Several bugfixes
[libfirm] / ir / be / bespill.c
1 /**
2  * Author:      Daniel Grund, Sebastian Hack
3  * Date:                29.09.2005
4  * Copyright:   (c) Universitaet Karlsruhe
5  * Licence:     This file protected by GPL -  GNU GENERAL PUBLIC LICENSE.
6  */
7 #ifdef HAVE_CONFIG_H
8 #include "config.h"
9 #endif
10
11 #include <stdlib.h>
12
13 #include "pset.h"
14 #include "irnode_t.h"
15 #include "ircons_t.h"
16 #include "iredges_t.h"
17 #include "ident_t.h"
18 #include "type_t.h"
19 #include "entity_t.h"
20 #include "debug.h"
21 #include "irgwalk.h"
22
23 #include "besched.h"
24 #include "bespill.h"
25 #include "benode_t.h"
26 #include "bechordal_t.h"
27
28 typedef struct _reloader_t reloader_t;
29 typedef struct _spill_info_t spill_info_t;
30
31 struct _reloader_t {
32         reloader_t *next;
33         ir_node *reloader;
34 };
35
36 struct _spill_info_t {
37         ir_node *spilled_node;
38         reloader_t *reloaders;
39 };
40
41 typedef struct _spill_ctx_t {
42         ir_node *spilled;  /**< The spilled node. */
43         ir_node *user;     /**< The node this spill is for. */
44         ir_node *spill;    /**< The spill itself. */
45 } spill_ctx_t;
46
47 struct _spill_env_t {
48         firm_dbg_module_t *dbg;
49         const arch_register_class_t *cls;
50         const be_chordal_env_t *chordal_env;
51         struct obstack obst;
52         set *spill_ctxs;
53         set *spills;                            /**< all spill_info_t's, which must be placed */
54         pset *mem_phis;                         /**< set of all special spilled phis. allocated and freed seperately */
55         decide_irn_t is_mem_phi;        /**< callback func to decide if a phi needs special spilling */
56         void *data;                                     /**< data passed to all callbacks */
57 };
58
59 static int cmp_spillctx(const void *a, const void *b, size_t n) {
60         const spill_ctx_t *p = a;
61         const spill_ctx_t *q = b;
62         return !(p->user == q->user && p->spilled == q->spilled);
63 }
64
65 static int cmp_spillinfo(const void *x, const void *y, size_t size) {
66         const spill_info_t *xx = x;
67         const spill_info_t *yy = y;
68         return ! (xx->spilled_node == yy->spilled_node);
69 }
70
71 spill_env_t *be_new_spill_env(firm_dbg_module_t *dbg,
72                                                           const be_chordal_env_t *chordal_env,
73                                                           decide_irn_t is_mem_phi, void *data) {
74
75         spill_env_t *env = malloc(sizeof(env[0]));
76         env->spill_ctxs  = new_set(cmp_spillctx, 1024);
77         env->spills      = new_set(cmp_spillinfo, 1024);
78         env->cls         = chordal_env->cls;
79         env->dbg         = dbg;
80         env->is_mem_phi  = is_mem_phi;
81         env->data        = data;
82         env->chordal_env = chordal_env;
83         obstack_init(&env->obst);
84         return env;
85 }
86
87 void be_delete_spill_env(spill_env_t *senv) {
88         del_set(senv->spill_ctxs);
89         del_set(senv->spills);
90         obstack_free(&senv->obst, NULL);
91         free(senv);
92 }
93
94 static spill_ctx_t *be_get_spill_ctx(set *sc, ir_node *to_spill, ir_node *ctx_irn) {
95         spill_ctx_t templ;
96
97         templ.spilled = to_spill;
98         templ.user    = ctx_irn;
99         templ.spill   = NULL;
100
101         return set_insert(sc, &templ, sizeof(templ), HASH_COMBINE(HASH_PTR(to_spill), HASH_PTR(ctx_irn)));
102 }
103
104 static ir_node *be_spill_irn(spill_env_t *senv, ir_node *irn, ir_node *ctx_irn) {
105         spill_ctx_t *ctx;
106         DBG((senv->dbg, LEVEL_1, "%+F in ctx %+F\n", irn, ctx_irn));
107
108         ctx = be_get_spill_ctx(senv->spill_ctxs, irn, ctx_irn);
109         if(!ctx->spill) {
110                 const be_main_env_t *env = senv->chordal_env->birg->main_env;
111                 ctx->spill = be_spill(env->arch_env, irn, ctx_irn);
112         }
113
114         return ctx->spill;
115 }
116
117 /**
118  * If the first usage of a phi result would be out of memory
119  * there is no sense in allocating a register for it.
