OSDN Git Service

2010-05-19 Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / tree-ssa-loop-prefetch.c
index c00aaea..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"
@@ -45,6 +43,9 @@ Software Foundation, 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA
 #include "toplev.h"
 #include "params.h"
 #include "langhooks.h"
+#include "tree-inline.h"
+#include "tree-data-ref.h"
+#include "optabs.h"
 
 /* This pass inserts prefetch instructions to optimize cache usage during
    accesses to arrays in loops.  It processes loops sequentially and:
@@ -81,6 +82,10 @@ Software Foundation, 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA
           7/32.
        (5) has PREFETCH_MOD 1 as well.
 
+      Additionally, we use data dependence analysis to determine for each
+      reference the distance till the first reuse; this information is used
+      to determine the temporality of the issued prefetch instruction.
+
    3) We determine how much ahead we need to prefetch.  The number of
       iterations needed is time to fetch / time spent in one iteration of
       the loop.  The problem is that we do not know either of these values,
@@ -93,16 +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)
@@ -115,19 +137,6 @@ Software Foundation, 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA
 /* Magic constants follow.  These should be replaced by machine specific
    numbers.  */
 
-/* A number that should roughly correspond to the number of instructions
-   executed before the prefetch is completed.  */
-
-#ifndef PREFETCH_LATENCY
-#define PREFETCH_LATENCY 200
-#endif
-
-/* Number of prefetches that can run at the same time.  */
-
-#ifndef SIMULTANEOUS_PREFETCHES
-#define SIMULTANEOUS_PREFETCHES 3
-#endif
-
 /* True if write can be prefetched by a read prefetch.  */
 
 #ifndef WRITE_CAN_USE_READ_PREFETCH
@@ -140,10 +149,12 @@ Software Foundation, 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA
 #define READ_CAN_USE_WRITE_PREFETCH 0
 #endif
 
-/* Cache line size.  Assumed to be a power of two.  */
+/* The size of the block loaded by a single prefetch.  Usually, this is
+   the same as cache line size (at the moment, we only consider one level
+   of cache hierarchy).  */
 
 #ifndef PREFETCH_BLOCK
-#define PREFETCH_BLOCK 32
+#define PREFETCH_BLOCK L1_CACHE_LINE_SIZE
 #endif
 
 /* Do we have a forward hardware sequential prefetching?  */
@@ -161,7 +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
@@ -171,12 +182,41 @@ Software Foundation, 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA
 #define HAVE_prefetch 0
 #endif
 
+#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
+   accesses closer than L1_CACHE_SIZE_BYTES / NONTEMPORAL_FRACTION,
+   so that we use nontemporal prefetches e.g. if single memory location
+   is accessed several times in a single iteration of the loop.  */
+#define NONTEMPORAL_FRACTION 16
+
+/* In case we have to emit a memory fence instruction after the loop that
+   uses nontemporal stores, this defines the builtin to use.  */
+
+#ifndef FENCE_FOLLOWING_MOVNT
+#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.  */
 };
@@ -185,14 +225,24 @@ 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.  */
-  bool write_p;                        /* Is it a write?  */
   struct mem_ref_group *group; /* The group of references it belongs to.  */
   unsigned HOST_WIDE_INT prefetch_mod;
                                /* Prefetch only each PREFETCH_MOD-th
@@ -200,11 +250,18 @@ struct mem_ref
   unsigned HOST_WIDE_INT prefetch_before;
                                /* Prefetch only first PREFETCH_BEFORE
                                   iterations.  */
-  bool issue_prefetch_p;       /* Should we really issue the prefetch?  */
+  unsigned reuse_distance;     /* The amount of data accessed before the first
+                                  reuse of this value.  */
   struct mem_ref *next;                /* The next reference in the group.  */
+  unsigned write_p : 1;                /* Is it a write?  */
+  unsigned independent_p : 1;  /* True if the reference is independent on
+                                  all other references inside the loop.  */
+  unsigned issue_prefetch_p : 1;       /* Should we really issue the prefetch?  */
+  unsigned storent_p : 1;      /* True if we changed the store to a
+                                  nontemporal one.  */
 };
 
-/* Dumps information obout reference REF to FILE.  */
+/* Dumps information about reference REF to FILE.  */
 
 static void
 dump_mem_ref (FILE *file, struct mem_ref *ref)
@@ -214,10 +271,13 @@ 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 (dump_file, "  delta ");
+  fprintf (file, "  delta ");
   fprintf (file, HOST_WIDE_INT_PRINT_DEC, ref->delta);
   fprintf (file, "\n");
 
@@ -230,23 +290,24 @@ 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;
     }
 
-  group = xcalloc (1, sizeof (struct mem_ref_group));
+  group = XNEW (struct mem_ref_group);
   group->base = base;
   group->step = step;
   group->refs = NULL;
@@ -260,7 +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;
@@ -283,16 +344,19 @@ record_ref (struct mem_ref_group *group, tree stmt, tree mem,
        return;
     }
 
