nsz Git - libfirm/blob - ir/be/bechordal.c

   1 /*
   2  * Copyright (C) 1995-2008 University of Karlsruhe.  All right reserved.
   3  *
   4  * This file is part of libFirm.
   5  *
   6  * This file may be distributed and/or modified under the terms of the
   7  * GNU General Public License version 2 as published by the Free Software
   8  * Foundation and appearing in the file LICENSE.GPL included in the
   9  * packaging of this file.
  10  *
  11  * Licensees holding valid libFirm Professional Edition licenses may use
  12  * this file in accordance with the libFirm Commercial License.
  13  * Agreement provided with the Software.
  14  *
  15  * This file is provided AS IS with NO WARRANTY OF ANY KIND, INCLUDING THE
  16  * WARRANTY OF DESIGN, MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
  17  * PURPOSE.
  18  */
  19
  20 /**
  21  * @file
  22  * @brief       Chordal register allocation.
  23  * @author      Sebastian Hack
  24  * @date        08.12.2004
  25  */
  26 #include "config.h"
  27
  28 #include <ctype.h>
  29
  30 #include "obst.h"
  31 #include "pset.h"
  32 #include "list.h"
  33 #include "bitset.h"
  34 #include "raw_bitset.h"
  35 #include "iterator.h"
  36 #include "bipartite.h"
  37 #include "hungarian.h"
  38
  39 #include "irmode_t.h"
  40 #include "irgraph_t.h"
  41 #include "irprintf_t.h"
  42 #include "irgwalk.h"
  43 #include "irdump.h"
  44 #include "irdom.h"
  45 #include "irtools.h"
  46 #include "debug.h"
  47 #include "iredges.h"
  48
  49 #include "beutil.h"
  50 #include "besched.h"
  51 #include "besched.h"
  52 #include "belive_t.h"
  53 #include "benode.h"
  54 #include "bearch.h"
  55 #include "beirgmod.h"
  56 #include "beifg.h"
  57 #include "beinsn_t.h"
  58 #include "bestatevent.h"
  59 #include "beirg.h"
  60 #include "beintlive_t.h"
  61 #include "bera.h"
  62 #include "bechordal_t.h"
  63 #include "bechordal_draw.h"
  64 #include "bemodule.h"
  65 #include "bearch.h"
  66 #include "bechordal_common.h"
  67
  68 DEBUG_ONLY(static firm_dbg_module_t *dbg = NULL;)
  69
  70 #define DUMP_INTERVALS
  71
  72 typedef struct be_chordal_alloc_env_t {
  73         be_chordal_env_t *chordal_env;
  74
  75         pset *pre_colored;     /**< Set of precolored nodes. */
  76         bitset_t *live;        /**< A liveness bitset. */
  77         bitset_t *tmp_colors;  /**< An auxiliary bitset which is as long as the number of colors in the class. */
  78         bitset_t *colors;      /**< The color mask. */
  79         bitset_t *in_colors;   /**< Colors used by live in values. */
  80         int colors_n;          /**< The number of colors. */
  81 } be_chordal_alloc_env_t;
  82
  83 static int get_next_free_reg(const be_chordal_alloc_env_t *alloc_env, bitset_t *colors)
  84 {
  85         bitset_t *tmp = alloc_env->tmp_colors;
  86         bitset_copy(tmp, colors);
  87         bitset_flip_all(tmp);
  88         bitset_and(tmp, alloc_env->chordal_env->allocatable_regs);
  89         return bitset_next_set(tmp, 0);
  90 }
  91
  92 static bitset_t *get_decisive_partner_regs(bitset_t *bs, const be_operand_t *o1, const be_operand_t *o2)
  93 {
  94         bitset_t *res = bs;
  95
  96         if (!o1) {
  97                 bitset_copy(bs, o2->regs);
  98                 return bs;
  99         }
 100
 101         if (!o2) {
 102                 bitset_copy(bs, o1->regs);
 103                 return bs;
 104         }
 105
 106         assert(o1->req->cls == o2->req->cls || ! o1->req->cls || ! o2->req->cls);
 107
 108         if (bitset_contains(o1->regs, o2->regs)) {
 109                 bitset_copy(bs, o1->regs);
 110         } else if (bitset_contains(o2->regs, o1->regs)) {
 111                 bitset_copy(bs, o2->regs);
 112         } else {
 113                 res = NULL;
 114         }
 115
 116         return res;
 117 }
 118
 119 static void pair_up_operands(const be_chordal_alloc_env_t *alloc_env, be_insn_t *insn)
 120 {
 121         const be_chordal_env_t *env = alloc_env->chordal_env;
 122         bitset_t               *bs  = bitset_alloca(env->cls->n_regs);
 123         int                     i;
 124         int                     j;
 125
 126         /*
 127          * For each out operand, try to find an in operand which can be assigned the
 128          * same register as the out operand.
