OSDN Git Service

MI-Sched: Adjust regpressure limits for reserved regs.
[android-x86/external-llvm.git] / lib / CodeGen / MachineScheduler.cpp
1 //===- MachineScheduler.cpp - Machine Instruction Scheduler ---------------===//
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 // MachineScheduler schedules machine instructions after phi elimination. It
11 // preserves LiveIntervals so it can be invoked before register allocation.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #define DEBUG_TYPE "misched"
16
17 #include "llvm/CodeGen/MachineScheduler.h"
18 #include "llvm/ADT/OwningPtr.h"
19 #include "llvm/ADT/PriorityQueue.h"
20 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
21 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
22 #include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
23 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
24 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
25 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
26 #include "llvm/CodeGen/RegisterClassInfo.h"
27 #include "llvm/CodeGen/ScheduleDFS.h"
28 #include "llvm/CodeGen/ScheduleHazardRecognizer.h"
29 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
30 #include "llvm/Support/Debug.h"
31 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
32 #include "llvm/Support/GraphWriter.h"
33 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
34 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
35 #include <queue>
36
37 using namespace llvm;
38
39 namespace llvm {
40 cl::opt<bool> ForceTopDown("misched-topdown", cl::Hidden,
41                            cl::desc("Force top-down list scheduling"));
42 cl::opt<bool> ForceBottomUp("misched-bottomup", cl::Hidden,
43                             cl::desc("Force bottom-up list scheduling"));
44 }
45
46 #ifndef NDEBUG
47 static cl::opt<bool> ViewMISchedDAGs("view-misched-dags", cl::Hidden,
48   cl::desc("Pop up a window to show MISched dags after they are processed"));
49
50 static cl::opt<unsigned> MISchedCutoff("misched-cutoff", cl::Hidden,
51   cl::desc("Stop scheduling after N instructions"), cl::init(~0U));
52 #else
53 static bool ViewMISchedDAGs = false;
54 #endif // NDEBUG
55
56 static cl::opt<bool> EnableLoadCluster("misched-cluster", cl::Hidden,
57   cl::desc("Enable load clustering."), cl::init(true));
58
59 // Experimental heuristics
60 static cl::opt<bool> EnableMacroFusion("misched-fusion", cl::Hidden,
61   cl::desc("Enable scheduling for macro fusion."), cl::init(true));
62
63 static cl::opt<bool> VerifyScheduling("verify-misched", cl::Hidden,
64   cl::desc("Verify machine instrs before and after machine scheduling"));
65
66 // DAG subtrees must have at least this many nodes.
67 static const unsigned MinSubtreeSize = 8;
68
69 //===----------------------------------------------------------------------===//
70 // Machine Instruction Scheduling Pass and Registry
71 //===----------------------------------------------------------------------===//
72
73 MachineSchedContext::MachineSchedContext():
74     MF(0), MLI(0), MDT(0), PassConfig(0), AA(0), LIS(0) {
75   RegClassInfo = new RegisterClassInfo();
76 }
77
78 MachineSchedContext::~MachineSchedContext() {
79   delete RegClassInfo;
80 }
81
82 namespace {
83 /// MachineScheduler runs after coalescing and before register allocation.
84 class MachineScheduler : public MachineSchedContext,
85                          public MachineFunctionPass {
86 public:
87   MachineScheduler();
88
89   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
90
91   virtual void releaseMemory() {}
92
93   virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction&);
94
95   virtual void print(raw_ostream &O, const Module* = 0) const;
96
97   static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
98 };
99 } // namespace
100
101 char MachineScheduler::ID = 0;
102
103 char &llvm::MachineSchedulerID = MachineScheduler::ID;
104
105 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MachineScheduler, "misched",
106                       "Machine Instruction Scheduler", false, false)
107 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
108 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(SlotIndexes)
109 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LiveIntervals)
110 INITIALIZE_PASS_END(MachineScheduler, "misched",
111                     "Machine Instruction Scheduler", false, false)
112
113 MachineScheduler::MachineScheduler()
114 : MachineFunctionPass(ID) {
115   initializeMachineSchedulerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
116 }
117
118 void MachineScheduler::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
119   AU.setPreservesCFG();
120   AU.addRequiredID(MachineDominatorsID);
121   AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
122   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
123   AU.addRequired<TargetPassConfig>();
124   AU.addRequired<SlotIndexes>();
125   AU.addPreserved<SlotIndexes>();
126   AU.addRequired<LiveIntervals>();
127   AU.addPreserved<LiveIntervals>();
128   MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
129 }
130
131 MachinePassRegistry MachineSchedRegistry::Registry;
132
133 /// A dummy default scheduler factory indicates whether the scheduler
134 /// is overridden on the command line.
135 static ScheduleDAGInstrs *useDefaultMachineSched(MachineSchedContext *C) {
136   return 0;
137 }
138
139 /// MachineSchedOpt allows command line selection of the scheduler.
140 static cl::opt<MachineSchedRegistry::ScheduleDAGCtor, false,
141                RegisterPassParser<MachineSchedRegistry> >
142 MachineSchedOpt("misched",
143                 cl::init(&useDefaultMachineSched), cl::Hidden,
144                 cl::desc("Machine instruction scheduler to use"));
145
146 static MachineSchedRegistry
147 DefaultSchedRegistry("default", "Use the target's default scheduler choice.",
148                      useDefaultMachineSched);
149
150 /// Forward declare the standard machine scheduler. This will be used as the
151 /// default scheduler if the target does not set a default.
152 static ScheduleDAGInstrs *createConvergingSched(MachineSchedContext *C);
153
154
155 /// Decrement this iterator until reaching the top or a non-debug instr.
156 static MachineBasicBlock::iterator
157 priorNonDebug(MachineBasicBlock::iterator I, MachineBasicBlock::iterator Beg) {
158   assert(I != Beg && "reached the top of the region, cannot decrement");
159   while (--I != Beg) {
160     if (!I->isDebugValue())
161       break;
162   }
163   return I;
164 }
165
166 /// If this iterator is a debug value, increment until reaching the End or a
167 /// non-debug instruction.
168 static MachineBasicBlock::iterator
169 nextIfDebug(MachineBasicBlock::iterator I, MachineBasicBlock::iterator End) {
170   for(; I != End; ++I) {
171     if (!I->isDebugValue())
172       break;
173   }
174   return I;
175 }
176
177 /// Top-level MachineScheduler pass driver.
178 ///
179 /// Visit blocks in function order. Divide each block into scheduling regions
180 /// and visit them bottom-up. Visiting regions bottom-up is not required, but is
181 /// consistent with the DAG builder, which traverses the interior of the
182 /// scheduling regions bottom-up.
183 ///
184 /// This design avoids exposing scheduling boundaries to the DAG builder,
185 /// simplifying the DAG builder's support for "special" target instructions.
186 /// At the same time the design allows target schedulers to operate across
187 /// scheduling boundaries, for example to bundle the boudary instructions
188 /// without reordering them. This creates complexity, because the target
189 /// scheduler must update the RegionBegin and RegionEnd positions cached by
190 /// ScheduleDAGInstrs whenever adding or removing instructions. A much simpler
191 /// design would be to split blocks at scheduling boundaries, but LLVM has a
192 /// general bias against block splitting purely for implementation simplicity.
193 bool MachineScheduler::runOnMachineFunction(MachineFunction &mf) {
194   DEBUG(dbgs() << "Before MISsched:\n"; mf.print(dbgs()));
195
196   // Initialize the context of the pass.
197   MF = &mf;
198   MLI = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
199   MDT = &getAnalysis<MachineDominatorTree>();
200   PassConfig = &getAnalysis<TargetPassConfig>();
201   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
202
203   LIS = &getAnalysis<LiveIntervals>();
204   const TargetInstrInfo *TII = MF->getTarget().getInstrInfo();
205
206   if (VerifyScheduling) {
207     DEBUG(LIS->print(dbgs()));
208     MF->verify(this, "Before machine scheduling.");
209   }
210   RegClassInfo->runOnMachineFunction(*MF);
211
212   // Select the scheduler, or set the default.
213   MachineSchedRegistry::ScheduleDAGCtor Ctor = MachineSchedOpt;
214   if (Ctor == useDefaultMachineSched) {
215     // Get the default scheduler set by the target.
216     Ctor = MachineSchedRegistry::getDefault();
217     if (!Ctor) {
218       Ctor = createConvergingSched;
219       MachineSchedRegistry::setDefault(Ctor);
220     }
221   }
222   // Instantiate the selected scheduler.
223   OwningPtr<ScheduleDAGInstrs> Scheduler(Ctor(this));
224
225   // Visit all machine basic blocks.
226   //
227   // TODO: Visit blocks in global postorder or postorder within the bottom-up
228   // loop tree. Then we can optionally compute global RegPressure.
229   for (MachineFunction::iterator MBB = MF->begin(), MBBEnd = MF->end();
230        MBB != MBBEnd; ++MBB) {
231
232     Scheduler->startBlock(MBB);
233
234     // Break the block into scheduling regions [I, RegionEnd), and schedule each
235     // region as soon as it is discovered. RegionEnd points the scheduling
236     // boundary at the bottom of the region. The DAG does not include RegionEnd,
237     // but the region does (i.e. the next RegionEnd is above the previous
238     // RegionBegin). If the current block has no terminator then RegionEnd ==
239     // MBB->end() for the bottom region.
240     //
241     // The Scheduler may insert instructions during either schedule() or
242     // exitRegion(), even for empty regions. So the local iterators 'I' and
243     // 'RegionEnd' are invalid across these calls.
244     unsigned RemainingInstrs = MBB->size();
245     for(MachineBasicBlock::iterator RegionEnd = MBB->end();
246         RegionEnd != MBB->begin(); RegionEnd = Scheduler->begin()) {
247
248       // Avoid decrementing RegionEnd for blocks with no terminator.
249       if (RegionEnd != MBB->end()
250           || TII->isSchedulingBoundary(llvm::prior(RegionEnd), MBB, *MF)) {
251         --RegionEnd;
252         // Count the boundary instruction.
253         --RemainingInstrs;
254       }
255
256       // The next region starts above the previous region. Look backward in the
257       // instruction stream until we find the nearest boundary.
258       MachineBasicBlock::iterator I = RegionEnd;
259       for(;I != MBB->begin(); --I, --RemainingInstrs) {
260         if (TII->isSchedulingBoundary(llvm::prior(I), MBB, *MF))
261           break;
262       }
263       // Notify the scheduler of the region, even if we may skip scheduling
264       // it. Perhaps it still needs to be bundled.
265       Scheduler->enterRegion(MBB, I, RegionEnd, RemainingInstrs);
266
267       // Skip empty scheduling regions (0 or 1 schedulable instructions).
268       if (I == RegionEnd || I == llvm::prior(RegionEnd)) {
269         // Close the current region. Bundle the terminator if needed.
270         // This invalidates 'RegionEnd' and 'I'.
271         Scheduler->exitRegion();
272         continue;
273       }
274       DEBUG(dbgs() << "********** MI Scheduling **********\n");
275       DEBUG(dbgs() << MF->getName()
276             << ":BB#" << MBB->getNumber() << " " << MBB->getName()
277             << "\n  From: " << *I << "    To: ";
278             if (RegionEnd != MBB->end()) dbgs() << *RegionEnd;
279             else dbgs() << "End";
280             dbgs() << " Remaining: " << RemainingInstrs << "\n");
281
282       // Schedule a region: possibly reorder instructions.
283       // This invalidates 'RegionEnd' and 'I'.
284       Scheduler->schedule();
285
286       // Close the current region.
287       Scheduler->exitRegion();
288
289       // Scheduling has invalidated the current iterator 'I'. Ask the
290       // scheduler for the top of it's scheduled region.
291       RegionEnd = Scheduler->begin();
292     }
293     assert(RemainingInstrs == 0 && "Instruction count mismatch!");
294     Scheduler->finishBlock();
295   }
296   Scheduler->finalizeSchedule();
297   DEBUG(LIS->print(dbgs()));
298   if (VerifyScheduling)
299     MF->verify(this, "After machine scheduling.");
300   return true;
301 }
302
303 void MachineScheduler::print(raw_ostream &O, const Module* m) const {
304   // unimplemented
305 }
306
307 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
308 void ReadyQueue::dump() {
309   dbgs() << Name << ": ";
310   for (unsigned i = 0, e = Queue.size(); i < e; ++i)
311     dbgs() << Queue[i]->NodeNum << " ";
312   dbgs() << "\n";
313 }
314 #endif
315
316 //===----------------------------------------------------------------------===//
317 // ScheduleDAGMI - Base class for MachineInstr scheduling with LiveIntervals
318 // preservation.
319 //===----------------------------------------------------------------------===//
320
321 ScheduleDAGMI::~ScheduleDAGMI() {
322   delete DFSResult;
323   DeleteContainerPointers(Mutations);
324   delete SchedImpl;
325 }
326
327 bool ScheduleDAGMI::canAddEdge(SUnit *SuccSU, SUnit *PredSU) {
328   return SuccSU == &ExitSU || !Topo.IsReachable(PredSU, SuccSU);
329 }
330
331 bool ScheduleDAGMI::addEdge(SUnit *SuccSU, const SDep &PredDep) {
332   if (SuccSU != &ExitSU) {
333     // Do not use WillCreateCycle, it assumes SD scheduling.
334     // If Pred is reachable from Succ, then the edge creates a cycle.
335     if (Topo.IsReachable(PredDep.getSUnit(), SuccSU))
336       return false;
337     Topo.AddPred(SuccSU, PredDep.getSUnit());
338   }
339   SuccSU->addPred(PredDep, /*Required=*/!PredDep.isArtificial());
340   // Return true regardless of whether a new edge needed to be inserted.
341   return true;
342 }
343
344 /// ReleaseSucc - Decrement the NumPredsLeft count of a successor. When
345 /// NumPredsLeft reaches zero, release the successor node.
346 ///
347 /// FIXME: Adjust SuccSU height based on MinLatency.
348 void ScheduleDAGMI::releaseSucc(SUnit *SU, SDep *SuccEdge) {
349   SUnit *SuccSU = SuccEdge->getSUnit();
350
351   if (SuccEdge->isWeak()) {
352     --SuccSU->WeakPredsLeft;
353     if (SuccEdge->isCluster())
354       NextClusterSucc = SuccSU;
355     return;
356   }
357 #ifndef NDEBUG
358   if (SuccSU->NumPredsLeft == 0) {
359     dbgs() << "*** Scheduling failed! ***\n";
360     SuccSU->dump(this);
361     dbgs() << " has been released too many times!\n";
362     llvm_unreachable(0);
363   }
364 #endif
365   --SuccSU->NumPredsLeft;
366   if (SuccSU->NumPredsLeft == 0 && SuccSU != &ExitSU)
367     SchedImpl->releaseTopNode(SuccSU);
368 }
369
370 /// releaseSuccessors - Call releaseSucc on each of SU's successors.
371 void ScheduleDAGMI::releaseSuccessors(SUnit *SU) {
372   for (SUnit::succ_iterator I = SU->Succs.begin(), E = SU->Succs.end();
373        I != E; ++I) {
374     releaseSucc(SU, &*I);
375   }
376 }
377
378 /// ReleasePred - Decrement the NumSuccsLeft count of a predecessor. When
379 /// NumSuccsLeft reaches zero, release the predecessor node.
