contrib/llvm/lib/CodeGen/AggressiveAntiDepBreaker.cpp

   1 //===----- AggressiveAntiDepBreaker.cpp - Anti-dep breaker ----------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file implements the AggressiveAntiDepBreaker class, which
  11 // implements register anti-dependence breaking during post-RA
  12 // scheduling. It attempts to break all anti-dependencies within a
  13 // block.
  14 //
  15 //===----------------------------------------------------------------------===//
  16
  17 #define DEBUG_TYPE "post-RA-sched"
  18 #include "AggressiveAntiDepBreaker.h"
  19 #include "llvm/CodeGen/MachineBasicBlock.h"
  20 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
  21 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
  22 #include "llvm/CodeGen/RegisterClassInfo.h"
  23 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  24 #include "llvm/Support/Debug.h"
  25 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  26 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  27 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  28 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  29 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
  30 using namespace llvm;
  31
  32 // If DebugDiv > 0 then only break antidep with (ID % DebugDiv) == DebugMod
  33 static cl::opt<int>
  34 DebugDiv("agg-antidep-debugdiv",
  35          cl::desc("Debug control for aggressive anti-dep breaker"),
  36          cl::init(0), cl::Hidden);
  37 static cl::opt<int>
  38 DebugMod("agg-antidep-debugmod",
  39          cl::desc("Debug control for aggressive anti-dep breaker"),
  40          cl::init(0), cl::Hidden);
  41
  42 AggressiveAntiDepState::AggressiveAntiDepState(const unsigned TargetRegs,
  43                                                MachineBasicBlock *BB) :
  44   NumTargetRegs(TargetRegs), GroupNodes(TargetRegs, 0),
  45   GroupNodeIndices(TargetRegs, 0),
  46   KillIndices(TargetRegs, 0),
  47   DefIndices(TargetRegs, 0)
  48 {
  49   const unsigned BBSize = BB->size();
  50   for (unsigned i = 0; i < NumTargetRegs; ++i) {
  51     // Initialize all registers to be in their own group. Initially we
  52     // assign the register to the same-indexed GroupNode.
  53     GroupNodeIndices[i] = i;
  54     // Initialize the indices to indicate that no registers are live.
  55     KillIndices[i] = ~0u;
  56     DefIndices[i] = BBSize;
  57   }
  58 }
  59
  60 unsigned AggressiveAntiDepState::GetGroup(unsigned Reg) {
  61   unsigned Node = GroupNodeIndices[Reg];
  62   while (GroupNodes[Node] != Node)
  63     Node = GroupNodes[Node];
  64
  65   return Node;
  66 }
  67
  68 void AggressiveAntiDepState::GetGroupRegs(
  69   unsigned Group,
  70   std::vector<unsigned> &Regs,
  71   std::multimap<unsigned, AggressiveAntiDepState::RegisterReference> *RegRefs)
  72 {
  73   for (unsigned Reg = 0; Reg != NumTargetRegs; ++Reg) {
  74     if ((GetGroup(Reg) == Group) && (RegRefs->count(Reg) > 0))
  75       Regs.push_back(Reg);
  76   }
  77 }
  78
  79 unsigned AggressiveAntiDepState::UnionGroups(unsigned Reg1, unsigned Reg2)
  80 {
  81   assert(GroupNodes[0] == 0 && "GroupNode 0 not parent!");
  82   assert(GroupNodeIndices[0] == 0 && "Reg 0 not in Group 0!");
  83
  84   // find group for each register
  85   unsigned Group1 = GetGroup(Reg1);
  86   unsigned Group2 = GetGroup(Reg2);
  87
  88   // if either group is 0, then that must become the parent
  89   unsigned Parent = (Group1 == 0) ? Group1 : Group2;
  90   unsigned Other = (Parent == Group1) ? Group2 : Group1;
  91   GroupNodes.at(Other) = Parent;
  92   return Parent;
  93 }
  94
  95 unsigned AggressiveAntiDepState::LeaveGroup(unsigned Reg)
  96 {
  97   // Create a new GroupNode for Reg. Reg's existing GroupNode must
  98   // stay as is because there could be other GroupNodes referring to
  99   // it.
 100   unsigned idx = GroupNodes.size();
 101   GroupNodes.push_back(idx);
 102   GroupNodeIndices[Reg] = idx;
 103   return idx;
 104 }
 105
 106 bool AggressiveAntiDepState::IsLive(unsigned Reg)
 107 {
 108   // KillIndex must be defined and DefIndex not defined for a register
 109   // to be live.
