, Filler);
+  MIBundleBuilder(MBB, Slot, std::next(Slot, 2));
+  ++UsefulSlots;
+  return true;
+}
+
+bool Filler::searchSuccBBs(MachineBasicBlock &MBB, Iter Slot) const {
+  if (DisableSuccBBSearch)
+    return false;
+
+  MachineBasicBlock *SuccBB = selectSuccBB(MBB);
+
+  if (!SuccBB)
+    return false;
+
+  RegDefsUses RegDU(*MBB.getParent()->getSubtarget().getRegisterInfo());
+  bool HasMultipleSuccs = false;
+  BB2BrMap BrMap;
+  std::unique_ptr<InspectMemInstr> IM;
+  Iter Filler;
+  auto *Fn = MBB.getParent();
+
+  // Iterate over SuccBB's predecessor list.
+  for (MachineBasicBlock::pred_iterator PI = SuccBB->pred_begin(),
+       PE = SuccBB->pred_end(); PI != PE; ++PI)
+    if (!examinePred(**PI, *SuccBB, RegDU, HasMultipleSuccs, BrMap))
+      return false;
+
+  // Do not allow moving instructions which have unallocatable register operands
+  // across basic block boundaries.
+  RegDU.setUnallocatableRegs(*Fn);
+
+  // Only allow moving loads from stack or constants if any of the SuccBB's
+  // predecessors have multiple successors.
+  if (HasMultipleSuccs) {
+    IM.reset(new LoadFromStackOrConst());
+  } else {
+    const MachineFrameInfo *MFI = Fn->getFrameInfo();
+    IM.reset(new MemDefsUses(Fn->getDataLayout(), MFI));
   }
-  return false;
+
+  if (!searchRange(MBB, SuccBB->begin(), SuccBB->end(), RegDU, *IM, Slot,
+                   Filler))
+    return false;
+
+  insertDelayFiller(Filler, BrMap);
+  addLiveInRegs(Filler, *SuccBB);
+  Filler->eraseFromParent();
+
+  return true;
 }
 
-// Insert Defs and Uses of MI into the sets RegDefs and RegUses.
-void Filler::insertDefsUses(InstrIter MI,
-                            SmallSet<unsigned, 32> &RegDefs,
-                            SmallSet<unsigned, 32> &RegUses) {
-  // If MI is a call or return, just examine the explicit non-variadic operands.
-  MCInstrDesc MCID = MI->getDesc();
-  unsigned e = MI->isCall() || MI->isReturn() ? MCID.getNumOperands() :
-                                                MI->getNumOperands();
+MachineBasicBlock *Filler::selectSuccBB(MachineBasicBlock &B) const {
+  if (B.succ_empty())
+    return nullptr;
+
+  // Select the successor with the larget edge weight.
+  auto &Prob = getAnalysis<MachineBranchProbabilityInfo>();
+  MachineBasicBlock *S = *std::max_element(
+      B.succ_begin(), B.succ_end(),
+      [&](const MachineBasicBlock *Dst0, const MachineBasicBlock *Dst1) {
+        return Prob.getEdgeProbability(&B, Dst0) <
+               Prob.getEdgeProbability(&B, Dst1);
+      });
+  return S->isEHPad() ? nullptr : S;
+}
 
-  // Add RA to RegDefs to prevent users of RA from going into delay slot.
-  if (MI->isCall())
-    RegDefs.insert(Mips::RA);
+std::pair<MipsInstrInfo::BranchType, MachineInstr *>
+Filler::getBranch(MachineBasicBlock &MBB, const MachineBasicBlock &Dst) const {
+  const MipsInstrInfo *TII =
+      MBB.getParent()->getSubtarget<MipsSubtarget>().getInstrInfo();
+  MachineBasicBlock *TrueBB = nullptr, *FalseBB = nullptr;
+  SmallVector<MachineInstr*, 2> BranchInstrs;
+  SmallVector<MachineOperand, 2> Cond;
 