380 ///
381 /// FIXME: Adjust PredSU height based on MinLatency.
382 void ScheduleDAGMI::releasePred(SUnit *SU, SDep *PredEdge) {
383   SUnit *PredSU = PredEdge->getSUnit();
384
385   if (PredEdge->isWeak()) {
386     --PredSU->WeakSuccsLeft;
387     if (PredEdge->isCluster())
388       NextClusterPred = PredSU;
389     return;
390   }
391 #ifndef NDEBUG
392   if (PredSU->NumSuccsLeft == 0) {
393     dbgs() << "*** Scheduling failed! ***\n";
394     PredSU->dump(this);
395     dbgs() << " has been released too many times!\n";
396     llvm_unreachable(0);
397   }
398 #endif
399   --PredSU->NumSuccsLeft;
400   if (PredSU->NumSuccsLeft == 0 && PredSU != &EntrySU)
401     SchedImpl->releaseBottomNode(PredSU);
402 }
403
404 /// releasePredecessors - Call releasePred on each of SU's predecessors.
405 void ScheduleDAGMI::releasePredecessors(SUnit *SU) {
406   for (SUnit::pred_iterator I = SU->Preds.begin(), E = SU->Preds.end();
407        I != E; ++I) {
408     releasePred(SU, &*I);
409   }
410 }
411
412 /// This is normally called from the main scheduler loop but may also be invoked
413 /// by the scheduling strategy to perform additional code motion.
414 void ScheduleDAGMI::moveInstruction(MachineInstr *MI,
415                                     MachineBasicBlock::iterator InsertPos) {
416   // Advance RegionBegin if the first instruction moves down.
417   if (&*RegionBegin == MI)
418     ++RegionBegin;
419
420   // Update the instruction stream.
421   BB->splice(InsertPos, BB, MI);
422
423   // Update LiveIntervals
424   LIS->handleMove(MI, /*UpdateFlags=*/true);
425
426   // Recede RegionBegin if an instruction moves above the first.
427   if (RegionBegin == InsertPos)
428     RegionBegin = MI;
429 }
430
431 bool ScheduleDAGMI::checkSchedLimit() {
432 #ifndef NDEBUG
433   if (NumInstrsScheduled == MISchedCutoff && MISchedCutoff != ~0U) {
434     CurrentTop = CurrentBottom;
435     return false;
436   }
437   ++NumInstrsScheduled;
438 #endif
439   return true;
440 }
441
442 /// enterRegion - Called back from MachineScheduler::runOnMachineFunction after
443 /// crossing a scheduling boundary. [begin, end) includes all instructions in
444 /// the region, including the boundary itself and single-instruction regions
445 /// that don't get scheduled.
446 void ScheduleDAGMI::enterRegion(MachineBasicBlock *bb,
447                                 MachineBasicBlock::iterator begin,
448                                 MachineBasicBlock::iterator end,
449                                 unsigned endcount)
450 {
451   ScheduleDAGInstrs::enterRegion(bb, begin, end, endcount);
452
453   // For convenience remember the end of the liveness region.
454   LiveRegionEnd =
455     (RegionEnd == bb->end()) ? RegionEnd : llvm::next(RegionEnd);
456 }
457
458 // Setup the register pressure trackers for the top scheduled top and bottom
459 // scheduled regions.
460 void ScheduleDAGMI::initRegPressure() {
461   TopRPTracker.init(&MF, RegClassInfo, LIS, BB, RegionBegin);
462   BotRPTracker.init(&MF, RegClassInfo, LIS, BB, LiveRegionEnd);
463
464   // Close the RPTracker to finalize live ins.
465   RPTracker.closeRegion();
466
467   DEBUG(RPTracker.getPressure().dump(TRI));
468
469   // Initialize the live ins and live outs.
470   TopRPTracker.addLiveRegs(RPTracker.getPressure().LiveInRegs);
471   BotRPTracker.addLiveRegs(RPTracker.getPressure().LiveOutRegs);
472
473   // Close one end of the tracker so we can call
474   // getMaxUpward/DownwardPressureDelta before advancing across any
475   // instructions. This converts currently live regs into live ins/outs.
476   TopRPTracker.closeTop();
477   BotRPTracker.closeBottom();
478
479   // Account for liveness generated by the region boundary.
480   if (LiveRegionEnd != RegionEnd)
481     BotRPTracker.recede();
482
483   assert(BotRPTracker.getPos() == RegionEnd && "Can't find the region bottom");
484
485   // Cache the list of excess pressure sets in this region. This will also track
486   // the max pressure in the scheduled code for these sets.
487   RegionCriticalPSets.clear();
488   const std::vector<unsigned> &RegionPressure =
489     RPTracker.getPressure().MaxSetPressure;
490   for (unsigned i = 0, e = RegionPressure.size(); i < e; ++i) {
491     unsigned Limit = RegClassInfo->getRegPressureSetLimit(i);
492     DEBUG(dbgs() << TRI->getRegPressureSetName(i)
493           << "Limit " << Limit
494           << " Actual " << RegionPressure[i] << "\n");
495     if (RegionPressure[i] > Limit)
496       RegionCriticalPSets.push_back(PressureElement(i, 0));
497   }
498   DEBUG(dbgs() << "Excess PSets: ";
499         for (unsigned i = 0, e = RegionCriticalPSets.size(); i != e; ++i)
500           dbgs() << TRI->getRegPressureSetName(
501             RegionCriticalPSets[i].PSetID) << " ";
502         dbgs() << "\n");
503 }
504
505 // FIXME: When the pressure tracker deals in pressure differences then we won't
506 // iterate over all RegionCriticalPSets[i].
507 void ScheduleDAGMI::
508 updateScheduledPressure(const std::vector<unsigned> &NewMaxPressure) {
509   for (unsigned i = 0, e = RegionCriticalPSets.size(); i < e; ++i) {
510     unsigned ID = RegionCriticalPSets[i].PSetID;
511     int &MaxUnits = RegionCriticalPSets[i].UnitIncrease;
512     if ((int)NewMaxPressure[ID] > MaxUnits)
513       MaxUnits = NewMaxPressure[ID];
514   }
515   DEBUG(
516     for (unsigned i = 0, e = NewMaxPressure.size(); i < e; ++i) {
517       unsigned Limit = RegClassInfo->getRegPressureSetLimit(i);
518       if (NewMaxPressure[i] > Limit ) {
519         dbgs() << "  " << TRI->getRegPressureSetName(i) << ": "
520                << NewMaxPressure[i] << " > " << Limit << "\n";
521       }
522     });
523 }
524
525 /// schedule - Called back from MachineScheduler::runOnMachineFunction
526 /// after setting up the current scheduling region. [RegionBegin, RegionEnd)
527 /// only includes instructions that have DAG nodes, not scheduling boundaries.
528 ///
529 /// This is a skeletal driver, with all the functionality pushed into helpers,
530 /// so that it can be easilly extended by experimental schedulers. Generally,
531 /// implementing MachineSchedStrategy should be sufficient to implement a new
532 /// scheduling algorithm. However, if a scheduler further subclasses
533 /// ScheduleDAGMI then it will want to override this virtual method in order to
534 /// update any specialized state.
535 void ScheduleDAGMI::schedule() {
536   buildDAGWithRegPressure();
537
538   Topo.InitDAGTopologicalSorting();
539
540   postprocessDAG();
541
542   SmallVector<SUnit*, 8> TopRoots, BotRoots;
543   findRootsAndBiasEdges(TopRoots, BotRoots);
544
545   // Initialize the strategy before modifying the DAG.
546   // This may initialize a DFSResult to be used for queue priority.
547   SchedImpl->initialize(this);
548
549   DEBUG(for (unsigned su = 0, e = SUnits.size(); su != e; ++su)
550           SUnits[su].dumpAll(this));
551   if (ViewMISchedDAGs) viewGraph();
552
553   // Initialize ready queues now that the DAG and priority data are finalized.
554   initQueues(TopRoots, BotRoots);
555
556   bool IsTopNode = false;
557   while (SUnit *SU = SchedImpl->pickNode(IsTopNode)) {
558     assert(!SU->isScheduled && "Node already scheduled");
559     if (!checkSchedLimit())
560       break;
561
562     scheduleMI(SU, IsTopNode);
563
564     updateQueues(SU, IsTopNode);
565   }
566   assert(CurrentTop == CurrentBottom && "Nonempty unscheduled zone.");
567
568   placeDebugValues();
569
570   DEBUG({
571       unsigned BBNum = begin()->getParent()->getNumber();
572       dbgs() << "*** Final schedule for BB#" << BBNum << " ***\n";
573       dumpSchedule();
574       dbgs() << '\n';
575     });
576 }
577
578 /// Build the DAG and setup three register pressure trackers.
579 void ScheduleDAGMI::buildDAGWithRegPressure() {
580   // Initialize the register pressure tracker used by buildSchedGraph.
581   RPTracker.init(&MF, RegClassInfo, LIS, BB, LiveRegionEnd);
582
583   // Account for liveness generate by the region boundary.
584   if (LiveRegionEnd != RegionEnd)
585     RPTracker.recede();
586
587   // Build the DAG, and compute current register pressure.
588   buildSchedGraph(AA, &RPTracker);
589
590   // Initialize top/bottom trackers after computing region pressure.
591   initRegPressure();
592 }
593
594 /// Apply each ScheduleDAGMutation step in order.
595 void ScheduleDAGMI::postprocessDAG() {
596   for (unsigned i = 0, e = Mutations.size(); i < e; ++i) {
597     Mutations[i]->apply(this);
598   }
599 }
600
601 void ScheduleDAGMI::computeDFSResult() {
602   if (!DFSResult)
603     DFSResult = new SchedDFSResult(/*BottomU*/true, MinSubtreeSize);
604   DFSResult->clear();
605   ScheduledTrees.clear();
606   DFSResult->resize(SUnits.size());
607   DFSResult->compute(SUnits);
608   ScheduledTrees.resize(DFSResult->getNumSubtrees());
609 }
610
611 void ScheduleDAGMI::findRootsAndBiasEdges(SmallVectorImpl<SUnit*> &TopRoots,
612                                           SmallVectorImpl<SUnit*> &BotRoots) {
613   for (std::vector<SUnit>::iterator
614          I = SUnits.begin(), E = SUnits.end(); I != E; ++I) {
615     SUnit *SU = &(*I);
616     assert(!SU->isBoundaryNode() && "Boundary node should not be in SUnits");
617
618     // Order predecessors so DFSResult follows the critical path.
619     SU->biasCriticalPath();
620
621     // A SUnit is ready to top schedule if it has no predecessors.
622     if (!I->NumPredsLeft)
623       TopRoots.push_back(SU);
624     // A SUnit is ready to bottom schedule if it has no successors.
625     if (!I->NumSuccsLeft)
626       BotRoots.push_back(SU);
627   }
628   ExitSU.biasCriticalPath();
629 }
630
631 /// Identify DAG roots and setup scheduler queues.
632 void ScheduleDAGMI::initQueues(ArrayRef<SUnit*> TopRoots,
633                                ArrayRef<SUnit*> BotRoots) {
634   NextClusterSucc = NULL;
635   NextClusterPred = NULL;
636
637   // Release all DAG roots for scheduling, not including EntrySU/ExitSU.
638   //
639   // Nodes with unreleased weak edges can still be roots.
640   // Release top roots in forward order.
641   for (SmallVectorImpl<SUnit*>::const_iterator
642          I = TopRoots.begin(), E = TopRoots.end(); I != E; ++I) {
643     SchedImpl->releaseTopNode(*I);
644   }
645   // Release bottom roots in reverse order so the higher priority nodes appear
646   // first. This is more natural and slightly more efficient.
647   for (SmallVectorImpl<SUnit*>::const_reverse_iterator
648          I = BotRoots.rbegin(), E = BotRoots.rend(); I != E; ++I) {
649     SchedImpl->releaseBottomNode(*I);
650   }
651
652   releaseSuccessors(&EntrySU);
653   releasePredecessors(&ExitSU);
654
655   SchedImpl->registerRoots();
656
657   // Advance past initial DebugValues.
658   assert(TopRPTracker.getPos() == RegionBegin && "bad initial Top tracker");
659   CurrentTop = nextIfDebug(RegionBegin, RegionEnd);
660   TopRPTracker.setPos(CurrentTop);
661
662   CurrentBottom = RegionEnd;
663 }
664
665 /// Move an instruction and update register pressure.
666 void ScheduleDAGMI::scheduleMI(SUnit *SU, bool IsTopNode) {
667   // Move the instruction to its new location in the instruction stream.
668   MachineInstr *MI = SU->getInstr();
669
670   if (IsTopNode) {
671     assert(SU->isTopReady() && "node still has unscheduled dependencies");
672     if (&*CurrentTop == MI)
673       CurrentTop = nextIfDebug(++CurrentTop, CurrentBottom);
674     else {
675       moveInstruction(MI, CurrentTop);
676       TopRPTracker.setPos(MI);
677     }
678
679     // Update top scheduled pressure.
680     TopRPTracker.advance();
681     assert(TopRPTracker.getPos() == CurrentTop && "out of sync");
682     updateScheduledPressure(TopRPTracker.getPressure().MaxSetPressure);
683   }
684   else {
685     assert(SU->isBottomReady() && "node still has unscheduled dependencies");
686     MachineBasicBlock::iterator priorII =
687       priorNonDebug(CurrentBottom, CurrentTop);
688     if (&*priorII == MI)
689       CurrentBottom = priorII;
690     else {
691       if (&*CurrentTop == MI) {
692         CurrentTop = nextIfDebug(++CurrentTop, priorII);
693         TopRPTracker.setPos(CurrentTop);
694       }
695       moveInstruction(MI, CurrentBottom);
696       CurrentBottom = MI;
697     }
698     // Update bottom scheduled pressure.
699     BotRPTracker.recede();
700     assert(BotRPTracker.getPos() == CurrentBottom && "out of sync");
701     updateScheduledPressure(BotRPTracker.getPressure().MaxSetPressure);
702   }
703 }
704
705 /// Update scheduler queues after scheduling an instruction.
706 void ScheduleDAGMI::updateQueues(SUnit *SU, bool IsTopNode) {
707   // Release dependent instructions for scheduling.
708   if (IsTopNode)
709     releaseSuccessors(SU);
710   else
711     releasePredecessors(SU);
712
713   SU->isScheduled = true;
714
715   if (DFSResult) {
716     unsigned SubtreeID = DFSResult->getSubtreeID(SU);
717     if (!ScheduledTrees.test(SubtreeID)) {
718       ScheduledTrees.set(SubtreeID);
719       DFSResult->scheduleTree(SubtreeID);
720       SchedImpl->scheduleTree(SubtreeID);
721     }
722   }
723
724   // Notify the scheduling strategy after updating the DAG.
725   SchedImpl->schedNode(SU, IsTopNode);
726 }
727
728 /// Reinsert any remaining debug_values, just like the PostRA scheduler.
