Revert r253790: it breaks all builds for some reason.
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / RegisterScavenging.cpp
index 0938e3a04e6f742eed75f60f0ee3cf9862cf7f03..8fa1bf74b7e24704ba770cf26441b310b55fdd8a 100644 (file)
 //
 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
-// This file was developed by the Evan Cheng and is distributed under the
-// University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
+// This file is distributed under the University of Illinois Open Source
+// License. See LICENSE.TXT for details.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
 // This file implements the machine register scavenger. It can provide
-// information such as unused register at any point in a machine basic block.
-// It also provides a mechanism to make registers availbale by evicting them
-// to spill slots.
+// information, such as unused registers, at any point in a machine basic block.
+// It also provides a mechanism to make registers available by evicting them to
+// spill slots.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#define DEBUG_TYPE "reg-scavenging"
 #include "llvm/CodeGen/RegisterScavenging.h"
-#include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineBasicBlock.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
-#include "llvm/Target/MRegisterInfo.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
+#include "llvm/Support/Debug.h"
+#include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
+#include "llvm/Support/raw_ostream.h"
 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
-#include "llvm/Target/TargetMachine.h"
+#include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
+#include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
 using namespace llvm;
 
-RegScavenger::RegScavenger(MachineBasicBlock *mbb)
-  : MBB(mbb), MBBI(mbb->begin()) {
-  const MachineFunction &MF = *MBB->getParent();
-  const TargetMachine &TM = MF.getTarget();
-  const MRegisterInfo *RegInfo = TM.getRegisterInfo();
+#define DEBUG_TYPE "reg-scavenging"
 
-  NumPhysRegs = RegInfo->getNumRegs();
-  RegStates.resize(NumPhysRegs, true);
+/// setUsed - Set the register units of this register as used.
+void RegScavenger::setRegUsed(unsigned Reg, LaneBitmask LaneMask) {
+  for (MCRegUnitMaskIterator RUI(Reg, TRI); RUI.isValid(); ++RUI) {
+    LaneBitmask UnitMask = (*RUI).second;
+    if (UnitMask == 0 || (LaneMask & UnitMask) != 0)
+      RegUnitsAvailable.reset((*RUI).first);
+  }
+}
+
+void RegScavenger::initRegState() {
+  for (SmallVectorImpl<ScavengedInfo>::iterator I = Scavenged.begin(),
+         IE = Scavenged.end(); I != IE; ++I) {
+    I->Reg = 0;
+    I->Restore = nullptr;
+  }
 
-  // Create reserved registers bitvector.
-  ReservedRegs = RegInfo->getReservedRegs(MF);
-  RegStates ^= ReservedRegs;
+  // All register units start out unused.
+  RegUnitsAvailable.set();
 
-  // Create callee-saved registers bitvector.
-  CalleeSavedRegs.resize(NumPhysRegs);
-  const unsigned *CSRegs = RegInfo->getCalleeSavedRegs();
-  if (CSRegs != NULL)
-    for (unsigned i = 0; CSRegs[i]; ++i)
-      CalleeSavedRegs.set(CSRegs[i]);
+  if (!MBB)
+    return;
 
   // Live-in registers are in use.
-  if (!MBB->livein_empty())
-    for (MachineBasicBlock::const_livein_iterator I = MBB->livein_begin(),
-           E = MBB->livein_end(); I != E; ++I)
-      setUsed(*I);
+  for (const auto &LI : MBB->liveins())
+    setRegUsed(LI.PhysReg, LI.LaneMask);
+
+  // Pristine CSRs are also unavailable.
+  const MachineFunction &MF = *MBB->getParent();
+  BitVector PR = MF.getFrameInfo()->getPristineRegs(MF);
+  for (int I = PR.find_first(); I>0; I = PR.find_next(I))
+    setRegUsed(I);
 }
 
