Simplify some getNode calls.
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / RegisterScavenging.cpp
index 3ee0f97f779c29311df854a272a20496c0d876e8..e8329781ac3d7cca5c4b43ec9ac73c9b1db5d439 100644 (file)
@@ -2,15 +2,15 @@
 //
 //                     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.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineBasicBlock.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
-#include "llvm/Target/MRegisterInfo.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
+#include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
+#include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
 using namespace llvm;
 
-RegScavenger::RegScavenger(MachineBasicBlock *mbb)
-  : MBB(mbb), MBBIInited(false) {
-  const MachineFunction &MF = *MBB->getParent();
+/// RedefinesSuperRegPart - Return true if the specified register is redefining
+/// part of a super-register.
+static bool RedefinesSuperRegPart(const MachineInstr *MI, unsigned SubReg,
+                                  const TargetRegisterInfo *TRI) {
+  bool SeenSuperUse = false;
+  bool SeenSuperDef = false;
+  for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+    const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
+    if (!MO.isRegister())
+      continue;
+    if (TRI->isSuperRegister(SubReg, MO.getReg())) {
+      if (MO.isUse())
+        SeenSuperUse = true;
+      else if (MO.isImplicit())
+        SeenSuperDef = true;
+    }
+  }
+
+  return SeenSuperDef && SeenSuperUse;
+}
+
+static bool RedefinesSuperRegPart(const MachineInstr *MI,
+                                  const MachineOperand &MO,
+                                  const TargetRegisterInfo *TRI) {
+  assert(MO.isRegister() && MO.isDef() && "Not a register def!");
+  return RedefinesSuperRegPart(MI, MO.getReg(), TRI);
+}
+
+/// setUsed - Set the register and its sub-registers as being used.
+void RegScavenger::setUsed(unsigned Reg, bool ImpDef) {
+  RegsAvailable.reset(Reg);
+  ImplicitDefed[Reg] = ImpDef;
+
+  for (const unsigned *SubRegs = TRI->getSubRegisters(Reg);
+       unsigned SubReg = *SubRegs; ++SubRegs) {
+    RegsAvailable.reset(SubReg);
+    ImplicitDefed[SubReg] = ImpDef;
+  }
+}
+
+/// setUnused - Set the register and its sub-registers as being unused.
+void RegScavenger::setUnused(unsigned Reg, const MachineInstr *MI) {
+  RegsAvailable.set(Reg);
+  ImplicitDefed.reset(Reg);
+
+  for (const unsigned *SubRegs = TRI->getSubRegisters(Reg);
+       unsigned SubReg = *SubRegs; ++SubRegs)
+    if (!RedefinesSuperRegPart(MI, Reg, TRI)) {
+      RegsAvailable.set(SubReg);
+      ImplicitDefed.reset(SubReg);
+    }
+}
+
+void RegScavenger::enterBasicBlock(MachineBasicBlock *mbb) {
+  const MachineFunction &MF = *mbb->getParent();
   const TargetMachine &TM = MF.getTarget();
-  const MRegisterInfo *RegInfo = TM.getRegisterInfo();
+  TII = TM.getInstrInfo();
+  TRI = TM.getRegisterInfo();
+  MRI = &MF.getRegInfo();
+
+  assert((NumPhysRegs == 0 || NumPhysRegs == TRI->getNumRegs()) &&
+         "Target changed?");
+
+  if (!MBB) {
+    NumPhysRegs = TRI->getNumRegs();
+    RegsAvailable.resize(NumPhysRegs);
+    ImplicitDefed.resize(NumPhysRegs);
+
+    // Create reserved registers bitvector.
+    ReservedRegs = TRI->getReservedRegs(MF);
 
-  NumPhysRegs = RegInfo->getNumRegs();
-  RegStates.resize(NumPhysRegs, true);
+    // Create callee-saved registers bitvector.
+    CalleeSavedRegs.resize(NumPhysRegs);
+    const unsigned *CSRegs = TRI->getCalleeSavedRegs();
+    if (CSRegs != NULL)
+      for (unsigned i = 0; CSRegs[i]; ++i)
+        CalleeSavedRegs.set(CSRegs[i]);
+  }
+
+  MBB = mbb;
+  ScavengedReg = 0;
+  ScavengedRC = NULL;
 