-  (*aref) = xcalloc (1, sizeof (struct mem_ref));
+  (*aref) = XNEW (struct mem_ref);
   (*aref)->stmt = stmt;
   (*aref)->mem = mem;
   (*aref)->delta = delta;
   (*aref)->write_p = write_p;
   (*aref)->prefetch_before = PREFETCH_ALL;
   (*aref)->prefetch_mod = 1;
+  (*aref)->reuse_distance = 0;
   (*aref)->issue_prefetch_p = false;
   (*aref)->group = group;
   (*aref)->next = NULL;
+  (*aref)->independent_p = false;
+  (*aref)->storent_p = false;
 
   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
     dump_mem_ref (dump_file, *aref);
@@ -323,8 +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.  */
 };
 
@@ -334,30 +398,22 @@ struct ar_data
 static bool
 idx_analyze_ref (tree base, tree *index, void *data)
 {
-  struct ar_data *ar_data = 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 (zero_p (step))
-    istep = 0;
-  else
-    {
-      if (!cst_and_fits_in_hwi (step))
-       return false;
-      istep = int_cst_value (step);
-    }
-
-  if (TREE_CODE (ibase) == PLUS_EXPR
+  if (TREE_CODE (ibase) == POINTER_PLUS_EXPR
       && cst_and_fits_in_hwi (TREE_OPERAND (ibase, 1)))
     {
       idelta = int_cst_value (TREE_OPERAND (ibase, 1));
@@ -366,9 +422,15 @@ idx_analyze_ref (tree base, tree *index, void *data)
   if (cst_and_fits_in_hwi (ibase))
     {
       idelta += int_cst_value (ibase);
-      ibase = build_int_cst_type (TREE_TYPE (ibase), 0);
+      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);
@@ -376,31 +438,34 @@ 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;
 
   return true;
 }
 
-/* Tries to express REF in shape &BASE + STEP * iter + DELTA, where DELTA and
+/* Tries to express REF_P in shape &BASE + STEP * iter + DELTA, where DELTA and
    STEP are integer constants and iter is number of iterations of LOOP.  The
-   reference occurs in statement STMT.  */
+   reference occurs in statement STMT.  Strips nonaddressable component
+   references from REF_P.  */
 
 static bool
-analyze_ref (struct loop *loop, tree ref, tree *base,
-            HOST_WIDE_INT *step, HOST_WIDE_INT *delta,
-            tree stmt)
+analyze_ref (struct loop *loop, tree *ref_p, tree *base,
+            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.  */
@@ -408,12 +473,14 @@ analyze_ref (struct loop *loop, tree ref, tree *base,
       && DECL_NONADDRESSABLE_P (TREE_OPERAND (ref, 1)))
     ref = TREE_OPERAND (ref, 0);
 
+  *ref_p = ref;
+
   for (; TREE_CODE (ref) == COMPONENT_REF; ref = TREE_OPERAND (ref, 0))
     {
       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;
     }
 
@@ -426,37 +493,51 @@ analyze_ref (struct loop *loop, tree ref, tree *base,
 }
 
 /* Record a memory reference REF to the list REFS.  The reference occurs in
-   LOOP in statement STMT and it is write if WRITE_P.  */
+   LOOP in statement STMT and it is write if WRITE_P.  Returns true if the
+   reference was recorded, false otherwise.  */
 
-static void
+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 (!analyze_ref (loop, ref, &base, &step, &delta, stmt))
-    return;
+  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.  */
   agrp = find_or_create_group (refs, base, step);
   record_ref (agrp, stmt, ref, delta, write_p);
+
+  return true;
 }
 
-/* Record the suitable memory references in LOOP.  */
+/* Record the suitable memory references in LOOP.  NO_OTHER_REFS is set to
+   true if there are no other memory references inside the loop.  */
 
 static struct mem_ref_group *
-gather_memory_references (struct loop *loop)
+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;
+  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.  */
   for (i = 0; i < loop->num_nodes; i++)
@@ -465,19 +546,34 @@ gather_memory_references (struct loop *loop)
       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);
-         if (TREE_CODE (stmt) != MODIFY_EXPR)
-           continue;
+         stmt = gsi_stmt (bsi);
+
+         if (gimple_code (stmt) != GIMPLE_ASSIGN)
+           {
+             if (gimple_vuse (stmt)
+                 || (is_gimple_call (stmt)
+                     && !(gimple_call_flags (stmt) & ECF_CONST)))
+               *no_other_refs = false;
+             continue;
+           }
 