-void RegScavenger::forward() {
+void RegScavenger::enterBasicBlock(MachineBasicBlock *mbb) {
+  MachineFunction &MF = *mbb->getParent();
+  TII = MF.getSubtarget().getInstrInfo();
+  TRI = MF.getSubtarget().getRegisterInfo();
+  MRI = &MF.getRegInfo();
+
+  assert((NumRegUnits == 0 || NumRegUnits == TRI->getNumRegUnits()) &&
+         "Target changed?");
+
+  // It is not possible to use the register scavenger after late optimization
+  // passes that don't preserve accurate liveness information.
+  assert(MRI->tracksLiveness() &&
+         "Cannot use register scavenger with inaccurate liveness");
+
+  // Self-initialize.
+  if (!MBB) {
+    NumRegUnits = TRI->getNumRegUnits();
+    RegUnitsAvailable.resize(NumRegUnits);
+    KillRegUnits.resize(NumRegUnits);
+    DefRegUnits.resize(NumRegUnits);
+    TmpRegUnits.resize(NumRegUnits);
+  }
+
+  MBB = mbb;
+  initRegState();
+
+  Tracking = false;
+}
+
+void RegScavenger::addRegUnits(BitVector &BV, unsigned Reg) {
+  for (MCRegUnitIterator RUI(Reg, TRI); RUI.isValid(); ++RUI)
+    BV.set(*RUI);
+}
+
+void RegScavenger::determineKillsAndDefs() {
+  assert(Tracking && "Must be tracking to determine kills and defs");
+
   MachineInstr *MI = MBBI;
-  // Process uses first.
-  BitVector ChangedRegs(NumPhysRegs);
+  assert(!MI->isDebugValue() && "Debug values have no kills or defs");
+
+  // Find out which registers are early clobbered, killed, defined, and marked
+  // def-dead in this instruction.
+  KillRegUnits.reset();
+  DefRegUnits.reset();
   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
-    if (!MO.isReg() || !MO.isUse())
+    if (MO.isRegMask()) {
+      
+      TmpRegUnits.clear();
+      for (unsigned RU = 0, RUEnd = TRI->getNumRegUnits(); RU != RUEnd; ++RU) {
+        for (MCRegUnitRootIterator RURI(RU, TRI); RURI.isValid(); ++RURI) {
+          if (MO.clobbersPhysReg(*RURI)) {
+            TmpRegUnits.set(RU);
+            break;
+          }
+        }
+      }
+      
+      // Apply the mask.
+      KillRegUnits |= TmpRegUnits;
+    }
+    if (!MO.isReg())
       continue;
     unsigned Reg = MO.getReg();
-    if (Reg == 0)
+    if (!Reg || TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) || isReserved(Reg))
       continue;
-    assert(isUsed(Reg));
-    if (MO.isKill() && !isReserved(Reg))
-      ChangedRegs.set(Reg);
+
+    if (MO.isUse()) {
+      // Ignore undef uses.
+      if (MO.isUndef())
+        continue;
+      if (MO.isKill())
+        addRegUnits(KillRegUnits, Reg);
+    } else {
+      assert(MO.isDef());
+      if (MO.isDead())
+        addRegUnits(KillRegUnits, Reg);
+      else
+        addRegUnits(DefRegUnits, Reg);
+    }
   }
-  // Change states of all registers after all the uses are processed to guard
-  // against multiple uses.
-  setUnused(ChangedRegs);
+}
 
-  // Process defs.
-  const TargetInstrDescriptor *TID = MI->getInstrDescriptor();
-  for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
-    const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
-    if (!MO.isReg() || !MO.isDef())
-      continue;
-    // Skip two-address destination operand.
-    if (TID->findTiedToSrcOperand(i) != -1)
-      continue;
-    unsigned Reg = MO.getReg();
-    assert(isUnused(Reg) || isReserved(Reg));
-    if (!MO.isDead())
-      setUsed(Reg);
+void RegScavenger::unprocess() {
+  assert(Tracking && "Cannot unprocess because we're not tracking");
+
+  MachineInstr *MI = MBBI;
+  if (!MI->isDebugValue()) {
+    determineKillsAndDefs();
+
+    // Commit the changes.
+    setUsed(KillRegUnits);
+    setUnused(DefRegUnits);
   }
 
-  ++MBBI;
+  if (MBBI == MBB->begin()) {
+    MBBI = MachineBasicBlock::iterator(nullptr);
+    Tracking = false;
+  } else
+    --MBBI;
 }
 
