OSDN Git Service

2010-05-19 Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / tree-ssa-loop-prefetch.c
index 2105299..becde89 100644 (file)
@@ -1,22 +1,21 @@
 /* Array prefetching.
-   Copyright (C) 2005 Free Software Foundation, Inc.
-   
+   Copyright (C) 2005, 2007, 2008 Free Software Foundation, Inc.
+
 This file is part of GCC.
-   
+
 GCC is free software; you can redistribute it and/or modify it
 under the terms of the GNU General Public License as published by the
-Free Software Foundation; either version 2, or (at your option) any
+Free Software Foundation; either version 3, or (at your option) any
 later version.
-   
+
 GCC is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
 ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
 FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License
 for more details.
-   
+
 You should have received a copy of the GNU General Public License
-along with GCC; see the file COPYING.  If not, write to the Free
-Software Foundation, 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA
-02111-1307, USA.  */
+along with GCC; see the file COPYING3.  If not see
+<http://www.gnu.org/licenses/>.  */
 
 #include "config.h"
 #include "system.h"
@@ -33,7 +32,6 @@ Software Foundation, 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA
 #include "tree-dump.h"
 #include "timevar.h"
 #include "cfgloop.h"
-#include "varray.h"
 #include "expr.h"
 #include "tree-pass.h"
 #include "ggc.h"
@@ -100,16 +98,33 @@ Software Foundation, 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA
       while still within this bound (starting with those with lowest
       prefetch_mod, since they are responsible for most of the cache
       misses).
-      
+
    5) We unroll and peel loops so that we are able to satisfy PREFETCH_MOD
       and PREFETCH_BEFORE requirements (within some bounds), and to avoid
       prefetching nonaccessed memory.
       TODO -- actually implement peeling.
-      
+
    6) We actually emit the prefetch instructions.  ??? Perhaps emit the
       prefetch instructions with guards in cases where 5) was not sufficient
       to satisfy the constraints?
 
+   The function is_loop_prefetching_profitable() implements a cost model
+   to determine if prefetching is profitable for a given loop. The cost
+   model has two heuristcs:
+   1. A heuristic that determines whether the given loop has enough CPU
+      ops that can be overlapped with cache missing memory ops.
+      If not, the loop won't benefit from prefetching. This is implemented
+      by requirung the ratio between the instruction count and the mem ref
+      count to be above a certain minimum.
+   2. A heuristic that disables prefetching in a loop with an unknown trip
+      count if the prefetching cost is above a certain limit. The relative
+      prefetching cost is estimated by taking the ratio between the
+      prefetch count and the total intruction count (this models the I-cache
+      cost).
+   The limits used in these heuristics are defined as parameters with
+   reasonable default values. Machine-specific default values will be
+   added later.
+
    Some other TODO:
       -- write and use more general reuse analysis (that could be also used
         in other cache aimed loop optimizations)
@@ -157,7 +172,7 @@ Software Foundation, 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA
 /* In some cases we are only able to determine that there is a certain
    probability that the two accesses hit the same cache line.  In this
    case, we issue the prefetches for both of them if this probability
-   is less then (1000 - ACCEPTABLE_MISS_RATE) promile.  */
+   is less then (1000 - ACCEPTABLE_MISS_RATE) per thousand.  */
 
 #ifndef ACCEPTABLE_MISS_RATE
 #define ACCEPTABLE_MISS_RATE 50
@@ -167,9 +182,8 @@ Software Foundation, 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA
 #define HAVE_prefetch 0
 #endif
 
-#define L1_CACHE_SIZE_BYTES ((unsigned) (L1_CACHE_SIZE * L1_CACHE_LINE_SIZE))
-/* TODO:  Add parameter to specify L2 cache size.  */
-#define L2_CACHE_SIZE_BYTES (8 * L1_CACHE_SIZE_BYTES)
+#define L1_CACHE_SIZE_BYTES ((unsigned) (L1_CACHE_SIZE * 1024))
+#define L2_CACHE_SIZE_BYTES ((unsigned) (L2_CACHE_SIZE * 1024))
 
 /* We consider a memory access nontemporal if it is not reused sooner than
    after L2_CACHE_SIZE_BYTES of memory are accessed.  However, we ignore
@@ -185,12 +199,24 @@ Software Foundation, 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA
 #define FENCE_FOLLOWING_MOVNT NULL_TREE
 #endif
 
+/* It is not profitable to prefetch when the trip count is not at
+   least TRIP_COUNT_TO_AHEAD_RATIO times the prefetch ahead distance.
+   For example, in a loop with a prefetch ahead distance of 10,
+   supposing that TRIP_COUNT_TO_AHEAD_RATIO is equal to 4, it is
+   profitable to prefetch when the trip count is greater or equal to
+   40.  In that case, 30 out of the 40 iterations will benefit from
+   prefetching.  */
+
+#ifndef TRIP_COUNT_TO_AHEAD_RATIO
+#define TRIP_COUNT_TO_AHEAD_RATIO 4
+#endif
+
 /* The group of references between that reuse may occur.  */
 
 struct mem_ref_group
 {
   tree base;                   /* Base of the reference.  */
-  HOST_WIDE_INT step;          /* Step of the reference.  */
+  tree step;                   /* Step of the reference.  */
   struct mem_ref *refs;                /* References in the group.  */
   struct mem_ref_group *next;  /* Next group of references.  */
 };
@@ -199,11 +225,22 @@ struct mem_ref_group
 
