]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/include/llvm/CodeGen/RegisterPressure.h
Merge llvm, clang, lld and lldb release_40 branch r292009. Also update
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / include / llvm / CodeGen / RegisterPressure.h
1 //===-- RegisterPressure.h - Dynamic Register Pressure -*- C++ -*-------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file defines the RegisterPressure class which can be used to track
11 // MachineInstr level register pressure.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #ifndef LLVM_CODEGEN_REGISTERPRESSURE_H
16 #define LLVM_CODEGEN_REGISTERPRESSURE_H
17
18 #include "llvm/ADT/SparseSet.h"
19 #include "llvm/CodeGen/SlotIndexes.h"
20 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
21
22 namespace llvm {
23
24 class LiveIntervals;
25 class LiveRange;
26 class RegisterClassInfo;
27 class MachineInstr;
28
29 struct RegisterMaskPair {
30   unsigned RegUnit; ///< Virtual register or register unit.
31   LaneBitmask LaneMask;
32
33   RegisterMaskPair(unsigned RegUnit, LaneBitmask LaneMask)
34       : RegUnit(RegUnit), LaneMask(LaneMask) {}
35 };
36
37 /// Base class for register pressure results.
38 struct RegisterPressure {
39   /// Map of max reg pressure indexed by pressure set ID, not class ID.
40   std::vector<unsigned> MaxSetPressure;
41
42   /// List of live in virtual registers or physical register units.
43   SmallVector<RegisterMaskPair,8> LiveInRegs;
44   SmallVector<RegisterMaskPair,8> LiveOutRegs;
45
46   void dump(const TargetRegisterInfo *TRI) const;
47 };
48
49 /// RegisterPressure computed within a region of instructions delimited by
50 /// TopIdx and BottomIdx.  During pressure computation, the maximum pressure per
51 /// register pressure set is increased. Once pressure within a region is fully
52 /// computed, the live-in and live-out sets are recorded.
53 ///
54 /// This is preferable to RegionPressure when LiveIntervals are available,
55 /// because delimiting regions by SlotIndex is more robust and convenient than
56 /// holding block iterators. The block contents can change without invalidating
57 /// the pressure result.
58 struct IntervalPressure : RegisterPressure {
59   /// Record the boundary of the region being tracked.
60   SlotIndex TopIdx;
61   SlotIndex BottomIdx;
62
63   void reset();
64
65   void openTop(SlotIndex NextTop);
66
67   void openBottom(SlotIndex PrevBottom);
68 };
69
70 /// RegisterPressure computed within a region of instructions delimited by
71 /// TopPos and BottomPos. This is a less precise version of IntervalPressure for
72 /// use when LiveIntervals are unavailable.
73 struct RegionPressure : RegisterPressure {
74   /// Record the boundary of the region being tracked.
75   MachineBasicBlock::const_iterator TopPos;
76   MachineBasicBlock::const_iterator BottomPos;
77
78   void reset();
79
80   void openTop(MachineBasicBlock::const_iterator PrevTop);
81
82   void openBottom(MachineBasicBlock::const_iterator PrevBottom);
83 };
84
85 /// Capture a change in pressure for a single pressure set. UnitInc may be
86 /// expressed in terms of upward or downward pressure depending on the client
87 /// and will be dynamically adjusted for current liveness.
88 ///
89 /// Pressure increments are tiny, typically 1-2 units, and this is only for
90 /// heuristics, so we don't check UnitInc overflow. Instead, we may have a
91 /// higher level assert that pressure is consistent within a region. We also
92 /// effectively ignore dead defs which don't affect heuristics much.
93 class PressureChange {
94   uint16_t PSetID; // ID+1. 0=Invalid.
95   int16_t  UnitInc;
96 public:
97   PressureChange(): PSetID(0), UnitInc(0) {}
98   PressureChange(unsigned id): PSetID(id+1), UnitInc(0) {
99     assert(id < UINT16_MAX && "PSetID overflow.");
100   }
101
102   bool isValid() const { return PSetID > 0; }
103
104   unsigned getPSet() const {
105     assert(isValid() && "invalid PressureChange");
106     return PSetID - 1;
107   }
108   // If PSetID is invalid, return UINT16_MAX to give it lowest priority.
