contrib/llvm/lib/CodeGen/MachineTraceMetrics.cpp

   1 //===- lib/CodeGen/MachineTraceMetrics.cpp ----------------------*- 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 #include "llvm/CodeGen/MachineTraceMetrics.h"
  11 #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
  12 #include "llvm/ADT/SparseSet.h"
  13 #include "llvm/CodeGen/MachineBasicBlock.h"
  14 #include "llvm/CodeGen/MachineBranchProbabilityInfo.h"
  15 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
  16 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
  17 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  18 #include "llvm/MC/MCSubtargetInfo.h"
  19 #include "llvm/Support/Debug.h"
  20 #include "llvm/Support/Format.h"
  21 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  22 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  23 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
  24 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
  25
  26 using namespace llvm;
  27
  28 #define DEBUG_TYPE "machine-trace-metrics"
  29
  30 char MachineTraceMetrics::ID = 0;
  31 char &llvm::MachineTraceMetricsID = MachineTraceMetrics::ID;
  32
  33 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MachineTraceMetrics,
  34                   "machine-trace-metrics", "Machine Trace Metrics", false, true)
  35 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineBranchProbabilityInfo)
  36 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineLoopInfo)
  37 INITIALIZE_PASS_END(MachineTraceMetrics,
  38                   "machine-trace-metrics", "Machine Trace Metrics", false, true)
  39
  40 MachineTraceMetrics::MachineTraceMetrics()
  41   : MachineFunctionPass(ID), MF(nullptr), TII(nullptr), TRI(nullptr),
  42     MRI(nullptr), Loops(nullptr) {
  43   std::fill(std::begin(Ensembles), std::end(Ensembles), nullptr);
  44 }
  45
  46 void MachineTraceMetrics::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  47   AU.setPreservesAll();
  48   AU.addRequired<MachineBranchProbabilityInfo>();
  49   AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
  50   MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
  51 }
  52
  53 bool MachineTraceMetrics::runOnMachineFunction(MachineFunction &Func) {
  54   MF = &Func;
  55   const TargetSubtargetInfo &ST = MF->getSubtarget();
  56   TII = ST.getInstrInfo();
  57   TRI = ST.getRegisterInfo();
  58   MRI = &MF->getRegInfo();
  59   Loops = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
  60   SchedModel.init(ST.getSchedModel(), &ST, TII);
  61   BlockInfo.resize(MF->getNumBlockIDs());
  62   ProcResourceCycles.resize(MF->getNumBlockIDs() *
  63                             SchedModel.getNumProcResourceKinds());
  64   return false;
  65 }
  66
  67 void MachineTraceMetrics::releaseMemory() {
  68   MF = nullptr;
  69   BlockInfo.clear();
  70   for (unsigned i = 0; i != TS_NumStrategies; ++i) {
  71     delete Ensembles[i];
  72     Ensembles[i] = nullptr;
  73   }
  74 }
  75
  76 //===----------------------------------------------------------------------===//
  77 //                          Fixed block information
  78 //===----------------------------------------------------------------------===//
  79 //
  80 // The number of instructions in a basic block and the CPU resources used by
  81 // those instructions don't depend on any given trace strategy.
  82
  83 /// Compute the resource usage in basic block MBB.
  84 const MachineTraceMetrics::FixedBlockInfo*
  85 MachineTraceMetrics::getResources(const MachineBasicBlock *MBB) {
  86   assert(MBB && "No basic block");
  87   FixedBlockInfo *FBI = &BlockInfo[MBB->getNumber()];
  88   if (FBI->hasResources())
  89     return FBI;
  90
  91   // Compute resource usage in the block.
  92   FBI->HasCalls = false;
  93   unsigned InstrCount = 0;
  94
  95   // Add up per-processor resource cycles as well.
  96   unsigned PRKinds = SchedModel.getNumProcResourceKinds();
  97   SmallVector<unsigned, 32> PRCycles(PRKinds);
  98
  99   for (const auto &MI : *MBB) {
 100     if (MI.isTransient())
 101       continue;
 102     ++InstrCount;
 103     if (MI.isCall())
 104       FBI->HasCalls = true;
 105
 106     // Count processor resources used.
 107     if (!SchedModel.hasInstrSchedModel())
 108       continue;
 109     const MCSchedClassDesc *SC = SchedModel.resolveSchedClass(&MI);
 110     if (!SC->isValid())
 111       continue;
 112
 113     for (TargetSchedModel::ProcResIter
 114          PI = SchedModel.getWriteProcResBegin(SC),
 115          PE = SchedModel.getWriteProcResEnd(SC); PI != PE; ++PI) {
 116       assert(PI->ProcResourceIdx < PRKinds && "Bad processor resource kind");
 117       PRCycles[PI->ProcResourceIdx] += PI->Cycles;
 118     }
 119   }
 120   FBI->InstrCount = InstrCount;
 121
 122   // Scale the resource cycles so they are comparable.
 123   unsigned PROffset = MBB->getNumber() * PRKinds;
 124   for (unsigned K = 0; K != PRKinds; ++K)
 125     ProcResourceCycles[PROffset + K] =
 126       PRCycles[K] * SchedModel.getResourceFactor(K);
 127
 128   return FBI;
 129 }
 130
 131 ArrayRef<unsigned>
 132 MachineTraceMetrics::getProcResourceCycles(unsigned MBBNum) const {
 133   assert(BlockInfo[MBBNum].hasResources() &&
 134          "getResources() must be called before getProcResourceCycles()");
 135   unsigned PRKinds = SchedModel.getNumProcResourceKinds();
 136   assert((MBBNum+1) * PRKinds <= ProcResourceCycles.size());
 137   return makeArrayRef(ProcResourceCycles.data() + MBBNum * PRKinds, PRKinds);
 138 }
 139
 140
 141 //===----------------------------------------------------------------------===//
 142 //                         Ensemble utility functions
 143 //===----------------------------------------------------------------------===//
 144
 145 MachineTraceMetrics::Ensemble::Ensemble(MachineTraceMetrics *ct)
 146   : MTM(*ct) {
 147   BlockInfo.resize(MTM.BlockInfo.size());
 148   unsigned PRKinds = MTM.SchedModel.getNumProcResourceKinds();
 149   ProcResourceDepths.resize(MTM.BlockInfo.size() * PRKinds);
 150   ProcResourceHeights.resize(MTM.BlockInfo.size() * PRKinds);
 151 }
 152
 153 // Virtual destructor serves as an anchor.
 154 MachineTraceMetrics::Ensemble::~Ensemble() {}
 155
 156 const MachineLoop*
 157 MachineTraceMetrics::Ensemble::getLoopFor(const MachineBasicBlock *MBB) const {
 158   return MTM.Loops->getLoopFor(MBB);
 159 }
 160
 161 // Update resource-related information in the TraceBlockInfo for MBB.
 162 // Only update resources related to the trace above MBB.
 163 void MachineTraceMetrics::Ensemble::
 164 computeDepthResources(const MachineBasicBlock *MBB) {
 165   TraceBlockInfo *TBI = &BlockInfo[MBB->getNumber()];
 166   unsigned PRKinds = MTM.SchedModel.getNumProcResourceKinds();
 167   unsigned PROffset = MBB->getNumber() * PRKinds;
 168
 169   // Compute resources from trace above. The top block is simple.
 170   if (!TBI->Pred) {
 171     TBI->InstrDepth = 0;
 172     TBI->Head = MBB->getNumber();
 173     std::fill(ProcResourceDepths.begin() + PROffset,
 174               ProcResourceDepths.begin() + PROffset + PRKinds, 0);
 175     return;
 176   }
 177
 178   // Compute from the block above. A post-order traversal ensures the
 179   // predecessor is always computed first.