-         lhs = TREE_OPERAND (stmt, 0);
-         rhs = TREE_OPERAND (stmt, 1);
+         lhs = gimple_assign_lhs (stmt);
+         rhs = gimple_assign_rhs1 (stmt);
 
          if (REFERENCE_CLASS_P (rhs))
-           gather_memory_references_ref (loop, &refs, rhs, false, stmt);
+           {
+           *no_other_refs &= gather_memory_references_ref (loop, &refs,
+                                                           rhs, false, stmt);
+           *ref_count += 1;
+           }
          if (REFERENCE_CLASS_P (lhs))
-           gather_memory_references_ref (loop, &refs, lhs, true, stmt);
+           {
+           *no_other_refs &= gather_memory_references_ref (loop, &refs,
+                                                           lhs, true, stmt);
+           *ref_count += 1;
+           }
        }
     }
   free (body);
@@ -490,8 +586,16 @@ gather_memory_references (struct loop *loop)
 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)
     {
@@ -529,6 +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.  */
 
@@ -536,12 +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)
     {
@@ -549,7 +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;
     }
 
@@ -597,32 +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;
 
@@ -632,8 +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;
@@ -736,7 +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)
+    {
+      if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
+        fprintf (dump_file, "Ignoring nontemporal store %p\n", (void *) ref);
+      return false;
+    }
 
   return true;
 }
@@ -751,19 +933,21 @@ static bool
 schedule_prefetches (struct mem_ref_group *groups, unsigned unroll_factor,
                     unsigned ahead)
 {
-  unsigned max_prefetches, n_prefetches;
+  unsigned remaining_prefetch_slots, n_prefetches, prefetch_slots;
+  unsigned slots_per_prefetch;
   struct mem_ref *ref;
   bool any = false;
 
-  max_prefetches = (SIMULTANEOUS_PREFETCHES * unroll_factor) / ahead;
-  if (max_prefetches > (unsigned) SIMULTANEOUS_PREFETCHES)
-    max_prefetches = SIMULTANEOUS_PREFETCHES;
+  /* At most SIMULTANEOUS_PREFETCHES should be running at the same time.  */
+  remaining_prefetch_slots = SIMULTANEOUS_PREFETCHES;
 
+  /* The prefetch will run for AHEAD iterations of the original loop, i.e.,
+     AHEAD / UNROLL_FACTOR iterations of the unrolled loop.  In each iteration,
+     it will need a prefetch slot.  */
+  slots_per_prefetch = (ahead + unroll_factor / 2) / unroll_factor;
   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
-    fprintf (dump_file, "Max prefetches to issue: %d.\n", max_prefetches);
-
-  if (!max_prefetches)
-    return false;
+    fprintf (dump_file, "Each prefetch instruction takes %u prefetch slots.\n",
+            slots_per_prefetch);
 
   /* For now we just take memory references one by one and issue
      prefetches for as many as possible.  The groups are sorted
@@ -776,76 +960,109 @@ schedule_prefetches (struct mem_ref_group *groups, unsigned unroll_factor,
        if (!should_issue_prefetch_p (ref))
          continue;
 
-       ref->issue_prefetch_p = true;
+        /* 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 prefetch_mod is less then unroll_factor, we need to insert
-          several prefetches for the reference.  */
+       /* 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
+          iteration.  */
        n_prefetches = ((unroll_factor + ref->prefetch_mod - 1)
                        / ref->prefetch_mod);
-       if (max_prefetches <= n_prefetches)
-         return true;
+       prefetch_slots = n_prefetches * slots_per_prefetch;
 
-       max_prefetches -= n_prefetches;
+       /* If more than half of the prefetches would be lost anyway, do not
+          issue the prefetch.  */
+       if (2 * remaining_prefetch_slots < prefetch_slots)
+         continue;
+
+       ref->issue_prefetch_p = true;
+
+       if (remaining_prefetch_slots <= prefetch_slots)
+         return true;
+       remaining_prefetch_slots -= prefetch_slots;
        any = true;
       }
 
   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.
    HEAD is the number of iterations to prefetch ahead.  UNROLL_FACTOR
-   is the factor by thet LOOP was unrolled.  */
+   is the factor by which LOOP was unrolled.  */
 
 static void
 issue_prefetch_ref (struct mem_ref *ref, unsigned unroll_factor, unsigned ahead)
 {
   HOST_WIDE_INT delta;
-  tree addr, addr_base, prefetch, params, write_p;
-  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;
 
   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
-    fprintf (dump_file, "Issued prefetch for %p.\n", (void *) ref);
+    fprintf (dump_file, "Issued%s prefetch for %p.\n",
+            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);
+  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 (PLUS_EXPR, ptr_type_node,
-                         addr_base, build_int_cst (ptr_type_node, delta));
-      addr = force_gimple_operand_bsi (&bsi, unshare_expr (addr), true, NULL);
-
+      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.  */
-      write_p = ref->write_p ? integer_one_node : integer_zero_node;
-      params = tree_cons (NULL_TREE, addr,
-                         tree_cons (NULL_TREE, write_p, NULL_TREE));
-                                
-      prefetch = build_function_call_expr (built_in_decls[BUILT_IN_PREFETCH],
-                                          params);
-      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);
     }
 }
 
@@ -865,6 +1082,130 @@ issue_prefetches (struct mem_ref_group *groups,
        issue_prefetch_ref (ref, unroll_factor, ahead);
 }
 
