contrib/llvm/lib/Target/X86/X86FixupLEAs.cpp

   1 //===-- X86FixupLEAs.cpp - use or replace LEA 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 //
  10 // This file defines the pass which will find  instructions  which
  11 // can be re-written as LEA instructions in order to reduce pipeline
  12 // delays for some models of the Intel Atom family.
  13 //
  14 //===----------------------------------------------------------------------===//
  15
  16 #define DEBUG_TYPE "x86-fixup-LEAs"
  17 #include "X86.h"
  18 #include "X86InstrInfo.h"
  19 #include "X86Subtarget.h"
  20 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  21 #include "llvm/CodeGen/LiveVariables.h"
  22 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
  23 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
  24 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
  25 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  26 #include "llvm/Support/Debug.h"
  27 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  28 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  29 using namespace llvm;
  30
  31 STATISTIC(NumLEAs, "Number of LEA instructions created");
  32
  33 namespace {
  34   class FixupLEAPass : public MachineFunctionPass {
  35     enum RegUsageState { RU_NotUsed, RU_Write, RU_Read };
  36     static char ID;
  37     /// \brief Loop over all of the instructions in the basic block
  38     /// replacing applicable instructions with LEA instructions,
  39     /// where appropriate.
  40     bool processBasicBlock(MachineFunction &MF, MachineFunction::iterator MFI);
  41
  42     virtual const char *getPassName() const { return "X86 Atom LEA Fixup";}
  43
  44     /// \brief Given a machine register, look for the instruction
  45     /// which writes it in the current basic block. If found,
  46     /// try to replace it with an equivalent LEA instruction.
  47     /// If replacement succeeds, then also process the the newly created
  48     /// instruction.
  49     void  seekLEAFixup(MachineOperand& p, MachineBasicBlock::iterator& I,
  50                       MachineFunction::iterator MFI);
  51
  52     /// \brief Given a memory access or LEA instruction
  53     /// whose address mode uses a base and/or index register, look for
  54     /// an opportunity to replace the instruction which sets the base or index
  55     /// register with an equivalent LEA instruction.
  56     void processInstruction(MachineBasicBlock::iterator& I,
  57                             MachineFunction::iterator MFI);
  58
  59     /// \brief Determine if an instruction references a machine register
  60     /// and, if so, whether it reads or writes the register.
  61     RegUsageState usesRegister(MachineOperand& p,
  62                                MachineBasicBlock::iterator I);
  63
  64     /// \brief Step backwards through a basic block, looking
  65     /// for an instruction which writes a register within
  66     /// a maximum of INSTR_DISTANCE_THRESHOLD instruction latency cycles.
  67     MachineBasicBlock::iterator searchBackwards(MachineOperand& p,
  68                                                 MachineBasicBlock::iterator& I,
  69                                                 MachineFunction::iterator MFI);
  70
  71     /// \brief if an instruction can be converted to an
  72     /// equivalent LEA, insert the new instruction into the basic block
  73     /// and return a pointer to it. Otherwise, return zero.
  74     MachineInstr* postRAConvertToLEA(MachineFunction::iterator &MFI,
  75                                      MachineBasicBlock::iterator &MBBI) const;
  76
  77   public:
  78     FixupLEAPass() : MachineFunctionPass(ID) {}
  79
  80     /// \brief Loop over all of the basic blocks,
  81     /// replacing instructions by equivalent LEA instructions
  82     /// if needed and when possible.
  83     virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
  84
  85   private:
  86     MachineFunction *MF;
  87     const TargetMachine *TM;
  88     const TargetInstrInfo *TII; // Machine instruction info.
  89
  90   };
  91   char FixupLEAPass::ID = 0;
  92 }
  93
  94 MachineInstr *
  95 FixupLEAPass::postRAConvertToLEA(MachineFunction::iterator &MFI,
  96                                  MachineBasicBlock::iterator &MBBI) const {
  97   MachineInstr* MI = MBBI;
  98   MachineInstr* NewMI;
  99   switch (MI->getOpcode()) {
 100   case X86::MOV32rr:
 101   case X86::MOV64rr: {
 102     const MachineOperand& Src = MI->getOperand(1);
 103     const MachineOperand& Dest = MI->getOperand(0);
 104     NewMI = BuildMI(*MF, MI->getDebugLoc(),
 105       TII->get( MI->getOpcode() == X86::MOV32rr ? X86::LEA32r : X86::LEA64r))
 106       .addOperand(Dest)
 107       .addOperand(Src).addImm(1).addReg(0).addImm(0).addReg(0);
 108     MFI->insert(MBBI, NewMI);   // Insert the new inst
 109     return NewMI;
 110   }
 111   case X86::ADD64ri32:
 112   case X86::ADD64ri8:
 113   case X86::ADD64ri32_DB:
 114   case X86::ADD64ri8_DB:
 115   case X86::ADD32ri:
 116   case X86::ADD32ri8:
 117   case X86::ADD32ri_DB:
 118   case X86::ADD32ri8_DB:
 119   case X86::ADD16ri:
 120   case X86::ADD16ri8:
 121   case X86::ADD16ri_DB:
 122   case X86::ADD16ri8_DB:
 123     if (!MI->getOperand(2).isImm()) {
 124       // convertToThreeAddress will call getImm()
 125       // which requires isImm() to be true
 126       return 0;
 127     }
 128     break;
 129   case X86::ADD16rr:
 130   case X86::ADD16rr_DB:
 131     if (MI->getOperand(1).getReg() != MI->getOperand(2).getReg()) {
 132       // if src1 != src2, then convertToThreeAddress will
 133       // need to create a Virtual register, which we cannot do
 134       // after register allocation.
