add isl_pw_*_intersect_params
[platform/upstream/isl.git] / isl_flow.c
1 /*
2  * Copyright 2005-2007 Universiteit Leiden
3  * Copyright 2008-2009 Katholieke Universiteit Leuven
4  * Copyright 2010      INRIA Saclay
5  *
6  * Use of this software is governed by the GNU LGPLv2.1 license
7  *
8  * Written by Sven Verdoolaege, Leiden Institute of Advanced Computer Science,
9  * Universiteit Leiden, Niels Bohrweg 1, 2333 CA Leiden, The Netherlands
10  * and K.U.Leuven, Departement Computerwetenschappen, Celestijnenlaan 200A,
11  * B-3001 Leuven, Belgium
12  * and INRIA Saclay - Ile-de-France, Parc Club Orsay Universite,
13  * ZAC des vignes, 4 rue Jacques Monod, 91893 Orsay, France 
14  */
15
16 #include <isl/set.h>
17 #include <isl/map.h>
18 #include <isl/flow.h>
19
20 /* A private structure to keep track of a mapping together with
21  * a user-specified identifier and a boolean indicating whether
22  * the map represents a must or may access/dependence.
23  */
24 struct isl_labeled_map {
25         struct isl_map  *map;
26         void            *data;
27         int             must;
28 };
29
30 /* A structure containing the input for dependence analysis:
31  * - a sink
32  * - n_must + n_may (<= max_source) sources
33  * - a function for determining the relative order of sources and sink
34  * The must sources are placed before the may sources.
35  */
36 struct isl_access_info {
37         struct isl_labeled_map  sink;
38         isl_access_level_before level_before;
39         int                     max_source;
40         int                     n_must;
41         int                     n_may;
42         struct isl_labeled_map  source[1];
43 };
44
45 /* A structure containing the output of dependence analysis:
46  * - n_source dependences
47  * - a wrapped subset of the sink for which definitely no source could be found
48  * - a wrapped subset of the sink for which possibly no source could be found
49  */
50 struct isl_flow {
51         isl_set                 *must_no_source;
52         isl_set                 *may_no_source;
53         int                     n_source;
54         struct isl_labeled_map  *dep;
55 };
56
57 /* Construct an isl_access_info structure and fill it up with
58  * the given data.  The number of sources is set to 0.
59  */
60 __isl_give isl_access_info *isl_access_info_alloc(__isl_take isl_map *sink,
61         void *sink_user, isl_access_level_before fn, int max_source)
62 {
63         isl_ctx *ctx;
64         struct isl_access_info *acc;
65
66         if (!sink)
67                 return NULL;
68
69         ctx = isl_map_get_ctx(sink);
70         isl_assert(ctx, max_source >= 0, goto error);
71
72         acc = isl_alloc(ctx, struct isl_access_info,
73                         sizeof(struct isl_access_info) +
74                         (max_source - 1) * sizeof(struct isl_labeled_map));
75         if (!acc)
76                 goto error;
77
78         acc->sink.map = sink;
79         acc->sink.data = sink_user;
80         acc->level_before = fn;
81         acc->max_source = max_source;
82         acc->n_must = 0;
83         acc->n_may = 0;
84
85         return acc;
86 error:
87         isl_map_free(sink);
88         return NULL;
89 }
90
91 /* Free the given isl_access_info structure.
92  */
93 void isl_access_info_free(__isl_take isl_access_info *acc)
94 {
95         int i;
96
97         if (!acc)
98                 return;
99         isl_map_free(acc->sink.map);
100         for (i = 0; i < acc->n_must + acc->n_may; ++i)
101                 isl_map_free(acc->source[i].map);
102         free(acc);
103 }
104
105 isl_ctx *isl_access_info_get_ctx(__isl_keep isl_access_info *acc)
106 {
107         return acc ? isl_map_get_ctx(acc->sink.map) : NULL;
108 }
109
110 /* Add another source to an isl_access_info structure, making
111  * sure the "must" sources are placed before the "may" sources.
112  * This function may be called at most max_source times on a
113  * given isl_access_info structure, with max_source as specified
114  * in the call to isl_access_info_alloc that constructed the structure.