+/* Returns true if REF is a memory write for that a nontemporal store insn
+   can be used.  */
+
+static bool
+nontemporal_store_p (struct mem_ref *ref)
+{
+  enum machine_mode mode;
+  enum insn_code code;
+
+  /* REF must be a write that is not reused.  We require it to be independent
+     on all other memory references in the loop, as the nontemporal stores may
+     be reordered with respect to other memory references.  */
+  if (!ref->write_p
+      || !ref->independent_p
+      || ref->reuse_distance < L2_CACHE_SIZE_BYTES)
+    return false;
+
+  /* Check that we have the storent instruction for the mode.  */
+  mode = TYPE_MODE (TREE_TYPE (ref->mem));
+  if (mode == BLKmode)
+    return false;
+
+  code = optab_handler (storent_optab, mode)->insn_code;
+  return code != CODE_FOR_nothing;
+}
+
+/* If REF is a nontemporal store, we mark the corresponding modify statement
+   and return true.  Otherwise, we return false.  */
+
+static bool
+mark_nontemporal_store (struct mem_ref *ref)
+{
+  if (!nontemporal_store_p (ref))
+    return false;
+
+  if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
+    fprintf (dump_file, "Marked reference %p as a nontemporal store.\n",
+            (void *) ref);
+
+  gimple_assign_set_nontemporal_move (ref->stmt, true);
+  ref->storent_p = true;
+
+  return true;
+}
+
+/* Issue a memory fence instruction after LOOP.  */
+
+static void
+emit_mfence_after_loop (struct loop *loop)
+{
+  VEC (edge, heap) *exits = get_loop_exit_edges (loop);
+  edge exit;
+  gimple call;
+  gimple_stmt_iterator bsi;
+  unsigned i;
+
+  for (i = 0; VEC_iterate (edge, exits, i, exit); i++)
+    {
+      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 = gsi_after_labels (exit->dest);
+
+      gsi_insert_before (&bsi, call, GSI_NEW_STMT);
+      mark_virtual_ops_for_renaming (call);
+    }
+
+  VEC_free (edge, heap, exits);
+  update_ssa (TODO_update_ssa_only_virtuals);
+}
+
+/* Returns true if we can use storent in loop, false otherwise.  */
+
+static bool
+may_use_storent_in_loop_p (struct loop *loop)
+{
+  bool ret = true;
+
+  if (loop->inner != NULL)
+    return false;
+
+  /* If we must issue a mfence insn after using storent, check that there
+     is a suitable place for it at each of the loop exits.  */
+  if (FENCE_FOLLOWING_MOVNT != NULL_TREE)
+    {
+      VEC (edge, heap) *exits = get_loop_exit_edges (loop);
+      unsigned i;
+      edge exit;
+
+      for (i = 0; VEC_iterate (edge, exits, i, exit); i++)
+       if ((exit->flags & EDGE_ABNORMAL)
+           && exit->dest == EXIT_BLOCK_PTR)
+         ret = false;
+
+      VEC_free (edge, heap, exits);
+    }
+
+  return ret;
+}
+
+/* Marks nontemporal stores in LOOP.  GROUPS contains the description of memory
+   references in the loop.  */
+
+static void
+mark_nontemporal_stores (struct loop *loop, struct mem_ref_group *groups)
+{
+  struct mem_ref *ref;
+  bool any = false;
+
+  if (!may_use_storent_in_loop_p (loop))
+    return;
+
+  for (; groups; groups = groups->next)
+    for (ref = groups->refs; ref; ref = ref->next)
+      any |= mark_nontemporal_store (ref);
+
+  if (any && FENCE_FOLLOWING_MOVNT != NULL_TREE)
+    emit_mfence_after_loop (loop);
+}
+
 /* Determines whether we can profitably unroll LOOP FACTOR times, and if
    this is the case, fill in DESC by the description of number of
    iterations.  */
@@ -889,54 +1230,49 @@ should_unroll_loop_p (struct loop *loop, struct tree_niter_desc *desc,
 
 /* Determine the coefficient by that unroll LOOP, from the information
    contained in the list of memory references REFS.  Description of
-   umber of iterations of LOOP is stored to DESC.  AHEAD is the number
-   of iterations ahead that we need to prefetch.  NINSNS is number of
-   insns of the LOOP.  */
+   umber of iterations of LOOP is stored to DESC.  NINSNS is the number of
+   insns of the LOOP.  EST_NITER is the estimated number of iterations of
+   the loop, or -1 if no estimate is available.  */
 
 static unsigned
 determine_unroll_factor (struct loop *loop, struct mem_ref_group *refs,
-                        unsigned ahead, unsigned ninsns,
-                        struct tree_niter_desc *desc)
+                        unsigned ninsns, struct tree_niter_desc *desc,
+                        HOST_WIDE_INT est_niter)
 {
-  unsigned upper_bound, size_factor, constraint_factor;
-  unsigned factor, max_mod_constraint, ahead_factor;
+  unsigned upper_bound;
+  unsigned nfactor, factor, mod_constraint;
   struct mem_ref_group *agp;
   struct mem_ref *ref;
 
