[X86] Change the immediate for IN/OUT instructions to u8imm so the assembly parser...
[oota-llvm.git] / lib / Target / X86 / X86VZeroUpper.cpp
index 65271dbaed70874874bdc18da1b2a8e098c7d59a..6925b272b4a5bae8f80c7b3174a24bd770b22a25 100644 (file)
@@ -9,14 +9,14 @@
 //
 // This file defines the pass which inserts x86 AVX vzeroupper instructions
 // before calls to SSE encoded functions. This avoids transition latency
-// penalty when tranfering control between AVX encoded instructions and old
+// penalty when transferring control between AVX encoded instructions and old
 // SSE encoding mode.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#define DEBUG_TYPE "x86-vzeroupper"
 #include "X86.h"
 #include "X86InstrInfo.h"
+#include "X86Subtarget.h"
 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
 using namespace llvm;
 
+#define DEBUG_TYPE "x86-vzeroupper"
+
 STATISTIC(NumVZU, "Number of vzeroupper instructions inserted");
 
 namespace {
-  struct VZeroUpperInserter : public MachineFunctionPass {
-    static char ID;
-    VZeroUpperInserter() : MachineFunctionPass(ID) {}
 
-    virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
+  class VZeroUpperInserter : public MachineFunctionPass {
+  public:
 
-    bool processBasicBlock(MachineFunction &MF, MachineBasicBlock &MBB);
-
-    virtual const char *getPassName() const { return "X86 vzeroupper inserter";}
+    VZeroUpperInserter() : MachineFunctionPass(ID) {}
+    bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) override;
+    const char *getPassName() const override {return "X86 vzeroupper inserter";}
 
   private:
-    const TargetInstrInfo *TII; // Machine instruction info.
-    MachineBasicBlock *MBB;     // Current basic block
-
-    // Any YMM register live-in to this function?
-    bool FnHasLiveInYmm;
-
-    // BBState - Contains the state of each MBB: unknown, clean, dirty
-    SmallVector<uint8_t, 8> BBState;
 
-    // BBSolved - Keep track of all MBB which had been already analyzed
-    // and there is no further processing required.
-    BitVector BBSolved;
-
-    // Machine Basic Blocks are classified according this pass:
-    //
-    //  ST_UNKNOWN - The MBB state is unknown, meaning from the entry state
-    //    until the MBB exit there isn't a instruction using YMM to change
-    //    the state to dirty, or one of the incoming predecessors is unknown
-    //    and there's not a dirty predecessor between them.
-    //
-    //  ST_CLEAN - No YMM usage in the end of the MBB. A MBB could have
-    //    instructions using YMM and be marked ST_CLEAN, as long as the state
-    //    is cleaned by a vzeroupper before any call.
+    void processBasicBlock(MachineBasicBlock &MBB);
+    void insertVZeroUpper(MachineBasicBlock::iterator I,
+                          MachineBasicBlock &MBB);
+    void addDirtySuccessor(MachineBasicBlock &MBB);
+
+    typedef enum { PASS_THROUGH, EXITS_CLEAN, EXITS_DIRTY } BlockExitState;
+    static const char* getBlockExitStateName(BlockExitState ST);
+
+    // Core algorithm state:
+    // BlockState - Each block is either:
+    //   - PASS_THROUGH: There are neither YMM dirtying instructions nor
+    //                   vzeroupper instructions in this block.
+    //   - EXITS_CLEAN: There is (or will be) a vzeroupper instruction in this
+    //                  block that will ensure that YMM is clean on exit.
+    //   - EXITS_DIRTY: An instruction in the block dirties YMM and no
+    //                  subsequent vzeroupper in the block clears it.
     //
-    //  ST_DIRTY - Any MBB ending with a YMM usage not cleaned up by a
-    //    vzeroupper instruction.
+    // AddedToDirtySuccessors - This flag is raised when a block is added to the
+    //                          DirtySuccessors list to ensure that it's not
+    //                          added multiple times.
     //
-    //  ST_INIT - Placeholder for an empty state set
-    //
-    enum {
-      ST_UNKNOWN = 0,
-      ST_CLEAN   = 1,
-      ST_DIRTY   = 2,
-      ST_INIT    = 3
+    // FirstUnguardedCall - Records the location of the first unguarded call in
+    //                      each basic block that may need to be guarded by a
+    //                      vzeroupper. We won't know whether it actually needs
+    //                      to be guarded until we discover a predecessor that
+    //                      is DIRTY_OUT.
+    struct BlockState {
+      BlockState() : ExitState(PASS_THROUGH), AddedToDirtySuccessors(false) {}
+      BlockExitState ExitState;
+      bool AddedToDirtySuccessors;
+      MachineBasicBlock::iterator FirstUnguardedCall;
     };
+    typedef SmallVector<BlockState, 8> BlockStateMap;
+    typedef SmallVector<MachineBasicBlock*, 8> DirtySuccessorsWorkList;
 
