]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Target/X86/X86FixupBWInsts.cpp
Merge llvm, clang, compiler-rt, libc++, lld and lldb release_40 branch
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / Target / X86 / X86FixupBWInsts.cpp
1 //===-- X86FixupBWInsts.cpp - Fixup Byte or Word instructions -----------===//
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 /// \file
10 /// This file defines the pass that looks through the machine instructions
11 /// late in the compilation, and finds byte or word instructions that
12 /// can be profitably replaced with 32 bit instructions that give equivalent
13 /// results for the bits of the results that are used. There are two possible
14 /// reasons to do this.
15 ///
16 /// One reason is to avoid false-dependences on the upper portions
17 /// of the registers.  Only instructions that have a destination register
18 /// which is not in any of the source registers can be affected by this.
19 /// Any instruction where one of the source registers is also the destination
20 /// register is unaffected, because it has a true dependence on the source
21 /// register already.  So, this consideration primarily affects load
22 /// instructions and register-to-register moves.  It would
23 /// seem like cmov(s) would also be affected, but because of the way cmov is
24 /// really implemented by most machines as reading both the destination and
25 /// and source regsters, and then "merging" the two based on a condition,
26 /// it really already should be considered as having a true dependence on the
27 /// destination register as well.
28 ///
29 /// The other reason to do this is for potential code size savings.  Word
30 /// operations need an extra override byte compared to their 32 bit
31 /// versions. So this can convert many word operations to their larger
32 /// size, saving a byte in encoding. This could introduce partial register
33 /// dependences where none existed however.  As an example take:
34 ///   orw  ax, $0x1000
35 ///   addw ax, $3
36 /// now if this were to get transformed into
37 ///   orw  ax, $1000
38 ///   addl eax, $3
39 /// because the addl encodes shorter than the addw, this would introduce
40 /// a use of a register that was only partially written earlier.  On older
41 /// Intel processors this can be quite a performance penalty, so this should
42 /// probably only be done when it can be proven that a new partial dependence
43 /// wouldn't be created, or when your know a newer processor is being
44 /// targeted, or when optimizing for minimum code size.
45 ///
46 //===----------------------------------------------------------------------===//
47
48 #include "X86.h"
49 #include "X86InstrInfo.h"
50 #include "X86Subtarget.h"
51 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
52 #include "llvm/CodeGen/LivePhysRegs.h"
53 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
54 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
55 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
56 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
57 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
58 #include "llvm/Support/Debug.h"
59 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
60 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
61 using namespace llvm;
62
63 #define FIXUPBW_DESC "X86 Byte/Word Instruction Fixup"
64 #define FIXUPBW_NAME "x86-fixup-bw-insts"
65
66 #define DEBUG_TYPE FIXUPBW_NAME
67
68 // Option to allow this optimization pass to have fine-grained control.
69 static cl::opt<bool>
70     FixupBWInsts("fixup-byte-word-insts",
71                  cl::desc("Change byte and word instructions to larger sizes"),
72                  cl::init(true), cl::Hidden);
73
74 namespace {
75 class FixupBWInstPass : public MachineFunctionPass {
76   /// Loop over all of the instructions in the basic block replacing applicable
77   /// byte or word instructions with better alternatives.
78   void processBasicBlock(MachineFunction &MF, MachineBasicBlock &MBB);
79
80   /// This sets the \p SuperDestReg to the 32 bit super reg of the original
81   /// destination register of the MachineInstr passed in. It returns true if
82   /// that super register is dead just prior to \p OrigMI, and false if not.
83   bool getSuperRegDestIfDead(MachineInstr *OrigMI,
84                              unsigned &SuperDestReg) const;
85
86   /// Change the MachineInstr \p MI into the equivalent extending load to 32 bit
87   /// register if it is safe to do so.  Return the replacement instruction if
88   /// OK, otherwise return nullptr.
89   MachineInstr *tryReplaceLoad(unsigned New32BitOpcode, MachineInstr *MI) const;
90
91   /// Change the MachineInstr \p MI into the equivalent 32-bit copy if it is
92   /// safe to do so.  Return the replacement instruction if OK, otherwise return
93   /// nullptr.
94   MachineInstr *tryReplaceCopy(MachineInstr *MI) const;
95
96   // Change the MachineInstr \p MI into an eqivalent 32 bit instruction if
97   // possible.  Return the replacement instruction if OK, return nullptr
98   // otherwise. Set WasCandidate to true or false depending on whether the
99   // MI was a candidate for this sort of transformation.
100   MachineInstr *tryReplaceInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock &MBB,
101                                 bool &WasCandidate) const;
102 public:
103   static char ID;
104
105   StringRef getPassName() const override { return FIXUPBW_DESC; }
106
107   FixupBWInstPass() : MachineFunctionPass(ID) {
108     initializeFixupBWInstPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
109   }
110
111   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
112     AU.addRequired<MachineLoopInfo>(); // Machine loop info is used to
113                                        // guide some heuristics.
