9af20221754b817c2be6ed062f7f6f95b505f1dd
[libfirm] / ir / be / bechordal.c
1 /**
2  * Chordal register allocation.
3  * @author Sebastian Hack
4  * @date 8.12.2004
5  *
6  * Copyright (C) Universitaet Karlsruhe
7  * Released under the GPL
8  */
9
10 #ifdef HAVE_CONFIG_H
11 #include "config.h"
12 #endif
13
14 #include <ctype.h>
15
16 #include "obst.h"
17 #include "pset.h"
18 #include "list.h"
19 #include "bitset.h"
20 #include "iterator.h"
21
22 #include "irmode_t.h"
23 #include "irgraph_t.h"
24 #include "irprintf_t.h"
25 #include "irgwalk.h"
26 #include "irdump.h"
27 #include "irdom.h"
28 #include "debug.h"
29 #include "xmalloc.h"
30
31 #include "beutil.h"
32 #include "besched.h"
33 #include "benumb_t.h"
34 #include "besched_t.h"
35 #include "belive_t.h"
36 #include "bearch.h"
37
38 #include "bechordal_t.h"
39 #include "bechordal_draw.h"
40
41 #define DBG_LEVEL 0 //SET_LEVEL_4
42 #define NO_COLOR (-1)
43
44 #undef DUMP_INTERVALS
45 #undef DUMP_PRESSURE
46 #undef DUMP_IFG
47
48 #if defined(DUMP_IFG) && !defined(BUILD_GRAPH)
49 #error Must define BUILD_GRAPH to be able to dump it.
50 #endif
51
52
53 #include "fourcc.h"
54
55 /* Make a fourcc for border checking. */
56 #define BORDER_FOURCC                           FOURCC('B', 'O', 'R', 'D')
57
58 static firm_dbg_module_t *dbg;
59
60 #ifdef BUILD_GRAPH
61
62 #define IF_EDGE_HASH(e) ((e)->src)
63 #define IF_NODE_HASH(n) ((n)->nnr)
64
65 static int if_edge_cmp(const void *p1, const void *p2, size_t size)
66 {
67         const if_edge_t *e1 = p1;
68         const if_edge_t *e2 = p2;
69
70         return !(e1->src == e2->src && e1->tgt == e2->tgt);
71 }
72
73 static int if_node_cmp(const void *p1, const void *p2, size_t size)
74 {
75         const if_node_t *n1 = p1;
76         const if_node_t *n2 = p2;
77
78         return n1->nnr != n2->nnr;
79 }
80
81 static INLINE if_edge_t *edge_init(if_edge_t *edge, int src, int tgt)
82 {
83         /* Bring the smaller entry to src. */
84         if(src > tgt) {
85                 edge->src = tgt;
86                 edge->tgt = src;
87         } else {
88                 edge->src = src;
89                 edge->tgt = tgt;
90         }
91
92         return edge;
93 }
94
95 static INLINE void add_if(const be_chordal_env_t *env, int src, int tgt)
96 {
97         if_edge_t edge;
98         if_node_t node, *src_node, *tgt_node;
99         /* insert edge */
100         edge_init(&edge, src, tgt);
101         set_insert(env->edges, &edge, sizeof(edge), IF_EDGE_HASH(&edge));
102
103         /* insert nodes */
104         node.nnr = src;
105         node.neighb = pset_new_ptr(8);
106         src_node = set_insert(env->nodes, &node, sizeof(node), IF_NODE_HASH(&node));
107         node.nnr = tgt;
108         node.neighb = pset_new_ptr(8);
109         tgt_node = set_insert(env->nodes, &node, sizeof(node), IF_NODE_HASH(&node));
110
111         /* insert neighbors into nodes */
112         pset_insert_ptr(src_node->neighb, tgt_node);
113         pset_insert_ptr(tgt_node->neighb, src_node);
114 }
115
116 static INLINE int are_connected(const be_chordal_env_t *env, int src, int tgt)
117 {
118         if_edge_t edge;
119         edge_init(&edge, src, tgt);
120         return set_find(env->edges, &edge, sizeof(edge), IF_EDGE_HASH(&edge)) != NULL;
121 }
122
123 int ifg_has_edge(const be_chordal_env_t *env, const if_node_t *n1, const if_node_t* n2) {
124         return are_connected(env, n1->nnr, n2->nnr);
125 }
126
127 #ifdef DUMP_IFG
128
129 static void dump_ifg(const be_chordal_env_t *env)
130 {
131         FILE *f;
132         set *edges = env->edges;
133         ir_graph *irg = env->irg;
134         char filename[128];
135
136         ir_snprintf(filename, sizeof(filename), "ifg_%s_%F.dot", env->cls->name, irg);
137
138         if((f = fopen(filename, "wt")) != NULL) {
139                 bitset_pos_t pos;
140                 int n_edges = 0;
141                 if_edge_t *edge;
142                 bitset_t *bs = bitset_malloc(get_graph_node_count(irg));
143
144                 ir_fprintf(f, "graph \"%F\" {\n", irg);
145                 fprintf(f, "\tnode [shape=box,style=filled]\n");
146
