i965: Replace HW_REG with ARF/FIXED_GRF.
[mesa.git] / src / mesa / drivers / dri / i965 / brw_fs_reg_allocate.cpp
index 68501021eed143709fbde5796cc38dd3c9d8205a..1b61f9fe01c8b55f84730086596b19b69bdf569b 100644 (file)
  */
 
 #include "brw_fs.h"
-#include "glsl/glsl_types.h"
+#include "brw_cfg.h"
+#include "glsl/nir/glsl_types.h"
 #include "glsl/ir_optimization.h"
 
+using namespace brw;
+
 static void
-assign_reg(int *reg_hw_locations, fs_reg *reg, int reg_width)
+assign_reg(unsigned *reg_hw_locations, fs_reg *reg)
 {
-   if (reg->file == GRF) {
-      assert(reg->reg_offset >= 0);
-      reg->reg = reg_hw_locations[reg->reg] + reg->reg_offset * reg_width;
+   if (reg->file == VGRF) {
+      reg->nr = reg_hw_locations[reg->nr] + reg->reg_offset;
       reg->reg_offset = 0;
    }
 }
@@ -42,50 +44,60 @@ assign_reg(int *reg_hw_locations, fs_reg *reg, int reg_width)
 void
 fs_visitor::assign_regs_trivial()
 {
-   int hw_reg_mapping[this->virtual_grf_count + 1];
-   int i;
+   unsigned hw_reg_mapping[this->alloc.count + 1];
+   unsigned i;
    int reg_width = dispatch_width / 8;
 
    /* Note that compressed instructions require alignment to 2 registers. */
    hw_reg_mapping[0] = ALIGN(this->first_non_payload_grf, reg_width);
-   for (i = 1; i <= this->virtual_grf_count; i++) {
+   for (i = 1; i <= this->alloc.count; i++) {
       hw_reg_mapping[i] = (hw_reg_mapping[i - 1] +
-                          this->virtual_grf_sizes[i - 1] * reg_width);
+                          this->alloc.sizes[i - 1]);
    }
-   this->grf_used = hw_reg_mapping[this->virtual_grf_count];
-
-   foreach_list(node, &this->instructions) {
-      fs_inst *inst = (fs_inst *)node;
+   this->grf_used = hw_reg_mapping[this->alloc.count];
 
-      assign_reg(hw_reg_mapping, &inst->dst, reg_width);
-      assign_reg(hw_reg_mapping, &inst->src[0], reg_width);
-      assign_reg(hw_reg_mapping, &inst->src[1], reg_width);
-      assign_reg(hw_reg_mapping, &inst->src[2], reg_width);
+   foreach_block_and_inst(block, fs_inst, inst, cfg) {
+      assign_reg(hw_reg_mapping, &inst->dst);
+      for (i = 0; i < inst->sources; i++) {
+         assign_reg(hw_reg_mapping, &inst->src[i]);
+      }
    }
 
    if (this->grf_used >= max_grf) {
       fail("Ran out of regs on trivial allocator (%d/%d)\n",
           this->grf_used, max_grf);
+   } else {
+      this->alloc.count = this->grf_used;
    }
 
 }
 
 static void
-brw_alloc_reg_set(struct brw_context *brw, int reg_width)
+brw_alloc_reg_set(struct brw_compiler *compiler, int dispatch_width)
 {
-   int base_reg_count = BRW_MAX_GRF / reg_width;
-   int index = reg_width - 1;
+   const struct brw_device_info *devinfo = compiler->devinfo;
+   int base_reg_count = BRW_MAX_GRF;
+   int index = (dispatch_width / 8) - 1;
+
+   if (dispatch_width > 8 && devinfo->gen >= 7) {
+      /* For IVB+, we don't need the PLN hacks or the even-reg alignment in
+       * SIMD16.  Therefore, we can use the exact same register sets for
+       * SIMD16 as we do for SIMD8 and we don't need to recalculate them.
+       */
+      compiler->fs_reg_sets[index] = compiler->fs_reg_sets[0];
+      return;
+   }
 
    /* The registers used to make up almost all values handled in the compiler
     * are a scalar value occupying a single register (or 2 registers in the
-    * case of 16-wide, which is handled by dividing base_reg_count by 2 and
+    * case of SIMD16, which is handled by dividing base_reg_count by 2 and
     * multiplying allocated register numbers by 2).  Things that were
     * aggregates of scalar values at the GLSL level were split to scalar
     * values by split_virtual_grfs().
     *
-    * However, texture SEND messages return a series of contiguous registers.
-    * We currently always ask for 4 registers, but we may convert that to use
-    * less some day.
+    * However, texture SEND messages return a series of contiguous registers
+    * to write into.  We currently always ask for 4 registers, but we may
+    * convert that to use less some day.
     *
     * Additionally, on gen5 we need aligned pairs of registers for the PLN
     * instruction, and on gen4 we need 8 contiguous regs for workaround simd16
@@ -94,23 +106,69 @@ brw_alloc_reg_set(struct brw_context *brw, int reg_width)
     * So we have a need for classes for 1, 2, 4, and 8 registers currently,
     * and we add in '3' to make indexing the array easier for the common case
     * (since we'll probably want it for texturing later).
+    *
+    * And, on gen7 and newer, we do texturing SEND messages from GRFs, which
+    * means that we may need any size up to the sampler message size limit (11
+    * regs).
     */
-   const int class_count = 5;
-   const int class_sizes[class_count] = {1, 2, 3, 4, 8};
+   int class_count;
+   int class_sizes[MAX_VGRF_SIZE];
+
+   if (devinfo->gen >= 7) {
+      for (class_count = 0; class_count < MAX_VGRF_SIZE; class_count++)
+         class_sizes[class_count] = class_count + 1;
+   } else {
+      for (class_count = 0; class_count < 4; class_count++)
+         class_sizes[class_count] = class_count + 1;
+      class_sizes[class_count++] = 8;
+   }
+
+   memset(compiler->fs_reg_sets[index].class_to_ra_reg_range, 0,
+          sizeof(compiler->fs_reg_sets[index].class_to_ra_reg_range));
+   int *class_to_ra_reg_range = compiler->fs_reg_sets[index].class_to_ra_reg_range;
 
