OSDN Git Service

c9da69be76e5f0b58813a525e84980c86ab6d70e
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / graphite-interchange.c
1 /* Interchange heuristics and transform for loop interchange on
2    polyhedral representation.
3
4    Copyright (C) 2009 Free Software Foundation, Inc.
5    Contributed by Sebastian Pop <sebastian.pop@amd.com> and
6    Harsha Jagasia <harsha.jagasia@amd.com>.
7
8 This file is part of GCC.
9
10 GCC is free software; you can redistribute it and/or modify
11 it under the terms of the GNU General Public License as published by
12 the Free Software Foundation; either version 3, or (at your option)
13 any later version.
14
15 GCC is distributed in the hope that it will be useful,
16 but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
17 MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
18 GNU General Public License for more details.
19
20 You should have received a copy of the GNU General Public License
21 along with GCC; see the file COPYING3.  If not see
22 <http://www.gnu.org/licenses/>.  */
23 #include "config.h"
24 #include "system.h"
25 #include "coretypes.h"
26 #include "tm.h"
27 #include "ggc.h"
28 #include "tree.h"
29 #include "rtl.h"
30 #include "output.h"
31 #include "basic-block.h"
32 #include "diagnostic.h"
33 #include "tree-flow.h"
34 #include "toplev.h"
35 #include "tree-dump.h"
36 #include "timevar.h"
37 #include "cfgloop.h"
38 #include "tree-chrec.h"
39 #include "tree-data-ref.h"
40 #include "tree-scalar-evolution.h"
41 #include "tree-pass.h"
42 #include "domwalk.h"
43 #include "value-prof.h"
44 #include "pointer-set.h"
45 #include "gimple.h"
46 #include "params.h"
47
48 #ifdef HAVE_cloog
49 #include "cloog/cloog.h"
50 #include "ppl_c.h"
51 #include "sese.h"
52 #include "graphite-ppl.h"
53 #include "graphite.h"
54 #include "graphite-poly.h"
55
56 /* Return in RES the maximum of the linear expression LE on polyhedron PS.  */
57
58 static void
59 ppl_max_for_le (ppl_Pointset_Powerset_C_Polyhedron_t ps,
60                 ppl_Linear_Expression_t le, Value res)
61 {
62   ppl_Coefficient_t num, denom;
63   Value dv, nv;
64   int maximum;
65
66   value_init (nv);
67   value_init (dv);
68   ppl_new_Coefficient (&num);
69   ppl_new_Coefficient (&denom);
70   ppl_Pointset_Powerset_C_Polyhedron_maximize (ps, le, num, denom, &maximum);
71
72   if (maximum)
73     {
74       ppl_Coefficient_to_mpz_t (num, nv);
75       ppl_Coefficient_to_mpz_t (denom, dv);
76       value_division (res, nv, dv);
77     }
78
79   value_clear (nv);
80   value_clear (dv);
81   ppl_delete_Coefficient (num);
82   ppl_delete_Coefficient (denom);
83 }
84
85 /* Builds a linear expression, of dimension DIM, representing PDR's
86    memory access:
