pan/midgard: Implement linearly-constrained register allocation
authorAlyssa Rosenzweig <alyssa.rosenzweig@collabora.com>
Sat, 19 Oct 2019 23:43:47 +0000 (19:43 -0400)
committerTomeu Vizoso <tomeu.vizoso@collabora.co.uk>
Wed, 13 Nov 2019 15:27:56 +0000 (15:27 +0000)
Signed-off-by: Alyssa Rosenzweig <alyssa.rosenzweig@collabora.com>
src/panfrost/midgard/lcra.c [new file with mode: 0644]
src/panfrost/midgard/lcra.h [new file with mode: 0644]
src/panfrost/midgard/meson.build

diff --git a/src/panfrost/midgard/lcra.c b/src/panfrost/midgard/lcra.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..d86c35f
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,228 @@
+/*
+ * Copyright (C) 2019 Collabora, Ltd.
+ *
+ * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a
+ * copy of this software and associated documentation files (the "Software"),
+ * to deal in the Software without restriction, including without limitation
+ * the rights to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense,
+ * and/or sell copies of the Software, and to permit persons to whom the
+ * Software is furnished to do so, subject to the following conditions:
+ *
+ * The above copyright notice and this permission notice (including the next
+ * paragraph) shall be included in all copies or substantial portions of the
+ * Software.
+ *
+ * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
+ * IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
+ * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT.  IN NO EVENT SHALL
+ * THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
+ * LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM,
+ * OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE
+ * SOFTWARE.
+ *
+ * Authors (Collabora):
+ *      Alyssa Rosenzweig <alyssa.rosenzweig@collabora.com>
+ */
+
+#include <stdio.h>
+#include <assert.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <string.h>
+#include <limits.h>
+#include "util/macros.h"
+#include "util/u_math.h"
+#include "lcra.h"
+
+/* This module is the reference implementation of "Linearly Constrained
+ * Register Allocation". The paper is available in PDF form
+ * (https://people.collabora.com/~alyssa/LCRA.pdf) as well as Markdown+LaTeX
+ * (https://gitlab.freedesktop.org/alyssa/lcra/blob/master/LCRA.md)
+ */
+
+struct lcra_state *
+lcra_alloc_equations(
+                unsigned node_count,
+                unsigned min_alignment, unsigned max_alignment,
+                unsigned bound, unsigned class_count)
+{
+        struct lcra_state *l = calloc(1, sizeof(*l));
+
+        l->node_count = node_count;
+        l->class_count = class_count;
+        l->bound = bound;
+
+        l->alignment = calloc(sizeof(l->alignment[0]), node_count);
+        l->linear = calloc(sizeof(l->linear[0]), node_count * node_count);
+        l->modulus = calloc(sizeof(l->modulus[0]), node_count);
+        l->class = calloc(sizeof(l->class[0]), node_count);
+        l->class_start = calloc(sizeof(l->class_start[0]), class_count);
+        l->class_disjoint = calloc(sizeof(l->class_disjoint[0]), class_count * class_count);
+        l->class_size = calloc(sizeof(l->class_size[0]), class_count);
+        l->spill_cost = calloc(sizeof(l->spill_cost[0]), node_count);
+        l->solutions = calloc(sizeof(l->solutions[0]), node_count);
+
+        memset(l->solutions, ~0, sizeof(l->solutions[0]) * node_count);
+
+        return l;
+}
+
+void
+lcra_set_alignment(struct lcra_state *l, unsigned node, unsigned align_log2)
+{
+        l->alignment[node] = align_log2 + 1;
+}
+
+void
+lcra_set_disjoint_class(struct lcra_state *l, unsigned c1, unsigned c2)
+{
+        l->class_disjoint[(c1 * l->class_count) + c2] = true;
+        l->class_disjoint[(c2 * l->class_count) + c1] = true;
+}
+
+void
+lcra_restrict_range(struct lcra_state *l, unsigned node, unsigned len)
+{
+        if (l->alignment[node])
+                l->modulus[node] = DIV_ROUND_UP(l->bound - len + 1, 1 << (l->alignment[node] - 1));
+}
+
+void
+lcra_add_node_interference(struct lcra_state *l, unsigned i, unsigned cmask_i, unsigned j, unsigned cmask_j)
+{
+        if (i == j)
+                return;
+
+        if (l->class_disjoint[(l->class[i] * l->class_count) + l->class[j]])
+                return;
+
+        uint32_t constraint_fw = 0;
+        uint32_t constraint_bw = 0;
