60ec142d387c403b7093316bdaa7f13d9138e100
[libfirm] / ir / be / bespillbelady2.c
1 /*
2  * Copyright (C) 1995-2007 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       Beladys spillalgorithm version 2.
23  * @author      Daniel Grund, Matthias Braun, Sebastian Hack
24  * @date        01.08.2007
25  * @version     $Id$
26  *
27  * The main differences to the original Belady are:
28  * - The workset is empty at the start of a block
29  *   There is no attempt to fill it with variables which
30  *   are not used in the block.
31  * - There is a global pass which tries to use the remaining
32  *   capacity of the blocks to let global variables live through
33  *   them.
34  */
35 #ifdef HAVE_CONFIG_H
36 #include "config.h"
37 #endif
38
39 #include <math.h>
40 #include <limits.h>
41
42 #include "obst.h"
43 #include "irnodeset.h"
44 #include "irbitset.h"
45 #include "irprintf_t.h"
46 #include "irgraph.h"
47 #include "irnode.h"
48 #include "irmode.h"
49 #include "irgwalk.h"
50 #include "irloop.h"
51 #include "iredges_t.h"
52 #include "irphase_t.h"
53 #include "ircons_t.h"
54 #include "irprintf.h"
55 #include "execfreq.h"
56 #include "xmalloc.h"
57
58 #include "beutil.h"
59 #include "bearch_t.h"
60 #include "bespillbelady.h"
61 #include "besched_t.h"
62 #include "beirgmod.h"
63 #include "belive_t.h"
64 #include "benode_t.h"
65 #include "bechordal_t.h"
66 #include "bespilloptions.h"
67 #include "beloopana.h"
68 #include "beirg_t.h"
69 #include "bemodule.h"
70
71 #define DBG_SPILL     1
72 #define DBG_WSETS     2
73 #define DBG_FIX       4
74 #define DBG_DECIDE    8
75 #define DBG_START    16
76 #define DBG_SLOTS    32
77 #define DBG_TRACE    64
78 #define DBG_WORKSET 128
79 #define DBG_GLOBAL  256
80
81 #define DEAD UINT_MAX
82 DEBUG_ONLY(static firm_dbg_module_t *dbg = NULL;)
83
84 /**
85  * An association between a node and a point in time.
86  */
87 typedef struct _loc_t {
88   ir_node *irn;        /**< A node. */
89   unsigned time;       /**< A use time (see beuses.h). */
90   unsigned version;    /**< That is used in the global pass below.
91                                                  For usage see the comments below.
92                                                  In the local belady pass, this is not
93                                                  important. */
94 } loc_t;
95
96 typedef struct _workset_t {
97         int len;                        /**< current length */
98         loc_t vals[0];          /**< inlined array of the values/distances in this working set */
99 } workset_t;
100
101 typedef struct _belady_env_t {
102         struct obstack ob;
103         ir_graph *irg;
104         const arch_env_t *arch;
105         const arch_register_class_t *cls;
106         be_lv_t *lv;
107         ir_exec_freq *ef;
108
109         ir_node **blocks;   /**< Array of all blocks. */
110         int n_blocks;       /**< Number of blocks in the graph. */
111         int n_regs;                     /**< number of regs in this reg-class */
112         workset_t *ws;          /**< the main workset used while processing a block. ob-allocated */
113         ir_node *instr;         /**< current instruction */
114         unsigned instr_nr;      /**< current instruction number (relative to block start) */
115
116         spill_env_t *senv;      /**< see bespill.h */
117 } belady_env_t;
118
119
120 static int loc_compare(const void *a, const void *b)
121 {
122         const loc_t *p = a;
123         const loc_t *q = b;
124         return (int) p->time - (int) q->time;
125 }
126
127 static INLINE void workset_print(const workset_t *w)
128 {
129         int i;
130
131         for(i = 0; i < w->len; ++i) {
132                 ir_fprintf(stderr, "%+F %d\n", w->vals[i].irn, w->vals[i].time);
133         }
134 }
135
136 /**
137  * Alloc a new workset on obstack @p ob with maximum size @p max
138  */
139 static INLINE workset_t *new_workset(belady_env_t *env, struct obstack *ob) {
140         workset_t *res;
141         size_t size = sizeof(*res) + (env->n_regs)*sizeof(res->vals[0]);
142         res = obstack_alloc(ob, size);
143         memset(res, 0, size);
144         return res;
145 }
146
147 /**
148  * Alloc a new instance on obstack and make it equal to @param ws
149  */
150 static INLINE workset_t *workset_clone(belady_env_t *env, struct obstack *ob, workset_t *ws) {
151         workset_t *res;
152         size_t size = sizeof(*res) + (env->n_regs)*sizeof(res->vals[0]);
153         res = obstack_alloc(ob, size);
154         memcpy(res, ws, size);
155         return res;
156 }
157
158 /**
159  * Do NOT alloc anything. Make @param tgt equal to @param src.
