NCG: Split linear allocator into separate modules.
[ghc-hetmet.git] / compiler / nativeGen / RegAlloc / Linear / Main.hs
similarity index 63%
rename from compiler/nativeGen/RegAllocLinear.hs
rename to compiler/nativeGen/RegAlloc/Linear/Main.hs
index 0a0162f..6dde72a 100644 (file)
@@ -81,13 +81,21 @@ The algorithm is roughly:
 
 -}
 
-module RegAllocLinear (
+module RegAlloc.Linear.Main (
        regAlloc,
-       RegAllocStats, pprStats
+       module  RegAlloc.Linear.Base,
+       module  RegAlloc.Linear.Stats
   ) where
 
 #include "HsVersions.h"
 
+
+import RegAlloc.Linear.State
+import RegAlloc.Linear.Base
+import RegAlloc.Linear.StackMap
+import RegAlloc.Linear.FreeRegs
+import RegAlloc.Linear.Stats
+
 import BlockId
 import MachRegs
 import MachInstrs
@@ -101,296 +109,14 @@ import UniqSet
 import UniqFM
 import UniqSupply
 import Outputable
-import State
 import FastString
 
 import Data.Maybe
 import Data.List
 import Control.Monad
-import Data.Word
-import Data.Bits
 
 #include "../includes/MachRegs.h"
 
