106f32e7eSjoerg //===- llvm/CodeGen/GlobalISel/InstructionSelect.cpp - InstructionSelect ---==//
206f32e7eSjoerg //
306f32e7eSjoerg // Part of the LLVM Project, under the Apache License v2.0 with LLVM Exceptions.
406f32e7eSjoerg // See https://llvm.org/LICENSE.txt for license information.
506f32e7eSjoerg // SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 WITH LLVM-exception
606f32e7eSjoerg //
706f32e7eSjoerg //===----------------------------------------------------------------------===//
806f32e7eSjoerg /// \file
906f32e7eSjoerg /// This file implements the InstructionSelect class.
1006f32e7eSjoerg //===----------------------------------------------------------------------===//
1106f32e7eSjoerg 
1206f32e7eSjoerg #include "llvm/CodeGen/GlobalISel/InstructionSelect.h"
1306f32e7eSjoerg #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
14*da58b97aSjoerg #include "llvm/ADT/ScopeExit.h"
1506f32e7eSjoerg #include "llvm/ADT/Twine.h"
16*da58b97aSjoerg #include "llvm/Analysis/BlockFrequencyInfo.h"
17*da58b97aSjoerg #include "llvm/Analysis/LazyBlockFrequencyInfo.h"
18*da58b97aSjoerg #include "llvm/Analysis/ProfileSummaryInfo.h"
1906f32e7eSjoerg #include "llvm/CodeGen/GlobalISel/GISelKnownBits.h"
2006f32e7eSjoerg #include "llvm/CodeGen/GlobalISel/InstructionSelector.h"
2106f32e7eSjoerg #include "llvm/CodeGen/GlobalISel/LegalizerInfo.h"
2206f32e7eSjoerg #include "llvm/CodeGen/GlobalISel/Utils.h"
2306f32e7eSjoerg #include "llvm/CodeGen/MachineOptimizationRemarkEmitter.h"
2406f32e7eSjoerg #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
2506f32e7eSjoerg #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
2606f32e7eSjoerg #include "llvm/CodeGen/TargetInstrInfo.h"
2706f32e7eSjoerg #include "llvm/CodeGen/TargetLowering.h"
2806f32e7eSjoerg #include "llvm/CodeGen/TargetPassConfig.h"
2906f32e7eSjoerg #include "llvm/CodeGen/TargetSubtargetInfo.h"
3006f32e7eSjoerg #include "llvm/Config/config.h"
3106f32e7eSjoerg #include "llvm/IR/Constants.h"
3206f32e7eSjoerg #include "llvm/IR/Function.h"
3306f32e7eSjoerg #include "llvm/Support/CommandLine.h"
3406f32e7eSjoerg #include "llvm/Support/Debug.h"
3506f32e7eSjoerg #include "llvm/Support/TargetRegistry.h"
36*da58b97aSjoerg #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
3706f32e7eSjoerg 
3806f32e7eSjoerg #define DEBUG_TYPE "instruction-select"
3906f32e7eSjoerg 
4006f32e7eSjoerg using namespace llvm;
4106f32e7eSjoerg 
4206f32e7eSjoerg #ifdef LLVM_GISEL_COV_PREFIX
4306f32e7eSjoerg static cl::opt<std::string>
4406f32e7eSjoerg     CoveragePrefix("gisel-coverage-prefix", cl::init(LLVM_GISEL_COV_PREFIX),
4506f32e7eSjoerg                    cl::desc("Record GlobalISel rule coverage files of this "
4606f32e7eSjoerg                             "prefix if instrumentation was generated"));
4706f32e7eSjoerg #else
48*da58b97aSjoerg static const std::string CoveragePrefix;
4906f32e7eSjoerg #endif
5006f32e7eSjoerg 
5106f32e7eSjoerg char InstructionSelect::ID = 0;
5206f32e7eSjoerg INITIALIZE_PASS_BEGIN(InstructionSelect, DEBUG_TYPE,
5306f32e7eSjoerg                       "Select target instructions out of generic instructions",
5406f32e7eSjoerg                       false, false)
INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetPassConfig)5506f32e7eSjoerg INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetPassConfig)
5606f32e7eSjoerg INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(GISelKnownBitsAnalysis)
57*da58b97aSjoerg INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ProfileSummaryInfoWrapperPass)
58*da58b97aSjoerg INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LazyBlockFrequencyInfoPass)
5906f32e7eSjoerg INITIALIZE_PASS_END(InstructionSelect, DEBUG_TYPE,
6006f32e7eSjoerg                     "Select target instructions out of generic instructions",
6106f32e7eSjoerg                     false, false)
6206f32e7eSjoerg 
63*da58b97aSjoerg InstructionSelect::InstructionSelect(CodeGenOpt::Level OL)
64*da58b97aSjoerg     : MachineFunctionPass(ID), OptLevel(OL) {}
65*da58b97aSjoerg 
66*da58b97aSjoerg // In order not to crash when calling getAnalysis during testing with -run-pass
67*da58b97aSjoerg // we use the default opt level here instead of None, so that the addRequired()
68*da58b97aSjoerg // calls are made in getAnalysisUsage().