147                 for(edge = set_first(edges); edge; edge = set_next(edges)) {
148                         bitset_set(bs, edge->src);
149                         bitset_set(bs, edge->tgt);
150                         n_edges++;
151                 }
152
153                 fprintf(f, "\tx [label=\"nodes: %u, edges: %d\"]\n", bitset_popcnt(bs), n_edges);
154
155                 bitset_foreach(bs, pos) {
156                         int nr = (int) pos;
157                         ir_node *irn = get_irn_for_graph_nr(irg, nr);
158
159                         ir_fprintf(f, "\tn%d [label=\"%+F\"]\n", nr, irn);
160                 }
161
162                 for(edge = set_first(edges); edge; edge = set_next(edges)) {
163                         fprintf(f, "\tn%d -- n%d [len=5]\n", edge->src, edge->tgt);
164                 }
165
166                 fprintf(f, "}\n");
167                 fclose(f);
168
169                 bitset_free(bs);
170         }
171
172 }
173
174 #endif /* DUMP_IFG */
175
176 #endif /* BUILD_GRAPH */
177
178 static void check_border_list(struct list_head *head)
179 {
180   border_t *x;
181   list_for_each_entry(border_t, x, head, list) {
182     assert(x->magic == BORDER_FOURCC);
183   }
184 }
185
186 static void check_heads(be_chordal_env_t *env)
187 {
188   pmap_entry *ent;
189   for(ent = pmap_first(env->border_heads); ent; ent = pmap_next(env->border_heads)) {
190     /* ir_printf("checking border list of block %+F\n", ent->key); */
191     check_border_list(ent->value);
192   }
193 }
194
195
196 /**
197  * Add an interval border to the list of a block's list
198  * of interval border.
199  * @note You always have to create the use before the def.
200  * @param env The environment.
201  * @param head The list head to enqueue the borders.
202  * @param irn The node (value) the border belongs to.
203  * @param pressure The pressure at this point in time.
204  * @param step A time step for the border.
205  * @param is_def Is the border a use or a def.
206  * @return The created border.
207  */
208 static INLINE border_t *border_add(be_chordal_env_t *env, struct list_head *head,
209                         ir_node *irn, unsigned step, unsigned pressure,
210                         unsigned is_def, unsigned is_real)
211 {
212         border_t *b;
213
214         if(!is_def) {
215                 border_t *def;
216
217                 b = obstack_alloc(&env->obst, sizeof(*b));
218
219                 /* also allocate the def and tie it to the use. */
220                 def = obstack_alloc(&env->obst, sizeof(*def));
221     memset(def, 0, sizeof(*def));
222                 b->other_end = def;
223                 def->other_end = b;
224
225                 /*
226                  * Set the link field of the irn to the def.
227                  * This strongly relies on the fact, that the use is always
228                  * made before the def.
229                  */
230                 set_irn_link(irn, def);
231
232                 b->magic = BORDER_FOURCC;
233                 def->magic = BORDER_FOURCC;
234         }
235
236         /*
237          * If the def is encountered, the use was made and so was the
238          * the def node (see the code above). It was placed into the
239          * link field of the irn, so we can get it there.
240          */
241         else {
242                 b = get_irn_link(irn);
243
244                 assert(b && b->magic == BORDER_FOURCC && "Illegal border encountered");
245         }
246
247         b->pressure = pressure;
248         b->is_def = is_def;
249         b->is_real = is_real;
250         b->irn = irn;
251         b->step = step;
252         list_add_tail(&b->list, head);
253         DBG((dbg, LEVEL_5, "\t\t%s adding %+F, step: %d\n",
254                                 is_def ? "def" : "use", irn, step));
255
256
257         return b;
258 }
259
260 static INLINE int has_reg_class(const be_chordal_env_t *env, const ir_node *irn)
261 {
262   return arch_irn_has_reg_class(env->session_env->main_env->arch_env, irn, arch_pos_make_out(0), env->cls);
263 }
264
265 /**
266  * Annotate the register pressure to the nodes and compute
267  * the liveness intervals.