-void RegScavenger::backward() {
-  MachineInstr *MI = --MBBI;
-  // Process defs first.
-  const TargetInstrDescriptor *TID = MI->getInstrDescriptor();
-  for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
-    const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
-    if (!MO.isReg() || !MO.isDef())
-      continue;
-    // Skip two-address destination operand.
-    if (TID->findTiedToSrcOperand(i) != -1)
+void RegScavenger::forward() {
+  // Move ptr forward.
+  if (!Tracking) {
+    MBBI = MBB->begin();
+    Tracking = true;
+  } else {
+    assert(MBBI != MBB->end() && "Already past the end of the basic block!");
+    MBBI = std::next(MBBI);
+  }
+  assert(MBBI != MBB->end() && "Already at the end of the basic block!");
+
+  MachineInstr *MI = MBBI;
+
+  for (SmallVectorImpl<ScavengedInfo>::iterator I = Scavenged.begin(),
+         IE = Scavenged.end(); I != IE; ++I) {
+    if (I->Restore != MI)
       continue;
-    unsigned Reg = MO.getReg();
-    assert(isUsed(Reg));
-    if (!isReserved(Reg))
-      setUnused(Reg);
+
+    I->Reg = 0;
+    I->Restore = nullptr;
   }
 
-  // Process uses.
-  BitVector ChangedRegs(NumPhysRegs);
+  if (MI->isDebugValue())
+    return;
+
+  determineKillsAndDefs();
+
+  // Verify uses and defs.
+#ifndef NDEBUG
   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
-    if (!MO.isReg() || !MO.isUse())
+    if (!MO.isReg())
       continue;
     unsigned Reg = MO.getReg();
-    if (Reg == 0)
+    if (!Reg || TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) || isReserved(Reg))
       continue;
-    assert(isUnused(Reg) || isReserved(Reg));
-    ChangedRegs.set(Reg);
+    if (MO.isUse()) {
+      if (MO.isUndef())
+        continue;
+      if (!isRegUsed(Reg)) {
+        // Check if it's partial live: e.g.
+        // D0 = insert_subreg D0<undef>, S0
+        // ... D0
+        // The problem is the insert_subreg could be eliminated. The use of
+        // D0 is using a partially undef value. This is not *incorrect* since
+        // S1 is can be freely clobbered.
+        // Ideally we would like a way to model this, but leaving the
+        // insert_subreg around causes both correctness and performance issues.
+        bool SubUsed = false;
+        for (MCSubRegIterator SubRegs(Reg, TRI); SubRegs.isValid(); ++SubRegs)
+          if (isRegUsed(*SubRegs)) {
+            SubUsed = true;
+            break;
+          }
+        bool SuperUsed = false;
+        for (MCSuperRegIterator SR(Reg, TRI); SR.isValid(); ++SR) {
+          if (isRegUsed(*SR)) {
+            SuperUsed = true;
+            break;
+          }
+        }
+        if (!SubUsed && !SuperUsed) {
+          MBB->getParent()->verify(nullptr, "In Register Scavenger");
+          llvm_unreachable("Using an undefined register!");
+        }
+        (void)SubUsed;
+        (void)SuperUsed;
+      }
+    } else {
+      assert(MO.isDef());
+#if 0
+      // FIXME: Enable this once we've figured out how to correctly transfer
+      // implicit kills during codegen passes like the coalescer.
+      assert((KillRegs.test(Reg) || isUnused(Reg) ||
+              isLiveInButUnusedBefore(Reg, MI, MBB, TRI, MRI)) &&
+             "Re-defining a live register!");
+#endif
+    }
+  }
+#endif // NDEBUG
+
+  // Commit the changes.
+  setUnused(KillRegUnits);
+  setUsed(DefRegUnits);
+}
+
+bool RegScavenger::isRegUsed(unsigned Reg, bool includeReserved) const {
+  if (includeReserved && isReserved(Reg))
+    return true;
+  for (MCRegUnitIterator RUI(Reg, TRI); RUI.isValid(); ++RUI)
+    if (!RegUnitsAvailable.test(*RUI))
+      return true;
+  return false;
+}
+
+unsigned RegScavenger::FindUnusedReg(const TargetRegisterClass *RC) const {
+  for (TargetRegisterClass::iterator I = RC->begin(), E = RC->end();
