]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm-project/llvm/include/llvm/CodeGen/MachineScheduler.h
Merge llvm, clang, compiler-rt, libc++, libunwind, lld, lldb and openmp
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm-project / llvm / include / llvm / CodeGen / MachineScheduler.h
1 //===- MachineScheduler.h - MachineInstr Scheduling Pass --------*- C++ -*-===//
2 //
3 // Part of the LLVM Project, under the Apache License v2.0 with LLVM Exceptions.
4 // See https://llvm.org/LICENSE.txt for license information.
5 // SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 WITH LLVM-exception
6 //
7 //===----------------------------------------------------------------------===//
8 //
9 // This file provides an interface for customizing the standard MachineScheduler
10 // pass. Note that the entire pass may be replaced as follows:
11 //
12 // <Target>TargetMachine::createPassConfig(PassManagerBase &PM) {
13 //   PM.substitutePass(&MachineSchedulerID, &CustomSchedulerPassID);
14 //   ...}
15 //
16 // The MachineScheduler pass is only responsible for choosing the regions to be
17 // scheduled. Targets can override the DAG builder and scheduler without
18 // replacing the pass as follows:
19 //
20 // ScheduleDAGInstrs *<Target>PassConfig::
21 // createMachineScheduler(MachineSchedContext *C) {
22 //   return new CustomMachineScheduler(C);
23 // }
24 //
25 // The default scheduler, ScheduleDAGMILive, builds the DAG and drives list
26 // scheduling while updating the instruction stream, register pressure, and live
27 // intervals. Most targets don't need to override the DAG builder and list
28 // scheduler, but subtargets that require custom scheduling heuristics may
29 // plugin an alternate MachineSchedStrategy. The strategy is responsible for
30 // selecting the highest priority node from the list:
31 //
32 // ScheduleDAGInstrs *<Target>PassConfig::
33 // createMachineScheduler(MachineSchedContext *C) {
34 //   return new ScheduleDAGMILive(C, CustomStrategy(C));
35 // }
36 //
37 // The DAG builder can also be customized in a sense by adding DAG mutations
38 // that will run after DAG building and before list scheduling. DAG mutations
39 // can adjust dependencies based on target-specific knowledge or add weak edges
40 // to aid heuristics:
41 //
42 // ScheduleDAGInstrs *<Target>PassConfig::
43 // createMachineScheduler(MachineSchedContext *C) {
44 //   ScheduleDAGMI *DAG = createGenericSchedLive(C);
45 //   DAG->addMutation(new CustomDAGMutation(...));
46 //   return DAG;
47 // }
48 //
49 // A target that supports alternative schedulers can use the
50 // MachineSchedRegistry to allow command line selection. This can be done by
51 // implementing the following boilerplate:
52 //
53 // static ScheduleDAGInstrs *createCustomMachineSched(MachineSchedContext *C) {
54 //  return new CustomMachineScheduler(C);
55 // }
56 // static MachineSchedRegistry
57 // SchedCustomRegistry("custom", "Run my target's custom scheduler",
58 //                     createCustomMachineSched);
59 //
60 //
61 // Finally, subtargets that don't need to implement custom heuristics but would
62 // like to configure the GenericScheduler's policy for a given scheduler region,
63 // including scheduling direction and register pressure tracking policy, can do
64 // this:
65 //
66 // void <SubTarget>Subtarget::
67 // overrideSchedPolicy(MachineSchedPolicy &Policy,
68 //                     unsigned NumRegionInstrs) const {
69 //   Policy.<Flag> = true;
70 // }
71 //
72 //===----------------------------------------------------------------------===//
73
74 #ifndef LLVM_CODEGEN_MACHINESCHEDULER_H
75 #define LLVM_CODEGEN_MACHINESCHEDULER_H
76
77 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
78 #include "llvm/ADT/BitVector.h"
79 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
80 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
81 #include "llvm/ADT/StringRef.h"
82 #include "llvm/ADT/Twine.h"
83 #include "llvm/CodeGen/MachineBasicBlock.h"
84 #include "llvm/CodeGen/MachinePassRegistry.h"
85 #include "llvm/CodeGen/RegisterPressure.h"
86 #include "llvm/CodeGen/ScheduleDAG.h"
87 #include "llvm/CodeGen/ScheduleDAGInstrs.h"
88 #include "llvm/CodeGen/ScheduleDAGMutation.h"
89 #include "llvm/CodeGen/TargetSchedule.h"
90 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
91 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
92 #include <algorithm>
93 #include <cassert>
94 #include <memory>
95 #include <string>
96 #include <vector>
97
98 namespace llvm {
99
100 extern cl::opt<bool> ForceTopDown;
101 extern cl::opt<bool> ForceBottomUp;
102 extern cl::opt<bool> VerifyScheduling;
103
104 class AAResults;
105 class LiveIntervals;
106 class MachineDominatorTree;
107 class MachineFunction;
108 class MachineInstr;
109 class MachineLoopInfo;
110 class RegisterClassInfo;
111 class SchedDFSResult;
112 class ScheduleHazardRecognizer;
113 class TargetInstrInfo;
114 class TargetPassConfig;
115 class TargetRegisterInfo;
116
117 /// MachineSchedContext provides enough context from the MachineScheduler pass
118 /// for the target to instantiate a scheduler.