109   unsigned getPSetOrMax() const { return (PSetID - 1) & UINT16_MAX; }
110
111   int getUnitInc() const { return UnitInc; }
112
113   void setUnitInc(int Inc) { UnitInc = Inc; }
114
115   bool operator==(const PressureChange &RHS) const {
116     return PSetID == RHS.PSetID && UnitInc == RHS.UnitInc;
117   }
118 };
119
120 template <> struct isPodLike<PressureChange> {
121    static const bool value = true;
122 };
123
124 /// List of PressureChanges in order of increasing, unique PSetID.
125 ///
126 /// Use a small fixed number, because we can fit more PressureChanges in an
127 /// empty SmallVector than ever need to be tracked per register class. If more
128 /// PSets are affected, then we only track the most constrained.
129 class PressureDiff {
130   // The initial design was for MaxPSets=4, but that requires PSet partitions,
131   // which are not yet implemented. (PSet partitions are equivalent PSets given
132   // the register classes actually in use within the scheduling region.)
133   enum { MaxPSets = 16 };
134
135   PressureChange PressureChanges[MaxPSets];
136
137   typedef PressureChange* iterator;
138   iterator nonconst_begin() { return &PressureChanges[0]; }
139   iterator nonconst_end() { return &PressureChanges[MaxPSets]; }
140
141 public:
142   typedef const PressureChange* const_iterator;
143   const_iterator begin() const { return &PressureChanges[0]; }
144   const_iterator end() const { return &PressureChanges[MaxPSets]; }
145
146   void addPressureChange(unsigned RegUnit, bool IsDec,
147                          const MachineRegisterInfo *MRI);
148
149   LLVM_DUMP_METHOD void dump(const TargetRegisterInfo &TRI) const;
150 };
151
152 /// List of registers defined and used by a machine instruction.
153 class RegisterOperands {
154 public:
155   /// List of virtual registers and register units read by the instruction.
156   SmallVector<RegisterMaskPair, 8> Uses;
157   /// \brief List of virtual registers and register units defined by the
158   /// instruction which are not dead.
159   SmallVector<RegisterMaskPair, 8> Defs;
160   /// \brief List of virtual registers and register units defined by the
161   /// instruction but dead.
162   SmallVector<RegisterMaskPair, 8> DeadDefs;
163
164   /// Analyze the given instruction \p MI and fill in the Uses, Defs and
165   /// DeadDefs list based on the MachineOperand flags.
166   void collect(const MachineInstr &MI, const TargetRegisterInfo &TRI,
167                const MachineRegisterInfo &MRI, bool TrackLaneMasks,
168                bool IgnoreDead);
169
170   /// Use liveness information to find dead defs not marked with a dead flag
171   /// and move them to the DeadDefs vector.
172   void detectDeadDefs(const MachineInstr &MI, const LiveIntervals &LIS);
173
174   /// Use liveness information to find out which uses/defs are partially
175   /// undefined/dead and adjust the RegisterMaskPairs accordingly.
176   /// If \p AddFlagsMI is given then missing read-undef and dead flags will be
177   /// added to the instruction.
178   void adjustLaneLiveness(const LiveIntervals &LIS,
179                           const MachineRegisterInfo &MRI, SlotIndex Pos,
180                           MachineInstr *AddFlagsMI = nullptr);
181 };
182
183 /// Array of PressureDiffs.
184 class PressureDiffs {
185   PressureDiff *PDiffArray;
186   unsigned Size;
187   unsigned Max;
188 public:
189   PressureDiffs(): PDiffArray(nullptr), Size(0), Max(0) {}
190   ~PressureDiffs() { free(PDiffArray); }
191
192   void clear() { Size = 0; }
193
194   void init(unsigned N);
195
196   PressureDiff &operator[](unsigned Idx) {
197     assert(Idx < Size && "PressureDiff index out of bounds");
198     return PDiffArray[Idx];
199   }
200   const PressureDiff &operator[](unsigned Idx) const {
201     return const_cast<PressureDiffs*>(this)->operator[](Idx);
202   }
203   /// \brief Record pressure difference induced by the given operand list to
204   /// node with index \p Idx.