120  * Thus we spill it and all its operands to the same spill slot.
121  * Therefore the phi/dataB becomes a phi/Memory
122  */
123 static ir_node *be_spill_phi(spill_env_t *senv, ir_node *phi, ir_node *ctx_irn) {
124         int i, n = get_irn_arity(phi);
125         ir_node **ins, *bl = get_nodes_block(phi);
126         ir_graph *irg = senv->chordal_env->irg;
127         spill_ctx_t *ctx;
128
129         assert(is_Phi(phi));
130         DBG((senv->dbg, LEVEL_1, "%+F in ctx %+F\n", phi, ctx_irn));
131
132         /* search an existing spill for this context */
133         ctx = be_get_spill_ctx(senv->spill_ctxs, phi, ctx_irn);
134
135         /* if not found spill the phi */
136         if(!ctx->spill) {
137                 /* build a new PhiM with dummy in-array */
138                 ins  = malloc(n * sizeof(ins[0]));
139                 for(i=0; i<n; ++i)
140                         ins[i] = new_r_Unknown(irg, mode_M);
141                 ctx->spill = new_r_Phi(senv->chordal_env->irg, bl, n, ins, mode_M);
142                 free(ins);
143
144                 /* re-wire the phiM */
145                 for(i=0; i<n; ++i) {
146                         ir_node *arg = get_irn_n(phi, i);
147                         ir_node *sub_res;
148
149                         if(is_Phi(arg) && pset_find_ptr(senv->mem_phis, arg))
150                                 sub_res = be_spill_phi(senv, arg, ctx_irn);
151                         else
152                                 sub_res = be_spill_irn(senv, arg, ctx_irn);
153
154                         set_irn_n(ctx->spill, i, sub_res);
155                 }
156         }
157         return ctx->spill;
158 }
159
160 static ir_node *be_spill_node(spill_env_t *senv, ir_node *to_spill) {
161         ir_node *res;
162         if (pset_find_ptr(senv->mem_phis, to_spill))
163                 res = be_spill_phi(senv, to_spill, to_spill);
164         else
165                 res = be_spill_irn(senv, to_spill, to_spill);
166
167         return res;
168 }
169
170 static void phi_walker(ir_node *irn, void *env) {
171         spill_env_t *senv = env;
172         const arch_env_t *arch = senv->chordal_env->birg->main_env->arch_env;
173
174         if (is_Phi(irn) && arch_irn_has_reg_class(arch, irn, 0, senv->cls)
175                         && senv->is_mem_phi(irn, senv->data)) {
176                 DBG((senv->dbg, LEVEL_1, "  %+F\n", irn));
177                 pset_insert_ptr(senv->mem_phis, irn);
178         }
179 }
180
181 void be_insert_spills_reloads(spill_env_t *senv, pset *reload_set) {
182         ir_graph *irg = senv->chordal_env->irg;
183         ir_node *irn;
184         spill_info_t *si;
185         struct obstack ob;
186
187         obstack_init(&ob);
188
189         /* get all special spilled phis */
190         DBG((senv->dbg, LEVEL_1, "Mem-phis:\n"));
191         senv->mem_phis = pset_new_ptr_default();
192         irg_walk_graph(senv->chordal_env->irg, phi_walker, NULL, senv);
193
194         /* Add reloads for mem_phis */
195         /* BETTER: These reloads (1) should only be inserted, if they are really needed */
196         DBG((senv->dbg, LEVEL_1, "Reloads for mem-phis:\n"));
197         for(irn = pset_first(senv->mem_phis); irn; irn = pset_next(senv->mem_phis)) {
198                 const ir_edge_t *e;
199                 DBG((senv->dbg, LEVEL_1, " Mem-phi %+F\n", irn));
200                 foreach_out_edge(irn, e) {
201                         ir_node *user = e->src;
202                         if (is_Phi(user) && !pset_find_ptr(senv->mem_phis, user)) {
203                                         ir_node *use_bl = get_nodes_block(user);
204                                         DBG((senv->dbg, LEVEL_1, " non-mem-phi user %+F\n", user));
205                                         be_add_reload_on_edge(senv, irn, use_bl, e->pos); /* (1) */
206                         }
207                 }
208         }
209
210         /* process each spilled node */
211         DBG((senv->dbg, LEVEL_1, "Insert spills and reloads:\n"));
212         for(si = set_first(senv->spills); si; si = set_next(senv->spills)) {
213                 reloader_t *rld;
214                 ir_node **reloads;
215                 int n_reloads = 0;
216                 ir_mode *mode = get_irn_mode(si->spilled_node);
217
218                 /* go through all reloads for this spill */
219                 for(rld = si->reloaders; rld; rld = rld->next) {