119 struct MachineSchedContext {
120   MachineFunction *MF = nullptr;
121   const MachineLoopInfo *MLI = nullptr;
122   const MachineDominatorTree *MDT = nullptr;
123   const TargetPassConfig *PassConfig = nullptr;
124   AAResults *AA = nullptr;
125   LiveIntervals *LIS = nullptr;
126
127   RegisterClassInfo *RegClassInfo;
128
129   MachineSchedContext();
130   virtual ~MachineSchedContext();
131 };
132
133 /// MachineSchedRegistry provides a selection of available machine instruction
134 /// schedulers.
135 class MachineSchedRegistry
136     : public MachinePassRegistryNode<
137           ScheduleDAGInstrs *(*)(MachineSchedContext *)> {
138 public:
139   using ScheduleDAGCtor = ScheduleDAGInstrs *(*)(MachineSchedContext *);
140
141   // RegisterPassParser requires a (misnamed) FunctionPassCtor type.
142   using FunctionPassCtor = ScheduleDAGCtor;
143
144   static MachinePassRegistry<ScheduleDAGCtor> Registry;
145
146   MachineSchedRegistry(const char *N, const char *D, ScheduleDAGCtor C)
147       : MachinePassRegistryNode(N, D, C) {
148     Registry.Add(this);
149   }
150
151   ~MachineSchedRegistry() { Registry.Remove(this); }
152
153   // Accessors.
154   //
155   MachineSchedRegistry *getNext() const {
156     return (MachineSchedRegistry *)MachinePassRegistryNode::getNext();
157   }
158
159   static MachineSchedRegistry *getList() {
160     return (MachineSchedRegistry *)Registry.getList();
161   }
162
163   static void setListener(MachinePassRegistryListener<FunctionPassCtor> *L) {
164     Registry.setListener(L);
165   }
166 };
167
168 class ScheduleDAGMI;
169
170 /// Define a generic scheduling policy for targets that don't provide their own
171 /// MachineSchedStrategy. This can be overriden for each scheduling region
172 /// before building the DAG.
173 struct MachineSchedPolicy {
174   // Allow the scheduler to disable register pressure tracking.
175   bool ShouldTrackPressure = false;
176   /// Track LaneMasks to allow reordering of independent subregister writes
177   /// of the same vreg. \sa MachineSchedStrategy::shouldTrackLaneMasks()
178   bool ShouldTrackLaneMasks = false;
179
180   // Allow the scheduler to force top-down or bottom-up scheduling. If neither
181   // is true, the scheduler runs in both directions and converges.
182   bool OnlyTopDown = false;
183   bool OnlyBottomUp = false;
184
185   // Disable heuristic that tries to fetch nodes from long dependency chains
186   // first.
187   bool DisableLatencyHeuristic = false;
188
189   // Compute DFSResult for use in scheduling heuristics.
190   bool ComputeDFSResult = false;
191
192   MachineSchedPolicy() = default;
193 };
194
195 /// MachineSchedStrategy - Interface to the scheduling algorithm used by
196 /// ScheduleDAGMI.
197 ///
198 /// Initialization sequence:
199 ///   initPolicy -> shouldTrackPressure -> initialize(DAG) -> registerRoots
200 class MachineSchedStrategy {
201   virtual void anchor();
202
203 public:
204   virtual ~MachineSchedStrategy() = default;
205
206   /// Optionally override the per-region scheduling policy.
207   virtual void initPolicy(MachineBasicBlock::iterator Begin,
208                           MachineBasicBlock::iterator End,
209                           unsigned NumRegionInstrs) {}
210
211   virtual void dumpPolicy() const {}
212
213   /// Check if pressure tracking is needed before building the DAG and
214   /// initializing this strategy. Called after initPolicy.
215   virtual bool shouldTrackPressure() const { return true; }
216
217   /// Returns true if lanemasks should be tracked. LaneMask tracking is
218   /// necessary to reorder independent subregister defs for the same vreg.
219   /// This has to be enabled in combination with shouldTrackPressure().
220   virtual bool shouldTrackLaneMasks() const { return false; }
221
222   // If this method returns true, handling of the scheduling regions
223   // themselves (in case of a scheduling boundary in MBB) will be done
224   // beginning with the topmost region of MBB.
225   virtual bool doMBBSchedRegionsTopDown() const { return false; }
226
227   /// Initialize the strategy after building the DAG for a new region.
228   virtual void initialize(ScheduleDAGMI *DAG) = 0;
229
230   /// Tell the strategy that MBB is about to be processed.
231   virtual void enterMBB(MachineBasicBlock *MBB) {};
232
233   /// Tell the strategy that current MBB is done.
234   virtual void leaveMBB() {};
235
236   /// Notify this strategy that all roots have been released (including those
237   /// that depend on EntrySU or ExitSU).
238   virtual void registerRoots() {}
239
240   /// Pick the next node to schedule, or return NULL. Set IsTopNode to true to
241   /// schedule the node at the top of the unscheduled region. Otherwise it will
242   /// be scheduled at the bottom.
243   virtual SUnit *pickNode(bool &IsTopNode) = 0;
244
245   /// Scheduler callback to notify that a new subtree is scheduled.
246   virtual void scheduleTree(unsigned SubtreeID) {}
247
248   /// Notify MachineSchedStrategy that ScheduleDAGMI has scheduled an
249   /// instruction and updated scheduled/remaining flags in the DAG nodes.
250   virtual void schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode) = 0;
251
252   /// When all predecessor dependencies have been resolved, free this node for
253   /// top-down scheduling.
254   virtual void releaseTopNode(SUnit *SU) = 0;
255
256   /// When all successor dependencies have been resolved, free this node for
257   /// bottom-up scheduling.