160  * returns @param tgt for convenience
161  */
162 static INLINE workset_t *workset_copy(belady_env_t *env, workset_t *tgt, workset_t *src) {
163         size_t size = sizeof(*src) + (env->n_regs)*sizeof(src->vals[0]);
164         memcpy(tgt, src, size);
165         return tgt;
166 }
167
168 /**
169  * Overwrites the current content array of @param ws with the
170  * @param count locations given at memory @param locs.
171  * Set the length of @param ws to count.
172  */
173 static INLINE void workset_bulk_fill(workset_t *workset, int count, const loc_t *locs) {
174         workset->len = count;
175         memcpy(&(workset->vals[0]), locs, count * sizeof(locs[0]));
176 }
177
178 /**
179  * Inserts the value @p val into the workset, iff it is not
180  * already contained. The workset must not be full.
181  */
182 static INLINE void workset_insert(belady_env_t *env, workset_t *ws, ir_node *val) {
183         int i;
184         /* check for current regclass */
185         if (!arch_irn_consider_in_reg_alloc(env->arch, env->cls, val)) {
186                 DBG((dbg, DBG_WORKSET, "Skipped %+F\n", val));
187                 return;
188         }
189
190         /* check if val is already contained */
191         for(i=0; i<ws->len; ++i)
192                 if (ws->vals[i].irn == val)
193                         return;
194
195         /* insert val */
196         assert(ws->len < env->n_regs && "Workset already full!");
197         ws->vals[ws->len++].irn = val;
198 }
199
200 /**
201  * Removes all entries from this workset
202  */
203 static INLINE void workset_clear(workset_t *ws) {
204         ws->len = 0;
205 }
206
207 /**
208  * Removes the value @p val from the workset if present.
209  */
210 static INLINE void workset_remove(workset_t *ws, ir_node *val) {
211         int i;
212         for(i=0; i<ws->len; ++i) {
213                 if (ws->vals[i].irn == val) {
214                         ws->vals[i] = ws->vals[--ws->len];
215                         return;
216                 }
217         }
218 }
219
220 static INLINE int workset_get_index(const workset_t *ws, const ir_node *val) {
221         int i;
222         for(i=0; i<ws->len; ++i) {
223                 if (ws->vals[i].irn == val)
224                         return i;
225         }
226
227         return -1;
228 }
229
230 /**
231  * Iterates over all values in the working set.
232  * @p ws The workset to iterate
233  * @p v  A variable to put the current value in
234  * @p i  An integer for internal use
235  */
236 #define workset_foreach(ws, v, i)       for(i=0; \
237                                                                                 v=(i < ws->len) ? ws->vals[i].irn : NULL, i < ws->len; \
238                                                                                 ++i)
239
240 #define workset_set_time(ws, i, t) (ws)->vals[i].time=t
241 #define workset_get_time(ws, i) (ws)->vals[i].time
242 #define workset_set_length(ws, length) (ws)->len = length
243 #define workset_get_length(ws) ((ws)->len)
244 #define workset_get_val(ws, i) ((ws)->vals[i].irn)
245 #define workset_sort(ws) qsort((ws)->vals, (ws)->len, sizeof((ws)->vals[0]), loc_compare);
246 #define workset_contains(ws, n) (workset_get_index(ws, n) >= 0)
247
248 typedef struct _block_info_t {
249         belady_env_t *bel;
250         const ir_node *bl;
251         workset_t *ws_start, *ws_end;
252         ir_phase next_uses;
253
254         ir_node *first_non_in;   /**< First node in block which is not a phi.  */
255         ir_node *last_ins;       /**< The instruction before which end of
256                                                            block reloads will be inserted. */
257
258         workset_t *entrance_reg; /**< That set will contain all values
259                                                                   transported into the block which
260                                                                   are used before they are displaced.