220                         /* the spill for this reloader */
221                         ir_node *spill   = be_spill_node(senv, si->spilled_node);
222
223                         /* the reload */
224                         ir_node *bl      = is_Block(rld->reloader) ? rld->reloader : get_nodes_block(rld->reloader);
225                         ir_node *reload  = be_new_Reload(senv->cls, irg, bl, mode, spill);
226
227                         DBG((senv->dbg, LEVEL_1, " %+F of %+F before %+F\n", reload, si->spilled_node, rld->reloader));
228                         if(reload_set)
229                                 pset_insert_ptr(reload_set, reload);
230
231                         /* remember the reaload */
232                         obstack_ptr_grow(&ob, reload);
233                         sched_add_before(rld->reloader, reload);
234                         n_reloads++;
235                 }
236
237                 assert(n_reloads > 0);
238                 obstack_ptr_grow(&ob, si->spilled_node);
239                 reloads = obstack_finish(&ob);
240                 be_ssa_constr_ignore(senv->chordal_env->dom_front, n_reloads + 1, reloads, senv->mem_phis);
241                 obstack_free(&ob, reloads);
242         }
243
244         obstack_free(&ob, NULL);
245
246         for(irn = pset_first(senv->mem_phis); irn; irn = pset_next(senv->mem_phis)) {
247                 int i, n;
248                 for(i = 0, n = get_irn_arity(irn); i < n; ++i)
249                         set_irn_n(irn, i, new_r_Bad(senv->chordal_env->irg));
250                 sched_remove(irn);
251         }
252
253         del_pset(senv->mem_phis);
254 }
255
256 void be_add_reload(spill_env_t *senv, ir_node *to_spill, ir_node *before) {
257         spill_info_t templ, *res;
258         reloader_t *rel;
259
260         templ.spilled_node = to_spill;
261         templ.reloaders    = NULL;
262         res = set_insert(senv->spills, &templ, sizeof(templ), HASH_PTR(to_spill));
263
264         rel           = obstack_alloc(&senv->obst, sizeof(rel[0]));
265         rel->reloader = before;
266         rel->next     = res->reloaders;
267         res->reloaders = rel;
268 }
269
270 void be_add_reload_on_edge(spill_env_t *senv, ir_node *to_spill, ir_node *bl, int pos) {
271         ir_node *insert_bl = get_irn_arity(bl) == 1 ? sched_first(bl) : get_Block_cfgpred_block(bl, pos);
272         be_add_reload(senv, to_spill, insert_bl);
273 }
274
275
276
277 /****************************************
278
279         SPILL SLOT MANAGEMENT AND OPTS
280
281 ****************************************/
282
283 typedef struct _spill_slot_t {
284         unsigned size;
285         unsigned align;
286         pset *members;
287         ir_mode *largest_mode;  /* the mode of all members with largest size */
288 } spill_slot_t;
289
290 typedef struct _ss_env_t {
291         firm_dbg_module_t *dbg;
292         struct obstack ob;
293         be_chordal_env_t *cenv;
294         pmap *slots;            /* maps spill_contexts to spill_slots */
295   pmap *types;    /* maps modes to types */
296 } ss_env_t;
297
298
299 static void compute_spill_slots_walker(ir_node *spill, void *env) {
300         ss_env_t *ssenv = env;
301         ir_node *ctx;
302         pmap_entry *entry;
303         spill_slot_t *ss;
304
305         if (!be_is_Spill(spill))
306                 return;
307
308         /* check, if this spill is for a context already known */
309         ctx = be_get_Spill_context(spill);
310         entry = pmap_find(ssenv->slots, ctx);
311
312         if (!entry) {
313                 /* this is a new spill context */
314                 ss = obstack_alloc(&ssenv->ob, sizeof(*ss));
315                 ss->members = pset_new_ptr(8);
316                 ss->largest_mode = get_irn_mode(get_irn_n(spill, 0));
317                 ss->size = get_mode_size_bytes(ss->largest_mode);
318                 ss->align = ss->size; /* TODO Assumed for now */
319                 pmap_insert(ssenv->slots, ctx, ss);
320         } else {
321                 ir_node *irn;
322                 /* values with the same spill_ctx must go into the same spill slot */
323                 ss = entry->value;
324                 assert(ss->size == (unsigned)get_mode_size_bytes(get_irn_mode(get_irn_n(spill, 0))) && "Different sizes for the same spill slot are not allowed yet.");
325                 for (irn = pset_first(ss->members); irn; irn = pset_next(ss->members)) {