-  upper_bound = PARAM_VALUE (PARAM_MAX_UNROLL_TIMES);
-
-  /* First check whether the loop is not too large to unroll.  */
-  size_factor = PARAM_VALUE (PARAM_MAX_UNROLLED_INSNS) / ninsns;
-  if (size_factor <= 1)
+  /* First check whether the loop is not too large to unroll.  We ignore
+     PARAM_MAX_UNROLL_TIMES, because for small loops, it prevented us
+     from unrolling them enough to make exactly one cache line covered by each
+     iteration.  Also, the goal of PARAM_MAX_UNROLL_TIMES is to prevent
+     us from unrolling the loops too many times in cases where we only expect
+     gains from better scheduling and decreasing loop overhead, which is not
+     the case here.  */
+  upper_bound = PARAM_VALUE (PARAM_MAX_UNROLLED_INSNS) / ninsns;
+
+  /* If we unrolled the loop more times than it iterates, the unrolled version
+     of the loop would be never entered.  */
+  if (est_niter >= 0 && est_niter < (HOST_WIDE_INT) upper_bound)
+    upper_bound = est_niter;
+
+  if (upper_bound <= 1)
     return 1;
 
-  if (size_factor < upper_bound)
-    upper_bound = size_factor;
-
-  max_mod_constraint = 1;
+  /* Choose the factor so that we may prefetch each cache just once,
+     but bound the unrolling by UPPER_BOUND.  */
+  factor = 1;
   for (agp = refs; agp; agp = agp->next)
     for (ref = agp->refs; ref; ref = ref->next)
-      if (should_issue_prefetch_p (ref)
-         && ref->prefetch_mod > max_mod_constraint)
-       max_mod_constraint = ref->prefetch_mod;
-
-  /* Set constraint_factor as large as needed to be able to satisfy the
-     largest modulo constraint.  */
-  constraint_factor = max_mod_constraint;
-
-  /* If ahead is too large in comparison with the number of available
-     prefetches, unroll the loop as much as needed to be able to prefetch
-     at least partially some of the references in the loop.  */
-  ahead_factor = ((ahead + SIMULTANEOUS_PREFETCHES - 1)
-                 / SIMULTANEOUS_PREFETCHES);
-
-  /* Unroll as much as useful, but bound the code size growth.  */
-  if (constraint_factor < ahead_factor)
-    factor = ahead_factor;
-  else
-    factor = constraint_factor;
-  if (factor > upper_bound)
-    factor = upper_bound;
+      if (should_issue_prefetch_p (ref))
+       {
+         mod_constraint = ref->prefetch_mod;
+         nfactor = least_common_multiple (mod_constraint, factor);
+         if (nfactor <= upper_bound)
+           factor = nfactor;
+       }
 
   if (!should_unroll_loop_p (loop, desc, factor))
     return 1;
@@ -944,45 +1280,468 @@ determine_unroll_factor (struct loop *loop, struct mem_ref_group *refs,
   return factor;
 }
 