--- -----------------------------------------------------------------------------
--- The free register set
-
--- This needs to be *efficient*
-
-{- Here's an inefficient 'executable specification' of the FreeRegs data type:
-type FreeRegs = [RegNo]
-
-noFreeRegs = 0
-releaseReg n f = if n `elem` f then f else (n : f)
-initFreeRegs = allocatableRegs
-getFreeRegs cls f = filter ( (==cls) . regClass . RealReg ) f
-allocateReg f r = filter (/= r) f
--}
-
-#if defined(powerpc_TARGET_ARCH) 
-
--- The PowerPC has 32 integer and 32 floating point registers.
--- This is 32bit PowerPC, so Word64 is inefficient - two Word32s are much
--- better.
--- Note that when getFreeRegs scans for free registers, it starts at register
--- 31 and counts down. This is a hack for the PowerPC - the higher-numbered
--- registers are callee-saves, while the lower regs are caller-saves, so it
--- makes sense to start at the high end.
--- Apart from that, the code does nothing PowerPC-specific, so feel free to
--- add your favourite platform to the #if (if you have 64 registers but only
--- 32-bit words).
-
-data FreeRegs = FreeRegs !Word32 !Word32
-             deriving( Show )  -- The Show is used in an ASSERT
-
-noFreeRegs :: FreeRegs
-noFreeRegs = FreeRegs 0 0
-
-releaseReg :: RegNo -> FreeRegs -> FreeRegs
-releaseReg r (FreeRegs g f)
-    | r > 31    = FreeRegs g (f .|. (1 `shiftL` (fromIntegral r - 32)))
-    | otherwise = FreeRegs (g .|. (1 `shiftL` fromIntegral r)) f
-    
-initFreeRegs :: FreeRegs
-initFreeRegs = foldr releaseReg noFreeRegs allocatableRegs
-
-getFreeRegs :: RegClass -> FreeRegs -> [RegNo] -- lazilly
-getFreeRegs cls (FreeRegs g f)
-    | RcDouble <- cls = go f (0x80000000) 63
-    | RcInteger <- cls = go g (0x80000000) 31
-    | otherwise = pprPanic "RegAllocLinear.getFreeRegs: Bad register class" (ppr cls)
-    where
-        go _ 0 _ = []
-        go x m i | x .&. m /= 0 = i : (go x (m `shiftR` 1) $! i-1)
-                 | otherwise    = go x (m `shiftR` 1) $! i-1
-
-allocateReg :: RegNo -> FreeRegs -> FreeRegs
-allocateReg r (FreeRegs g f) 
-    | r > 31    = FreeRegs g (f .&. complement (1 `shiftL` (fromIntegral r - 32)))
-    | otherwise = FreeRegs (g .&. complement (1 `shiftL` fromIntegral r)) f
-
-
-#elif defined(sparc_TARGET_ARCH)
---------------------------------------------------------------------------------
--- SPARC is like PPC, except for twinning of floating point regs.
---     When we allocate a double reg we must take an even numbered
---     float reg, as well as the one after it.
-
-
--- Holds bitmaps showing what registers are currently allocated.
---     The float and double reg bitmaps overlap, but we only alloc
---     float regs into the float map, and double regs into the double map.
---
---     Free regs have a bit set in the corresponding bitmap.
---
-data FreeRegs 
-       = FreeRegs 
-               !Word32         -- int    reg bitmap    regs  0..31
-               !Word32         -- float  reg bitmap    regs 32..63
-               !Word32         -- double reg bitmap    regs 32..63
-       deriving( Show )
-
-
--- | A reg map where no regs are free to be allocated.
-noFreeRegs :: FreeRegs
-noFreeRegs = FreeRegs 0 0 0
-
-
--- | The initial set of free regs.
---     Don't treat the top half of reg pairs we're using as doubles as being free.
-initFreeRegs :: FreeRegs
-initFreeRegs 
- =     regs
- where 
---     freeDouble      = getFreeRegs RcDouble regs
-       regs            = foldr releaseReg noFreeRegs allocable
-       allocable       = allocatableRegs \\ doublePairs
-       doublePairs     = [43, 45, 47, 49, 51, 53]
-
-                       
--- | Get all the free registers of this class.
-getFreeRegs :: RegClass -> FreeRegs -> [RegNo] -- lazilly
-getFreeRegs cls (FreeRegs g f d)
-       | RcInteger <- cls = go g 1 0
-       | RcFloat   <- cls = go f 1 32
-       | RcDouble  <- cls = go d 1 32
-       | otherwise = pprPanic "RegAllocLinear.getFreeRegs: Bad register class " (ppr cls)
-       where
-               go _ 0 _ = []
-               go x m i | x .&. m /= 0 = i : (go x (m `shiftL` 1) $! i+1)
-                        | otherwise    = go x (m `shiftL` 1) $! i+1
-{-
-showFreeRegs :: FreeRegs -> String
-showFreeRegs regs
-       =  "FreeRegs\n"
-       ++ "    integer: " ++ (show $ getFreeRegs RcInteger regs)       ++ "\n"
-       ++ "      float: " ++ (show $ getFreeRegs RcFloat   regs)       ++ "\n"
-       ++ "     double: " ++ (show $ getFreeRegs RcDouble  regs)       ++ "\n"
--}
-
-{-
--- | Check whether a reg is free
-regIsFree :: RegNo -> FreeRegs -> Bool
-regIsFree r (FreeRegs g f d)
-
-       -- a general purpose reg
-       | r <= 31       
-       , mask  <- 1 `shiftL` fromIntegral r
-       = g .&. mask /= 0
-
-       -- use the first 22 float regs as double precision
-       | r >= 32
-       , r <= 53
-       , mask  <- 1 `shiftL` (fromIntegral r - 32)