 110   return((KillIndices[Reg] != ~0u) && (DefIndices[Reg] == ~0u));
 111 }
 112
 113
 114
 115 AggressiveAntiDepBreaker::
 116 AggressiveAntiDepBreaker(MachineFunction& MFi,
 117                          const RegisterClassInfo &RCI,
 118                          TargetSubtargetInfo::RegClassVector& CriticalPathRCs) :
 119   AntiDepBreaker(), MF(MFi),
 120   MRI(MF.getRegInfo()),
 121   TII(MF.getTarget().getInstrInfo()),
 122   TRI(MF.getTarget().getRegisterInfo()),
 123   RegClassInfo(RCI),
 124   State(NULL) {
 125   /* Collect a bitset of all registers that are only broken if they
 126      are on the critical path. */
 127   for (unsigned i = 0, e = CriticalPathRCs.size(); i < e; ++i) {
 128     BitVector CPSet = TRI->getAllocatableSet(MF, CriticalPathRCs[i]);
 129     if (CriticalPathSet.none())
 130       CriticalPathSet = CPSet;
 131     else
 132       CriticalPathSet |= CPSet;
 133    }
 134
 135   DEBUG(dbgs() << "AntiDep Critical-Path Registers:");
 136   DEBUG(for (int r = CriticalPathSet.find_first(); r != -1;
 137              r = CriticalPathSet.find_next(r))
 138           dbgs() << " " << TRI->getName(r));
 139   DEBUG(dbgs() << '\n');
 140 }
 141
 142 AggressiveAntiDepBreaker::~AggressiveAntiDepBreaker() {
 143   delete State;
 144 }
 145
 146 void AggressiveAntiDepBreaker::StartBlock(MachineBasicBlock *BB) {
 147   assert(State == NULL);
 148   State = new AggressiveAntiDepState(TRI->getNumRegs(), BB);
 149
 150   bool IsReturnBlock = (!BB->empty() && BB->back().isReturn());
 151   std::vector<unsigned> &KillIndices = State->GetKillIndices();
 152   std::vector<unsigned> &DefIndices = State->GetDefIndices();
 153
 154   // Examine the live-in regs of all successors.
 155   for (MachineBasicBlock::succ_iterator SI = BB->succ_begin(),
 156          SE = BB->succ_end(); SI != SE; ++SI)
 157     for (MachineBasicBlock::livein_iterator I = (*SI)->livein_begin(),
 158            E = (*SI)->livein_end(); I != E; ++I) {
 159       for (MCRegAliasIterator AI(*I, TRI, true); AI.isValid(); ++AI) {
 160         unsigned Reg = *AI;
 161         State->UnionGroups(Reg, 0);
 162         KillIndices[Reg] = BB->size();
 163         DefIndices[Reg] = ~0u;
 164       }
 165     }
 166
 167   // Mark live-out callee-saved registers. In a return block this is
 168   // all callee-saved registers. In non-return this is any
 169   // callee-saved register that is not saved in the prolog.
 170   const MachineFrameInfo *MFI = MF.getFrameInfo();
 171   BitVector Pristine = MFI->getPristineRegs(BB);
 172   for (const uint16_t *I = TRI->getCalleeSavedRegs(&MF); *I; ++I) {
 173     unsigned Reg = *I;
 174     if (!IsReturnBlock && !Pristine.test(Reg)) continue;
 175     for (MCRegAliasIterator AI(Reg, TRI, true); AI.isValid(); ++AI) {
 176       unsigned AliasReg = *AI;
 177       State->UnionGroups(AliasReg, 0);
 178       KillIndices[AliasReg] = BB->size();
 179       DefIndices[AliasReg] = ~0u;
 180     }
 181   }
 182 }
 183
 184 void AggressiveAntiDepBreaker::FinishBlock() {
 185   delete State;
 186   State = NULL;
 187 }
 188
 189 void AggressiveAntiDepBreaker::Observe(MachineInstr *MI, unsigned Count,
 190                                        unsigned InsertPosIndex) {
 191   assert(Count < InsertPosIndex && "Instruction index out of expected range!");
 192
 193   std::set<unsigned> PassthruRegs;
 194   GetPassthruRegs(MI, PassthruRegs);
 195   PrescanInstruction(MI, Count, PassthruRegs);
 196   ScanInstruction(MI, Count);
 197
 198   DEBUG(dbgs() << "Observe: ");
 199   DEBUG(MI->dump());
 200   DEBUG(dbgs() << "\tRegs:");
 201
 202   std::vector<unsigned> &DefIndices = State->GetDefIndices();
 203   for (unsigned Reg = 0; Reg != TRI->getNumRegs(); ++Reg) {
 204     // If Reg is current live, then mark that it can't be renamed as
 205     // we don't know the extent of its live-range anymore (now that it
 206     // has been scheduled). If it is not live but was defined in the
 207     // previous schedule region, then set its def index to the most
 208     // conservative location (i.e. the beginning of the previous
 209     // schedule region).
 210     if (State->IsLive(Reg)) {
 211       DEBUG(if (State->GetGroup(Reg) != 0)
 212               dbgs() << " " << TRI->getName(Reg) << "=g" <<
 213                 State->GetGroup(Reg) << "->g0(region live-out)");
 214       State->UnionGroups(Reg, 0);
 215     } else if ((DefIndices[Reg] < InsertPosIndex)
 216                && (DefIndices[Reg] >= Count)) {
 217       DefIndices[Reg] = Count;
 218     }
 219   }
 220   DEBUG(dbgs() << '\n');
 221 }
 222
 223 bool AggressiveAntiDepBreaker::IsImplicitDefUse(MachineInstr *MI,
 224                                                 MachineOperand& MO)
 225 {
 226   if (!MO.isReg() || !MO.isImplicit())
 227     return false;
 228
 229   unsigned Reg = MO.getReg();
 230   if (Reg == 0)
 231     return false;
 232
 233   MachineOperand *Op = NULL;
 234   if (MO.isDef())
 235     Op = MI->findRegisterUseOperand(Reg, true);
 236   else
 237     Op = MI->findRegisterDefOperand(Reg);
 238
 239   return((Op != NULL) && Op->isImplicit());
 240 }
 241
 242 void AggressiveAntiDepBreaker::GetPassthruRegs(MachineInstr *MI,
 243                                            std::set<unsigned>& PassthruRegs) {
 244   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 245     MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
 246     if (!MO.isReg()) continue;
 247     if ((MO.isDef() && MI->isRegTiedToUseOperand(i)) ||
 248         IsImplicitDefUse(MI, MO)) {
 249       const unsigned Reg = MO.getReg();
 250       PassthruRegs.insert(Reg);
 251       for (MCSubRegIterator SubRegs(Reg, TRI); SubRegs.isValid(); ++SubRegs)
 252         PassthruRegs.insert(*SubRegs);
 253     }
 254   }
 255 }
 256
 257 /// AntiDepEdges - Return in Edges the anti- and output- dependencies
 258 /// in SU that we want to consider for breaking.