+/* Returns the total volume of the memory references REFS, taking into account
+   reuses in the innermost loop and cache line size.  TODO -- we should also
+   take into account reuses across the iterations of the loops in the loop
+   nest.  */
+
+static unsigned
+volume_of_references (struct mem_ref_group *refs)
+{
+  unsigned volume = 0;
+  struct mem_ref_group *gr;
+  struct mem_ref *ref;
+
+  for (gr = refs; gr; gr = gr->next)
+    for (ref = gr->refs; ref; ref = ref->next)
+      {
+       /* Almost always reuses another value?  */
+       if (ref->prefetch_before != PREFETCH_ALL)
+         continue;
+
+       /* If several iterations access the same cache line, use the size of
+          the line divided by this number.  Otherwise, a cache line is
+          accessed in each iteration.  TODO -- in the latter case, we should
+          take the size of the reference into account, rounding it up on cache
+          line size multiple.  */
+       volume += L1_CACHE_LINE_SIZE / ref->prefetch_mod;
+      }
+  return volume;
+}
+
+/* Returns the volume of memory references accessed across VEC iterations of
+   loops, whose sizes are described in the LOOP_SIZES array.  N is the number
+   of the loops in the nest (length of VEC and LOOP_SIZES vectors).  */
+
+static unsigned
+volume_of_dist_vector (lambda_vector vec, unsigned *loop_sizes, unsigned n)
+{
+  unsigned i;
+
+  for (i = 0; i < n; i++)
+    if (vec[i] != 0)
+      break;
+
+  if (i == n)
+    return 0;
+
+  gcc_assert (vec[i] > 0);
+
+  /* We ignore the parts of the distance vector in subloops, since usually
+     the numbers of iterations are much smaller.  */
+  return loop_sizes[i] * vec[i];
+}
+
+/* Add the steps of ACCESS_FN multiplied by STRIDE to the array STRIDE
+   at the position corresponding to the loop of the step.  N is the depth
+   of the considered loop nest, and, LOOP is its innermost loop.  */
+
+static void
+add_subscript_strides (tree access_fn, unsigned stride,
+                      HOST_WIDE_INT *strides, unsigned n, struct loop *loop)
+{
+  struct loop *aloop;
+  tree step;
+  HOST_WIDE_INT astep;
+  unsigned min_depth = loop_depth (loop) - n;
+
+  while (TREE_CODE (access_fn) == POLYNOMIAL_CHREC)
+    {
+      aloop = get_chrec_loop (access_fn);
+      step = CHREC_RIGHT (access_fn);
+      access_fn = CHREC_LEFT (access_fn);
+
+      if ((unsigned) loop_depth (aloop) <= min_depth)
+       continue;
+
+      if (host_integerp (step, 0))
+       astep = tree_low_cst (step, 0);
+      else
+       astep = L1_CACHE_LINE_SIZE;
+
+      strides[n - 1 - loop_depth (loop) + loop_depth (aloop)] += astep * stride;
+
+    }
+}
+
+/* Returns the volume of memory references accessed between two consecutive
+   self-reuses of the reference DR.  We consider the subscripts of DR in N
+   loops, and LOOP_SIZES contains the volumes of accesses in each of the
+   loops.  LOOP is the innermost loop of the current loop nest.  */
+
+static unsigned
+self_reuse_distance (data_reference_p dr, unsigned *loop_sizes, unsigned n,
+                    struct loop *loop)
+{
+  tree stride, access_fn;
+  HOST_WIDE_INT *strides, astride;
+  VEC (tree, heap) *access_fns;
+  tree ref = DR_REF (dr);
+  unsigned i, ret = ~0u;
+
+  /* In the following example:
+
+     for (i = 0; i < N; i++)
+       for (j = 0; j < N; j++)
+         use (a[j][i]);
+     the same cache line is accessed each N steps (except if the change from
+     i to i + 1 crosses the boundary of the cache line).  Thus, for self-reuse,
+     we cannot rely purely on the results of the data dependence analysis.
+
+     Instead, we compute the stride of the reference in each loop, and consider
+     the innermost loop in that the stride is less than cache size.  */
+
+  strides = XCNEWVEC (HOST_WIDE_INT, n);
+  access_fns = DR_ACCESS_FNS (dr);
+
+  for (i = 0; VEC_iterate (tree, access_fns, i, access_fn); i++)
+    {
+      /* Keep track of the reference corresponding to the subscript, so that we
+        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));
+         if (host_integerp (stride, 1))
+           astride = tree_low_cst (stride, 1);
+         else
+           astride = L1_CACHE_LINE_SIZE;
+
+         ref = TREE_OPERAND (ref, 0);
+       }
+      else
+       astride = 1;
+
+      add_subscript_strides (access_fn, astride, strides, n, loop);
+    }
+
+  for (i = n; i-- > 0; )
+    {
+      unsigned HOST_WIDE_INT s;
+
+      s = strides[i] < 0 ?  -strides[i] : strides[i];
+
+      if (s < (unsigned) L1_CACHE_LINE_SIZE
+         && (loop_sizes[i]
+             > (unsigned) (L1_CACHE_SIZE_BYTES / NONTEMPORAL_FRACTION)))
+       {
+         ret = loop_sizes[i];
+         break;
+       }
+    }
+
+  free (strides);
+  return ret;
+}
+
+/* Determines the distance till the first reuse of each reference in REFS
+   in the loop nest of LOOP.  NO_OTHER_REFS is true if there are no other
+   memory references in the loop.  */
+
+static void
+determine_loop_nest_reuse (struct loop *loop, struct mem_ref_group *refs,
+                          bool no_other_refs)
+{
+  struct loop *nest, *aloop;
+  VEC (data_reference_p, heap) *datarefs = NULL;
+  VEC (ddr_p, heap) *dependences = NULL;
+  struct mem_ref_group *gr;
+  struct mem_ref *ref, *refb;
+  VEC (loop_p, heap) *vloops = NULL;
+  unsigned *loop_data_size;