-       = d .&. mask /= 0
-
-       -- use the last 10 float regs as single precision
-       | otherwise 
-       , mask  <- 1 `shiftL` (fromIntegral r - 32)
-       = f .&. mask /= 0
--}
-
--- | Grab a register.
-grabReg :: RegNo -> FreeRegs -> FreeRegs
-grabReg r (FreeRegs g f d)
-
-       -- a general purpose reg
-       | r <= 31
-       , mask  <- complement (1 `shiftL` fromIntegral r)
-       = FreeRegs (g .&. mask) f d
-    
-       -- use the first 22 float regs as double precision
-       | r >= 32
-       , r <= 53
-       , mask  <- complement (1 `shiftL` (fromIntegral r - 32))
-       = FreeRegs g f (d .&. mask)
-
-       -- use the last 10 float regs as single precision
-       | otherwise
-       , mask  <- complement (1 `shiftL` (fromIntegral r - 32))
-       = FreeRegs g (f .&. mask) d
-
-
-
--- | Release a register from allocation.
---     The register liveness information says that most regs die after a C call, 
---     but we still don't want to allocate to some of them.
---
-releaseReg :: RegNo -> FreeRegs -> FreeRegs
-releaseReg r regs@(FreeRegs g f d)
-
-       -- used by STG machine, or otherwise unavailable
-       | r >= 0  && r <= 15    = regs
-       | r >= 17 && r <= 21    = regs
-       | r >= 24 && r <= 31    = regs
-       | r >= 32 && r <= 41    = regs
-       | r >= 54 && r <= 59    = regs
-
-       -- never release the high part of double regs.
-       | r == 43               = regs
-       | r == 45               = regs
-       | r == 47               = regs
-       | r == 49               = regs
-       | r == 51               = regs
-       | r == 53               = regs
-       
-       -- a general purpose reg
-       | r <= 31       
-       , mask  <- 1 `shiftL` fromIntegral r
-       = FreeRegs (g .|. mask) f d
-
-       -- use the first 22 float regs as double precision
-       | r >= 32
-       , r <= 53
-       , mask  <- 1 `shiftL` (fromIntegral r - 32)
-       = FreeRegs g f (d .|. mask)
-
-       -- use the last 10 float regs as single precision
-       | otherwise 
-       , mask  <- 1 `shiftL` (fromIntegral r - 32)
-       = FreeRegs g (f .|. mask) d
-
-
--- | Allocate a register in the map.
-allocateReg :: RegNo -> FreeRegs -> FreeRegs
-allocateReg r regs -- (FreeRegs g f d) 
-
-       -- if the reg isn't actually free then we're in trouble
-{-     | not $ regIsFree r regs
-       = pprPanic 
-               "RegAllocLinear.allocateReg"
-               (text "reg " <> ppr r <> text " is not free")
--}  
-       | otherwise
-       = grabReg r regs
-
-
-     
---------------------------------------------------------------------------------
-
--- If we have less than 32 registers, or if we have efficient 64-bit words,
--- we will just use a single bitfield.
-
-#else
-
-#  if defined(alpha_TARGET_ARCH)
-type FreeRegs = Word64
-#  else
-type FreeRegs = Word32
-#  endif
-
-noFreeRegs :: FreeRegs
-noFreeRegs = 0
-
-releaseReg :: RegNo -> FreeRegs -> FreeRegs
-releaseReg n f = f .|. (1 `shiftL` n)
-
-initFreeRegs :: FreeRegs
-initFreeRegs = foldr releaseReg noFreeRegs allocatableRegs
-
-getFreeRegs :: RegClass -> FreeRegs -> [RegNo] -- lazilly
-getFreeRegs cls f = go f 0
-  where go 0 _ = []
-        go n m 
-         | n .&. 1 /= 0 && regClass (RealReg m) == cls
-         = m : (go (n `shiftR` 1) $! (m+1))
-         | otherwise
-         = go (n `shiftR` 1) $! (m+1)
-       -- ToDo: there's no point looking through all the integer registers
-       -- in order to find a floating-point one.
-
-allocateReg :: RegNo -> FreeRegs -> FreeRegs
-allocateReg r f = f .&. complement (1 `shiftL` fromIntegral r)
-
-#endif
-
--- -----------------------------------------------------------------------------
--- The assignment of virtual registers to stack slots
-
--- We have lots of stack slots. Memory-to-memory moves are a pain on most
--- architectures. Therefore, we avoid having to generate memory-to-memory moves
--- by simply giving every virtual register its own stack slot.
-
--- The StackMap stack map keeps track of virtual register - stack slot
--- associations and of which stack slots are still free. Once it has been
--- associated, a stack slot is never "freed" or removed from the StackMap again,
--- it remains associated until we are done with the current CmmProc.
-
-type StackSlot = Int
-data StackMap = StackMap [StackSlot] (UniqFM StackSlot)
-
-emptyStackMap :: StackMap
-emptyStackMap = StackMap [0..maxSpillSlots] emptyUFM
-
-getStackSlotFor :: StackMap -> Unique -> (StackMap,Int)
-getStackSlotFor (StackMap [] _) _
-       = panic "RegAllocLinear.getStackSlotFor: out of stack slots, try -fregs-graph"
-        -- This happens with darcs' SHA1.hs, see #1993
-
-getStackSlotFor fs@(StackMap (freeSlot:stack') reserved) reg =
-    case lookupUFM reserved reg of
-       Just slot -> (fs,slot)
-       Nothing -> (StackMap stack' (addToUFM reserved reg freeSlot), freeSlot)
 