205   void addInstruction(unsigned Idx, const RegisterOperands &RegOpers,
206                       const MachineRegisterInfo &MRI);
207 };
208
209 /// Store the effects of a change in pressure on things that MI scheduler cares
210 /// about.
211 ///
212 /// Excess records the value of the largest difference in register units beyond
213 /// the target's pressure limits across the affected pressure sets, where
214 /// largest is defined as the absolute value of the difference. Negative
215 /// ExcessUnits indicates a reduction in pressure that had already exceeded the
216 /// target's limits.
217 ///
218 /// CriticalMax records the largest increase in the tracker's max pressure that
219 /// exceeds the critical limit for some pressure set determined by the client.
220 ///
221 /// CurrentMax records the largest increase in the tracker's max pressure that
222 /// exceeds the current limit for some pressure set determined by the client.
223 struct RegPressureDelta {
224   PressureChange Excess;
225   PressureChange CriticalMax;
226   PressureChange CurrentMax;
227
228   RegPressureDelta() {}
229
230   bool operator==(const RegPressureDelta &RHS) const {
231     return Excess == RHS.Excess && CriticalMax == RHS.CriticalMax
232       && CurrentMax == RHS.CurrentMax;
233   }
234   bool operator!=(const RegPressureDelta &RHS) const {
235     return !operator==(RHS);
236   }
237 };
238
239 /// A set of live virtual registers and physical register units.
240 ///
241 /// This is a wrapper around a SparseSet which deals with mapping register unit
242 /// and virtual register indexes to an index usable by the sparse set.
243 class LiveRegSet {
244 private:
245   struct IndexMaskPair {
246     unsigned Index;
247     LaneBitmask LaneMask;
248
249     IndexMaskPair(unsigned Index, LaneBitmask LaneMask)
250         : Index(Index), LaneMask(LaneMask) {}
251
252     unsigned getSparseSetIndex() const {
253       return Index;
254     }
255   };
256
257   typedef SparseSet<IndexMaskPair> RegSet;
258   RegSet Regs;
259   unsigned NumRegUnits;
260
261   unsigned getSparseIndexFromReg(unsigned Reg) const {
262     if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
263       return TargetRegisterInfo::virtReg2Index(Reg) + NumRegUnits;
264     assert(Reg < NumRegUnits);
265     return Reg;
266   }
267   unsigned getRegFromSparseIndex(unsigned SparseIndex) const {
268     if (SparseIndex >= NumRegUnits)
269       return TargetRegisterInfo::index2VirtReg(SparseIndex-NumRegUnits);
270     return SparseIndex;
271   }
272
273 public:
274   void clear();
275   void init(const MachineRegisterInfo &MRI);
276
277   LaneBitmask contains(unsigned Reg) const {
278     unsigned SparseIndex = getSparseIndexFromReg(Reg);
279     RegSet::const_iterator I = Regs.find(SparseIndex);
280     if (I == Regs.end())
281       return LaneBitmask::getNone();
282     return I->LaneMask;
283   }
284
285   /// Mark the \p Pair.LaneMask lanes of \p Pair.Reg as live.
286   /// Returns the previously live lanes of \p Pair.Reg.
287   LaneBitmask insert(RegisterMaskPair Pair) {
288     unsigned SparseIndex = getSparseIndexFromReg(Pair.RegUnit);
289     auto InsertRes = Regs.insert(IndexMaskPair(SparseIndex, Pair.LaneMask));
290     if (!InsertRes.second) {
291       LaneBitmask PrevMask = InsertRes.first->LaneMask;
292       InsertRes.first->LaneMask |= Pair.LaneMask;
293       return PrevMask;
294     }
295     return LaneBitmask::getNone();
296   }
297
298   /// Clears the \p Pair.LaneMask lanes of \p Pair.Reg (mark them as dead).