 #define PREFETCH_ALL           (~(unsigned HOST_WIDE_INT) 0)
 
+/* Do not generate a prefetch if the unroll factor is significantly less
+   than what is required by the prefetch.  This is to avoid redundant
+   prefetches.  For example, if prefetch_mod is 16 and unroll_factor is
+   1, this means prefetching requires unrolling the loop 16 times, but
+   the loop is not going to be unrolled.  In this case (ratio = 16),
+   prefetching is not likely to be beneficial.  */
+
+#ifndef PREFETCH_MOD_TO_UNROLL_FACTOR_RATIO
+#define PREFETCH_MOD_TO_UNROLL_FACTOR_RATIO 8
+#endif
+
 /* The memory reference.  */
 
 struct mem_ref
 {
-  tree stmt;                   /* Statement in that the reference appears.  */
+  gimple stmt;                 /* Statement in that the reference appears.  */
   tree mem;                    /* The reference.  */
   HOST_WIDE_INT delta;         /* Constant offset of the reference.  */
   struct mem_ref_group *group; /* The group of references it belongs to.  */
@@ -234,7 +271,10 @@ dump_mem_ref (FILE *file, struct mem_ref *ref)
   fprintf (file, "  group %p (base ", (void *) ref->group);
   print_generic_expr (file, ref->group->base, TDF_SLIM);
   fprintf (file, ", step ");
-  fprintf (file, HOST_WIDE_INT_PRINT_DEC, ref->group->step);
+  if (cst_and_fits_in_hwi (ref->group->step))
+    fprintf (file, HOST_WIDE_INT_PRINT_DEC, int_cst_value (ref->group->step));
+  else
+    print_generic_expr (file, ref->group->step, TDF_TREE);
   fprintf (file, ")\n");
 
   fprintf (file, "  delta ");
@@ -250,19 +290,20 @@ dump_mem_ref (FILE *file, struct mem_ref *ref)
    exist.  */
 
 static struct mem_ref_group *
-find_or_create_group (struct mem_ref_group **groups, tree base,
-                     HOST_WIDE_INT step)
+find_or_create_group (struct mem_ref_group **groups, tree base, tree step)
 {
   struct mem_ref_group *group;
 
   for (; *groups; groups = &(*groups)->next)
     {
-      if ((*groups)->step == step
+      if (operand_equal_p ((*groups)->step, step, 0)
          && operand_equal_p ((*groups)->base, base, 0))
        return *groups;
 
-      /* Keep the list of groups sorted by decreasing step.  */
-      if ((*groups)->step < step)
+      /* If step is an integer constant, keep the list of groups sorted
+         by decreasing step.  */
+        if (cst_and_fits_in_hwi ((*groups)->step) && cst_and_fits_in_hwi (step)
+            && int_cst_value ((*groups)->step) < int_cst_value (step))
        break;
     }
 
@@ -280,7 +321,7 @@ find_or_create_group (struct mem_ref_group **groups, tree base,
    WRITE_P.  The reference occurs in statement STMT.  */
 
 static void
-record_ref (struct mem_ref_group *group, tree stmt, tree mem,
+record_ref (struct mem_ref_group *group, gimple stmt, tree mem,
            HOST_WIDE_INT delta, bool write_p)
 {
   struct mem_ref **aref;
@@ -346,8 +387,8 @@ release_mem_refs (struct mem_ref_group *groups)
 struct ar_data
 {
   struct loop *loop;                   /* Loop of the reference.  */
-  tree stmt;                           /* Statement of the reference.  */
-  HOST_WIDE_INT *step;                 /* Step of the memory reference.  */
+  gimple stmt;                         /* Statement of the reference.  */
+  tree *step;                          /* Step of the memory reference.  */
   HOST_WIDE_INT *delta;                        /* Offset of the memory reference.  */
 };
 
@@ -359,22 +400,19 @@ idx_analyze_ref (tree base, tree *index, void *data)
 {
   struct ar_data *ar_data = (struct ar_data *) data;
   tree ibase, step, stepsize;
-  HOST_WIDE_INT istep, idelta = 0, imult = 1;
+  HOST_WIDE_INT idelta = 0, imult = 1;
   affine_iv iv;
 
   if (TREE_CODE (base) == MISALIGNED_INDIRECT_REF
       || TREE_CODE (base) == ALIGN_INDIRECT_REF)
     return false;
 
-  if (!simple_iv (ar_data->loop, ar_data->stmt, *index, &iv, false))
+  if (!simple_iv (ar_data->loop, loop_containing_stmt (ar_data->stmt),
+                 *index, &iv, true))
     return false;
   ibase = iv.base;
   step = iv.step;
 