115  */
116 __isl_give isl_access_info *isl_access_info_add_source(
117         __isl_take isl_access_info *acc, __isl_take isl_map *source,
118         int must, void *source_user)
119 {
120         isl_ctx *ctx;
121
122         if (!acc)
123                 return NULL;
124         ctx = isl_map_get_ctx(acc->sink.map);
125         isl_assert(ctx, acc->n_must + acc->n_may < acc->max_source, goto error);
126         
127         if (must) {
128                 if (acc->n_may)
129                         acc->source[acc->n_must + acc->n_may] =
130                                 acc->source[acc->n_must];
131                 acc->source[acc->n_must].map = source;
132                 acc->source[acc->n_must].data = source_user;
133                 acc->source[acc->n_must].must = 1;
134                 acc->n_must++;
135         } else {
136                 acc->source[acc->n_must + acc->n_may].map = source;
137                 acc->source[acc->n_must + acc->n_may].data = source_user;
138                 acc->source[acc->n_must + acc->n_may].must = 0;
139                 acc->n_may++;
140         }
141
142         return acc;
143 error:
144         isl_map_free(source);
145         isl_access_info_free(acc);
146         return NULL;
147 }
148
149 /* A temporary structure used while sorting the accesses in an isl_access_info.
150  */
151 struct isl_access_sort_info {
152         struct isl_map          *source_map;
153         void                    *source_data;
154         struct isl_access_info  *acc;
155 };
156
157 /* Return -n, 0 or n (with n a positive value), depending on whether
158  * the source access identified by p1 should be sorted before, together
159  * or after that identified by p2.
160  *
161  * If p1 and p2 share a different number of levels with the sink,
162  * then the one with the lowest number of shared levels should be
163  * sorted first.
164  * If they both share no levels, then the order is irrelevant.
165  * Otherwise, if p1 appears before p2, then it should be sorted first.
166  * For more generic initial schedules, it is possible that neither
167  * p1 nor p2 appears before the other, or at least not in any obvious way.
168  * We therefore also check if p2 appears before p1, in which case p2
169  * should be sorted first.
170  * If not, we try to order the two statements based on the description
171  * of the iteration domains.  This results in an arbitrary, but fairly
172  * stable ordering.
173  */
174 static int access_sort_cmp(const void *p1, const void *p2)
175 {
176         const struct isl_access_sort_info *i1, *i2;
177         int level1, level2;
178         uint32_t h1, h2;
179         i1 = (const struct isl_access_sort_info *) p1;
180         i2 = (const struct isl_access_sort_info *) p2;
181
182         level1 = i1->acc->level_before(i1->source_data, i1->acc->sink.data);
183         level2 = i2->acc->level_before(i2->source_data, i2->acc->sink.data);
184
185         if (level1 != level2 || !level1)
186                 return level1 - level2;
187
188         level1 = i1->acc->level_before(i1->source_data, i2->source_data);
189         if (level1 % 2)
190                 return -1;
191
192         level2 = i1->acc->level_before(i2->source_data, i1->source_data);
193         if (level2 % 2)
194                 return 1;
195
196         h1 = isl_map_get_hash(i1->source_map);
197         h2 = isl_map_get_hash(i2->source_map);
198         return h1 > h2 ? 1 : h1 < h2 ? -1 : 0;
199 }
200
201 /* Sort the must source accesses in order of increasing number of shared
202  * levels with the sink access.
203  * Source accesses with the same number of shared levels are sorted
204  * in their textual order.
205  */
206 static __isl_give isl_access_info *isl_access_info_sort_sources(
207         __isl_take isl_access_info *acc)
208 {
209         int i;
210         isl_ctx *ctx;
211         struct isl_access_sort_info *array;
212
213         if (!acc)
214                 return NULL;
215         if (acc->n_must <= 1)
216                 return acc;
217
218         ctx = isl_map_get_ctx(acc->sink.map);
219         array = isl_alloc_array(ctx, struct isl_access_sort_info, acc->n_must);
220         if (!array)
221                 goto error;
222
223         for (i = 0; i < acc->n_must; ++i) {
224                 array[i].source_map = acc->source[i].map;
225                 array[i].source_data = acc->source[i].data;
226                 array[i].acc = acc;
227         }
228
229         qsort(array, acc->n_must, sizeof(struct isl_access_sort_info),
230                 access_sort_cmp);
231
232         for (i = 0; i < acc->n_must; ++i) {
233                 acc->source[i].map = array[i].source_map;
234                 acc->source[i].data = array[i].source_data;
235         }
236
237         free(array);
238
239         return acc;
240 error:
241         isl_access_info_free(acc);
242         return NULL;
243 }
244
245 /* Align the parameters of the two spaces if needed and then call
246  * isl_space_join.