258   virtual void releaseBottomNode(SUnit *SU) = 0;
259 };
260
261 /// ScheduleDAGMI is an implementation of ScheduleDAGInstrs that simply
262 /// schedules machine instructions according to the given MachineSchedStrategy
263 /// without much extra book-keeping. This is the common functionality between
264 /// PreRA and PostRA MachineScheduler.
265 class ScheduleDAGMI : public ScheduleDAGInstrs {
266 protected:
267   AAResults *AA;
268   LiveIntervals *LIS;
269   std::unique_ptr<MachineSchedStrategy> SchedImpl;
270
271   /// Ordered list of DAG postprocessing steps.
272   std::vector<std::unique_ptr<ScheduleDAGMutation>> Mutations;
273
274   /// The top of the unscheduled zone.
275   MachineBasicBlock::iterator CurrentTop;
276
277   /// The bottom of the unscheduled zone.
278   MachineBasicBlock::iterator CurrentBottom;
279
280   /// Record the next node in a scheduled cluster.
281   const SUnit *NextClusterPred = nullptr;
282   const SUnit *NextClusterSucc = nullptr;
283
284 #ifndef NDEBUG
285   /// The number of instructions scheduled so far. Used to cut off the
286   /// scheduler at the point determined by misched-cutoff.
287   unsigned NumInstrsScheduled = 0;
288 #endif
289
290 public:
291   ScheduleDAGMI(MachineSchedContext *C, std::unique_ptr<MachineSchedStrategy> S,
292                 bool RemoveKillFlags)
293       : ScheduleDAGInstrs(*C->MF, C->MLI, RemoveKillFlags), AA(C->AA),
294         LIS(C->LIS), SchedImpl(std::move(S)) {}
295
296   // Provide a vtable anchor
297   ~ScheduleDAGMI() override;
298
299   /// If this method returns true, handling of the scheduling regions
300   /// themselves (in case of a scheduling boundary in MBB) will be done
301   /// beginning with the topmost region of MBB.
302   bool doMBBSchedRegionsTopDown() const override {
303     return SchedImpl->doMBBSchedRegionsTopDown();
304   }
305
306   // Returns LiveIntervals instance for use in DAG mutators and such.
307   LiveIntervals *getLIS() const { return LIS; }
308
309   /// Return true if this DAG supports VReg liveness and RegPressure.
310   virtual bool hasVRegLiveness() const { return false; }
311
312   /// Add a postprocessing step to the DAG builder.
313   /// Mutations are applied in the order that they are added after normal DAG
314   /// building and before MachineSchedStrategy initialization.
315   ///
316   /// ScheduleDAGMI takes ownership of the Mutation object.
317   void addMutation(std::unique_ptr<ScheduleDAGMutation> Mutation) {
318     if (Mutation)
319       Mutations.push_back(std::move(Mutation));
320   }
321
322   MachineBasicBlock::iterator top() const { return CurrentTop; }
323   MachineBasicBlock::iterator bottom() const { return CurrentBottom; }
324
325   /// Implement the ScheduleDAGInstrs interface for handling the next scheduling
326   /// region. This covers all instructions in a block, while schedule() may only
327   /// cover a subset.
328   void enterRegion(MachineBasicBlock *bb,
329                    MachineBasicBlock::iterator begin,
330                    MachineBasicBlock::iterator end,
331                    unsigned regioninstrs) override;
332
333   /// Implement ScheduleDAGInstrs interface for scheduling a sequence of
334   /// reorderable instructions.
335   void schedule() override;
336
337   void startBlock(MachineBasicBlock *bb) override;
338   void finishBlock() override;
339
340   /// Change the position of an instruction within the basic block and update
341   /// live ranges and region boundary iterators.
342   void moveInstruction(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock::iterator InsertPos);
343
344   const SUnit *getNextClusterPred() const { return NextClusterPred; }
345
346   const SUnit *getNextClusterSucc() const { return NextClusterSucc; }
347
348   void viewGraph(const Twine &Name, const Twine &Title) override;
349   void viewGraph() override;
350
351 protected:
352   // Top-Level entry points for the schedule() driver...
353
354   /// Apply each ScheduleDAGMutation step in order. This allows different
355   /// instances of ScheduleDAGMI to perform custom DAG postprocessing.
356   void postprocessDAG();
357
358   /// Release ExitSU predecessors and setup scheduler queues.
359   void initQueues(ArrayRef<SUnit*> TopRoots, ArrayRef<SUnit*> BotRoots);
360
361   /// Update scheduler DAG and queues after scheduling an instruction.
362   void updateQueues(SUnit *SU, bool IsTopNode);
363
364   /// Reinsert debug_values recorded in ScheduleDAGInstrs::DbgValues.
365   void placeDebugValues();
366
367   /// dump the scheduled Sequence.
368   void dumpSchedule() const;
369
370   // Lesser helpers...
371   bool checkSchedLimit();
372
373   void findRootsAndBiasEdges(SmallVectorImpl<SUnit*> &TopRoots,
374                              SmallVectorImpl<SUnit*> &BotRoots);
375
376   void releaseSucc(SUnit *SU, SDep *SuccEdge);
377   void releaseSuccessors(SUnit *SU);
378   void releasePred(SUnit *SU, SDep *PredEdge);
379   void releasePredecessors(SUnit *SU);
380 };
381
382 /// ScheduleDAGMILive is an implementation of ScheduleDAGInstrs that schedules
383 /// machine instructions while updating LiveIntervals and tracking regpressure.