    /* Compute the total number of registers across all classes. */
    int ra_reg_count = 0;
    for (int i = 0; i < class_count; i++) {
-      ra_reg_count += base_reg_count - (class_sizes[i] - 1);
+      if (devinfo->gen <= 5 && dispatch_width == 16) {
+         /* From the G45 PRM:
+          *
+          * In order to reduce the hardware complexity, the following
+          * rules and restrictions apply to the compressed instruction:
+          * ...
+          * * Operand Alignment Rule: With the exceptions listed below, a
+          *   source/destination operand in general should be aligned to
+          *   even 256-bit physical register with a region size equal to
+          *   two 256-bit physical register
+          */
+         ra_reg_count += (base_reg_count - (class_sizes[i] - 1)) / 2;
+      } else {
+         ra_reg_count += base_reg_count - (class_sizes[i] - 1);
+      }
+      /* Mark the last register. We'll fill in the beginnings later. */
+      class_to_ra_reg_range[class_sizes[i]] = ra_reg_count;
    }
 
-   uint8_t *ra_reg_to_grf = ralloc_array(brw, uint8_t, ra_reg_count);
-   struct ra_regs *regs = ra_alloc_reg_set(brw, ra_reg_count);
-   if (brw->gen >= 6)
+   /* Fill out the rest of the range markers */
+   for (int i = 1; i < 17; ++i) {
+      if (class_to_ra_reg_range[i] == 0)
+         class_to_ra_reg_range[i] = class_to_ra_reg_range[i-1];
+   }
+
+   uint8_t *ra_reg_to_grf = ralloc_array(compiler, uint8_t, ra_reg_count);
+   struct ra_regs *regs = ra_alloc_reg_set(compiler, ra_reg_count, false);
+   if (devinfo->gen >= 6)
       ra_set_allocate_round_robin(regs);
-   int *classes = ralloc_array(brw, int, class_count);
+   int *classes = ralloc_array(compiler, int, class_count);
    int aligned_pairs_class = -1;
 
+   /* Allocate space for q values.  We allocate class_count + 1 because we
+    * want to leave room for the aligned pairs class if we have it. */
+   unsigned int **q_values = ralloc_array(compiler, unsigned int *,
+                                          class_count + 1);
+   for (int i = 0; i < class_count + 1; ++i)
+      q_values[i] = ralloc_array(q_values, unsigned int, class_count + 1);
+
    /* Now, add the registers to their classes, and add the conflicts
     * between them and the base GRF registers (and also each other).
     */
@@ -118,35 +176,95 @@ brw_alloc_reg_set(struct brw_context *brw, int reg_width)
    int pairs_base_reg = 0;
    int pairs_reg_count = 0;
    for (int i = 0; i < class_count; i++) {
-      int class_reg_count = base_reg_count - (class_sizes[i] - 1);
+      int class_reg_count;
+      if (devinfo->gen <= 5 && dispatch_width == 16) {
+         class_reg_count = (base_reg_count - (class_sizes[i] - 1)) / 2;
+
+         /* See comment below.  The only difference here is that we are
+          * dealing with pairs of registers instead of single registers.
+          * Registers of odd sizes simply get rounded up. */
+         for (int j = 0; j < class_count; j++)
+            q_values[i][j] = (class_sizes[i] + 1) / 2 +
+                             (class_sizes[j] + 1) / 2 - 1;
+      } else {
+         class_reg_count = base_reg_count - (class_sizes[i] - 1);
+
+         /* From register_allocate.c:
+          *
+          * q(B,C) (indexed by C, B is this register class) in
+          * Runeson/Nyström paper.  This is "how many registers of B could
+          * the worst choice register from C conflict with".
+          *
+          * If we just let the register allocation algorithm compute these
+          * values, is extremely expensive.  However, since all of our
+          * registers are laid out, we can very easily compute them
+          * ourselves.  View the register from C as fixed starting at GRF n
+          * somwhere in the middle, and the register from B as sliding back
+          * and forth.  Then the first register to conflict from B is the
+          * one starting at n - class_size[B] + 1 and the last register to
+          * conflict will start at n + class_size[B] - 1.  Therefore, the
+          * number of conflicts from B is class_size[B] + class_size[C] - 1.
+          *
+          *   +-+-+-+-+-+-+     +-+-+-+-+-+-+
+          * B | | | | | |n| --> | | | | | | |
+          *   +-+-+-+-+-+-+     +-+-+-+-+-+-+
+          *             +-+-+-+-+-+
+          * C           |n| | | | |
+          *             +-+-+-+-+-+
+          */
+         for (int j = 0; j < class_count; j++)
+            q_values[i][j] = class_sizes[i] + class_sizes[j] - 1;
+      }
       classes[i] = ra_alloc_reg_class(regs);
 
       /* Save this off for the aligned pair class at the end. */
       if (class_sizes[i] == 2) {
-        pairs_base_reg = reg;
-        pairs_reg_count = class_reg_count;
+         pairs_base_reg = reg;
+         pairs_reg_count = class_reg_count;
       }
 
-      for (int j = 0; j < class_reg_count; j++) {
-        ra_class_add_reg(regs, classes[i], reg);
+      if (devinfo->gen <= 5 && dispatch_width == 16) {
+         for (int j = 0; j < class_reg_count; j++) {
+            ra_class_add_reg(regs, classes[i], reg);
 
-        ra_reg_to_grf[reg] = j;
+            ra_reg_to_grf[reg] = j * 2;
 
-        for (int base_reg = j;
-             base_reg < j + class_sizes[i];
-             base_reg++) {
-           ra_add_transitive_reg_conflict(regs, base_reg, reg);
-        }
+            for (int base_reg = j;
+                 base_reg < j + (class_sizes[i] + 1) / 2;
+                 base_reg++) {
+               ra_add_reg_conflict(regs, base_reg, reg);
+            }
 
-        reg++;
+            reg++;
+         }
+      } else {
+         for (int j = 0; j < class_reg_count; j++) {
+            ra_class_add_reg(regs, classes[i], reg);
+
+            ra_reg_to_grf[reg] = j;
+
+            for (int base_reg = j;
+                 base_reg < j + class_sizes[i];
+                 base_reg++) {
+               ra_add_reg_conflict(regs, base_reg, reg);
+            }
+
+            reg++;
+         }
       }
    }
    assert(reg == ra_reg_count);
 