261                                                                   That means, we later have to care to
262                                                                   bring them into the block in a register
263                                                                   or reload them at the entry of the block. */
264
265         int pressure; /**< The amount of registers which remain free
266                                         in this block. This capacity can be used to let
267                                         global variables, transported into other blocks,
268                                         live through this block. */
269
270         double exec_freq; /**< The execution frequency of this block. */
271 } block_info_t;
272
273 static INLINE void *new_block_info(belady_env_t *bel, ir_node *bl) {
274         block_info_t *res = obstack_alloc(&bel->ob, sizeof(*res));
275         memset(res, 0, sizeof(res[0]));
276         res->first_non_in = NULL;
277         res->last_ins = NULL;
278         res->bel = bel;
279         res->bl  = bl;
280         res->entrance_reg = new_workset(bel, &bel->ob);
281         res->exec_freq    = get_block_execfreq(bel->ef, bl);
282         set_irn_link(bl, res);
283         return res;
284 }
285
286 #define get_block_info(block)        ((block_info_t *)get_irn_link(block))
287 #define set_block_info(block, info)  set_irn_link(block, info)
288
289 static INLINE ir_node *block_info_get_last_ins(block_info_t *bi)
290 {
291         if (!bi->last_ins)
292                 bi->last_ins = be_get_end_of_block_insertion_point(bi->bl);
293
294         return bi->last_ins;
295 }
296
297 typedef struct _next_use_t {
298         unsigned is_first_use : 1; /**< Indicate that this use is the first
299                                                                  in the block. Needed to identify
300                                                                  transport in values for the global
301                                                                  pass. */
302         int step;                  /**< The time step of the use. */
303         struct _next_use_t *next;  /**< The next use int this block
304                                                                  or NULL. */
305 } next_use_t;
306
307 static void *next_use_init(ir_phase *phase, ir_node *irn, void *old)
308 {
309         (void) phase;
310         (void) irn;
311         (void) old;
312         return NULL;
313 }
314
315 static void build_next_uses(block_info_t *bi)
316 {
317         ir_node *irn;
318
319         phase_init(&bi->next_uses, "next uses", bi->bel->irg, PHASE_DEFAULT_GROWTH, next_use_init, NULL);
320         sched_foreach_reverse(bi->bl, irn) {
321                 int i, step = sched_get_time_step(irn);
322
323                 if (is_Phi(irn))
324                         break;
325
326                 for (i = get_irn_arity(irn) - 1; i >= 0; --i) {
327                         ir_node *op = get_irn_n(irn, i);
328                         next_use_t *curr = phase_get_irn_data(&bi->next_uses, op);
329                         next_use_t *use  = phase_alloc(&bi->next_uses, sizeof(use[0]));
330
331                         assert(step >= 0);
332                         use->is_first_use = 1;
333                         use->step         = step;
334                         use->next         = curr;
335
336                         if (curr)
337                                 curr->is_first_use = 0;
338
339                         phase_set_irn_data(&bi->next_uses, op, use);
340                 }
341         }
342 }
343
344 #define get_current_use(bi, irn)         phase_get_irn_data(&(bi)->next_uses, (irn))
345
346 static INLINE void advance_current_use(block_info_t *bi, const ir_node *irn)
347 {
348         next_use_t *use = get_current_use(bi, irn);
349
350         assert(use);
351         phase_set_irn_data(&bi->next_uses, irn, use->next);
352 }
353
354
355 static INLINE int is_local_phi(const ir_node *irn, const ir_node *bl)
356 {
357         return is_Phi(irn) && get_nodes_block(irn) == bl;
358 }
359
360 /**
361  * Check, if the value is something that is transported into a block.
362  * That is, the value is defined elsewhere or defined by a Phi in the block.
363  * @param env  The belady environment.
364  * @param bl   The block in question.
365  * @param irn  The node in question.
366  * @return     1, if node is something transported into @p bl, 0 if not.
367  * @note       The function will only give correct answers in the case
368  *             where @p irn is unsed in the block @p bl which is always
369  *             the case in our usage scenario.
370  */
371 static INLINE int is_transport_in(const ir_node *bl, const ir_node *irn)
372 {
373         return is_local_phi(irn, bl) || get_nodes_block(irn) != bl;
374 }
375
376 /**
377  * Performs the actions necessary to grant the request that:
378  * - new_vals can be held in registers
379  * - as few as possible other values are disposed
380  * - the worst values get disposed
381  *
382  * @p is_usage indicates that the values in new_vals are used (not defined)
383  * In this case reloads must be performed
384  */
385 static void displace(block_info_t *bi, workset_t *new_vals, int is_usage) {
386         belady_env_t *env       = bi->bel;
387         workset_t    *ws        = env->ws;
388         ir_node     **to_insert = alloca(env->n_regs * sizeof(to_insert[0]));
389
390         int i, len, max_allowed, demand, iter;
391         ir_node *val;
392
393         /*
394                 1. Identify the number of needed slots and the values to reload
395         */
396         demand = 0;
397         workset_foreach(new_vals, val, iter) {
398                 /* mark value as used */
399
400                 if (! workset_contains(ws, val)) {
401                         DBG((dbg, DBG_DECIDE, "    insert %+F\n", val));
402                         to_insert[demand++] = val;
403                         if (is_usage) {
404                                 int insert_reload = 1;
405                                 next_use_t *use = get_current_use(bi, val);
406
407                                 /*
408                                  * if we use a value which is transported in this block, i.e. a
409                                  * phi defined here or a live in, for the first time, we check
410                                  * if there is room for that guy to survive from the block's
411                                  * entrance to here or not.