384 class ScheduleDAGMILive : public ScheduleDAGMI {
385 protected:
386   RegisterClassInfo *RegClassInfo;
387
388   /// Information about DAG subtrees. If DFSResult is NULL, then SchedulerTrees
389   /// will be empty.
390   SchedDFSResult *DFSResult = nullptr;
391   BitVector ScheduledTrees;
392
393   MachineBasicBlock::iterator LiveRegionEnd;
394
395   /// Maps vregs to the SUnits of their uses in the current scheduling region.
396   VReg2SUnitMultiMap VRegUses;
397
398   // Map each SU to its summary of pressure changes. This array is updated for
399   // liveness during bottom-up scheduling. Top-down scheduling may proceed but
400   // has no affect on the pressure diffs.
401   PressureDiffs SUPressureDiffs;
402
403   /// Register pressure in this region computed by initRegPressure.
404   bool ShouldTrackPressure = false;
405   bool ShouldTrackLaneMasks = false;
406   IntervalPressure RegPressure;
407   RegPressureTracker RPTracker;
408
409   /// List of pressure sets that exceed the target's pressure limit before
410   /// scheduling, listed in increasing set ID order. Each pressure set is paired
411   /// with its max pressure in the currently scheduled regions.
412   std::vector<PressureChange> RegionCriticalPSets;
413
414   /// The top of the unscheduled zone.
415   IntervalPressure TopPressure;
416   RegPressureTracker TopRPTracker;
417
418   /// The bottom of the unscheduled zone.
419   IntervalPressure BotPressure;
420   RegPressureTracker BotRPTracker;
421
422   /// True if disconnected subregister components are already renamed.
423   /// The renaming is only done on demand if lane masks are tracked.
424   bool DisconnectedComponentsRenamed = false;
425
426 public:
427   ScheduleDAGMILive(MachineSchedContext *C,
428                     std::unique_ptr<MachineSchedStrategy> S)
429       : ScheduleDAGMI(C, std::move(S), /*RemoveKillFlags=*/false),
430         RegClassInfo(C->RegClassInfo), RPTracker(RegPressure),
431         TopRPTracker(TopPressure), BotRPTracker(BotPressure) {}
432
433   ~ScheduleDAGMILive() override;
434
435   /// Return true if this DAG supports VReg liveness and RegPressure.
436   bool hasVRegLiveness() const override { return true; }
437
438   /// Return true if register pressure tracking is enabled.
439   bool isTrackingPressure() const { return ShouldTrackPressure; }
440
441   /// Get current register pressure for the top scheduled instructions.
442   const IntervalPressure &getTopPressure() const { return TopPressure; }
443   const RegPressureTracker &getTopRPTracker() const { return TopRPTracker; }
444
445   /// Get current register pressure for the bottom scheduled instructions.
446   const IntervalPressure &getBotPressure() const { return BotPressure; }
447   const RegPressureTracker &getBotRPTracker() const { return BotRPTracker; }
448
449   /// Get register pressure for the entire scheduling region before scheduling.
450   const IntervalPressure &getRegPressure() const { return RegPressure; }
451
452   const std::vector<PressureChange> &getRegionCriticalPSets() const {
453     return RegionCriticalPSets;
454   }
455
456   PressureDiff &getPressureDiff(const SUnit *SU) {
457     return SUPressureDiffs[SU->NodeNum];
458   }
459   const PressureDiff &getPressureDiff(const SUnit *SU) const {
460     return SUPressureDiffs[SU->NodeNum];
461   }
462
463   /// Compute a DFSResult after DAG building is complete, and before any
464   /// queue comparisons.
465   void computeDFSResult();
466
467   /// Return a non-null DFS result if the scheduling strategy initialized it.
468   const SchedDFSResult *getDFSResult() const { return DFSResult; }
469
470   BitVector &getScheduledTrees() { return ScheduledTrees; }
471
472   /// Implement the ScheduleDAGInstrs interface for handling the next scheduling
473   /// region. This covers all instructions in a block, while schedule() may only
474   /// cover a subset.
475   void enterRegion(MachineBasicBlock *bb,
476                    MachineBasicBlock::iterator begin,
477                    MachineBasicBlock::iterator end,
478                    unsigned regioninstrs) override;
479
480   /// Implement ScheduleDAGInstrs interface for scheduling a sequence of
481   /// reorderable instructions.
482   void schedule() override;
483
484   /// Compute the cyclic critical path through the DAG.
485   unsigned computeCyclicCriticalPath();
486
487   void dump() const override;
488
489 protected:
490   // Top-Level entry points for the schedule() driver...
491
492   /// Call ScheduleDAGInstrs::buildSchedGraph with register pressure tracking
493   /// enabled. This sets up three trackers. RPTracker will cover the entire DAG
494   /// region, TopTracker and BottomTracker will be initialized to the top and
495   /// bottom of the DAG region without covereing any unscheduled instruction.
496   void buildDAGWithRegPressure();
497
498   /// Release ExitSU predecessors and setup scheduler queues. Re-position
499   /// the Top RP tracker in case the region beginning has changed.
500   void initQueues(ArrayRef<SUnit*> TopRoots, ArrayRef<SUnit*> BotRoots);
501
502   /// Move an instruction and update register pressure.
503   void scheduleMI(SUnit *SU, bool IsTopNode);
504
505   // Lesser helpers...
506
507   void initRegPressure();
508
509   void updatePressureDiffs(ArrayRef<RegisterMaskPair> LiveUses);
510
511   void updateScheduledPressure(const SUnit *SU,
512                                const std::vector<unsigned> &NewMaxPressure);
513
514   void collectVRegUses(SUnit &SU);
515 };
516
517 //===----------------------------------------------------------------------===//
518 ///
519 /// Helpers for implementing custom MachineSchedStrategy classes. These take
520 /// care of the book-keeping associated with list scheduling heuristics.