-    // computeState - Given two states, compute the resulting state, in
-    // the following way
-    //
-    //  1) One dirty state yields another dirty state
-    //  2) All states must be clean for the result to be clean
-    //  3) If none above and one unknown, the result state is also unknown
-    //
-    unsigned computeState(unsigned PrevState, unsigned CurState) {
-      if (PrevState == ST_INIT)
-        return CurState;
-
-      if (PrevState == ST_DIRTY || CurState == ST_DIRTY)
-        return ST_DIRTY;
-
-      if (PrevState == ST_CLEAN && CurState == ST_CLEAN)
-        return ST_CLEAN;
-
-      return ST_UNKNOWN;
-    }
+    BlockStateMap BlockStates;
+    DirtySuccessorsWorkList DirtySuccessors;
+    bool EverMadeChange;
+    const TargetInstrInfo *TII;
 
+    static char ID;
   };
+
   char VZeroUpperInserter::ID = 0;
 }
 
@@ -105,11 +92,17 @@ FunctionPass *llvm::createX86IssueVZeroUpperPass() {
   return new VZeroUpperInserter();
 }
 
-static bool isYmmReg(unsigned Reg) {
-  if (Reg >= X86::YMM0 && Reg <= X86::YMM15)
-    return true;
+const char* VZeroUpperInserter::getBlockExitStateName(BlockExitState ST) {
+  switch (ST) {
+    case PASS_THROUGH: return "Pass-through";
+    case EXITS_DIRTY: return "Exits-dirty";
+    case EXITS_CLEAN: return "Exits-clean";
+  }
+  llvm_unreachable("Invalid block exit state.");
+}
 
-  return false;
+static bool isYmmReg(unsigned Reg) {
+  return (Reg >= X86::YMM0 && Reg <= X86::YMM15);
 }
 
 static bool checkFnHasLiveInYmm(MachineRegisterInfo &MRI) {
@@ -121,9 +114,19 @@ static bool checkFnHasLiveInYmm(MachineRegisterInfo &MRI) {
   return false;
 }
 
+static bool clobbersAllYmmRegs(const MachineOperand &MO) {
+  for (unsigned reg = X86::YMM0; reg <= X86::YMM15; ++reg) {
+    if (!MO.clobbersPhysReg(reg))
+      return false;
+  }
+  return true;
+}
+
 static bool hasYmmReg(MachineInstr *MI) {
-  for (int i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+  for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
+    if (MI->isCall() && MO.isRegMask() && !clobbersAllYmmRegs(MO))
+      return true;
     if (!MO.isReg())
       continue;
     if (MO.isDebug())
@@ -134,102 +137,60 @@ static bool hasYmmReg(MachineInstr *MI) {
   return false;
 }
 