729 void ScheduleDAGMI::placeDebugValues() {
730   // If first instruction was a DBG_VALUE then put it back.
731   if (FirstDbgValue) {
732     BB->splice(RegionBegin, BB, FirstDbgValue);
733     RegionBegin = FirstDbgValue;
734   }
735
736   for (std::vector<std::pair<MachineInstr *, MachineInstr *> >::iterator
737          DI = DbgValues.end(), DE = DbgValues.begin(); DI != DE; --DI) {
738     std::pair<MachineInstr *, MachineInstr *> P = *prior(DI);
739     MachineInstr *DbgValue = P.first;
740     MachineBasicBlock::iterator OrigPrevMI = P.second;
741     if (&*RegionBegin == DbgValue)
742       ++RegionBegin;
743     BB->splice(++OrigPrevMI, BB, DbgValue);
744     if (OrigPrevMI == llvm::prior(RegionEnd))
745       RegionEnd = DbgValue;
746   }
747   DbgValues.clear();
748   FirstDbgValue = NULL;
749 }
750
751 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
752 void ScheduleDAGMI::dumpSchedule() const {
753   for (MachineBasicBlock::iterator MI = begin(), ME = end(); MI != ME; ++MI) {
754     if (SUnit *SU = getSUnit(&(*MI)))
755       SU->dump(this);
756     else
757       dbgs() << "Missing SUnit\n";
758   }
759 }
760 #endif
761
762 //===----------------------------------------------------------------------===//
763 // LoadClusterMutation - DAG post-processing to cluster loads.
764 //===----------------------------------------------------------------------===//
765
766 namespace {
767 /// \brief Post-process the DAG to create cluster edges between neighboring
768 /// loads.
769 class LoadClusterMutation : public ScheduleDAGMutation {
770   struct LoadInfo {
771     SUnit *SU;
772     unsigned BaseReg;
773     unsigned Offset;
774     LoadInfo(SUnit *su, unsigned reg, unsigned ofs)
775       : SU(su), BaseReg(reg), Offset(ofs) {}
776   };
777   static bool LoadInfoLess(const LoadClusterMutation::LoadInfo &LHS,
778                            const LoadClusterMutation::LoadInfo &RHS);
779
780   const TargetInstrInfo *TII;
781   const TargetRegisterInfo *TRI;
782 public:
783   LoadClusterMutation(const TargetInstrInfo *tii,
784                       const TargetRegisterInfo *tri)
785     : TII(tii), TRI(tri) {}
786
787   virtual void apply(ScheduleDAGMI *DAG);
788 protected:
789   void clusterNeighboringLoads(ArrayRef<SUnit*> Loads, ScheduleDAGMI *DAG);
790 };
791 } // anonymous
792
793 bool LoadClusterMutation::LoadInfoLess(
794   const LoadClusterMutation::LoadInfo &LHS,
795   const LoadClusterMutation::LoadInfo &RHS) {
796   if (LHS.BaseReg != RHS.BaseReg)
797     return LHS.BaseReg < RHS.BaseReg;
798   return LHS.Offset < RHS.Offset;
799 }
800
801 void LoadClusterMutation::clusterNeighboringLoads(ArrayRef<SUnit*> Loads,
802                                                   ScheduleDAGMI *DAG) {
803   SmallVector<LoadClusterMutation::LoadInfo,32> LoadRecords;
804   for (unsigned Idx = 0, End = Loads.size(); Idx != End; ++Idx) {
805     SUnit *SU = Loads[Idx];
806     unsigned BaseReg;
807     unsigned Offset;
808     if (TII->getLdStBaseRegImmOfs(SU->getInstr(), BaseReg, Offset, TRI))
809       LoadRecords.push_back(LoadInfo(SU, BaseReg, Offset));
810   }
811   if (LoadRecords.size() < 2)
812     return;
813   std::sort(LoadRecords.begin(), LoadRecords.end(), LoadInfoLess);
814   unsigned ClusterLength = 1;
815   for (unsigned Idx = 0, End = LoadRecords.size(); Idx < (End - 1); ++Idx) {
816     if (LoadRecords[Idx].BaseReg != LoadRecords[Idx+1].BaseReg) {
817       ClusterLength = 1;
818       continue;
819     }
820
821     SUnit *SUa = LoadRecords[Idx].SU;
822     SUnit *SUb = LoadRecords[Idx+1].SU;
823     if (TII->shouldClusterLoads(SUa->getInstr(), SUb->getInstr(), ClusterLength)
824         && DAG->addEdge(SUb, SDep(SUa, SDep::Cluster))) {
825
826       DEBUG(dbgs() << "Cluster loads SU(" << SUa->NodeNum << ") - SU("
827             << SUb->NodeNum << ")\n");
828       // Copy successor edges from SUa to SUb. Interleaving computation
829       // dependent on SUa can prevent load combining due to register reuse.
830       // Predecessor edges do not need to be copied from SUb to SUa since nearby
831       // loads should have effectively the same inputs.
832       for (SUnit::const_succ_iterator
833              SI = SUa->Succs.begin(), SE = SUa->Succs.end(); SI != SE; ++SI) {
834         if (SI->getSUnit() == SUb)
835           continue;
836         DEBUG(dbgs() << "  Copy Succ SU(" << SI->getSUnit()->NodeNum << ")\n");
837         DAG->addEdge(SI->getSUnit(), SDep(SUb, SDep::Artificial));
838       }
839       ++ClusterLength;
840     }
841     else
842       ClusterLength = 1;
843   }
844 }
845
846 /// \brief Callback from DAG postProcessing to create cluster edges for loads.
847 void LoadClusterMutation::apply(ScheduleDAGMI *DAG) {
848   // Map DAG NodeNum to store chain ID.
849   DenseMap<unsigned, unsigned> StoreChainIDs;
850   // Map each store chain to a set of dependent loads.
851   SmallVector<SmallVector<SUnit*,4>, 32> StoreChainDependents;
852   for (unsigned Idx = 0, End = DAG->SUnits.size(); Idx != End; ++Idx) {
853     SUnit *SU = &DAG->SUnits[Idx];
854     if (!SU->getInstr()->mayLoad())
855       continue;
856     unsigned ChainPredID = DAG->SUnits.size();
857     for (SUnit::const_pred_iterator
858            PI = SU->Preds.begin(), PE = SU->Preds.end(); PI != PE; ++PI) {
859       if (PI->isCtrl()) {
860         ChainPredID = PI->getSUnit()->NodeNum;
861         break;
862       }
863     }
864     // Check if this chain-like pred has been seen
865     // before. ChainPredID==MaxNodeID for loads at the top of the schedule.
866     unsigned NumChains = StoreChainDependents.size();
867     std::pair<DenseMap<unsigned, unsigned>::iterator, bool> Result =
868       StoreChainIDs.insert(std::make_pair(ChainPredID, NumChains));
869     if (Result.second)
870       StoreChainDependents.resize(NumChains + 1);
871     StoreChainDependents[Result.first->second].push_back(SU);
872   }
873   // Iterate over the store chains.
874   for (unsigned Idx = 0, End = StoreChainDependents.size(); Idx != End; ++Idx)
875     clusterNeighboringLoads(StoreChainDependents[Idx], DAG);
876 }
877
878 //===----------------------------------------------------------------------===//
879 // MacroFusion - DAG post-processing to encourage fusion of macro ops.
880 //===----------------------------------------------------------------------===//
881
882 namespace {
883 /// \brief Post-process the DAG to create cluster edges between instructions
884 /// that may be fused by the processor into a single operation.
885 class MacroFusion : public ScheduleDAGMutation {
886   const TargetInstrInfo *TII;
887 public:
888   MacroFusion(const TargetInstrInfo *tii): TII(tii) {}
889
890   virtual void apply(ScheduleDAGMI *DAG);
891 };
892 } // anonymous
893
894 /// \brief Callback from DAG postProcessing to create cluster edges to encourage
895 /// fused operations.
896 void MacroFusion::apply(ScheduleDAGMI *DAG) {
897   // For now, assume targets can only fuse with the branch.
898   MachineInstr *Branch = DAG->ExitSU.getInstr();
899   if (!Branch)
900     return;
901
902   for (unsigned Idx = DAG->SUnits.size(); Idx > 0;) {
903     SUnit *SU = &DAG->SUnits[--Idx];
904     if (!TII->shouldScheduleAdjacent(SU->getInstr(), Branch))
905       continue;
906
907     // Create a single weak edge from SU to ExitSU. The only effect is to cause
908     // bottom-up scheduling to heavily prioritize the clustered SU.  There is no
909     // need to copy predecessor edges from ExitSU to SU, since top-down
910     // scheduling cannot prioritize ExitSU anyway. To defer top-down scheduling
911     // of SU, we could create an artificial edge from the deepest root, but it
912     // hasn't been needed yet.
913     bool Success = DAG->addEdge(&DAG->ExitSU, SDep(SU, SDep::Cluster));
914     (void)Success;
915     assert(Success && "No DAG nodes should be reachable from ExitSU");
916
917     DEBUG(dbgs() << "Macro Fuse SU(" << SU->NodeNum << ")\n");
918     break;
919   }
920 }
921
922 //===----------------------------------------------------------------------===//
923 // CopyConstrain - DAG post-processing to encourage copy elimination.
924 //===----------------------------------------------------------------------===//
925
926 namespace {
927 /// \brief Post-process the DAG to create weak edges from all uses of a copy to
928 /// the one use that defines the copy's source vreg, most likely an induction
929 /// variable increment.
930 class CopyConstrain : public ScheduleDAGMutation {
931   // Transient state.
932   SlotIndex RegionBeginIdx;
933   // RegionEndIdx is the slot index of the last non-debug instruction in the
934   // scheduling region. So we may have RegionBeginIdx == RegionEndIdx.
935   SlotIndex RegionEndIdx;
936 public:
937   CopyConstrain(const TargetInstrInfo *, const TargetRegisterInfo *) {}
938
939   virtual void apply(ScheduleDAGMI *DAG);
940
941 protected:
942   void constrainLocalCopy(SUnit *CopySU, ScheduleDAGMI *DAG);
943 };
944 } // anonymous
945
946 /// constrainLocalCopy handles two possibilities:
947 /// 1) Local src:
948 /// I0:     = dst
949 /// I1: src = ...
950 /// I2:     = dst
951 /// I3: dst = src (copy)
952 /// (create pred->succ edges I0->I1, I2->I1)
953 ///
954 /// 2) Local copy:
955 /// I0: dst = src (copy)
956 /// I1:     = dst
957 /// I2: src = ...
958 /// I3:     = dst
959 /// (create pred->succ edges I1->I2, I3->I2)
960 ///
961 /// Although the MachineScheduler is currently constrained to single blocks,
962 /// this algorithm should handle extended blocks. An EBB is a set of
963 /// contiguously numbered blocks such that the previous block in the EBB is
964 /// always the single predecessor.
965 void CopyConstrain::constrainLocalCopy(SUnit *CopySU, ScheduleDAGMI *DAG) {
966   LiveIntervals *LIS = DAG->getLIS();
967   MachineInstr *Copy = CopySU->getInstr();
968
969   // Check for pure vreg copies.
970   unsigned SrcReg = Copy->getOperand(1).getReg();
971   if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(SrcReg))
972     return;
973
974   unsigned DstReg = Copy->getOperand(0).getReg();
975   if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(DstReg))
976     return;
977
978   // Check if either the dest or source is local. If it's live across a back
979   // edge, it's not local. Note that if both vregs are live across the back
980   // edge, we cannot successfully contrain the copy without cyclic scheduling.
981   unsigned LocalReg = DstReg;
982   unsigned GlobalReg = SrcReg;
983   LiveInterval *LocalLI = &LIS->getInterval(LocalReg);
984   if (!LocalLI->isLocal(RegionBeginIdx, RegionEndIdx)) {
985     LocalReg = SrcReg;
986     GlobalReg = DstReg;
987     LocalLI = &LIS->getInterval(LocalReg);
988     if (!LocalLI->isLocal(RegionBeginIdx, RegionEndIdx))
989       return;
990   }
991   LiveInterval *GlobalLI = &LIS->getInterval(GlobalReg);
992
993   // Find the global segment after the start of the local LI.
994   LiveInterval::iterator GlobalSegment = GlobalLI->find(LocalLI->beginIndex());
995   // If GlobalLI does not overlap LocalLI->start, then a copy directly feeds a
996   // local live range. We could create edges from other global uses to the local
997   // start, but the coalescer should have already eliminated these cases, so
998   // don't bother dealing with it.
999   if (GlobalSegment == GlobalLI->end())
1000     return;
1001
1002   // If GlobalSegment is killed at the LocalLI->start, the call to find()
1003   // returned the next global segment. But if GlobalSegment overlaps with
1004   // LocalLI->start, then advance to the next segement. If a hole in GlobalLI
1005   // exists in LocalLI's vicinity, GlobalSegment will be the end of the hole.
1006   if (GlobalSegment->contains(LocalLI->beginIndex()))
1007     ++GlobalSegment;
1008
1009   if (GlobalSegment == GlobalLI->end())
1010     return;
1011
1012   // Check if GlobalLI contains a hole in the vicinity of LocalLI.
1013   if (GlobalSegment != GlobalLI->begin()) {
1014     // Two address defs have no hole.
1015     if (SlotIndex::isSameInstr(llvm::prior(GlobalSegment)->end,
1016                                GlobalSegment->start)) {
1017       return;
1018     }
1019     // If GlobalLI has a prior segment, it must be live into the EBB. Otherwise
1020     // it would be a disconnected component in the live range.
1021     assert(llvm::prior(GlobalSegment)->start < LocalLI->beginIndex() &&
1022            "Disconnected LRG within the scheduling region.");
1023   }
1024   MachineInstr *GlobalDef = LIS->getInstructionFromIndex(GlobalSegment->start);
1025   if (!GlobalDef)
1026     return;
1027
1028   SUnit *GlobalSU = DAG->getSUnit(GlobalDef);
1029   if (!GlobalSU)
1030     return;
1031
1032   // GlobalDef is the bottom of the GlobalLI hole. Open the hole by
1033   // constraining the uses of the last local def to precede GlobalDef.
1034   SmallVector<SUnit*,8> LocalUses;
1035   const VNInfo *LastLocalVN = LocalLI->getVNInfoBefore(LocalLI->endIndex());
1036   MachineInstr *LastLocalDef = LIS->getInstructionFromIndex(LastLocalVN->def);
1037   SUnit *LastLocalSU = DAG->getSUnit(LastLocalDef);
1038   for (SUnit::const_succ_iterator
1039          I = LastLocalSU->Succs.begin(), E = LastLocalSU->Succs.end();
1040        I != E; ++I) {
1041     if (I->getKind() != SDep::Data || I->getReg() != LocalReg)
1042       continue;
1043     if (I->getSUnit() == GlobalSU)
1044       continue;
1045     if (!DAG->canAddEdge(GlobalSU, I->getSUnit()))
1046       return;
1047     LocalUses.push_back(I->getSUnit());
1048   }
1049   // Open the top of the GlobalLI hole by constraining any earlier global uses
1050   // to precede the start of LocalLI.