+  unsigned i, j, n;
+  unsigned volume, dist, adist;
+  HOST_WIDE_INT vol;
+  data_reference_p dr;
+  ddr_p dep;
+
+  if (loop->inner)
+    return;
+
+  /* Find the outermost loop of the loop nest of loop (we require that
+     there are no sibling loops inside the nest).  */
+  nest = loop;
+  while (1)
+    {
+      aloop = loop_outer (nest);
+
+      if (aloop == current_loops->tree_root
+         || aloop->inner->next)
+       break;
+
+      nest = aloop;
+    }
+
+  /* For each loop, determine the amount of data accessed in each iteration.
+     We use this to estimate whether the reference is evicted from the
+     cache before its reuse.  */
+  find_loop_nest (nest, &vloops);
+  n = VEC_length (loop_p, vloops);
+  loop_data_size = XNEWVEC (unsigned, n);
+  volume = volume_of_references (refs);
+  i = n;
+  while (i-- != 0)
+    {
+      loop_data_size[i] = volume;
+      /* Bound the volume by the L2 cache size, since above this bound,
+        all dependence distances are equivalent.  */
+      if (volume > L2_CACHE_SIZE_BYTES)
+       continue;
+
+      aloop = VEC_index (loop_p, vloops, i);
+      vol = estimated_loop_iterations_int (aloop, false);
+      if (vol < 0)
+       vol = expected_loop_iterations (aloop);
+      volume *= vol;
+    }
+
+  /* Prepare the references in the form suitable for data dependence
+     analysis.  We ignore unanalyzable data references (the results
+     are used just as a heuristics to estimate temporality of the
+     references, hence we do not need to worry about correctness).  */
+  for (gr = refs; gr; gr = gr->next)
+    for (ref = gr->refs; ref; ref = ref->next)
+      {
+       dr = create_data_ref (nest, ref->mem, ref->stmt, !ref->write_p);
+
+       if (dr)
+         {
+           ref->reuse_distance = volume;
+           dr->aux = ref;
+           VEC_safe_push (data_reference_p, heap, datarefs, dr);
+         }
+       else
+         no_other_refs = false;
+      }
+
+  for (i = 0; VEC_iterate (data_reference_p, datarefs, i, dr); i++)
+    {
+      dist = self_reuse_distance (dr, loop_data_size, n, loop);
+      ref = (struct mem_ref *) dr->aux;
+      if (ref->reuse_distance > dist)
+       ref->reuse_distance = dist;
+
+      if (no_other_refs)
+       ref->independent_p = true;
+    }
+
+  compute_all_dependences (datarefs, &dependences, vloops, true);
+
+  for (i = 0; VEC_iterate (ddr_p, dependences, i, dep); i++)
+    {
+      if (DDR_ARE_DEPENDENT (dep) == chrec_known)
+       continue;
+
+      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)
+       {
+         /* If the dependence cannot be analyzed, assume that there might be
+            a reuse.  */
+         dist = 0;
+
+         ref->independent_p = false;
+         refb->independent_p = false;
+       }
+      else
+       {
+         /* The distance vectors are normalized to be always lexicographically
+            positive, hence we cannot tell just from them whether DDR_A comes
+            before DDR_B or vice versa.  However, it is not important,
+            anyway -- if DDR_A is close to DDR_B, then it is either reused in
+            DDR_B (and it is not nontemporal), or it reuses the value of DDR_B
+            in cache (and marking it as nontemporal would not affect
+            anything).  */
+
+         dist = volume;
+         for (j = 0; j < DDR_NUM_DIST_VECTS (dep); j++)
+           {
+             adist = volume_of_dist_vector (DDR_DIST_VECT (dep, j),
+                                            loop_data_size, n);
+
+             /* If this is a dependence in the innermost loop (i.e., the
+                distances in all superloops are zero) and it is not
+                the trivial self-dependence with distance zero, record that
+                the references are not completely independent.  */
+             if (lambda_vector_zerop (DDR_DIST_VECT (dep, j), n - 1)
+                 && (ref != refb
+                     || DDR_DIST_VECT (dep, j)[n-1] != 0))
+               {
+                 ref->independent_p = false;
+                 refb->independent_p = false;
+               }
+
+             /* Ignore accesses closer than
+                L1_CACHE_SIZE_BYTES / NONTEMPORAL_FRACTION,
+                so that we use nontemporal prefetches e.g. if single memory
+                location is accessed several times in a single iteration of
+                the loop.  */
+             if (adist < L1_CACHE_SIZE_BYTES / NONTEMPORAL_FRACTION)
+               continue;
+
+             if (adist < dist)
+               dist = adist;
+           }
+       }
+
+      if (ref->reuse_distance > dist)
+       ref->reuse_distance = dist;
+      if (refb->reuse_distance > dist)
+       refb->reuse_distance = dist;
+    }
+
+  free_dependence_relations (dependences);
+  free_data_refs (datarefs);
+  free (loop_data_size);
+
+  if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
+    {
+      fprintf (dump_file, "Reuse distances:\n");
+      for (gr = refs; gr; gr = gr->next)
+       for (ref = gr->refs; ref; ref = ref->next)
+         fprintf (dump_file, " ref %p distance %u\n",
+                  (void *) ref, ref->reuse_distance);
+    }
+}
+
+/* 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.  LOOPS is the array containing all
-   loops.  */
+   true if the LOOP was unrolled.  */
 