 180   unsigned PredNum = TBI->Pred->getNumber();
 181   TraceBlockInfo *PredTBI = &BlockInfo[PredNum];
 182   assert(PredTBI->hasValidDepth() && "Trace above has not been computed yet");
 183   const FixedBlockInfo *PredFBI = MTM.getResources(TBI->Pred);
 184   TBI->InstrDepth = PredTBI->InstrDepth + PredFBI->InstrCount;
 185   TBI->Head = PredTBI->Head;
 186
 187   // Compute per-resource depths.
 188   ArrayRef<unsigned> PredPRDepths = getProcResourceDepths(PredNum);
 189   ArrayRef<unsigned> PredPRCycles = MTM.getProcResourceCycles(PredNum);
 190   for (unsigned K = 0; K != PRKinds; ++K)
 191     ProcResourceDepths[PROffset + K] = PredPRDepths[K] + PredPRCycles[K];
 192 }
 193
 194 // Update resource-related information in the TraceBlockInfo for MBB.
 195 // Only update resources related to the trace below MBB.
 196 void MachineTraceMetrics::Ensemble::
 197 computeHeightResources(const MachineBasicBlock *MBB) {
 198   TraceBlockInfo *TBI = &BlockInfo[MBB->getNumber()];
 199   unsigned PRKinds = MTM.SchedModel.getNumProcResourceKinds();
 200   unsigned PROffset = MBB->getNumber() * PRKinds;
 201
 202   // Compute resources for the current block.
 203   TBI->InstrHeight = MTM.getResources(MBB)->InstrCount;
 204   ArrayRef<unsigned> PRCycles = MTM.getProcResourceCycles(MBB->getNumber());
 205
 206   // The trace tail is done.
 207   if (!TBI->Succ) {
 208     TBI->Tail = MBB->getNumber();
 209     std::copy(PRCycles.begin(), PRCycles.end(),
 210               ProcResourceHeights.begin() + PROffset);
 211     return;
 212   }
 213
 214   // Compute from the block below. A post-order traversal ensures the
 215   // predecessor is always computed first.
 216   unsigned SuccNum = TBI->Succ->getNumber();
 217   TraceBlockInfo *SuccTBI = &BlockInfo[SuccNum];
 218   assert(SuccTBI->hasValidHeight() && "Trace below has not been computed yet");
 219   TBI->InstrHeight += SuccTBI->InstrHeight;
 220   TBI->Tail = SuccTBI->Tail;
 221
 222   // Compute per-resource heights.
 223   ArrayRef<unsigned> SuccPRHeights = getProcResourceHeights(SuccNum);
 224   for (unsigned K = 0; K != PRKinds; ++K)
 225     ProcResourceHeights[PROffset + K] = SuccPRHeights[K] + PRCycles[K];
 226 }
 227
 228 // Check if depth resources for MBB are valid and return the TBI.
 229 // Return NULL if the resources have been invalidated.
 230 const MachineTraceMetrics::TraceBlockInfo*
 231 MachineTraceMetrics::Ensemble::
 232 getDepthResources(const MachineBasicBlock *MBB) const {
 233   const TraceBlockInfo *TBI = &BlockInfo[MBB->getNumber()];
 234   return TBI->hasValidDepth() ? TBI : nullptr;
 235 }
 236
 237 // Check if height resources for MBB are valid and return the TBI.
 238 // Return NULL if the resources have been invalidated.
 239 const MachineTraceMetrics::TraceBlockInfo*
 240 MachineTraceMetrics::Ensemble::
 241 getHeightResources(const MachineBasicBlock *MBB) const {
 242   const TraceBlockInfo *TBI = &BlockInfo[MBB->getNumber()];
 243   return TBI->hasValidHeight() ? TBI : nullptr;
 244 }
 245
 246 /// Get an array of processor resource depths for MBB. Indexed by processor
 247 /// resource kind, this array contains the scaled processor resources consumed
 248 /// by all blocks preceding MBB in its trace. It does not include instructions
 249 /// in MBB.
 250 ///
 251 /// Compare TraceBlockInfo::InstrDepth.
 252 ArrayRef<unsigned>
 253 MachineTraceMetrics::Ensemble::
 254 getProcResourceDepths(unsigned MBBNum) const {
 255   unsigned PRKinds = MTM.SchedModel.getNumProcResourceKinds();
 256   assert((MBBNum+1) * PRKinds <= ProcResourceDepths.size());
 257   return makeArrayRef(ProcResourceDepths.data() + MBBNum * PRKinds, PRKinds);
 258 }
 259
 260 /// Get an array of processor resource heights for MBB. Indexed by processor
 261 /// resource kind, this array contains the scaled processor resources consumed
 262 /// by this block and all blocks following it in its trace.
 263 ///
 264 /// Compare TraceBlockInfo::InstrHeight.
 265 ArrayRef<unsigned>
 266 MachineTraceMetrics::Ensemble::
 267 getProcResourceHeights(unsigned MBBNum) const {
 268   unsigned PRKinds = MTM.SchedModel.getNumProcResourceKinds();
 269   assert((MBBNum+1) * PRKinds <= ProcResourceHeights.size());
 270   return makeArrayRef(ProcResourceHeights.data() + MBBNum * PRKinds, PRKinds);
 271 }
 272
 273 //===----------------------------------------------------------------------===//
 274 //                         Trace Selection Strategies
 275 //===----------------------------------------------------------------------===//
 276 //
 277 // A trace selection strategy is implemented as a sub-class of Ensemble. The
 278 // trace through a block B is computed by two DFS traversals of the CFG
 279 // starting from B. One upwards, and one downwards. During the upwards DFS,
 280 // pickTracePred() is called on the post-ordered blocks. During the downwards
 281 // DFS, pickTraceSucc() is called in a post-order.
 282 //
 283
 284 // We never allow traces that leave loops, but we do allow traces to enter
 285 // nested loops. We also never allow traces to contain back-edges.
 286 //
 287 // This means that a loop header can never appear above the center block of a
 288 // trace, except as the trace head. Below the center block, loop exiting edges
 289 // are banned.
 290 //
 291 // Return true if an edge from the From loop to the To loop is leaving a loop.
 292 // Either of To and From can be null.
 293 static bool isExitingLoop(const MachineLoop *From, const MachineLoop *To) {
 294   return From && !From->contains(To);
 295 }
 296
 297 // MinInstrCountEnsemble - Pick the trace that executes the least number of
 298 // instructions.
 299 namespace {
 300 class MinInstrCountEnsemble : public MachineTraceMetrics::Ensemble {
 301   const char *getName() const override { return "MinInstr"; }
 302   const MachineBasicBlock *pickTracePred(const MachineBasicBlock*) override;
 303   const MachineBasicBlock *pickTraceSucc(const MachineBasicBlock*) override;
 304
 305 public:
 306   MinInstrCountEnsemble(MachineTraceMetrics *mtm)
 307     : MachineTraceMetrics::Ensemble(mtm) {}
 308 };
 309 }
 310
 311 // Select the preferred predecessor for MBB.
 312 const MachineBasicBlock*
 313 MinInstrCountEnsemble::pickTracePred(const MachineBasicBlock *MBB) {
 314   if (MBB->pred_empty())
 315     return nullptr;
 316   const MachineLoop *CurLoop = getLoopFor(MBB);
 317   // Don't leave loops, and never follow back-edges.
 318   if (CurLoop && MBB == CurLoop->getHeader())
 319     return nullptr;
 320   unsigned CurCount = MTM.getResources(MBB)->InstrCount;
 321   const MachineBasicBlock *Best = nullptr;
 322   unsigned BestDepth = 0;
 323   for (const MachineBasicBlock *Pred : MBB->predecessors()) {
 324     const MachineTraceMetrics::TraceBlockInfo *PredTBI =
 325       getDepthResources(Pred);
 326     // Ignore cycles that aren't natural loops.
 327     if (!PredTBI)
 328       continue;
 329     // Pick the predecessor that would give this block the smallest InstrDepth.