-   /* Add a special class for aligned pairs, which we'll put delta_x/y
-    * in on gen5 so that we can do PLN.
+   /* Applying transitivity to all of the base registers gives us the
+    * appropreate register conflict relationships everywhere.
     */
-   if (brw->has_pln && reg_width == 1 && brw->gen < 6) {
+   for (int reg = 0; reg < base_reg_count; reg++)
+      ra_make_reg_conflicts_transitive(regs, reg);
+
+   /* Add a special class for aligned pairs, which we'll put delta_xy
+    * in on Gen <= 6 so that we can do PLN.
+    */
+   if (devinfo->has_pln && dispatch_width == 8 && devinfo->gen <= 6) {
       aligned_pairs_class = ra_alloc_reg_class(regs);
 
       for (int i = 0; i < pairs_reg_count; i++) {
@@ -154,78 +272,75 @@ brw_alloc_reg_set(struct brw_context *brw, int reg_width)
            ra_class_add_reg(regs, aligned_pairs_class, pairs_base_reg + i);
         }
       }
+
+      for (int i = 0; i < class_count; i++) {
+         /* These are a little counter-intuitive because the pair registers
+          * are required to be aligned while the register they are
+          * potentially interferring with are not.  In the case where the
+          * size is even, the worst-case is that the register is
+          * odd-aligned.  In the odd-size case, it doesn't matter.
+          */
+         q_values[class_count][i] = class_sizes[i] / 2 + 1;
+         q_values[i][class_count] = class_sizes[i] + 1;
+      }
+      q_values[class_count][class_count] = 1;
    }
 
-   ra_set_finalize(regs, NULL);
+   ra_set_finalize(regs, q_values);
 
-   brw->wm.reg_sets[index].regs = regs;
-   brw->wm.reg_sets[index].classes = classes;
-   brw->wm.reg_sets[index].ra_reg_to_grf = ra_reg_to_grf;
-   brw->wm.reg_sets[index].aligned_pairs_class = aligned_pairs_class;
+   ralloc_free(q_values);
+
+   compiler->fs_reg_sets[index].regs = regs;
+   for (unsigned i = 0; i < ARRAY_SIZE(compiler->fs_reg_sets[index].classes); i++)
+      compiler->fs_reg_sets[index].classes[i] = -1;
+   for (int i = 0; i < class_count; i++)
+      compiler->fs_reg_sets[index].classes[class_sizes[i] - 1] = classes[i];
+   compiler->fs_reg_sets[index].ra_reg_to_grf = ra_reg_to_grf;
+   compiler->fs_reg_sets[index].aligned_pairs_class = aligned_pairs_class;
 }
 
 void
-brw_fs_alloc_reg_sets(struct brw_context *brw)
+brw_fs_alloc_reg_sets(struct brw_compiler *compiler)
 {
-   brw_alloc_reg_set(brw, 1);
-   brw_alloc_reg_set(brw, 2);
+   brw_alloc_reg_set(compiler, 8);
+   brw_alloc_reg_set(compiler, 16);
 }
 
-int
-count_to_loop_end(fs_inst *do_inst)
+static int
+count_to_loop_end(const bblock_t *block)
 {
+   if (block->end()->opcode == BRW_OPCODE_WHILE)
+      return block->end_ip;
+
    int depth = 1;
-   int ip = 1;
-   for (fs_inst *inst = (fs_inst *)do_inst->next;
+   /* Skip the first block, since we don't want to count the do the calling
+    * function found.
+    */
+   for (block = block->next();
         depth > 0;
-        inst = (fs_inst *)inst->next) {
-      switch (inst->opcode) {
-      case BRW_OPCODE_DO:
+        block = block->next()) {
+      if (block->start()->opcode == BRW_OPCODE_DO)
          depth++;
-         break;
-      case BRW_OPCODE_WHILE:
+      if (block->end()->opcode == BRW_OPCODE_WHILE) {
          depth--;
-         break;
-      default:
-         break;
+         if (depth == 0)
+            return block->end_ip;
       }
-      ip++;
    }
-   return ip;
+   unreachable("not reached");
 }
 
-/**
- * Sets up interference between thread payload registers and the virtual GRFs
- * to be allocated for program temporaries.
- *
- * We want to be able to reallocate the payload for our virtual GRFs, notably
- * because the setup coefficients for a full set of 16 FS inputs takes up 8 of
- * our 128 registers.
- *
- * The layout of the payload registers is:
- *
- * 0..nr_payload_regs-1: fixed function setup (including bary coordinates).
- * nr_payload_regs..nr_payload_regs+curb_read_lengh-1: uniform data
- * nr_payload_regs+curb_read_lengh..first_non_payload_grf-1: setup coefficients.
- *
- * And we have payload_node_count nodes covering these registers in order
- * (note that in 16-wide, a node is two registers).
- */
-void
-fs_visitor::setup_payload_interference(struct ra_graph *g,
-                                       int payload_node_count,
-                                       int first_payload_node)
+void fs_visitor::calculate_payload_ranges(int payload_node_count,
+                                          int *payload_last_use_ip)
 {
-   int reg_width = dispatch_width / 8;
    int loop_depth = 0;
    int loop_end_ip = 0;
 
-   int payload_last_use_ip[payload_node_count];
-   memset(payload_last_use_ip, 0, sizeof(payload_last_use_ip));
-   int ip = 0;
-   foreach_list(node, &this->instructions) {
-      fs_inst *inst = (fs_inst *)node;
+   for (int i = 0; i < payload_node_count; i++)
+      payload_last_use_ip[i] = -1;
 
+   int ip = 0;
+   foreach_block_and_inst(block, fs_inst, inst, cfg) {
       switch (inst->opcode) {
       case BRW_OPCODE_DO:
          loop_depth++;
@@ -236,7 +351,7 @@ fs_visitor::setup_payload_interference(struct ra_graph *g,
           * the end now.
           */
          if (loop_depth == 1)
-            loop_end_ip = ip + count_to_loop_end(inst);
+            loop_end_ip = count_to_loop_end(block);
          break;
       case BRW_OPCODE_WHILE:
          loop_depth--;
@@ -251,65 +366,82 @@ fs_visitor::setup_payload_interference(struct ra_graph *g,
       else
          use_ip = ip;
 