-  // Create reserved registers bitvector.
-  ReservedRegs = RegInfo->getReservedRegs(MF);
-  RegStates ^= ReservedRegs;
+  // All registers started out unused.
+  RegsAvailable.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]);
+  // Reserved registers are always used.
+  RegsAvailable ^= ReservedRegs;
 
   // 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);
+
+  Tracking = false;
+}
+
+void RegScavenger::restoreScavengedReg() {
+  if (!ScavengedReg)
+    return;
+
+  TII->loadRegFromStackSlot(*MBB, MBBI, ScavengedReg,
+                            ScavengingFrameIndex, ScavengedRC);
+  MachineBasicBlock::iterator II = prior(MBBI);
+  TRI->eliminateFrameIndex(II, 0, this);
+  setUsed(ScavengedReg);
+  ScavengedReg = 0;
+  ScavengedRC = NULL;
+}
+
+/// isLiveInButUnusedBefore - Return true if register is livein the MBB not
+/// not used before it reaches the MI that defines register.
+static bool isLiveInButUnusedBefore(unsigned Reg, MachineInstr *MI,
+                                    MachineBasicBlock *MBB,
+                                    const TargetRegisterInfo *TRI,
+                                    MachineRegisterInfo* MRI) {
+  // First check if register is livein.
+  bool isLiveIn = false;
+  for (MachineBasicBlock::const_livein_iterator I = MBB->livein_begin(),
+         E = MBB->livein_end(); I != E; ++I)
+    if (Reg == *I || TRI->isSuperRegister(Reg, *I)) {
+      isLiveIn = true;
+      break;
+    }
+  if (!isLiveIn)
+    return false;
+
+  // Is there any use of it before the specified MI?
+  SmallPtrSet<MachineInstr*, 4> UsesInMBB;
+  for (MachineRegisterInfo::use_iterator UI = MRI->use_begin(Reg),
+         UE = MRI->use_end(); UI != UE; ++UI) {
+    MachineInstr *UseMI = &*UI;
+    if (UseMI->getParent() == MBB)
+      UsesInMBB.insert(UseMI);
+  }
+  if (UsesInMBB.empty())
+    return true;
+
+  for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB->begin(), E = MI; I != E; ++I)
+    if (UsesInMBB.count(&*I))
+      return false;
+  return true;
 }
 
 void RegScavenger::forward() {
-  assert(MBBI != MBB->end() && "Already at the end of the basic block!");
   // Move ptr forward.
-  if (!MBBIInited) {
+  if (!Tracking) {
     MBBI = MBB->begin();
-    MBBIInited = true;
-  } else
+    Tracking = true;
+  } else {
+    assert(MBBI != MBB->end() && "Already at the end of the basic block!");
     MBBI = next(MBBI);
+  }
 