InstructionSelect()69*da58b97aSjoerg InstructionSelect::InstructionSelect()
70*da58b97aSjoerg     : MachineFunctionPass(ID), OptLevel(CodeGenOpt::Default) {}
7106f32e7eSjoerg 
getAnalysisUsage(AnalysisUsage & AU) const7206f32e7eSjoerg void InstructionSelect::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
7306f32e7eSjoerg   AU.addRequired<TargetPassConfig>();
74*da58b97aSjoerg   if (OptLevel != CodeGenOpt::None) {
7506f32e7eSjoerg     AU.addRequired<GISelKnownBitsAnalysis>();
7606f32e7eSjoerg     AU.addPreserved<GISelKnownBitsAnalysis>();
77*da58b97aSjoerg     AU.addRequired<ProfileSummaryInfoWrapperPass>();
78*da58b97aSjoerg     LazyBlockFrequencyInfoPass::getLazyBFIAnalysisUsage(AU);
79*da58b97aSjoerg   }
8006f32e7eSjoerg   getSelectionDAGFallbackAnalysisUsage(AU);
8106f32e7eSjoerg   MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
8206f32e7eSjoerg }
8306f32e7eSjoerg 
runOnMachineFunction(MachineFunction & MF)8406f32e7eSjoerg bool InstructionSelect::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
8506f32e7eSjoerg   // If the ISel pipeline failed, do not bother running that pass.
8606f32e7eSjoerg   if (MF.getProperties().hasProperty(
8706f32e7eSjoerg           MachineFunctionProperties::Property::FailedISel))
8806f32e7eSjoerg     return false;
8906f32e7eSjoerg 
9006f32e7eSjoerg   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Selecting function: " << MF.getName() << '\n');
9106f32e7eSjoerg 
9206f32e7eSjoerg   const TargetPassConfig &TPC = getAnalysis<TargetPassConfig>();
9306f32e7eSjoerg   InstructionSelector *ISel = MF.getSubtarget().getInstructionSelector();
94*da58b97aSjoerg 
95*da58b97aSjoerg   CodeGenOpt::Level OldOptLevel = OptLevel;
96*da58b97aSjoerg   auto RestoreOptLevel = make_scope_exit([=]() { OptLevel = OldOptLevel; });
97*da58b97aSjoerg   OptLevel = MF.getFunction().hasOptNone() ? CodeGenOpt::None
98*da58b97aSjoerg                                            : MF.getTarget().getOptLevel();
99*da58b97aSjoerg 
100*da58b97aSjoerg   GISelKnownBits *KB = nullptr;
101*da58b97aSjoerg   if (OptLevel != CodeGenOpt::None) {
102*da58b97aSjoerg     KB = &getAnalysis<GISelKnownBitsAnalysis>().get(MF);
103*da58b97aSjoerg     PSI = &getAnalysis<ProfileSummaryInfoWrapperPass>().getPSI();
104*da58b97aSjoerg     if (PSI && PSI->hasProfileSummary())
105*da58b97aSjoerg       BFI = &getAnalysis<LazyBlockFrequencyInfoPass>().getBFI();
106*da58b97aSjoerg   }
107*da58b97aSjoerg 
10806f32e7eSjoerg   CodeGenCoverage CoverageInfo;
10906f32e7eSjoerg   assert(ISel && "Cannot work without InstructionSelector");
110*da58b97aSjoerg   ISel->setupMF(MF, KB, CoverageInfo, PSI, BFI);
11106f32e7eSjoerg 
11206f32e7eSjoerg   // An optimization remark emitter. Used to report failures.
11306f32e7eSjoerg   MachineOptimizationRemarkEmitter MORE(MF, /*MBFI=*/nullptr);
11406f32e7eSjoerg 
11506f32e7eSjoerg   // FIXME: There are many other MF/MFI fields we need to initialize.