299   /// Returns the previously live lanes of \p Pair.Reg.
300   LaneBitmask erase(RegisterMaskPair Pair) {
301     unsigned SparseIndex = getSparseIndexFromReg(Pair.RegUnit);
302     RegSet::iterator I = Regs.find(SparseIndex);
303     if (I == Regs.end())
304       return LaneBitmask::getNone();
305     LaneBitmask PrevMask = I->LaneMask;
306     I->LaneMask &= ~Pair.LaneMask;
307     return PrevMask;
308   }
309
310   size_t size() const {
311     return Regs.size();
312   }
313
314   template<typename ContainerT>
315   void appendTo(ContainerT &To) const {
316     for (const IndexMaskPair &P : Regs) {
317       unsigned Reg = getRegFromSparseIndex(P.Index);
318       if (P.LaneMask.any())
319         To.push_back(RegisterMaskPair(Reg, P.LaneMask));
320     }
321   }
322 };
323
324 /// Track the current register pressure at some position in the instruction
325 /// stream, and remember the high water mark within the region traversed. This
326 /// does not automatically consider live-through ranges. The client may
327 /// independently adjust for global liveness.
328 ///
329 /// Each RegPressureTracker only works within a MachineBasicBlock. Pressure can
330 /// be tracked across a larger region by storing a RegisterPressure result at
331 /// each block boundary and explicitly adjusting pressure to account for block
332 /// live-in and live-out register sets.
333 ///
334 /// RegPressureTracker holds a reference to a RegisterPressure result that it
335 /// computes incrementally. During downward tracking, P.BottomIdx or P.BottomPos
336 /// is invalid until it reaches the end of the block or closeRegion() is
337 /// explicitly called. Similarly, P.TopIdx is invalid during upward
338 /// tracking. Changing direction has the side effect of closing region, and
339 /// traversing past TopIdx or BottomIdx reopens it.
340 class RegPressureTracker {
341   const MachineFunction     *MF;
342   const TargetRegisterInfo  *TRI;
343   const RegisterClassInfo   *RCI;
344   const MachineRegisterInfo *MRI;
345   const LiveIntervals       *LIS;
346
347   /// We currently only allow pressure tracking within a block.
348   const MachineBasicBlock *MBB;
349
350   /// Track the max pressure within the region traversed so far.
351   RegisterPressure &P;
352
353   /// Run in two modes dependending on whether constructed with IntervalPressure
354   /// or RegisterPressure. If requireIntervals is false, LIS are ignored.
355   bool RequireIntervals;
356
357   /// True if UntiedDefs will be populated.
358   bool TrackUntiedDefs;
359
360   /// True if lanemasks should be tracked.
361   bool TrackLaneMasks;
362
363   /// Register pressure corresponds to liveness before this instruction
364   /// iterator. It may point to the end of the block or a DebugValue rather than
365   /// an instruction.
366   MachineBasicBlock::const_iterator CurrPos;
367
368   /// Pressure map indexed by pressure set ID, not class ID.
369   std::vector<unsigned> CurrSetPressure;
370
371   /// Set of live registers.
372   LiveRegSet LiveRegs;
373
374   /// Set of vreg defs that start a live range.
375   SparseSet<unsigned, VirtReg2IndexFunctor> UntiedDefs;
376   /// Live-through pressure.
377   std::vector<unsigned> LiveThruPressure;
378
379 public:
380   RegPressureTracker(IntervalPressure &rp) :
381     MF(nullptr), TRI(nullptr), RCI(nullptr), LIS(nullptr), MBB(nullptr), P(rp),
382     RequireIntervals(true), TrackUntiedDefs(false), TrackLaneMasks(false) {}
383
384   RegPressureTracker(RegionPressure &rp) :
385     MF(nullptr), TRI(nullptr), RCI(nullptr), LIS(nullptr), MBB(nullptr), P(rp),
386     RequireIntervals(false), TrackUntiedDefs(false), TrackLaneMasks(false) {}
387
388   void reset();
389
390   void init(const MachineFunction *mf, const RegisterClassInfo *rci,
391             const LiveIntervals *lis, const MachineBasicBlock *mbb,
392             MachineBasicBlock::const_iterator pos,
393             bool TrackLaneMasks, bool TrackUntiedDefs);
394
395   /// Force liveness of virtual registers or physical register
396   /// units. Particularly useful to initialize the livein/out state of the
397   /// tracker before the first call to advance/recede.