-      /* Note that UNIFORM args have been turned into FIXED_HW_REG by
+      /* Note that UNIFORM args have been turned into FIXED_GRF by
        * assign_curbe_setup(), and interpolation uses fixed hardware regs from
        * the start (see interp_reg()).
        */
-      for (int i = 0; i < 3; i++) {
-         if (inst->src[i].file == HW_REG &&
-             inst->src[i].fixed_hw_reg.file == BRW_GENERAL_REGISTER_FILE) {
-            int node_nr = inst->src[i].fixed_hw_reg.nr / reg_width;
+      for (int i = 0; i < inst->sources; i++) {
+         if (inst->src[i].file == FIXED_GRF) {
+            int node_nr = inst->src[i].nr;
             if (node_nr >= payload_node_count)
                continue;
 
-            payload_last_use_ip[node_nr] = use_ip;
+            for (int j = 0; j < inst->regs_read(i); j++) {
+               payload_last_use_ip[node_nr + j] = use_ip;
+               assert(node_nr + j < payload_node_count);
+            }
          }
       }
 
       /* Special case instructions which have extra implied registers used. */
       switch (inst->opcode) {
-      case FS_OPCODE_FB_WRITE:
-         /* We could omit this for the !inst->header_present case, except that
-          * the simulator apparently incorrectly reads from g0/g1 instead of
-          * sideband.  It also really freaks out driver developers to see g0
-          * used in unusual places, so just always reserve it.
-          */
-         payload_last_use_ip[0 / reg_width] = use_ip;
-         payload_last_use_ip[1 / reg_width] = use_ip;
-         break;
-
-      case FS_OPCODE_LINTERP:
-         /* On gen6+ in 16-wide, there are 4 adjacent registers (so 2 nodes)
-          * used by PLN's sourcing of the deltas, while we list only the first
-          * two in the arguments (1 node).  Pre-gen6, the deltas are computed
-          * in normal VGRFs.
-          */
-         if (brw->gen >= 6) {
-            int delta_x_arg = 0;
-            if (inst->src[delta_x_arg].file == HW_REG &&
-                inst->src[delta_x_arg].fixed_hw_reg.file ==
-                BRW_GENERAL_REGISTER_FILE) {
-               int sechalf_node = (inst->src[delta_x_arg].fixed_hw_reg.nr /
-                                   reg_width) + 1;
-               assert(sechalf_node < payload_node_count);
-               payload_last_use_ip[sechalf_node] = use_ip;
-            }
-         }
+      case CS_OPCODE_CS_TERMINATE:
+         payload_last_use_ip[0] = use_ip;
          break;
 
       default:
+         if (inst->eot) {
+            /* We could omit this for the !inst->header_present case, except
+             * that the simulator apparently incorrectly reads from g0/g1
+             * instead of sideband.  It also really freaks out driver
+             * developers to see g0 used in unusual places, so just always
+             * reserve it.
+             */
+            payload_last_use_ip[0] = use_ip;
+            payload_last_use_ip[1] = use_ip;
+         }
          break;
       }
 
       ip++;
    }
+}
+
+
+/**
+ * Sets up interference between thread payload registers and the virtual GRFs
+ * to be allocated for program temporaries.
+ *
+ * We want to be able to reallocate the payload for our virtual GRFs, notably
+ * because the setup coefficients for a full set of 16 FS inputs takes up 8 of
+ * our 128 registers.
+ *
+ * The layout of the payload registers is:
+ *
+ * 0..payload.num_regs-1: fixed function setup (including bary coordinates).
+ * payload.num_regs..payload.num_regs+curb_read_lengh-1: uniform data
+ * payload.num_regs+curb_read_lengh..first_non_payload_grf-1: setup coefficients.
+ *
+ * And we have payload_node_count nodes covering these registers in order
+ * (note that in SIMD16, a node is two registers).
+ */
+void
+fs_visitor::setup_payload_interference(struct ra_graph *g,
+                                       int payload_node_count,
+                                       int first_payload_node)
+{
+   int payload_last_use_ip[payload_node_count];
+   calculate_payload_ranges(payload_node_count, payload_last_use_ip);
 
    for (int i = 0; i < payload_node_count; i++) {
+      if (payload_last_use_ip[i] == -1)
+         continue;
+
       /* Mark the payload node as interfering with any virtual grf that is
        * live between the start of the program and our last use of the payload
        * node.
        */
-      for (int j = 0; j < this->virtual_grf_count; j++) {
+      for (unsigned j = 0; j < this->alloc.count; j++) {
          /* Note that we use a <= comparison, unlike virtual_grf_interferes(),
           * in order to not have to worry about the uniform issue described in
           * calculate_live_intervals().
@@ -326,31 +458,40 @@ fs_visitor::setup_payload_interference(struct ra_graph *g,
        * The alternative would be to have per-physical-register classes, which
        * would just be silly.
        */
-      ra_set_node_reg(g, first_payload_node + i, i);
+      if (devinfo->gen <= 5 && dispatch_width == 16) {
+         /* We have to divide by 2 here because we only have even numbered
+          * registers.  Some of the payload registers will be odd, but
+          * that's ok because their physical register numbers have already
+          * been assigned.  The only thing this is used for is interference.
+          */
+         ra_set_node_reg(g, first_payload_node + i, i / 2);
+      } else {
+         ra_set_node_reg(g, first_payload_node + i, i);
+      }
    }
 }
 
 /**
- * Sets interference between virtual GRFs and usage of the high GRFs for SEND
- * messages (treated as MRFs in code generation).
+ * Sets the mrf_used array to indicate which MRFs are used by the shader IR
+ *
+ * This is used in assign_regs() to decide which of the GRFs that we use as
+ * MRFs on gen7 get normally register allocated, and in register spilling to
+ * see if we can actually use MRFs to do spills without overwriting normal MRF
+ * contents.
  */
-void
-fs_visitor::setup_mrf_hack_interference(struct ra_graph *g, int first_mrf_node)
+static void
+get_used_mrfs(fs_visitor *v, bool *mrf_used)
 {
-   int mrf_count = BRW_MAX_GRF - GEN7_MRF_HACK_START;
-   int reg_width = dispatch_width / 8;
+   int reg_width = v->dispatch_width / 8;
 