521 ///
522 //===----------------------------------------------------------------------===//
523
524 /// ReadyQueue encapsulates vector of "ready" SUnits with basic convenience
525 /// methods for pushing and removing nodes. ReadyQueue's are uniquely identified
526 /// by an ID. SUnit::NodeQueueId is a mask of the ReadyQueues the SUnit is in.
527 ///
528 /// This is a convenience class that may be used by implementations of
529 /// MachineSchedStrategy.
530 class ReadyQueue {
531   unsigned ID;
532   std::string Name;
533   std::vector<SUnit*> Queue;
534
535 public:
536   ReadyQueue(unsigned id, const Twine &name): ID(id), Name(name.str()) {}
537
538   unsigned getID() const { return ID; }
539
540   StringRef getName() const { return Name; }
541
542   // SU is in this queue if it's NodeQueueID is a superset of this ID.
543   bool isInQueue(SUnit *SU) const { return (SU->NodeQueueId & ID); }
544
545   bool empty() const { return Queue.empty(); }
546
547   void clear() { Queue.clear(); }
548
549   unsigned size() const { return Queue.size(); }
550
551   using iterator = std::vector<SUnit*>::iterator;
552
553   iterator begin() { return Queue.begin(); }
554
555   iterator end() { return Queue.end(); }
556
557   ArrayRef<SUnit*> elements() { return Queue; }
558
559   iterator find(SUnit *SU) { return llvm::find(Queue, SU); }
560
561   void push(SUnit *SU) {
562     Queue.push_back(SU);
563     SU->NodeQueueId |= ID;
564   }
565
566   iterator remove(iterator I) {
567     (*I)->NodeQueueId &= ~ID;
568     *I = Queue.back();
569     unsigned idx = I - Queue.begin();
570     Queue.pop_back();
571     return Queue.begin() + idx;
572   }
573
574   void dump() const;
575 };
576
577 /// Summarize the unscheduled region.
578 struct SchedRemainder {
579   // Critical path through the DAG in expected latency.
580   unsigned CriticalPath;
581   unsigned CyclicCritPath;
582
583   // Scaled count of micro-ops left to schedule.
584   unsigned RemIssueCount;
585
586   bool IsAcyclicLatencyLimited;
587
588   // Unscheduled resources
589   SmallVector<unsigned, 16> RemainingCounts;
590
591   SchedRemainder() { reset(); }
592
593   void reset() {
594     CriticalPath = 0;
595     CyclicCritPath = 0;
596     RemIssueCount = 0;
597     IsAcyclicLatencyLimited = false;
598     RemainingCounts.clear();
599   }
600
601   void init(ScheduleDAGMI *DAG, const TargetSchedModel *SchedModel);
602 };
603
604 /// Each Scheduling boundary is associated with ready queues. It tracks the
605 /// current cycle in the direction of movement, and maintains the state
606 /// of "hazards" and other interlocks at the current cycle.
607 class SchedBoundary {
608 public:
609   /// SUnit::NodeQueueId: 0 (none), 1 (top), 2 (bot), 3 (both)
610   enum {
611     TopQID = 1,
612     BotQID = 2,
613     LogMaxQID = 2
614   };
615
616   ScheduleDAGMI *DAG = nullptr;
617   const TargetSchedModel *SchedModel = nullptr;
618   SchedRemainder *Rem = nullptr;
619
620   ReadyQueue Available;
621   ReadyQueue Pending;
622
623   ScheduleHazardRecognizer *HazardRec = nullptr;
624
625 private:
626   /// True if the pending Q should be checked/updated before scheduling another
627   /// instruction.
628   bool CheckPending;
629
630   /// Number of cycles it takes to issue the instructions scheduled in this
631   /// zone. It is defined as: scheduled-micro-ops / issue-width + stalls.
632   /// See getStalls().
633   unsigned CurrCycle;
634
635   /// Micro-ops issued in the current cycle
636   unsigned CurrMOps;
637
638   /// MinReadyCycle - Cycle of the soonest available instruction.
639   unsigned MinReadyCycle;
640
641   // The expected latency of the critical path in this scheduled zone.
642   unsigned ExpectedLatency;
643
644   // The latency of dependence chains leading into this zone.
645   // For each node scheduled bottom-up: DLat = max DLat, N.Depth.
646   // For each cycle scheduled: DLat -= 1.
647   unsigned DependentLatency;
648
649   /// Count the scheduled (issued) micro-ops that can be retired by
650   /// time=CurrCycle assuming the first scheduled instr is retired at time=0.
651   unsigned RetiredMOps;
652
653   // Count scheduled resources that have been executed. Resources are
654   // considered executed if they become ready in the time that it takes to
655   // saturate any resource including the one in question. Counts are scaled
656   // for direct comparison with other resources. Counts can be compared with
657   // MOps * getMicroOpFactor and Latency * getLatencyFactor.
658   SmallVector<unsigned, 16> ExecutedResCounts;
659
660   /// Cache the max count for a single resource.
661   unsigned MaxExecutedResCount;
662
663   // Cache the critical resources ID in this scheduled zone.
664   unsigned ZoneCritResIdx;
665
666   // Is the scheduled region resource limited vs. latency limited.
667   bool IsResourceLimited;
668
669   // Record the highest cycle at which each resource has been reserved by a
670   // scheduled instruction.