 129          */
 130         for (j = 0; j < insn->use_start; ++j) {
 131                 be_operand_t *smallest        = NULL;
 132                 int           smallest_n_regs = env->cls->n_regs + 1;
 133                 be_operand_t *out_op          = &insn->ops[j];
 134
 135                 /* Try to find an in operand which has ... */
 136                 for (i = insn->use_start; i < insn->n_ops; ++i) {
 137                         int           n_total;
 138                         be_operand_t *op = &insn->ops[i];
 139                         be_lv_t      *lv;
 140
 141                         if (op->partner != NULL)
 142                                 continue;
 143                         lv = be_get_irg_liveness(env->irg);
 144                         if (be_values_interfere(lv, op->irn, op->carrier))
 145                                 continue;
 146
 147                         bitset_copy(bs, op->regs);
 148                         bitset_and(bs, out_op->regs);
 149                         n_total = bitset_popcount(op->regs);
 150
 151                         if (!bitset_is_empty(bs) && n_total < smallest_n_regs) {
 152                                 smallest        = op;
 153                                 smallest_n_regs = n_total;
 154                         }
 155                 }
 156
 157                 if (smallest != NULL) {
 158                         for (i = insn->use_start; i < insn->n_ops; ++i) {
 159                                 if (insn->ops[i].carrier == smallest->carrier)
 160                                         insn->ops[i].partner = out_op;
 161                         }
 162
 163                         out_op->partner   = smallest;
 164                         smallest->partner = out_op;
 165                 }
 166         }
 167 }
 168
 169 static ir_node *handle_constraints(be_chordal_alloc_env_t *alloc_env,
 170                                    ir_node *irn)
 171 {
 172         int n_regs;
 173         bitset_t *bs;
 174         ir_node **alloc_nodes;
 175         //hungarian_problem_t *bp;
 176         int *assignment;
 177         pmap *partners;
 178         int i, n_alloc;
 179         size_t col;
 180         ir_node *perm = NULL;
 181         //int match_res, cost;
 182         be_chordal_env_t *env  = alloc_env->chordal_env;
 183         void *base             = obstack_base(env->obst);
 184         be_insn_t *insn        = chordal_scan_insn(env, irn);
 185         ir_node *res           = insn->next_insn;
 186         bipartite_t *bp;
 187
 188         if (insn->pre_colored) {
 189                 int i;
 190                 for (i = 0; i < insn->use_start; ++i)
 191                         pset_insert_ptr(alloc_env->pre_colored, insn->ops[i].carrier);
 192         }
 193
 194         /*
 195          * Perms inserted before the constraint handling phase are considered to be
 196          * correctly precolored. These Perms arise during the ABI handling phase.
 197          */
 198         if (!insn->has_constraints || is_Phi(irn))
 199                 goto end;
 200
 201         n_regs      = env->cls->n_regs;
 202         bs          = bitset_alloca(n_regs);
 203         alloc_nodes = ALLOCAN(ir_node*, n_regs);
 204         //bp          = hungarian_new(n_regs, n_regs, 2, HUNGARIAN_MATCH_PERFECT);
 205         bp          = bipartite_new(n_regs, n_regs);
 206         assignment  = ALLOCAN(int, n_regs);
 207         partners    = pmap_create();
 208
 209         /*
 210          * prepare the constraint handling of this node.
 211          * Perms are constructed and Copies are created for constrained values
 212          * interfering with the instruction.
 213          */
 214         perm = pre_process_constraints(alloc_env->chordal_env, &insn);
 215
 216         /* find suitable in operands to the out operands of the node. */
 217         pair_up_operands(alloc_env, insn);
 218
 219         /*
 220          * look at the in/out operands and add each operand (and its possible partner)
 221          * to a bipartite graph (left: nodes with partners, right: admissible colors).
 222          */
 223         for (i = 0, n_alloc = 0; i < insn->n_ops; ++i) {
 224                 be_operand_t *op = &insn->ops[i];
 225
 226                 /*
 227                  * If the operand has no partner or the partner has not been marked
 228                  * for allocation, determine the admissible registers and mark it
 229                  * for allocation by associating the node and its partner with the
 230                  * set of admissible registers via a bipartite graph.