398   void addLiveRegs(ArrayRef<RegisterMaskPair> Regs);
399
400   /// Get the MI position corresponding to this register pressure.
401   MachineBasicBlock::const_iterator getPos() const { return CurrPos; }
402
403   // Reset the MI position corresponding to the register pressure. This allows
404   // schedulers to move instructions above the RegPressureTracker's
405   // CurrPos. Since the pressure is computed before CurrPos, the iterator
406   // position changes while pressure does not.
407   void setPos(MachineBasicBlock::const_iterator Pos) { CurrPos = Pos; }
408
409   /// Recede across the previous instruction.
410   void recede(SmallVectorImpl<RegisterMaskPair> *LiveUses = nullptr);
411
412   /// Recede across the previous instruction.
413   /// This "low-level" variant assumes that recedeSkipDebugValues() was
414   /// called previously and takes precomputed RegisterOperands for the
415   /// instruction.
416   void recede(const RegisterOperands &RegOpers,
417               SmallVectorImpl<RegisterMaskPair> *LiveUses = nullptr);
418
419   /// Recede until we find an instruction which is not a DebugValue.
420   void recedeSkipDebugValues();
421
422   /// Advance across the current instruction.
423   void advance();
424
425   /// Advance across the current instruction.
426   /// This is a "low-level" variant of advance() which takes precomputed
427   /// RegisterOperands of the instruction.
428   void advance(const RegisterOperands &RegOpers);
429
430   /// Finalize the region boundaries and recored live ins and live outs.
431   void closeRegion();
432
433   /// Initialize the LiveThru pressure set based on the untied defs found in
434   /// RPTracker.
435   void initLiveThru(const RegPressureTracker &RPTracker);
436
437   /// Copy an existing live thru pressure result.
438   void initLiveThru(ArrayRef<unsigned> PressureSet) {
439     LiveThruPressure.assign(PressureSet.begin(), PressureSet.end());
440   }
441
442   ArrayRef<unsigned> getLiveThru() const { return LiveThruPressure; }
443
444   /// Get the resulting register pressure over the traversed region.
445   /// This result is complete if closeRegion() was explicitly invoked.
446   RegisterPressure &getPressure() { return P; }
447   const RegisterPressure &getPressure() const { return P; }
448
449   /// Get the register set pressure at the current position, which may be less
450   /// than the pressure across the traversed region.
451   const std::vector<unsigned> &getRegSetPressureAtPos() const {
452     return CurrSetPressure;
453   }
454
455   bool isTopClosed() const;
456   bool isBottomClosed() const;
457
458   void closeTop();
459   void closeBottom();
460
461   /// Consider the pressure increase caused by traversing this instruction
462   /// bottom-up. Find the pressure set with the most change beyond its pressure
463   /// limit based on the tracker's current pressure, and record the number of
464   /// excess register units of that pressure set introduced by this instruction.
465   void getMaxUpwardPressureDelta(const MachineInstr *MI,
466                                  PressureDiff *PDiff,
467                                  RegPressureDelta &Delta,
468                                  ArrayRef<PressureChange> CriticalPSets,
469                                  ArrayRef<unsigned> MaxPressureLimit);
470
471   void getUpwardPressureDelta(const MachineInstr *MI,
472                               /*const*/ PressureDiff &PDiff,
473                               RegPressureDelta &Delta,
474                               ArrayRef<PressureChange> CriticalPSets,
475                               ArrayRef<unsigned> MaxPressureLimit) const;
476
477   /// Consider the pressure increase caused by traversing this instruction
478   /// top-down. Find the pressure set with the most change beyond its pressure
479   /// limit based on the tracker's current pressure, and record the number of
480   /// excess register units of that pressure set introduced by this instruction.