 135       return 0;
 136     }
 137   }
 138   return TII->convertToThreeAddress(MFI, MBBI, 0);
 139 }
 140
 141 FunctionPass *llvm::createX86FixupLEAs() {
 142   return new FixupLEAPass();
 143 }
 144
 145 bool FixupLEAPass::runOnMachineFunction(MachineFunction &Func) {
 146   MF = &Func;
 147   TII = Func.getTarget().getInstrInfo();
 148   TM = &MF->getTarget();
 149
 150   DEBUG(dbgs() << "Start X86FixupLEAs\n";);
 151   // Process all basic blocks.
 152   for (MachineFunction::iterator I = Func.begin(), E = Func.end(); I != E; ++I)
 153     processBasicBlock(Func, I);
 154   DEBUG(dbgs() << "End X86FixupLEAs\n";);
 155
 156   return true;
 157 }
 158
 159 FixupLEAPass::RegUsageState FixupLEAPass::usesRegister(MachineOperand& p,
 160                                 MachineBasicBlock::iterator I) {
 161   RegUsageState RegUsage = RU_NotUsed;
 162   MachineInstr* MI = I;
 163
 164   for (unsigned int i = 0; i < MI->getNumOperands(); ++i) {
 165     MachineOperand& opnd = MI->getOperand(i);
 166     if (opnd.isReg() && opnd.getReg() == p.getReg()){
 167       if (opnd.isDef())
 168         return RU_Write;
 169       RegUsage = RU_Read;
 170     }
 171   }
 172   return RegUsage;
 173 }
 174
 175 /// getPreviousInstr - Given a reference to an instruction in a basic
 176 /// block, return a reference to the previous instruction in the block,
 177 /// wrapping around to the last instruction of the block if the block
 178 /// branches to itself.
 179 static inline bool getPreviousInstr(MachineBasicBlock::iterator& I,
 180                                     MachineFunction::iterator MFI) {
 181   if (I == MFI->begin()) {
 182     if (MFI->isPredecessor(MFI)) {
 183       I = --MFI->end();
 184       return true;
 185     }
 186     else
 187       return false;
 188   }
 189   --I;
 190   return true;
 191 }
 192
 193 MachineBasicBlock::iterator FixupLEAPass::searchBackwards(MachineOperand& p,
 194                                    MachineBasicBlock::iterator& I,
 195                                    MachineFunction::iterator MFI) {
 196   int InstrDistance = 1;
 197   MachineBasicBlock::iterator CurInst;
 198   static const int INSTR_DISTANCE_THRESHOLD = 5;
 199
 200   CurInst = I;
 201   bool Found;
 202   Found = getPreviousInstr(CurInst, MFI);
 203   while( Found && I != CurInst) {
 204     if (CurInst->isCall() || CurInst->isInlineAsm())
 205       break;
 206     if (InstrDistance > INSTR_DISTANCE_THRESHOLD)
 207       break; // too far back to make a difference
 208     if (usesRegister(p, CurInst) == RU_Write){
 209       return CurInst;
 210     }
 211     InstrDistance += TII->getInstrLatency(TM->getInstrItineraryData(), CurInst);
 212     Found = getPreviousInstr(CurInst, MFI);
 213   }
 214   return 0;
 215 }
 216
 217 void FixupLEAPass::processInstruction(MachineBasicBlock::iterator& I,
 218                                       MachineFunction::iterator MFI) {
 219   // Process a load, store, or LEA instruction.
 220   MachineInstr *MI = I;
 221   int opcode = MI->getOpcode();
 222   const MCInstrDesc& Desc = MI->getDesc();
 223   int AddrOffset = X86II::getMemoryOperandNo(Desc.TSFlags, opcode);
 224   if (AddrOffset >= 0) {
 225     AddrOffset += X86II::getOperandBias(Desc);
 226     MachineOperand& p = MI->getOperand(AddrOffset + X86::AddrBaseReg);
 227     if (p.isReg() && p.getReg() != X86::ESP) {
 228       seekLEAFixup(p, I, MFI);
 229     }
 230     MachineOperand& q = MI->getOperand(AddrOffset + X86::AddrIndexReg);
 231     if (q.isReg() && q.getReg() != X86::ESP) {
 232       seekLEAFixup(q, I, MFI);
 233     }
 234   }
 235 }
 236
 237 void FixupLEAPass::seekLEAFixup(MachineOperand& p,
 238                                 MachineBasicBlock::iterator& I,
 239                                 MachineFunction::iterator MFI) {
 240   MachineBasicBlock::iterator MBI = searchBackwards(p, I, MFI);
 241   if (MBI) {
 242     MachineInstr* NewMI = postRAConvertToLEA(MFI, MBI);
 243     if (NewMI) {
 244       ++NumLEAs;
 245       DEBUG(dbgs() << "Candidate to replace:"; MBI->dump(););
 246       // now to replace with an equivalent LEA...
 247       DEBUG(dbgs() << "Replaced by: "; NewMI->dump(););
 248       MFI->erase(MBI);
 249       MachineBasicBlock::iterator J =
 250                              static_cast<MachineBasicBlock::iterator> (NewMI);
 251       processInstruction(J, MFI);
 252     }
 253   }
 254 }
 255
 256 bool FixupLEAPass::processBasicBlock(MachineFunction &MF,
 257                                      MachineFunction::iterator MFI) {
 258
 259   for (MachineBasicBlock::iterator I = MFI->begin(); I != MFI->end(); ++I)
 260     processInstruction(I, MFI);
 261   return false;
 262 }