 259 static void AntiDepEdges(const SUnit *SU, std::vector<const SDep*>& Edges) {
 260   SmallSet<unsigned, 4> RegSet;
 261   for (SUnit::const_pred_iterator P = SU->Preds.begin(), PE = SU->Preds.end();
 262        P != PE; ++P) {
 263     if ((P->getKind() == SDep::Anti) || (P->getKind() == SDep::Output)) {
 264       unsigned Reg = P->getReg();
 265       if (RegSet.count(Reg) == 0) {
 266         Edges.push_back(&*P);
 267         RegSet.insert(Reg);
 268       }
 269     }
 270   }
 271 }
 272
 273 /// CriticalPathStep - Return the next SUnit after SU on the bottom-up
 274 /// critical path.
 275 static const SUnit *CriticalPathStep(const SUnit *SU) {
 276   const SDep *Next = 0;
 277   unsigned NextDepth = 0;
 278   // Find the predecessor edge with the greatest depth.
 279   if (SU != 0) {
 280     for (SUnit::const_pred_iterator P = SU->Preds.begin(), PE = SU->Preds.end();
 281          P != PE; ++P) {
 282       const SUnit *PredSU = P->getSUnit();
 283       unsigned PredLatency = P->getLatency();
 284       unsigned PredTotalLatency = PredSU->getDepth() + PredLatency;
 285       // In the case of a latency tie, prefer an anti-dependency edge over
 286       // other types of edges.
 287       if (NextDepth < PredTotalLatency ||
 288           (NextDepth == PredTotalLatency && P->getKind() == SDep::Anti)) {
 289         NextDepth = PredTotalLatency;
 290         Next = &*P;
 291       }
 292     }
 293   }
 294
 295   return (Next) ? Next->getSUnit() : 0;
 296 }
 297
 298 void AggressiveAntiDepBreaker::HandleLastUse(unsigned Reg, unsigned KillIdx,
 299                                              const char *tag,
 300                                              const char *header,
 301                                              const char *footer) {
 302   std::vector<unsigned> &KillIndices = State->GetKillIndices();
 303   std::vector<unsigned> &DefIndices = State->GetDefIndices();
 304   std::multimap<unsigned, AggressiveAntiDepState::RegisterReference>&
 305     RegRefs = State->GetRegRefs();
 306
 307   if (!State->IsLive(Reg)) {
 308     KillIndices[Reg] = KillIdx;
 309     DefIndices[Reg] = ~0u;
 310     RegRefs.erase(Reg);
 311     State->LeaveGroup(Reg);
 312     DEBUG(if (header != NULL) {
 313         dbgs() << header << TRI->getName(Reg); header = NULL; });
 314     DEBUG(dbgs() << "->g" << State->GetGroup(Reg) << tag);
 315   }
 316   // Repeat for subregisters.
 317   for (MCSubRegIterator SubRegs(Reg, TRI); SubRegs.isValid(); ++SubRegs) {
 318     unsigned SubregReg = *SubRegs;
 319     if (!State->IsLive(SubregReg)) {
 320       KillIndices[SubregReg] = KillIdx;
 321       DefIndices[SubregReg] = ~0u;
 322       RegRefs.erase(SubregReg);
 323       State->LeaveGroup(SubregReg);
 324       DEBUG(if (header != NULL) {
 325           dbgs() << header << TRI->getName(Reg); header = NULL; });
 326       DEBUG(dbgs() << " " << TRI->getName(SubregReg) << "->g" <<
 327             State->GetGroup(SubregReg) << tag);
 328     }
 329   }
 330
 331   DEBUG(if ((header == NULL) && (footer != NULL)) dbgs() << footer);
 332 }
 333
 334 void AggressiveAntiDepBreaker::PrescanInstruction(MachineInstr *MI,
 335                                                   unsigned Count,
 336                                              std::set<unsigned>& PassthruRegs) {
 337   std::vector<unsigned> &DefIndices = State->GetDefIndices();
 338   std::multimap<unsigned, AggressiveAntiDepState::RegisterReference>&
 339     RegRefs = State->GetRegRefs();
 340
 341   // Handle dead defs by simulating a last-use of the register just
 342   // after the def. A dead def can occur because the def is truly
 343   // dead, or because only a subregister is live at the def. If we
 344   // don't do this the dead def will be incorrectly merged into the
 345   // previous def.
