核心流水线

GlobalISel 的核心流水线是

../_images/pipeline-overview.png

图中所示的四个Pass包括：

IRTranslator

将 LLVM-IR 转换为 gMIR (通用 MIR)。这很大程度上是一个直接的翻译，几乎没有目标定制。它有点类似于 SelectionDAGBuilder，但构建的是一种名为 gMIR 的 MIR，而不是专门的表示形式。gMIR 使用与 MIR 完全相同的数据结构，但约束更宽松。例如，虚拟寄存器可以被约束为特定类型，而无需将其约束为特定的寄存器类。

合法化器

将不支持的操作替换为支持的操作。换句话说，它塑造 gMIR 以适应后端可以支持的内容。目标需要支持的操作集非常小，除此之外，目标可以根据需要塑造 MIR。

寄存器堆选择器

将虚拟寄存器绑定到寄存器堆。此pass旨在通过将 MIR 的各个部分聚类在一起来最大限度地减少跨寄存器堆的复制。

指令选择

使用 gMIR 选择目标指令。此时，gMIR 已被充分约束，变成了 MIR。

虽然我们倾向于将它们视为不同的pass，但应该注意的是，这里有很大的灵活性，并且有些事情发生得比下面描述的更早是可以的。例如，合法化器直接将 intrinsic 合法化为目标指令并不少见。具体的要求是，在每个pass之后，以下附加约束都得到保留

IRTranslator

在此pass之后，表示形式必须是 gMIR、MIR 或两者的混合。大多数情况下，开始时将是 gMIR，但后面的pass将逐渐将 gMIR 转换为 MIR。

合法化器

在此pass之后，不得保留或引入任何非法操作。

寄存器堆选择器

在此pass之后，所有虚拟寄存器都必须分配一个寄存器堆。

指令选择

在此pass之后，不得保留或引入任何 gMIR。换句话说，我们必须完成从 gMIR 到 MIR 的转换。

除了这些pass之外，还有一些可选的pass执行优化。当前的可选pass是

组合器

用更好的替代方案替换指令模式。通常，这意味着通过用更快的替代方案替换指令来提高运行时性能，但组合器也可以关注代码大小或其他指标。

可以插入此类附加pass以支持更高的优化级别或特定于目标的需要。可能的流水线是

../_images/pipeline-overview-with-combiners.png

当然，组合器也可以插入到其他位置。此外，只要它们的任务完成，pass也可以完全替换，如这个（更自定义的）示例流水线所示。

../_images/pipeline-overview-customized.png

机器验证器

pass方法使我们能够使用 MachineVerifier 来强制执行在流水线的某些点之后需要的约束。例如，具有 legalized 属性的函数可以使用 MachineVerifier 来强制执行不出现非法指令。类似地，regBankSelected 函数可能没有未分配寄存器堆的虚拟寄存器。

注意

由于分层原因，MachineVerifier 无法成为 GlobalISel 中唯一的验证器。目前，当我们找到解决此问题的方法时，某些pass也执行验证。

主要问题是 GlobalISel 是一个单独的库，因此我们无法直接从 CodeGen 引用它。

测试

与 SelectionDAG 相比，测试 GlobalISel 的能力得到了显着提高。SelectionDAG 有点像一个黑匣子，内部发生了很多事情。这使得编写一个可靠地测试其行为特定方面的测试变得困难。为了进行比较，请参见下图

../_images/testing-pass-level.png

每个灰色框都表示一个机会，可以序列化当前状态并测试流水线中两个点之间的行为。可以使用 -stop-before 或 -stop-after 序列化当前状态，并使用 -start-before、-start-after 和 -run-pass 加载。

我们还可以更进一步，因为 GlobalISel 的许多pass都很容易进行单元测试

../_images/testing-unit-level.png

可以创建一个假想的目标，例如在 LegalizerHelperTest.cpp 中那样，执行算法的单个步骤并检查结果。MIR 和 FileCheck 指令可以使用字符串嵌入，因此您仍然可以访问 llvm-lit 中可用的便利性。

调试

一种已被证明特别有价值的调试技术是使用 BlockExtractor 将基本块提取到新函数中。这可以用于追踪正确性错误，也可以用于追踪性能下降。它还可以与函数属性结合使用，以禁用一个或多个提取函数的 GlobalISel。

../_images/block-extract.png

执行提取的命令是

./bin/llvm-extract -o - -S -b ‘foo:bb1;bb4’ <input> > extracted.ll

这个特定的示例从名为 foo 的函数中提取了两个基本块。然后可以修改新的 LLVM-IR，将 failedISel 属性添加到包含 bb4 的提取函数，以使该函数使用 SelectionDAG。

这可以防止一些优化，因为 GlobalISel 通常一次只能在一个函数上工作。可以为基本块的不同组合重复此技术，直到您确定了 bug 中涉及的关键块。

一旦确定了关键块，您可以通过拆分块来进一步提高对关键指令的分辨率，例如从

bb1:
  ... instructions group 1 ...
  ... instructions group 2 ...

变为

bb1:
  ... instructions group 1 ...
  br %bb2

bb2:
  ... instructions group 2 ...

然后为新块重复该过程。

还可以以这样一种模式使用此技术：主函数使用 GlobalISel 编译，提取的基本块使用 SelectionDAG 编译（或反之亦然），以利用另一个代码生成器的现有质量来追踪 bug。当追踪性能下降时，此技术还可以用于提高快速代码和慢速代码之间的相似性，并帮助您精确定位性能下降的特定原因。