 330     unsigned Depth = PredTBI->InstrDepth + CurCount;
 331     if (!Best || Depth < BestDepth) {
 332       Best = Pred;
 333       BestDepth = Depth;
 334     }
 335   }
 336   return Best;
 337 }
 338
 339 // Select the preferred successor for MBB.
 340 const MachineBasicBlock*
 341 MinInstrCountEnsemble::pickTraceSucc(const MachineBasicBlock *MBB) {
 342   if (MBB->pred_empty())
 343     return nullptr;
 344   const MachineLoop *CurLoop = getLoopFor(MBB);
 345   const MachineBasicBlock *Best = nullptr;
 346   unsigned BestHeight = 0;
 347   for (const MachineBasicBlock *Succ : MBB->successors()) {
 348     // Don't consider back-edges.
 349     if (CurLoop && Succ == CurLoop->getHeader())
 350       continue;
 351     // Don't consider successors exiting CurLoop.
 352     if (isExitingLoop(CurLoop, getLoopFor(Succ)))
 353       continue;
 354     const MachineTraceMetrics::TraceBlockInfo *SuccTBI =
 355       getHeightResources(Succ);
 356     // Ignore cycles that aren't natural loops.
 357     if (!SuccTBI)
 358       continue;
 359     // Pick the successor that would give this block the smallest InstrHeight.
 360     unsigned Height = SuccTBI->InstrHeight;
 361     if (!Best || Height < BestHeight) {
 362       Best = Succ;
 363       BestHeight = Height;
 364     }
 365   }
 366   return Best;
 367 }
 368
 369 // Get an Ensemble sub-class for the requested trace strategy.
 370 MachineTraceMetrics::Ensemble *
 371 MachineTraceMetrics::getEnsemble(MachineTraceMetrics::Strategy strategy) {
 372   assert(strategy < TS_NumStrategies && "Invalid trace strategy enum");
 373   Ensemble *&E = Ensembles[strategy];
 374   if (E)
 375     return E;
 376
 377   // Allocate new Ensemble on demand.
 378   switch (strategy) {
 379   case TS_MinInstrCount: return (E = new MinInstrCountEnsemble(this));
 380   default: llvm_unreachable("Invalid trace strategy enum");
 381   }
 382 }
 383
 384 void MachineTraceMetrics::invalidate(const MachineBasicBlock *MBB) {
 385   DEBUG(dbgs() << "Invalidate traces through BB#" << MBB->getNumber() << '\n');
 386   BlockInfo[MBB->getNumber()].invalidate();
 387   for (unsigned i = 0; i != TS_NumStrategies; ++i)
 388     if (Ensembles[i])
 389       Ensembles[i]->invalidate(MBB);
 390 }
 391
 392 void MachineTraceMetrics::verifyAnalysis() const {
 393   if (!MF)
 394     return;
 395 #ifndef NDEBUG
 396   assert(BlockInfo.size() == MF->getNumBlockIDs() && "Outdated BlockInfo size");
 397   for (unsigned i = 0; i != TS_NumStrategies; ++i)
 398     if (Ensembles[i])
 399       Ensembles[i]->verify();
 400 #endif
 401 }
 402
 403 //===----------------------------------------------------------------------===//
 404 //                               Trace building
 405 //===----------------------------------------------------------------------===//
 406 //
 407 // Traces are built by two CFG traversals. To avoid recomputing too much, use a
 408 // set abstraction that confines the search to the current loop, and doesn't
 409 // revisit blocks.
 410
 411 namespace {
 412 struct LoopBounds {
 413   MutableArrayRef<MachineTraceMetrics::TraceBlockInfo> Blocks;
 414   SmallPtrSet<const MachineBasicBlock*, 8> Visited;
 415   const MachineLoopInfo *Loops;
 416   bool Downward;
 417   LoopBounds(MutableArrayRef<MachineTraceMetrics::TraceBlockInfo> blocks,
 418              const MachineLoopInfo *loops)
 419     : Blocks(blocks), Loops(loops), Downward(false) {}
 420 };
 421 }
 422
 423 // Specialize po_iterator_storage in order to prune the post-order traversal so
 424 // it is limited to the current loop and doesn't traverse the loop back edges.
 425 namespace llvm {
 426 template<>
 427 class po_iterator_storage<LoopBounds, true> {
 428   LoopBounds &LB;
 429 public:
 430   po_iterator_storage(LoopBounds &lb) : LB(lb) {}
 431   void finishPostorder(const MachineBasicBlock*) {}
 432
 433   bool insertEdge(Optional<const MachineBasicBlock *> From,
 434                   const MachineBasicBlock *To) {
 435     // Skip already visited To blocks.
 436     MachineTraceMetrics::TraceBlockInfo &TBI = LB.Blocks[To->getNumber()];
 437     if (LB.Downward ? TBI.hasValidHeight() : TBI.hasValidDepth())
 438       return false;
 439     // From is null once when To is the trace center block.
 440     if (From) {
 441       if (const MachineLoop *FromLoop = LB.Loops->getLoopFor(*From)) {
 442         // Don't follow backedges, don't leave FromLoop when going upwards.
 443         if ((LB.Downward ? To : *From) == FromLoop->getHeader())
 444           return false;
 445         // Don't leave FromLoop.
 446         if (isExitingLoop(FromLoop, LB.Loops->getLoopFor(To)))
 447           return false;
 448       }
 449     }
 450     // To is a new block. Mark the block as visited in case the CFG has cycles
 451     // that MachineLoopInfo didn't recognize as a natural loop.
 452     return LB.Visited.insert(To).second;
 453   }
 454 };
 455 }
 456
 457 /// Compute the trace through MBB.
 458 void MachineTraceMetrics::Ensemble::computeTrace(const MachineBasicBlock *MBB) {
 459   DEBUG(dbgs() << "Computing " << getName() << " trace through BB#"
 460                << MBB->getNumber() << '\n');
 461   // Set up loop bounds for the backwards post-order traversal.
 462   LoopBounds Bounds(BlockInfo, MTM.Loops);
 463
 464   // Run an upwards post-order search for the trace start.
 465   Bounds.Downward = false;
 466   Bounds.Visited.clear();
 467   for (auto I : inverse_post_order_ext(MBB, Bounds)) {
 468     DEBUG(dbgs() << "  pred for BB#" << I->getNumber() << ": ");
 469     TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[I->getNumber()];
 470     // All the predecessors have been visited, pick the preferred one.
 471     TBI.Pred = pickTracePred(I);
 472     DEBUG({
 473       if (TBI.Pred)
 474         dbgs() << "BB#" << TBI.Pred->getNumber() << '\n';
 475       else
 476         dbgs() << "null\n";
 477     });
 478     // The trace leading to I is now known, compute the depth resources.
 479     computeDepthResources(I);
 480   }
 481
 482   // Run a downwards post-order search for the trace end.
 483   Bounds.Downward = true;
 484   Bounds.Visited.clear();
 485   for (auto I : post_order_ext(MBB, Bounds)) {
 486     DEBUG(dbgs() << "  succ for BB#" << I->getNumber() << ": ");
 487     TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[I->getNumber()];
 488     // All the successors have been visited, pick the preferred one.
 489     TBI.Succ = pickTraceSucc(I);
 490     DEBUG({
 491       if (TBI.Succ)
 492         dbgs() << "BB#" << TBI.Succ->getNumber() << '\n';
 493       else
 494         dbgs() << "null\n";
 495     });
 496     // The trace leaving I is now known, compute the height resources.
 497     computeHeightResources(I);
 498   }
 499 }
 500
 501 /// Invalidate traces through BadMBB.
 502 void
 503 MachineTraceMetrics::Ensemble::invalidate(const MachineBasicBlock *BadMBB) {
 504   SmallVector<const MachineBasicBlock*, 16> WorkList;
 505   TraceBlockInfo &BadTBI = BlockInfo[BadMBB->getNumber()];
 506
 507   // Invalidate height resources of blocks above MBB.