-  if (!cst_and_fits_in_hwi (step))
-    return false;
-  istep = int_cst_value (step);
-
   if (TREE_CODE (ibase) == POINTER_PLUS_EXPR
       && cst_and_fits_in_hwi (TREE_OPERAND (ibase, 1)))
     {
@@ -387,6 +425,12 @@ idx_analyze_ref (tree base, tree *index, void *data)
       ibase = build_int_cst (TREE_TYPE (ibase), 0);
     }
 
+  if (*ar_data->step == NULL_TREE)
+    *ar_data->step = step;
+  else
+    *ar_data->step = fold_build2 (PLUS_EXPR, sizetype,
+                                 fold_convert (sizetype, *ar_data->step),
+                                 fold_convert (sizetype, step));
   if (TREE_CODE (base) == ARRAY_REF)
     {
       stepsize = array_ref_element_size (base);
@@ -394,11 +438,12 @@ idx_analyze_ref (tree base, tree *index, void *data)
        return false;
       imult = int_cst_value (stepsize);
 
-      istep *= imult;
+      *ar_data->step = fold_build2 (MULT_EXPR, sizetype,
+                                   fold_convert (sizetype, *ar_data->step),
+                                   fold_convert (sizetype, step));
       idelta *= imult;
     }
 
-  *ar_data->step += istep;
   *ar_data->delta += idelta;
   *index = ibase;
 
@@ -412,15 +457,15 @@ idx_analyze_ref (tree base, tree *index, void *data)
 
 static bool
 analyze_ref (struct loop *loop, tree *ref_p, tree *base,
-            HOST_WIDE_INT *step, HOST_WIDE_INT *delta,
-            tree stmt)
+            tree *step, HOST_WIDE_INT *delta,
+            gimple stmt)
 {
   struct ar_data ar_data;
   tree off;
   HOST_WIDE_INT bit_offset;
   tree ref = *ref_p;
 
-  *step = 0;
+  *step = NULL_TREE;
   *delta = 0;
 
   /* First strip off the component references.  Ignore bitfields.  */
@@ -435,7 +480,7 @@ analyze_ref (struct loop *loop, tree *ref_p, tree *base,
       off = DECL_FIELD_BIT_OFFSET (TREE_OPERAND (ref, 1));
       bit_offset = TREE_INT_CST_LOW (off);
       gcc_assert (bit_offset % BITS_PER_UNIT == 0);
-      
+
       *delta += bit_offset / BITS_PER_UNIT;
     }
 
@@ -453,14 +498,20 @@ analyze_ref (struct loop *loop, tree *ref_p, tree *base,
 
 static bool
 gather_memory_references_ref (struct loop *loop, struct mem_ref_group **refs,
-                             tree ref, bool write_p, tree stmt)
+                             tree ref, bool write_p, gimple stmt)
 {
-  tree base;
-  HOST_WIDE_INT step, delta;
+  tree base, step;
+  HOST_WIDE_INT delta;
   struct mem_ref_group *agrp;
 
+  if (get_base_address (ref) == NULL)
+    return false;
+
   if (!analyze_ref (loop, &ref, &base, &step, &delta, stmt))
     return false;
+  /* If analyze_ref fails the default is a NULL_TREE.  We can stop here.  */
+  if (step == NULL_TREE)
+    return false;
 
   /* Now we know that REF = &BASE + STEP * iter + DELTA, where DELTA and STEP
      are integer constants.  */
@@ -474,16 +525,18 @@ gather_memory_references_ref (struct loop *loop, struct mem_ref_group **refs,
    true if there are no other memory references inside the loop.  */
 
 static struct mem_ref_group *
-gather_memory_references (struct loop *loop, bool *no_other_refs)
+gather_memory_references (struct loop *loop, bool *no_other_refs, unsigned *ref_count)
 {
   basic_block *body = get_loop_body_in_dom_order (loop);
   basic_block bb;
   unsigned i;
-  block_stmt_iterator bsi;
-  tree stmt, lhs, rhs, call;
+  gimple_stmt_iterator bsi;
+  gimple stmt;
+  tree lhs, rhs;
   struct mem_ref_group *refs = NULL;
 
   *no_other_refs = true;
+  *ref_count = 0;
 
   /* Scan the loop body in order, so that the former references precede the
      later ones.  */
@@ -493,29 +546,34 @@ gather_memory_references (struct loop *loop, bool *no_other_refs)
       if (bb->loop_father != loop)
        continue;
 
-      for (bsi = bsi_start (bb); !bsi_end_p (bsi); bsi_next (&bsi))
+      for (bsi = gsi_start_bb (bb); !gsi_end_p (bsi); gsi_next (&bsi))
        {
-         stmt = bsi_stmt (bsi);
-         call = get_call_expr_in (stmt);
-         if (call && !(call_expr_flags (call) & ECF_CONST))
-           *no_other_refs = false;
+         stmt = gsi_stmt (bsi);
 
-         if (TREE_CODE (stmt) != GIMPLE_MODIFY_STMT)
+         if (gimple_code (stmt) != GIMPLE_ASSIGN)
            {
-             if (!ZERO_SSA_OPERANDS (stmt, SSA_OP_ALL_VIRTUALS))
+             if (gimple_vuse (stmt)
+                 || (is_gimple_call (stmt)
+                     && !(gimple_call_flags (stmt) & ECF_CONST)))
                *no_other_refs = false;
              continue;
            }
 