412                                  */
413                                 assert(use);
414                                 assert(sched_get_time_step(env->instr) == use->step);
415                                 if (is_transport_in(bi->bl, val) && use->is_first_use) {
416                                         DBG((dbg, DBG_DECIDE, "entrance node %+F, capacity %d:\n", val, bi->pressure));
417                                         if (bi->pressure < env->n_regs) {
418                                                 workset_insert(env, bi->entrance_reg, val);
419                                                 insert_reload = 0;
420                                                 ++bi->pressure;
421                                                 DBG((dbg, DBG_DECIDE, "... no reload. must be considered at block start\n"));
422                                         }
423                                 }
424
425                                 if (insert_reload) {
426                                         DBG((dbg, DBG_SPILL, "Reload %+F before %+F\n", val, env->instr));
427                                         be_add_reload(env->senv, val, env->instr, env->cls, 1);
428                                 }
429                         }
430                 }
431                 else {
432                         assert(is_usage || "Defined value already in workset?!?");
433                         DBG((dbg, DBG_DECIDE, "    skip %+F\n", val));
434                 }
435         }
436         DBG((dbg, DBG_DECIDE, "    demand = %d\n", demand));
437
438         /*
439                 2. Make room for at least 'demand' slots
440         */
441         len         = workset_get_length(ws);
442         max_allowed = env->n_regs - demand;
443
444         /* Only make more free room if we do not have enough */
445         if (len > max_allowed) {
446                 int curr_step = sched_get_time_step(env->instr);
447
448                 DBG((dbg, DBG_DECIDE, "    disposing %d values\n", len - max_allowed));
449
450                 /* get current next-use distance */
451                 for (i = 0; i < ws->len; ++i) {
452                         ir_node *val = workset_get_val(ws, i);
453                         next_use_t *use = phase_get_irn_data(&bi->next_uses, val);
454                         assert(use == NULL || use->step >= curr_step);
455
456                         if (!is_usage && use)
457                                 use = use->next;
458
459                         workset_set_time(ws, i, use ? (unsigned) (use->step - curr_step) : DEAD);
460                 }
461
462                 /* sort entries by increasing nextuse-distance*/
463                 workset_sort(ws);
464
465                 /* kill the last 'demand' entries in the array */
466                 workset_set_length(ws, max_allowed);
467         }
468
469         /*
470                 3. Insert the new values into the workset
471                    Also, we update the pressure in the block info.
472                    That is important for the global pass to decide
473                    how many values can live through the block.
474         */
475         for (i = 0; i < demand; ++i)
476                 workset_insert(env, env->ws, to_insert[i]);
477
478         bi->pressure = MAX(bi->pressure, workset_get_length(env->ws));
479
480 }
481
482 /**
483  * For the given block @p block, decide for each values
484  * whether it is used from a register or is reloaded
485  * before the use.
486  */
487 static void belady(ir_node *block, void *data) {
488         belady_env_t *env        = data;
489         block_info_t *block_info = new_block_info(env, block);
490
491         workset_t *new_vals;
492         ir_node *irn;
493         int iter;
494
495         DBG((dbg, DBG_WSETS, "Processing %+F...\n", block_info->bl));
496         new_vals = new_workset(env, &env->ob);
497         workset_clear(env->ws);
498
499         /* build the next use information for this block. */
500         build_next_uses(block_info);
501
502         env->instr_nr = 0;
503         block_info->first_non_in = NULL;
504
505         /* process the block from start to end */
506         sched_foreach(block, irn) {
507                 int i, arity;
508                 assert(workset_get_length(env->ws) <= env->n_regs && "Too much values in workset!");
509
510                 /* projs are handled with the tuple value.