11606f32e7eSjoerg 
11706f32e7eSjoerg   MachineRegisterInfo &MRI = MF.getRegInfo();
11806f32e7eSjoerg #ifndef NDEBUG
11906f32e7eSjoerg   // Check that our input is fully legal: we require the function to have the
12006f32e7eSjoerg   // Legalized property, so it should be.
12106f32e7eSjoerg   // FIXME: This should be in the MachineVerifier, as the RegBankSelected
12206f32e7eSjoerg   // property check already is.
12306f32e7eSjoerg   if (!DisableGISelLegalityCheck)
12406f32e7eSjoerg     if (const MachineInstr *MI = machineFunctionIsIllegal(MF)) {
12506f32e7eSjoerg       reportGISelFailure(MF, TPC, MORE, "gisel-select",
12606f32e7eSjoerg                          "instruction is not legal", *MI);
12706f32e7eSjoerg       return false;
12806f32e7eSjoerg     }
12906f32e7eSjoerg   // FIXME: We could introduce new blocks and will need to fix the outer loop.
13006f32e7eSjoerg   // Until then, keep track of the number of blocks to assert that we don't.
13106f32e7eSjoerg   const size_t NumBlocks = MF.size();
13206f32e7eSjoerg #endif
13306f32e7eSjoerg 
13406f32e7eSjoerg   for (MachineBasicBlock *MBB : post_order(&MF)) {
135*da58b97aSjoerg     ISel->CurMBB = MBB;
13606f32e7eSjoerg     if (MBB->empty())
13706f32e7eSjoerg       continue;
13806f32e7eSjoerg 
13906f32e7eSjoerg     // Select instructions in reverse block order. We permit erasing so have
14006f32e7eSjoerg     // to resort to manually iterating and recognizing the begin (rend) case.
14106f32e7eSjoerg     bool ReachedBegin = false;
14206f32e7eSjoerg     for (auto MII = std::prev(MBB->end()), Begin = MBB->begin();
14306f32e7eSjoerg          !ReachedBegin;) {
14406f32e7eSjoerg #ifndef NDEBUG
14506f32e7eSjoerg       // Keep track of the insertion range for debug printing.
14606f32e7eSjoerg       const auto AfterIt = std::next(MII);
14706f32e7eSjoerg #endif
14806f32e7eSjoerg       // Select this instruction.
14906f32e7eSjoerg       MachineInstr &MI = *MII;
15006f32e7eSjoerg 
15106f32e7eSjoerg       // And have our iterator point to the next instruction, if there is one.
15206f32e7eSjoerg       if (MII == Begin)
15306f32e7eSjoerg         ReachedBegin = true;
15406f32e7eSjoerg       else
15506f32e7eSjoerg         --MII;
15606f32e7eSjoerg 
15706f32e7eSjoerg       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Selecting: \n  " << MI);
15806f32e7eSjoerg 
15906f32e7eSjoerg       // We could have folded this instruction away already, making it dead.
16006f32e7eSjoerg       // If so, erase it.
16106f32e7eSjoerg       if (isTriviallyDead(MI, MRI)) {
16206f32e7eSjoerg         LLVM_DEBUG(dbgs() << "Is dead; erasing.\n");
16306f32e7eSjoerg         MI.eraseFromParentAndMarkDBGValuesForRemoval();
16406f32e7eSjoerg         continue;
16506f32e7eSjoerg       }
16606f32e7eSjoerg 
167*da58b97aSjoerg       // Eliminate hints.
168*da58b97aSjoerg       if (isPreISelGenericOptimizationHint(MI.getOpcode())) {
169*da58b97aSjoerg         Register DstReg = MI.getOperand(0).getReg();
170*da58b97aSjoerg         Register SrcReg = MI.getOperand(1).getReg();
171*da58b97aSjoerg 
172*da58b97aSjoerg         // At this point, the destination register class of the hint may have
173*da58b97aSjoerg         // been decided.
174*da58b97aSjoerg         //
175*da58b97aSjoerg         // Propagate that through to the source register.