1051   SmallVector<SUnit*,8> GlobalUses;
1052   MachineInstr *FirstLocalDef =
1053     LIS->getInstructionFromIndex(LocalLI->beginIndex());
1054   SUnit *FirstLocalSU = DAG->getSUnit(FirstLocalDef);
1055   for (SUnit::const_pred_iterator
1056          I = GlobalSU->Preds.begin(), E = GlobalSU->Preds.end(); I != E; ++I) {
1057     if (I->getKind() != SDep::Anti || I->getReg() != GlobalReg)
1058       continue;
1059     if (I->getSUnit() == FirstLocalSU)
1060       continue;
1061     if (!DAG->canAddEdge(FirstLocalSU, I->getSUnit()))
1062       return;
1063     GlobalUses.push_back(I->getSUnit());
1064   }
1065   DEBUG(dbgs() << "Constraining copy SU(" << CopySU->NodeNum << ")\n");
1066   // Add the weak edges.
1067   for (SmallVectorImpl<SUnit*>::const_iterator
1068          I = LocalUses.begin(), E = LocalUses.end(); I != E; ++I) {
1069     DEBUG(dbgs() << "  Local use SU(" << (*I)->NodeNum << ") -> SU("
1070           << GlobalSU->NodeNum << ")\n");
1071     DAG->addEdge(GlobalSU, SDep(*I, SDep::Weak));
1072   }
1073   for (SmallVectorImpl<SUnit*>::const_iterator
1074          I = GlobalUses.begin(), E = GlobalUses.end(); I != E; ++I) {
1075     DEBUG(dbgs() << "  Global use SU(" << (*I)->NodeNum << ") -> SU("
1076           << FirstLocalSU->NodeNum << ")\n");
1077     DAG->addEdge(FirstLocalSU, SDep(*I, SDep::Weak));
1078   }
1079 }
1080
1081 /// \brief Callback from DAG postProcessing to create weak edges to encourage
1082 /// copy elimination.
1083 void CopyConstrain::apply(ScheduleDAGMI *DAG) {
1084   MachineBasicBlock::iterator FirstPos = nextIfDebug(DAG->begin(), DAG->end());
1085   if (FirstPos == DAG->end())
1086     return;
1087   RegionBeginIdx = DAG->getLIS()->getInstructionIndex(&*FirstPos);
1088   RegionEndIdx = DAG->getLIS()->getInstructionIndex(
1089     &*priorNonDebug(DAG->end(), DAG->begin()));
1090
1091   for (unsigned Idx = 0, End = DAG->SUnits.size(); Idx != End; ++Idx) {
1092     SUnit *SU = &DAG->SUnits[Idx];
1093     if (!SU->getInstr()->isCopy())
1094       continue;
1095
1096     constrainLocalCopy(SU, DAG);
1097   }
1098 }
1099
1100 //===----------------------------------------------------------------------===//
1101 // ConvergingScheduler - Implementation of the generic MachineSchedStrategy.
1102 //===----------------------------------------------------------------------===//
1103
1104 namespace {
1105 /// ConvergingScheduler shrinks the unscheduled zone using heuristics to balance
1106 /// the schedule.
1107 class ConvergingScheduler : public MachineSchedStrategy {
1108 public:
1109   /// Represent the type of SchedCandidate found within a single queue.
1110   /// pickNodeBidirectional depends on these listed by decreasing priority.
1111   enum CandReason {
1112     NoCand, PhysRegCopy, RegExcess, RegCritical, Cluster, Weak, RegMax,
1113     ResourceReduce, ResourceDemand, BotHeightReduce, BotPathReduce,
1114     TopDepthReduce, TopPathReduce, NextDefUse, NodeOrder};
1115
1116 #ifndef NDEBUG
1117   static const char *getReasonStr(ConvergingScheduler::CandReason Reason);
1118 #endif
1119
1120   /// Policy for scheduling the next instruction in the candidate's zone.
1121   struct CandPolicy {
1122     bool ReduceLatency;
1123     unsigned ReduceResIdx;
1124     unsigned DemandResIdx;
1125
1126     CandPolicy(): ReduceLatency(false), ReduceResIdx(0), DemandResIdx(0) {}
1127   };
1128
1129   /// Status of an instruction's critical resource consumption.
1130   struct SchedResourceDelta {
1131     // Count critical resources in the scheduled region required by SU.
1132     unsigned CritResources;
1133
1134     // Count critical resources from another region consumed by SU.
1135     unsigned DemandedResources;
1136
1137     SchedResourceDelta(): CritResources(0), DemandedResources(0) {}
1138
1139     bool operator==(const SchedResourceDelta &RHS) const {
1140       return CritResources == RHS.CritResources
1141         && DemandedResources == RHS.DemandedResources;
1142     }
1143     bool operator!=(const SchedResourceDelta &RHS) const {
1144       return !operator==(RHS);
1145     }
1146   };
1147
1148   /// Store the state used by ConvergingScheduler heuristics, required for the
1149   /// lifetime of one invocation of pickNode().
1150   struct SchedCandidate {
1151     CandPolicy Policy;
1152
1153     // The best SUnit candidate.
1154     SUnit *SU;
1155
1156     // The reason for this candidate.
1157     CandReason Reason;
1158
1159     // Set of reasons that apply to multiple candidates.
1160     uint32_t RepeatReasonSet;
1161
1162     // Register pressure values for the best candidate.
1163     RegPressureDelta RPDelta;
1164
1165     // Critical resource consumption of the best candidate.
1166     SchedResourceDelta ResDelta;
1167
1168     SchedCandidate(const CandPolicy &policy)
1169       : Policy(policy), SU(NULL), Reason(NoCand), RepeatReasonSet(0) {}
1170
1171     bool isValid() const { return SU; }
1172
1173     // Copy the status of another candidate without changing policy.
1174     void setBest(SchedCandidate &Best) {
1175       assert(Best.Reason != NoCand && "uninitialized Sched candidate");
1176       SU = Best.SU;
1177       Reason = Best.Reason;
1178       RPDelta = Best.RPDelta;
1179       ResDelta = Best.ResDelta;
1180     }
1181
1182     bool isRepeat(CandReason R) { return RepeatReasonSet & (1 << R); }
1183     void setRepeat(CandReason R) { RepeatReasonSet |= (1 << R); }
1184
1185     void initResourceDelta(const ScheduleDAGMI *DAG,
1186                            const TargetSchedModel *SchedModel);
1187   };
1188
1189   /// Summarize the unscheduled region.
1190   struct SchedRemainder {
1191     // Critical path through the DAG in expected latency.
1192     unsigned CriticalPath;
1193
1194     // Scaled count of micro-ops left to schedule.
1195     unsigned RemIssueCount;
1196
1197     // Unscheduled resources
1198     SmallVector<unsigned, 16> RemainingCounts;
1199
1200     void reset() {
1201       CriticalPath = 0;
1202       RemIssueCount = 0;
1203       RemainingCounts.clear();
1204     }
1205
1206     SchedRemainder() { reset(); }
1207
1208     void init(ScheduleDAGMI *DAG, const TargetSchedModel *SchedModel);
1209   };
1210
1211   /// Each Scheduling boundary is associated with ready queues. It tracks the
1212   /// current cycle in the direction of movement, and maintains the state
1213   /// of "hazards" and other interlocks at the current cycle.
1214   struct SchedBoundary {
1215     ScheduleDAGMI *DAG;
1216     const TargetSchedModel *SchedModel;
1217     SchedRemainder *Rem;
1218
1219     ReadyQueue Available;
1220     ReadyQueue Pending;
1221     bool CheckPending;
1222
1223     // For heuristics, keep a list of the nodes that immediately depend on the
1224     // most recently scheduled node.
1225     SmallPtrSet<const SUnit*, 8> NextSUs;
1226
1227     ScheduleHazardRecognizer *HazardRec;
1228
1229     /// Number of cycles it takes to issue the instructions scheduled in this
1230     /// zone. It is defined as: scheduled-micro-ops / issue-width + stalls.
1231     /// See getStalls().
1232     unsigned CurrCycle;
1233
1234     /// Micro-ops issued in the current cycle
1235     unsigned CurrMOps;
1236
1237     /// MinReadyCycle - Cycle of the soonest available instruction.
1238     unsigned MinReadyCycle;
1239
1240     // The expected latency of the critical path in this scheduled zone.
1241     unsigned ExpectedLatency;
1242
1243     // The latency of dependence chains leading into this zone.
1244     // For each node scheduled top-down: DLat = max DLat, N.Depth.
1245     // For each cycle scheduled: DLat -= 1.
1246     unsigned DependentLatency;
1247
1248     /// Count the scheduled (issued) micro-ops that can be retired by
1249     /// time=CurrCycle assuming the first scheduled instr is retired at time=0.
1250     unsigned RetiredMOps;
1251
1252     // Count scheduled resources that have been executed. Resources are
1253     // considered executed if they become ready in the time that it takes to
1254     // saturate any resource including the one in question. Counts are scaled
1255     // for direct comparison with other resources. Counts ca be compared with
1256     // MOps * getMicroOpFactor and Latency * getLatencyFactor.
1257     SmallVector<unsigned, 16> ExecutedResCounts;
1258
1259     /// Cache the max count for a single resource.
1260     unsigned MaxExecutedResCount;
1261
1262     // Cache the critical resources ID in this scheduled zone.
1263     unsigned ZoneCritResIdx;
1264
1265     // Is the scheduled region resource limited vs. latency limited.
1266     bool IsResourceLimited;
1267
1268 #ifndef NDEBUG
1269     // Remember the greatest operand latency as an upper bound on the number of
1270     // times we should retry the pending queue because of a hazard.
1271     unsigned MaxObservedLatency;
1272 #endif
1273
1274     void reset() {
1275       // A new HazardRec is created for each DAG and owned by SchedBoundary.
1276       delete HazardRec;
1277
1278       Available.clear();
1279       Pending.clear();
1280       CheckPending = false;
1281       NextSUs.clear();
1282       HazardRec = 0;
1283       CurrCycle = 0;
1284       CurrMOps = 0;
1285       MinReadyCycle = UINT_MAX;
1286       ExpectedLatency = 0;
1287       DependentLatency = 0;
1288       RetiredMOps = 0;
1289       MaxExecutedResCount = 0;
1290       ZoneCritResIdx = 0;
1291       IsResourceLimited = false;
1292 #ifndef NDEBUG
1293       MaxObservedLatency = 0;
1294 #endif
1295       // Reserve a zero-count for invalid CritResIdx.
1296       ExecutedResCounts.resize(1);
1297       assert(!ExecutedResCounts[0] && "nonzero count for bad resource");
1298     }
1299
1300     /// Pending queues extend the ready queues with the same ID and the
1301     /// PendingFlag set.
1302     SchedBoundary(unsigned ID, const Twine &Name):
1303       DAG(0), SchedModel(0), Rem(0), Available(ID, Name+".A"),
1304       Pending(ID << ConvergingScheduler::LogMaxQID, Name+".P"),
1305       HazardRec(0) {
1306       reset();
1307     }
1308
1309     ~SchedBoundary() { delete HazardRec; }
1310
1311     void init(ScheduleDAGMI *dag, const TargetSchedModel *smodel,
1312               SchedRemainder *rem);
1313
1314     bool isTop() const {
1315       return Available.getID() == ConvergingScheduler::TopQID;
1316     }
1317
1318 #ifndef NDEBUG
1319     const char *getResourceName(unsigned PIdx) {
1320       if (!PIdx)
1321         return "MOps";
1322       return SchedModel->getProcResource(PIdx)->Name;
1323     }
1324 #endif
1325
1326     /// Get the number of latency cycles "covered" by the scheduled
1327     /// instructions. This is the larger of the critical path within the zone
1328     /// and the number of cycles required to issue the instructions.
1329     unsigned getScheduledLatency() const {
1330       return std::max(ExpectedLatency, CurrCycle);
1331     }
1332
1333     unsigned getUnscheduledLatency(SUnit *SU) const {
1334       return isTop() ? SU->getHeight() : SU->getDepth();
1335     }
1336
1337     unsigned getResourceCount(unsigned ResIdx) const {
1338       return ExecutedResCounts[ResIdx];
1339     }
1340
1341     /// Get the scaled count of scheduled micro-ops and resources, including
1342     /// executed resources.
1343     unsigned getCriticalCount() const {
1344       if (!ZoneCritResIdx)
1345         return RetiredMOps * SchedModel->getMicroOpFactor();
1346       return getResourceCount(ZoneCritResIdx);
1347     }
1348
1349     /// Get a scaled count for the minimum execution time of the scheduled
1350     /// micro-ops that are ready to execute by getExecutedCount. Notice the
1351     /// feedback loop.
1352     unsigned getExecutedCount() const {
1353       return std::max(CurrCycle * SchedModel->getLatencyFactor(),
1354                       MaxExecutedResCount);
1355     }
1356
1357     bool checkHazard(SUnit *SU);
1358
1359     unsigned findMaxLatency(ArrayRef<SUnit*> ReadySUs);
1360
1361     unsigned getOtherResourceCount(unsigned &OtherCritIdx);
1362
1363     void setPolicy(CandPolicy &Policy, SchedBoundary &OtherZone);
1364
1365     void releaseNode(SUnit *SU, unsigned ReadyCycle);
1366
1367     void bumpCycle(unsigned NextCycle);
1368
1369     void incExecutedResources(unsigned PIdx, unsigned Count);
1370
1371     unsigned countResource(unsigned PIdx, unsigned Cycles, unsigned ReadyCycle);
1372
1373     void bumpNode(SUnit *SU);
1374
1375     void releasePending();
1376
1377     void removeReady(SUnit *SU);
1378
1379     SUnit *pickOnlyChoice();
1380
1381 #ifndef NDEBUG
1382     void dumpScheduledState();
1383 #endif
1384   };
1385
1386 private:
1387   ScheduleDAGMI *DAG;
1388   const TargetSchedModel *SchedModel;
1389   const TargetRegisterInfo *TRI;
1390
1391   // State of the top and bottom scheduled instruction boundaries.