 346   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 347     MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
 348     if (!MO.isReg() || !MO.isDef()) continue;
 349     unsigned Reg = MO.getReg();
 350     if (Reg == 0) continue;
 351
 352     HandleLastUse(Reg, Count + 1, "", "\tDead Def: ", "\n");
 353   }
 354
 355   DEBUG(dbgs() << "\tDef Groups:");
 356   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 357     MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
 358     if (!MO.isReg() || !MO.isDef()) continue;
 359     unsigned Reg = MO.getReg();
 360     if (Reg == 0) continue;
 361
 362     DEBUG(dbgs() << " " << TRI->getName(Reg) << "=g" << State->GetGroup(Reg));
 363
 364     // If MI's defs have a special allocation requirement, don't allow
 365     // any def registers to be changed. Also assume all registers
 366     // defined in a call must not be changed (ABI).
 367     if (MI->isCall() || MI->hasExtraDefRegAllocReq() ||
 368         TII->isPredicated(MI)) {
 369       DEBUG(if (State->GetGroup(Reg) != 0) dbgs() << "->g0(alloc-req)");
 370       State->UnionGroups(Reg, 0);
 371     }
 372
 373     // Any aliased that are live at this point are completely or
 374     // partially defined here, so group those aliases with Reg.
 375     for (MCRegAliasIterator AI(Reg, TRI, false); AI.isValid(); ++AI) {
 376       unsigned AliasReg = *AI;
 377       if (State->IsLive(AliasReg)) {
 378         State->UnionGroups(Reg, AliasReg);
 379         DEBUG(dbgs() << "->g" << State->GetGroup(Reg) << "(via " <<
 380               TRI->getName(AliasReg) << ")");
 381       }
 382     }
 383
 384     // Note register reference...
 385     const TargetRegisterClass *RC = NULL;
 386     if (i < MI->getDesc().getNumOperands())
 387       RC = TII->getRegClass(MI->getDesc(), i, TRI, MF);
 388     AggressiveAntiDepState::RegisterReference RR = { &MO, RC };
 389     RegRefs.insert(std::make_pair(Reg, RR));
 390   }
 391
 392   DEBUG(dbgs() << '\n');
 393
 394   // Scan the register defs for this instruction and update
 395   // live-ranges.
 396   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 397     MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
 398     if (!MO.isReg() || !MO.isDef()) continue;
 399     unsigned Reg = MO.getReg();
 400     if (Reg == 0) continue;
 401     // Ignore KILLs and passthru registers for liveness...
 402     if (MI->isKill() || (PassthruRegs.count(Reg) != 0))
 403       continue;
 404
 405     // Update def for Reg and aliases.
 406     for (MCRegAliasIterator AI(Reg, TRI, true); AI.isValid(); ++AI)
 407       DefIndices[*AI] = Count;
 408   }
 409 }
 410
 411 void AggressiveAntiDepBreaker::ScanInstruction(MachineInstr *MI,
 412                                                unsigned Count) {
 413   DEBUG(dbgs() << "\tUse Groups:");
 414   std::multimap<unsigned, AggressiveAntiDepState::RegisterReference>&
 415     RegRefs = State->GetRegRefs();
 416
 417   // If MI's uses have special allocation requirement, don't allow
 418   // any use registers to be changed. Also assume all registers
 419   // used in a call must not be changed (ABI).
 420   // FIXME: The issue with predicated instruction is more complex. We are being
 421   // conservatively here because the kill markers cannot be trusted after
 422   // if-conversion:
 423   // %R6<def> = LDR %SP, %reg0, 92, pred:14, pred:%reg0; mem:LD4[FixedStack14]
 424   // ...
 425   // STR %R0, %R6<kill>, %reg0, 0, pred:0, pred:%CPSR; mem:ST4[%395]
 426   // %R6<def> = LDR %SP, %reg0, 100, pred:0, pred:%CPSR; mem:LD4[FixedStack12]
 427   // STR %R0, %R6<kill>, %reg0, 0, pred:14, pred:%reg0; mem:ST4[%396](align=8)
 428   //
 429   // The first R6 kill is not really a kill since it's killed by a predicated
 430   // instruction which may not be executed. The second R6 def may or may not
 431   // re-define R6 so it's not safe to change it since the last R6 use cannot be
 432   // changed.
 433   bool Special = MI->isCall() ||
 434     MI->hasExtraSrcRegAllocReq() ||
 435     TII->isPredicated(MI);
 436
 437   // Scan the register uses for this instruction and update
 438   // live-ranges, groups and RegRefs.
 439   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 440     MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
 441     if (!MO.isReg() || !MO.isUse()) continue;
 442     unsigned Reg = MO.getReg();
 443     if (Reg == 0) continue;
 444
 445     DEBUG(dbgs() << " " << TRI->getName(Reg) << "=g" <<
 446           State->GetGroup(Reg));
 447
 448     // It wasn't previously live but now it is, this is a kill. Forget
 449     // the previous live-range information and start a new live-range
 450     // for the register.
 451     HandleLastUse(Reg, Count, "(last-use)");
 452
 453     if (Special) {
 454       DEBUG(if (State->GetGroup(Reg) != 0) dbgs() << "->g0(alloc-req)");
 455       State->UnionGroups(Reg, 0);
 456     }
 457
 458     // Note register reference...
 459     const TargetRegisterClass *RC = NULL;
 460     if (i < MI->getDesc().getNumOperands())
 461       RC = TII->getRegClass(MI->getDesc(), i, TRI, MF);
 462     AggressiveAntiDepState::RegisterReference RR = { &MO, RC };
 463     RegRefs.insert(std::make_pair(Reg, RR));
 464   }
 465
 466   DEBUG(dbgs() << '\n');
 467
 468   // Form a group of all defs and uses of a KILL instruction to ensure
 469   // that all registers are renamed as a group.