-   /* Identify all the MRFs used in the program. */
-   bool mrf_used[mrf_count];
-   memset(mrf_used, 0, sizeof(mrf_used));
-   foreach_list(node, &this->instructions) {
-      fs_inst *inst = (fs_inst *)node;
+   memset(mrf_used, 0, BRW_MAX_MRF(v->devinfo->gen) * sizeof(bool));
 
+   foreach_block_and_inst(block, fs_inst, inst, v->cfg) {
       if (inst->dst.file == MRF) {
-         int reg = inst->dst.reg & ~BRW_MRF_COMPR4;
+         int reg = inst->dst.nr & ~BRW_MRF_COMPR4;
          mrf_used[reg] = true;
          if (reg_width == 2) {
-            if (inst->dst.reg & BRW_MRF_COMPR4) {
+            if (inst->dst.nr & BRW_MRF_COMPR4) {
                mrf_used[reg + 4] = true;
             } else {
                mrf_used[reg + 1] = true;
@@ -359,26 +500,41 @@ fs_visitor::setup_mrf_hack_interference(struct ra_graph *g, int first_mrf_node)
       }
 
       if (inst->mlen > 0) {
-        for (int i = 0; i < implied_mrf_writes(inst); i++) {
+        for (int i = 0; i < v->implied_mrf_writes(inst); i++) {
             mrf_used[inst->base_mrf + i] = true;
          }
       }
    }
+}
+
+/**
+ * Sets interference between virtual GRFs and usage of the high GRFs for SEND
+ * messages (treated as MRFs in code generation).
+ */
+static void
+setup_mrf_hack_interference(fs_visitor *v, struct ra_graph *g,
+                            int first_mrf_node, int *first_used_mrf)
+{
+   bool mrf_used[BRW_MAX_MRF(v->devinfo->gen)];
+   get_used_mrfs(v, mrf_used);
 
-   for (int i = 0; i < mrf_count; i++) {
-      /* Mark each payload reg node as being allocated to its physical register.
+   *first_used_mrf = BRW_MAX_MRF(v->devinfo->gen);
+   for (int i = 0; i < BRW_MAX_MRF(v->devinfo->gen); i++) {
+      /* Mark each MRF reg node as being allocated to its physical register.
        *
        * The alternative would be to have per-physical-register classes, which
        * would just be silly.
        */
-      ra_set_node_reg(g, first_mrf_node + i,
-                      (GEN7_MRF_HACK_START + i) / reg_width);
+      ra_set_node_reg(g, first_mrf_node + i, GEN7_MRF_HACK_START + i);
 
       /* Since we don't have any live/dead analysis on the MRFs, just mark all
        * that are used as conflicting with all virtual GRFs.
        */
       if (mrf_used[i]) {
-         for (int j = 0; j < this->virtual_grf_count; j++) {
+         if (i < *first_used_mrf)
+            *first_used_mrf = i;
+
+         for (unsigned j = 0; j < v->alloc.count; j++) {
             ra_add_node_interference(g, first_mrf_node + i, j);
          }
       }
@@ -386,60 +542,55 @@ fs_visitor::setup_mrf_hack_interference(struct ra_graph *g, int first_mrf_node)
 }
 
 bool
-fs_visitor::assign_regs()
+fs_visitor::assign_regs(bool allow_spilling)
 {
    /* Most of this allocation was written for a reg_width of 1
-    * (dispatch_width == 8).  In extending to 16-wide, the code was
+    * (dispatch_width == 8).  In extending to SIMD16, the code was
     * left in place and it was converted to have the hardware
     * registers it's allocating be contiguous physical pairs of regs
     * for reg_width == 2.
     */
    int reg_width = dispatch_width / 8;
-   int hw_reg_mapping[this->virtual_grf_count];
-   int payload_node_count = (ALIGN(this->first_non_payload_grf, reg_width) /
-                            reg_width);
-   int rsi = reg_width - 1; /* Which brw->wm.reg_sets[] to use */
+   unsigned hw_reg_mapping[this->alloc.count];
+   int payload_node_count = ALIGN(this->first_non_payload_grf, reg_width);
+   int rsi = reg_width - 1; /* Which compiler->fs_reg_sets[] to use */
    calculate_live_intervals();
 
-   int node_count = this->virtual_grf_count;
+   int node_count = this->alloc.count;
    int first_payload_node = node_count;
    node_count += payload_node_count;
    int first_mrf_hack_node = node_count;
-   if (brw->gen >= 7)
+   if (devinfo->gen >= 7)
       node_count += BRW_MAX_GRF - GEN7_MRF_HACK_START;
-   struct ra_graph *g = ra_alloc_interference_graph(brw->wm.reg_sets[rsi].regs,
-                                                    node_count);
+   struct ra_graph *g =
+      ra_alloc_interference_graph(compiler->fs_reg_sets[rsi].regs, node_count);
 
-   for (int i = 0; i < this->virtual_grf_count; i++) {
-      int size = this->virtual_grf_sizes[i];
+   for (unsigned i = 0; i < this->alloc.count; i++) {
+      unsigned size = this->alloc.sizes[i];
       int c;
 
-      if (size == 8) {
-         c = 4;
-      } else {
-         assert(size >= 1 &&
-                size <= 4 &&
-                "Register allocation relies on split_virtual_grfs()");
-         c = brw->wm.reg_sets[rsi].classes[size - 1];
-      }
+      assert(size <= ARRAY_SIZE(compiler->fs_reg_sets[rsi].classes) &&
+             "Register allocation relies on split_virtual_grfs()");
+      c = compiler->fs_reg_sets[rsi].classes[size - 1];
 