1392   SchedRemainder Rem;
1393   SchedBoundary Top;
1394   SchedBoundary Bot;
1395
1396 public:
1397   /// SUnit::NodeQueueId: 0 (none), 1 (top), 2 (bot), 3 (both)
1398   enum {
1399     TopQID = 1,
1400     BotQID = 2,
1401     LogMaxQID = 2
1402   };
1403
1404   ConvergingScheduler():
1405     DAG(0), SchedModel(0), TRI(0), Top(TopQID, "TopQ"), Bot(BotQID, "BotQ") {}
1406
1407   virtual void initialize(ScheduleDAGMI *dag);
1408
1409   virtual SUnit *pickNode(bool &IsTopNode);
1410
1411   virtual void schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode);
1412
1413   virtual void releaseTopNode(SUnit *SU);
1414
1415   virtual void releaseBottomNode(SUnit *SU);
1416
1417   virtual void registerRoots();
1418
1419 protected:
1420   void tryCandidate(SchedCandidate &Cand,
1421                     SchedCandidate &TryCand,
1422                     SchedBoundary &Zone,
1423                     const RegPressureTracker &RPTracker,
1424                     RegPressureTracker &TempTracker);
1425
1426   SUnit *pickNodeBidirectional(bool &IsTopNode);
1427
1428   void pickNodeFromQueue(SchedBoundary &Zone,
1429                          const RegPressureTracker &RPTracker,
1430                          SchedCandidate &Candidate);
1431
1432   void reschedulePhysRegCopies(SUnit *SU, bool isTop);
1433
1434 #ifndef NDEBUG
1435   void traceCandidate(const SchedCandidate &Cand);
1436 #endif
1437 };
1438 } // namespace
1439
1440 void ConvergingScheduler::SchedRemainder::
1441 init(ScheduleDAGMI *DAG, const TargetSchedModel *SchedModel) {
1442   reset();
1443   if (!SchedModel->hasInstrSchedModel())
1444     return;
1445   RemainingCounts.resize(SchedModel->getNumProcResourceKinds());
1446   for (std::vector<SUnit>::iterator
1447          I = DAG->SUnits.begin(), E = DAG->SUnits.end(); I != E; ++I) {
1448     const MCSchedClassDesc *SC = DAG->getSchedClass(&*I);
1449     RemIssueCount += SchedModel->getNumMicroOps(I->getInstr(), SC)
1450       * SchedModel->getMicroOpFactor();
1451     for (TargetSchedModel::ProcResIter
1452            PI = SchedModel->getWriteProcResBegin(SC),
1453            PE = SchedModel->getWriteProcResEnd(SC); PI != PE; ++PI) {
1454       unsigned PIdx = PI->ProcResourceIdx;
1455       unsigned Factor = SchedModel->getResourceFactor(PIdx);
1456       RemainingCounts[PIdx] += (Factor * PI->Cycles);
1457     }
1458   }
1459 }
1460
1461 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::
1462 init(ScheduleDAGMI *dag, const TargetSchedModel *smodel, SchedRemainder *rem) {
1463   reset();
1464   DAG = dag;
1465   SchedModel = smodel;
1466   Rem = rem;
1467   if (SchedModel->hasInstrSchedModel())
1468     ExecutedResCounts.resize(SchedModel->getNumProcResourceKinds());
1469 }
1470
1471 void ConvergingScheduler::initialize(ScheduleDAGMI *dag) {
1472   DAG = dag;
1473   SchedModel = DAG->getSchedModel();
1474   TRI = DAG->TRI;
1475
1476   Rem.init(DAG, SchedModel);
1477   Top.init(DAG, SchedModel, &Rem);
1478   Bot.init(DAG, SchedModel, &Rem);
1479
1480   // Initialize resource counts.
1481
1482   // Initialize the HazardRecognizers. If itineraries don't exist, are empty, or
1483   // are disabled, then these HazardRecs will be disabled.
1484   const InstrItineraryData *Itin = SchedModel->getInstrItineraries();
1485   const TargetMachine &TM = DAG->MF.getTarget();
1486   Top.HazardRec = TM.getInstrInfo()->CreateTargetMIHazardRecognizer(Itin, DAG);
1487   Bot.HazardRec = TM.getInstrInfo()->CreateTargetMIHazardRecognizer(Itin, DAG);
1488
1489   assert((!ForceTopDown || !ForceBottomUp) &&
1490          "-misched-topdown incompatible with -misched-bottomup");
1491 }
1492
1493 void ConvergingScheduler::releaseTopNode(SUnit *SU) {
1494   if (SU->isScheduled)
1495     return;
1496
1497   for (SUnit::pred_iterator I = SU->Preds.begin(), E = SU->Preds.end();
1498        I != E; ++I) {
1499     if (I->isWeak())
1500       continue;
1501     unsigned PredReadyCycle = I->getSUnit()->TopReadyCycle;
1502     unsigned Latency = I->getLatency();
1503 #ifndef NDEBUG
1504     Top.MaxObservedLatency = std::max(Latency, Top.MaxObservedLatency);
1505 #endif
1506     if (SU->TopReadyCycle < PredReadyCycle + Latency)
1507       SU->TopReadyCycle = PredReadyCycle + Latency;
1508   }
1509   Top.releaseNode(SU, SU->TopReadyCycle);
1510 }
1511
1512 void ConvergingScheduler::releaseBottomNode(SUnit *SU) {
1513   if (SU->isScheduled)
1514     return;
1515
1516   assert(SU->getInstr() && "Scheduled SUnit must have instr");
1517
1518   for (SUnit::succ_iterator I = SU->Succs.begin(), E = SU->Succs.end();
1519        I != E; ++I) {
1520     if (I->isWeak())
1521       continue;
1522     unsigned SuccReadyCycle = I->getSUnit()->BotReadyCycle;
1523     unsigned Latency = I->getLatency();
1524 #ifndef NDEBUG
1525     Bot.MaxObservedLatency = std::max(Latency, Bot.MaxObservedLatency);
1526 #endif
1527     if (SU->BotReadyCycle < SuccReadyCycle + Latency)
1528       SU->BotReadyCycle = SuccReadyCycle + Latency;
1529   }
1530   Bot.releaseNode(SU, SU->BotReadyCycle);
1531 }
1532
1533 void ConvergingScheduler::registerRoots() {
1534   Rem.CriticalPath = DAG->ExitSU.getDepth();
1535   // Some roots may not feed into ExitSU. Check all of them in case.
1536   for (std::vector<SUnit*>::const_iterator
1537          I = Bot.Available.begin(), E = Bot.Available.end(); I != E; ++I) {
1538     if ((*I)->getDepth() > Rem.CriticalPath)
1539       Rem.CriticalPath = (*I)->getDepth();
1540   }
1541   DEBUG(dbgs() << "Critical Path: " << Rem.CriticalPath << '\n');
1542 }
1543
1544 /// Does this SU have a hazard within the current instruction group.
1545 ///
1546 /// The scheduler supports two modes of hazard recognition. The first is the
1547 /// ScheduleHazardRecognizer API. It is a fully general hazard recognizer that
1548 /// supports highly complicated in-order reservation tables
1549 /// (ScoreboardHazardRecognizer) and arbitraty target-specific logic.
1550 ///
1551 /// The second is a streamlined mechanism that checks for hazards based on
1552 /// simple counters that the scheduler itself maintains. It explicitly checks
1553 /// for instruction dispatch limitations, including the number of micro-ops that
1554 /// can dispatch per cycle.
1555 ///
1556 /// TODO: Also check whether the SU must start a new group.
1557 bool ConvergingScheduler::SchedBoundary::checkHazard(SUnit *SU) {
1558   if (HazardRec->isEnabled())
1559     return HazardRec->getHazardType(SU) != ScheduleHazardRecognizer::NoHazard;
1560
1561   unsigned uops = SchedModel->getNumMicroOps(SU->getInstr());
1562   if ((CurrMOps > 0) && (CurrMOps + uops > SchedModel->getIssueWidth())) {
1563     DEBUG(dbgs() << "  SU(" << SU->NodeNum << ") uops="
1564           << SchedModel->getNumMicroOps(SU->getInstr()) << '\n');
1565     return true;
1566   }
1567   return false;
1568 }
1569
1570 // Find the unscheduled node in ReadySUs with the highest latency.
1571 unsigned ConvergingScheduler::SchedBoundary::
1572 findMaxLatency(ArrayRef<SUnit*> ReadySUs) {
1573   SUnit *LateSU = 0;
1574   unsigned RemLatency = 0;
1575   for (ArrayRef<SUnit*>::iterator I = ReadySUs.begin(), E = ReadySUs.end();
1576        I != E; ++I) {
1577     unsigned L = getUnscheduledLatency(*I);
1578     if (L > RemLatency) {
1579       RemLatency = L;
1580       LateSU = *I;
1581     }
1582   }
1583   if (LateSU) {
1584     DEBUG(dbgs() << Available.getName() << " RemLatency SU("
1585           << LateSU->NodeNum << ") " << RemLatency << "c\n");
1586   }
1587   return RemLatency;
1588 }
1589
1590 // Count resources in this zone and the remaining unscheduled
1591 // instruction. Return the max count, scaled. Set OtherCritIdx to the critical
1592 // resource index, or zero if the zone is issue limited.
1593 unsigned ConvergingScheduler::SchedBoundary::
1594 getOtherResourceCount(unsigned &OtherCritIdx) {
1595   if (!SchedModel->hasInstrSchedModel())
1596     return 0;
1597
1598   unsigned OtherCritCount = Rem->RemIssueCount
1599     + (RetiredMOps * SchedModel->getMicroOpFactor());
1600   DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName() << " + Remain MOps: "
1601         << OtherCritCount / SchedModel->getMicroOpFactor() << '\n');
1602   OtherCritIdx = 0;
1603   for (unsigned PIdx = 1, PEnd = SchedModel->getNumProcResourceKinds();
1604        PIdx != PEnd; ++PIdx) {
1605     unsigned OtherCount = getResourceCount(PIdx) + Rem->RemainingCounts[PIdx];
1606     if (OtherCount > OtherCritCount) {
1607       OtherCritCount = OtherCount;
1608       OtherCritIdx = PIdx;
1609     }
1610   }
1611   if (OtherCritIdx) {
1612     DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName() << " + Remain CritRes: "
1613           << OtherCritCount / SchedModel->getResourceFactor(OtherCritIdx)
1614           << " " << getResourceName(OtherCritIdx) << "\n");
1615   }
1616   return OtherCritCount;
1617 }
1618
1619 /// Set the CandPolicy for this zone given the current resources and latencies
1620 /// inside and outside the zone.
1621 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::setPolicy(CandPolicy &Policy,
1622                                                    SchedBoundary &OtherZone) {
1623   // Now that potential stalls have been considered, apply preemptive heuristics
1624   // based on the the total latency and resources inside and outside this
1625   // zone.
1626
1627   // Compute remaining latency. We need this both to determine whether the
1628   // overall schedule has become latency-limited and whether the instructions
1629   // outside this zone are resource or latency limited.
1630   //
1631   // The "dependent" latency is updated incrementally during scheduling as the
1632   // max height/depth of scheduled nodes minus the cycles since it was
1633   // scheduled:
1634   //   DLat = max (N.depth - (CurrCycle - N.ReadyCycle) for N in Zone
1635   //
1636   // The "independent" latency is the max ready queue depth:
1637   //   ILat = max N.depth for N in Available|Pending
1638   //
1639   // RemainingLatency is the greater of independent and dependent latency.
1640   unsigned RemLatency = DependentLatency;
1641   RemLatency = std::max(RemLatency, findMaxLatency(Available.elements()));
1642   RemLatency = std::max(RemLatency, findMaxLatency(Pending.elements()));
1643
1644   // Compute the critical resource outside the zone.
1645   unsigned OtherCritIdx;
1646   unsigned OtherCount = OtherZone.getOtherResourceCount(OtherCritIdx);
1647
1648   bool OtherResLimited = false;
1649   if (SchedModel->hasInstrSchedModel()) {
1650     unsigned LFactor = SchedModel->getLatencyFactor();
1651     OtherResLimited = (int)(OtherCount - (RemLatency * LFactor)) > (int)LFactor;
1652   }
1653   if (!OtherResLimited && (RemLatency + CurrCycle > Rem->CriticalPath)) {
1654     Policy.ReduceLatency |= true;
1655     DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName() << " RemainingLatency "
1656           << RemLatency << " + " << CurrCycle << "c > CritPath "
1657           << Rem->CriticalPath << "\n");
1658   }
1659   // If the same resource is limiting inside and outside the zone, do nothing.
1660   if (IsResourceLimited && OtherResLimited && (ZoneCritResIdx == OtherCritIdx))
1661     return;
1662
1663   DEBUG(
1664     if (IsResourceLimited) {
1665       dbgs() << "  " << Available.getName() << " ResourceLimited: "
1666              << getResourceName(ZoneCritResIdx) << "\n";
1667     }
1668     if (OtherResLimited)
1669       dbgs() << "  RemainingLimit: " << getResourceName(OtherCritIdx);
1670     if (!IsResourceLimited && !OtherResLimited)
1671       dbgs() << "  Latency limited both directions.\n");
1672
1673   if (IsResourceLimited && !Policy.ReduceResIdx)
1674     Policy.ReduceResIdx = ZoneCritResIdx;
1675
1676   if (OtherResLimited)
1677     Policy.DemandResIdx = OtherCritIdx;
1678 }
1679
1680 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::releaseNode(SUnit *SU,
1681                                                      unsigned ReadyCycle) {
1682   if (ReadyCycle < MinReadyCycle)
1683     MinReadyCycle = ReadyCycle;
1684
1685   // Check for interlocks first. For the purpose of other heuristics, an
1686   // instruction that cannot issue appears as if it's not in the ReadyQueue.
1687   bool IsBuffered = SchedModel->getMicroOpBufferSize() != 0;
1688   if ((!IsBuffered && ReadyCycle > CurrCycle) || checkHazard(SU))
1689     Pending.push(SU);
1690   else
1691     Available.push(SU);
1692
1693   // Record this node as an immediate dependent of the scheduled node.
1694   NextSUs.insert(SU);
1695 }
1696
1697 /// Move the boundary of scheduled code by one cycle.
1698 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::bumpCycle(unsigned NextCycle) {
1699   if (SchedModel->getMicroOpBufferSize() == 0) {
1700     assert(MinReadyCycle < UINT_MAX && "MinReadyCycle uninitialized");
1701     if (MinReadyCycle > NextCycle)
1702       NextCycle = MinReadyCycle;
1703   }
1704   // Update the current micro-ops, which will issue in the next cycle.
1705   unsigned DecMOps = SchedModel->getIssueWidth() * (NextCycle - CurrCycle);
1706   CurrMOps = (CurrMOps <= DecMOps) ? 0 : CurrMOps - DecMOps;
1707
1708   // Decrement DependentLatency based on the next cycle.
1709   if ((NextCycle - CurrCycle) > DependentLatency)
1710     DependentLatency = 0;
1711   else
1712     DependentLatency -= (NextCycle - CurrCycle);
1713
1714   if (!HazardRec->isEnabled()) {
1715     // Bypass HazardRec virtual calls.
1716     CurrCycle = NextCycle;
1717   }
1718   else {
1719     // Bypass getHazardType calls in case of long latency.
1720     for (; CurrCycle != NextCycle; ++CurrCycle) {
1721       if (isTop())
1722         HazardRec->AdvanceCycle();
1723       else
1724         HazardRec->RecedeCycle();
1725     }
1726   }
1727   CheckPending = true;
1728   unsigned LFactor = SchedModel->getLatencyFactor();
1729   IsResourceLimited =
1730     (int)(getCriticalCount() - (getScheduledLatency() * LFactor))
1731     > (int)LFactor;
1732
1733   DEBUG(dbgs() << "Cycle: " << CurrCycle << ' ' << Available.getName() << '\n');
1734 }
1735
1736 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::incExecutedResources(unsigned PIdx,
1737                                                               unsigned Count) {
1738   ExecutedResCounts[PIdx] += Count;
1739   if (ExecutedResCounts[PIdx] > MaxExecutedResCount)
1740     MaxExecutedResCount = ExecutedResCounts[PIdx];
1741 }
1742
1743 /// Add the given processor resource to this scheduled zone.