 470   if (MI->isKill()) {
 471     DEBUG(dbgs() << "\tKill Group:");
 472
 473     unsigned FirstReg = 0;
 474     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 475       MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
 476       if (!MO.isReg()) continue;
 477       unsigned Reg = MO.getReg();
 478       if (Reg == 0) continue;
 479
 480       if (FirstReg != 0) {
 481         DEBUG(dbgs() << "=" << TRI->getName(Reg));
 482         State->UnionGroups(FirstReg, Reg);
 483       } else {
 484         DEBUG(dbgs() << " " << TRI->getName(Reg));
 485         FirstReg = Reg;
 486       }
 487     }
 488
 489     DEBUG(dbgs() << "->g" << State->GetGroup(FirstReg) << '\n');
 490   }
 491 }
 492
 493 BitVector AggressiveAntiDepBreaker::GetRenameRegisters(unsigned Reg) {
 494   BitVector BV(TRI->getNumRegs(), false);
 495   bool first = true;
 496
 497   // Check all references that need rewriting for Reg. For each, use
 498   // the corresponding register class to narrow the set of registers
 499   // that are appropriate for renaming.
 500   std::pair<std::multimap<unsigned,
 501                      AggressiveAntiDepState::RegisterReference>::iterator,
 502             std::multimap<unsigned,
 503                      AggressiveAntiDepState::RegisterReference>::iterator>
 504     Range = State->GetRegRefs().equal_range(Reg);
 505   for (std::multimap<unsigned,
 506        AggressiveAntiDepState::RegisterReference>::iterator Q = Range.first,
 507        QE = Range.second; Q != QE; ++Q) {
 508     const TargetRegisterClass *RC = Q->second.RC;
 509     if (RC == NULL) continue;
 510
 511     BitVector RCBV = TRI->getAllocatableSet(MF, RC);
 512     if (first) {
 513       BV |= RCBV;
 514       first = false;
 515     } else {
 516       BV &= RCBV;
 517     }
 518
 519     DEBUG(dbgs() << " " << RC->getName());
 520   }
 521
 522   return BV;
 523 }
 524
 525 bool AggressiveAntiDepBreaker::FindSuitableFreeRegisters(
 526                                 unsigned AntiDepGroupIndex,
 527                                 RenameOrderType& RenameOrder,
 528                                 std::map<unsigned, unsigned> &RenameMap) {
 529   std::vector<unsigned> &KillIndices = State->GetKillIndices();
 530   std::vector<unsigned> &DefIndices = State->GetDefIndices();
 531   std::multimap<unsigned, AggressiveAntiDepState::RegisterReference>&
 532     RegRefs = State->GetRegRefs();
 533
 534   // Collect all referenced registers in the same group as
 535   // AntiDepReg. These all need to be renamed together if we are to
 536   // break the anti-dependence.
 537   std::vector<unsigned> Regs;
 538   State->GetGroupRegs(AntiDepGroupIndex, Regs, &RegRefs);
 539   assert(Regs.size() > 0 && "Empty register group!");
 540   if (Regs.size() == 0)
 541     return false;
 542
 543   // Find the "superest" register in the group. At the same time,
 544   // collect the BitVector of registers that can be used to rename
 545   // each register.
 546   DEBUG(dbgs() << "\tRename Candidates for Group g" << AntiDepGroupIndex
 547         << ":\n");
 548   std::map<unsigned, BitVector> RenameRegisterMap;
 549   unsigned SuperReg = 0;
 550   for (unsigned i = 0, e = Regs.size(); i != e; ++i) {
 551     unsigned Reg = Regs[i];
 552     if ((SuperReg == 0) || TRI->isSuperRegister(SuperReg, Reg))
 553       SuperReg = Reg;
 554
 555     // If Reg has any references, then collect possible rename regs
 556     if (RegRefs.count(Reg) > 0) {
 557       DEBUG(dbgs() << "\t\t" << TRI->getName(Reg) << ":");
 558
 559       BitVector BV = GetRenameRegisters(Reg);
 560       RenameRegisterMap.insert(std::pair<unsigned, BitVector>(Reg, BV));
 561
 562       DEBUG(dbgs() << " ::");
 563       DEBUG(for (int r = BV.find_first(); r != -1; r = BV.find_next(r))
 564               dbgs() << " " << TRI->getName(r));
 565       DEBUG(dbgs() << "\n");
 566     }
 567   }
 568
 569   // All group registers should be a subreg of SuperReg.
 570   for (unsigned i = 0, e = Regs.size(); i != e; ++i) {
 571     unsigned Reg = Regs[i];
 572     if (Reg == SuperReg) continue;
 573     bool IsSub = TRI->isSubRegister(SuperReg, Reg);
 574     assert(IsSub && "Expecting group subregister");
 575     if (!IsSub)
 576       return false;
 577   }
 578
 579 #ifndef NDEBUG
 580   // If DebugDiv > 0 then only rename (renamecnt % DebugDiv) == DebugMod
 581   if (DebugDiv > 0) {
 582     static int renamecnt = 0;
 583     if (renamecnt++ % DebugDiv != DebugMod)
 584       return false;
 585
 586     dbgs() << "*** Performing rename " << TRI->getName(SuperReg) <<
 587       " for debug ***\n";
 588   }
 589 #endif
 590
 591   // Check each possible rename register for SuperReg in round-robin
 592   // order. If that register is available, and the corresponding
 593   // registers are available for the other group subregisters, then we
 594   // can use those registers to rename.