-/// runOnMachineFunction - Loop over all of the basic blocks, inserting
-/// vzero upper instructions before function calls.
-bool VZeroUpperInserter::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
-  TII = MF.getTarget().getInstrInfo();
-  MachineRegisterInfo &MRI = MF.getRegInfo();
-  bool EverMadeChange = false;
-
-  // Fast check: if the function doesn't use any ymm registers, we don't need
-  // to insert any VZEROUPPER instructions.  This is constant-time, so it is
-  // cheap in the common case of no ymm use.
-  bool YMMUsed = false;
-  const TargetRegisterClass *RC = &X86::VR256RegClass;
-  for (TargetRegisterClass::iterator i = RC->begin(), e = RC->end();
-       i != e; i++) {
-    if (MRI.isPhysRegUsed(*i)) {
-      YMMUsed = true;
-      break;
+/// clobbersAnyYmmReg() - Check if any YMM register will be clobbered by this
+/// instruction.
+static bool callClobbersAnyYmmReg(MachineInstr *MI) {
+  assert(MI->isCall() && "Can only be called on call instructions.");
+  for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+    const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
+    if (!MO.isRegMask())
+      continue;
+    for (unsigned reg = X86::YMM0; reg <= X86::YMM15; ++reg) {
+      if (MO.clobbersPhysReg(reg))
+        return true;
     }
   }
-  if (!YMMUsed)
-    return EverMadeChange;
-
-  // Pre-compute the existence of any live-in YMM registers to this function
-  FnHasLiveInYmm = checkFnHasLiveInYmm(MRI);
-
-  assert(BBState.empty());
-  BBState.resize(MF.getNumBlockIDs(), 0);
-  BBSolved.resize(MF.getNumBlockIDs(), 0);
-
-  // Each BB state depends on all predecessors, loop over until everything
-  // converges.  (Once we converge, we can implicitly mark everything that is
-  // still ST_UNKNOWN as ST_CLEAN.)
-  while (1) {
-    bool MadeChange = false;
+  return false;
+}
 
-    // Process all basic blocks.
-    for (MachineFunction::iterator I = MF.begin(), E = MF.end(); I != E; ++I)
-      MadeChange |= processBasicBlock(MF, *I);
+// Insert a vzeroupper instruction before I.
+void VZeroUpperInserter::insertVZeroUpper(MachineBasicBlock::iterator I,
+                                              MachineBasicBlock &MBB) {
+  DebugLoc dl = I->getDebugLoc();
+  BuildMI(MBB, I, dl, TII->get(X86::VZEROUPPER));
+  ++NumVZU;
+  EverMadeChange = true;
+}
 
-    // If this iteration over the code changed anything, keep iterating.
-    if (!MadeChange) break;
-    EverMadeChange = true;
+// Add MBB to the DirtySuccessors list if it hasn't already been added.
+void VZeroUpperInserter::addDirtySuccessor(MachineBasicBlock &MBB) {
+  if (!BlockStates[MBB.getNumber()].AddedToDirtySuccessors) {
+    DirtySuccessors.push_back(&MBB);
+    BlockStates[MBB.getNumber()].AddedToDirtySuccessors = true;
   }
-
-  BBState.clear();
-  BBSolved.clear();
-  return EverMadeChange;
 }
 
 /// processBasicBlock - Loop over all of the instructions in the basic block,
-/// inserting vzero upper instructions before function calls.
-bool VZeroUpperInserter::processBasicBlock(MachineFunction &MF,
-                                           MachineBasicBlock &BB) {
-  bool Changed = false;
-  unsigned BBNum = BB.getNumber();
-  MBB = &BB;
-
-  // Don't process already solved BBs
-  if (BBSolved[BBNum])
-    return false; // No changes
-
-  // Check the state of all predecessors
-  unsigned EntryState = ST_INIT;
-  for (MachineBasicBlock::const_pred_iterator PI = BB.pred_begin(),
-       PE = BB.pred_end(); PI != PE; ++PI) {
-    EntryState = computeState(EntryState, BBState[(*PI)->getNumber()]);
-    if (EntryState == ST_DIRTY)
-      break;
-  }
+/// inserting vzeroupper instructions before function calls.
+void VZeroUpperInserter::processBasicBlock(MachineBasicBlock &MBB) {
 
+  // Start by assuming that the block PASS_THROUGH, which implies no unguarded
+  // calls.
+  BlockExitState CurState = PASS_THROUGH;
+  BlockStates[MBB.getNumber()].FirstUnguardedCall = MBB.end();
 