1744 ///
1745 /// \param Cycles indicates the number of consecutive (non-pipelined) cycles
1746 /// during which this resource is consumed.
1747 ///
1748 /// \return the next cycle at which the instruction may execute without
1749 /// oversubscribing resources.
1750 unsigned ConvergingScheduler::SchedBoundary::
1751 countResource(unsigned PIdx, unsigned Cycles, unsigned ReadyCycle) {
1752   unsigned Factor = SchedModel->getResourceFactor(PIdx);
1753   unsigned Count = Factor * Cycles;
1754   DEBUG(dbgs() << "  " << getResourceName(PIdx)
1755         << " +" << Cycles << "x" << Factor << "u\n");
1756
1757   // Update Executed resources counts.
1758   incExecutedResources(PIdx, Count);
1759   assert(Rem->RemainingCounts[PIdx] >= Count && "resource double counted");
1760   Rem->RemainingCounts[PIdx] -= Count;
1761
1762   // Check if this resource exceeds the current critical resource by a full
1763   // cycle. If so, it becomes the critical resource.
1764   if (ZoneCritResIdx != PIdx
1765       && ((int)(getResourceCount(PIdx) - getCriticalCount())
1766           >= (int)SchedModel->getLatencyFactor())) {
1767     ZoneCritResIdx = PIdx;
1768     DEBUG(dbgs() << "  *** Critical resource "
1769           << getResourceName(PIdx) << ": "
1770           << getResourceCount(PIdx) / SchedModel->getLatencyFactor() << "c\n");
1771   }
1772   // TODO: We don't yet model reserved resources. It's not hard though.
1773   return CurrCycle;
1774 }
1775
1776 /// Move the boundary of scheduled code by one SUnit.
1777 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::bumpNode(SUnit *SU) {
1778   // Update the reservation table.
1779   if (HazardRec->isEnabled()) {
1780     if (!isTop() && SU->isCall) {
1781       // Calls are scheduled with their preceding instructions. For bottom-up
1782       // scheduling, clear the pipeline state before emitting.
1783       HazardRec->Reset();
1784     }
1785     HazardRec->EmitInstruction(SU);
1786   }
1787   const MCSchedClassDesc *SC = DAG->getSchedClass(SU);
1788   unsigned IncMOps = SchedModel->getNumMicroOps(SU->getInstr());
1789   CurrMOps += IncMOps;
1790   // checkHazard prevents scheduling multiple instructions per cycle that exceed
1791   // issue width. However, we commonly reach the maximum. In this case
1792   // opportunistically bump the cycle to avoid uselessly checking everything in
1793   // the readyQ. Furthermore, a single instruction may produce more than one
1794   // cycle's worth of micro-ops.
1795   //
1796   // TODO: Also check if this SU must end a dispatch group.
1797   unsigned NextCycle = CurrCycle;
1798   if (CurrMOps >= SchedModel->getIssueWidth()) {
1799     ++NextCycle;
1800     DEBUG(dbgs() << "  *** Max MOps " << CurrMOps
1801           << " at cycle " << CurrCycle << '\n');
1802   }
1803   unsigned ReadyCycle = (isTop() ? SU->TopReadyCycle : SU->BotReadyCycle);
1804   DEBUG(dbgs() << "  Ready @" << ReadyCycle << "c\n");
1805
1806   switch (SchedModel->getMicroOpBufferSize()) {
1807   case 0:
1808     assert(ReadyCycle <= CurrCycle && "Broken PendingQueue");
1809     break;
1810   case 1:
1811     if (ReadyCycle > NextCycle) {
1812       NextCycle = ReadyCycle;
1813       DEBUG(dbgs() << "  *** Stall until: " << ReadyCycle << "\n");
1814     }
1815     break;
1816   default:
1817     // We don't currently model the OOO reorder buffer, so consider all
1818     // scheduled MOps to be "retired".
1819     break;
1820   }
1821   RetiredMOps += IncMOps;
1822
1823   // Update resource counts and critical resource.
1824   if (SchedModel->hasInstrSchedModel()) {
1825     unsigned DecRemIssue = IncMOps * SchedModel->getMicroOpFactor();
1826     assert(Rem->RemIssueCount >= DecRemIssue && "MOps double counted");
1827     Rem->RemIssueCount -= DecRemIssue;
1828     if (ZoneCritResIdx) {
1829       // Scale scheduled micro-ops for comparing with the critical resource.
1830       unsigned ScaledMOps =
1831         RetiredMOps * SchedModel->getMicroOpFactor();
1832
1833       // If scaled micro-ops are now more than the previous critical resource by
1834       // a full cycle, then micro-ops issue becomes critical.
1835       if ((int)(ScaledMOps - getResourceCount(ZoneCritResIdx))
1836           >= (int)SchedModel->getLatencyFactor()) {
1837         ZoneCritResIdx = 0;
1838         DEBUG(dbgs() << "  *** Critical resource NumMicroOps: "
1839               << ScaledMOps / SchedModel->getLatencyFactor() << "c\n");
1840       }
1841     }
1842     for (TargetSchedModel::ProcResIter
1843            PI = SchedModel->getWriteProcResBegin(SC),
1844            PE = SchedModel->getWriteProcResEnd(SC); PI != PE; ++PI) {
1845       unsigned RCycle =
1846         countResource(PI->ProcResourceIdx, PI->Cycles, ReadyCycle);
1847       if (RCycle > NextCycle)
1848         NextCycle = RCycle;
1849     }
1850   }
1851   // Update ExpectedLatency and DependentLatency.
1852   unsigned &TopLatency = isTop() ? ExpectedLatency : DependentLatency;
1853   unsigned &BotLatency = isTop() ? DependentLatency : ExpectedLatency;
1854   if (SU->getDepth() > TopLatency) {
1855     TopLatency = SU->getDepth();
1856     DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName()
1857           << " TopLatency SU(" << SU->NodeNum << ") " << TopLatency << "c\n");
1858   }
1859   if (SU->getHeight() > BotLatency) {
1860     BotLatency = SU->getHeight();
1861     DEBUG(dbgs() << "  " << Available.getName()
1862           << " BotLatency SU(" << SU->NodeNum << ") " << BotLatency << "c\n");
1863   }
1864   // If we stall for any reason, bump the cycle.
1865   if (NextCycle > CurrCycle) {
1866     bumpCycle(NextCycle);
1867   }
1868   else {
1869     // After updating ZoneCritResIdx and ExpectedLatency, check if we're
1870     // resource limited. If a stall occured, bumpCycle does this.
1871     unsigned LFactor = SchedModel->getLatencyFactor();
1872     IsResourceLimited =
1873       (int)(getCriticalCount() - (getScheduledLatency() * LFactor))
1874       > (int)LFactor;
1875   }
1876   DEBUG(dumpScheduledState());
1877 }
1878
1879 /// Release pending ready nodes in to the available queue. This makes them
1880 /// visible to heuristics.
1881 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::releasePending() {
1882   // If the available queue is empty, it is safe to reset MinReadyCycle.
1883   if (Available.empty())
1884     MinReadyCycle = UINT_MAX;
1885
1886   // Check to see if any of the pending instructions are ready to issue.  If
1887   // so, add them to the available queue.
1888   bool IsBuffered = SchedModel->getMicroOpBufferSize() != 0;
1889   for (unsigned i = 0, e = Pending.size(); i != e; ++i) {
1890     SUnit *SU = *(Pending.begin()+i);
1891     unsigned ReadyCycle = isTop() ? SU->TopReadyCycle : SU->BotReadyCycle;
1892
1893     if (ReadyCycle < MinReadyCycle)
1894       MinReadyCycle = ReadyCycle;
1895
1896     if (!IsBuffered && ReadyCycle > CurrCycle)
1897       continue;
1898
1899     if (checkHazard(SU))
1900       continue;
1901
1902     Available.push(SU);
1903     Pending.remove(Pending.begin()+i);
1904     --i; --e;
1905   }
1906   DEBUG(if (!Pending.empty()) Pending.dump());
1907   CheckPending = false;
1908 }
1909
1910 /// Remove SU from the ready set for this boundary.
1911 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::removeReady(SUnit *SU) {
1912   if (Available.isInQueue(SU))
1913     Available.remove(Available.find(SU));
1914   else {
1915     assert(Pending.isInQueue(SU) && "bad ready count");
1916     Pending.remove(Pending.find(SU));
1917   }
1918 }
1919
1920 /// If this queue only has one ready candidate, return it. As a side effect,
1921 /// defer any nodes that now hit a hazard, and advance the cycle until at least
1922 /// one node is ready. If multiple instructions are ready, return NULL.
1923 SUnit *ConvergingScheduler::SchedBoundary::pickOnlyChoice() {
1924   if (CheckPending)
1925     releasePending();
1926
1927   if (CurrMOps > 0) {
1928     // Defer any ready instrs that now have a hazard.
1929     for (ReadyQueue::iterator I = Available.begin(); I != Available.end();) {
1930       if (checkHazard(*I)) {
1931         Pending.push(*I);
1932         I = Available.remove(I);
1933         continue;
1934       }
1935       ++I;
1936     }
1937   }
1938   for (unsigned i = 0; Available.empty(); ++i) {
1939     assert(i <= (HazardRec->getMaxLookAhead() + MaxObservedLatency) &&
1940            "permanent hazard"); (void)i;
1941     bumpCycle(CurrCycle + 1);
1942     releasePending();
1943   }
1944   if (Available.size() == 1)
1945     return *Available.begin();
1946   return NULL;
1947 }
1948
1949 #ifndef NDEBUG
1950 // This is useful information to dump after bumpNode.
1951 // Note that the Queue contents are more useful before pickNodeFromQueue.
1952 void ConvergingScheduler::SchedBoundary::dumpScheduledState() {
1953   unsigned ResFactor;
1954   unsigned ResCount;
1955   if (ZoneCritResIdx) {
1956     ResFactor = SchedModel->getResourceFactor(ZoneCritResIdx);
1957     ResCount = getResourceCount(ZoneCritResIdx);
1958   }
1959   else {
1960     ResFactor = SchedModel->getMicroOpFactor();
1961     ResCount = RetiredMOps * SchedModel->getMicroOpFactor();
1962   }
1963   unsigned LFactor = SchedModel->getLatencyFactor();
1964   dbgs() << Available.getName() << " @" << CurrCycle << "c\n"
1965          << "  Retired: " << RetiredMOps;
1966   dbgs() << "\n  Executed: " << getExecutedCount() / LFactor << "c";
1967   dbgs() << "\n  Critical: " << ResCount / LFactor << "c, "
1968          << ResCount / ResFactor << " " << getResourceName(ZoneCritResIdx)
1969          << "\n  ExpectedLatency: " << ExpectedLatency << "c\n"
1970          << (IsResourceLimited ? "  - Resource" : "  - Latency")
1971          << " limited.\n";
1972 }
1973 #endif
1974
1975 void ConvergingScheduler::SchedCandidate::
1976 initResourceDelta(const ScheduleDAGMI *DAG,
1977                   const TargetSchedModel *SchedModel) {
1978   if (!Policy.ReduceResIdx && !Policy.DemandResIdx)
1979     return;
1980
1981   const MCSchedClassDesc *SC = DAG->getSchedClass(SU);
1982   for (TargetSchedModel::ProcResIter
1983          PI = SchedModel->getWriteProcResBegin(SC),
1984          PE = SchedModel->getWriteProcResEnd(SC); PI != PE; ++PI) {
1985     if (PI->ProcResourceIdx == Policy.ReduceResIdx)
1986       ResDelta.CritResources += PI->Cycles;
1987     if (PI->ProcResourceIdx == Policy.DemandResIdx)
1988       ResDelta.DemandedResources += PI->Cycles;
1989   }
1990 }
1991
1992
1993 /// Return true if this heuristic determines order.
1994 static bool tryLess(int TryVal, int CandVal,
1995                     ConvergingScheduler::SchedCandidate &TryCand,
1996                     ConvergingScheduler::SchedCandidate &Cand,
1997                     ConvergingScheduler::CandReason Reason) {
1998   if (TryVal < CandVal) {
1999     TryCand.Reason = Reason;
2000     return true;
2001   }
2002   if (TryVal > CandVal) {
2003     if (Cand.Reason > Reason)
2004       Cand.Reason = Reason;
2005     return true;
2006   }
2007   Cand.setRepeat(Reason);
2008   return false;
2009 }
2010
2011 static bool tryGreater(int TryVal, int CandVal,
2012                        ConvergingScheduler::SchedCandidate &TryCand,
2013                        ConvergingScheduler::SchedCandidate &Cand,
2014                        ConvergingScheduler::CandReason Reason) {
2015   if (TryVal > CandVal) {
2016     TryCand.Reason = Reason;
2017     return true;
2018   }
2019   if (TryVal < CandVal) {
2020     if (Cand.Reason > Reason)
2021       Cand.Reason = Reason;
2022     return true;
2023   }
2024   Cand.setRepeat(Reason);
2025   return false;
2026 }
2027
2028 static unsigned getWeakLeft(const SUnit *SU, bool isTop) {
2029   return (isTop) ? SU->WeakPredsLeft : SU->WeakSuccsLeft;
2030 }
2031
2032 /// Minimize physical register live ranges. Regalloc wants them adjacent to
2033 /// their physreg def/use.
2034 ///
2035 /// FIXME: This is an unnecessary check on the critical path. Most are root/leaf
2036 /// copies which can be prescheduled. The rest (e.g. x86 MUL) could be bundled
2037 /// with the operation that produces or consumes the physreg. We'll do this when
2038 /// regalloc has support for parallel copies.
2039 static int biasPhysRegCopy(const SUnit *SU, bool isTop) {
2040   const MachineInstr *MI = SU->getInstr();
2041   if (!MI->isCopy())
2042     return 0;
2043
2044   unsigned ScheduledOper = isTop ? 1 : 0;
2045   unsigned UnscheduledOper = isTop ? 0 : 1;
2046   // If we have already scheduled the physreg produce/consumer, immediately
2047   // schedule the copy.
2048   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(
2049         MI->getOperand(ScheduledOper).getReg()))
2050     return 1;
2051   // If the physreg is at the boundary, defer it. Otherwise schedule it
2052   // immediately to free the dependent. We can hoist the copy later.
2053   bool AtBoundary = isTop ? !SU->NumSuccsLeft : !SU->NumPredsLeft;
2054   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(
2055         MI->getOperand(UnscheduledOper).getReg()))
2056     return AtBoundary ? -1 : 1;
2057   return 0;
2058 }
2059
2060 /// Apply a set of heursitics to a new candidate. Heuristics are currently
2061 /// hierarchical. This may be more efficient than a graduated cost model because
2062 /// we don't need to evaluate all aspects of the model for each node in the
2063 /// queue. But it's really done to make the heuristics easier to debug and
2064 /// statistically analyze.
2065 ///
2066 /// \param Cand provides the policy and current best candidate.
2067 /// \param TryCand refers to the next SUnit candidate, otherwise uninitialized.
2068 /// \param Zone describes the scheduled zone that we are extending.
2069 /// \param RPTracker describes reg pressure within the scheduled zone.
2070 /// \param TempTracker is a scratch pressure tracker to reuse in queries.