       /* Special case: on pre-GEN6 hardware that supports PLN, the
        * second operand of a PLN instruction needs to be an
        * even-numbered register, so we have a special register class
        * wm_aligned_pairs_class to handle this case.  pre-GEN6 always
-       * uses this->delta_x[BRW_WM_PERSPECTIVE_PIXEL_BARYCENTRIC] as the
+       * uses this->delta_xy[BRW_WM_PERSPECTIVE_PIXEL_BARYCENTRIC] as the
        * second operand of a PLN instruction (since it doesn't support
        * any other interpolation modes).  So all we need to do is find
        * that register and set it to the appropriate class.
        */
-      if (brw->wm.reg_sets[rsi].aligned_pairs_class >= 0 &&
-          this->delta_x[BRW_WM_PERSPECTIVE_PIXEL_BARYCENTRIC].reg == i) {
-         c = brw->wm.reg_sets[rsi].aligned_pairs_class;
+      if (compiler->fs_reg_sets[rsi].aligned_pairs_class >= 0 &&
+          this->delta_xy[BRW_WM_PERSPECTIVE_PIXEL_BARYCENTRIC].file == VGRF &&
+          this->delta_xy[BRW_WM_PERSPECTIVE_PIXEL_BARYCENTRIC].nr == i) {
+         c = compiler->fs_reg_sets[rsi].aligned_pairs_class;
       }
 
       ra_set_node_class(g, i, c);
 
-      for (int j = 0; j < i; j++) {
+      for (unsigned j = 0; j < i; j++) {
         if (virtual_grf_interferes(i, j)) {
            ra_add_node_interference(g, i, j);
         }
@@ -447,10 +598,74 @@ fs_visitor::assign_regs()
    }
 
    setup_payload_interference(g, payload_node_count, first_payload_node);
-   if (brw->gen >= 7)
-      setup_mrf_hack_interference(g, first_mrf_hack_node);
+   if (devinfo->gen >= 7) {
+      int first_used_mrf = BRW_MAX_MRF(devinfo->gen);
+      setup_mrf_hack_interference(this, g, first_mrf_hack_node,
+                                  &first_used_mrf);
+
+      foreach_block_and_inst(block, fs_inst, inst, cfg) {
+         /* When we do send-from-GRF for FB writes, we need to ensure that
+          * the last write instruction sends from a high register.  This is
+          * because the vertex fetcher wants to start filling the low
+          * payload registers while the pixel data port is still working on
+          * writing out the memory.  If we don't do this, we get rendering
+          * artifacts.
+          *
+          * We could just do "something high".  Instead, we just pick the
+          * highest register that works.
+          */
+         if (inst->eot) {
+            int size = alloc.sizes[inst->src[0].nr];
+            int reg = compiler->fs_reg_sets[rsi].class_to_ra_reg_range[size] - 1;
+
+            /* If something happened to spill, we want to push the EOT send
+             * register early enough in the register file that we don't
+             * conflict with any used MRF hack registers.
+             */
+            reg -= BRW_MAX_MRF(devinfo->gen) - first_used_mrf;
+
+            ra_set_node_reg(g, inst->src[0].nr, reg);
+            break;
+         }
+      }
+   }
 
-   if (!ra_allocate_no_spills(g)) {
+   if (dispatch_width > 8) {
+      /* In 16-wide dispatch we have an issue where a compressed
+       * instruction is actually two instructions executed simultaneiously.
+       * It's actually ok to have the source and destination registers be
+       * the same.  In this case, each instruction over-writes its own
+       * source and there's no problem.  The real problem here is if the
+       * source and destination registers are off by one.  Then you can end
+       * up in a scenario where the first instruction over-writes the
+       * source of the second instruction.  Since the compiler doesn't know
+       * about this level of granularity, we simply make the source and
+       * destination interfere.
+       */
+      foreach_block_and_inst(block, fs_inst, inst, cfg) {
+         if (inst->dst.file != VGRF)
+            continue;
+
+         for (int i = 0; i < inst->sources; ++i) {
+            if (inst->src[i].file == VGRF) {
+               ra_add_node_interference(g, inst->dst.nr, inst->src[i].nr);
+            }
+         }
+      }
+   }
+
+   /* Debug of register spilling: Go spill everything. */
+   if (unlikely(INTEL_DEBUG & DEBUG_SPILL_FS)) {
+      int reg = choose_spill_reg(g);
+
+      if (reg != -1) {
+         spill_reg(reg);
+         ralloc_free(g);
+         return false;
+      }
+   }
+
+   if (!ra_allocate(g)) {
       /* Failed to allocate registers.  Spill a reg, and the caller will
        * loop back into here to try again.
        */
@@ -458,15 +673,11 @@ fs_visitor::assign_regs()
 
       if (reg == -1) {
          fail("no register to spill:\n");
-         dump_instructions();
-      } else if (dispatch_width == 16) {
-        fail("Failure to register allocate.  Reduce number of live scalar "
-              "values to avoid this.");
-      } else {
-        spill_reg(reg);
+         dump_instructions(NULL);
+      } else if (allow_spilling) {
+         spill_reg(reg);
       }
 
-
       ralloc_free(g);
 
       return false;
@@ -476,54 +687,94 @@ fs_visitor::assign_regs()
     * regs in the register classes back down to real hardware reg
     * numbers.
     */
-   this->grf_used = payload_node_count * reg_width;
-   for (int i = 0; i < this->virtual_grf_count; i++) {
+   this->grf_used = payload_node_count;
+   for (unsigned i = 0; i < this->alloc.count; i++) {
       int reg = ra_get_node_reg(g, i);
 
-      hw_reg_mapping[i] = brw->wm.reg_sets[rsi].ra_reg_to_grf[reg] * reg_width;
+      hw_reg_mapping[i] = compiler->fs_reg_sets[rsi].ra_reg_to_grf[reg];
       this->grf_used = MAX2(this->grf_used,
-                           hw_reg_mapping[i] + this->virtual_grf_sizes[i] *
-                           reg_width);
+                           hw_reg_mapping[i] + this->alloc.sizes[i]);
    }
 
-   foreach_list(node, &this->instructions) {
-      fs_inst *inst = (fs_inst *)node;
-
-      assign_reg(hw_reg_mapping, &inst->dst, reg_width);
-      assign_reg(hw_reg_mapping, &inst->src[0], reg_width);
-      assign_reg(hw_reg_mapping, &inst->src[1], reg_width);
-      assign_reg(hw_reg_mapping, &inst->src[2], reg_width);
+   foreach_block_and_inst(block, fs_inst, inst, cfg) {
+      assign_reg(hw_reg_mapping, &inst->dst);
+      for (int i = 0; i < inst->sources; i++) {
+         assign_reg(hw_reg_mapping, &inst->src[i]);
+      }
    }
 