87
88    L = r_{n}*r_{n-1}*...*r_{1}*s_{0} + ... + r_{n}*s_{n-1} + s_{n}.
89
90    For an array A[10][20] with two subscript locations s0 and s1, the
91    linear memory access is 20 * s0 + s1: a stride of 1 in subscript s0
92    corresponds to a memory stride of 20.  */
93
94 static ppl_Linear_Expression_t
95 build_linearized_memory_access (poly_dr_p pdr)
96 {
97   ppl_Linear_Expression_t res;
98   ppl_Linear_Expression_t le;
99   ppl_dimension_type i;
100   ppl_dimension_type first = pdr_subscript_dim (pdr, 0);
101   ppl_dimension_type last = pdr_subscript_dim (pdr, PDR_NB_SUBSCRIPTS (pdr));
102   Value size, sub_size;
103   graphite_dim_t dim = pdr_dim (pdr);
104
105   ppl_new_Linear_Expression_with_dimension (&res, dim);
106
107   value_init (size);
108   value_set_si (size, 1);
109   value_init (sub_size);
110   value_set_si (sub_size, 1);
111
112   for (i = last - 1; i >= first; i--)
113     {
114       ppl_set_coef_gmp (res, i, size);
115
116       ppl_new_Linear_Expression_with_dimension (&le, dim);
117       ppl_set_coef (le, i, 1);
118       ppl_max_for_le (PDR_ACCESSES (pdr), le, sub_size);
119       value_multiply (size, size, sub_size);
120       ppl_delete_Linear_Expression (le);
121     }
122
123   value_clear (sub_size);
124   value_clear (size);
125   return res;
126 }
127
128 /* Set STRIDE to the stride of PDR in memory by advancing by one in
129    loop DEPTH.  */
130
131 static void
132 memory_stride_in_loop (Value stride, graphite_dim_t depth, poly_dr_p pdr)
133 {
134   ppl_Linear_Expression_t le, lma;
135   ppl_Constraint_t new_cstr;
136   ppl_Pointset_Powerset_C_Polyhedron_t p1, p2;
137   graphite_dim_t nb_subscripts = PDR_NB_SUBSCRIPTS (pdr);
138   ppl_dimension_type i, *map;
139   ppl_dimension_type dim = pdr_dim (pdr);
140   ppl_dimension_type dim_i = pdr_iterator_dim (pdr, depth);
141   ppl_dimension_type dim_k = dim;
142   ppl_dimension_type dim_L1 = dim + nb_subscripts + 1;
143   ppl_dimension_type dim_L2 = dim + nb_subscripts + 2;
144   ppl_dimension_type new_dim = dim + nb_subscripts + 3;
145
146   /* Add new dimensions to the polyhedron corresponding to
147      k, s0', s1',..., L1, and L2.  These new variables are at
148      dimensions dim, dim + 1,... of the polyhedron P1 respectively.  */
149   ppl_new_Pointset_Powerset_C_Polyhedron_from_Pointset_Powerset_C_Polyhedron
150     (&p1, PDR_ACCESSES (pdr));
151   ppl_Pointset_Powerset_C_Polyhedron_add_space_dimensions_and_embed
152     (p1, nb_subscripts + 3);
153
154   lma = build_linearized_memory_access (pdr);
155   ppl_set_coef (lma, dim_L1, -1);
156   ppl_new_Constraint (&new_cstr, lma, PPL_CONSTRAINT_TYPE_EQUAL);
157   ppl_Pointset_Powerset_C_Polyhedron_add_constraint (p1, new_cstr);
158
159   /* Build P2.  */
160   ppl_new_Pointset_Powerset_C_Polyhedron_from_Pointset_Powerset_C_Polyhedron
161     (&p2, p1);
162   map = ppl_new_id_map (new_dim);
163   ppl_interchange (map, dim_L1, dim_L2);
164   ppl_interchange (map, dim_i, dim_k);
165   for (i = 0; i < PDR_NB_SUBSCRIPTS (pdr); i++)
166     ppl_interchange (map, pdr_subscript_dim (pdr, i), dim + i + 1);
167   ppl_Pointset_Powerset_C_Polyhedron_map_space_dimensions (p2, map, new_dim);
168   free (map);
169
170   /* Add constraint k = i + 1.  */
171   ppl_new_Linear_Expression_with_dimension (&le, new_dim);
172   ppl_set_coef (le, dim_i, 1);
173   ppl_set_coef (le, dim_k, -1);
174   ppl_set_inhomogeneous (le, 1);
175   ppl_new_Constraint (&new_cstr, le, PPL_CONSTRAINT_TYPE_EQUAL);
176   ppl_Pointset_Powerset_C_Polyhedron_add_constraint (p2, new_cstr);
177   ppl_delete_Linear_Expression (le);
178   ppl_delete_Constraint (new_cstr);
179
180   /* P1 = P1 inter P2.  */
181   ppl_Pointset_Powerset_C_Polyhedron_intersection_assign (p1, p2);
182   ppl_delete_Pointset_Powerset_C_Polyhedron (p2);
183
184   /* Maximise the expression L2 - L1.  */
185   ppl_new_Linear_Expression_with_dimension (&le, new_dim);
186   ppl_set_coef (le, dim_L2, 1);
187   ppl_set_coef (le, dim_L1, -1);
188   ppl_max_for_le (p1, le, stride);
189   ppl_delete_Linear_Expression (le);
190 }
191
192
193 /* Returns true when it is profitable to interchange loop at DEPTH1
194    and loop at DEPTH2 with DEPTH1 < DEPTH2 for PBB.