671   SmallVector<unsigned, 16> ReservedCycles;
672
673   // For each PIdx, stores first index into ReservedCycles that corresponds to
674   // it.
675   SmallVector<unsigned, 16> ReservedCyclesIndex;
676
677 #ifndef NDEBUG
678   // Remember the greatest possible stall as an upper bound on the number of
679   // times we should retry the pending queue because of a hazard.
680   unsigned MaxObservedStall;
681 #endif
682
683 public:
684   /// Pending queues extend the ready queues with the same ID and the
685   /// PendingFlag set.
686   SchedBoundary(unsigned ID, const Twine &Name):
687     Available(ID, Name+".A"), Pending(ID << LogMaxQID, Name+".P") {
688     reset();
689   }
690
691   ~SchedBoundary();
692
693   void reset();
694
695   void init(ScheduleDAGMI *dag, const TargetSchedModel *smodel,
696             SchedRemainder *rem);
697
698   bool isTop() const {
699     return Available.getID() == TopQID;
700   }
701
702   /// Number of cycles to issue the instructions scheduled in this zone.
703   unsigned getCurrCycle() const { return CurrCycle; }
704
705   /// Micro-ops issued in the current cycle
706   unsigned getCurrMOps() const { return CurrMOps; }
707
708   // The latency of dependence chains leading into this zone.
709   unsigned getDependentLatency() const { return DependentLatency; }
710
711   /// Get the number of latency cycles "covered" by the scheduled
712   /// instructions. This is the larger of the critical path within the zone
713   /// and the number of cycles required to issue the instructions.
714   unsigned getScheduledLatency() const {
715     return std::max(ExpectedLatency, CurrCycle);
716   }
717
718   unsigned getUnscheduledLatency(SUnit *SU) const {
719     return isTop() ? SU->getHeight() : SU->getDepth();
720   }
721
722   unsigned getResourceCount(unsigned ResIdx) const {
723     return ExecutedResCounts[ResIdx];
724   }
725
726   /// Get the scaled count of scheduled micro-ops and resources, including
727   /// executed resources.
728   unsigned getCriticalCount() const {
729     if (!ZoneCritResIdx)
730       return RetiredMOps * SchedModel->getMicroOpFactor();
731     return getResourceCount(ZoneCritResIdx);
732   }
733
734   /// Get a scaled count for the minimum execution time of the scheduled
735   /// micro-ops that are ready to execute by getExecutedCount. Notice the
736   /// feedback loop.
737   unsigned getExecutedCount() const {
738     return std::max(CurrCycle * SchedModel->getLatencyFactor(),
739                     MaxExecutedResCount);
740   }
741
742   unsigned getZoneCritResIdx() const { return ZoneCritResIdx; }
743
744   // Is the scheduled region resource limited vs. latency limited.
745   bool isResourceLimited() const { return IsResourceLimited; }
746
747   /// Get the difference between the given SUnit's ready time and the current
748   /// cycle.
749   unsigned getLatencyStallCycles(SUnit *SU);
750
751   unsigned getNextResourceCycleByInstance(unsigned InstanceIndex,
752                                           unsigned Cycles);
753
754   std::pair<unsigned, unsigned> getNextResourceCycle(unsigned PIdx,
755                                                      unsigned Cycles);
756
757   bool checkHazard(SUnit *SU);
758
759   unsigned findMaxLatency(ArrayRef<SUnit*> ReadySUs);
760
761   unsigned getOtherResourceCount(unsigned &OtherCritIdx);
762
763   /// Release SU to make it ready. If it's not in hazard, remove it from
764   /// pending queue (if already in) and push into available queue.
765   /// Otherwise, push the SU into pending queue.
766   ///
767   /// @param SU The unit to be released.
768   /// @param ReadyCycle Until which cycle the unit is ready.
769   /// @param InPQueue Whether SU is already in pending queue.
770   /// @param Idx Position offset in pending queue (if in it).
771   void releaseNode(SUnit *SU, unsigned ReadyCycle, bool InPQueue,
772                    unsigned Idx = 0);
773
774   void bumpCycle(unsigned NextCycle);
775
776   void incExecutedResources(unsigned PIdx, unsigned Count);
777
778   unsigned countResource(unsigned PIdx, unsigned Cycles, unsigned ReadyCycle);
779
780   void bumpNode(SUnit *SU);
781
782   void releasePending();
783
784   void removeReady(SUnit *SU);
785
786   /// Call this before applying any other heuristics to the Available queue.
787   /// Updates the Available/Pending Q's if necessary and returns the single
788   /// available instruction, or NULL if there are multiple candidates.
789   SUnit *pickOnlyChoice();
790
791   void dumpScheduledState() const;
792 };
793
794 /// Base class for GenericScheduler. This class maintains information about
795 /// scheduling candidates based on TargetSchedModel making it easy to implement
796 /// heuristics for either preRA or postRA scheduling.
797 class GenericSchedulerBase : public MachineSchedStrategy {
798 public:
799   /// Represent the type of SchedCandidate found within a single queue.
800   /// pickNodeBidirectional depends on these listed by decreasing priority.
801   enum CandReason : uint8_t {
802     NoCand, Only1, PhysReg, RegExcess, RegCritical, Stall, Cluster, Weak,
803     RegMax, ResourceReduce, ResourceDemand, BotHeightReduce, BotPathReduce,
804     TopDepthReduce, TopPathReduce, NextDefUse, NodeOrder};
805
806 #ifndef NDEBUG
807   static const char *getReasonStr(GenericSchedulerBase::CandReason Reason);
808 #endif
809
810   /// Policy for scheduling the next instruction in the candidate's zone.