-  // The entry MBB for the function may set the inital state to dirty if
-  // the function receives any YMM incoming arguments
-  if (MBB == MF.begin()) {
-    EntryState = ST_CLEAN;
-    if (FnHasLiveInYmm)
-      EntryState = ST_DIRTY;
-  }
-
-  // The current state is initialized according to the predecessors
-  unsigned CurState = EntryState;
-  bool BBHasCall = false;
-
-  for (MachineBasicBlock::iterator I = BB.begin(); I != BB.end(); ++I) {
+  for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB.begin(); I != MBB.end(); ++I) {
     MachineInstr *MI = I;
-    DebugLoc dl = I->getDebugLoc();
     bool isControlFlow = MI->isCall() || MI->isReturn();
 
-    // Shortcut: don't need to check regular instructions in dirty state. 
-    if (!isControlFlow && CurState == ST_DIRTY)
+    // Shortcut: don't need to check regular instructions in dirty state.
+    if (!isControlFlow && CurState == EXITS_DIRTY)
       continue;
 
     if (hasYmmReg(MI)) {
       // We found a ymm-using instruction; this could be an AVX instruction,
       // or it could be control flow.
-      CurState = ST_DIRTY;
+      CurState = EXITS_DIRTY;
       continue;
     }
 
@@ -238,7 +199,13 @@ bool VZeroUpperInserter::processBasicBlock(MachineFunction &MF,
     if (!isControlFlow)
       continue;
 
-    BBHasCall = true;
+    // If the call won't clobber any YMM register, skip it as well. It usually
+    // happens on helper function calls (such as '_chkstk', '_ftol2') where
+    // standard calling convention is not used (RegMask is not used to mark
+    // register clobbered and register usage (def/imp-def/use) is well-defined
+    // and explicitly specified.
+    if (MI->isCall() && !callClobbersAnyYmmReg(MI))
+      continue;
 
     // The VZEROUPPER instruction resets the upper 128 bits of all Intel AVX
     // registers. This instruction has zero latency. In addition, the processor
@@ -248,38 +215,106 @@ bool VZeroUpperInserter::processBasicBlock(MachineFunction &MF,
     // execute SSE code.
     // FIXME: In some cases, we may want to move the VZEROUPPER into a
     // predecessor block.
-    if (CurState == ST_DIRTY) {
-      // Only insert the VZEROUPPER in case the entry state isn't unknown.
-      // When unknown, only compute the information within the block to have
-      // it available in the exit if possible, but don't change the block.
-      if (EntryState != ST_UNKNOWN) {
-        BuildMI(*MBB, I, dl, TII->get(X86::VZEROUPPER));
-        ++NumVZU;
-      }
-
+    if (CurState == EXITS_DIRTY) {
       // After the inserted VZEROUPPER the state becomes clean again, but
       // other YMM may appear before other subsequent calls or even before
       // the end of the BB.
-      CurState = ST_CLEAN;
+      insertVZeroUpper(I, MBB);
+      CurState = EXITS_CLEAN;
+    } else if (CurState == PASS_THROUGH) {
+      // If this block is currently in pass-through state and we encounter a
+      // call then whether we need a vzeroupper or not depends on whether this
+      // block has successors that exit dirty. Record the location of the call,
+      // and set the state to EXITS_CLEAN, but do not insert the vzeroupper yet.
+      // It will be inserted later if necessary.
+      BlockStates[MBB.getNumber()].FirstUnguardedCall = I;
+      CurState = EXITS_CLEAN;
     }
   }
 
-  DEBUG(dbgs() << "MBB #" << BBNum
-               << ", current state: " << CurState << '\n');
+  DEBUG(dbgs() << "MBB #" << MBB.getNumber() << " exit state: "
+               << getBlockExitStateName(CurState) << '\n');
 