511                  * Phis are no real instr (see insert_starters())
512                  * instr_nr does not increase */
513                 if (is_Proj(irn) || is_Phi(irn)) {
514                         DBG((dbg, DBG_DECIDE, "  ...%+F skipped\n", irn));
515                         continue;
516                 }
517                 DBG((dbg, DBG_DECIDE, "  ...%+F\n", irn));
518
519                 if (!block_info->first_non_in)
520                         block_info->first_non_in = irn;
521
522                 /* set instruction in the workset */
523                 env->instr = irn;
524
525                 /* allocate all values _used_ by this instruction */
526                 workset_clear(new_vals);
527                 for(i = 0, arity = get_irn_arity(irn); i < arity; ++i) {
528                         workset_insert(env, new_vals, get_irn_n(irn, i));
529                 }
530                 displace(block_info, new_vals, 1);
531
532                 /*
533                  * set all used variables to the next use in their next_use_t list
534                  * Also, kill all dead variables from the workset. They are only
535                  * augmenting the pressure. Note, that a variable is dead
536                  * if it has no further use in this block and is *not* live end
537                  */
538                 for(i = 0, arity = get_irn_arity(irn); i < arity; ++i) {
539                         ir_node *op = get_irn_n(irn, i);
540                         next_use_t *use = get_current_use(block_info, op);
541
542                         assert(use);
543                         if (!use->next && !be_is_live_end(env->lv, block, op))
544                                 workset_remove(env->ws, op);
545
546                         advance_current_use(block_info, op);
547                 }
548
549                 /* allocate all values _defined_ by this instruction */
550                 workset_clear(new_vals);
551                 if (get_irn_mode(irn) == mode_T) { /* special handling for tuples and projs */
552                         const ir_edge_t *edge;
553
554                         foreach_out_edge(irn, edge) {
555                                 ir_node *proj = get_edge_src_irn(edge);
556                                 workset_insert(env, new_vals, proj);
557                         }
558                 } else {
559                         workset_insert(env, new_vals, irn);
560                 }
561                 displace(block_info, new_vals, 0);
562
563                 env->instr_nr++;
564         }
565
566         phase_free(&block_info->next_uses);
567
568         /* Remember end-workset for this block */
569         block_info->ws_end = workset_clone(env, &env->ob, env->ws);
570         DBG((dbg, DBG_WSETS, "End workset for %+F:\n", block));
571         workset_foreach(block_info->ws_end, irn, iter)
572                 DBG((dbg, DBG_WSETS, "  %+F (%u)\n", irn, workset_get_time(block_info->ws_end, iter)));
573 }
574
575 /*
576  _____ _                  _       _           _   ____            _
577 |_   _| |__   ___    __ _| | ___ | |__   __ _| | |  _ \ __ _ _ __| |_
578   | | | '_ \ / _ \  / _` | |/ _ \| '_ \ / _` | | | |_) / _` | '__| __|
579   | | | | | |  __/ | (_| | | (_) | |_) | (_| | | |  __/ (_| | |  | |_
580   |_| |_| |_|\___|  \__, |_|\___/|_.__/ \__,_|_| |_|   \__,_|_|   \__|
581                     |___/
582
583 */
584
585 static int block_freq_gt(const void *a, const void *b)
586 {
587         const ir_node * const *p = a;
588         const ir_node * const *q = b;
589         block_info_t *pi = get_block_info(*p);
590         block_info_t *qi = get_block_info(*q);
591         return qi->exec_freq - pi->exec_freq;
592 }
593
594 typedef struct _block_end_state_t {
595         ir_node *bl;
596         ir_node *irn;
597         double costs;
598         workset_t *end_state;
599         unsigned reload_at_end : 1;
600         unsigned live_through  : 1;
601 } block_end_state_t;
602
603 typedef struct _global_end_state_t {
604         belady_env_t *env;
605         bitset_t *failed_phis;
606         struct obstack obst;
607         block_end_state_t *end_info;
608         unsigned gauge;
609         unsigned version;
610 } global_end_state_t;
611
612 static block_end_state_t *get_block_end_state(global_end_state_t *state, ir_node *bl, ir_node *irn)
613 {
614         unsigned i;
615
616         for (i = 0; i < state->gauge; ++i) {
617                 block_end_state_t *bei = &state->end_info[i];
618                 if (bei->bl == bl && bei->irn == irn)
619                         return bei;
620         }
621
622         {
623                 block_info_t *bi = get_block_info(bl);
624                 block_end_state_t *curr;
625
626                 /* make sure we have room in the array */
627                 ARR_EXTO(block_end_state_t, state->end_info, (int) state->gauge);
628
629                 curr = &state->end_info[state->gauge];
630
631                 memset(curr, 0, sizeof(curr[0]));
632                 curr->bl  = bl;
633                 curr->irn = irn;
634                 curr->end_state = workset_clone(state->env, &state->obst, bi->ws_end);
635                 curr->costs = -1.0;
636                 ++state->gauge;
637                 return curr;
638         }
639 }
640
641 static double can_bring_in(global_end_state_t *ges, ir_node *bl, ir_node *irn, int level);
642
643 static double can_make_available_at_end(global_end_state_t *ges, ir_node *bl, ir_node *irn, int level)
644 {
645         block_end_state_t *bes = get_block_end_state(ges, bl, irn);
646         workset_t *end         = bes->end_state;
647         block_info_t *bi       = get_block_info(bl);
648         int n_regs             = bi->bel->n_regs;
649         int index;
650
651         DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\t%2Dcan make avail %+F at end of %+F (pressure %d)\n",
652                                 level, irn, bl, bi->pressure));
653
654         /*
655          * to make the value available at end,
656          * we have several cases here.