811   struct CandPolicy {
812     bool ReduceLatency = false;
813     unsigned ReduceResIdx = 0;
814     unsigned DemandResIdx = 0;
815
816     CandPolicy() = default;
817
818     bool operator==(const CandPolicy &RHS) const {
819       return ReduceLatency == RHS.ReduceLatency &&
820              ReduceResIdx == RHS.ReduceResIdx &&
821              DemandResIdx == RHS.DemandResIdx;
822     }
823     bool operator!=(const CandPolicy &RHS) const {
824       return !(*this == RHS);
825     }
826   };
827
828   /// Status of an instruction's critical resource consumption.
829   struct SchedResourceDelta {
830     // Count critical resources in the scheduled region required by SU.
831     unsigned CritResources = 0;
832
833     // Count critical resources from another region consumed by SU.
834     unsigned DemandedResources = 0;
835
836     SchedResourceDelta() = default;
837
838     bool operator==(const SchedResourceDelta &RHS) const {
839       return CritResources == RHS.CritResources
840         && DemandedResources == RHS.DemandedResources;
841     }
842     bool operator!=(const SchedResourceDelta &RHS) const {
843       return !operator==(RHS);
844     }
845   };
846
847   /// Store the state used by GenericScheduler heuristics, required for the
848   /// lifetime of one invocation of pickNode().
849   struct SchedCandidate {
850     CandPolicy Policy;
851
852     // The best SUnit candidate.
853     SUnit *SU;
854
855     // The reason for this candidate.
856     CandReason Reason;
857
858     // Whether this candidate should be scheduled at top/bottom.
859     bool AtTop;
860
861     // Register pressure values for the best candidate.
862     RegPressureDelta RPDelta;
863
864     // Critical resource consumption of the best candidate.
865     SchedResourceDelta ResDelta;
866
867     SchedCandidate() { reset(CandPolicy()); }
868     SchedCandidate(const CandPolicy &Policy) { reset(Policy); }
869
870     void reset(const CandPolicy &NewPolicy) {
871       Policy = NewPolicy;
872       SU = nullptr;
873       Reason = NoCand;
874       AtTop = false;
875       RPDelta = RegPressureDelta();
876       ResDelta = SchedResourceDelta();
877     }
878
879     bool isValid() const { return SU; }
880
881     // Copy the status of another candidate without changing policy.
882     void setBest(SchedCandidate &Best) {
883       assert(Best.Reason != NoCand && "uninitialized Sched candidate");
884       SU = Best.SU;
885       Reason = Best.Reason;
886       AtTop = Best.AtTop;
887       RPDelta = Best.RPDelta;
888       ResDelta = Best.ResDelta;
889     }
890
891     void initResourceDelta(const ScheduleDAGMI *DAG,
892                            const TargetSchedModel *SchedModel);
893   };
894
895 protected:
896   const MachineSchedContext *Context;
897   const TargetSchedModel *SchedModel = nullptr;
898   const TargetRegisterInfo *TRI = nullptr;
899
900   SchedRemainder Rem;
901
902   GenericSchedulerBase(const MachineSchedContext *C) : Context(C) {}
903
904   void setPolicy(CandPolicy &Policy, bool IsPostRA, SchedBoundary &CurrZone,
905                  SchedBoundary *OtherZone);
906
907 #ifndef NDEBUG
908   void traceCandidate(const SchedCandidate &Cand);
909 #endif
910
911 private:
912   bool shouldReduceLatency(const CandPolicy &Policy, SchedBoundary &CurrZone,
913                            bool ComputeRemLatency, unsigned &RemLatency) const;
914 };
915
916 // Utility functions used by heuristics in tryCandidate().
917 bool tryLess(int TryVal, int CandVal,
918              GenericSchedulerBase::SchedCandidate &TryCand,
919              GenericSchedulerBase::SchedCandidate &Cand,
920              GenericSchedulerBase::CandReason Reason);
921 bool tryGreater(int TryVal, int CandVal,
922                 GenericSchedulerBase::SchedCandidate &TryCand,
923                 GenericSchedulerBase::SchedCandidate &Cand,
924                 GenericSchedulerBase::CandReason Reason);
925 bool tryLatency(GenericSchedulerBase::SchedCandidate &TryCand,
926                 GenericSchedulerBase::SchedCandidate &Cand,
927                 SchedBoundary &Zone);
928 bool tryPressure(const PressureChange &TryP,
929                  const PressureChange &CandP,
930                  GenericSchedulerBase::SchedCandidate &TryCand,
931                  GenericSchedulerBase::SchedCandidate &Cand,
932                  GenericSchedulerBase::CandReason Reason,
933                  const TargetRegisterInfo *TRI,
934                  const MachineFunction &MF);
935 unsigned getWeakLeft(const SUnit *SU, bool isTop);
936 int biasPhysReg(const SUnit *SU, bool isTop);
937
938 /// GenericScheduler shrinks the unscheduled zone using heuristics to balance
939 /// the schedule.