268  * @param block The block to do it for.
269  * @param env_ptr The environment.
270  */
271 static void pressure(ir_node *block, void *env_ptr)
272 {
273 /* Convenience macro for a def */
274 #define border_def(irn, step, real) \
275         border_add(env, head, irn, step, pressure--, 1, real)
276
277 /* Convenience macro for a use */
278 #define border_use(irn, step, real) \
279         border_add(env, head, irn, step, ++pressure, 0, real)
280
281         be_chordal_env_t *env = env_ptr;
282         bitset_t *live = env->live;
283         ir_node *irn;
284
285         int i, n;
286         unsigned step = 0;
287         unsigned pressure = 0;
288         struct list_head *head;
289         pset *live_in = put_live_in(block, pset_new_ptr_default());
290         pset *live_end = put_live_end(block, pset_new_ptr_default());
291
292         DBG((dbg, LEVEL_1, "Computing pressure in block %+F\n", block));
293         bitset_clear_all(live);
294
295         /* Set up the border list in the block info */
296         head = obstack_alloc(&env->obst, sizeof(*head));
297         INIT_LIST_HEAD(head);
298   assert(pmap_get(env->border_heads, block) == NULL);
299         pmap_insert(env->border_heads, block, head);
300
301         /*
302          * Make final uses of all values live out of the block.
303          * They are necessary to build up real intervals.
304          */
305         for(irn = pset_first(live_end); irn; irn = pset_next(live_end)) {
306                 DBG((dbg, LEVEL_3, "\tMaking live: %+F/%d\n", irn, get_irn_graph_nr(irn)));
307                 bitset_set(live, get_irn_graph_nr(irn));
308                 if(has_reg_class(env, irn))
309                         border_use(irn, step, 0);
310         }
311         ++step;
312
313         /*
314          * Determine the last uses of a value inside the block, since they are
315          * relevant for the interval borders.
316          */
317         sched_foreach_reverse(block, irn) {
318                 DBG((dbg, LEVEL_1, "\tinsn: %+F, pressure: %d\n", irn, pressure));
319                 DBG((dbg, LEVEL_2, "\tlive: %b\n", live));
320
321             /*
322              * If the node defines some value, which can put into a
323              * register of the current class, make a border for it.
324              */
325                 if(has_reg_class(env, irn)) {
326                         bitset_pos_t elm;
327                         int nr = get_irn_graph_nr(irn);
328
329                         bitset_clear(live, nr);
330                         border_def(irn, step, 1);
331
332 #ifdef BUILD_GRAPH
333                         bitset_foreach(live, elm)
334                                 add_if(env, nr, (int) elm);
335 #endif
336                 }
337
338                 /*
339                  * If the node is no phi node we can examine the uses.
340                  */
341                 if(!is_Phi(irn)) {
342                         for(i = 0, n = get_irn_arity(irn); i < n; ++i) {
343                                 ir_node *op = get_irn_n(irn, i);
344
345                                 if(has_reg_class(env, op)) {
346                                         int nr = get_irn_graph_nr(op);
347
348                                         DBG((dbg, LEVEL_4, "\t\tpos: %d, use: %+F\n", i, op));
349
350                                         if(!bitset_is_set(live, nr)) {
351                                                 border_use(op, step, 1);
352                                                 bitset_set(live, nr);
353                                         }
354                                 }
355                         }
356                 }
357                 ++step;
358         }
359
360         /*
361          * Add initial defs for all values live in.