 595
 596   // FIXME: Using getMinimalPhysRegClass is very conservative. We should
 597   // check every use of the register and find the largest register class
 598   // that can be used in all of them.
 599   const TargetRegisterClass *SuperRC =
 600     TRI->getMinimalPhysRegClass(SuperReg, MVT::Other);
 601
 602   ArrayRef<MCPhysReg> Order = RegClassInfo.getOrder(SuperRC);
 603   if (Order.empty()) {
 604     DEBUG(dbgs() << "\tEmpty Super Regclass!!\n");
 605     return false;
 606   }
 607
 608   DEBUG(dbgs() << "\tFind Registers:");
 609
 610   if (RenameOrder.count(SuperRC) == 0)
 611     RenameOrder.insert(RenameOrderType::value_type(SuperRC, Order.size()));
 612
 613   unsigned OrigR = RenameOrder[SuperRC];
 614   unsigned EndR = ((OrigR == Order.size()) ? 0 : OrigR);
 615   unsigned R = OrigR;
 616   do {
 617     if (R == 0) R = Order.size();
 618     --R;
 619     const unsigned NewSuperReg = Order[R];
 620     // Don't consider non-allocatable registers
 621     if (!MRI.isAllocatable(NewSuperReg)) continue;
 622     // Don't replace a register with itself.
 623     if (NewSuperReg == SuperReg) continue;
 624
 625     DEBUG(dbgs() << " [" << TRI->getName(NewSuperReg) << ':');
 626     RenameMap.clear();
 627
 628     // For each referenced group register (which must be a SuperReg or
 629     // a subregister of SuperReg), find the corresponding subregister
 630     // of NewSuperReg and make sure it is free to be renamed.
 631     for (unsigned i = 0, e = Regs.size(); i != e; ++i) {
 632       unsigned Reg = Regs[i];
 633       unsigned NewReg = 0;
 634       if (Reg == SuperReg) {
 635         NewReg = NewSuperReg;
 636       } else {
 637         unsigned NewSubRegIdx = TRI->getSubRegIndex(SuperReg, Reg);
 638         if (NewSubRegIdx != 0)
 639           NewReg = TRI->getSubReg(NewSuperReg, NewSubRegIdx);
 640       }
 641
 642       DEBUG(dbgs() << " " << TRI->getName(NewReg));
 643
 644       // Check if Reg can be renamed to NewReg.
 645       BitVector BV = RenameRegisterMap[Reg];
 646       if (!BV.test(NewReg)) {
 647         DEBUG(dbgs() << "(no rename)");
 648         goto next_super_reg;
 649       }
 650
 651       // If NewReg is dead and NewReg's most recent def is not before
 652       // Regs's kill, it's safe to replace Reg with NewReg. We
 653       // must also check all aliases of NewReg, because we can't define a
 654       // register when any sub or super is already live.
 655       if (State->IsLive(NewReg) || (KillIndices[Reg] > DefIndices[NewReg])) {
 656         DEBUG(dbgs() << "(live)");
 657         goto next_super_reg;
 658       } else {
 659         bool found = false;
 660         for (MCRegAliasIterator AI(NewReg, TRI, false); AI.isValid(); ++AI) {
 661           unsigned AliasReg = *AI;
 662           if (State->IsLive(AliasReg) ||
 663               (KillIndices[Reg] > DefIndices[AliasReg])) {
 664             DEBUG(dbgs() << "(alias " << TRI->getName(AliasReg) << " live)");
 665             found = true;
 666             break;
 667           }
 668         }
 669         if (found)
 670           goto next_super_reg;
 671       }
 672
 673       // Record that 'Reg' can be renamed to 'NewReg'.
 674       RenameMap.insert(std::pair<unsigned, unsigned>(Reg, NewReg));
 675     }
 676
 677     // If we fall-out here, then every register in the group can be
 678     // renamed, as recorded in RenameMap.
 679     RenameOrder.erase(SuperRC);
 680     RenameOrder.insert(RenameOrderType::value_type(SuperRC, R));
 681     DEBUG(dbgs() << "]\n");
 682     return true;
 683
 684   next_super_reg:
 685     DEBUG(dbgs() << ']');
 686   } while (R != EndR);
 687
 688   DEBUG(dbgs() << '\n');
 689
 690   // No registers are free and available!
 691   return false;
 692 }
 693
 694 /// BreakAntiDependencies - Identifiy anti-dependencies within the
 695 /// ScheduleDAG and break them by renaming registers.
 696 ///
 697 unsigned AggressiveAntiDepBreaker::BreakAntiDependencies(
 698                               const std::vector<SUnit>& SUnits,
 699                               MachineBasicBlock::iterator Begin,
 700                               MachineBasicBlock::iterator End,
 701                               unsigned InsertPosIndex,
 702                               DbgValueVector &DbgValues) {
 703
 704   std::vector<unsigned> &KillIndices = State->GetKillIndices();
 705   std::vector<unsigned> &DefIndices = State->GetDefIndices();
 706   std::multimap<unsigned, AggressiveAntiDepState::RegisterReference>&
 707     RegRefs = State->GetRegRefs();
 708
 709   // The code below assumes that there is at least one instruction,
 710   // so just duck out immediately if the block is empty.