481   void getMaxDownwardPressureDelta(const MachineInstr *MI,
482                                    RegPressureDelta &Delta,
483                                    ArrayRef<PressureChange> CriticalPSets,
484                                    ArrayRef<unsigned> MaxPressureLimit);
485
486   /// Find the pressure set with the most change beyond its pressure limit after
487   /// traversing this instruction either upward or downward depending on the
488   /// closed end of the current region.
489   void getMaxPressureDelta(const MachineInstr *MI,
490                            RegPressureDelta &Delta,
491                            ArrayRef<PressureChange> CriticalPSets,
492                            ArrayRef<unsigned> MaxPressureLimit) {
493     if (isTopClosed())
494       return getMaxDownwardPressureDelta(MI, Delta, CriticalPSets,
495                                          MaxPressureLimit);
496
497     assert(isBottomClosed() && "Uninitialized pressure tracker");
498     return getMaxUpwardPressureDelta(MI, nullptr, Delta, CriticalPSets,
499                                      MaxPressureLimit);
500   }
501
502   /// Get the pressure of each PSet after traversing this instruction bottom-up.
503   void getUpwardPressure(const MachineInstr *MI,
504                          std::vector<unsigned> &PressureResult,
505                          std::vector<unsigned> &MaxPressureResult);
506
507   /// Get the pressure of each PSet after traversing this instruction top-down.
508   void getDownwardPressure(const MachineInstr *MI,
509                            std::vector<unsigned> &PressureResult,
510                            std::vector<unsigned> &MaxPressureResult);
511
512   void getPressureAfterInst(const MachineInstr *MI,
513                             std::vector<unsigned> &PressureResult,
514                             std::vector<unsigned> &MaxPressureResult) {
515     if (isTopClosed())
516       return getUpwardPressure(MI, PressureResult, MaxPressureResult);
517
518     assert(isBottomClosed() && "Uninitialized pressure tracker");
519     return getDownwardPressure(MI, PressureResult, MaxPressureResult);
520   }
521
522   bool hasUntiedDef(unsigned VirtReg) const {
523     return UntiedDefs.count(VirtReg);
524   }
525
526   void dump() const;
527
528 protected:
529   /// Add Reg to the live out set and increase max pressure.
530   void discoverLiveOut(RegisterMaskPair Pair);
531   /// Add Reg to the live in set and increase max pressure.
532   void discoverLiveIn(RegisterMaskPair Pair);
533
534   /// \brief Get the SlotIndex for the first nondebug instruction including or
535   /// after the current position.
536   SlotIndex getCurrSlot() const;
537
538   void increaseRegPressure(unsigned RegUnit, LaneBitmask PreviousMask,
539                            LaneBitmask NewMask);
540   void decreaseRegPressure(unsigned RegUnit, LaneBitmask PreviousMask,
541                            LaneBitmask NewMask);
542
543   void bumpDeadDefs(ArrayRef<RegisterMaskPair> DeadDefs);
544
545   void bumpUpwardPressure(const MachineInstr *MI);
546   void bumpDownwardPressure(const MachineInstr *MI);
547
548   void discoverLiveInOrOut(RegisterMaskPair Pair,
549                            SmallVectorImpl<RegisterMaskPair> &LiveInOrOut);
550
551   LaneBitmask getLastUsedLanes(unsigned RegUnit, SlotIndex Pos) const;
552   LaneBitmask getLiveLanesAt(unsigned RegUnit, SlotIndex Pos) const;
553   LaneBitmask getLiveThroughAt(unsigned RegUnit, SlotIndex Pos) const;
554 };
555
556 void dumpRegSetPressure(ArrayRef<unsigned> SetPressure,
557                         const TargetRegisterInfo *TRI);
558 } // end namespace llvm
559
560 #endif