]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Target/X86/X86FixupBWInsts.cpp
Merge ^/head r317216 through r317280.
[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.
99   MachineInstr *tryReplaceInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock &MBB) const;
100
101 public:
102   static char ID;
103
104   StringRef getPassName() const override { return FIXUPBW_DESC; }
105
106   FixupBWInstPass() : MachineFunctionPass(ID) {
107     initializeFixupBWInstPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
108   }
109
110   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
111     AU.addRequired<MachineLoopInfo>(); // Machine loop info is used to
112                                        // guide some heuristics.
113     MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
114   }
115
116   /// Loop over all of the basic blocks, replacing byte and word instructions by
117   /// equivalent 32 bit instructions where performance or code size can be
118   /// improved.
119   bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) override;
120
121   MachineFunctionProperties getRequiredProperties() const override {
122     return MachineFunctionProperties().set(
123         MachineFunctionProperties::Property::NoVRegs);
124   }
125
126 private:
127   MachineFunction *MF;
128
129   /// Machine instruction info used throughout the class.
130   const X86InstrInfo *TII;
131
132   /// Local member for function's OptForSize attribute.
133   bool OptForSize;
134
135   /// Machine loop info used for guiding some heruistics.
136   MachineLoopInfo *MLI;
137
138   /// Register Liveness information after the current instruction.
139   LivePhysRegs LiveRegs;
140 };
141 char FixupBWInstPass::ID = 0;
142 }
143
144 INITIALIZE_PASS(FixupBWInstPass, FIXUPBW_NAME, FIXUPBW_DESC, false, false)
145
146 FunctionPass *llvm::createX86FixupBWInsts() { return new FixupBWInstPass(); }
147
148 bool FixupBWInstPass::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
149   if (!FixupBWInsts || skipFunction(*MF.getFunction()))
150     return false;
151
152   this->MF = &MF;
153   TII = MF.getSubtarget<X86Subtarget>().getInstrInfo();
154   OptForSize = MF.getFunction()->optForSize();
155   MLI = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
156   LiveRegs.init(TII->getRegisterInfo());
157
158   DEBUG(dbgs() << "Start X86FixupBWInsts\n";);
159
160   // Process all basic blocks.
161   for (auto &MBB : MF)
162     processBasicBlock(MF, MBB);
163
164   DEBUG(dbgs() << "End X86FixupBWInsts\n";);
165
166   return true;
167 }
168
169 // TODO: This method of analysis can miss some legal cases, because the
170 // super-register could be live into the address expression for a memory
171 // reference for the instruction, and still be killed/last used by the
172 // instruction. However, the existing query interfaces don't seem to
173 // easily allow that to be checked.
174 //
175 // What we'd really like to know is whether after OrigMI, the
176 // only portion of SuperDestReg that is alive is the portion that
177 // was the destination register of OrigMI.
178 bool FixupBWInstPass::getSuperRegDestIfDead(MachineInstr *OrigMI,
179                                             unsigned &SuperDestReg) const {
180   auto *TRI = &TII->getRegisterInfo();
181
182   unsigned OrigDestReg = OrigMI->getOperand(0).getReg();
183   SuperDestReg = getX86SubSuperRegister(OrigDestReg, 32);
184
185   const auto SubRegIdx = TRI->getSubRegIndex(SuperDestReg, OrigDestReg);
186
187   // Make sure that the sub-register that this instruction has as its
188   // destination is the lowest order sub-register of the super-register.
189   // If it isn't, then the register isn't really dead even if the
190   // super-register is considered dead.
191   if (SubRegIdx == X86::sub_8bit_hi)
192     return false;
193
194   if (LiveRegs.contains(SuperDestReg))
195     return false;
196
197   if (SubRegIdx == X86::sub_8bit) {
198     // In the case of byte registers, we also have to check that the upper
199     // byte register is also dead. That is considered to be independent of
200     // whether the super-register is dead.
201     unsigned UpperByteReg =
202         getX86SubSuperRegister(SuperDestReg, 8, /*High=*/true);
203
204     if (LiveRegs.contains(UpperByteReg))
205       return false;
206   }
207
208   return true;
209 }
210
211 MachineInstr *FixupBWInstPass::tryReplaceLoad(unsigned New32BitOpcode,
212                                               MachineInstr *MI) const {
213   unsigned NewDestReg;
214
215   // We are going to try to rewrite this load to a larger zero-extending
216   // load.  This is safe if all portions of the 32 bit super-register
217   // of the original destination register, except for the original destination
218   // register are dead. getSuperRegDestIfDead checks that.
219   if (!getSuperRegDestIfDead(MI, NewDestReg))
220     return nullptr;
221
222   // Safe to change the instruction.