 508   if (BadTBI.hasValidHeight()) {
 509     BadTBI.invalidateHeight();
 510     WorkList.push_back(BadMBB);
 511     do {
 512       const MachineBasicBlock *MBB = WorkList.pop_back_val();
 513       DEBUG(dbgs() << "Invalidate BB#" << MBB->getNumber() << ' ' << getName()
 514             << " height.\n");
 515       // Find any MBB predecessors that have MBB as their preferred successor.
 516       // They are the only ones that need to be invalidated.
 517       for (const MachineBasicBlock *Pred : MBB->predecessors()) {
 518         TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[Pred->getNumber()];
 519         if (!TBI.hasValidHeight())
 520           continue;
 521         if (TBI.Succ == MBB) {
 522           TBI.invalidateHeight();
 523           WorkList.push_back(Pred);
 524           continue;
 525         }
 526         // Verify that TBI.Succ is actually a *I successor.
 527         assert((!TBI.Succ || Pred->isSuccessor(TBI.Succ)) && "CFG changed");
 528       }
 529     } while (!WorkList.empty());
 530   }
 531
 532   // Invalidate depth resources of blocks below MBB.
 533   if (BadTBI.hasValidDepth()) {
 534     BadTBI.invalidateDepth();
 535     WorkList.push_back(BadMBB);
 536     do {
 537       const MachineBasicBlock *MBB = WorkList.pop_back_val();
 538       DEBUG(dbgs() << "Invalidate BB#" << MBB->getNumber() << ' ' << getName()
 539             << " depth.\n");
 540       // Find any MBB successors that have MBB as their preferred predecessor.
 541       // They are the only ones that need to be invalidated.
 542       for (const MachineBasicBlock *Succ : MBB->successors()) {
 543         TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[Succ->getNumber()];
 544         if (!TBI.hasValidDepth())
 545           continue;
 546         if (TBI.Pred == MBB) {
 547           TBI.invalidateDepth();
 548           WorkList.push_back(Succ);
 549           continue;
 550         }
 551         // Verify that TBI.Pred is actually a *I predecessor.
 552         assert((!TBI.Pred || Succ->isPredecessor(TBI.Pred)) && "CFG changed");
 553       }
 554     } while (!WorkList.empty());
 555   }
 556
 557   // Clear any per-instruction data. We only have to do this for BadMBB itself
 558   // because the instructions in that block may change. Other blocks may be
 559   // invalidated, but their instructions will stay the same, so there is no
 560   // need to erase the Cycle entries. They will be overwritten when we
 561   // recompute.
 562   for (const auto &I : *BadMBB)
 563     Cycles.erase(&I);
 564 }
 565
 566 void MachineTraceMetrics::Ensemble::verify() const {
 567 #ifndef NDEBUG
 568   assert(BlockInfo.size() == MTM.MF->getNumBlockIDs() &&
 569          "Outdated BlockInfo size");
 570   for (unsigned Num = 0, e = BlockInfo.size(); Num != e; ++Num) {
 571     const TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[Num];
 572     if (TBI.hasValidDepth() && TBI.Pred) {
 573       const MachineBasicBlock *MBB = MTM.MF->getBlockNumbered(Num);
 574       assert(MBB->isPredecessor(TBI.Pred) && "CFG doesn't match trace");
 575       assert(BlockInfo[TBI.Pred->getNumber()].hasValidDepth() &&
 576              "Trace is broken, depth should have been invalidated.");
 577       const MachineLoop *Loop = getLoopFor(MBB);
 578       assert(!(Loop && MBB == Loop->getHeader()) && "Trace contains backedge");
 579     }
 580     if (TBI.hasValidHeight() && TBI.Succ) {
 581       const MachineBasicBlock *MBB = MTM.MF->getBlockNumbered(Num);
 582       assert(MBB->isSuccessor(TBI.Succ) && "CFG doesn't match trace");
 583       assert(BlockInfo[TBI.Succ->getNumber()].hasValidHeight() &&
 584              "Trace is broken, height should have been invalidated.");
 585       const MachineLoop *Loop = getLoopFor(MBB);
 586       const MachineLoop *SuccLoop = getLoopFor(TBI.Succ);
 587       assert(!(Loop && Loop == SuccLoop && TBI.Succ == Loop->getHeader()) &&
 588              "Trace contains backedge");
 589     }
 590   }
 591 #endif
 592 }
 593
 594 //===----------------------------------------------------------------------===//
 595 //                             Data Dependencies
 596 //===----------------------------------------------------------------------===//
 597 //
 598 // Compute the depth and height of each instruction based on data dependencies
 599 // and instruction latencies. These cycle numbers assume that the CPU can issue
 600 // an infinite number of instructions per cycle as long as their dependencies
 601 // are ready.
 602
 603 // A data dependency is represented as a defining MI and operand numbers on the
 604 // defining and using MI.
 605 namespace {
 606 struct DataDep {
 607   const MachineInstr *DefMI;
 608   unsigned DefOp;
 609   unsigned UseOp;
 610
 611   DataDep(const MachineInstr *DefMI, unsigned DefOp, unsigned UseOp)
 612     : DefMI(DefMI), DefOp(DefOp), UseOp(UseOp) {}
 613
 614   /// Create a DataDep from an SSA form virtual register.
 615   DataDep(const MachineRegisterInfo *MRI, unsigned VirtReg, unsigned UseOp)
 616     : UseOp(UseOp) {
 617     assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(VirtReg));
 618     MachineRegisterInfo::def_iterator DefI = MRI->def_begin(VirtReg);
 619     assert(!DefI.atEnd() && "Register has no defs");
 620     DefMI = DefI->getParent();
 621     DefOp = DefI.getOperandNo();
 622     assert((++DefI).atEnd() && "Register has multiple defs");
 623   }
 624 };
 625 }
 626
 627 // Get the input data dependencies that must be ready before UseMI can issue.
 628 // Return true if UseMI has any physreg operands.
 629 static bool getDataDeps(const MachineInstr &UseMI,
 630                         SmallVectorImpl<DataDep> &Deps,
 631                         const MachineRegisterInfo *MRI) {
 632   // Debug values should not be included in any calculations.
 633   if (UseMI.isDebugValue())
 634     return false;
 635
 636   bool HasPhysRegs = false;
 637   for (MachineInstr::const_mop_iterator I = UseMI.operands_begin(),
 638        E = UseMI.operands_end(); I != E; ++I) {
 639     const MachineOperand &MO = *I;
 640     if (!MO.isReg())
 641       continue;
 642     unsigned Reg = MO.getReg();
 643     if (!Reg)
 644       continue;
 645     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg)) {
 646       HasPhysRegs = true;
 647       continue;
 648     }
 649     // Collect virtual register reads.
 650     if (MO.readsReg())
 651       Deps.push_back(DataDep(MRI, Reg, UseMI.getOperandNo(I)));
 652   }
 653   return HasPhysRegs;
 654 }
 655
 656 // Get the input data dependencies of a PHI instruction, using Pred as the
 657 // preferred predecessor.
 658 // This will add at most one dependency to Deps.
 659 static void getPHIDeps(const MachineInstr &UseMI,
 660                        SmallVectorImpl<DataDep> &Deps,
 661                        const MachineBasicBlock *Pred,
 662                        const MachineRegisterInfo *MRI) {
 663   // No predecessor at the beginning of a trace. Ignore dependencies.
 664   if (!Pred)
 665     return;
 666   assert(UseMI.isPHI() && UseMI.getNumOperands() % 2 && "Bad PHI");
 667   for (unsigned i = 1; i != UseMI.getNumOperands(); i += 2) {
 668     if (UseMI.getOperand(i + 1).getMBB() == Pred) {
 669       unsigned Reg = UseMI.getOperand(i).getReg();
 670       Deps.push_back(DataDep(MRI, Reg, i));
 671       return;
 672     }
 673   }
 674 }
 675
 676 // Keep track of physreg data dependencies by recording each live register unit.