657          *
658          * - we already visited that block.
659          * - If the value is in the final end set, return 0.
660          *   somebody else already allocated it there.
661          * - If not and the final end set is already full,
662          *   we cannot make the value available at the end
663          *   of this block. return INFINITY.
664          * - Else (value not in final end set and there is room):
665          *   1) The value is in a register at the end of the local Belady pass.
666          *      Allocate a slot in  the final end set and return 0.
667          *   2) The value is not in the Belady end set:
668          *      If the block's capacity is < k then check what it costs
669          *      to transport the value from upper blocks to this block.
670          *      Compare that against the reload cost in this block. If
671          *      cheaper, do the other thing. If not, reload it here.
672          */
673
674         /*
675          * we have been here before and already figured out some costs.
676          * so we can exit safely.
677          */
678         if (bes->costs >= 0.0) {
679                 DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\t%2Dwe\'ve been here before\n", level));
680                 goto end;
681         }
682
683         /* if the end set contains it already, it is in a reg and it costs nothing
684          * to load it to one. */
685         index = workset_get_index(end, irn);
686         if (index >= 0) {
687                 unsigned ver = end->vals[index].version;
688                 DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\t%2Dnode is in the end set and is %s fixed\n",
689                                         level, ver > ges->version ? "already" : "not yet"));
690
691                 /*
692                  * if the version is older, the value is already fixed
693                  * and cannot be removed from the end set. If not,
694                  * we fix it here by giving it our version.
695                  */
696                 if (ver < ges->version)
697                         end->vals[index].version = ges->version;
698
699                 bes->costs = 0.0;
700                 goto end;
701         }
702
703         /*
704          * Now we have two options:
705          * 1) Reload the value at the end of the block.
706          *    Therefore, perhaps, we have to erase another one from the workset.
707          *    This may only be done if it has not been fixed.
708          *    Since fixed means that a previous pass has decided that that value
709          *    *has* to stay in the end set.
710          * 2) we can try, if the capacity of the block allows it, to let
711          *    the value live through the block and make it available at
712          *    the entrance.
713          *
714          * First, we test the local (reload in this block) alternative
715          * and compare against the other alternative.
716          * Of course, we chose the cheaper one.
717          */
718
719         {
720                 int len = workset_get_length(end);
721                 int slot = -1;
722                 int i;
723
724                 bes->costs = HUGE_VAL;
725
726                 /*
727                  * look if there is room in the end array
728                  * for the variable. Note that this does not
729                  * means that the var is living through the block.
730                  * There is just room at the *end*
731                  */
732                 if (len < n_regs) {
733                         DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\t%2Dthe end set has %d free slots\n",
734                                                 level, n_regs - len));
735                         slot = len;
736                 }
737                 else {
738                         for (i = 0; i < len; ++i)
739                                 if (end->vals[i].version < ges->version)
740                                         break;
741
742                         if (i < len) {
743                                 DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\t%2D%+F (slot %d) can be erased from the end set\n",
744                                                         level, end->vals[i].irn, i));
745                                 slot = i;
746                         }
747                 }
748
749                 if (slot >= 0) {
750                         int gauge           = ges->gauge;
751                         ir_node *ins_before = block_info_get_last_ins(bi);
752                         double reload_here  = be_get_reload_costs(bi->bel->senv, irn, ins_before);
753                         double bring_in     = bi->pressure < n_regs ? can_bring_in(ges, bl, irn, level + 1) : HUGE_VAL;
754
755                         DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\t%2Dthere is a free slot. capacity=%d, reload here=%f, bring in=%f\n",
756                                                 level, n_regs - bi->pressure, reload_here, bring_in));
757
758                         /*
759                          * reloading here pays off; bringing the value in from elsewhere
760                          * is too expensive, hence we drop that search by resetting
761                          * the gauge.