 static bool
-loop_prefetch_arrays (struct loops *loops, struct loop *loop)
+loop_prefetch_arrays (struct loop *loop)
 {
   struct mem_ref_group *refs;
-  unsigned ahead, ninsns, unroll_factor;
+  unsigned ahead, ninsns, time, unroll_factor;
+  HOST_WIDE_INT est_niter;
   struct tree_niter_desc desc;
-  bool unrolled = false;
+  bool unrolled = false, no_other_refs;
+  unsigned prefetch_count;
+  unsigned mem_ref_count;
+
+  if (optimize_loop_nest_for_size_p (loop))
+    {
+      if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
+       fprintf (dump_file, "  ignored (cold area)\n");
+      return false;
+    }
 
   /* Step 1: gather the memory references.  */
-  refs = gather_memory_references (loop);
+  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);
+
   /* Step 3: determine the ahead and unroll factor.  */
 
-  /* FIXME: We should use not size of the loop, but the average number of
-     instructions executed per iteration of the loop.  */
-  ninsns = tree_num_loop_insns (loop);
-  ahead = (PREFETCH_LATENCY + ninsns - 1) / ninsns;
-  unroll_factor = determine_unroll_factor (loop, refs, ahead, ninsns,
-                                          &desc);
-  if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
-    fprintf (dump_file, "Ahead %d, unroll factor %d\n", ahead, unroll_factor);
+  /* FIXME: the time should be weighted by the probabilities of the blocks in
+     the loop body.  */
+  time = tree_num_loop_insns (loop, &eni_time_weights);
+  ahead = (PREFETCH_LATENCY + time - 1) / time;
+  est_niter = estimated_loop_iterations_int (loop, false);
 
-  /* If the loop rolls less than the required unroll factor, prefetching
-     is useless.  */
-  if (unroll_factor > 1
-      && cst_and_fits_in_hwi (desc.niter)
-      && (unsigned HOST_WIDE_INT) int_cst_value (desc.niter) < unroll_factor)
+  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, 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))
     goto fail;
@@ -991,7 +1750,7 @@ loop_prefetch_arrays (struct loops *loops, struct loop *loop)
      iterations so that we do not issue superfluous prefetches.  */
   if (unroll_factor != 1)
     {
-      tree_unroll_loop (loops, loop, unroll_factor,
+      tree_unroll_loop (loop, unroll_factor,
                        single_dom_exit (loop), &desc);
       unrolled = true;
     }
@@ -1004,14 +1763,15 @@ fail:
   return unrolled;
 }
 
-/* Issue prefetch instructions for array references in LOOPS.  */
+/* Issue prefetch instructions for array references in loops.  */
 
-void
-tree_ssa_prefetch_arrays (struct loops *loops)
+unsigned int
+tree_ssa_prefetch_arrays (void)
 {
-  unsigned i;
+  loop_iterator li;
   struct loop *loop;
   bool unrolled = false;
+  int todo_flags = 0;
 
   if (!HAVE_prefetch
       /* It is possible to ask compiler for say -mtune=i486 -march=pentium4.
@@ -1019,7 +1779,25 @@ tree_ssa_prefetch_arrays (struct loops *loops)
         of processor costs and i486 does not have prefetch, but
         -march=pentium4 causes HAVE_prefetch to be true.  Ugh.  */
       || PREFETCH_BLOCK == 0)
-    return;
+    return 0;
+
+  if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
+    {
+      fprintf (dump_file, "Prefetching parameters:\n");
+      fprintf (dump_file, "    simultaneous prefetches: %d\n",
+              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 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 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");
+    }
 
   initialize_original_copy_tables ();
 
@@ -1029,9 +1807,9 @@ tree_ssa_prefetch_arrays (struct loops *loops)
                                       tree_cons (NULL_TREE,
                                                  const_ptr_type_node,
                                                  NULL_TREE));
-      tree decl = lang_hooks.builtin_function ("__builtin_prefetch", type,
-                       BUILT_IN_PREFETCH, BUILT_IN_NORMAL,
-                       NULL, NULL_TREE);
+      tree decl = add_builtin_function ("__builtin_prefetch", type,
+                                       BUILT_IN_PREFETCH, BUILT_IN_NORMAL,
+                                       NULL, NULL_TREE);
       DECL_IS_NOVOPS (decl) = true;
       built_in_decls[BUILT_IN_PREFETCH] = decl;
     }
@@ -1040,15 +1818,12 @@ tree_ssa_prefetch_arrays (struct loops *loops)
      here.  */
   gcc_assert ((PREFETCH_BLOCK & (PREFETCH_BLOCK - 1)) == 0);
 
-  for (i = loops->num - 1; i > 0; i--)
+  FOR_EACH_LOOP (li, loop, LI_FROM_INNERMOST)
     {
-      loop = loops->parray[i];
-
       if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
        fprintf (dump_file, "Processing loop %d:\n", loop->num);
 
-      if (loop)
-       unrolled |= loop_prefetch_arrays (loops, loop);
+      unrolled |= loop_prefetch_arrays (loop);
 
       if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
        fprintf (dump_file, "\n\n");
@@ -1057,8 +1832,9 @@ tree_ssa_prefetch_arrays (struct loops *loops)
   if (unrolled)
     {
       scev_reset ();
-      cleanup_tree_cfg_loop ();
+      todo_flags |= TODO_cleanup_cfg;
     }
 
   free_original_copy_tables ();
+  return todo_flags;
 }