Added RegisterCoalescer to required passes for PBQP.
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / RegisterScavenging.cpp
index 15592128480e2a2655f4f217489b196ea5334b91..f012ff882e8452d1524080dc736981e1f95dc341 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/MachineFrameInfo.h"
 #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/Support/ErrorHandling.h"
+#include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
+#include "llvm/ADT/DenseMap.h"
+#include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
+#include "llvm/ADT/SmallVector.h"
 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
 using namespace llvm;
 
+/// setUsed - Set the register and its sub-registers as being used.
+void RegScavenger::setUsed(unsigned Reg) {
+  RegsAvailable.reset(Reg);
+
+  for (const unsigned *SubRegs = TRI->getSubRegisters(Reg);
+       unsigned SubReg = *SubRegs; ++SubRegs)
+    RegsAvailable.reset(SubReg);
+}
+
+/// setUnused - Set the register and its sub-registers as being unused.
+void RegScavenger::setUnused(unsigned Reg, const MachineInstr *MI) {
+  RegsAvailable.set(Reg);
+
+  for (const unsigned *SubRegs = TRI->getSubRegisters(Reg);
+       unsigned SubReg = *SubRegs; ++SubRegs)
+    RegsAvailable.set(SubReg);
+}
+
+bool RegScavenger::isAliasUsed(unsigned Reg) const {
+  if (isUsed(Reg))
+    return true;
+  for (const unsigned *R = TRI->getAliasSet(Reg); *R; ++R)
+    if (isUsed(*R))
+      return true;
+  return false;
+}
+
+void RegScavenger::initRegState() {
+  ScavengedReg = 0;
+  ScavengedRC = NULL;
+  ScavengeRestore = NULL;
+
+  // All registers started out unused.
+  RegsAvailable.set();
+
+  // Reserved registers are always used.
+  RegsAvailable ^= ReservedRegs;
+
+  // Live-in registers are in use.
+  if (!MBB || MBB->livein_empty())
+    return;
+  for (MachineBasicBlock::const_livein_iterator I = MBB->livein_begin(),
+         E = MBB->livein_end(); I != E; ++I)
+    setUsed(*I);
+}
+
 void RegScavenger::enterBasicBlock(MachineBasicBlock *mbb) {
-  const MachineFunction &MF = *mbb->getParent();
+  MachineFunction &MF = *mbb->getParent();
   const TargetMachine &TM = MF.getTarget();
   TII = TM.getInstrInfo();
-  RegInfo = TM.getRegisterInfo();
+  TRI = TM.getRegisterInfo();
+  MRI = &MF.getRegInfo();
 
-  assert((NumPhysRegs == 0 || NumPhysRegs == RegInfo->getNumRegs()) &&
+  assert((NumPhysRegs == 0 || NumPhysRegs == TRI->getNumRegs()) &&
          "Target changed?");
 
+  // Self-initialize.
   if (!MBB) {
-    NumPhysRegs = RegInfo->getNumRegs();
+    NumPhysRegs = TRI->getNumRegs();
     RegsAvailable.resize(NumPhysRegs);
 
     // Create reserved registers bitvector.
-    ReservedRegs = RegInfo->getReservedRegs(MF);
+    ReservedRegs = TRI->getReservedRegs(MF);
 
     // Create callee-saved registers bitvector.
     CalleeSavedRegs.resize(NumPhysRegs);
-    const unsigned *CSRegs = RegInfo->getCalleeSavedRegs();
+    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;
-
-  // All registers started out unused.
-  RegsAvailable.set();
-
-  // 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);
+  // RS used within emit{Pro,Epi}logue()
+  if (mbb != MBB) {
+    MBB = mbb;
+    initRegState();
+  }
 
   Tracking = false;
 }
 
 void RegScavenger::restoreScavengedReg() {
-  if (!ScavengedReg)
-    return;
-
-  RegInfo->loadRegFromStackSlot(*MBB, MBBI, ScavengedReg,
-                                ScavengingFrameIndex, ScavengedRC);
+  TII->loadRegFromStackSlot(*MBB, MBBI, ScavengedReg,
+                            ScavengingFrameIndex, ScavengedRC);
   MachineBasicBlock::iterator II = prior(MBBI);
-  RegInfo->eliminateFrameIndex(II, 0, this);
+  TRI->eliminateFrameIndex(II, 0, this);
   setUsed(ScavengedReg);
   ScavengedReg = 0;
   ScavengedRC = NULL;
 }
 
+#ifndef NDEBUG
+/// 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) {
+    MachineOperand &UseMO = UI.getOperand();
+    if (UseMO.isReg() && UseMO.isUndef())
+      continue;
+    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;
+}
+#endif
+
+void RegScavenger::addRegWithSubRegs(BitVector &BV, unsigned Reg) {
+  BV.set(Reg);
+  for (const unsigned *R = TRI->getSubRegisters(Reg); *R; R++)
+    BV.set(*R);
+}
+
+void RegScavenger::addRegWithAliases(BitVector &BV, unsigned Reg) {
+  BV.set(Reg);
+  for (const unsigned *R = TRI->getAliasSet(Reg); *R; R++)
+    BV.set(*R);
+}
+
 void RegScavenger::forward() {
   // Move ptr forward.
   if (!Tracking) {
@@ -93,92 +185,65 @@ void RegScavenger::forward() {
 