2071 void ConvergingScheduler::tryCandidate(SchedCandidate &Cand,
2072                                        SchedCandidate &TryCand,
2073                                        SchedBoundary &Zone,
2074                                        const RegPressureTracker &RPTracker,
2075                                        RegPressureTracker &TempTracker) {
2076
2077   // Always initialize TryCand's RPDelta.
2078   TempTracker.getMaxPressureDelta(TryCand.SU->getInstr(), TryCand.RPDelta,
2079                                   DAG->getRegionCriticalPSets(),
2080                                   DAG->getRegPressure().MaxSetPressure);
2081
2082   // Initialize the candidate if needed.
2083   if (!Cand.isValid()) {
2084     TryCand.Reason = NodeOrder;
2085     return;
2086   }
2087
2088   if (tryGreater(biasPhysRegCopy(TryCand.SU, Zone.isTop()),
2089                  biasPhysRegCopy(Cand.SU, Zone.isTop()),
2090                  TryCand, Cand, PhysRegCopy))
2091     return;
2092
2093   // Avoid exceeding the target's limit.
2094   if (tryLess(TryCand.RPDelta.Excess.UnitIncrease,
2095               Cand.RPDelta.Excess.UnitIncrease, TryCand, Cand, RegExcess))
2096     return;
2097
2098   // Avoid increasing the max critical pressure in the scheduled region.
2099   if (tryLess(TryCand.RPDelta.CriticalMax.UnitIncrease,
2100               Cand.RPDelta.CriticalMax.UnitIncrease,
2101               TryCand, Cand, RegCritical))
2102     return;
2103
2104   // Keep clustered nodes together to encourage downstream peephole
2105   // optimizations which may reduce resource requirements.
2106   //
2107   // This is a best effort to set things up for a post-RA pass. Optimizations
2108   // like generating loads of multiple registers should ideally be done within
2109   // the scheduler pass by combining the loads during DAG postprocessing.
2110   const SUnit *NextClusterSU =
2111     Zone.isTop() ? DAG->getNextClusterSucc() : DAG->getNextClusterPred();
2112   if (tryGreater(TryCand.SU == NextClusterSU, Cand.SU == NextClusterSU,
2113                  TryCand, Cand, Cluster))
2114     return;
2115
2116   // Weak edges are for clustering and other constraints.
2117   if (tryLess(getWeakLeft(TryCand.SU, Zone.isTop()),
2118               getWeakLeft(Cand.SU, Zone.isTop()),
2119               TryCand, Cand, Weak)) {
2120     return;
2121   }
2122   // Avoid increasing the max pressure of the entire region.
2123   if (tryLess(TryCand.RPDelta.CurrentMax.UnitIncrease,
2124               Cand.RPDelta.CurrentMax.UnitIncrease, TryCand, Cand, RegMax))
2125     return;
2126
2127   // Avoid critical resource consumption and balance the schedule.
2128   TryCand.initResourceDelta(DAG, SchedModel);
2129   if (tryLess(TryCand.ResDelta.CritResources, Cand.ResDelta.CritResources,
2130               TryCand, Cand, ResourceReduce))
2131     return;
2132   if (tryGreater(TryCand.ResDelta.DemandedResources,
2133                  Cand.ResDelta.DemandedResources,
2134                  TryCand, Cand, ResourceDemand))
2135     return;
2136
2137   // Avoid serializing long latency dependence chains.
2138   if (Cand.Policy.ReduceLatency) {
2139     if (Zone.isTop()) {
2140       if (Cand.SU->getDepth() > Zone.getScheduledLatency()) {
2141         if (tryLess(TryCand.SU->getDepth(), Cand.SU->getDepth(),
2142                     TryCand, Cand, TopDepthReduce))
2143           return;
2144       }
2145       if (tryGreater(TryCand.SU->getHeight(), Cand.SU->getHeight(),
2146                      TryCand, Cand, TopPathReduce))
2147         return;
2148     }
2149     else {
2150       if (Cand.SU->getHeight() > Zone.getScheduledLatency()) {
2151         if (tryLess(TryCand.SU->getHeight(), Cand.SU->getHeight(),
2152                     TryCand, Cand, BotHeightReduce))
2153           return;
2154       }
2155       if (tryGreater(TryCand.SU->getDepth(), Cand.SU->getDepth(),
2156                      TryCand, Cand, BotPathReduce))
2157         return;
2158     }
2159   }
2160
2161   // Prefer immediate defs/users of the last scheduled instruction. This is a
2162   // local pressure avoidance strategy that also makes the machine code
2163   // readable.
2164   if (tryGreater(Zone.NextSUs.count(TryCand.SU), Zone.NextSUs.count(Cand.SU),
2165                  TryCand, Cand, NextDefUse))
2166     return;
2167
2168   // Fall through to original instruction order.
2169   if ((Zone.isTop() && TryCand.SU->NodeNum < Cand.SU->NodeNum)
2170       || (!Zone.isTop() && TryCand.SU->NodeNum > Cand.SU->NodeNum)) {
2171     TryCand.Reason = NodeOrder;
2172   }
2173 }
2174
2175 #ifndef NDEBUG
2176 const char *ConvergingScheduler::getReasonStr(
2177   ConvergingScheduler::CandReason Reason) {
2178   switch (Reason) {
2179   case NoCand:         return "NOCAND    ";
2180   case PhysRegCopy:    return "PREG-COPY";
2181   case RegExcess:      return "REG-EXCESS";
2182   case RegCritical:    return "REG-CRIT  ";
2183   case Cluster:        return "CLUSTER   ";
2184   case Weak:           return "WEAK      ";
2185   case RegMax:         return "REG-MAX   ";
2186   case ResourceReduce: return "RES-REDUCE";
2187   case ResourceDemand: return "RES-DEMAND";
2188   case TopDepthReduce: return "TOP-DEPTH ";
2189   case TopPathReduce:  return "TOP-PATH  ";
2190   case BotHeightReduce:return "BOT-HEIGHT";
2191   case BotPathReduce:  return "BOT-PATH  ";
2192   case NextDefUse:     return "DEF-USE   ";
2193   case NodeOrder:      return "ORDER     ";
2194   };
2195   llvm_unreachable("Unknown reason!");
2196 }
2197
2198 void ConvergingScheduler::traceCandidate(const SchedCandidate &Cand) {
2199   PressureElement P;
2200   unsigned ResIdx = 0;
2201   unsigned Latency = 0;
2202   switch (Cand.Reason) {
2203   default:
2204     break;
2205   case RegExcess:
2206     P = Cand.RPDelta.Excess;
2207     break;
2208   case RegCritical:
2209     P = Cand.RPDelta.CriticalMax;
2210     break;
2211   case RegMax:
2212     P = Cand.RPDelta.CurrentMax;
2213     break;
2214   case ResourceReduce:
2215     ResIdx = Cand.Policy.ReduceResIdx;
2216     break;
2217   case ResourceDemand:
2218     ResIdx = Cand.Policy.DemandResIdx;
2219     break;
2220   case TopDepthReduce:
2221     Latency = Cand.SU->getDepth();
2222     break;
2223   case TopPathReduce:
2224     Latency = Cand.SU->getHeight();
2225     break;
2226   case BotHeightReduce:
2227     Latency = Cand.SU->getHeight();
2228     break;
2229   case BotPathReduce:
2230     Latency = Cand.SU->getDepth();
2231     break;
2232   }
2233   dbgs() << "  SU(" << Cand.SU->NodeNum << ") " << getReasonStr(Cand.Reason);
2234   if (P.isValid())
2235     dbgs() << " " << TRI->getRegPressureSetName(P.PSetID)
2236            << ":" << P.UnitIncrease << " ";
2237   else
2238     dbgs() << "      ";
2239   if (ResIdx)
2240     dbgs() << " " << SchedModel->getProcResource(ResIdx)->Name << " ";
2241   else
2242     dbgs() << "         ";
2243   if (Latency)
2244     dbgs() << " " << Latency << " cycles ";
2245   else
2246     dbgs() << "          ";
2247   dbgs() << '\n';
2248 }
2249 #endif
2250
2251 /// Pick the best candidate from the top queue.
2252 ///
2253 /// TODO: getMaxPressureDelta results can be mostly cached for each SUnit during
2254 /// DAG building. To adjust for the current scheduling location we need to
2255 /// maintain the number of vreg uses remaining to be top-scheduled.
2256 void ConvergingScheduler::pickNodeFromQueue(SchedBoundary &Zone,
2257                                             const RegPressureTracker &RPTracker,
2258                                             SchedCandidate &Cand) {
2259   ReadyQueue &Q = Zone.Available;
2260
2261   DEBUG(Q.dump());
2262
2263   // getMaxPressureDelta temporarily modifies the tracker.
2264   RegPressureTracker &TempTracker = const_cast<RegPressureTracker&>(RPTracker);
2265
2266   for (ReadyQueue::iterator I = Q.begin(), E = Q.end(); I != E; ++I) {
2267
2268     SchedCandidate TryCand(Cand.Policy);
2269     TryCand.SU = *I;
2270     tryCandidate(Cand, TryCand, Zone, RPTracker, TempTracker);
2271     if (TryCand.Reason != NoCand) {
2272       // Initialize resource delta if needed in case future heuristics query it.
2273       if (TryCand.ResDelta == SchedResourceDelta())
2274         TryCand.initResourceDelta(DAG, SchedModel);
2275       Cand.setBest(TryCand);
2276       DEBUG(traceCandidate(Cand));
2277     }
2278   }
2279 }
2280
2281 static void tracePick(const ConvergingScheduler::SchedCandidate &Cand,
2282                       bool IsTop) {
2283   DEBUG(dbgs() << "Pick " << (IsTop ? "Top " : "Bot ")
2284         << ConvergingScheduler::getReasonStr(Cand.Reason) << '\n');
2285 }
2286
2287 /// Pick the best candidate node from either the top or bottom queue.
2288 SUnit *ConvergingScheduler::pickNodeBidirectional(bool &IsTopNode) {
2289   // Schedule as far as possible in the direction of no choice. This is most
2290   // efficient, but also provides the best heuristics for CriticalPSets.
2291   if (SUnit *SU = Bot.pickOnlyChoice()) {
2292     IsTopNode = false;
2293     DEBUG(dbgs() << "Pick Bot NOCAND\n");
2294     return SU;
2295   }
2296   if (SUnit *SU = Top.pickOnlyChoice()) {
2297     IsTopNode = true;
2298     DEBUG(dbgs() << "Pick Top NOCAND\n");
2299     return SU;
2300   }
2301   CandPolicy NoPolicy;
2302   SchedCandidate BotCand(NoPolicy);
2303   SchedCandidate TopCand(NoPolicy);
2304   Bot.setPolicy(BotCand.Policy, Top);
2305   Top.setPolicy(TopCand.Policy, Bot);
2306
2307   // Prefer bottom scheduling when heuristics are silent.
2308   pickNodeFromQueue(Bot, DAG->getBotRPTracker(), BotCand);
2309   assert(BotCand.Reason != NoCand && "failed to find the first candidate");
2310
2311   // If either Q has a single candidate that provides the least increase in
2312   // Excess pressure, we can immediately schedule from that Q.
2313   //
2314   // RegionCriticalPSets summarizes the pressure within the scheduled region and
2315   // affects picking from either Q. If scheduling in one direction must
2316   // increase pressure for one of the excess PSets, then schedule in that
2317   // direction first to provide more freedom in the other direction.
2318   if ((BotCand.Reason == RegExcess && !BotCand.isRepeat(RegExcess))
2319       || (BotCand.Reason == RegCritical
2320           && !BotCand.isRepeat(RegCritical)))
2321   {
2322     IsTopNode = false;
2323     tracePick(BotCand, IsTopNode);
2324     return BotCand.SU;
2325   }
2326   // Check if the top Q has a better candidate.
2327   pickNodeFromQueue(Top, DAG->getTopRPTracker(), TopCand);
2328   assert(TopCand.Reason != NoCand && "failed to find the first candidate");
2329
2330   // Choose the queue with the most important (lowest enum) reason.
2331   if (TopCand.Reason < BotCand.Reason) {
2332     IsTopNode = true;
2333     tracePick(TopCand, IsTopNode);
2334     return TopCand.SU;
2335   }
2336   // Otherwise prefer the bottom candidate, in node order if all else failed.
2337   IsTopNode = false;
2338   tracePick(BotCand, IsTopNode);
2339   return BotCand.SU;
2340 }
2341
2342 /// Pick the best node to balance the schedule. Implements MachineSchedStrategy.
2343 SUnit *ConvergingScheduler::pickNode(bool &IsTopNode) {
2344   if (DAG->top() == DAG->bottom()) {
2345     assert(Top.Available.empty() && Top.Pending.empty() &&
2346            Bot.Available.empty() && Bot.Pending.empty() && "ReadyQ garbage");
2347     return NULL;
2348   }
2349   SUnit *SU;
2350   do {
2351     if (ForceTopDown) {
2352       SU = Top.pickOnlyChoice();
2353       if (!SU) {
2354         CandPolicy NoPolicy;
2355         SchedCandidate TopCand(NoPolicy);
2356         pickNodeFromQueue(Top, DAG->getTopRPTracker(), TopCand);
2357         assert(TopCand.Reason != NoCand && "failed to find the first candidate");
2358         SU = TopCand.SU;
2359       }
2360       IsTopNode = true;
2361     }
2362     else if (ForceBottomUp) {
2363       SU = Bot.pickOnlyChoice();
2364       if (!SU) {
2365         CandPolicy NoPolicy;
2366         SchedCandidate BotCand(NoPolicy);
2367         pickNodeFromQueue(Bot, DAG->getBotRPTracker(), BotCand);
2368         assert(BotCand.Reason != NoCand && "failed to find the first candidate");
2369         SU = BotCand.SU;
2370       }
2371       IsTopNode = false;
2372     }
2373     else {
2374       SU = pickNodeBidirectional(IsTopNode);
2375     }
2376   } while (SU->isScheduled);
2377
2378   if (SU->isTopReady())
2379     Top.removeReady(SU);
2380   if (SU->isBottomReady())
2381     Bot.removeReady(SU);
2382
2383   DEBUG(dbgs() << "Scheduling SU(" << SU->NodeNum << ") " << *SU->getInstr());
2384   return SU;
2385 }
2386
2387 void ConvergingScheduler::reschedulePhysRegCopies(SUnit *SU, bool isTop) {
2388
2389   MachineBasicBlock::iterator InsertPos = SU->getInstr();
2390   if (!isTop)
2391     ++InsertPos;
2392   SmallVectorImpl<SDep> &Deps = isTop ? SU->Preds : SU->Succs;
2393
2394   // Find already scheduled copies with a single physreg dependence and move
2395   // them just above the scheduled instruction.