-         lhs = GIMPLE_STMT_OPERAND (stmt, 0);
-         rhs = GIMPLE_STMT_OPERAND (stmt, 1);
+         lhs = gimple_assign_lhs (stmt);
+         rhs = gimple_assign_rhs1 (stmt);
 
          if (REFERENCE_CLASS_P (rhs))
+           {
            *no_other_refs &= gather_memory_references_ref (loop, &refs,
                                                            rhs, false, stmt);
+           *ref_count += 1;
+           }
          if (REFERENCE_CLASS_P (lhs))
+           {
            *no_other_refs &= gather_memory_references_ref (loop, &refs,
                                                            lhs, true, stmt);
+           *ref_count += 1;
+           }
        }
     }
   free (body);
@@ -528,8 +586,16 @@ gather_memory_references (struct loop *loop, bool *no_other_refs)
 static void
 prune_ref_by_self_reuse (struct mem_ref *ref)
 {
-  HOST_WIDE_INT step = ref->group->step;
-  bool backward = step < 0;
+  HOST_WIDE_INT step;
+  bool backward;
+
+  /* If the step size is non constant, we cannot calculate prefetch_mod.  */
+  if (!cst_and_fits_in_hwi (ref->group->step))
+    return;
+
+  step = int_cst_value (ref->group->step);
+
+  backward = step < 0;
 
   if (step == 0)
     {
@@ -567,6 +633,45 @@ ddown (HOST_WIDE_INT x, unsigned HOST_WIDE_INT by)
     return (x + by - 1) / by;
 }
 
+/* Given a CACHE_LINE_SIZE and two inductive memory references
+   with a common STEP greater than CACHE_LINE_SIZE and an address
+   difference DELTA, compute the probability that they will fall
+   in different cache lines.  DISTINCT_ITERS is the number of
+   distinct iterations after which the pattern repeats itself.
+   ALIGN_UNIT is the unit of alignment in bytes.  */
+
+static int
+compute_miss_rate (unsigned HOST_WIDE_INT cache_line_size,
+                  HOST_WIDE_INT step, HOST_WIDE_INT delta,
+                  unsigned HOST_WIDE_INT distinct_iters,
+                  int align_unit)
+{
+  unsigned align, iter;
+  int total_positions, miss_positions, miss_rate;
+  int address1, address2, cache_line1, cache_line2;
+
+  total_positions = 0;
+  miss_positions = 0;
+
+  /* Iterate through all possible alignments of the first
+     memory reference within its cache line.  */
+  for (align = 0; align < cache_line_size; align += align_unit)
+
+    /* Iterate through all distinct iterations.  */
+    for (iter = 0; iter < distinct_iters; iter++)
+      {
+       address1 = align + step * iter;
+       address2 = address1 + delta;
+       cache_line1 = address1 / cache_line_size;
+       cache_line2 = address2 / cache_line_size;
+       total_positions += 1;
+       if (cache_line1 != cache_line2)
+         miss_positions += 1;
+      }
+  miss_rate = 1000 * miss_positions / total_positions;
+  return miss_rate;
+}
+
 /* Prune the prefetch candidate REF using the reuse with BY.
    If BY_IS_BEFORE is true, BY is before REF in the loop.  */
 
@@ -574,12 +679,27 @@ static void
 prune_ref_by_group_reuse (struct mem_ref *ref, struct mem_ref *by,
                          bool by_is_before)
 {
-  HOST_WIDE_INT step = ref->group->step;
-  bool backward = step < 0;
+  HOST_WIDE_INT step;
+  bool backward;
   HOST_WIDE_INT delta_r = ref->delta, delta_b = by->delta;
   HOST_WIDE_INT delta = delta_b - delta_r;
   HOST_WIDE_INT hit_from;
   unsigned HOST_WIDE_INT prefetch_before, prefetch_block;
+  int miss_rate;
+  HOST_WIDE_INT reduced_step;
+  unsigned HOST_WIDE_INT reduced_prefetch_block;
+  tree ref_type;
+  int align_unit;
+
+  /* If the step is non constant we cannot calculate prefetch_before.  */
+  if (!cst_and_fits_in_hwi (ref->group->step)) {
+    return;
+  }
+
+  step = int_cst_value (ref->group->step);
+
+  backward = step < 0;
+
 
   if (delta == 0)
     {
@@ -587,7 +707,7 @@ prune_ref_by_group_reuse (struct mem_ref *ref, struct mem_ref *by,
         former.  */
       if (by_is_before)
        ref->prefetch_before = 0;
-      
+
       return;
     }
 
@@ -635,32 +755,42 @@ prune_ref_by_group_reuse (struct mem_ref *ref, struct mem_ref *by,
       hit_from = ddown (delta_b, PREFETCH_BLOCK) * PREFETCH_BLOCK;
       prefetch_before = (hit_from - delta_r + step - 1) / step;
 