   MachineInstr *MI = MBBI;
+  const TargetInstrDesc &TID = MI->getDesc();
+
+  // Reaching a terminator instruction. Restore a scavenged register (which
+  // must be life out.
+  if (TID.isTerminator())
+    restoreScavengedReg();
+
   // Process uses first.
   BitVector ChangedRegs(NumPhysRegs);
   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
-    if (!MO.isReg() || !MO.isUse())
+    if (!MO.isRegister() || !MO.isUse())
       continue;
+
     unsigned Reg = MO.getReg();
-    if (Reg == 0)
-      continue;
-    assert(isUsed(Reg));
-    if (MO.isKill() && !isReserved(Reg))
+    if (Reg == 0) continue;
+
+    if (!isUsed(Reg)) {
+      // Register has been scavenged. Restore it!
+      if (Reg != ScavengedReg)
+        assert(false && "Using an undefined register!");
+      else
+        restoreScavengedReg();
+    }
+
+    if (MO.isKill() && !isReserved(Reg)) {
       ChangedRegs.set(Reg);
+
+      // Mark sub-registers as changed if they aren't defined in the same
+      // instruction.
+      for (const unsigned *SubRegs = TRI->getSubRegisters(Reg);
+           unsigned SubReg = *SubRegs; ++SubRegs)
+        ChangedRegs.set(SubReg);
+    }
   }
+
   // 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();
+  bool IsImpDef = MI->getOpcode() == TargetInstrInfo::IMPLICIT_DEF;
   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
-    if (!MO.isReg() || !MO.isDef())
+
+    if (!MO.isRegister() || !MO.isDef())
       continue;
+
     unsigned Reg = MO.getReg();
+
+    // If it's dead upon def, then it is now free.
+    if (MO.isDead()) {
+      setUnused(Reg, MI);
+      continue;
+    }
+
     // Skip two-address destination operand.
-    if (TID->findTiedToSrcOperand(i) != -1) {
-      assert(isUsed(Reg));
+    if (TID.findTiedToSrcOperand(i) != -1) {
+      assert(isUsed(Reg) && "Using an undefined register!");
       continue;
     }
-    assert(isUnused(Reg) || isReserved(Reg));
-    if (!MO.isDead())
-      setUsed(Reg);
+
+    // Skip is this is merely redefining part of a super-register.
+    if (RedefinesSuperRegPart(MI, MO, TRI))
+      continue;
+
+    // Implicit def is allowed to "re-define" any register. Similarly,
+    // implicitly defined registers can be clobbered.
+    assert((isReserved(Reg) || isUnused(Reg) ||
+            IsImpDef || isImplicitlyDefined(Reg) ||
+            isLiveInButUnusedBefore(Reg, MI, MBB, TRI, MRI)) &&
+           "Re-defining a live register!");
+    setUsed(Reg, IsImpDef);
   }
 }
 
 void RegScavenger::backward() {
+  assert(Tracking && "Not tracking states!");
   assert(MBBI != MBB->begin() && "Already at start of basic block!");
   // Move ptr backward.
   MBBI = prior(MBBI);
 
   MachineInstr *MI = MBBI;
   // Process defs first.
-  const TargetInstrDescriptor *TID = MI->getInstrDescriptor();
+  const TargetInstrDesc &TID = MI->getDesc();
   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
-    if (!MO.isReg() || !MO.isDef())
+    if (!MO.isRegister() || !MO.isDef())
       continue;
     // Skip two-address destination operand.
-    if (TID->findTiedToSrcOperand(i) != -1)
+    if (TID.findTiedToSrcOperand(i) != -1)
       continue;
     unsigned Reg = MO.getReg();
     assert(isUsed(Reg));
     if (!isReserved(Reg))
-      setUnused(Reg);
+      setUnused(Reg, MI);
   }
 
   // Process uses.
   BitVector ChangedRegs(NumPhysRegs);
   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
-    if (!MO.isReg() || !MO.isUse())
+    if (!MO.isRegister() || !MO.isUse())
       continue;
     unsigned Reg = MO.getReg();
     if (Reg == 0)
       continue;
     assert(isUnused(Reg) || isReserved(Reg));
     ChangedRegs.set(Reg);
+
+    // Set the sub-registers as "used".
+    for (const unsigned *SubRegs = TRI->getSubRegisters(Reg);
+         unsigned SubReg = *SubRegs; ++SubRegs)
+      ChangedRegs.set(SubReg);
   }
   setUsed(ChangedRegs);
 }
 
-void RegScavenger::forward(MachineBasicBlock::iterator I) {
-  while (MBBI != I)
-    forward();
-}
-
-void RegScavenger::backward(MachineBasicBlock::iterator I) {
-  while (MBBI != I)
-    backward();
+void RegScavenger::getRegsUsed(BitVector &used, bool includeReserved) {
+  if (includeReserved)
+    used = ~RegsAvailable;
+  else
+    used = ~RegsAvailable & ~ReservedRegs;
 }
 
