lib/Transforms/Scalar/LoopUnrollPass.cpp

   1 //===-- LoopUnroll.cpp - Loop unroller pass -------------------------------===//
   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 pass implements a simple loop unroller.  It works best when loops have
  11 // been canonicalized by the -indvars pass, allowing it to determine the trip
  12 // counts of loops easily.
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #define DEBUG_TYPE "loop-unroll"
  16 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
  17 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  18 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
  19 #include "llvm/Analysis/InlineCost.h"
  20 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
  21 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  22 #include "llvm/Support/Debug.h"
  23 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  24 #include "llvm/Transforms/Utils/UnrollLoop.h"
  25 #include <climits>
  26
  27 using namespace llvm;
  28
  29 static cl::opt<unsigned>
  30 UnrollThreshold("unroll-threshold", cl::init(200), cl::Hidden,
  31   cl::desc("The cut-off point for automatic loop unrolling"));
  32
  33 static cl::opt<unsigned>
  34 UnrollCount("unroll-count", cl::init(0), cl::Hidden,
  35   cl::desc("Use this unroll count for all loops, for testing purposes"));
  36
  37 static cl::opt<bool>
  38 UnrollAllowPartial("unroll-allow-partial", cl::init(false), cl::Hidden,
  39   cl::desc("Allows loops to be partially unrolled until "
  40            "-unroll-threshold loop size is reached."));
  41
  42 namespace {
  43   class LoopUnroll : public LoopPass {
  44   public:
  45     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
  46     LoopUnroll() : LoopPass(ID) {}
  47
  48     /// A magic value for use with the Threshold parameter to indicate
  49     /// that the loop unroll should be performed regardless of how much
  50     /// code expansion would result.
  51     static const unsigned NoThreshold = UINT_MAX;
  52
  53     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
  54
  55     /// This transformation requires natural loop information & requires that
  56     /// loop preheaders be inserted into the CFG...
  57     ///
  58     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  59       AU.addRequired<LoopInfo>();
  60       AU.addPreserved<LoopInfo>();
  61       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
  62       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
  63       AU.addRequiredID(LCSSAID);
  64       AU.addPreservedID(LCSSAID);
  65       // FIXME: Loop unroll requires LCSSA. And LCSSA requires dom info.
  66       // If loop unroll does not preserve dom info then LCSSA pass on next
  67       // loop will receive invalid dom info.
  68       // For now, recreate dom info, if loop is unrolled.
  69       AU.addPreserved<DominatorTree>();
  70       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
  71       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
  72     }
  73   };
  74 }
  75
  76 char LoopUnroll::ID = 0;
  77 INITIALIZE_PASS(LoopUnroll, "loop-unroll", "Unroll loops", false, false);
  78
  79 Pass *llvm::createLoopUnrollPass() { return new LoopUnroll(); }
  80
  81 /// ApproximateLoopSize - Approximate the size of the loop.
  82 static unsigned ApproximateLoopSize(const Loop *L, unsigned &NumCalls) {
  83   CodeMetrics Metrics;
  84   for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end();
  85        I != E; ++I)
  86     Metrics.analyzeBasicBlock(*I);
  87   NumCalls = Metrics.NumCalls;
  88   return Metrics.NumInsts;
  89 }
  90
  91 bool LoopUnroll::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
  92   LoopInfo *LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
  93
  94   BasicBlock *Header = L->getHeader();
  95   DEBUG(dbgs() << "Loop Unroll: F[" << Header->getParent()->getName()
  96         << "] Loop %" << Header->getName() << "\n");
  97   (void)Header;
  98
  99   // Find trip count
 100   unsigned TripCount = L->getSmallConstantTripCount();
 101   unsigned Count = UnrollCount;
 102
 103   // Automatically select an unroll count.
 104   if (Count == 0) {
 105     // Conservative heuristic: if we know the trip count, see if we can
 106     // completely unroll (subject to the threshold, checked below); otherwise
 107     // try to find greatest modulo of the trip count which is still under
 108     // threshold value.
 109     if (TripCount == 0)
 110       return false;
 111     Count = TripCount;
 112   }
 113
 114   // Enforce the threshold.
 115   if (UnrollThreshold != NoThreshold) {
 116     unsigned NumCalls;
 117     unsigned LoopSize = ApproximateLoopSize(L, NumCalls);
 118     DEBUG(dbgs() << "  Loop Size = " << LoopSize << "\n");
 119     if (NumCalls != 0) {
 120       DEBUG(dbgs() << "  Not unrolling loop with function calls.\n");
 121       return false;
 122     }
 123     uint64_t Size = (uint64_t)LoopSize*Count;
 124     if (TripCount != 1 && Size > UnrollThreshold) {
 125       DEBUG(dbgs() << "  Too large to fully unroll with count: " << Count
 126             << " because size: " << Size << ">" << UnrollThreshold << "\n");
 127       if (!UnrollAllowPartial) {
 128         DEBUG(dbgs() << "  will not try to unroll partially because "
 129               << "-unroll-allow-partial not given\n");
 130         return false;
 131       }
 132       // Reduce unroll count to be modulo of TripCount for partial unrolling
 133       Count = UnrollThreshold / LoopSize;
 134       while (Count != 0 && TripCount%Count != 0) {
 135         Count--;
 136       }
 137       if (Count < 2) {
 138         DEBUG(dbgs() << "  could not unroll partially\n");
 139         return false;
 140       }
 141       DEBUG(dbgs() << "  partially unrolling with count: " << Count << "\n");
 142     }
 143   }
 144
 145   // Unroll the loop.
 146   Function *F = L->getHeader()->getParent();
 147   if (!UnrollLoop(L, Count, LI, &LPM))
 148     return false;
 149
 150   // FIXME: Reconstruct dom info, because it is not preserved properly.
 151   DominatorTree *DT = getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>();
 152   if (DT) {
 153     DT->runOnFunction(*F);
 154     DominanceFrontier *DF = getAnalysisIfAvailable<DominanceFrontier>();
 155     if (DF)
 156       DF->runOnFunction(*F);
 157   }
 158   return true;
 159 }