176*da58b97aSjoerg         const TargetRegisterClass *DstRC = MRI.getRegClassOrNull(DstReg);
177*da58b97aSjoerg         if (DstRC)
178*da58b97aSjoerg           MRI.setRegClass(SrcReg, DstRC);
179*da58b97aSjoerg         assert(canReplaceReg(DstReg, SrcReg, MRI) &&
180*da58b97aSjoerg                "Must be able to replace dst with src!");
181*da58b97aSjoerg         MI.eraseFromParent();
182*da58b97aSjoerg         MRI.replaceRegWith(DstReg, SrcReg);
183*da58b97aSjoerg         continue;
184*da58b97aSjoerg       }
185*da58b97aSjoerg 
18606f32e7eSjoerg       if (!ISel->select(MI)) {
18706f32e7eSjoerg         // FIXME: It would be nice to dump all inserted instructions.  It's
18806f32e7eSjoerg         // not obvious how, esp. considering select() can insert after MI.
18906f32e7eSjoerg         reportGISelFailure(MF, TPC, MORE, "gisel-select", "cannot select", MI);
19006f32e7eSjoerg         return false;
19106f32e7eSjoerg       }
19206f32e7eSjoerg 
19306f32e7eSjoerg       // Dump the range of instructions that MI expanded into.
19406f32e7eSjoerg       LLVM_DEBUG({
19506f32e7eSjoerg         auto InsertedBegin = ReachedBegin ? MBB->begin() : std::next(MII);
19606f32e7eSjoerg         dbgs() << "Into:\n";
19706f32e7eSjoerg         for (auto &InsertedMI : make_range(InsertedBegin, AfterIt))
19806f32e7eSjoerg           dbgs() << "  " << InsertedMI;
19906f32e7eSjoerg         dbgs() << '\n';
20006f32e7eSjoerg       });
20106f32e7eSjoerg     }
20206f32e7eSjoerg   }
20306f32e7eSjoerg 
20406f32e7eSjoerg   for (MachineBasicBlock &MBB : MF) {
20506f32e7eSjoerg     if (MBB.empty())
20606f32e7eSjoerg       continue;
20706f32e7eSjoerg 
20806f32e7eSjoerg     // Try to find redundant copies b/w vregs of the same register class.
20906f32e7eSjoerg     bool ReachedBegin = false;
21006f32e7eSjoerg     for (auto MII = std::prev(MBB.end()), Begin = MBB.begin(); !ReachedBegin;) {
21106f32e7eSjoerg       // Select this instruction.
21206f32e7eSjoerg       MachineInstr &MI = *MII;
21306f32e7eSjoerg 
21406f32e7eSjoerg       // And have our iterator point to the next instruction, if there is one.
21506f32e7eSjoerg       if (MII == Begin)
21606f32e7eSjoerg         ReachedBegin = true;
21706f32e7eSjoerg       else
21806f32e7eSjoerg         --MII;
21906f32e7eSjoerg       if (MI.getOpcode() != TargetOpcode::COPY)
22006f32e7eSjoerg         continue;
22106f32e7eSjoerg       Register SrcReg = MI.getOperand(1).getReg();
22206f32e7eSjoerg       Register DstReg = MI.getOperand(0).getReg();
22306f32e7eSjoerg       if (Register::isVirtualRegister(SrcReg) &&
22406f32e7eSjoerg           Register::isVirtualRegister(DstReg)) {
22506f32e7eSjoerg         auto SrcRC = MRI.getRegClass(SrcReg);
22606f32e7eSjoerg         auto DstRC = MRI.getRegClass(DstReg);
22706f32e7eSjoerg         if (SrcRC == DstRC) {
22806f32e7eSjoerg           MRI.replaceRegWith(DstReg, SrcReg);
229*da58b97aSjoerg           MI.eraseFromParent();
23006f32e7eSjoerg         }
23106f32e7eSjoerg       }
23206f32e7eSjoerg     }
23306f32e7eSjoerg   }
23406f32e7eSjoerg 
23506f32e7eSjoerg #ifndef NDEBUG
23606f32e7eSjoerg   const TargetRegisterInfo &TRI = *MF.getSubtarget().getRegisterInfo();
23706f32e7eSjoerg   // Now that selection is complete, there are no more generic vregs.  Verify
23806f32e7eSjoerg   // that the size of the now-constrained vreg is unchanged and that it has a
23906f32e7eSjoerg   // register class.