223   MachineInstrBuilder MIB =
224       BuildMI(*MF, MI->getDebugLoc(), TII->get(New32BitOpcode), NewDestReg);
225
226   unsigned NumArgs = MI->getNumOperands();
227   for (unsigned i = 1; i < NumArgs; ++i)
228     MIB.add(MI->getOperand(i));
229
230   MIB->setMemRefs(MI->memoperands_begin(), MI->memoperands_end());
231
232   return MIB;
233 }
234
235 MachineInstr *FixupBWInstPass::tryReplaceCopy(MachineInstr *MI) const {
236   assert(MI->getNumExplicitOperands() == 2);
237   auto &OldDest = MI->getOperand(0);
238   auto &OldSrc = MI->getOperand(1);
239
240   unsigned NewDestReg;
241   if (!getSuperRegDestIfDead(MI, NewDestReg))
242     return nullptr;
243
244   unsigned NewSrcReg = getX86SubSuperRegister(OldSrc.getReg(), 32);
245
246   // This is only correct if we access the same subregister index: otherwise,
247   // we could try to replace "movb %ah, %al" with "movl %eax, %eax".
248   auto *TRI = &TII->getRegisterInfo();
249   if (TRI->getSubRegIndex(NewSrcReg, OldSrc.getReg()) !=
250       TRI->getSubRegIndex(NewDestReg, OldDest.getReg()))
251     return nullptr;
252
253   // Safe to change the instruction.
254   // Don't set src flags, as we don't know if we're also killing the superreg.
255   // However, the superregister might not be defined; make it explicit that
256   // we don't care about the higher bits by reading it as Undef, and adding
257   // an imp-use on the original subregister.
258   MachineInstrBuilder MIB =
259       BuildMI(*MF, MI->getDebugLoc(), TII->get(X86::MOV32rr), NewDestReg)
260           .addReg(NewSrcReg, RegState::Undef)
261           .addReg(OldSrc.getReg(), RegState::Implicit);
262
263   // Drop imp-defs/uses that would be redundant with the new def/use.
264   for (auto &Op : MI->implicit_operands())
265     if (Op.getReg() != (Op.isDef() ? NewDestReg : NewSrcReg))
266       MIB.add(Op);
267
268   return MIB;
269 }
270
271 MachineInstr *FixupBWInstPass::tryReplaceInstr(MachineInstr *MI,
272                                                MachineBasicBlock &MBB) const {
273   // See if this is an instruction of the type we are currently looking for.
274   switch (MI->getOpcode()) {
275
276   case X86::MOV8rm:
277     // Only replace 8 bit loads with the zero extending versions if
278     // in an inner most loop and not optimizing for size. This takes
279     // an extra byte to encode, and provides limited performance upside.
280     if (MachineLoop *ML = MLI->getLoopFor(&MBB))
281       if (ML->begin() == ML->end() && !OptForSize)
282         return tryReplaceLoad(X86::MOVZX32rm8, MI);
283     break;
284
285   case X86::MOV16rm:
286     // Always try to replace 16 bit load with 32 bit zero extending.
287     // Code size is the same, and there is sometimes a perf advantage
288     // from eliminating a false dependence on the upper portion of
289     // the register.
290     return tryReplaceLoad(X86::MOVZX32rm16, MI);
291
292   case X86::MOV8rr:
293   case X86::MOV16rr:
294     // Always try to replace 8/16 bit copies with a 32 bit copy.
295     // Code size is either less (16) or equal (8), and there is sometimes a
296     // perf advantage from eliminating a false dependence on the upper portion
297     // of the register.
298     return tryReplaceCopy(MI);
299
300   default:
301     // nothing to do here.
302     break;
303   }
304
305   return nullptr;
306 }
307
308 void FixupBWInstPass::processBasicBlock(MachineFunction &MF,
309                                         MachineBasicBlock &MBB) {
310
311   // This algorithm doesn't delete the instructions it is replacing
312   // right away.  By leaving the existing instructions in place, the
313   // register liveness information doesn't change, and this makes the
314   // analysis that goes on be better than if the replaced instructions
315   // were immediately removed.
316   //
317   // This algorithm always creates a replacement instruction
318   // and notes that and the original in a data structure, until the
319   // whole BB has been analyzed.  This keeps the replacement instructions
320   // from making it seem as if the larger register might be live.
321   SmallVector<std::pair<MachineInstr *, MachineInstr *>, 8> MIReplacements;
322
323   // Start computing liveness for this block. We iterate from the end to be able
324   // to update this for each instruction.
325   LiveRegs.clear();
326   // We run after PEI, so we need to AddPristinesAndCSRs.
327   LiveRegs.addLiveOuts(MBB);
328
329   for (auto I = MBB.rbegin(); I != MBB.rend(); ++I) {
330     MachineInstr *MI = &*I;
331     
332     if (MachineInstr *NewMI = tryReplaceInstr(MI, MBB))
333       MIReplacements.push_back(std::make_pair(MI, NewMI));
334
335     // We're done with this instruction, update liveness for the next one.
336     LiveRegs.stepBackward(*MI);
337   }
338
339   while (!MIReplacements.empty()) {
340     MachineInstr *MI = MIReplacements.back().first;
341     MachineInstr *NewMI = MIReplacements.back().second;
342     MIReplacements.pop_back();
343     MBB.insert(MI, NewMI);
344     MBB.erase(MI);
345   }
346 }