+
+        for (unsigned D = 0; D < 16; ++D) {
+                if (cmask_i & (cmask_j << D)) {
+                        constraint_bw |= (1 << (15 + D));
+                        constraint_fw |= (1 << (15 - D));
+                }
+
+                if (cmask_i & (cmask_j >> D)) {
+                        constraint_fw |= (1 << (15 + D));
+                        constraint_bw |= (1 << (15 - D));
+                }
+        }
+
+        l->linear[j * l->node_count + i] |= constraint_fw;
+        l->linear[i * l->node_count + j] |= constraint_bw;
+}
+
+static bool
+lcra_test_linear(struct lcra_state *l, unsigned *solutions, unsigned i)
+{
+        unsigned *row = &l->linear[i * l->node_count];
+        signed constant = solutions[i];
+
+        for (unsigned j = 0; j < l->node_count; ++j) {
+                if (solutions[j] == ~0) continue;
+
+                signed lhs = solutions[j] - constant;
+
+                if (lhs < -15 || lhs > 15)
+                        continue;
+
+                if (row[j] & (1 << (lhs + 15)))
+                        return false;
+        }
+
+        return true;
+}
+
+bool
+lcra_solve(struct lcra_state *l)
+{
+        for (unsigned step = 0; step < l->node_count; ++step) {
+                if (l->solutions[step] != ~0) continue;
+                if (l->alignment[step] == 0) continue;
+
+                unsigned _class = l->class[step];
+                unsigned class_start = l->class_start[_class];
+
+                unsigned shift = l->alignment[step] - 1;
+
+                unsigned P = l->bound >> shift;
+                unsigned Q = l->modulus[step];
+                unsigned r_max = l->class_size[_class];
+                unsigned k_max = r_max >> shift;
+                unsigned m_max = k_max / P;
+                bool succ = false;
+
+                for (unsigned m = 0; m < m_max; ++m) {
+                        for (unsigned n = 0; n < Q; ++n) {
+                                l->solutions[step] = ((m * P + n) << shift) + class_start;
+                                succ = lcra_test_linear(l, l->solutions, step);
+
+                                if (succ) break;
+                        }
+
+                        if (succ) break;
+                }
+
+                /* Out of registers - prepare to spill */
+                if (!succ) {
+                        l->spill_class = l->class[step];
+                        return false;
+                }
+        }
+
+        return true;
+}
+
+/* Register spilling is implemented with a cost-benefit system. Costs are set
+ * by the user. Benefits are calculated from the constraints. */
+
+void
+lcra_set_node_spill_cost(struct lcra_state *l, unsigned node, signed cost)
+{
+        l->spill_cost[node] = cost;
+}
+
+/* Count along the lower triangle */
+
+static unsigned
+lcra_count_constraints(struct lcra_state *l, unsigned i)
+{
+        unsigned count = 0;
+        unsigned *constraints = &l->linear[i * l->node_count];
+
+        for (unsigned j = 0; j < i; ++j)
+                count += util_bitcount(constraints[j]);
+
+        return count;
+}
+
+signed
+lcra_get_best_spill_node(struct lcra_state *l)
+{
+        signed best_benefit = INT_MIN;
+        signed best_node = -1;
+
+        for (unsigned i = 0; i < l->node_count; ++i) {
+                /* Find spillable nodes */
+                if (l->class[i] != l->spill_class) continue;
+                if (l->spill_cost[i] < 0) continue;
+
+                /* Compute the benefit of spilling a node as the number of
+                 * constraints on the node plus the number of slots it occupies
+                 * minus a multiple of the cost. TODO: Come up with a formula
+                 * whose use I can justify beyond "it makes my shaderdb look
+                 * happy" */
+
+                signed benefit = lcra_count_constraints(l, i);
+                benefit -= l->spill_cost[i] * 2;
+
+                if (benefit > best_benefit) {
+                        best_benefit = benefit;
+                        best_node = i;
+                }
+        }
+
+        return best_node;
+}
diff --git a/src/panfrost/midgard/lcra.h b/src/panfrost/midgard/lcra.h
new file mode 100644 (file)
index 0000000..a9bdd57
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,110 @@
+/*
+ * Copyright (C) 2019 Collabora, Ltd.