2396   for (SmallVectorImpl<SDep>::iterator I = Deps.begin(), E = Deps.end();
2397        I != E; ++I) {
2398     if (I->getKind() != SDep::Data || !TRI->isPhysicalRegister(I->getReg()))
2399       continue;
2400     SUnit *DepSU = I->getSUnit();
2401     if (isTop ? DepSU->Succs.size() > 1 : DepSU->Preds.size() > 1)
2402       continue;
2403     MachineInstr *Copy = DepSU->getInstr();
2404     if (!Copy->isCopy())
2405       continue;
2406     DEBUG(dbgs() << "  Rescheduling physreg copy ";
2407           I->getSUnit()->dump(DAG));
2408     DAG->moveInstruction(Copy, InsertPos);
2409   }
2410 }
2411
2412 /// Update the scheduler's state after scheduling a node. This is the same node
2413 /// that was just returned by pickNode(). However, ScheduleDAGMI needs to update
2414 /// it's state based on the current cycle before MachineSchedStrategy does.
2415 ///
2416 /// FIXME: Eventually, we may bundle physreg copies rather than rescheduling
2417 /// them here. See comments in biasPhysRegCopy.
2418 void ConvergingScheduler::schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode) {
2419   if (IsTopNode) {
2420     SU->TopReadyCycle = std::max(SU->TopReadyCycle, Top.CurrCycle);
2421     Top.bumpNode(SU);
2422     if (SU->hasPhysRegUses)
2423       reschedulePhysRegCopies(SU, true);
2424   }
2425   else {
2426     SU->BotReadyCycle = std::max(SU->BotReadyCycle, Bot.CurrCycle);
2427     Bot.bumpNode(SU);
2428     if (SU->hasPhysRegDefs)
2429       reschedulePhysRegCopies(SU, false);
2430   }
2431 }
2432
2433 /// Create the standard converging machine scheduler. This will be used as the
2434 /// default scheduler if the target does not set a default.
2435 static ScheduleDAGInstrs *createConvergingSched(MachineSchedContext *C) {
2436   assert((!ForceTopDown || !ForceBottomUp) &&
2437          "-misched-topdown incompatible with -misched-bottomup");
2438   ScheduleDAGMI *DAG = new ScheduleDAGMI(C, new ConvergingScheduler());
2439   // Register DAG post-processors.
2440   //
2441   // FIXME: extend the mutation API to allow earlier mutations to instantiate
2442   // data and pass it to later mutations. Have a single mutation that gathers
2443   // the interesting nodes in one pass.
2444   DAG->addMutation(new CopyConstrain(DAG->TII, DAG->TRI));
2445   if (EnableLoadCluster)
2446     DAG->addMutation(new LoadClusterMutation(DAG->TII, DAG->TRI));
2447   if (EnableMacroFusion)
2448     DAG->addMutation(new MacroFusion(DAG->TII));
2449   return DAG;
2450 }
2451 static MachineSchedRegistry
2452 ConvergingSchedRegistry("converge", "Standard converging scheduler.",
2453                         createConvergingSched);
2454
2455 //===----------------------------------------------------------------------===//
2456 // ILP Scheduler. Currently for experimental analysis of heuristics.
2457 //===----------------------------------------------------------------------===//
2458
2459 namespace {
2460 /// \brief Order nodes by the ILP metric.
2461 struct ILPOrder {
2462   const SchedDFSResult *DFSResult;
2463   const BitVector *ScheduledTrees;
2464   bool MaximizeILP;
2465
2466   ILPOrder(bool MaxILP): DFSResult(0), ScheduledTrees(0), MaximizeILP(MaxILP) {}
2467
2468   /// \brief Apply a less-than relation on node priority.
2469   ///
2470   /// (Return true if A comes after B in the Q.)
2471   bool operator()(const SUnit *A, const SUnit *B) const {
2472     unsigned SchedTreeA = DFSResult->getSubtreeID(A);
2473     unsigned SchedTreeB = DFSResult->getSubtreeID(B);
2474     if (SchedTreeA != SchedTreeB) {
2475       // Unscheduled trees have lower priority.
2476       if (ScheduledTrees->test(SchedTreeA) != ScheduledTrees->test(SchedTreeB))
2477         return ScheduledTrees->test(SchedTreeB);
2478
2479       // Trees with shallower connections have have lower priority.
2480       if (DFSResult->getSubtreeLevel(SchedTreeA)
2481           != DFSResult->getSubtreeLevel(SchedTreeB)) {
2482         return DFSResult->getSubtreeLevel(SchedTreeA)
2483           < DFSResult->getSubtreeLevel(SchedTreeB);
2484       }
2485     }
2486     if (MaximizeILP)
2487       return DFSResult->getILP(A) < DFSResult->getILP(B);
2488     else
2489       return DFSResult->getILP(A) > DFSResult->getILP(B);
2490   }
2491 };
2492
2493 /// \brief Schedule based on the ILP metric.
2494 class ILPScheduler : public MachineSchedStrategy {
2495   /// In case all subtrees are eventually connected to a common root through
2496   /// data dependence (e.g. reduction), place an upper limit on their size.
2497   ///
2498   /// FIXME: A subtree limit is generally good, but in the situation commented
2499   /// above, where multiple similar subtrees feed a common root, we should
2500   /// only split at a point where the resulting subtrees will be balanced.
2501   /// (a motivating test case must be found).
2502   static const unsigned SubtreeLimit = 16;
2503
2504   ScheduleDAGMI *DAG;
2505   ILPOrder Cmp;
2506
2507   std::vector<SUnit*> ReadyQ;
2508 public:
2509   ILPScheduler(bool MaximizeILP): DAG(0), Cmp(MaximizeILP) {}
2510
2511   virtual void initialize(ScheduleDAGMI *dag) {
2512     DAG = dag;
2513     DAG->computeDFSResult();
2514     Cmp.DFSResult = DAG->getDFSResult();
2515     Cmp.ScheduledTrees = &DAG->getScheduledTrees();
2516     ReadyQ.clear();
2517   }
2518
2519   virtual void registerRoots() {
2520     // Restore the heap in ReadyQ with the updated DFS results.
2521     std::make_heap(ReadyQ.begin(), ReadyQ.end(), Cmp);
2522   }
2523
2524   /// Implement MachineSchedStrategy interface.
2525   /// -----------------------------------------
2526
2527   /// Callback to select the highest priority node from the ready Q.
2528   virtual SUnit *pickNode(bool &IsTopNode) {
2529     if (ReadyQ.empty()) return NULL;
2530     std::pop_heap(ReadyQ.begin(), ReadyQ.end(), Cmp);
2531     SUnit *SU = ReadyQ.back();
2532     ReadyQ.pop_back();
2533     IsTopNode = false;
2534     DEBUG(dbgs() << "Pick node " << "SU(" << SU->NodeNum << ") "
2535           << " ILP: " << DAG->getDFSResult()->getILP(SU)
2536           << " Tree: " << DAG->getDFSResult()->getSubtreeID(SU) << " @"
2537           << DAG->getDFSResult()->getSubtreeLevel(
2538             DAG->getDFSResult()->getSubtreeID(SU)) << '\n'
2539           << "Scheduling " << *SU->getInstr());
2540     return SU;
2541   }
2542
2543   /// \brief Scheduler callback to notify that a new subtree is scheduled.
2544   virtual void scheduleTree(unsigned SubtreeID) {
2545     std::make_heap(ReadyQ.begin(), ReadyQ.end(), Cmp);
2546   }
2547
2548   /// Callback after a node is scheduled. Mark a newly scheduled tree, notify
2549   /// DFSResults, and resort the priority Q.
2550   virtual void schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode) {
2551     assert(!IsTopNode && "SchedDFSResult needs bottom-up");
2552   }
2553
2554   virtual void releaseTopNode(SUnit *) { /*only called for top roots*/ }
2555
2556   virtual void releaseBottomNode(SUnit *SU) {
2557     ReadyQ.push_back(SU);
2558     std::push_heap(ReadyQ.begin(), ReadyQ.end(), Cmp);
2559   }
2560 };
2561 } // namespace
2562
2563 static ScheduleDAGInstrs *createILPMaxScheduler(MachineSchedContext *C) {
2564   return new ScheduleDAGMI(C, new ILPScheduler(true));
2565 }
2566 static ScheduleDAGInstrs *createILPMinScheduler(MachineSchedContext *C) {
2567   return new ScheduleDAGMI(C, new ILPScheduler(false));
2568 }
2569 static MachineSchedRegistry ILPMaxRegistry(
2570   "ilpmax", "Schedule bottom-up for max ILP", createILPMaxScheduler);
2571 static MachineSchedRegistry ILPMinRegistry(
2572   "ilpmin", "Schedule bottom-up for min ILP", createILPMinScheduler);
2573
2574 //===----------------------------------------------------------------------===//
2575 // Machine Instruction Shuffler for Correctness Testing
2576 //===----------------------------------------------------------------------===//
2577
2578 #ifndef NDEBUG
2579 namespace {
2580 /// Apply a less-than relation on the node order, which corresponds to the
2581 /// instruction order prior to scheduling. IsReverse implements greater-than.
2582 template<bool IsReverse>
2583 struct SUnitOrder {
2584   bool operator()(SUnit *A, SUnit *B) const {
2585     if (IsReverse)
2586       return A->NodeNum > B->NodeNum;
2587     else
2588       return A->NodeNum < B->NodeNum;
2589   }
2590 };
2591
2592 /// Reorder instructions as much as possible.
2593 class InstructionShuffler : public MachineSchedStrategy {
2594   bool IsAlternating;
2595   bool IsTopDown;
2596
2597   // Using a less-than relation (SUnitOrder<false>) for the TopQ priority
2598   // gives nodes with a higher number higher priority causing the latest
2599   // instructions to be scheduled first.
2600   PriorityQueue<SUnit*, std::vector<SUnit*>, SUnitOrder<false> >
2601     TopQ;
2602   // When scheduling bottom-up, use greater-than as the queue priority.
2603   PriorityQueue<SUnit*, std::vector<SUnit*>, SUnitOrder<true> >
2604     BottomQ;
2605 public:
2606   InstructionShuffler(bool alternate, bool topdown)
2607     : IsAlternating(alternate), IsTopDown(topdown) {}
2608
2609   virtual void initialize(ScheduleDAGMI *) {
2610     TopQ.clear();
2611     BottomQ.clear();
2612   }
2613
2614   /// Implement MachineSchedStrategy interface.
2615   /// -----------------------------------------
2616
2617   virtual SUnit *pickNode(bool &IsTopNode) {
2618     SUnit *SU;
2619     if (IsTopDown) {
2620       do {
2621         if (TopQ.empty()) return NULL;
2622         SU = TopQ.top();
2623         TopQ.pop();
2624       } while (SU->isScheduled);
2625       IsTopNode = true;
2626     }
2627     else {
2628       do {
2629         if (BottomQ.empty()) return NULL;
2630         SU = BottomQ.top();
2631         BottomQ.pop();
2632       } while (SU->isScheduled);
2633       IsTopNode = false;
2634     }
2635     if (IsAlternating)
2636       IsTopDown = !IsTopDown;
2637     return SU;
2638   }
2639
2640   virtual void schedNode(SUnit *SU, bool IsTopNode) {}
2641
2642   virtual void releaseTopNode(SUnit *SU) {
2643     TopQ.push(SU);
2644   }
2645   virtual void releaseBottomNode(SUnit *SU) {
2646     BottomQ.push(SU);
2647   }
2648 };
2649 } // namespace
2650
2651 static ScheduleDAGInstrs *createInstructionShuffler(MachineSchedContext *C) {
2652   bool Alternate = !ForceTopDown && !ForceBottomUp;
2653   bool TopDown = !ForceBottomUp;
2654   assert((TopDown || !ForceTopDown) &&
2655          "-misched-topdown incompatible with -misched-bottomup");
2656   return new ScheduleDAGMI(C, new InstructionShuffler(Alternate, TopDown));
2657 }
2658 static MachineSchedRegistry ShufflerRegistry(
2659   "shuffle", "Shuffle machine instructions alternating directions",
2660   createInstructionShuffler);
2661 #endif // !NDEBUG
2662
2663 //===----------------------------------------------------------------------===//
2664 // GraphWriter support for ScheduleDAGMI.
2665 //===----------------------------------------------------------------------===//
2666
2667 #ifndef NDEBUG
2668 namespace llvm {
2669
2670 template<> struct GraphTraits<
2671   ScheduleDAGMI*> : public GraphTraits<ScheduleDAG*> {};
2672
2673 template<>
2674 struct DOTGraphTraits<ScheduleDAGMI*> : public DefaultDOTGraphTraits {
2675
2676   DOTGraphTraits (bool isSimple=false) : DefaultDOTGraphTraits(isSimple) {}
2677
2678   static std::string getGraphName(const ScheduleDAG *G) {
2679     return G->MF.getName();
2680   }
2681
2682   static bool renderGraphFromBottomUp() {
2683     return true;
2684   }
2685
2686   static bool isNodeHidden(const SUnit *Node) {
2687     return (Node->NumPreds > 10 || Node->NumSuccs > 10);
2688   }
2689
2690   static bool hasNodeAddressLabel(const SUnit *Node,
2691                                   const ScheduleDAG *Graph) {
2692     return false;
2693   }
2694
2695   /// If you want to override the dot attributes printed for a particular
2696   /// edge, override this method.
2697   static std::string getEdgeAttributes(const SUnit *Node,
2698                                        SUnitIterator EI,
2699                                        const ScheduleDAG *Graph) {
2700     if (EI.isArtificialDep())
2701       return "color=cyan,style=dashed";
2702     if (EI.isCtrlDep())
2703       return "color=blue,style=dashed";
2704     return "";
2705   }
2706
2707   static std::string getNodeLabel(const SUnit *SU, const ScheduleDAG *G) {
2708     std::string Str;
2709     raw_string_ostream SS(Str);
2710     SS << "SU(" << SU->NodeNum << ')';
2711     return SS.str();
2712   }
2713   static std::string getNodeDescription(const SUnit *SU, const ScheduleDAG *G) {
2714     return G->getGraphNodeLabel(SU);
2715   }
2716
2717   static std::string getNodeAttributes(const SUnit *N,
2718                                        const ScheduleDAG *Graph) {
2719     std::string Str("shape=Mrecord");
2720     const SchedDFSResult *DFS =
2721       static_cast<const ScheduleDAGMI*>(Graph)->getDFSResult();
2722     if (DFS) {
2723       Str += ",style=filled,fillcolor=\"#";
2724       Str += DOT::getColorString(DFS->getSubtreeID(N));
2725       Str += '"';
2726     }
2727     return Str;
2728   }
2729 };
2730 } // namespace llvm
2731 #endif // NDEBUG
2732
2733 /// viewGraph - Pop up a ghostview window with the reachable parts of the DAG
2734 /// rendered using 'dot'.
2735 ///
2736 void ScheduleDAGMI::viewGraph(const Twine &Name, const Twine &Title) {
2737 #ifndef NDEBUG
2738   ViewGraph(this, Name, false, Title);
2739 #else
2740   errs() << "ScheduleDAGMI::viewGraph is only available in debug builds on "
2741          << "systems with Graphviz or gv!\n";
2742 #endif  // NDEBUG
2743 }
2744
2745 /// Out-of-line implementation with no arguments is handy for gdb.
2746 void ScheduleDAGMI::viewGraph() {
2747   viewGraph(getDAGName(), "Scheduling-Units Graph for " + getDAGName());
2748 }