 677 // Associate each regunit with an instruction operand. Depending on the
 678 // direction instructions are scanned, it could be the operand that defined the
 679 // regunit, or the highest operand to read the regunit.
 680 namespace {
 681 struct LiveRegUnit {
 682   unsigned RegUnit;
 683   unsigned Cycle;
 684   const MachineInstr *MI;
 685   unsigned Op;
 686
 687   unsigned getSparseSetIndex() const { return RegUnit; }
 688
 689   LiveRegUnit(unsigned RU) : RegUnit(RU), Cycle(0), MI(nullptr), Op(0) {}
 690 };
 691 }
 692
 693 // Identify physreg dependencies for UseMI, and update the live regunit
 694 // tracking set when scanning instructions downwards.
 695 static void updatePhysDepsDownwards(const MachineInstr *UseMI,
 696                                     SmallVectorImpl<DataDep> &Deps,
 697                                     SparseSet<LiveRegUnit> &RegUnits,
 698                                     const TargetRegisterInfo *TRI) {
 699   SmallVector<unsigned, 8> Kills;
 700   SmallVector<unsigned, 8> LiveDefOps;
 701
 702   for (MachineInstr::const_mop_iterator MI = UseMI->operands_begin(),
 703        ME = UseMI->operands_end(); MI != ME; ++MI) {
 704     const MachineOperand &MO = *MI;
 705     if (!MO.isReg())
 706       continue;
 707     unsigned Reg = MO.getReg();
 708     if (!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg))
 709       continue;
 710     // Track live defs and kills for updating RegUnits.
 711     if (MO.isDef()) {
 712       if (MO.isDead())
 713         Kills.push_back(Reg);
 714       else
 715         LiveDefOps.push_back(UseMI->getOperandNo(MI));
 716     } else if (MO.isKill())
 717       Kills.push_back(Reg);
 718     // Identify dependencies.
 719     if (!MO.readsReg())
 720       continue;
 721     for (MCRegUnitIterator Units(Reg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
 722       SparseSet<LiveRegUnit>::iterator I = RegUnits.find(*Units);
 723       if (I == RegUnits.end())
 724         continue;
 725       Deps.push_back(DataDep(I->MI, I->Op, UseMI->getOperandNo(MI)));
 726       break;
 727     }
 728   }
 729
 730   // Update RegUnits to reflect live registers after UseMI.
 731   // First kills.
 732   for (unsigned Kill : Kills)
 733     for (MCRegUnitIterator Units(Kill, TRI); Units.isValid(); ++Units)
 734       RegUnits.erase(*Units);
 735
 736   // Second, live defs.
 737   for (unsigned DefOp : LiveDefOps) {
 738     for (MCRegUnitIterator Units(UseMI->getOperand(DefOp).getReg(), TRI);
 739          Units.isValid(); ++Units) {
 740       LiveRegUnit &LRU = RegUnits[*Units];
 741       LRU.MI = UseMI;
 742       LRU.Op = DefOp;
 743     }
 744   }
 745 }
 746
 747 /// The length of the critical path through a trace is the maximum of two path
 748 /// lengths:
 749 ///
 750 /// 1. The maximum height+depth over all instructions in the trace center block.
 751 ///
 752 /// 2. The longest cross-block dependency chain. For small blocks, it is
 753 ///    possible that the critical path through the trace doesn't include any
 754 ///    instructions in the block.
 755 ///
 756 /// This function computes the second number from the live-in list of the
 757 /// center block.
 758 unsigned MachineTraceMetrics::Ensemble::
 759 computeCrossBlockCriticalPath(const TraceBlockInfo &TBI) {
 760   assert(TBI.HasValidInstrDepths && "Missing depth info");
 761   assert(TBI.HasValidInstrHeights && "Missing height info");
 762   unsigned MaxLen = 0;
 763   for (const LiveInReg &LIR : TBI.LiveIns) {
 764     if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(LIR.Reg))
 765       continue;
 766     const MachineInstr *DefMI = MTM.MRI->getVRegDef(LIR.Reg);
 767     // Ignore dependencies outside the current trace.
 768     const TraceBlockInfo &DefTBI = BlockInfo[DefMI->getParent()->getNumber()];
 769     if (!DefTBI.isUsefulDominator(TBI))
 770       continue;
 771     unsigned Len = LIR.Height + Cycles[DefMI].Depth;
 772     MaxLen = std::max(MaxLen, Len);
 773   }
 774   return MaxLen;
 775 }
 776
 777 /// Compute instruction depths for all instructions above or in MBB in its
 778 /// trace. This assumes that the trace through MBB has already been computed.
 779 void MachineTraceMetrics::Ensemble::
 780 computeInstrDepths(const MachineBasicBlock *MBB) {
 781   // The top of the trace may already be computed, and HasValidInstrDepths
 782   // implies Head->HasValidInstrDepths, so we only need to start from the first
 783   // block in the trace that needs to be recomputed.
 784   SmallVector<const MachineBasicBlock*, 8> Stack;
 785   do {
 786     TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[MBB->getNumber()];
 787     assert(TBI.hasValidDepth() && "Incomplete trace");
 788     if (TBI.HasValidInstrDepths)
 789       break;
 790     Stack.push_back(MBB);
 791     MBB = TBI.Pred;
 792   } while (MBB);
 793
 794   // FIXME: If MBB is non-null at this point, it is the last pre-computed block
 795   // in the trace. We should track any live-out physregs that were defined in
 796   // the trace. This is quite rare in SSA form, typically created by CSE
 797   // hoisting a compare.
 798   SparseSet<LiveRegUnit> RegUnits;
 799   RegUnits.setUniverse(MTM.TRI->getNumRegUnits());
 800
 801   // Go through trace blocks in top-down order, stopping after the center block.
 802   SmallVector<DataDep, 8> Deps;
 803   while (!Stack.empty()) {
 804     MBB = Stack.pop_back_val();
 805     DEBUG(dbgs() << "\nDepths for BB#" << MBB->getNumber() << ":\n");
 806     TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[MBB->getNumber()];
 807     TBI.HasValidInstrDepths = true;
 808     TBI.CriticalPath = 0;
 809
 810     // Print out resource depths here as well.
 811     DEBUG({
 812       dbgs() << format("%7u Instructions\n", TBI.InstrDepth);
 813       ArrayRef<unsigned> PRDepths = getProcResourceDepths(MBB->getNumber());
 814       for (unsigned K = 0; K != PRDepths.size(); ++K)
 815         if (PRDepths[K]) {
 816           unsigned Factor = MTM.SchedModel.getResourceFactor(K);
 817           dbgs() << format("%6uc @ ", MTM.getCycles(PRDepths[K]))
 818                  << MTM.SchedModel.getProcResource(K)->Name << " ("
 819                  << PRDepths[K]/Factor << " ops x" << Factor << ")\n";
 820         }
 821     });
 822
 823     // Also compute the critical path length through MBB when possible.
 824     if (TBI.HasValidInstrHeights)
 825       TBI.CriticalPath = computeCrossBlockCriticalPath(TBI);
 826
 827     for (const auto &UseMI : *MBB) {
 828       // Collect all data dependencies.
 829       Deps.clear();
 830       if (UseMI.isPHI())
 831         getPHIDeps(UseMI, Deps, TBI.Pred, MTM.MRI);
 832       else if (getDataDeps(UseMI, Deps, MTM.MRI))
 833         updatePhysDepsDownwards(&UseMI, Deps, RegUnits, MTM.TRI);
 834
 835       // Filter and process dependencies, computing the earliest issue cycle.
 836       unsigned Cycle = 0;
 837       for (const DataDep &Dep : Deps) {
 838         const TraceBlockInfo&DepTBI =
 839           BlockInfo[Dep.DefMI->getParent()->getNumber()];
 840         // Ignore dependencies from outside the current trace.