+ *
+ * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a
+ * copy of this software and associated documentation files (the "Software"),
+ * to deal in the Software without restriction, including without limitation
+ * the rights to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense,
+ * and/or sell copies of the Software, and to permit persons to whom the
+ * Software is furnished to do so, subject to the following conditions:
+ *
+ * The above copyright notice and this permission notice (including the next
+ * paragraph) shall be included in all copies or substantial portions of the
+ * Software.
+ *
+ * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
+ * IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
+ * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT.  IN NO EVENT SHALL
+ * THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
+ * LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM,
+ * OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE
+ * SOFTWARE.
+ *
+ * Authors (Collabora):
+ *      Alyssa Rosenzweig <alyssa.rosenzweig@collabora.com>
+ */
+
+#ifndef __LCRA_H
+#define __LCRA_H
+
+#include <stdbool.h>
+#include <stdint.h>
+
+struct lcra_state {
+        unsigned node_count;
+
+        /* Word boundary where vectors can't cross */
+        unsigned bound;
+        
+        /* Alignment for node in log2(bytes)+1. Since alignment must be
+         * non-negative power-of-two, the elements are strictly positive
+         * integers. Zero is the sentinel for a missing node */
+        unsigned *alignment;
+
+        /* Linear constraints imposed. Nested array sized upfront, organized as
+         * linear[node_left][node_right]. That is, calculate indices as:
+         *
+         * Each element is itself a bit field denoting whether (c_j - c_i) bias
+         * is present or not, including negative biases.
+         *
+         * Note for Midgard, there are 16 components so the bias is in range
+         * [-15, 15] so encoded by 32-bit field. */
+
+        uint32_t *linear;
+
+        /* Per node max modulus constraints */
+        uint8_t *modulus;
+
+        /* Classes allow nodes to be partitioned with a starting register.
+         * Classes cannot interfere; that is, they are true partitions in the
+         * usual sense of the word. class_count is the number of classes.
+         * class[] is indexed by a node to get the mapped class. class_start is
+         * biased to all solutions in the class. */
+
+        unsigned class_count;
+        unsigned *class;
+        unsigned *class_start;
+        unsigned *class_size;
+        bool *class_disjoint;
+
+        /* Before solving, forced registers; after solving, solutions. */
+        unsigned *solutions;
+
+        /* For register spilling, the costs to spill nodes (as set by the user)
+         * are in spill_cost[], negative if a node is unspillable. Internally,
+         * spill_class specifies which class to spill (whichever class failed
+         * to allocate) */
+
+        signed *spill_cost;
+        unsigned spill_class;
+};
+
+struct lcra_state *
+lcra_alloc_equations(
+                unsigned node_count,
+                unsigned min_alignment, unsigned max_alignment,
+                unsigned bound, unsigned class_count);
+
+
+void
+lcra_set_disjoint_class(struct lcra_state *l, unsigned c1, unsigned c2);
+
+void
+lcra_set_alignment(struct lcra_state *l, unsigned node, unsigned align_log2);
+
+void
+lcra_restrict_range(struct lcra_state *l, unsigned node, unsigned len);
+
+void
+lcra_add_node_interference(struct lcra_state *l, unsigned i, unsigned cmask_i, unsigned j, unsigned cmask_j);
+
+bool
+lcra_solve(struct lcra_state *l);
+
+void
+lcra_set_node_spill_cost(struct lcra_state *l, unsigned node, signed cost);
+
+signed
+lcra_get_best_spill_node(struct lcra_state *l);
+
+#endif
index 0d8722d139a9351d685faf0787cd4ab12b8af016..e6fa2019bb0d7422fcfbfd4976f1437295770d37 100644 (file)
@@ -37,6 +37,7 @@ libpanfrost_midgard_files = files(
   'midgard_opt_float.c',
   'midgard_opt_perspective.c',
   'disassemble.c',
+  'lcra.c'
 )
 
 midgard_nir_algebraic_c = custom_target(