 -- -----------------------------------------------------------------------------
 -- Top level of the register allocator
@@ -436,27 +162,6 @@ regAlloc (CmmProc _ _ _ _)
 -- -----------------------------------------------------------------------------
 -- Linear sweep to allocate registers
 
-data Loc = InReg   {-# UNPACK #-} !RegNo
-        | InMem   {-# UNPACK #-} !Int          -- stack slot
-        | InBoth  {-# UNPACK #-} !RegNo
-                  {-# UNPACK #-} !Int          -- stack slot
-  deriving (Eq, Show, Ord)
-
-{- 
-A temporary can be marked as living in both a register and memory
-(InBoth), for example if it was recently loaded from a spill location.
-This makes it cheap to spill (no save instruction required), but we
-have to be careful to turn this into InReg if the value in the
-register is changed.
-
-This is also useful when a temporary is about to be clobbered.  We
-save it in a spill location, but mark it as InBoth because the current
-instruction might still want to read it.
--}
-
-instance Outputable Loc where
-  ppr l = text (show l)
-
 
 -- | Do register allocation on some basic blocks.
 --   But be careful to allocate a block in an SCC only if it has
@@ -548,8 +253,6 @@ linearRA block_live instr_acc fixups (instr:instrs)
 -- -----------------------------------------------------------------------------
 -- Register allocation for a single instruction
 
-type BlockAssignment = BlockMap (FreeRegs, RegMap Loc)
-
 raInsn  :: BlockMap RegSet             -- Live temporaries at each basic block
        -> [Instr]                      -- new instructions (accum.)
        -> LiveInstr                    -- the instruction (with "deaths")
@@ -1102,189 +805,6 @@ handleComponent _ _ (CyclicSCC _)
 