+      /* Do not reduce prefetch_before if we meet beyond cache size.  */
+      if (prefetch_before > (unsigned) abs (L2_CACHE_SIZE_BYTES / step))
+        prefetch_before = PREFETCH_ALL;
       if (prefetch_before < ref->prefetch_before)
        ref->prefetch_before = prefetch_before;
 
       return;
     }
 
-  /* A more complicated case.  First let us ensure that size of cache line
-     and step are coprime (here we assume that PREFETCH_BLOCK is a power
-     of two.  */
+  /* A more complicated case with step > prefetch_block.  First reduce
+     the ratio between the step and the cache line size to its simplest
+     terms.  The resulting denominator will then represent the number of
+     distinct iterations after which each address will go back to its
+     initial location within the cache line.  This computation assumes
+     that PREFETCH_BLOCK is a power of two.  */
   prefetch_block = PREFETCH_BLOCK;
-  while ((step & 1) == 0
-        && prefetch_block > 1)
+  reduced_prefetch_block = prefetch_block;
+  reduced_step = step;
+  while ((reduced_step & 1) == 0
+        && reduced_prefetch_block > 1)
     {
-      step >>= 1;
-      prefetch_block >>= 1;
-      delta >>= 1;
+      reduced_step >>= 1;
+      reduced_prefetch_block >>= 1;
     }
 
-  /* Now step > prefetch_block, and step and prefetch_block are coprime.
-     Determine the probability that the accesses hit the same cache line.  */
-
   prefetch_before = delta / step;
   delta %= step;
-  if ((unsigned HOST_WIDE_INT) delta
-      <= (prefetch_block * ACCEPTABLE_MISS_RATE / 1000))
+  ref_type = TREE_TYPE (ref->mem);
+  align_unit = TYPE_ALIGN (ref_type) / 8;
+  miss_rate = compute_miss_rate(prefetch_block, step, delta,
+                               reduced_prefetch_block, align_unit);
+  if (miss_rate <= ACCEPTABLE_MISS_RATE)
     {
+      /* Do not reduce prefetch_before if we meet beyond cache size.  */
+      if (prefetch_before > L2_CACHE_SIZE_BYTES / PREFETCH_BLOCK)
+        prefetch_before = PREFETCH_ALL;
       if (prefetch_before < ref->prefetch_before)
        ref->prefetch_before = prefetch_before;
 
@@ -670,8 +800,9 @@ prune_ref_by_group_reuse (struct mem_ref *ref, struct mem_ref *by,
   /* Try also the following iteration.  */
   prefetch_before++;
   delta = step - delta;
-  if ((unsigned HOST_WIDE_INT) delta
-      <= (prefetch_block * ACCEPTABLE_MISS_RATE / 1000))
+  miss_rate = compute_miss_rate(prefetch_block, step, delta,
+                               reduced_prefetch_block, align_unit);
+  if (miss_rate <= ACCEPTABLE_MISS_RATE)
     {
       if (prefetch_before < ref->prefetch_before)
        ref->prefetch_before = prefetch_before;
@@ -774,11 +905,20 @@ should_issue_prefetch_p (struct mem_ref *ref)
   /* For now do not issue prefetches for only first few of the
      iterations.  */
   if (ref->prefetch_before != PREFETCH_ALL)
-    return false;
+    {
+      if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
+        fprintf (dump_file, "Ignoring %p due to prefetch_before\n",
+                (void *) ref);
+      return false;
+    }
 
   /* Do not prefetch nontemporal stores.  */
   if (ref->storent_p)
-    return false;
+    {
+      if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
+        fprintf (dump_file, "Ignoring nontemporal store %p\n", (void *) ref);
+      return false;
+    }
 
   return true;
 }
@@ -820,6 +960,12 @@ schedule_prefetches (struct mem_ref_group *groups, unsigned unroll_factor,
        if (!should_issue_prefetch_p (ref))
          continue;
 
+        /* The loop is far from being sufficiently unrolled for this
+           prefetch.  Do not generate prefetch to avoid many redudant
+           prefetches.  */
+        if (ref->prefetch_mod / unroll_factor > PREFETCH_MOD_TO_UNROLL_FACTOR_RATIO)
+          continue;
+
        /* If we need to prefetch the reference each PREFETCH_MOD iterations,
           and we unroll the loop UNROLL_FACTOR times, we need to insert
           ceil (UNROLL_FACTOR / PREFETCH_MOD) instructions in each
@@ -844,20 +990,20 @@ schedule_prefetches (struct mem_ref_group *groups, unsigned unroll_factor,
   return any;
 }
 
-/* Determine whether there is any reference suitable for prefetching
-   in GROUPS.  */
+/* Estimate the number of prefetches in the given GROUPS.  */
 
-static bool
-anything_to_prefetch_p (struct mem_ref_group *groups)
+static int
+estimate_prefetch_count (struct mem_ref_group *groups)
 {
   struct mem_ref *ref;
+  int prefetch_count = 0;
 
   for (; groups; groups = groups->next)
     for (ref = groups->refs; ref; ref = ref->next)
       if (should_issue_prefetch_p (ref))
-       return true;
+         prefetch_count++;
 