762                          */
763                         if (reload_here <= bring_in) {
764                                 ges->gauge = gauge;
765                                 bes->costs = reload_here;
766                                 bes->reload_at_end = 1;
767                         }
768
769                         else {
770                                 bes->live_through = 1;
771                                 bes->costs = bring_in;
772                         }
773
774                         end->vals[slot].irn     = irn;
775                         end->vals[slot].version = ges->version;
776                 }
777         }
778
779 end:
780         DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\t%2D-> %f\n", level, bes->costs));
781         return bes->costs;
782 }
783
784 static double can_bring_in(global_end_state_t *ges, ir_node *bl, ir_node *irn, int level)
785 {
786         double glob_costs = HUGE_VAL;
787         int def_block     = bl == get_nodes_block(irn);
788         int phi           = is_Phi(irn);
789
790         DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\t%2Dcan bring in for %+F at block %+F\n", level, irn, bl));
791
792         if (phi || !def_block) {
793                 int i, n           = get_irn_arity(bl);
794                 ir_node **nodes    = alloca(get_irn_arity(bl) * sizeof(nodes[0]));
795
796                 int gauge_begin    = ges->gauge;
797
798                 glob_costs = 0.0;
799                 for (i = 0; i < n; ++i) {
800                         ir_node *pr = get_Block_cfgpred_block(bl, i);
801                         ir_node *op = phi && def_block ? get_irn_n(irn, i) : irn;
802                         double c    = can_make_available_at_end(ges, pr, op, level + 1);
803
804                         if (c >= HUGE_VAL) {
805                                 ges->gauge = gauge_begin;
806                                 glob_costs = HUGE_VAL;
807                                 goto end;
808                         }
809
810                         glob_costs += c;
811                 }
812         }
813
814 end:
815         DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\t%2D-> %f\n", level, glob_costs));
816         return glob_costs;
817 }
818
819 static void materialize_and_commit_end_state(global_end_state_t *ges)
820 {
821         belady_env_t *env = ges->env;
822         unsigned i;
823
824         DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\tmaterializing\n"));
825         for (i = 0; i < ges->gauge; ++i) {
826                 block_end_state_t *bes = &ges->end_info[i];
827                 block_info_t *bi       = get_block_info(bes->bl);
828                 int idx;
829
830                 /* insert the reload if the val was reloaded at the block's end */
831                 if (bes->reload_at_end) {
832                         be_add_reload_at_end(env->senv, bes->irn, bes->bl, env->cls, 1);
833                         DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\t\tadding reload of %+F at end of %+F\n", bes->irn, bes->bl));
834                 }
835
836                 /*
837                  * if the variable is live through the block,
838                  * update the pressure indicator.
839                  */
840                 bi->pressure += bes->live_through;
841
842                 idx = workset_get_index(bes->end_state, bes->irn);
843
844                 /*
845                  * set the version number in the workset.
846                  * That will mark this value as fixed in the end set
847                  * and will prevent further investigations from removing
848                  * it from there.
849                  * Also "commit" the workset;
850                  * by copying it back to the block's end workset.
851                  */
852                 if (idx >= 0) {
853                         DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\t\tcommiting workset of %+F with version %x\n", bes->bl, ges->version));
854                         bes->end_state->vals[idx].version = ges->version;
855                         workset_copy(env, bi->ws_end, bes->end_state);
856                 }
857         }
858 }
859
860 /**
861  * Examine all irns which shall be in regs at the beginning of the
862  * block.
863  */
864 static void fix_block_borders(global_end_state_t *ges, ir_node *block) {
865         block_info_t *bi  = get_block_info(block);
866         belady_env_t *env = ges->env;
867
868         ir_node *irn;
869         int i;
870
871         DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "fixing block borders at %+F (%f)\n", block, bi->exec_freq));
872
873         /* process all variables which shall be in a reg at
874          * the beginning of the block in the order of the next use. */
875         workset_foreach(bi->entrance_reg, irn, i) {
876                 double local_costs = be_get_reload_costs(env->senv, irn, bi->first_non_in);
877                 double bring_in_costs;
878
879                 /* reset the gauge and create a new version. */
880                 ges->gauge    = 0;
881                 ges->version -= 1;
882
883                 DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\ttrans in var %+F, version %x\n", irn, ges->version));
884
885                 bring_in_costs = can_bring_in(ges, block, irn, 1);
886
887                 DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\tbring in: %f, local: %f", bring_in_costs, local_costs));
888
889                 /*
890                  * we were not able to let the value arrive
891                  * in a register at the entrance of the block
892                  * or it is too costly, so we have to do the reload locally
893                  */
894                 if (bring_in_costs > local_costs) {
895
896                         DBG((dbg, DBG_GLOBAL, " -> do local reload\n"));
897                         be_add_reload(env->senv, irn, bi->first_non_in, env->cls, 1);
898
899                         /*
900                          * if the transport-in was a phi (that is actually used in block)
901                          * it will no longer remain and we have to spill it completely.