 231                  */
 232                 if (!op->partner || !pmap_contains(partners, op->partner->carrier)) {
 233                         ir_node *partner = op->partner ? op->partner->carrier : NULL;
 234                         int i;
 235
 236                         pmap_insert(partners, op->carrier, partner);
 237                         if (partner != NULL)
 238                                 pmap_insert(partners, partner, op->carrier);
 239
 240                         /* don't insert a node twice */
 241                         for (i = 0; i < n_alloc; ++i) {
 242                                 if (alloc_nodes[i] == op->carrier) {
 243                                         break;
 244                                 }
 245                         }
 246                         if (i < n_alloc)
 247                                 continue;
 248
 249                         alloc_nodes[n_alloc] = op->carrier;
 250
 251                         DBG((dbg, LEVEL_2, "\tassociating %+F and %+F\n", op->carrier,
 252                              partner));
 253
 254                         bitset_clear_all(bs);
 255                         get_decisive_partner_regs(bs, op, op->partner);
 256
 257                         DBG((dbg, LEVEL_2, "\tallowed registers for %+F: %B\n", op->carrier,
 258                              bs));
 259
 260                         bitset_foreach(bs, col) {
 261                                 //hungarian_add(bp, n_alloc, col, 1);
 262                                 bipartite_add(bp, n_alloc, col);
 263                         }
 264
 265                         n_alloc++;
 266                 }
 267         }
 268
 269         /*
 270          * Put all nodes which live through the constrained instruction also to the
 271          * allocation bipartite graph. They are considered unconstrained.
 272          */
 273         if (perm != NULL) {
 274                 foreach_out_edge(perm, edge) {
 275                         int i;
 276                         ir_node *proj = get_edge_src_irn(edge);
 277                         be_lv_t *lv   = be_get_irg_liveness(env->irg);
 278
 279                         assert(is_Proj(proj));
 280
 281                         if (!be_values_interfere(lv, proj, irn)
 282                             || pmap_contains(partners, proj))
 283                                 continue;
 284
 285                         /* don't insert a node twice */
 286                         for (i = 0; i < n_alloc; ++i) {
 287                                 if (alloc_nodes[i] == proj) {
 288                                         break;
 289                                 }
 290                         }
 291                         if (i < n_alloc)
 292                                 continue;
 293
 294
 295                         assert(n_alloc < n_regs);
 296
 297                         alloc_nodes[n_alloc] = proj;
 298                         pmap_insert(partners, proj, NULL);
 299
 300                         bitset_foreach(env->allocatable_regs, col) {
 301                                 //hungarian_add(bp, n_alloc, col, 1);
 302                                 bipartite_add(bp, n_alloc, col);
 303                         }
 304
 305                         n_alloc++;
 306                 }
 307         }
 308
 309         /* Compute a valid register allocation. */
 310 #if 0
 311         hungarian_prepare_cost_matrix(bp, HUNGARIAN_MODE_MAXIMIZE_UTIL);
 312         match_res = hungarian_solve(bp, assignment, &cost, 1);
 313         assert(match_res == 0 && "matching failed");
 314 #else
 315         /*bipartite_dump_f(stderr, bp);*/
 316         bipartite_matching(bp, assignment);
 317 #endif
 318
 319         /* Assign colors obtained from the matching. */
 320         for (i = 0; i < n_alloc; ++i) {
 321                 const arch_register_t *reg;
 322                 ir_node *irn;
 323
 324                 assert(assignment[i] >= 0 && "there must have been a register assigned (node not register pressure faithful?)");
 325                 reg = arch_register_for_index(env->cls, assignment[i]);
 326
 327                 irn = alloc_nodes[i];
 328                 if (irn != NULL) {
 329                         arch_set_irn_register(irn, reg);
 330                         (void) pset_hinsert_ptr(alloc_env->pre_colored, irn);
 331                         DBG((dbg, LEVEL_2, "\tsetting %+F to register %s\n", irn, reg->name));
 332                 }
 333
 334                 irn = pmap_get(ir_node, partners, alloc_nodes[i]);
 335                 if (irn != NULL) {
 336                         arch_set_irn_register(irn, reg);
 337                         (void) pset_hinsert_ptr(alloc_env->pre_colored, irn);
 338                         DBG((dbg, LEVEL_2, "\tsetting %+F to register %s\n", irn, reg->name));
 339                 }
 340         }
 341
 342         /* Allocate the non-constrained Projs of the Perm. */
 343         if (perm != NULL) {
 344                 bitset_clear_all(bs);
 345
 346                 /* Put the colors of all Projs in a bitset. */
 347                 foreach_out_edge(perm, edge) {
 348                         ir_node *proj              = get_edge_src_irn(edge);
 349                         const arch_register_t *reg = arch_get_irn_register(proj);
 350
 351                         if (reg != NULL)
 352                                 bitset_set(bs, reg->index);
 353                 }
 354
 355                 /* Assign the not yet assigned Projs of the Perm a suitable color. */
 356                 foreach_out_edge(perm, edge) {
 357                         ir_node *proj              = get_edge_src_irn(edge);
 358                         const arch_register_t *reg = arch_get_irn_register(proj);
 359
 360                         DBG((dbg, LEVEL_2, "\tchecking reg of %+F: %s\n", proj, reg ? reg->name : "<none>"));
 361
 362                         if (reg == NULL) {
 363                                 col = get_next_free_reg(alloc_env, bs);
 364                                 reg = arch_register_for_index(env->cls, col);
 365                                 bitset_set(bs, reg->index);
 366                                 arch_set_irn_register(proj, reg);
 367                                 pset_insert_ptr(alloc_env->pre_colored, proj);
 368                                 DBG((dbg, LEVEL_2, "\tsetting %+F to register %s\n", proj, reg->name));
 369                         }
 370                 }
 371         }
 372
 373         bipartite_free(bp);
 374         //hungarian_free(bp);
 375         pmap_destroy(partners);
 376
 377 end:
 378         obstack_free(env->obst, base);
 379         return res;
 380 }
 381
 382 /**
 383  * Handle constraint nodes in each basic block.