326                         /* use values_interfere here, because it uses the dominance check,
327                            which does work for values in memory */
328                         assert(!values_interfere(spill, irn) && "Spills for the same spill slot must not interfere!");
329                 }
330         }
331
332         pset_insert_ptr(ss->members, spill);
333 }
334
335 static int ss_sorter(const void *v1, const void *v2) {
336         const spill_slot_t *ss1 = v1;
337         const spill_slot_t *ss2 = v2;
338         return ((int) ss2->size) - ((int) ss1->size);
339 }
340
341
342 /**
343  * This function should optimize the spill slots.
344  *  - Coalescing of multiple slots
345  *  - Ordering the slots
346  *
347  * Input slots are in @p ssenv->slots
348  * @p size The count of initial spill slots in @p ssenv->slots
349  *         This also is the size of the preallocated array @p ass
350  *
351  * @return An array of spill slots @p ass in specific order
352  **/
353 static void optimize_slots(ss_env_t *ssenv, int size, spill_slot_t **ass) {
354         int i, o, used_slots;
355         pmap_entry *entr;
356
357         i=0;
358         pmap_foreach(ssenv->slots, entr)
359                 ass[i++] = entr->value;
360
361         /* Sort the array to minimize fragmentation and cache footprint.
362            Large slots come first */
363         qsort(ass, size, sizeof(ass[0]), ss_sorter);
364
365         /* For each spill slot:
366                 - assign a new offset to this slot
367             - xor find another slot to coalesce with */
368         used_slots = 0;
369         for (i=0; i<size; ++i) { /* for each spill slot */
370                 ir_node *n1;
371                 int tgt_slot = -1;
372
373                 DBG((ssenv->dbg, LEVEL_1, "Spill slot %d members:\n", i));
374                 for(n1 = pset_first(ass[i]->members); n1; n1 = pset_next(ass[i]->members))
375                         DBG((ssenv->dbg, LEVEL_1, "  %+F\n", n1));
376
377
378                 for (o=0; o < used_slots && tgt_slot == -1; ++o) { /* for each offset-assigned spill slot */
379                         /* check inter-slot-pairs for interference */
380                         ir_node *n2;
381                         for(n1 = pset_first(ass[i]->members); n1; n1 = pset_next(ass[i]->members))
382                                 for(n2 = pset_first(ass[o]->members); n2; n2 = pset_next(ass[o]->members))
383                                         if(values_interfere(n1, n2)) {
384                                                 pset_break(ass[i]->members);
385                                                 pset_break(ass[o]->members);
386                                                 DBG((ssenv->dbg, LEVEL_1, "    Interf %+F -- %+F\n", n1, n2));
387                                                 goto interf_detected;
388                                         }
389
390                         /* if we are here, there is no interference between ass[i] and ass[o] */
391                         tgt_slot = o;
392
393 interf_detected: /*nothing*/ ;
394                 }
395
396                 /* now the members of ass[i] join the members of ass[tgt_slot] */
397
398                 /* do we need a new slot? */
399                 if (tgt_slot == -1) {
400                         tgt_slot = used_slots;
401                         used_slots++;
402
403                         /* init slot */
404                         if (tgt_slot != i) {
405                                 ass[tgt_slot]->size = ass[i]->size;
406                                 del_pset(ass[tgt_slot]->members);
407                                 ass[tgt_slot]->members = pset_new_ptr(8);
408                         }
409                 }
410
411                 /* copy the members to the target pset */
412                 /* NOTE: If src and tgt pset are the same, inserting while iterating is not allowed */
413                 if (tgt_slot != i)
414                         for(n1 = pset_first(ass[i]->members); n1; n1 = pset_next(ass[i]->members))
415                                         pset_insert_ptr(ass[tgt_slot]->members, n1);
416         }
417 }
418
419 #define ALIGN_SPILL_AREA 16
420 #define pset_foreach(pset, elm)  for(elm=pset_first(pset); elm; elm=pset_next(pset))
421
422 /**
423  * Returns a spill type for a mode. Keep them in a map to reduce
424  * the number of types.