195
196    Example:
197
198    | int a[100][100];
199    |
200    | int
201    | foo (int N)
202    | {
203    |   int j;
204    |   int i;
205    |
206    |   for (i = 0; i < N; i++)
207    |     for (j = 0; j < N; j++)
208    |       a[j][2 * i] += 1;
209    |
210    |   return a[N][12];
211    | }
212
213    The data access A[j][i] is described like this:
214
215    | i   j   N   a  s0  s1   1
216    | 0   0   0   1   0   0  -5    = 0
217    | 0  -1   0   0   1   0   0    = 0
218    |-2   0   0   0   0   1   0    = 0
219    | 0   0   0   0   1   0   0   >= 0
220    | 0   0   0   0   0   1   0   >= 0
221    | 0   0   0   0  -1   0 100   >= 0
222    | 0   0   0   0   0  -1 100   >= 0
223
224    The linearized memory access L to A[100][100] is:
225
226    | i   j   N   a  s0  s1   1
227    | 0   0   0   0 100   1   0
228
229    Next, to measure the impact of iterating once in loop "i", we build
230    a maximization problem: first, we add to DR accesses the dimensions
231    k, s2, s3, L1 = 100 * s0 + s1, L2, and D1: polyhedron P1.
232
233    | i   j   N   a  s0  s1   k  s2  s3  L1  L2  D1   1
234    | 0   0   0   1   0   0   0   0   0   0   0   0  -5    = 0  alias = 5
235    | 0  -1   0   0   1   0   0   0   0   0   0   0   0    = 0  s0 = j
236    |-2   0   0   0   0   1   0   0   0   0   0   0   0    = 0  s1 = 2 * i
237    | 0   0   0   0   1   0   0   0   0   0   0   0   0   >= 0
238    | 0   0   0   0   0   1   0   0   0   0   0   0   0   >= 0
239    | 0   0   0   0  -1   0   0   0   0   0   0   0 100   >= 0
240    | 0   0   0   0   0  -1   0   0   0   0   0   0 100   >= 0
241    | 0   0   0   0 100   1   0   0   0  -1   0   0   0    = 0  L1 = 100 * s0 + s1
242
243    Then, we generate the polyhedron P2 by interchanging the dimensions
244    (s0, s2), (s1, s3), (L1, L2), (i0, i)
245
246    | i   j   N   a  s0  s1   k  s2  s3  L1  L2  D1   1
247    | 0   0   0   1   0   0   0   0   0   0   0   0  -5    = 0  alias = 5
248    | 0  -1   0   0   0   0   0   1   0   0   0   0   0    = 0  s2 = j
249    | 0   0   0   0   0   0  -2   0   1   0   0   0   0    = 0  s3 = 2 * k
250    | 0   0   0   0   0   0   0   1   0   0   0   0   0   >= 0
251    | 0   0   0   0   0   0   0   0   1   0   0   0   0   >= 0
252    | 0   0   0   0   0   0   0  -1   0   0   0   0 100   >= 0
253    | 0   0   0   0   0   0   0   0  -1   0   0   0 100   >= 0
254    | 0   0   0   0   0   0   0 100   1   0  -1   0   0    = 0  L2 = 100 * s2 + s3
255
256    then we add to P2 the equality k = i + 1:
257
258    |-1   0   0   0   0   0   1   0   0   0   0   0  -1    = 0  k = i + 1
259
260    and finally we maximize the expression "D1 = max (P1 inter P2, L2 - L1)".
261
262    For determining the impact of one iteration on loop "j", we
263    interchange (k, j), we add "k = j + 1", and we compute D2 the
264    maximal value of the difference.