362          */
363         for(irn = pset_first(live_in); irn; irn = pset_next(live_in)) {
364                 if(has_reg_class(env, irn)) {
365
366                         /* Mark the value live in. */
367                         bitset_set(live, get_irn_graph_nr(irn));
368
369                         /* Add the def */
370                         border_def(irn, step, 0);
371                 }
372         }
373
374
375   del_pset(live_in);
376   del_pset(live_end);
377 }
378
379 static void assign(ir_node *block, void *env_ptr)
380 {
381         be_chordal_env_t *env = env_ptr;
382         bitset_t *live = env->live;
383         bitset_t *colors = env->colors;
384         bitset_t *in_colors = env->in_colors;
385   const arch_env_t *arch_env = env->session_env->main_env->arch_env;
386
387         const ir_node *irn;
388         border_t *b;
389         struct list_head *head = get_block_border_head(env, block);
390         pset *live_in = put_live_in(block, pset_new_ptr_default());
391
392
393
394         bitset_clear_all(live);
395         bitset_clear_all(colors);
396         bitset_clear_all(in_colors);
397
398         DBG((dbg, LEVEL_4, "Assigning colors for block %+F\n", block));
399         DBG((dbg, LEVEL_4, "\tusedef chain for block\n"));
400         list_for_each_entry(border_t, b, head, list) {
401                 DBG((dbg, LEVEL_4, "\t%s %+F/%d\n", b->is_def ? "def" : "use",
402                                         b->irn, get_irn_graph_nr(b->irn)));
403         }
404
405         /*
406          * Add initial defs for all values live in.
407          * Since their colors have already been assigned (The dominators were
408          * allocated before), we have to mark their colors as used also.
409          */
410         for(irn = pset_first(live_in); irn; irn = pset_next(live_in)) {
411                 if(has_reg_class(env, irn)) {
412       const arch_register_t *reg = arch_get_irn_register(arch_env, irn, 0);
413       int col;
414
415       assert(reg && "Node must have been assigned a register");
416                         col = arch_register_get_index(reg);
417
418                         /* Mark the color of the live in value as used. */
419                         bitset_set(colors, col);
420                         bitset_set(in_colors, col);
421
422                         /* Mark the value live in. */
423                         bitset_set(live, get_irn_graph_nr(irn));
424                 }
425         }
426
427         /*
428          * Mind that the sequence of defs from back to front defines a perfect
429          * elimination order. So, coloring the definitions from first to last
430          * will work.
431          */
432         list_for_each_entry_reverse(border_t, b, head, list) {
433                 ir_node *irn = b->irn;
434                 int nr = get_irn_graph_nr(irn);
435
436                 /*
437                  * Assign a color, if it is a local def. Global defs already have a
438                  * color.
439                  */
440                 if(b->is_def && !is_live_in(block, irn)) {
441       const arch_register_t *reg;
442                         int col = NO_COLOR;
443
444                         DBG((dbg, LEVEL_4, "\tcolors in use: %b\n", colors));
445
446       col = bitset_next_clear(colors, 0);
447       reg = arch_register_for_index(env->cls, col);
448
449       assert(arch_get_irn_register(arch_env, irn, 0) == NULL
450           && "This node must not have been assigned a register yet");
451                         assert(!bitset_is_set(live, nr) && "Value's definition must not have been encountered");
452
453                         bitset_set(colors, col);
454                         bitset_set(live, nr);
455
456                         arch_set_irn_register(arch_env, irn, 0, reg);
457                         DBG((dbg, LEVEL_1, "\tassigning register %s(%d) to %+F\n",
458             arch_register_get_name(reg), col, irn));
459                 }
460
461                 /* Clear the color upon a use. */
462                 else if(!b->is_def) {
463       const arch_register_t *reg = arch_get_irn_register(arch_env, irn, 0);
464                         int col;
465
466       assert(reg && "Register must have been assigned");
467
468       col = arch_register_get_index(reg);
469                         assert(bitset_is_set(live, nr) && "Cannot have a non live use");
470
471                         bitset_clear(colors, col);
472                         bitset_clear(live, nr);
473                 }
474         }
475
476   del_pset(live_in);
477 }
478
479 void be_ra_chordal_init(void)
480 {
481         dbg = firm_dbg_register(DBG_CHORDAL);
482         firm_dbg_set_mask(dbg, DBG_LEVEL);
483 }
484
485 be_chordal_env_t *be_ra_chordal(
486     const be_main_session_env_t *session,