902                          */
903                         if (is_local_phi(irn, block))
904                                 bitset_add_irn(ges->failed_phis, irn);
905                 }
906
907                 else  {
908                         DBG((dbg, DBG_GLOBAL, " -> do remote reload\n"));
909                         materialize_and_commit_end_state(ges);
910                 }
911
912                 DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\n"));
913         }
914 }
915
916 static void global_assign(belady_env_t *env)
917 {
918         global_end_state_t ges;
919         int i;
920
921         obstack_init(&ges.obst);
922         ges.gauge       = 0;
923         ges.env         = env;
924         ges.version     = -1;
925         ges.end_info    = NEW_ARR_F(block_end_state_t, env->n_blocks);
926         ges.failed_phis = bitset_irg_obstack_alloc(&env->ob, env->irg);
927
928         /*
929          * sort the blocks according to execution frequency.
930          * That's not necessary for belady() but for the global pass later on.
931          */
932         qsort(env->blocks, env->n_blocks, sizeof(env->blocks[0]), block_freq_gt);
933
934         for (i = 0; i < env->n_blocks; ++i)
935                 fix_block_borders(&ges, env->blocks[i]);
936
937         /*
938          * Now we spill phis which cannot be kept since they were replaced
939          * by reloads at the block entrances.
940          */
941         for (i = 0; i < env->n_blocks; ++i) {
942                 ir_node *bl = env->blocks[i];
943                 ir_node *irn;
944
945                 sched_foreach(bl, irn) {
946                         if (!is_Phi(irn))
947                                 break;
948
949                         if (arch_irn_consider_in_reg_alloc(env->arch, env->cls, irn)
950                                         && bitset_contains_irn(ges.failed_phis, irn))
951                                 be_spill_phi(env->senv, irn);
952                 }
953         }
954
955 }
956
957 static void collect_blocks(ir_node *bl, void *data)
958 {
959         belady_env_t *env = data;
960         ++env->n_blocks;
961         obstack_ptr_grow(&env->ob, bl);
962 }
963
964 void be_spill_belady_spill_env2(be_irg_t *birg, const arch_register_class_t *cls, spill_env_t *spill_env) {
965         ir_graph *irg = be_get_birg_irg(birg);
966         belady_env_t env;
967         int i, n_regs;
968
969         /* some special classes contain only ignore regs, nothing to do then */
970         n_regs = cls->n_regs - be_put_ignore_regs(birg, cls, NULL);
971         if(n_regs == 0)
972                 return;
973
974         be_clear_links(irg);
975
976         /* init belady env */
977         obstack_init(&env.ob);
978         env.irg       = irg;
979         env.arch      = birg->main_env->arch_env;
980         env.cls       = cls;
981         env.lv        = be_get_birg_liveness(birg);
982         env.n_regs    = n_regs;
983         env.ws        = new_workset(&env, &env.ob);
984         env.senv      = spill_env ? spill_env : be_new_spill_env(birg);
985         env.ef        = be_get_birg_exec_freq(birg);
986         env.n_blocks  = 0;
987
988         irg_block_walk_graph(irg, NULL, collect_blocks, &env);
989         obstack_ptr_grow(&env.ob, NULL);
990         env.blocks = obstack_finish(&env.ob);
991
992         /* Fix high register pressure in blocks with belady algorithm */
993         for (i = 0; i < env.n_blocks; ++i)
994                 belady(env.blocks[i], &env);
995
996         global_assign(&env);
997
998         /* Insert spill/reload nodes into the graph and fix usages */
999         be_insert_spills_reloads(env.senv);
1000
1001         /* clean up */
1002         if(spill_env == NULL)
1003                 be_delete_spill_env(env.senv);
1004
1005         obstack_free(&env.ob, NULL);
1006 }
1007
1008
1009 /**
1010  * Do spilling for a register class on a graph using the belady heuristic.
1011  * In the transformed graph, the register pressure never exceeds the number
1012  * of available registers.
1013  *
1014  * @param birg  The backend graph
1015  * @param cls   The register class to spill
1016  */
1017 static void be_spill_belady(be_irg_t *birg, const arch_register_class_t *cls) {
1018         be_spill_belady_spill_env2(birg, cls, NULL);
1019 }
1020
1021
1022 void be_init_spillbelady2(void)
1023 {
1024         static be_spiller_t belady_spiller = {
1025                 be_spill_belady
1026         };
1027
1028         be_register_spiller("belady2", &belady_spiller);
1029         FIRM_DBG_REGISTER(dbg, "firm.be.spill.belady2");
1030 }
1031
1032 BE_REGISTER_MODULE_CONSTRUCTOR(be_init_spillbelady2);