114     MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
115   }
116
117   /// Loop over all of the basic blocks, replacing byte and word instructions by
118   /// equivalent 32 bit instructions where performance or code size can be
119   /// improved.
120   bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) override;
121
122   MachineFunctionProperties getRequiredProperties() const override {
123     return MachineFunctionProperties().set(
124         MachineFunctionProperties::Property::NoVRegs);
125   }
126
127 private:
128   MachineFunction *MF;
129
130   /// Machine instruction info used throughout the class.
131   const X86InstrInfo *TII;
132
133   /// Local member for function's OptForSize attribute.
134   bool OptForSize;
135
136   /// Machine loop info used for guiding some heruistics.
137   MachineLoopInfo *MLI;
138
139   /// Register Liveness information after the current instruction.
140   LivePhysRegs LiveRegs;
141 };
142 char FixupBWInstPass::ID = 0;
143 }
144
145 INITIALIZE_PASS(FixupBWInstPass, FIXUPBW_NAME, FIXUPBW_DESC, false, false)
146
147 FunctionPass *llvm::createX86FixupBWInsts() { return new FixupBWInstPass(); }
148
149 bool FixupBWInstPass::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
150   if (!FixupBWInsts || skipFunction(*MF.getFunction()))
151     return false;
152
153   this->MF = &MF;
154   TII = MF.getSubtarget<X86Subtarget>().getInstrInfo();
155   OptForSize = MF.getFunction()->optForSize();
156   MLI = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
157   LiveRegs.init(TII->getRegisterInfo());
158
159   DEBUG(dbgs() << "Start X86FixupBWInsts\n";);
160
161   // Process all basic blocks.
162   for (auto &MBB : MF)
163     processBasicBlock(MF, MBB);
164
165   DEBUG(dbgs() << "End X86FixupBWInsts\n";);
166
167   return true;
168 }
169
170 // TODO: This method of analysis can miss some legal cases, because the
171 // super-register could be live into the address expression for a memory
172 // reference for the instruction, and still be killed/last used by the
173 // instruction. However, the existing query interfaces don't seem to
174 // easily allow that to be checked.
175 //
176 // What we'd really like to know is whether after OrigMI, the
177 // only portion of SuperDestReg that is alive is the portion that
178 // was the destination register of OrigMI.
179 bool FixupBWInstPass::getSuperRegDestIfDead(MachineInstr *OrigMI,
180                                             unsigned &SuperDestReg) const {
181   auto *TRI = &TII->getRegisterInfo();
182
183   unsigned OrigDestReg = OrigMI->getOperand(0).getReg();
184   SuperDestReg = getX86SubSuperRegister(OrigDestReg, 32);
185
186   const auto SubRegIdx = TRI->getSubRegIndex(SuperDestReg, OrigDestReg);
187
188   // Make sure that the sub-register that this instruction has as its
189   // destination is the lowest order sub-register of the super-register.
190   // If it isn't, then the register isn't really dead even if the
191   // super-register is considered dead.
192   if (SubRegIdx == X86::sub_8bit_hi)
193     return false;
194
195   if (LiveRegs.contains(SuperDestReg))
196     return false;
197
198   if (SubRegIdx == X86::sub_8bit) {
199     // In the case of byte registers, we also have to check that the upper
200     // byte register is also dead. That is considered to be independent of
201     // whether the super-register is dead.
202     unsigned UpperByteReg =
203         getX86SubSuperRegister(SuperDestReg, 8, /*High=*/true);
204
205     if (LiveRegs.contains(UpperByteReg))
206       return false;
207   }
208
209   return true;
210 }
211
212 MachineInstr *FixupBWInstPass::tryReplaceLoad(unsigned New32BitOpcode,
213                                               MachineInstr *MI) const {
214   unsigned NewDestReg;
215
216   // We are going to try to rewrite this load to a larger zero-extending
217   // load.  This is safe if all portions of the 32 bit super-register
218   // of the original destination register, except for the original destination
219   // register are dead. getSuperRegDestIfDead checks that.
220   if (!getSuperRegDestIfDead(MI, NewDestReg))
221     return nullptr;
222
223   // Safe to change the instruction.
224   MachineInstrBuilder MIB =
225       BuildMI(*MF, MI->getDebugLoc(), TII->get(New32BitOpcode), NewDestReg);
226
227   unsigned NumArgs = MI->getNumOperands();
228   for (unsigned i = 1; i < NumArgs; ++i)
229     MIB.addOperand(MI->getOperand(i));
230
231   MIB->setMemRefs(MI->memoperands_begin(), MI->memoperands_end());
232
233   return MIB;
234 }
235
236 MachineInstr *FixupBWInstPass::tryReplaceCopy(MachineInstr *MI) const {
237   assert(MI->getNumExplicitOperands() == 2);
238   auto &OldDest = MI->getOperand(0);
239   auto &OldSrc = MI->getOperand(1);
240
241   unsigned NewDestReg;
242   if (!getSuperRegDestIfDead(MI, NewDestReg))
243     return nullptr;
244
245   unsigned NewSrcReg = getX86SubSuperRegister(OldSrc.getReg(), 32);
246
247   // This is only correct if we access the same subregister index: otherwise,
248   // we could try to replace "movb %ah, %al" with "movl %eax, %eax".