 841         if (!DepTBI.isUsefulDominator(TBI))
 842           continue;
 843         assert(DepTBI.HasValidInstrDepths && "Inconsistent dependency");
 844         unsigned DepCycle = Cycles.lookup(Dep.DefMI).Depth;
 845         // Add latency if DefMI is a real instruction. Transients get latency 0.
 846         if (!Dep.DefMI->isTransient())
 847           DepCycle += MTM.SchedModel
 848             .computeOperandLatency(Dep.DefMI, Dep.DefOp, &UseMI, Dep.UseOp);
 849         Cycle = std::max(Cycle, DepCycle);
 850       }
 851       // Remember the instruction depth.
 852       InstrCycles &MICycles = Cycles[&UseMI];
 853       MICycles.Depth = Cycle;
 854
 855       if (!TBI.HasValidInstrHeights) {
 856         DEBUG(dbgs() << Cycle << '\t' << UseMI);
 857         continue;
 858       }
 859       // Update critical path length.
 860       TBI.CriticalPath = std::max(TBI.CriticalPath, Cycle + MICycles.Height);
 861       DEBUG(dbgs() << TBI.CriticalPath << '\t' << Cycle << '\t' << UseMI);
 862     }
 863   }
 864 }
 865
 866 // Identify physreg dependencies for MI when scanning instructions upwards.
 867 // Return the issue height of MI after considering any live regunits.
 868 // Height is the issue height computed from virtual register dependencies alone.
 869 static unsigned updatePhysDepsUpwards(const MachineInstr &MI, unsigned Height,
 870                                       SparseSet<LiveRegUnit> &RegUnits,
 871                                       const TargetSchedModel &SchedModel,
 872                                       const TargetInstrInfo *TII,
 873                                       const TargetRegisterInfo *TRI) {
 874   SmallVector<unsigned, 8> ReadOps;
 875
 876   for (MachineInstr::const_mop_iterator MOI = MI.operands_begin(),
 877                                         MOE = MI.operands_end();
 878        MOI != MOE; ++MOI) {
 879     const MachineOperand &MO = *MOI;
 880     if (!MO.isReg())
 881       continue;
 882     unsigned Reg = MO.getReg();
 883     if (!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg))
 884       continue;
 885     if (MO.readsReg())
 886       ReadOps.push_back(MI.getOperandNo(MOI));
 887     if (!MO.isDef())
 888       continue;
 889     // This is a def of Reg. Remove corresponding entries from RegUnits, and
 890     // update MI Height to consider the physreg dependencies.
 891     for (MCRegUnitIterator Units(Reg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
 892       SparseSet<LiveRegUnit>::iterator I = RegUnits.find(*Units);
 893       if (I == RegUnits.end())
 894         continue;
 895       unsigned DepHeight = I->Cycle;
 896       if (!MI.isTransient()) {
 897         // We may not know the UseMI of this dependency, if it came from the
 898         // live-in list. SchedModel can handle a NULL UseMI.
 899         DepHeight += SchedModel.computeOperandLatency(&MI, MI.getOperandNo(MOI),
 900                                                       I->MI, I->Op);
 901       }
 902       Height = std::max(Height, DepHeight);
 903       // This regunit is dead above MI.
 904       RegUnits.erase(I);
 905     }
 906   }
 907
 908   // Now we know the height of MI. Update any regunits read.
 909   for (unsigned i = 0, e = ReadOps.size(); i != e; ++i) {
 910     unsigned Reg = MI.getOperand(ReadOps[i]).getReg();
 911     for (MCRegUnitIterator Units(Reg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
 912       LiveRegUnit &LRU = RegUnits[*Units];
 913       // Set the height to the highest reader of the unit.
 914       if (LRU.Cycle <= Height && LRU.MI != &MI) {
 915         LRU.Cycle = Height;
 916         LRU.MI = &MI;
 917         LRU.Op = ReadOps[i];
 918       }
 919     }
 920   }
 921
 922   return Height;
 923 }
 924
 925
 926 typedef DenseMap<const MachineInstr *, unsigned> MIHeightMap;
 927
 928 // Push the height of DefMI upwards if required to match UseMI.
 929 // Return true if this is the first time DefMI was seen.
 930 static bool pushDepHeight(const DataDep &Dep, const MachineInstr &UseMI,
 931                           unsigned UseHeight, MIHeightMap &Heights,
 932                           const TargetSchedModel &SchedModel,
 933                           const TargetInstrInfo *TII) {
 934   // Adjust height by Dep.DefMI latency.
 935   if (!Dep.DefMI->isTransient())
 936     UseHeight += SchedModel.computeOperandLatency(Dep.DefMI, Dep.DefOp, &UseMI,
 937                                                   Dep.UseOp);
 938
 939   // Update Heights[DefMI] to be the maximum height seen.
 940   MIHeightMap::iterator I;
 941   bool New;
 942   std::tie(I, New) = Heights.insert(std::make_pair(Dep.DefMI, UseHeight));
 943   if (New)
 944     return true;
 945
 946   // DefMI has been pushed before. Give it the max height.
 947   if (I->second < UseHeight)
 948     I->second = UseHeight;
 949   return false;
 950 }
 951
 952 /// Assuming that the virtual register defined by DefMI:DefOp was used by
 953 /// Trace.back(), add it to the live-in lists of all the blocks in Trace. Stop
 954 /// when reaching the block that contains DefMI.
 955 void MachineTraceMetrics::Ensemble::
 956 addLiveIns(const MachineInstr *DefMI, unsigned DefOp,
 957            ArrayRef<const MachineBasicBlock*> Trace) {
 958   assert(!Trace.empty() && "Trace should contain at least one block");
 959   unsigned Reg = DefMI->getOperand(DefOp).getReg();
 960   assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg));
 961   const MachineBasicBlock *DefMBB = DefMI->getParent();
 962
 963   // Reg is live-in to all blocks in Trace that follow DefMBB.
 964   for (unsigned i = Trace.size(); i; --i) {
 965     const MachineBasicBlock *MBB = Trace[i-1];
 966     if (MBB == DefMBB)
 967       return;
 968     TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[MBB->getNumber()];
 969     // Just add the register. The height will be updated later.
 970     TBI.LiveIns.push_back(Reg);
 971   }
 972 }
 973
 974 /// Compute instruction heights in the trace through MBB. This updates MBB and
 975 /// the blocks below it in the trace. It is assumed that the trace has already
 976 /// been computed.
 977 void MachineTraceMetrics::Ensemble::
 978 computeInstrHeights(const MachineBasicBlock *MBB) {
 979   // The bottom of the trace may already be computed.
 980   // Find the blocks that need updating.
 981   SmallVector<const MachineBasicBlock*, 8> Stack;
 982   do {
 983     TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[MBB->getNumber()];
 984     assert(TBI.hasValidHeight() && "Incomplete trace");
 985     if (TBI.HasValidInstrHeights)
 986       break;
 987     Stack.push_back(MBB);
 988     TBI.LiveIns.clear();
 989     MBB = TBI.Succ;
 990   } while (MBB);
 991
 992   // As we move upwards in the trace, keep track of instructions that are
 993   // required by deeper trace instructions. Map MI -> height required so far.
 994   MIHeightMap Heights;
 995
 996   // For physregs, the def isn't known when we see the use.
 997   // Instead, keep track of the highest use of each regunit.
 998   SparseSet<LiveRegUnit> RegUnits;
 999   RegUnits.setUniverse(MTM.TRI->getNumRegUnits());
1000
1001   // If the bottom of the trace was already precomputed, initialize heights
1002   // from its live-in list.
1003   // MBB is the highest precomputed block in the trace.
1004   if (MBB) {
1005     TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[MBB->getNumber()];
1006     for (LiveInReg &LI : TBI.LiveIns) {
1007       if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(LI.Reg)) {
1008         // For virtual registers, the def latency is included.
1009         unsigned &Height = Heights[MTM.MRI->getVRegDef(LI.Reg)];
1010         if (Height < LI.Height)
1011           Height = LI.Height;
1012       } else {
1013         // For register units, the def latency is not included because we don't
1014         // know the def yet.