+   this->alloc.count = this->grf_used;
+
    ralloc_free(g);
 
    return true;
 }
 
 void
-fs_visitor::emit_unspill(fs_inst *inst, fs_reg dst, uint32_t spill_offset)
+fs_visitor::emit_unspill(bblock_t *block, fs_inst *inst, fs_reg dst,
+                         uint32_t spill_offset, int count)
 {
-   fs_inst *unspill_inst = new(mem_ctx) fs_inst(FS_OPCODE_UNSPILL, dst);
-   unspill_inst->offset = spill_offset;
-   unspill_inst->ir = inst->ir;
-   unspill_inst->annotation = inst->annotation;
+   int reg_size = 1;
+   if (dispatch_width == 16 && count % 2 == 0)
+      reg_size = 2;
+
+   const fs_builder ibld = bld.annotate(inst->annotation, inst->ir)
+                              .group(reg_size * 8, 0)
+                              .at(block, inst);
+
+   for (int i = 0; i < count / reg_size; i++) {
+      /* The gen7 descriptor-based offset is 12 bits of HWORD units. */
+      bool gen7_read = devinfo->gen >= 7 && spill_offset < (1 << 12) * REG_SIZE;
+      fs_inst *unspill_inst = ibld.emit(gen7_read ?
+                                        SHADER_OPCODE_GEN7_SCRATCH_READ :
+                                        SHADER_OPCODE_GEN4_SCRATCH_READ,
+                                        dst);
+      unspill_inst->offset = spill_offset;
+      unspill_inst->regs_written = reg_size;
+
+      if (!gen7_read) {
+         unspill_inst->base_mrf = FIRST_SPILL_MRF(devinfo->gen) + 1;
+         unspill_inst->mlen = 1; /* header contains offset */
+      }
 
-   /* Choose a MRF that won't conflict with an MRF that's live across the
-    * spill.  Nothing else will make it up to MRF 14/15.
-    */
-   unspill_inst->base_mrf = 14;
-   unspill_inst->mlen = 1; /* header contains offset */
-   inst->insert_before(unspill_inst);
+      dst.reg_offset += reg_size;
+      spill_offset += reg_size * REG_SIZE;
+   }
+}
+
+void
+fs_visitor::emit_spill(bblock_t *block, fs_inst *inst, fs_reg src,
+                       uint32_t spill_offset, int count)
+{
+   int reg_size = 1;
+   int spill_base_mrf = FIRST_SPILL_MRF(devinfo->gen) + 1;
+   if (dispatch_width == 16 && count % 2 == 0) {
+      spill_base_mrf = FIRST_SPILL_MRF(devinfo->gen);
+      reg_size = 2;
+   }
+
+   const fs_builder ibld = bld.annotate(inst->annotation, inst->ir)
+                              .group(reg_size * 8, 0)
+                              .at(block, inst->next);
+
+   for (int i = 0; i < count / reg_size; i++) {
+      fs_inst *spill_inst =
+         ibld.emit(SHADER_OPCODE_GEN4_SCRATCH_WRITE, ibld.null_reg_f(), src);
+      src.reg_offset += reg_size;
+      spill_inst->offset = spill_offset + i * reg_size * REG_SIZE;
+      spill_inst->mlen = 1 + reg_size; /* header, value */
+      spill_inst->base_mrf = spill_base_mrf;
+   }
 }
 
 int
 fs_visitor::choose_spill_reg(struct ra_graph *g)
 {
    float loop_scale = 1.0;
-   float spill_costs[this->virtual_grf_count];
-   bool no_spill[this->virtual_grf_count];
+   float spill_costs[this->alloc.count];
+   bool no_spill[this->alloc.count];
 
-   for (int i = 0; i < this->virtual_grf_count; i++) {
+   for (unsigned i = 0; i < this->alloc.count; i++) {
       spill_costs[i] = 0.0;
       no_spill[i] = false;
    }
@@ -532,12 +783,10 @@ fs_visitor::choose_spill_reg(struct ra_graph *g)
     * spill/unspill we'll have to do, and guess that the insides of
     * loops run 10 times.
     */
-   foreach_list(node, &this->instructions) {
-      fs_inst *inst = (fs_inst *)node;
-
-      for (unsigned int i = 0; i < 3; i++) {
-        if (inst->src[i].file == GRF) {
-           spill_costs[inst->src[i].reg] += loop_scale;
+   foreach_block_and_inst(block, fs_inst, inst, cfg) {
+      for (unsigned int i = 0; i < inst->sources; i++) {
+        if (inst->src[i].file == VGRF) {
+            spill_costs[inst->src[i].nr] += loop_scale;
 
             /* Register spilling logic assumes full-width registers; smeared
              * registers have a width of 1 so if we try to spill them we'll
@@ -546,17 +795,17 @@ fs_visitor::choose_spill_reg(struct ra_graph *g)
              * loading pull constants, so spilling them is unlikely to reduce
              * register pressure anyhow.
              */
-            if (inst->src[i].smear >= 0) {
-               no_spill[inst->src[i].reg] = true;
+            if (!inst->src[i].is_contiguous()) {
+               no_spill[inst->src[i].nr] = true;
             }
         }
       }
 
-      if (inst->dst.file == GRF) {
-        spill_costs[inst->dst.reg] += inst->regs_written * loop_scale;
+      if (inst->dst.file == VGRF) {
+         spill_costs[inst->dst.nr] += inst->regs_written * loop_scale;
 
-         if (inst->dst.smear >= 0) {
-            no_spill[inst->dst.reg] = true;
+         if (!inst->dst.is_contiguous()) {
+            no_spill[inst->dst.nr] = true;
          }
       }
 
@@ -570,14 +819,15 @@ fs_visitor::choose_spill_reg(struct ra_graph *g)
         loop_scale /= 10;
         break;
 
-      case FS_OPCODE_SPILL:
-        if (inst->src[0].file == GRF)
-           no_spill[inst->src[0].reg] = true;
+      case SHADER_OPCODE_GEN4_SCRATCH_WRITE:
+        if (inst->src[0].file == VGRF)
+            no_spill[inst->src[0].nr] = true;
         break;
 