 /// CreateRegClassMask - Set the bits that represent the registers in the
@@ -151,19 +316,98 @@ static void CreateRegClassMask(const TargetRegisterClass *RC, BitVector &Mask) {
     Mask.set(*I);
 }
 
+unsigned RegScavenger::FindUnusedReg(const TargetRegisterClass *RegClass,
+                                     const BitVector &Candidates) const {
+  // Mask off the registers which are not in the TargetRegisterClass.
+  BitVector RegsAvailableCopy(NumPhysRegs, false);
+  CreateRegClassMask(RegClass, RegsAvailableCopy);
+  RegsAvailableCopy &= RegsAvailable;
+
+  // Restrict the search to candidates.
+  RegsAvailableCopy &= Candidates;
+
+  // Returns the first unused (bit is set) register, or 0 is none is found.
+  int Reg = RegsAvailableCopy.find_first();
+  return (Reg == -1) ? 0 : Reg;
+}
+
 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;
+  BitVector RegsAvailableCopy(NumPhysRegs, false);
+  CreateRegClassMask(RegClass, RegsAvailableCopy);
+  RegsAvailableCopy &= RegsAvailable;
 
   // If looking for a non-callee-saved register, mask off all the callee-saved
   // registers.
   if (ExCalleeSaved)
-    RegStatesCopy &= ~CalleeSavedRegs;
+    RegsAvailableCopy &= ~CalleeSavedRegs;
 
   // Returns the first unused (bit is set) register, or 0 is none is found.
-  int Reg = RegStatesCopy.find_first();
+  int Reg = RegsAvailableCopy.find_first();
   return (Reg == -1) ? 0 : Reg;
 }
+
+/// calcDistanceToUse - Calculate the distance to the first use of the
+/// specified register.
+static unsigned calcDistanceToUse(MachineBasicBlock *MBB,
+                                  MachineBasicBlock::iterator I, unsigned Reg,
+                                  const TargetRegisterInfo *TRI) {
+  unsigned Dist = 0;
+  I = next(I);
+  while (I != MBB->end()) {
+    Dist++;
+    if (I->readsRegister(Reg, TRI))
+        return Dist;
+    I = next(I);    
+  }
+  return Dist + 1;
+}
+
+unsigned RegScavenger::scavengeRegister(const TargetRegisterClass *RC,
+                                        MachineBasicBlock::iterator I,
+                                        int SPAdj) {
+  assert(ScavengingFrameIndex >= 0 &&
+         "Cannot scavenge a register without an emergency spill slot!");
+
+  // Mask off the registers which are not in the TargetRegisterClass.
+  BitVector Candidates(NumPhysRegs, false);
+  CreateRegClassMask(RC, Candidates);
+  Candidates ^= ReservedRegs;  // Do not include reserved registers.
+
+  // 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.isRegister())
+      Candidates.reset(MO.getReg());
+  }
+
+  // Find the register whose use is furthest away.
+  unsigned SReg = 0;
+  unsigned MaxDist = 0;
+  int Reg = Candidates.find_first();
+  while (Reg != -1) {
+    unsigned Dist = calcDistanceToUse(MBB, I, Reg, TRI);
+    if (Dist >= MaxDist) {
+      MaxDist = Dist;
+      SReg = Reg;
+    }
+    Reg = Candidates.find_next(Reg);
+  }
+
+  if (ScavengedReg != 0) {
+    // First restore previously scavenged register.
+    TII->loadRegFromStackSlot(*MBB, I, ScavengedReg,
+                              ScavengingFrameIndex, ScavengedRC);
+    MachineBasicBlock::iterator II = prior(I);
+    TRI->eliminateFrameIndex(II, SPAdj, this);
+  }
+
+  TII->storeRegToStackSlot(*MBB, I, SReg, true, ScavengingFrameIndex, RC);
+  MachineBasicBlock::iterator II = prior(I);
+  TRI->eliminateFrameIndex(II, SPAdj, this);
+  ScavengedReg = SReg;
+  ScavengedRC = RC;
+
+  return SReg;
+}