1015         RegUnits[LI.Reg].Cycle = LI.Height;
1016       }
1017     }
1018   }
1019
1020   // Go through the trace blocks in bottom-up order.
1021   SmallVector<DataDep, 8> Deps;
1022   for (;!Stack.empty(); Stack.pop_back()) {
1023     MBB = Stack.back();
1024     DEBUG(dbgs() << "Heights for BB#" << MBB->getNumber() << ":\n");
1025     TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[MBB->getNumber()];
1026     TBI.HasValidInstrHeights = true;
1027     TBI.CriticalPath = 0;
1028
1029     DEBUG({
1030       dbgs() << format("%7u Instructions\n", TBI.InstrHeight);
1031       ArrayRef<unsigned> PRHeights = getProcResourceHeights(MBB->getNumber());
1032       for (unsigned K = 0; K != PRHeights.size(); ++K)
1033         if (PRHeights[K]) {
1034           unsigned Factor = MTM.SchedModel.getResourceFactor(K);
1035           dbgs() << format("%6uc @ ", MTM.getCycles(PRHeights[K]))
1036                  << MTM.SchedModel.getProcResource(K)->Name << " ("
1037                  << PRHeights[K]/Factor << " ops x" << Factor << ")\n";
1038         }
1039     });
1040
1041     // Get dependencies from PHIs in the trace successor.
1042     const MachineBasicBlock *Succ = TBI.Succ;
1043     // If MBB is the last block in the trace, and it has a back-edge to the
1044     // loop header, get loop-carried dependencies from PHIs in the header. For
1045     // that purpose, pretend that all the loop header PHIs have height 0.
1046     if (!Succ)
1047       if (const MachineLoop *Loop = getLoopFor(MBB))
1048         if (MBB->isSuccessor(Loop->getHeader()))
1049           Succ = Loop->getHeader();
1050
1051     if (Succ) {
1052       for (const auto &PHI : *Succ) {
1053         if (!PHI.isPHI())
1054           break;
1055         Deps.clear();
1056         getPHIDeps(PHI, Deps, MBB, MTM.MRI);
1057         if (!Deps.empty()) {
1058           // Loop header PHI heights are all 0.
1059           unsigned Height = TBI.Succ ? Cycles.lookup(&PHI).Height : 0;
1060           DEBUG(dbgs() << "pred\t" << Height << '\t' << PHI);
1061           if (pushDepHeight(Deps.front(), PHI, Height, Heights, MTM.SchedModel,
1062                             MTM.TII))
1063             addLiveIns(Deps.front().DefMI, Deps.front().DefOp, Stack);
1064         }
1065       }
1066     }
1067
1068     // Go through the block backwards.
1069     for (MachineBasicBlock::const_iterator BI = MBB->end(), BB = MBB->begin();
1070          BI != BB;) {
1071       const MachineInstr &MI = *--BI;
1072
1073       // Find the MI height as determined by virtual register uses in the
1074       // trace below.
1075       unsigned Cycle = 0;
1076       MIHeightMap::iterator HeightI = Heights.find(&MI);
1077       if (HeightI != Heights.end()) {
1078         Cycle = HeightI->second;
1079         // We won't be seeing any more MI uses.
1080         Heights.erase(HeightI);
1081       }
1082
1083       // Don't process PHI deps. They depend on the specific predecessor, and
1084       // we'll get them when visiting the predecessor.
1085       Deps.clear();
1086       bool HasPhysRegs = !MI.isPHI() && getDataDeps(MI, Deps, MTM.MRI);
1087
1088       // There may also be regunit dependencies to include in the height.
1089       if (HasPhysRegs)
1090         Cycle = updatePhysDepsUpwards(MI, Cycle, RegUnits, MTM.SchedModel,
1091                                       MTM.TII, MTM.TRI);
1092
1093       // Update the required height of any virtual registers read by MI.
1094       for (const DataDep &Dep : Deps)
1095         if (pushDepHeight(Dep, MI, Cycle, Heights, MTM.SchedModel, MTM.TII))
1096           addLiveIns(Dep.DefMI, Dep.DefOp, Stack);
1097
1098       InstrCycles &MICycles = Cycles[&MI];
1099       MICycles.Height = Cycle;
1100       if (!TBI.HasValidInstrDepths) {
1101         DEBUG(dbgs() << Cycle << '\t' << MI);
1102         continue;
1103       }
1104       // Update critical path length.
1105       TBI.CriticalPath = std::max(TBI.CriticalPath, Cycle + MICycles.Depth);
1106       DEBUG(dbgs() << TBI.CriticalPath << '\t' << Cycle << '\t' << MI);
1107     }
1108
1109     // Update virtual live-in heights. They were added by addLiveIns() with a 0
1110     // height because the final height isn't known until now.
1111     DEBUG(dbgs() << "BB#" << MBB->getNumber() <<  " Live-ins:");
1112     for (LiveInReg &LIR : TBI.LiveIns) {
1113       const MachineInstr *DefMI = MTM.MRI->getVRegDef(LIR.Reg);
1114       LIR.Height = Heights.lookup(DefMI);
1115       DEBUG(dbgs() << ' ' << PrintReg(LIR.Reg) << '@' << LIR.Height);
1116     }
1117
1118     // Transfer the live regunits to the live-in list.
1119     for (SparseSet<LiveRegUnit>::const_iterator
1120          RI = RegUnits.begin(), RE = RegUnits.end(); RI != RE; ++RI) {
1121       TBI.LiveIns.push_back(LiveInReg(RI->RegUnit, RI->Cycle));
1122       DEBUG(dbgs() << ' ' << PrintRegUnit(RI->RegUnit, MTM.TRI)
1123                    << '@' << RI->Cycle);
1124     }
1125     DEBUG(dbgs() << '\n');
1126
1127     if (!TBI.HasValidInstrDepths)
1128       continue;
1129     // Add live-ins to the critical path length.
1130     TBI.CriticalPath = std::max(TBI.CriticalPath,
1131                                 computeCrossBlockCriticalPath(TBI));
1132     DEBUG(dbgs() << "Critical path: " << TBI.CriticalPath << '\n');
1133   }
1134 }
1135
1136 MachineTraceMetrics::Trace
1137 MachineTraceMetrics::Ensemble::getTrace(const MachineBasicBlock *MBB) {
1138   TraceBlockInfo &TBI = BlockInfo[MBB->getNumber()];
1139
1140   if (!TBI.hasValidDepth() || !TBI.hasValidHeight())
1141     computeTrace(MBB);
1142   if (!TBI.HasValidInstrDepths)
1143     computeInstrDepths(MBB);
1144   if (!TBI.HasValidInstrHeights)
1145     computeInstrHeights(MBB);
1146
1147   return Trace(*this, TBI);
1148 }
1149
1150 unsigned
1151 MachineTraceMetrics::Trace::getInstrSlack(const MachineInstr &MI) const {
1152   assert(getBlockNum() == unsigned(MI.getParent()->getNumber()) &&
1153          "MI must be in the trace center block");
1154   InstrCycles Cyc = getInstrCycles(MI);
1155   return getCriticalPath() - (Cyc.Depth + Cyc.Height);
1156 }
1157
1158 unsigned
1159 MachineTraceMetrics::Trace::getPHIDepth(const MachineInstr &PHI) const {
1160   const MachineBasicBlock *MBB = TE.MTM.MF->getBlockNumbered(getBlockNum());
1161   SmallVector<DataDep, 1> Deps;
1162   getPHIDeps(PHI, Deps, MBB, TE.MTM.MRI);
1163   assert(Deps.size() == 1 && "PHI doesn't have MBB as a predecessor");
1164   DataDep &Dep = Deps.front();
1165   unsigned DepCycle = getInstrCycles(*Dep.DefMI).Depth;
1166   // Add latency if DefMI is a real instruction. Transients get latency 0.