 
 -- -----------------------------------------------------------------------------
--- The register allocator's monad.  
-
--- Here we keep all the state that the register allocator keeps track
--- of as it walks the instructions in a basic block.
-
-data RA_State 
-  = RA_State {
-       ra_blockassig :: BlockAssignment,
-               -- The current mapping from basic blocks to 
-               -- the register assignments at the beginning of that block.
-       ra_freeregs   :: {-#UNPACK#-}!FreeRegs, -- free machine registers
-       ra_assig      :: RegMap Loc,    -- assignment of temps to locations
-       ra_delta      :: Int,           -- current stack delta
-       ra_stack      :: StackMap,      -- free stack slots for spilling
-       ra_us         :: UniqSupply,    -- unique supply for generating names
-                                       -- for fixup blocks.
-
-       -- Record why things were spilled, for -ddrop-asm-stats.
-       --      Just keep a list here instead of a map of regs -> reasons.
-       --      We don't want to slow down the allocator if we're not going to emit the stats.
-       ra_spills     :: [SpillReason]
-  }
-
-newtype RegM a = RegM { unReg :: RA_State -> (# RA_State, a #) }
-
-
-instance Monad RegM where
-  m >>= k   =  RegM $ \s -> case unReg m s of { (# s, a #) -> unReg (k a) s }
-  return a  =  RegM $ \s -> (# s, a #)
-
-runR :: BlockAssignment -> FreeRegs -> RegMap Loc -> StackMap -> UniqSupply
-  -> RegM a -> (BlockAssignment, StackMap, RegAllocStats, a)
-runR block_assig freeregs assig stack us thing =
-  case unReg thing (RA_State{ ra_blockassig=block_assig, ra_freeregs=freeregs,
-                       ra_assig=assig, ra_delta=0{-???-}, ra_stack=stack,
-                       ra_us = us, ra_spills = [] }) of
-       (# state'@RA_State{ ra_blockassig=block_assig, ra_stack=stack' }, returned_thing #)
-               -> (block_assig, stack', makeRAStats state', returned_thing)
-
-spillR :: Reg -> Unique -> RegM (Instr, Int)
-spillR reg temp = RegM $ \ s@RA_State{ra_delta=delta, ra_stack=stack} ->
-  let (stack',slot) = getStackSlotFor stack temp
-      instr  = mkSpillInstr reg delta slot
-  in
-  (# s{ra_stack=stack'}, (instr,slot) #)
-
-loadR :: Reg -> Int -> RegM Instr
-loadR reg slot = RegM $ \ s@RA_State{ra_delta=delta} ->
-  (# s, mkLoadInstr reg delta slot #)
-
-getFreeRegsR :: RegM FreeRegs
-getFreeRegsR = RegM $ \ s@RA_State{ra_freeregs = freeregs} ->
-  (# s, freeregs #)
-
-setFreeRegsR :: FreeRegs -> RegM ()
-setFreeRegsR regs = RegM $ \ s ->
-  (# s{ra_freeregs = regs}, () #)
-
-getAssigR :: RegM (RegMap Loc)
-getAssigR = RegM $ \ s@RA_State{ra_assig = assig} ->
-  (# s, assig #)
-
-setAssigR :: RegMap Loc -> RegM ()
-setAssigR assig = RegM $ \ s ->
-  (# s{ra_assig=assig}, () #)
-
-getBlockAssigR :: RegM BlockAssignment
-getBlockAssigR = RegM $ \ s@RA_State{ra_blockassig = assig} ->
-  (# s, assig #)
-
-setBlockAssigR :: BlockAssignment -> RegM ()
-setBlockAssigR assig = RegM $ \ s ->
-  (# s{ra_blockassig = assig}, () #)
-
-setDeltaR :: Int -> RegM ()
-setDeltaR n = RegM $ \ s ->
-  (# s{ra_delta = n}, () #)
-
-getDeltaR :: RegM Int
-getDeltaR = RegM $ \s -> (# s, ra_delta s #)
-
-getUniqueR :: RegM Unique
-getUniqueR = RegM $ \s ->
-  case splitUniqSupply (ra_us s) of
-    (us1, us2) -> (# s{ra_us = us2}, uniqFromSupply us1 #)
-
--- | Record that a spill instruction was inserted, for profiling.
-recordSpill :: SpillReason -> RegM ()
-recordSpill spill
-       = RegM $ \s -> (# s { ra_spills = spill : ra_spills s}, () #)
-
--- -----------------------------------------------------------------------------
-
--- | Reasons why instructions might be inserted by the spiller.
---     Used when generating stats for -ddrop-asm-stats.
---
-data SpillReason
-       = SpillAlloc    !Unique -- ^ vreg was spilled to a slot so we could use its
-                               --      current hreg for another vreg
-       | SpillClobber  !Unique -- ^ vreg was moved because its hreg was clobbered
-       | SpillLoad     !Unique -- ^ vreg was loaded from a spill slot
-
-       | SpillJoinRR   !Unique -- ^ reg-reg move inserted during join to targets
-       | SpillJoinRM   !Unique -- ^ reg-mem move inserted during join to targets
-
-
--- | Used to carry interesting stats out of the register allocator.
-data RegAllocStats
-       = RegAllocStats
-       { ra_spillInstrs        :: UniqFM [Int] }
-
-
--- | Make register allocator stats from its final state.
-makeRAStats :: RA_State -> RegAllocStats
-makeRAStats state
-       = RegAllocStats
-       { ra_spillInstrs        = binSpillReasons (ra_spills state) }
-
-
--- | Build a map of how many times each reg was alloced, clobbered, loaded etc.
-binSpillReasons
-       :: [SpillReason] -> UniqFM [Int]
-
-binSpillReasons reasons
-       = addListToUFM_C
-               (zipWith (+))
-               emptyUFM
-               (map (\reason -> case reason of
-                       SpillAlloc r    -> (r, [1, 0, 0, 0, 0])
-                       SpillClobber r  -> (r, [0, 1, 0, 0, 0])
-                       SpillLoad r     -> (r, [0, 0, 1, 0, 0])
-                       SpillJoinRR r   -> (r, [0, 0, 0, 1, 0])
-                       SpillJoinRM r   -> (r, [0, 0, 0, 0, 1])) reasons)
-
-
--- | Count reg-reg moves remaining in this code.
-countRegRegMovesNat :: NatCmmTop -> Int
-countRegRegMovesNat cmm
-       = execState (mapGenBlockTopM countBlock cmm) 0
- where
-       countBlock b@(BasicBlock _ instrs)
-        = do   mapM_ countInstr instrs
-               return  b
-
-       countInstr instr
-               | Just _        <- isRegRegMove instr
-               = do    modify (+ 1)
-                       return instr
-
-               | otherwise
-               =       return instr
-
-
--- | Pretty print some RegAllocStats
-pprStats :: [NatCmmTop] -> [RegAllocStats] -> SDoc
-pprStats code statss
- = let -- sum up all the instrs inserted by the spiller
-       spills          = foldl' (plusUFM_C (zipWith (+)))
-                               emptyUFM
-                       $ map ra_spillInstrs statss
-
-       spillTotals     = foldl' (zipWith (+))
-                               [0, 0, 0, 0, 0]
-                       $ eltsUFM spills
-
-       -- count how many reg-reg-moves remain in the code
-       moves           = sum $ map countRegRegMovesNat code
-
-       pprSpill (reg, spills)
-               = parens $ (hcat $ punctuate (text ", ")  (doubleQuotes (ppr reg) : map ppr spills))
-
-   in  (  text "-- spills-added-total"
-       $$ text "--    (allocs, clobbers, loads, joinRR, joinRM, reg_reg_moves_remaining)"
-       $$ (parens $ (hcat $ punctuate (text ", ") (map ppr spillTotals ++ [ppr moves])))
-       $$ text ""
-       $$ text "-- spills-added"
-       $$ text "--    (reg_name, allocs, clobbers, loads, joinRR, joinRM)"
-       $$ (vcat $ map pprSpill
-                $ ufmToList spills)
-       $$ text "")
-
-
--- -----------------------------------------------------------------------------
 -- Utils
 
 my_fromJust :: String -> SDoc -> Maybe a -> a