 711   if (SUnits.empty()) return 0;
 712
 713   // For each regclass the next register to use for renaming.
 714   RenameOrderType RenameOrder;
 715
 716   // ...need a map from MI to SUnit.
 717   std::map<MachineInstr *, const SUnit *> MISUnitMap;
 718   for (unsigned i = 0, e = SUnits.size(); i != e; ++i) {
 719     const SUnit *SU = &SUnits[i];
 720     MISUnitMap.insert(std::pair<MachineInstr *, const SUnit *>(SU->getInstr(),
 721                                                                SU));
 722   }
 723
 724   // Track progress along the critical path through the SUnit graph as
 725   // we walk the instructions. This is needed for regclasses that only
 726   // break critical-path anti-dependencies.
 727   const SUnit *CriticalPathSU = 0;
 728   MachineInstr *CriticalPathMI = 0;
 729   if (CriticalPathSet.any()) {
 730     for (unsigned i = 0, e = SUnits.size(); i != e; ++i) {
 731       const SUnit *SU = &SUnits[i];
 732       if (!CriticalPathSU ||
 733           ((SU->getDepth() + SU->Latency) >
 734            (CriticalPathSU->getDepth() + CriticalPathSU->Latency))) {
 735         CriticalPathSU = SU;
 736       }
 737     }
 738
 739     CriticalPathMI = CriticalPathSU->getInstr();
 740   }
 741
 742 #ifndef NDEBUG
 743   DEBUG(dbgs() << "\n===== Aggressive anti-dependency breaking\n");
 744   DEBUG(dbgs() << "Available regs:");
 745   for (unsigned Reg = 0; Reg < TRI->getNumRegs(); ++Reg) {
 746     if (!State->IsLive(Reg))
 747       DEBUG(dbgs() << " " << TRI->getName(Reg));
 748   }
 749   DEBUG(dbgs() << '\n');
 750 #endif
 751
 752   // Attempt to break anti-dependence edges. Walk the instructions
 753   // from the bottom up, tracking information about liveness as we go
 754   // to help determine which registers are available.
 755   unsigned Broken = 0;
 756   unsigned Count = InsertPosIndex - 1;
 757   for (MachineBasicBlock::iterator I = End, E = Begin;
 758        I != E; --Count) {
 759     MachineInstr *MI = --I;
 760
 761     if (MI->isDebugValue())
 762       continue;
 763
 764     DEBUG(dbgs() << "Anti: ");
 765     DEBUG(MI->dump());
 766
 767     std::set<unsigned> PassthruRegs;
 768     GetPassthruRegs(MI, PassthruRegs);
 769
 770     // Process the defs in MI...
 771     PrescanInstruction(MI, Count, PassthruRegs);
 772
 773     // The dependence edges that represent anti- and output-
 774     // dependencies that are candidates for breaking.
 775     std::vector<const SDep *> Edges;
 776     const SUnit *PathSU = MISUnitMap[MI];
 777     AntiDepEdges(PathSU, Edges);
 778
 779     // If MI is not on the critical path, then we don't rename
 780     // registers in the CriticalPathSet.
 781     BitVector *ExcludeRegs = NULL;
 782     if (MI == CriticalPathMI) {
 783       CriticalPathSU = CriticalPathStep(CriticalPathSU);
 784       CriticalPathMI = (CriticalPathSU) ? CriticalPathSU->getInstr() : 0;
 785     } else {
 786       ExcludeRegs = &CriticalPathSet;
 787     }
 788
 789     // Ignore KILL instructions (they form a group in ScanInstruction
 790     // but don't cause any anti-dependence breaking themselves)
 791     if (!MI->isKill()) {
 792       // Attempt to break each anti-dependency...
 793       for (unsigned i = 0, e = Edges.size(); i != e; ++i) {
 794         const SDep *Edge = Edges[i];
 795         SUnit *NextSU = Edge->getSUnit();
 796
 797         if ((Edge->getKind() != SDep::Anti) &&
 798             (Edge->getKind() != SDep::Output)) continue;
 799
 800         unsigned AntiDepReg = Edge->getReg();
 801         DEBUG(dbgs() << "\tAntidep reg: " << TRI->getName(AntiDepReg));
 802         assert(AntiDepReg != 0 && "Anti-dependence on reg0?");
 803
 804         if (!MRI.isAllocatable(AntiDepReg)) {
 805           // Don't break anti-dependencies on non-allocatable registers.
 806           DEBUG(dbgs() << " (non-allocatable)\n");
 807           continue;
 808         } else if ((ExcludeRegs != NULL) && ExcludeRegs->test(AntiDepReg)) {
 809           // Don't break anti-dependencies for critical path registers
 810           // if not on the critical path
 811           DEBUG(dbgs() << " (not critical-path)\n");
 812           continue;
 813         } else if (PassthruRegs.count(AntiDepReg) != 0) {
 814           // If the anti-dep register liveness "passes-thru", then
 815           // don't try to change it. It will be changed along with
 816           // the use if required to break an earlier antidep.
 817           DEBUG(dbgs() << " (passthru)\n");
 818           continue;
 819         } else {
 820           // No anti-dep breaking for implicit deps
 821           MachineOperand *AntiDepOp = MI->findRegisterDefOperand(AntiDepReg);
 822           assert(AntiDepOp != NULL &&
 823                  "Can't find index for defined register operand");
 824           if ((AntiDepOp == NULL) || AntiDepOp->isImplicit()) {
 825             DEBUG(dbgs() << " (implicit)\n");
 826             continue;
 827           }
 828
 829           // If the SUnit has other dependencies on the SUnit that
 830           // it anti-depends on, don't bother breaking the
 831           // anti-dependency since those edges would prevent such
 832           // units from being scheduled past each other
 833           // regardless.