-  return false;
+  return prefetch_count;
 }
 
 /* Issue prefetches for the reference REF into loop as decided before.
@@ -868,8 +1014,9 @@ static void
 issue_prefetch_ref (struct mem_ref *ref, unsigned unroll_factor, unsigned ahead)
 {
   HOST_WIDE_INT delta;
-  tree addr, addr_base, prefetch, write_p, local;
-  block_stmt_iterator bsi;
+  tree addr, addr_base, write_p, local, forward;
+  gimple prefetch;
+  gimple_stmt_iterator bsi;
   unsigned n_prefetches, ap;
   bool nontemporal = ref->reuse_distance >= L2_CACHE_SIZE_BYTES;
 
@@ -878,29 +1025,44 @@ issue_prefetch_ref (struct mem_ref *ref, unsigned unroll_factor, unsigned ahead)
             nontemporal ? " nontemporal" : "",
             (void *) ref);
 
-  bsi = bsi_for_stmt (ref->stmt);
+  bsi = gsi_for_stmt (ref->stmt);
 
   n_prefetches = ((unroll_factor + ref->prefetch_mod - 1)
                  / ref->prefetch_mod);
   addr_base = build_fold_addr_expr_with_type (ref->mem, ptr_type_node);
-  addr_base = force_gimple_operand_bsi (&bsi, unshare_expr (addr_base),
-                                       true, NULL, true, BSI_SAME_STMT);
+  addr_base = force_gimple_operand_gsi (&bsi, unshare_expr (addr_base),
+                                       true, NULL, true, GSI_SAME_STMT);
   write_p = ref->write_p ? integer_one_node : integer_zero_node;
   local = build_int_cst (integer_type_node, nontemporal ? 0 : 3);
 
   for (ap = 0; ap < n_prefetches; ap++)
     {
-      /* Determine the address to prefetch.  */
-      delta = (ahead + ap * ref->prefetch_mod) * ref->group->step;
-      addr = fold_build2 (POINTER_PLUS_EXPR, ptr_type_node,
-                         addr_base, size_int (delta));
-      addr = force_gimple_operand_bsi (&bsi, unshare_expr (addr), true, NULL,
-                                      true, BSI_SAME_STMT);
-
+      if (cst_and_fits_in_hwi (ref->group->step))
+        {
+          /* Determine the address to prefetch.  */
+          delta = (ahead + ap * ref->prefetch_mod) *
+                  int_cst_value (ref->group->step);
+          addr = fold_build2 (POINTER_PLUS_EXPR, ptr_type_node,
+                              addr_base, size_int (delta));
+          addr = force_gimple_operand_gsi (&bsi, unshare_expr (addr), true, NULL,
+                                           true, GSI_SAME_STMT);
+        }
+      else
+        {
+          /* The step size is non-constant but loop-invariant.  We use the
+             heuristic to simply prefetch ahead iterations ahead.  */
+          forward = fold_build2 (MULT_EXPR, sizetype,
+                                 fold_convert (sizetype, ref->group->step),
+                                 fold_convert (sizetype, size_int (ahead)));
+          addr = fold_build2 (POINTER_PLUS_EXPR, ptr_type_node, addr_base,
+                             forward);
+          addr = force_gimple_operand_gsi (&bsi, unshare_expr (addr), true,
+                                          NULL, true, GSI_SAME_STMT);
+      }
       /* Create the prefetch instruction.  */
-      prefetch = build_call_expr (built_in_decls[BUILT_IN_PREFETCH],
-                                 3, addr, write_p, local);
-      bsi_insert_before (&bsi, prefetch, BSI_SAME_STMT);
+      prefetch = gimple_build_call (built_in_decls[BUILT_IN_PREFETCH],
+                                   3, addr, write_p, local);
+      gsi_insert_before (&bsi, prefetch, GSI_SAME_STMT);
     }
 }
 
@@ -942,7 +1104,7 @@ nontemporal_store_p (struct mem_ref *ref)
   if (mode == BLKmode)
     return false;
 
-  code = storent_optab->handlers[mode].insn_code;
+  code = optab_handler (storent_optab, mode)->insn_code;
   return code != CODE_FOR_nothing;
 }
 
@@ -959,7 +1121,7 @@ mark_nontemporal_store (struct mem_ref *ref)
     fprintf (dump_file, "Marked reference %p as a nontemporal store.\n",
             (void *) ref);
 
-  MOVE_NONTEMPORAL (ref->stmt) = true;
+  gimple_assign_set_nontemporal_move (ref->stmt, true);
   ref->storent_p = true;
 
   return true;
@@ -972,22 +1134,22 @@ emit_mfence_after_loop (struct loop *loop)
 {
   VEC (edge, heap) *exits = get_loop_exit_edges (loop);
   edge exit;
-  tree call;
-  block_stmt_iterator bsi;
+  gimple call;
+  gimple_stmt_iterator bsi;
   unsigned i;
 
   for (i = 0; VEC_iterate (edge, exits, i, exit); i++)
     {
-      call = build_function_call_expr (FENCE_FOLLOWING_MOVNT, NULL_TREE);
+      call = gimple_build_call (FENCE_FOLLOWING_MOVNT, 0);
 
       if (!single_pred_p (exit->dest)
          /* If possible, we prefer not to insert the fence on other paths
             in cfg.  */
          && !(exit->flags & EDGE_ABNORMAL))
        split_loop_exit_edge (exit);
-      bsi = bsi_after_labels (exit->dest);
+      bsi = gsi_after_labels (exit->dest);
 