247  */
248 static __isl_give isl_space *space_align_and_join(__isl_take isl_space *left,
249         __isl_take isl_space *right)
250 {
251         if (isl_space_match(left, isl_dim_param, right, isl_dim_param))
252                 return isl_space_join(left, right);
253
254         left = isl_space_align_params(left, isl_space_copy(right));
255         right = isl_space_align_params(right, isl_space_copy(left));
256         return isl_space_join(left, right);
257 }
258
259 /* Initialize an empty isl_flow structure corresponding to a given
260  * isl_access_info structure.
261  * For each must access, two dependences are created (initialized
262  * to the empty relation), one for the resulting must dependences
263  * and one for the resulting may dependences.  May accesses can
264  * only lead to may dependences, so only one dependence is created
265  * for each of them.
266  * This function is private as isl_flow structures are only supposed
267  * to be created by isl_access_info_compute_flow.
268  */
269 static __isl_give isl_flow *isl_flow_alloc(__isl_keep isl_access_info *acc)
270 {
271         int i;
272         struct isl_ctx *ctx;
273         struct isl_flow *dep;
274
275         if (!acc)
276                 return NULL;
277
278         ctx = isl_map_get_ctx(acc->sink.map);
279         dep = isl_calloc_type(ctx, struct isl_flow);
280         if (!dep)
281                 return NULL;
282
283         dep->dep = isl_calloc_array(ctx, struct isl_labeled_map,
284                                         2 * acc->n_must + acc->n_may);
285         if (!dep->dep)
286                 goto error;
287
288         dep->n_source = 2 * acc->n_must + acc->n_may;
289         for (i = 0; i < acc->n_must; ++i) {
290                 isl_space *dim;
291                 dim = space_align_and_join(
292                         isl_map_get_space(acc->source[i].map),
293                         isl_space_reverse(isl_map_get_space(acc->sink.map)));
294                 dep->dep[2 * i].map = isl_map_empty(dim);
295                 dep->dep[2 * i + 1].map = isl_map_copy(dep->dep[2 * i].map);
296                 dep->dep[2 * i].data = acc->source[i].data;
297                 dep->dep[2 * i + 1].data = acc->source[i].data;
298                 dep->dep[2 * i].must = 1;
299                 dep->dep[2 * i + 1].must = 0;
300                 if (!dep->dep[2 * i].map || !dep->dep[2 * i + 1].map)
301                         goto error;
302         }
303         for (i = acc->n_must; i < acc->n_must + acc->n_may; ++i) {
304                 isl_space *dim;
305                 dim = space_align_and_join(
306                         isl_map_get_space(acc->source[i].map),
307                         isl_space_reverse(isl_map_get_space(acc->sink.map)));
308                 dep->dep[acc->n_must + i].map = isl_map_empty(dim);
309                 dep->dep[acc->n_must + i].data = acc->source[i].data;
310                 dep->dep[acc->n_must + i].must = 0;
311                 if (!dep->dep[acc->n_must + i].map)
312                         goto error;
313         }
314
315         return dep;
316 error:
317         isl_flow_free(dep);
318         return NULL;
319 }
320
321 /* Iterate over all sources and for each resulting flow dependence
322  * that is not empty, call the user specfied function.
323  * The second argument in this function call identifies the source,
324  * while the third argument correspond to the final argument of
325  * the isl_flow_foreach call.
326  */
327 int isl_flow_foreach(__isl_keep isl_flow *deps,
328         int (*fn)(__isl_take isl_map *dep, int must, void *dep_user, void *user),
329         void *user)
330 {
331         int i;
332
333         if (!deps)
334                 return -1;
335
336         for (i = 0; i < deps->n_source; ++i) {
337                 if (isl_map_plain_is_empty(deps->dep[i].map))
338                         continue;
339                 if (fn(isl_map_copy(deps->dep[i].map), deps->dep[i].must,
340                                 deps->dep[i].data, user) < 0)
341                         return -1;
342         }
343
344         return 0;
345 }
346
347 /* Return a copy of the subset of the sink for which no source could be found.