487     const arch_register_class_t *cls)
488 {
489   ir_graph *irg = session->irg;
490         int node_count = get_graph_node_count(irg);
491         int colors_n = arch_register_class_n_regs(cls);
492         be_chordal_env_t *env = malloc(sizeof(*env));
493
494         if(get_irg_dom_state(irg) != dom_consistent)
495                 compute_doms(irg);
496
497         obstack_init(&env->obst);
498
499 #ifdef BUILD_GRAPH
500         env->edges = new_set(if_edge_cmp, node_count);
501         env->nodes = new_set(if_node_cmp, node_count);
502 #endif
503
504   env->session_env = session;
505         env->live = bitset_obstack_alloc(&env->obst, node_count);
506         env->colors = bitset_obstack_alloc(&env->obst, colors_n);
507         env->in_colors = bitset_obstack_alloc(&env->obst, colors_n);
508         env->colors_n = colors_n;
509         env->cls = cls;
510         env->border_heads = pmap_create();
511
512         /* First, determine the pressure */
513         dom_tree_walk_irg(irg, pressure, NULL, env);
514
515         /* Insert probable spills */
516         be_ra_chordal_spill(env);
517
518         /* Assign the colors */
519         dom_tree_walk_irg(irg, assign, NULL, env);
520
521 #ifdef DUMP_IFG
522         dump_ifg(env);
523 #endif
524
525 #ifdef DUMP_INTERVALS
526         {
527                 char buf[128];
528         plotter_t *plotter;
529
530                 ir_snprintf(buf, sizeof(buf), "ifg_%s_%F.eps", cls->name, irg);
531         plotter = new_plotter_ps(buf);
532
533         draw_interval_tree(&draw_chordal_def_opts, env, plotter, arch_env, cls);
534         plotter_free(plotter);
535         }
536 #endif
537         return env;
538 }
539
540 void be_ra_chordal_check(be_chordal_env_t *chordal_env) {
541         const arch_env_t *arch_env = chordal_env->session_env->main_env->arch_env;
542         struct obstack ob;
543         pmap_entry *pme;
544         ir_node **nodes, *n1, *n2;
545         int i, o;
546
547         /* Collect all irns */
548         obstack_init(&ob);
549         pmap_foreach(chordal_env->border_heads, pme) {
550                 border_t *curr;
551                 struct list_head *head = pme->value;
552                 list_for_each_entry(border_t, curr, head, list)
553                         if (curr->is_def && curr->is_real)
554                                 if (arch_get_irn_reg_class(arch_env, curr->irn, arch_pos_make_out(0)) == chordal_env->cls)
555                                         obstack_ptr_grow(&ob, curr->irn);
556         }
557         obstack_ptr_grow(&ob, NULL);
558         nodes = (ir_node **) obstack_finish(&ob);
559
560         /* Check them */
561         for (i = 0, n1 = nodes[i]; n1; n1 = nodes[++i]) {
562                 const arch_register_t *n1_reg, *n2_reg;
563
564                 n1_reg = arch_get_irn_register(arch_env, n1, 0);
565                 if (!arch_reg_is_allocatable(arch_env, n1, arch_pos_make_out(0), n1_reg)) {
566                         DBG((dbg, 0, "Register assigned to %+F is not allowed\n", n1));
567                         assert(0 && "Register constraint does not hold");
568                 }
569                 for (o = i+1, n2 = nodes[o]; n2; n2 = nodes[++o]) {
570                         n2_reg = arch_get_irn_register(arch_env, n2, 0);
571                         if (nodes_interfere(chordal_env, n1, n2) && n1_reg == n2_reg) {
572                                 DBG((dbg, 0, "Values %+F and %+F interfere and have the same regiseter assigned\n", n1, n2));
573                                 assert(0 && "Interfering values have the same color!");
574                         }
575                 }
576         }
577         obstack_free(&ob, NULL);
578 }
579
580 /* BETTER #ifdef BUILD_GRAPH --> faster version of checker with edges */
581
582 void be_ra_chordal_done(be_chordal_env_t *env)
583 {
584 #ifdef BUILD_GRAPH
585         {
586                 if_node_t *ifn;
587                 for(ifn = set_first(env->nodes); ifn; ifn = set_next(env->nodes))
588                         free(ifn->neighb);
589                 free(env->nodes);
590                 free(env->edges);
591         }
592 #endif
593
594   pmap_destroy(env->border_heads);
595         obstack_free(&env->obst, NULL);
596         free(env);
597 }
598
599
600
601 int nodes_interfere(const be_chordal_env_t *env, const ir_node *a, const ir_node *b)
602 {
603 #ifdef BUILD_GRAPH
604         return are_connected(env, get_irn_graph_nr(a), get_irn_graph_nr(b));
605 #else
606         return values_interfere(a, b);
607 #endif /* BUILD_GRAPH */
608 }
609
610 #ifdef BUILD_GRAPH
611
612 set *be_ra_get_ifg_edges(const be_chordal_env_t *env) {
613         return env->edges;
614 }
615
616 set *be_ra_get_ifg_nodes(const be_chordal_env_t *env) {
617         return env->nodes;
618 }
619
620 #endif