1167   if (!Dep.DefMI->isTransient())
1168     DepCycle += TE.MTM.SchedModel.computeOperandLatency(Dep.DefMI, Dep.DefOp,
1169                                                         &PHI, Dep.UseOp);
1170   return DepCycle;
1171 }
1172
1173 /// When bottom is set include instructions in current block in estimate.
1174 unsigned MachineTraceMetrics::Trace::getResourceDepth(bool Bottom) const {
1175   // Find the limiting processor resource.
1176   // Numbers have been pre-scaled to be comparable.
1177   unsigned PRMax = 0;
1178   ArrayRef<unsigned> PRDepths = TE.getProcResourceDepths(getBlockNum());
1179   if (Bottom) {
1180     ArrayRef<unsigned> PRCycles = TE.MTM.getProcResourceCycles(getBlockNum());
1181     for (unsigned K = 0; K != PRDepths.size(); ++K)
1182       PRMax = std::max(PRMax, PRDepths[K] + PRCycles[K]);
1183   } else {
1184     for (unsigned K = 0; K != PRDepths.size(); ++K)
1185       PRMax = std::max(PRMax, PRDepths[K]);
1186   }
1187   // Convert to cycle count.
1188   PRMax = TE.MTM.getCycles(PRMax);
1189
1190   /// All instructions before current block
1191   unsigned Instrs = TBI.InstrDepth;
1192   // plus instructions in current block
1193   if (Bottom)
1194     Instrs += TE.MTM.BlockInfo[getBlockNum()].InstrCount;
1195   if (unsigned IW = TE.MTM.SchedModel.getIssueWidth())
1196     Instrs /= IW;
1197   // Assume issue width 1 without a schedule model.
1198   return std::max(Instrs, PRMax);
1199 }
1200
1201 unsigned MachineTraceMetrics::Trace::getResourceLength(
1202     ArrayRef<const MachineBasicBlock *> Extrablocks,
1203     ArrayRef<const MCSchedClassDesc *> ExtraInstrs,
1204     ArrayRef<const MCSchedClassDesc *> RemoveInstrs) const {
1205   // Add up resources above and below the center block.
1206   ArrayRef<unsigned> PRDepths = TE.getProcResourceDepths(getBlockNum());
1207   ArrayRef<unsigned> PRHeights = TE.getProcResourceHeights(getBlockNum());
1208   unsigned PRMax = 0;
1209
1210   // Capture computing cycles from extra instructions
1211   auto extraCycles = [this](ArrayRef<const MCSchedClassDesc *> Instrs,
1212                             unsigned ResourceIdx)
1213                          ->unsigned {
1214     unsigned Cycles = 0;
1215     for (const MCSchedClassDesc *SC : Instrs) {
1216       if (!SC->isValid())
1217         continue;
1218       for (TargetSchedModel::ProcResIter
1219                PI = TE.MTM.SchedModel.getWriteProcResBegin(SC),
1220                PE = TE.MTM.SchedModel.getWriteProcResEnd(SC);
1221            PI != PE; ++PI) {
1222         if (PI->ProcResourceIdx != ResourceIdx)
1223           continue;
1224         Cycles +=
1225             (PI->Cycles * TE.MTM.SchedModel.getResourceFactor(ResourceIdx));
1226       }
1227     }
1228     return Cycles;
1229   };
1230
1231   for (unsigned K = 0; K != PRDepths.size(); ++K) {
1232     unsigned PRCycles = PRDepths[K] + PRHeights[K];
1233     for (const MachineBasicBlock *MBB : Extrablocks)
1234       PRCycles += TE.MTM.getProcResourceCycles(MBB->getNumber())[K];
1235     PRCycles += extraCycles(ExtraInstrs, K);
1236     PRCycles -= extraCycles(RemoveInstrs, K);
1237     PRMax = std::max(PRMax, PRCycles);
1238   }
1239   // Convert to cycle count.
1240   PRMax = TE.MTM.getCycles(PRMax);
1241
1242   // Instrs: #instructions in current trace outside current block.
1243   unsigned Instrs = TBI.InstrDepth + TBI.InstrHeight;
1244   // Add instruction count from the extra blocks.
1245   for (const MachineBasicBlock *MBB : Extrablocks)
1246     Instrs += TE.MTM.getResources(MBB)->InstrCount;
1247   Instrs += ExtraInstrs.size();
1248   Instrs -= RemoveInstrs.size();
1249   if (unsigned IW = TE.MTM.SchedModel.getIssueWidth())
1250     Instrs /= IW;
1251   // Assume issue width 1 without a schedule model.
1252   return std::max(Instrs, PRMax);
1253 }
1254
1255 bool MachineTraceMetrics::Trace::isDepInTrace(const MachineInstr &DefMI,
1256                                               const MachineInstr &UseMI) const {
1257   if (DefMI.getParent() == UseMI.getParent())
1258     return true;
1259
1260   const TraceBlockInfo &DepTBI = TE.BlockInfo[DefMI.getParent()->getNumber()];
1261   const TraceBlockInfo &TBI = TE.BlockInfo[UseMI.getParent()->getNumber()];
1262
1263   return DepTBI.isUsefulDominator(TBI);
1264 }
1265
1266 void MachineTraceMetrics::Ensemble::print(raw_ostream &OS) const {
1267   OS << getName() << " ensemble:\n";
1268   for (unsigned i = 0, e = BlockInfo.size(); i != e; ++i) {
1269     OS << "  BB#" << i << '\t';
1270     BlockInfo[i].print(OS);
1271     OS << '\n';
1272   }
1273 }
1274
1275 void MachineTraceMetrics::TraceBlockInfo::print(raw_ostream &OS) const {
1276   if (hasValidDepth()) {
1277     OS << "depth=" << InstrDepth;
1278     if (Pred)
1279       OS << " pred=BB#" << Pred->getNumber();
1280     else
1281       OS << " pred=null";
1282     OS << " head=BB#" << Head;
1283     if (HasValidInstrDepths)
1284       OS << " +instrs";
1285   } else
1286     OS << "depth invalid";
1287   OS << ", ";
1288   if (hasValidHeight()) {
1289     OS << "height=" << InstrHeight;
1290     if (Succ)
1291       OS << " succ=BB#" << Succ->getNumber();
1292     else
1293       OS << " succ=null";
1294     OS << " tail=BB#" << Tail;
1295     if (HasValidInstrHeights)
1296       OS << " +instrs";
1297   } else
1298     OS << "height invalid";
1299   if (HasValidInstrDepths && HasValidInstrHeights)
1300     OS << ", crit=" << CriticalPath;
1301 }
1302
1303 void MachineTraceMetrics::Trace::print(raw_ostream &OS) const {
1304   unsigned MBBNum = &TBI - &TE.BlockInfo[0];
1305
1306   OS << TE.getName() << " trace BB#" << TBI.Head << " --> BB#" << MBBNum
1307      << " --> BB#" << TBI.Tail << ':';
1308   if (TBI.hasValidHeight() && TBI.hasValidDepth())
1309     OS << ' ' << getInstrCount() << " instrs.";
1310   if (TBI.HasValidInstrDepths && TBI.HasValidInstrHeights)
1311     OS << ' ' << TBI.CriticalPath << " cycles.";
1312
1313   const MachineTraceMetrics::TraceBlockInfo *Block = &TBI;
1314   OS << "\nBB#" << MBBNum;
1315   while (Block->hasValidDepth() && Block->Pred) {
1316     unsigned Num = Block->Pred->getNumber();
1317     OS << " <- BB#" << Num;
1318     Block = &TE.BlockInfo[Num];
1319   }
1320
1321   Block = &TBI;
1322   OS << "\n    ";
1323   while (Block->hasValidHeight() && Block->Succ) {
1324     unsigned Num = Block->Succ->getNumber();
1325     OS << " -> BB#" << Num;
1326     Block = &TE.BlockInfo[Num];
1327   }
1328   OS << '\n';
1329 }