940 class GenericScheduler : public GenericSchedulerBase {
941 public:
942   GenericScheduler(const MachineSchedContext *C):
943     GenericSchedulerBase(C), Top(SchedBoundary::TopQID, "TopQ"),
944     Bot(SchedBoundary::BotQID, "BotQ") {}
945
946   void initPolicy(MachineBasicBlock::iterator Begin,
947                   MachineBasicBlock::iterator End,
948                   unsigned NumRegionInstrs) override;
949
950   void dumpPolicy() const override;
951
952   bool shouldTrackPressure() const override {
953     return RegionPolicy.ShouldTrackPressure;
954   }
955
956   bool shouldTrackLaneMasks() const override {
957     return RegionPolicy.ShouldTrackLaneMasks;
958   }
959
960   void initialize(ScheduleDAGMI *dag) override;
961
962   SUnit *pickNode(bool &IsTopNode) override;
963
964   void schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode) override;
965
966   void releaseTopNode(SUnit *SU) override {
967     if (SU->isScheduled)
968       return;
969
970     Top.releaseNode(SU, SU->TopReadyCycle, false);
971     TopCand.SU = nullptr;
972   }
973
974   void releaseBottomNode(SUnit *SU) override {
975     if (SU->isScheduled)
976       return;
977
978     Bot.releaseNode(SU, SU->BotReadyCycle, false);
979     BotCand.SU = nullptr;
980   }
981
982   void registerRoots() override;
983
984 protected:
985   ScheduleDAGMILive *DAG = nullptr;
986
987   MachineSchedPolicy RegionPolicy;
988
989   // State of the top and bottom scheduled instruction boundaries.
990   SchedBoundary Top;
991   SchedBoundary Bot;
992
993   /// Candidate last picked from Top boundary.
994   SchedCandidate TopCand;
995   /// Candidate last picked from Bot boundary.
996   SchedCandidate BotCand;
997
998   void checkAcyclicLatency();
999
1000   void initCandidate(SchedCandidate &Cand, SUnit *SU, bool AtTop,
1001                      const RegPressureTracker &RPTracker,
1002                      RegPressureTracker &TempTracker);
1003
1004   virtual void tryCandidate(SchedCandidate &Cand, SchedCandidate &TryCand,
1005                             SchedBoundary *Zone) const;
1006
1007   SUnit *pickNodeBidirectional(bool &IsTopNode);
1008
1009   void pickNodeFromQueue(SchedBoundary &Zone,
1010                          const CandPolicy &ZonePolicy,
1011                          const RegPressureTracker &RPTracker,
1012                          SchedCandidate &Candidate);
1013
1014   void reschedulePhysReg(SUnit *SU, bool isTop);
1015 };
1016
1017 /// PostGenericScheduler - Interface to the scheduling algorithm used by
1018 /// ScheduleDAGMI.
1019 ///
1020 /// Callbacks from ScheduleDAGMI:
1021 ///   initPolicy -> initialize(DAG) -> registerRoots -> pickNode ...
1022 class PostGenericScheduler : public GenericSchedulerBase {
1023 protected:
1024   ScheduleDAGMI *DAG = nullptr;
1025   SchedBoundary Top;
1026   SmallVector<SUnit*, 8> BotRoots;
1027
1028 public:
1029   PostGenericScheduler(const MachineSchedContext *C):
1030     GenericSchedulerBase(C), Top(SchedBoundary::TopQID, "TopQ") {}
1031
1032   ~PostGenericScheduler() override = default;
1033
1034   void initPolicy(MachineBasicBlock::iterator Begin,
1035                   MachineBasicBlock::iterator End,
1036                   unsigned NumRegionInstrs) override {
1037     /* no configurable policy */
1038   }
1039
1040   /// PostRA scheduling does not track pressure.
1041   bool shouldTrackPressure() const override { return false; }
1042
1043   void initialize(ScheduleDAGMI *Dag) override;
1044
1045   void registerRoots() override;
1046
1047   SUnit *pickNode(bool &IsTopNode) override;
1048
1049   void scheduleTree(unsigned SubtreeID) override {
1050     llvm_unreachable("PostRA scheduler does not support subtree analysis.");
1051   }
1052
1053   void schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode) override;
1054
1055   void releaseTopNode(SUnit *SU) override {
1056     if (SU->isScheduled)
1057       return;
1058     Top.releaseNode(SU, SU->TopReadyCycle, false);
1059   }
1060
1061   // Only called for roots.
1062   void releaseBottomNode(SUnit *SU) override {
1063     BotRoots.push_back(SU);
1064   }
1065
1066 protected:
1067   virtual void tryCandidate(SchedCandidate &Cand, SchedCandidate &TryCand);
1068
1069   void pickNodeFromQueue(SchedCandidate &Cand);
1070 };
1071
1072 /// Create the standard converging machine scheduler. This will be used as the
1073 /// default scheduler if the target does not set a default.
1074 /// Adds default DAG mutations.
1075 ScheduleDAGMILive *createGenericSchedLive(MachineSchedContext *C);
1076
1077 /// Create a generic scheduler with no vreg liveness or DAG mutation passes.
1078 ScheduleDAGMI *createGenericSchedPostRA(MachineSchedContext *C);
1079
1080 std::unique_ptr<ScheduleDAGMutation>
1081 createLoadClusterDAGMutation(const TargetInstrInfo *TII,
1082                              const TargetRegisterInfo *TRI);
1083
1084 std::unique_ptr<ScheduleDAGMutation>
1085 createStoreClusterDAGMutation(const TargetInstrInfo *TII,
1086                               const TargetRegisterInfo *TRI);
1087
1088 std::unique_ptr<ScheduleDAGMutation>
1089 createCopyConstrainDAGMutation(const TargetInstrInfo *TII,
1090                                const TargetRegisterInfo *TRI);
1091
1092 } // end namespace llvm
1093
1094 #endif // LLVM_CODEGEN_MACHINESCHEDULER_H