24006f32e7eSjoerg   for (unsigned I = 0, E = MRI.getNumVirtRegs(); I != E; ++I) {
24106f32e7eSjoerg     unsigned VReg = Register::index2VirtReg(I);
24206f32e7eSjoerg 
24306f32e7eSjoerg     MachineInstr *MI = nullptr;
24406f32e7eSjoerg     if (!MRI.def_empty(VReg))
24506f32e7eSjoerg       MI = &*MRI.def_instr_begin(VReg);
24606f32e7eSjoerg     else if (!MRI.use_empty(VReg))
24706f32e7eSjoerg       MI = &*MRI.use_instr_begin(VReg);
24806f32e7eSjoerg     if (!MI)
24906f32e7eSjoerg       continue;
25006f32e7eSjoerg 
25106f32e7eSjoerg     const TargetRegisterClass *RC = MRI.getRegClassOrNull(VReg);
25206f32e7eSjoerg     if (!RC) {
25306f32e7eSjoerg       reportGISelFailure(MF, TPC, MORE, "gisel-select",
25406f32e7eSjoerg                          "VReg has no regclass after selection", *MI);
25506f32e7eSjoerg       return false;
25606f32e7eSjoerg     }
25706f32e7eSjoerg 
25806f32e7eSjoerg     const LLT Ty = MRI.getType(VReg);
25906f32e7eSjoerg     if (Ty.isValid() && Ty.getSizeInBits() > TRI.getRegSizeInBits(*RC)) {
26006f32e7eSjoerg       reportGISelFailure(
26106f32e7eSjoerg           MF, TPC, MORE, "gisel-select",
26206f32e7eSjoerg           "VReg's low-level type and register class have different sizes", *MI);
26306f32e7eSjoerg       return false;
26406f32e7eSjoerg     }
26506f32e7eSjoerg   }
26606f32e7eSjoerg 
26706f32e7eSjoerg   if (MF.size() != NumBlocks) {
26806f32e7eSjoerg     MachineOptimizationRemarkMissed R("gisel-select", "GISelFailure",
26906f32e7eSjoerg                                       MF.getFunction().getSubprogram(),
27006f32e7eSjoerg                                       /*MBB=*/nullptr);
27106f32e7eSjoerg     R << "inserting blocks is not supported yet";
27206f32e7eSjoerg     reportGISelFailure(MF, TPC, MORE, R);
27306f32e7eSjoerg     return false;
27406f32e7eSjoerg   }
27506f32e7eSjoerg #endif
27606f32e7eSjoerg   // Determine if there are any calls in this machine function. Ported from
27706f32e7eSjoerg   // SelectionDAG.
27806f32e7eSjoerg   MachineFrameInfo &MFI = MF.getFrameInfo();
27906f32e7eSjoerg   for (const auto &MBB : MF) {
28006f32e7eSjoerg     if (MFI.hasCalls() && MF.hasInlineAsm())
28106f32e7eSjoerg       break;
28206f32e7eSjoerg 
28306f32e7eSjoerg     for (const auto &MI : MBB) {
28406f32e7eSjoerg       if ((MI.isCall() && !MI.isReturn()) || MI.isStackAligningInlineAsm())
28506f32e7eSjoerg         MFI.setHasCalls(true);
28606f32e7eSjoerg       if (MI.isInlineAsm())
28706f32e7eSjoerg         MF.setHasInlineAsm(true);
28806f32e7eSjoerg     }
28906f32e7eSjoerg   }
29006f32e7eSjoerg 
291*da58b97aSjoerg   // FIXME: FinalizeISel pass calls finalizeLowering, so it's called twice.
292*da58b97aSjoerg   auto &TLI = *MF.getSubtarget().getTargetLowering();
293*da58b97aSjoerg   TLI.finalizeLowering(MF);
29406f32e7eSjoerg 
29506f32e7eSjoerg   LLVM_DEBUG({
29606f32e7eSjoerg     dbgs() << "Rules covered by selecting function: " << MF.getName() << ":";
29706f32e7eSjoerg     for (auto RuleID : CoverageInfo.covered())
29806f32e7eSjoerg       dbgs() << " id" << RuleID;
29906f32e7eSjoerg     dbgs() << "\n\n";
30006f32e7eSjoerg   });
30106f32e7eSjoerg   CoverageInfo.emit(CoveragePrefix,
302*da58b97aSjoerg                     TLI.getTargetMachine().getTarget().getBackendName());
30306f32e7eSjoerg 
30406f32e7eSjoerg   // If we successfully selected the function nothing is going to use the vreg
30506f32e7eSjoerg   // types after us (otherwise MIRPrinter would need them). Make sure the types
30606f32e7eSjoerg   // disappear.
30706f32e7eSjoerg   MRI.clearVirtRegTypes();
30806f32e7eSjoerg 
30906f32e7eSjoerg   // FIXME: Should we accurately track changes?
31006f32e7eSjoerg   return true;
31106f32e7eSjoerg }
312