-      bsi_insert_before (&bsi, call, BSI_NEW_STMT);
+      gsi_insert_before (&bsi, call, GSI_NEW_STMT);
       mark_virtual_ops_for_renaming (call);
     }
 
@@ -1238,7 +1400,7 @@ self_reuse_distance (data_reference_p dr, unsigned *loop_sizes, unsigned n,
         know its stride.  */
       while (handled_component_p (ref) && TREE_CODE (ref) != ARRAY_REF)
        ref = TREE_OPERAND (ref, 0);
-      
+
       if (TREE_CODE (ref) == ARRAY_REF)
        {
          stride = TYPE_SIZE_UNIT (TREE_TYPE (ref));
@@ -1357,7 +1519,7 @@ determine_loop_nest_reuse (struct loop *loop, struct mem_ref_group *refs,
   for (i = 0; VEC_iterate (data_reference_p, datarefs, i, dr); i++)
     {
       dist = self_reuse_distance (dr, loop_data_size, n, loop);
-      ref = dr->aux;
+      ref = (struct mem_ref *) dr->aux;
       if (ref->reuse_distance > dist)
        ref->reuse_distance = dist;
 
@@ -1372,8 +1534,8 @@ determine_loop_nest_reuse (struct loop *loop, struct mem_ref_group *refs,
       if (DDR_ARE_DEPENDENT (dep) == chrec_known)
        continue;
 
-      ref = DDR_A (dep)->aux;
-      refb = DDR_B (dep)->aux;
+      ref = (struct mem_ref *) DDR_A (dep)->aux;
+      refb = (struct mem_ref *) DDR_B (dep)->aux;
 
       if (DDR_ARE_DEPENDENT (dep) == chrec_dont_know
          || DDR_NUM_DIST_VECTS (dep) == 0)
@@ -1381,7 +1543,7 @@ determine_loop_nest_reuse (struct loop *loop, struct mem_ref_group *refs,
          /* If the dependence cannot be analyzed, assume that there might be
             a reuse.  */
          dist = 0;
-      
+
          ref->independent_p = false;
          refb->independent_p = false;
        }
@@ -1446,6 +1608,83 @@ determine_loop_nest_reuse (struct loop *loop, struct mem_ref_group *refs,
     }
 }
 
+/* Do a cost-benefit analysis to determine if prefetching is profitable
+   for the current loop given the following parameters:
+   AHEAD: the iteration ahead distance,
+   EST_NITER: the estimated trip count,
+   NINSNS: estimated number of instructions in the loop,
+   PREFETCH_COUNT: an estimate of the number of prefetches
+   MEM_REF_COUNT: total number of memory references in the loop.  */
+
+static bool
+is_loop_prefetching_profitable (unsigned ahead, HOST_WIDE_INT est_niter,
+                               unsigned ninsns, unsigned prefetch_count,
+                               unsigned mem_ref_count, unsigned unroll_factor)
+{
+  int insn_to_mem_ratio, insn_to_prefetch_ratio;
+
+  if (mem_ref_count == 0)
+    return false;
+
+  /* Prefetching improves performance by overlapping cache missing
+     memory accesses with CPU operations.  If the loop does not have
+     enough CPU operations to overlap with memory operations, prefetching
+     won't give a significant benefit.  One approximate way of checking
+     this is to require the ratio of instructions to memory references to
+     be above a certain limit.  This approximation works well in practice.
+     TODO: Implement a more precise computation by estimating the time
+     for each CPU or memory op in the loop. Time estimates for memory ops
+     should account for cache misses.  */
+  insn_to_mem_ratio = ninsns / mem_ref_count;
+
+  if (insn_to_mem_ratio < PREFETCH_MIN_INSN_TO_MEM_RATIO)
+    {
+      if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
+        fprintf (dump_file,
+                "Not prefetching -- instruction to memory reference ratio (%d) too small\n",
+                insn_to_mem_ratio);
+      return false;
+    }
+
+  /* Prefetching most likely causes performance degradation when the instruction
+     to prefetch ratio is too small.  Too many prefetch instructions in a loop
+     may reduce the I-cache performance.
+     (unroll_factor * ninsns) is used to estimate the number of instructions in
+     the unrolled loop.  This implementation is a bit simplistic -- the number
+     of issued prefetch instructions is also affected by unrolling.  So,
+     prefetch_mod and the unroll factor should be taken into account when
+     determining prefetch_count.  Also, the number of insns of the unrolled
+     loop will usually be significantly smaller than the number of insns of the
+     original loop * unroll_factor (at least the induction variable increases
+     and the exit branches will get eliminated), so it might be better to use
+     tree_estimate_loop_size + estimated_unrolled_size.  */
+  insn_to_prefetch_ratio = (unroll_factor * ninsns) / prefetch_count;
+  if (insn_to_prefetch_ratio < MIN_INSN_TO_PREFETCH_RATIO)
+    {
+      if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
+        fprintf (dump_file,
+                "Not prefetching -- instruction to prefetch ratio (%d) too small\n",
+                insn_to_prefetch_ratio);
+      return false;
+    }
+
+  /* Could not do further estimation if the trip count is unknown.  Just assume
+     prefetching is profitable. Too aggressive???  */
+  if (est_niter < 0)
+    return true;
+
+  if (est_niter < (HOST_WIDE_INT) (TRIP_COUNT_TO_AHEAD_RATIO * ahead))
+    {
+      if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
+       fprintf (dump_file,
+                "Not prefetching -- loop estimated to roll only %d times\n",
+                (int) est_niter);
+      return false;
+    }
+  return true;
+}
+
+
 /* Issue prefetch instructions for array references in LOOP.  Returns
    true if the LOOP was unrolled.  */
 