   MachineInstr *MI = MBBI;
 
-  // Reaching a terminator instruction. Restore a scavenged register (which
-  // must be life out.
-  if (TII->isTerminatorInstr(MI->getOpcode()))
-    restoreScavengedReg();
+  if (MI == ScavengeRestore) {
+    ScavengedReg = 0;
+    ScavengedRC = NULL;
+    ScavengeRestore = NULL;
+  }
 
-  // Process uses first.
-  BitVector ChangedRegs(NumPhysRegs);
+  // Find out which registers are early clobbered, killed, defined, and marked
+  // def-dead in this instruction.
+  BitVector EarlyClobberRegs(NumPhysRegs);
+  BitVector KillRegs(NumPhysRegs);
+  BitVector DefRegs(NumPhysRegs);
+  BitVector DeadRegs(NumPhysRegs);
   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
-    if (!MO.isRegister() || !MO.isUse())
+    if (!MO.isReg() || MO.isUndef())
       continue;
     unsigned Reg = MO.getReg();
-    if (Reg == 0)
+    if (!Reg || isReserved(Reg))
       continue;
-    if (!isUsed(Reg)) {
-      // Register has been scavenged. Restore it!
-      if (Reg != ScavengedReg)
-        assert(false && "Using an undefined register!");
+
+    if (MO.isUse()) {
+      // Two-address operands implicitly kill.
+      if (MO.isKill() || MI->isRegTiedToDefOperand(i))
+        addRegWithSubRegs(KillRegs, Reg);
+    } else {
+      assert(MO.isDef());
+      if (MO.isDead())
+        addRegWithSubRegs(DeadRegs, Reg);
       else
-        restoreScavengedReg();
+        addRegWithSubRegs(DefRegs, Reg);
+      if (MO.isEarlyClobber())
+        addRegWithAliases(EarlyClobberRegs, Reg);
     }
-    if (MO.isKill() && !isReserved(Reg))
-      ChangedRegs.set(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();
+  // Verify uses and defs.
   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
-    if (!MO.isRegister() || !MO.isDef())
+    if (!MO.isReg() || MO.isUndef())
       continue;
     unsigned Reg = MO.getReg();
-    // If it's dead upon def, then it is now free.
-    if (MO.isDead()) {
-      setUnused(Reg);
+    if (!Reg || isReserved(Reg))
       continue;
-    }
-    // Skip two-address destination operand.
-    if (TID->findTiedToSrcOperand(i) != -1) {
+    if (MO.isUse()) {
       assert(isUsed(Reg) && "Using an undefined register!");
-      continue;
+      assert(!EarlyClobberRegs.test(Reg) &&
+             "Using an early clobbered register!");
+    } else {
+      assert(MO.isDef());
+      assert((KillRegs.test(Reg) || isUnused(Reg) ||
+              isLiveInButUnusedBefore(Reg, MI, MBB, TRI, MRI)) &&
+             "Re-defining a live register!");
     }
-    assert((isUnused(Reg) || isReserved(Reg)) &&
-           "Re-defining a live register!");
-    setUsed(Reg);
-  }
-}
-
-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();
-  for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
-    const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
-    if (!MO.isRegister() || !MO.isDef())
-      continue;
-    // Skip two-address destination operand.
-    if (TID->findTiedToSrcOperand(i) != -1)
-      continue;
-    unsigned Reg = MO.getReg();
-    assert(isUsed(Reg));
-    if (!isReserved(Reg))
-      setUnused(Reg);
   }
 
-  // Process uses.
-  BitVector ChangedRegs(NumPhysRegs);
-  for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
-    const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
-    if (!MO.isRegister() || !MO.isUse())
-      continue;
-    unsigned Reg = MO.getReg();
-    if (Reg == 0)
-      continue;
-    assert(isUnused(Reg) || isReserved(Reg));
-    ChangedRegs.set(Reg);
-  }
-  setUsed(ChangedRegs);
+  // Commit the changes.
+  setUnused(KillRegs);
+  setUnused(DeadRegs);
+  setUsed(DefRegs);
 }
 