 384  * handle_constraints() inserts Perm nodes which perm
 385  * over all values live at the constrained node right in front
 386  * of the constrained node. These Perms signal a constrained node.
 387  * For further comments, refer to handle_constraints().
 388  */
 389 static void constraints(ir_node *bl, void *data)
 390 {
 391         be_chordal_alloc_env_t *env    = (be_chordal_alloc_env_t*)data;
 392         ir_node                *irn;
 393
 394         for (irn = sched_first(bl); !sched_is_end(irn);) {
 395                 irn = handle_constraints(env, irn);
 396         }
 397 }
 398
 399 static void assign(ir_node *block, void *env_ptr)
 400 {
 401         be_chordal_alloc_env_t *alloc_env = (be_chordal_alloc_env_t*)env_ptr;
 402         be_chordal_env_t *env       = alloc_env->chordal_env;
 403         bitset_t *live              = alloc_env->live;
 404         bitset_t *colors            = alloc_env->colors;
 405         bitset_t *in_colors         = alloc_env->in_colors;
 406         struct list_head *head      = get_block_border_head(env, block);
 407         be_lv_t *lv                 = be_get_irg_liveness(env->irg);
 408
 409         const ir_node *irn;
 410         border_t *b;
 411         int idx;
 412
 413         bitset_clear_all(colors);
 414         bitset_clear_all(live);
 415         bitset_clear_all(in_colors);
 416
 417         DBG((dbg, LEVEL_4, "Assigning colors for block %+F\n", block));
 418         DBG((dbg, LEVEL_4, "\tusedef chain for block\n"));
 419         list_for_each_entry(border_t, b, head, list) {
 420                 DBG((dbg, LEVEL_4, "\t%s %+F/%d\n", b->is_def ? "def" : "use",
 421                                         b->irn, get_irn_idx(b->irn)));
 422         }
 423
 424         /*
 425          * Add initial defs for all values live in.
 426          * Since their colors have already been assigned (The dominators were
 427          * allocated before), we have to mark their colors as used also.
 428          */
 429         be_lv_foreach(lv, block, be_lv_state_in, idx) {
 430                 irn = be_lv_get_irn(lv, block, idx);
 431                 if (has_reg_class(env, irn)) {
 432                         const arch_register_t *reg = arch_get_irn_register(irn);
 433                         int col;
 434
 435                         assert(reg && "Node must have been assigned a register");
 436                         col = arch_register_get_index(reg);
 437
 438                         DBG((dbg, LEVEL_4, "%+F has reg %s\n", irn, reg->name));
 439
 440                         /* Mark the color of the live in value as used. */
 441                         bitset_set(colors, col);
 442                         bitset_set(in_colors, col);
 443
 444                         /* Mark the value live in. */
 445                         bitset_set(live, get_irn_idx(irn));
 446                 }
 447         }
 448
 449         /*
 450          * Mind that the sequence of defs from back to front defines a perfect
 451          * elimination order. So, coloring the definitions from first to last
 452          * will work.
 453          */
 454         list_for_each_entry_reverse(border_t, b, head, list) {
 455                 ir_node *irn = b->irn;
 456                 int nr       = get_irn_idx(irn);
 457                 int ignore   = arch_irn_is_ignore(irn);
 458
 459                 /*
 460                  * Assign a color, if it is a local def. Global defs already have a
 461                  * color.