265
266    Finally, the profitability test is D1 < D2: if in the outer loop
267    the strides are smaller than in the inner loop, then it is
268    profitable to interchange the loops at DEPTH1 and DEPTH2.  */
269
270 static bool
271 pbb_interchange_profitable_p (graphite_dim_t depth1, graphite_dim_t depth2,
272                               poly_bb_p pbb)
273 {
274   int i;
275   poly_dr_p pdr;
276   Value d1, d2, s;
277   bool res;
278
279   gcc_assert (depth1 < depth2);
280
281   value_init (d1);
282   value_set_si (d1, 0);
283   value_init (d2);
284   value_set_si (d2, 0);
285   value_init (s);
286
287   for (i = 0; VEC_iterate (poly_dr_p, PBB_DRS (pbb), i, pdr); i++)
288     {
289       memory_stride_in_loop (s, depth1, pdr);
290       value_addto (d1, d1, s);
291
292       memory_stride_in_loop (s, depth2, pdr);
293       value_addto (d2, d2, s);
294     }
295
296   res = value_lt (d1, d2);
297
298   value_clear (d1);
299   value_clear (d2);
300   value_clear (s);
301
302   return res;
303 }
304
305 /* Interchanges the loops at DEPTH1 and DEPTH2 of the original
306    scattering and assigns the resulting polyhedron to the transformed
307    scattering.  */
308
309 static void
310 pbb_interchange_loop_depths (graphite_dim_t depth1, graphite_dim_t depth2, poly_bb_p pbb)
311 {
312   ppl_dimension_type i, dim;
313   ppl_dimension_type *map;
314   ppl_Polyhedron_t poly = PBB_TRANSFORMED_SCATTERING (pbb);
315   ppl_dimension_type dim1 = psct_iterator_dim (pbb, depth1);
316   ppl_dimension_type dim2 = psct_iterator_dim (pbb, depth2);
317
318   ppl_Polyhedron_space_dimension (poly, &dim);
319   map = (ppl_dimension_type *) XNEWVEC (ppl_dimension_type, dim);
320
321   for (i = 0; i < dim; i++)
322     map[i] = i;
323
324   map[dim1] = dim2;
325   map[dim2] = dim1;
326
327   ppl_Polyhedron_map_space_dimensions (poly, map, dim);
328   free (map);
329 }
330
331 /* Interchanges all the loop depths that are considered profitable for PBB.  */
332
333 static bool
334 pbb_do_interchange (poly_bb_p pbb, scop_p scop)
335 {
336   graphite_dim_t i, j;
337   bool transform_done = false;
338
339   for (i = 0; i < pbb_dim_iter_domain (pbb); i++)
340     for (j = i + 1; j < pbb_dim_iter_domain (pbb); j++)
341       if (pbb_interchange_profitable_p (i, j, pbb))
342         {
343           pbb_interchange_loop_depths (i, j, pbb);
344
345           if (graphite_legal_transform (scop))
346             {
347               transform_done = true;
348
349               if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
350                 fprintf (dump_file,
351                          "PBB %d: loops at depths %d and %d will be interchanged.\n",
352                          GBB_BB (PBB_BLACK_BOX (pbb))->index, (int) i, (int) j);
353             }
354           else
355             /* Undo the transform.  */
356             pbb_interchange_loop_depths (j, i, pbb);
357         }
358
359   return transform_done;
360 }
361
362 /* Interchanges all the loop depths that are considered profitable for SCOP.  */
363
364 bool
365 scop_do_interchange (scop_p scop)
366 {
367   int i;
368   poly_bb_p pbb;
369   bool transform_done = false;
370
371   store_scattering (scop);
372
373   for (i = 0; VEC_iterate (poly_bb_p, SCOP_BBS (scop), i, pbb); i++)
374     transform_done |= pbb_do_interchange (pbb, scop);
375
376   if (!transform_done)
377     return false;
378
379   if (!graphite_legal_transform (scop))
380     {
381       restore_scattering (scop);
382       return false;
383     }
384
385   return transform_done;
386 }
387
388 #endif
389