249   auto *TRI = &TII->getRegisterInfo();
250   if (TRI->getSubRegIndex(NewSrcReg, OldSrc.getReg()) !=
251       TRI->getSubRegIndex(NewDestReg, OldDest.getReg()))
252     return nullptr;
253
254   // Safe to change the instruction.
255   // Don't set src flags, as we don't know if we're also killing the superreg.
256   // However, the superregister might not be defined; make it explicit that
257   // we don't care about the higher bits by reading it as Undef, and adding
258   // an imp-use on the original subregister.
259   MachineInstrBuilder MIB =
260       BuildMI(*MF, MI->getDebugLoc(), TII->get(X86::MOV32rr), NewDestReg)
261           .addReg(NewSrcReg, RegState::Undef)
262           .addReg(OldSrc.getReg(), RegState::Implicit);
263
264   // Drop imp-defs/uses that would be redundant with the new def/use.
265   for (auto &Op : MI->implicit_operands())
266     if (Op.getReg() != (Op.isDef() ? NewDestReg : NewSrcReg))
267       MIB.addOperand(Op);
268
269   return MIB;
270 }
271
272 MachineInstr *FixupBWInstPass::tryReplaceInstr(
273                   MachineInstr *MI, MachineBasicBlock &MBB,
274                   bool &WasCandidate) const {
275   MachineInstr *NewMI = nullptr;
276   WasCandidate = false;
277
278   // See if this is an instruction of the type we are currently looking for.
279   switch (MI->getOpcode()) {
280
281   case X86::MOV8rm:
282     // Only replace 8 bit loads with the zero extending versions if
283     // in an inner most loop and not optimizing for size. This takes
284     // an extra byte to encode, and provides limited performance upside.
285     if (MachineLoop *ML = MLI->getLoopFor(&MBB)) {
286       if (ML->begin() == ML->end() && !OptForSize) {
287         NewMI = tryReplaceLoad(X86::MOVZX32rm8, MI);
288         WasCandidate = true;
289       }
290     }
291     break;
292
293   case X86::MOV16rm:
294     // Always try to replace 16 bit load with 32 bit zero extending.
295     // Code size is the same, and there is sometimes a perf advantage
296     // from eliminating a false dependence on the upper portion of
297     // the register.
298     NewMI = tryReplaceLoad(X86::MOVZX32rm16, MI);
299     WasCandidate = true;
300     break;
301
302   case X86::MOV8rr:
303   case X86::MOV16rr:
304     // Always try to replace 8/16 bit copies with a 32 bit copy.
305     // Code size is either less (16) or equal (8), and there is sometimes a
306     // perf advantage from eliminating a false dependence on the upper portion
307     // of the register.
308     NewMI = tryReplaceCopy(MI);
309     WasCandidate = true;
310     break;
311
312   default:
313     // nothing to do here.
314     break;
315   }
316
317   return NewMI;
318 }
319
320 void FixupBWInstPass::processBasicBlock(MachineFunction &MF,
321                                         MachineBasicBlock &MBB) {
322
323   // This algorithm doesn't delete the instructions it is replacing
324   // right away.  By leaving the existing instructions in place, the
325   // register liveness information doesn't change, and this makes the
326   // analysis that goes on be better than if the replaced instructions
327   // were immediately removed.
328   //
329   // This algorithm always creates a replacement instruction
330   // and notes that and the original in a data structure, until the
331   // whole BB has been analyzed.  This keeps the replacement instructions
332   // from making it seem as if the larger register might be live.
333   SmallVector<std::pair<MachineInstr *, MachineInstr *>, 8> MIReplacements;
334
335   // Start computing liveness for this block. We iterate from the end to be able
336   // to update this for each instruction.
337   LiveRegs.clear();
338   // We run after PEI, so we need to AddPristinesAndCSRs.
339   LiveRegs.addLiveOuts(MBB);
340
341   bool WasCandidate = false;
342
343   for (auto I = MBB.rbegin(); I != MBB.rend(); ++I) {
344     MachineInstr *MI = &*I;
345     
346     MachineInstr *NewMI = tryReplaceInstr(MI, MBB, WasCandidate);
347
348     // Add this to replacements if it was a candidate, even if NewMI is
349     // nullptr.  We will revisit that in a bit.
350     if (WasCandidate) {
351       MIReplacements.push_back(std::make_pair(MI, NewMI));
352     }
353
354     // We're done with this instruction, update liveness for the next one.
355     LiveRegs.stepBackward(*MI);
356   }
357
358   while (!MIReplacements.empty()) {
359     MachineInstr *MI = MIReplacements.back().first;
360     MachineInstr *NewMI = MIReplacements.back().second;
361     MIReplacements.pop_back();
362     if (NewMI) {
363       MBB.insert(MI, NewMI);
364       MBB.erase(MI);
365     }
366   }
367 }