 834           //
 835           // Also, if there are dependencies on other SUnits with the
 836           // same register as the anti-dependency, don't attempt to
 837           // break it.
 838           for (SUnit::const_pred_iterator P = PathSU->Preds.begin(),
 839                  PE = PathSU->Preds.end(); P != PE; ++P) {
 840             if (P->getSUnit() == NextSU ?
 841                 (P->getKind() != SDep::Anti || P->getReg() != AntiDepReg) :
 842                 (P->getKind() == SDep::Data && P->getReg() == AntiDepReg)) {
 843               AntiDepReg = 0;
 844               break;
 845             }
 846           }
 847           for (SUnit::const_pred_iterator P = PathSU->Preds.begin(),
 848                  PE = PathSU->Preds.end(); P != PE; ++P) {
 849             if ((P->getSUnit() == NextSU) && (P->getKind() != SDep::Anti) &&
 850                 (P->getKind() != SDep::Output)) {
 851               DEBUG(dbgs() << " (real dependency)\n");
 852               AntiDepReg = 0;
 853               break;
 854             } else if ((P->getSUnit() != NextSU) &&
 855                        (P->getKind() == SDep::Data) &&
 856                        (P->getReg() == AntiDepReg)) {
 857               DEBUG(dbgs() << " (other dependency)\n");
 858               AntiDepReg = 0;
 859               break;
 860             }
 861           }
 862
 863           if (AntiDepReg == 0) continue;
 864         }
 865
 866         assert(AntiDepReg != 0);
 867         if (AntiDepReg == 0) continue;
 868
 869         // Determine AntiDepReg's register group.
 870         const unsigned GroupIndex = State->GetGroup(AntiDepReg);
 871         if (GroupIndex == 0) {
 872           DEBUG(dbgs() << " (zero group)\n");
 873           continue;
 874         }
 875
 876         DEBUG(dbgs() << '\n');
 877
 878         // Look for a suitable register to use to break the anti-dependence.
 879         std::map<unsigned, unsigned> RenameMap;
 880         if (FindSuitableFreeRegisters(GroupIndex, RenameOrder, RenameMap)) {
 881           DEBUG(dbgs() << "\tBreaking anti-dependence edge on "
 882                 << TRI->getName(AntiDepReg) << ":");
 883
 884           // Handle each group register...
 885           for (std::map<unsigned, unsigned>::iterator
 886                  S = RenameMap.begin(), E = RenameMap.end(); S != E; ++S) {
 887             unsigned CurrReg = S->first;
 888             unsigned NewReg = S->second;
 889
 890             DEBUG(dbgs() << " " << TRI->getName(CurrReg) << "->" <<
 891                   TRI->getName(NewReg) << "(" <<
 892                   RegRefs.count(CurrReg) << " refs)");
 893
 894             // Update the references to the old register CurrReg to
 895             // refer to the new register NewReg.
 896             std::pair<std::multimap<unsigned,
 897                            AggressiveAntiDepState::RegisterReference>::iterator,
 898                       std::multimap<unsigned,
 899                            AggressiveAntiDepState::RegisterReference>::iterator>
 900               Range = RegRefs.equal_range(CurrReg);
 901             for (std::multimap<unsigned,
 902                  AggressiveAntiDepState::RegisterReference>::iterator
 903                    Q = Range.first, QE = Range.second; Q != QE; ++Q) {
 904               Q->second.Operand->setReg(NewReg);
 905               // If the SU for the instruction being updated has debug
 906               // information related to the anti-dependency register, make
 907               // sure to update that as well.
 908               const SUnit *SU = MISUnitMap[Q->second.Operand->getParent()];
 909               if (!SU) continue;
 910               for (DbgValueVector::iterator DVI = DbgValues.begin(),
 911                      DVE = DbgValues.end(); DVI != DVE; ++DVI)
 912                 if (DVI->second == Q->second.Operand->getParent())
 913                   UpdateDbgValue(DVI->first, AntiDepReg, NewReg);
 914             }
 915
 916             // We just went back in time and modified history; the
 917             // liveness information for CurrReg is now inconsistent. Set
 918             // the state as if it were dead.
 919             State->UnionGroups(NewReg, 0);
 920             RegRefs.erase(NewReg);
 921             DefIndices[NewReg] = DefIndices[CurrReg];
 922             KillIndices[NewReg] = KillIndices[CurrReg];
 923
 924             State->UnionGroups(CurrReg, 0);
 925             RegRefs.erase(CurrReg);
 926             DefIndices[CurrReg] = KillIndices[CurrReg];
 927             KillIndices[CurrReg] = ~0u;
 928             assert(((KillIndices[CurrReg] == ~0u) !=
 929                     (DefIndices[CurrReg] == ~0u)) &&
 930                    "Kill and Def maps aren't consistent for AntiDepReg!");
 931           }
 932
 933           ++Broken;
 934           DEBUG(dbgs() << '\n');
 935         }
 936       }
 937     }
 938
 939     ScanInstruction(MI, Count);
 940   }
 941
 942   return Broken;
 943 }