-      case FS_OPCODE_UNSPILL:
-        if (inst->dst.file == GRF)
-           no_spill[inst->dst.reg] = true;
+      case SHADER_OPCODE_GEN4_SCRATCH_READ:
+      case SHADER_OPCODE_GEN7_SCRATCH_READ:
+        if (inst->dst.file == VGRF)
+            no_spill[inst->dst.nr] = true;
         break;
 
       default:
@@ -585,7 +835,7 @@ fs_visitor::choose_spill_reg(struct ra_graph *g)
       }
    }
 
-   for (int i = 0; i < this->virtual_grf_count; i++) {
+   for (unsigned i = 0; i < this->alloc.count; i++) {
       if (!no_spill[i])
         ra_set_node_spill_cost(g, i, spill_costs[i]);
    }
@@ -596,65 +846,84 @@ fs_visitor::choose_spill_reg(struct ra_graph *g)
 void
 fs_visitor::spill_reg(int spill_reg)
 {
-   int size = virtual_grf_sizes[spill_reg];
-   unsigned int spill_offset = c->last_scratch;
+   int size = alloc.sizes[spill_reg];
+   unsigned int spill_offset = last_scratch;
    assert(ALIGN(spill_offset, 16) == spill_offset); /* oword read/write req. */
-   c->last_scratch += size * REG_SIZE;
+   int spill_base_mrf = dispatch_width > 8 ? FIRST_SPILL_MRF(devinfo->gen) :
+                                             FIRST_SPILL_MRF(devinfo->gen) + 1;
+
+   /* Spills may use MRFs 13-15 in the SIMD16 case.  Our texturing is done
+    * using up to 11 MRFs starting from either m1 or m2, and fb writes can use
+    * up to m13 (gen6+ simd16: 2 header + 8 color + 2 src0alpha + 2 omask) or
+    * m15 (gen4-5 simd16: 2 header + 8 color + 1 aads + 2 src depth + 2 dst
+    * depth), starting from m1.  In summary: We may not be able to spill in
+    * SIMD16 mode, because we'd stomp the FB writes.
+    */
+   if (!spilled_any_registers) {
+      bool mrf_used[BRW_MAX_MRF(devinfo->gen)];
+      get_used_mrfs(this, mrf_used);
+
+      for (int i = spill_base_mrf; i < BRW_MAX_MRF(devinfo->gen); i++) {
+         if (mrf_used[i]) {
+            fail("Register spilling not supported with m%d used", i);
+          return;
+         }
+      }
+
+      spilled_any_registers = true;
+   }
+
+   last_scratch += size * REG_SIZE;
 
    /* Generate spill/unspill instructions for the objects being
     * spilled.  Right now, we spill or unspill the whole thing to a
     * virtual grf of the same size.  For most instructions, though, we
     * could just spill/unspill the GRF being accessed.
     */
-   foreach_list(node, &this->instructions) {
-      fs_inst *inst = (fs_inst *)node;
-
-      for (unsigned int i = 0; i < 3; i++) {
-        if (inst->src[i].file == GRF &&
-            inst->src[i].reg == spill_reg) {
-           inst->src[i].reg = virtual_grf_alloc(1);
-           emit_unspill(inst, inst->src[i],
-                         spill_offset + REG_SIZE * inst->src[i].reg_offset);
+   foreach_block_and_inst (block, fs_inst, inst, cfg) {
+      for (unsigned int i = 0; i < inst->sources; i++) {
+        if (inst->src[i].file == VGRF &&
+             inst->src[i].nr == spill_reg) {
+            int regs_read = inst->regs_read(i);
+            int subset_spill_offset = (spill_offset +
+                                       REG_SIZE * inst->src[i].reg_offset);
+            fs_reg unspill_dst(VGRF, alloc.allocate(regs_read));
+
+            inst->src[i].nr = unspill_dst.nr;
+            inst->src[i].reg_offset = 0;
+
+            emit_unspill(block, inst, unspill_dst, subset_spill_offset,
+                         regs_read);
         }
       }
 
-      if (inst->dst.file == GRF &&
-         inst->dst.reg == spill_reg) {
+      if (inst->dst.file == VGRF &&
+          inst->dst.nr == spill_reg) {
          int subset_spill_offset = (spill_offset +
                                     REG_SIZE * inst->dst.reg_offset);
-         inst->dst.reg = virtual_grf_alloc(inst->regs_written);
+         fs_reg spill_src(VGRF, alloc.allocate(inst->regs_written));
+
+         inst->dst.nr = spill_src.nr;
          inst->dst.reg_offset = 0;
 
+         /* If we're immediately spilling the register, we should not use
+          * destination dependency hints.  Doing so will cause the GPU do
+          * try to read and write the register at the same time and may
+          * hang the GPU.
+          */
+         inst->no_dd_clear = false;
+         inst->no_dd_check = false;
+
         /* If our write is going to affect just part of the
           * inst->regs_written(), then we need to unspill the destination
           * since we write back out all of the regs_written().
          */
-        if (inst->predicate || inst->force_uncompressed || inst->force_sechalf) {
-            fs_reg unspill_reg = inst->dst;
-            for (int chan = 0; chan < inst->regs_written; chan++) {
-               emit_unspill(inst, unspill_reg,
-                            subset_spill_offset + REG_SIZE * chan);
-               unspill_reg.reg_offset++;
-            }
-        }
+        if (inst->is_partial_write())
+            emit_unspill(block, inst, spill_src, subset_spill_offset,
+                         inst->regs_written);
 
-        fs_reg spill_src = inst->dst;
-        spill_src.reg_offset = 0;
-        spill_src.abs = false;
-        spill_src.negate = false;
-        spill_src.smear = -1;
-
-        for (int chan = 0; chan < inst->regs_written; chan++) {
-           fs_inst *spill_inst = new(mem_ctx) fs_inst(FS_OPCODE_SPILL,
-                                                      reg_null_f, spill_src);
-           spill_src.reg_offset++;
-           spill_inst->offset = subset_spill_offset + chan * REG_SIZE;
-           spill_inst->ir = inst->ir;
-           spill_inst->annotation = inst->annotation;
-           spill_inst->base_mrf = 14;
-           spill_inst->mlen = 2; /* header, value */
-           inst->insert_after(spill_inst);
-        }
+         emit_spill(block, inst, spill_src, subset_spill_offset,
+                    inst->regs_written);
       }
    }