-  for (unsigned i = 0; i != e; ++i) {
-    const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
-    unsigned Reg;
+  MipsInstrInfo::BranchType R =
+    TII->AnalyzeBranch(MBB, TrueBB, FalseBB, Cond, false, BranchInstrs);
 
-    if (!MO.isReg() || !(Reg = MO.getReg()))
-      continue;
+  if ((R == MipsInstrInfo::BT_None) || (R == MipsInstrInfo::BT_NoBranch))
+    return std::make_pair(R, nullptr);
+
+  if (R != MipsInstrInfo::BT_CondUncond) {
+    if (!hasUnoccupiedSlot(BranchInstrs[0]))
+      return std::make_pair(MipsInstrInfo::BT_None, nullptr);
+
+    assert(((R != MipsInstrInfo::BT_Uncond) || (TrueBB == &Dst)));
+
+    return std::make_pair(R, BranchInstrs[0]);
+  }
+
+  assert((TrueBB == &Dst) || (FalseBB == &Dst));
 
-    if (MO.isDef())
-      RegDefs.insert(Reg);
-    else if (MO.isUse())
-      RegUses.insert(Reg);
+  // Examine the conditional branch. See if its slot is occupied.
+  if (hasUnoccupiedSlot(BranchInstrs[0]))
+    return std::make_pair(MipsInstrInfo::BT_Cond, BranchInstrs[0]);
+
+  // If that fails, try the unconditional branch.
+  if (hasUnoccupiedSlot(BranchInstrs[1]) && (FalseBB == &Dst))
+    return std::make_pair(MipsInstrInfo::BT_Uncond, BranchInstrs[1]);
+
+  return std::make_pair(MipsInstrInfo::BT_None, nullptr);
+}
+
+bool Filler::examinePred(MachineBasicBlock &Pred, const MachineBasicBlock &Succ,
+                         RegDefsUses &RegDU, bool &HasMultipleSuccs,
+                         BB2BrMap &BrMap) const {
+  std::pair<MipsInstrInfo::BranchType, MachineInstr *> P =
+    getBranch(Pred, Succ);
+
+  // Return if either getBranch wasn't able to analyze the branches or there
+  // were no branches with unoccupied slots.
+  if (P.first == MipsInstrInfo::BT_None)
+    return false;
+
+  if ((P.first != MipsInstrInfo::BT_Uncond) &&
+      (P.first != MipsInstrInfo::BT_NoBranch)) {
+    HasMultipleSuccs = true;
+    RegDU.addLiveOut(Pred, Succ);
   }
+
+  BrMap[&Pred] = P.second;
+  return true;
 }
 
-//returns true if the Reg or its alias is in the RegSet.
-bool Filler::IsRegInSet(SmallSet<unsigned, 32> &RegSet, unsigned Reg) {
-  // Check Reg and all aliased Registers.
-  for (MCRegAliasIterator AI(Reg, TM.getRegisterInfo(), true);
-       AI.isValid(); ++AI)
-    if (RegSet.count(*AI))
-      return true;
-  return false;
+bool Filler::delayHasHazard(const MachineInstr &Candidate, RegDefsUses &RegDU,
+                            InspectMemInstr &IM) const {
+  assert(!Candidate.isKill() &&
+         "KILL instructions should have been eliminated at this point.");
+
+  bool HasHazard = Candidate.isImplicitDef();
+
+  HasHazard |= IM.hasHazard(Candidate);
+  HasHazard |= RegDU.update(Candidate, 0, Candidate.getNumOperands());
+
+  return HasHazard;
+}
+
+bool Filler::terminateSearch(const MachineInstr &Candidate) const {
+  return (Candidate.isTerminator() || Candidate.isCall() ||
+          Candidate.isPosition() || Candidate.isInlineAsm() ||
+          Candidate.hasUnmodeledSideEffects());
 }