+       I != E; ++I)
+    if (!isRegUsed(*I)) {
+      DEBUG(dbgs() << "Scavenger found unused reg: " << TRI->getName(*I) <<
+            "\n");
+      return *I;
+    }
+  return 0;
+}
+
+/// getRegsAvailable - Return all available registers in the register class
+/// in Mask.
+BitVector RegScavenger::getRegsAvailable(const TargetRegisterClass *RC) {
+  BitVector Mask(TRI->getNumRegs());
+  for (TargetRegisterClass::iterator I = RC->begin(), E = RC->end();
+       I != E; ++I)
+    if (!isRegUsed(*I))
+      Mask.set(*I);
+  return Mask;
+}
+
+/// findSurvivorReg - Return the candidate register that is unused for the
+/// longest after StartMII. UseMI is set to the instruction where the search
+/// stopped.
+///
+/// No more than InstrLimit instructions are inspected.
+///
+unsigned RegScavenger::findSurvivorReg(MachineBasicBlock::iterator StartMI,
+                                       BitVector &Candidates,
+                                       unsigned InstrLimit,
+                                       MachineBasicBlock::iterator &UseMI) {
+  int Survivor = Candidates.find_first();
+  assert(Survivor > 0 && "No candidates for scavenging");
+
+  MachineBasicBlock::iterator ME = MBB->getFirstTerminator();
+  assert(StartMI != ME && "MI already at terminator");
+  MachineBasicBlock::iterator RestorePointMI = StartMI;
+  MachineBasicBlock::iterator MI = StartMI;
+
+  bool inVirtLiveRange = false;
+  for (++MI; InstrLimit > 0 && MI != ME; ++MI, --InstrLimit) {
+    if (MI->isDebugValue()) {
+      ++InstrLimit; // Don't count debug instructions
+      continue;
+    }
+    bool isVirtKillInsn = false;
+    bool isVirtDefInsn = false;
+    // Remove any candidates touched by instruction.
+    for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+      const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
+      if (MO.isRegMask())
+        Candidates.clearBitsNotInMask(MO.getRegMask());
+      if (!MO.isReg() || MO.isUndef() || !MO.getReg())
+        continue;
+      if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg())) {
+        if (MO.isDef())
+          isVirtDefInsn = true;
+        else if (MO.isKill())
+          isVirtKillInsn = true;
+        continue;
+      }
+      for (MCRegAliasIterator AI(MO.getReg(), TRI, true); AI.isValid(); ++AI)
+        Candidates.reset(*AI);
+    }
+    // If we're not in a virtual reg's live range, this is a valid
+    // restore point.
+    if (!inVirtLiveRange) RestorePointMI = MI;
+
+    // Update whether we're in the live range of a virtual register
+    if (isVirtKillInsn) inVirtLiveRange = false;
+    if (isVirtDefInsn) inVirtLiveRange = true;
+
+    // Was our survivor untouched by this instruction?
+    if (Candidates.test(Survivor))
+      continue;
+
+    // All candidates gone?
+    if (Candidates.none())
+      break;
+
+    Survivor = Candidates.find_first();
   }
-  setUsed(ChangedRegs);
+  // If we ran off the end, that's where we want to restore.
+  if (MI == ME) RestorePointMI = ME;
+  assert (RestorePointMI != StartMI &&
+          "No available scavenger restore location!");
+
+  // We ran out of candidates, so stop the search.
+  UseMI = RestorePointMI;
+  return Survivor;
 }
 
-/// CreateRegClassMask - Set the bits that represent the registers in the
-/// TargetRegisterClass.
-static void CreateRegClassMask(const TargetRegisterClass *RC, BitVector &Mask) {
-  for (TargetRegisterClass::iterator I = RC->begin(), E = RC->end(); I != E;
-       ++I)
-    Mask.set(*I);
+static unsigned getFrameIndexOperandNum(MachineInstr *MI) {
+  unsigned i = 0;
+  while (!MI->getOperand(i).isFI()) {
+    ++i;
+    assert(i < MI->getNumOperands() &&
+           "Instr doesn't have FrameIndex operand!");
+  }
+  return i;
 }
 