 void RegScavenger::getRegsUsed(BitVector &used, bool includeReserved) {
@@ -228,19 +293,41 @@ unsigned RegScavenger::FindUnusedReg(const TargetRegisterClass *RegClass,
   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) {
-  unsigned Dist = 0;
-  I = next(I);
-  while (I != MBB->end()) {
-    Dist++;
-    if (I->findRegisterUseOperandIdx(Reg) != -1)
-        return Dist;
-    I = next(I);    
+/// DistanceMap - Keep track the distance of an MI from the current position.
+typedef DenseMap<MachineInstr*, unsigned> DistanceMap;
+
+/// Build a distance map for instructions from I to E.
+static void buildDistanceMap(DistanceMap &DM,
+                             MachineBasicBlock::iterator I,
+                             MachineBasicBlock::iterator E) {
+  DM.clear();
+  for (unsigned d = 0; I != E; ++I, ++d)
+    DM.insert(DistanceMap::value_type(I, d));
+}
+
+/// findFirstUse - Calculate the distance to the first use of the
+/// specified register in the range covered by DM.
+static MachineInstr *findFirstUse(const MachineBasicBlock *MBB,
+                                  const DistanceMap &DM,
+                                  unsigned Reg,
+                                  unsigned &Dist) {
+  const MachineRegisterInfo *MRI = &MBB->getParent()->getRegInfo();
+  MachineInstr *UseMI = 0;
+  Dist = ~0U;
+  for (MachineRegisterInfo::reg_iterator RI = MRI->reg_begin(Reg),
+         RE = MRI->reg_end(); RI != RE; ++RI) {
+    MachineInstr *UDMI = &*RI;
+    if (UDMI->getParent() != MBB)
+      continue;
+    DistanceMap::const_iterator DI = DM.find(UDMI);
+    if (DI == DM.end())
+      continue;
+    if (DI->second < Dist) {
+      Dist = DI->second;
+      UseMI = UDMI;
+    }
   }
-  return Dist + 1;
+  return UseMI;
 }
 
 unsigned RegScavenger::scavengeRegister(const TargetRegisterClass *RC,
@@ -252,40 +339,77 @@ unsigned RegScavenger::scavengeRegister(const TargetRegisterClass *RC,
   // Mask off the registers which are not in the TargetRegisterClass.
   BitVector Candidates(NumPhysRegs, false);
   CreateRegClassMask(RC, Candidates);
-  Candidates ^= ReservedRegs;  // Do not include reserved registers.
+  // Do not include reserved registers.
+  Candidates ^= ReservedRegs & Candidates;
 
   // 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())
+    if (MO.isReg())
       Candidates.reset(MO.getReg());
   }
 
-  // Find the register whose use is furtherest aaway.
+  // Prepare to call findFirstUse() a number of times.
+  DistanceMap DM;
+  buildDistanceMap(DM, I, MBB->end());
+
+  // Find the register whose use is furthest away.
   unsigned SReg = 0;
   unsigned MaxDist = 0;
+  MachineInstr *MaxUseMI = 0;
   int Reg = Candidates.find_first();
   while (Reg != -1) {
-    unsigned Dist = calcDistanceToUse(MBB, I, Reg);
+    unsigned Dist;
+    MachineInstr *UseMI = findFirstUse(MBB, DM, Reg, Dist);
+    for (const unsigned *AS = TRI->getAliasSet(Reg); *AS; ++AS) {
+      unsigned AsDist;
+      MachineInstr *AsUseMI = findFirstUse(MBB, DM, *AS, AsDist);
+      if (AsDist < Dist) {
+        Dist = AsDist;
+        UseMI = AsUseMI;
+      }
+    }
+
+    // If we found an unused register that is defined by a later instruction,
+    // there is no reason to spill it. We have probably found a callee-saved
+    // register that has been saved in the prologue, but happens to be unused at
+    // this point.
+    if (!isAliasUsed(Reg) && UseMI != NULL)
+      return Reg;
+
     if (Dist >= MaxDist) {
       MaxDist = Dist;
+      MaxUseMI = UseMI;
       SReg = Reg;
     }
     Reg = Candidates.find_next(Reg);
   }
 
-  if (ScavengedReg != 0) {
-    // First restore previously scavenged register.
-    RegInfo->loadRegFromStackSlot(*MBB, I, ScavengedReg,
-                                  ScavengingFrameIndex, ScavengedRC);
-    MachineBasicBlock::iterator II = prior(I);
-    RegInfo->eliminateFrameIndex(II, SPAdj, this);
+  assert(ScavengedReg == 0 &&
+         "Scavenger slot is live, unable to scavenge another register!");
+
+  // Avoid infinite regress
+  ScavengedReg = SReg;
+
+  // Make sure SReg is marked as used. It could be considered available
+  // if it is one of the callee saved registers, but hasn't been spilled.
+  if (!isUsed(SReg)) {
+    MBB->addLiveIn(SReg);
+    setUsed(SReg);
   }
 
-  RegInfo->storeRegToStackSlot(*MBB, I, SReg, ScavengingFrameIndex, RC);
+  // Spill the scavenged register before I.
+  TII->storeRegToStackSlot(*MBB, I, SReg, true, ScavengingFrameIndex, RC);
   MachineBasicBlock::iterator II = prior(I);
-  RegInfo->eliminateFrameIndex(II, SPAdj, this);
-  ScavengedReg = SReg;
+  TRI->eliminateFrameIndex(II, SPAdj, this);
+
+  // Restore the scavenged register before its use (or first terminator).
+  II = MaxUseMI
+    ? MachineBasicBlock::iterator(MaxUseMI) : MBB->getFirstTerminator();
+  TII->loadRegFromStackSlot(*MBB, II, SReg, ScavengingFrameIndex, RC);
+  ScavengeRestore = prior(II);
+  // Doing this here leads to infinite regress.
+  // ScavengedReg = SReg;
   ScavengedRC = RC;
 
   return SReg;