-  // A BB can only be considered solved when we both have done all the
-  // necessary transformations, and have computed the exit state.  This happens
-  // in two cases:
-  //  1) We know the entry state: this immediately implies the exit state and
-  //     all the necessary transformations.
-  //  2) There are no calls, and and a non-call instruction marks this block:
-  //     no transformations are necessary, and we know the exit state.
-  if (EntryState != ST_UNKNOWN || (!BBHasCall && CurState != ST_UNKNOWN))
-    BBSolved[BBNum] = true;
+  if (CurState == EXITS_DIRTY)
+    for (MachineBasicBlock::succ_iterator SI = MBB.succ_begin(),
+                                          SE = MBB.succ_end();
+         SI != SE; ++SI)
+      addDirtySuccessor(**SI);
 
-  if (CurState != BBState[BBNum])
-    Changed = true;
+  BlockStates[MBB.getNumber()].ExitState = CurState;
+}
+
+/// runOnMachineFunction - Loop over all of the basic blocks, inserting
+/// vzeroupper instructions before function calls.
+bool VZeroUpperInserter::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
+  const X86Subtarget &ST = MF.getSubtarget<X86Subtarget>();
+  if (!ST.hasAVX() || ST.hasAVX512())
+    return false;
+  TII = ST.getInstrInfo();
+  MachineRegisterInfo &MRI = MF.getRegInfo();
+  EverMadeChange = false;
+
+  bool FnHasLiveInYmm = checkFnHasLiveInYmm(MRI);
+
+  // Fast check: if the function doesn't use any ymm registers, we don't need
+  // to insert any VZEROUPPER instructions.  This is constant-time, so it is
+  // cheap in the common case of no ymm use.
+  bool YMMUsed = FnHasLiveInYmm;
+  if (!YMMUsed) {
+    const TargetRegisterClass *RC = &X86::VR256RegClass;
+    for (TargetRegisterClass::iterator i = RC->begin(), e = RC->end(); i != e;
+         i++) {
+      if (!MRI.reg_nodbg_empty(*i)) {
+        YMMUsed = true;
+        break;
+      }
+    }
+  }
+  if (!YMMUsed) {
+    return false;
+  }
 
-  BBState[BBNum] = CurState;
-  return Changed;
+  assert(BlockStates.empty() && DirtySuccessors.empty() &&
+         "X86VZeroUpper state should be clear");
+  BlockStates.resize(MF.getNumBlockIDs());
+
+  // Process all blocks. This will compute block exit states, record the first
+  // unguarded call in each block, and add successors of dirty blocks to the
+  // DirtySuccessors list.
+  for (MachineBasicBlock &MBB : MF)
+    processBasicBlock(MBB);
+
+  // If any YMM regs are live in to this function, add the entry block to the
+  // DirtySuccessors list
+  if (FnHasLiveInYmm)
+    addDirtySuccessor(MF.front());
+
+  // Re-visit all blocks that are successors of EXITS_DIRTY bsocks. Add
+  // vzeroupper instructions to unguarded calls, and propagate EXITS_DIRTY
+  // through PASS_THROUGH blocks.
+  while (!DirtySuccessors.empty()) {
+    MachineBasicBlock &MBB = *DirtySuccessors.back();
+    DirtySuccessors.pop_back();
+    BlockState &BBState = BlockStates[MBB.getNumber()];
+
+    // MBB is a successor of a dirty block, so its first call needs to be
+    // guarded.
+    if (BBState.FirstUnguardedCall != MBB.end())
+      insertVZeroUpper(BBState.FirstUnguardedCall, MBB);
+
+    // If this successor was a pass-through block then it is now dirty, and its
+    // successors need to be added to the worklist (if they haven't been
+    // already).
+    if (BBState.ExitState == PASS_THROUGH) {
+      DEBUG(dbgs() << "MBB #" << MBB.getNumber()
+                   << " was Pass-through, is now Dirty-out.\n");
+      for (MachineBasicBlock::succ_iterator SI = MBB.succ_begin(),
+                                            SE = MBB.succ_end();
+           SI != SE; ++SI)
+        addDirtySuccessor(**SI);
+    }
+  }
+
+  BlockStates.clear();
+  return EverMadeChange;
 }