-unsigned RegScavenger::FindUnusedReg(const TargetRegisterClass *RegClass,
-                                     bool ExCalleeSaved) const {
-  // Mask off the registers which are not in the TargetRegisterClass.
-  BitVector RegStatesCopy(NumPhysRegs, false);
-  CreateRegClassMask(RegClass, RegStatesCopy);
-  RegStatesCopy &= RegStates;
-
-  // If looking for a non-callee-saved register, mask off all the callee-saved
-  // registers.
-  if (ExCalleeSaved)
-    RegStatesCopy &= ~CalleeSavedRegs;
-
-  // Returns the first unused (bit is set) register, or 0 is none is found.
-  int Reg = RegStatesCopy.find_first();
-  return (Reg == -1) ? 0 : Reg;
+unsigned RegScavenger::scavengeRegister(const TargetRegisterClass *RC,
+                                        MachineBasicBlock::iterator I,
+                                        int SPAdj) {
+  // Consider all allocatable registers in the register class initially
+  BitVector Candidates =
+    TRI->getAllocatableSet(*I->getParent()->getParent(), RC);
+
+  // Exclude all the registers being used by the instruction.
+  for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+    MachineOperand &MO = I->getOperand(i);
+    if (MO.isReg() && MO.getReg() != 0 && !(MO.isUse() && MO.isUndef()) &&
+        !TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg()))
+      Candidates.reset(MO.getReg());
+  }
+
+  // Try to find a register that's unused if there is one, as then we won't
+  // have to spill.
+  BitVector Available = getRegsAvailable(RC);
+  Available &= Candidates;
+  if (Available.any())
+    Candidates = Available;
+
+  // Find the register whose use is furthest away.
+  MachineBasicBlock::iterator UseMI;
+  unsigned SReg = findSurvivorReg(I, Candidates, 25, UseMI);
+
+  // If we found an unused register there is no reason to spill it.
+  if (!isRegUsed(SReg)) {
+    DEBUG(dbgs() << "Scavenged register: " << TRI->getName(SReg) << "\n");
+    return SReg;
+  }
+
+  // Find an available scavenging slot.
+  unsigned SI;
+  for (SI = 0; SI < Scavenged.size(); ++SI)
+    if (Scavenged[SI].Reg == 0)
+      break;
+
+  if (SI == Scavenged.size()) {
+    // We need to scavenge a register but have no spill slot, the target
+    // must know how to do it (if not, we'll assert below).
+    Scavenged.push_back(ScavengedInfo());
+  }
+
+  // Avoid infinite regress
+  Scavenged[SI].Reg = SReg;
+
+  // If the target knows how to save/restore the register, let it do so;
+  // otherwise, use the emergency stack spill slot.
+  if (!TRI->saveScavengerRegister(*MBB, I, UseMI, RC, SReg)) {
+    // Spill the scavenged register before I.
+    assert(Scavenged[SI].FrameIndex >= 0 &&
+           "Cannot scavenge register without an emergency spill slot!");
+    TII->storeRegToStackSlot(*MBB, I, SReg, true, Scavenged[SI].FrameIndex,
+                             RC, TRI);
+    MachineBasicBlock::iterator II = std::prev(I);
+
+    unsigned FIOperandNum = getFrameIndexOperandNum(II);
+    TRI->eliminateFrameIndex(II, SPAdj, FIOperandNum, this);
+
+    // Restore the scavenged register before its use (or first terminator).
+    TII->loadRegFromStackSlot(*MBB, UseMI, SReg, Scavenged[SI].FrameIndex,
+                              RC, TRI);
+    II = std::prev(UseMI);
+
+    FIOperandNum = getFrameIndexOperandNum(II);
+    TRI->eliminateFrameIndex(II, SPAdj, FIOperandNum, this);
+  }
+
+  Scavenged[SI].Restore = std::prev(UseMI);
+
+  // Doing this here leads to infinite regress.
+  // Scavenged[SI].Reg = SReg;
+
+  DEBUG(dbgs() << "Scavenged register (with spill): " << TRI->getName(SReg) <<
+        "\n");
+
+  return SReg;
 }