 462                  */
 463                 if (b->is_def && !be_is_live_in(lv, block, irn)) {
 464                         const arch_register_t *reg;
 465                         int col;
 466
 467                         if (ignore || pset_find_ptr(alloc_env->pre_colored, irn)) {
 468                                 reg = arch_get_irn_register(irn);
 469                                 col = reg->index;
 470                                 assert(!bitset_is_set(colors, col) && "pre-colored register must be free");
 471                         } else {
 472                                 col = get_next_free_reg(alloc_env, colors);
 473                                 reg = arch_register_for_index(env->cls, col);
 474                                 assert(arch_get_irn_register(irn) == NULL && "This node must not have been assigned a register yet");
 475                         }
 476
 477                         bitset_set(colors, col);
 478                         arch_set_irn_register(irn, reg);
 479
 480                         DBG((dbg, LEVEL_1, "\tassigning register %s(%d) to %+F\n", arch_register_get_name(reg), col, irn));
 481
 482                         assert(!bitset_is_set(live, nr) && "Value's definition must not have been encountered");
 483                         bitset_set(live, nr);
 484                 } else if (!b->is_def) {
 485                         /* Clear the color upon a use. */
 486                         const arch_register_t *reg = arch_get_irn_register(irn);
 487                         int col;
 488
 489                         assert(reg && "Register must have been assigned");
 490
 491                         col = arch_register_get_index(reg);
 492
 493                         bitset_clear(colors, col);
 494                         bitset_clear(live, nr);
 495                 }
 496         }
 497 }
 498
 499 void be_ra_chordal_color(be_chordal_env_t *chordal_env)
 500 {
 501         be_chordal_alloc_env_t env;
 502         char buf[256];
 503         const arch_register_class_t *cls = chordal_env->cls;
 504
 505         int       colors_n = arch_register_class_n_regs(cls);
 506         ir_graph *irg      = chordal_env->irg;
 507
 508         be_assure_live_sets(irg);
 509         assure_doms(irg);
 510
 511         env.chordal_env   = chordal_env;
 512         env.colors_n      = colors_n;
 513         env.colors        = bitset_alloca(colors_n);
 514         env.tmp_colors    = bitset_alloca(colors_n);
 515         env.in_colors     = bitset_alloca(colors_n);
 516         env.pre_colored   = pset_new_ptr_default();
 517
 518         be_timer_push(T_SPLIT);
 519
 520         if (chordal_env->opts->dump_flags & BE_CH_DUMP_SPLIT) {
 521                 snprintf(buf, sizeof(buf), "%s-split", chordal_env->cls->name);
 522                 dump_ir_graph(chordal_env->irg, buf);
 523         }
 524
 525         be_timer_pop(T_SPLIT);
 526
 527         be_timer_push(T_CONSTR);
 528
 529         /* Handle register targeting constraints */
 530         dom_tree_walk_irg(irg, constraints, NULL, &env);
 531
 532         if (chordal_env->opts->dump_flags & BE_CH_DUMP_CONSTR) {
 533                 snprintf(buf, sizeof(buf), "%s-constr", chordal_env->cls->name);
 534                 dump_ir_graph(chordal_env->irg, buf);
 535         }
 536
 537         be_timer_pop(T_CONSTR);
 538
 539         env.live = bitset_malloc(get_irg_last_idx(chordal_env->irg));
 540
 541         /* First, determine the pressure */
 542         dom_tree_walk_irg(irg, create_borders, NULL, env.chordal_env);
 543
 544         /* Assign the colors */
 545         dom_tree_walk_irg(irg, assign, NULL, &env);
 546
 547         if (chordal_env->opts->dump_flags & BE_CH_DUMP_TREE_INTV) {
 548                 plotter_t *plotter;
 549                 ir_snprintf(buf, sizeof(buf), "ifg_%s_%F.eps", chordal_env->cls->name, irg);
 550                 plotter = new_plotter_ps(buf);
 551                 draw_interval_tree(&draw_chordal_def_opts, chordal_env, plotter);
 552                 plotter_free(plotter);
 553         }
 554
 555         bitset_free(env.live);
 556         del_pset(env.pre_colored);
 557 }
 558
 559 BE_REGISTER_MODULE_CONSTRUCTOR(be_init_chordal)
 560 void be_init_chordal(void)
 561 {
 562         static be_ra_chordal_coloring_t coloring = {
 563                 be_ra_chordal_color
 564         };
 565         FIRM_DBG_REGISTER(dbg, "firm.be.chordal");
 566
 567         be_register_chordal_coloring("default", &coloring);
 568 }