@@ -1457,8 +1696,10 @@ loop_prefetch_arrays (struct loop *loop)
   HOST_WIDE_INT est_niter;
   struct tree_niter_desc desc;
   bool unrolled = false, no_other_refs;
+  unsigned prefetch_count;
+  unsigned mem_ref_count;
 
-  if (!maybe_hot_bb_p (loop->header))
+  if (optimize_loop_nest_for_size_p (loop))
     {
       if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
        fprintf (dump_file, "  ignored (cold area)\n");
@@ -1466,12 +1707,13 @@ loop_prefetch_arrays (struct loop *loop)
     }
 
   /* Step 1: gather the memory references.  */
-  refs = gather_memory_references (loop, &no_other_refs);
+  refs = gather_memory_references (loop, &no_other_refs, &mem_ref_count);
 
   /* Step 2: estimate the reuse effects.  */
   prune_by_reuse (refs);
 
-  if (!anything_to_prefetch_p (refs))
+  prefetch_count = estimate_prefetch_count (refs);
+  if (prefetch_count == 0)
     goto fail;
 
   determine_loop_nest_reuse (loop, refs, no_other_refs);
@@ -1484,25 +1726,21 @@ loop_prefetch_arrays (struct loop *loop)
   ahead = (PREFETCH_LATENCY + time - 1) / time;
   est_niter = estimated_loop_iterations_int (loop, false);
 
-  /* The prefetches will run for AHEAD iterations of the original loop.  Unless
-     the loop rolls at least AHEAD times, prefetching the references does not
-     make sense.  */
-  if (est_niter >= 0 && est_niter <= (HOST_WIDE_INT) ahead)
-    {
-      if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
-       fprintf (dump_file,
-                "Not prefetching -- loop estimated to roll only %d times\n",
-                (int) est_niter);
-      goto fail;
-    }
-
-  mark_nontemporal_stores (loop, refs);
-
   ninsns = tree_num_loop_insns (loop, &eni_size_weights);
   unroll_factor = determine_unroll_factor (loop, refs, ninsns, &desc,
                                           est_niter);
   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
-    fprintf (dump_file, "Ahead %d, unroll factor %d\n", ahead, unroll_factor);
+    fprintf (dump_file, "Ahead %d, unroll factor %d, trip count "
+            HOST_WIDE_INT_PRINT_DEC "\n"
+            "insn count %d, mem ref count %d, prefetch count %d\n",
+            ahead, unroll_factor, est_niter,
+            ninsns, mem_ref_count, prefetch_count);
+
+  if (!is_loop_prefetching_profitable (ahead, est_niter, ninsns, prefetch_count,
+                                      mem_ref_count, unroll_factor))
+    goto fail;
+
+  mark_nontemporal_stores (loop, refs);
 
   /* Step 4: what to prefetch?  */
   if (!schedule_prefetches (refs, unroll_factor, ahead))
@@ -1550,10 +1788,14 @@ tree_ssa_prefetch_arrays (void)
               SIMULTANEOUS_PREFETCHES);
       fprintf (dump_file, "    prefetch latency: %d\n", PREFETCH_LATENCY);
       fprintf (dump_file, "    prefetch block size: %d\n", PREFETCH_BLOCK);
-      fprintf (dump_file, "    L1 cache size: %d lines, %d bytes\n",
-              L1_CACHE_SIZE, L1_CACHE_SIZE_BYTES);
+      fprintf (dump_file, "    L1 cache size: %d lines, %d kB\n",
+              L1_CACHE_SIZE_BYTES / L1_CACHE_LINE_SIZE, L1_CACHE_SIZE);
       fprintf (dump_file, "    L1 cache line size: %d\n", L1_CACHE_LINE_SIZE);
-      fprintf (dump_file, "    L2 cache size: %d bytes\n", L2_CACHE_SIZE_BYTES);
+      fprintf (dump_file, "    L2 cache size: %d kB\n", L2_CACHE_SIZE);
+      fprintf (dump_file, "    min insn-to-prefetch ratio: %d \n",
+              MIN_INSN_TO_PREFETCH_RATIO);
+      fprintf (dump_file, "    min insn-to-mem ratio: %d \n",
+              PREFETCH_MIN_INSN_TO_MEM_RATIO);
       fprintf (dump_file, "\n");
     }