425  */
426 static ir_type *get_spill_type(pmap *types, ir_mode *mode) {
427   pmap_entry *e = pmap_find(types, mode);
428   ir_type *res;
429
430   if (! e) {
431                 char buf[64];
432     snprintf(buf, sizeof(buf), "spill_slot_type_%s", get_mode_name(mode));
433     res = new_type_primitive(new_id_from_str(buf), mode);
434     pmap_insert(types, mode, res);
435   }
436   else
437     res = e->value;
438   return res;
439 }
440
441 static void assign_entities(ss_env_t *ssenv, int n, spill_slot_t **ss) {
442         int i, offset;
443         ir_type *frame = get_irg_frame_type(ssenv->cenv->irg);
444
445         /* aligning by increasing frame size */
446         offset = get_type_size_bits(frame) / 8;
447         offset = round_up2(offset, ALIGN_SPILL_AREA);
448         set_type_size_bytes(frame, -1);
449
450         /* create entities and assign offsets according to size and alignment*/
451         for (i=0; i<n; ++i) {
452                 char buf[64];
453                 ident *name;
454                 entity *spill_ent;
455                 ir_node *irn;
456
457                 /* build entity */
458                 snprintf(buf, sizeof(buf), "spill_slot_%d", i);
459                 name = new_id_from_str(buf);
460
461                 spill_ent = new_entity(frame, name, get_spill_type(ssenv->types, ss[i]->largest_mode));
462
463                 /* align */
464                 offset = round_up2(offset, ss[i]->align);
465                 /* set */
466                 set_entity_offset_bytes(spill_ent, offset);
467                 /* next possible offset */
468                 offset += ss[i]->size;
469
470                 pset_foreach(ss[i]->members, irn)
471                         be_set_Spill_entity(irn, spill_ent);
472         }
473
474         /* set final size of stack frame */
475         set_type_size_bytes(frame, offset);
476 }
477
478 void be_compute_spill_offsets(be_chordal_env_t *cenv) {
479         ss_env_t ssenv;
480         spill_slot_t **ss;
481         int ss_size;
482         pmap_entry *pme;
483
484         obstack_init(&ssenv.ob);
485         ssenv.cenv  = cenv;
486         ssenv.slots = pmap_create();
487   ssenv.types = pmap_create();
488         ssenv.dbg   = firm_dbg_register("ir.be.spillslots");
489
490         /* Get initial spill slots */
491         irg_walk_graph(cenv->irg, NULL, compute_spill_slots_walker, &ssenv);
492
493         /* Build an empty array for optimized spill slots */
494         ss_size = pmap_count(ssenv.slots);
495         ss = obstack_alloc(&ssenv.ob, ss_size * sizeof(*ss));
496         optimize_slots(&ssenv, ss_size, ss);
497
498         /* Integrate slots into the stack frame entity */
499         assign_entities(&ssenv, ss_size, ss);
500
501         /* Clean up */
502         pmap_foreach(ssenv.slots, pme)
503                 del_pset(((spill_slot_t *)pme->value)->members);
504         pmap_destroy(ssenv.slots);
505   pmap_destroy(ssenv.types);
506         obstack_free(&ssenv.ob, NULL);
507 }