348  */
349 __isl_give isl_map *isl_flow_get_no_source(__isl_keep isl_flow *deps, int must)
350 {
351         if (!deps)
352                 return NULL;
353         
354         if (must)
355                 return isl_set_unwrap(isl_set_copy(deps->must_no_source));
356         else
357                 return isl_set_unwrap(isl_set_copy(deps->may_no_source));
358 }
359
360 void isl_flow_free(__isl_take isl_flow *deps)
361 {
362         int i;
363
364         if (!deps)
365                 return;
366         isl_set_free(deps->must_no_source);
367         isl_set_free(deps->may_no_source);
368         if (deps->dep) {
369                 for (i = 0; i < deps->n_source; ++i)
370                         isl_map_free(deps->dep[i].map);
371                 free(deps->dep);
372         }
373         free(deps);
374 }
375
376 isl_ctx *isl_flow_get_ctx(__isl_keep isl_flow *deps)
377 {
378         return deps ? isl_set_get_ctx(deps->must_no_source) : NULL;
379 }
380
381 /* Return a map that enforces that the domain iteration occurs after
382  * the range iteration at the given level.
383  * If level is odd, then the domain iteration should occur after
384  * the target iteration in their shared level/2 outermost loops.
385  * In this case we simply need to enforce that these outermost
386  * loop iterations are the same.
387  * If level is even, then the loop iterator of the domain should
388  * be greater than the loop iterator of the range at the last
389  * of the level/2 shared loops, i.e., loop level/2 - 1.
390  */
391 static __isl_give isl_map *after_at_level(__isl_take isl_space *dim, int level)
392 {
393         struct isl_basic_map *bmap;
394
395         if (level % 2)
396                 bmap = isl_basic_map_equal(dim, level/2);
397         else
398                 bmap = isl_basic_map_more_at(dim, level/2 - 1);
399
400         return isl_map_from_basic_map(bmap);
401 }
402
403 /* Compute the last iteration of must source j that precedes the sink
404  * at the given level for sink iterations in set_C.
405  * The subset of set_C for which no such iteration can be found is returned
406  * in *empty.
407  */
408 static struct isl_map *last_source(struct isl_access_info *acc, 
409                                     struct isl_set *set_C,
410                                     int j, int level, struct isl_set **empty)
411 {
412         struct isl_map *read_map;
413         struct isl_map *write_map;
414         struct isl_map *dep_map;
415         struct isl_map *after;
416         struct isl_map *result;
417
418         read_map = isl_map_copy(acc->sink.map);
419         write_map = isl_map_copy(acc->source[j].map);
420         write_map = isl_map_reverse(write_map);
421         dep_map = isl_map_apply_range(read_map, write_map);
422         after = after_at_level(isl_map_get_space(dep_map), level);
423         dep_map = isl_map_intersect(dep_map, after);
424         result = isl_map_partial_lexmax(dep_map, set_C, empty);
425         result = isl_map_reverse(result);
426
427         return result;
428 }
429
430 /* For a given mapping between iterations of must source j and iterations
431  * of the sink, compute the last iteration of must source k preceding
432  * the sink at level before_level for any of the sink iterations,
433  * but following the corresponding iteration of must source j at level
434  * after_level.
435  */
436 static struct isl_map *last_later_source(struct isl_access_info *acc,
437                                          struct isl_map *old_map,
438                                          int j, int before_level,
439                                          int k, int after_level,
440                                          struct isl_set **empty)
441 {
442         isl_space *dim;
443         struct isl_set *set_C;
444         struct isl_map *read_map;
445         struct isl_map *write_map;
446         struct isl_map *dep_map;
447         struct isl_map *after_write;
448         struct isl_map *before_read;
449         struct isl_map *result;
450
451         set_C = isl_map_range(isl_map_copy(old_map));
452         read_map = isl_map_copy(acc->sink.map);
453         write_map = isl_map_copy(acc->source[k].map);
454
455         write_map = isl_map_reverse(write_map);
456         dep_map = isl_map_apply_range(read_map, write_map);
457         dim = space_align_and_join(isl_map_get_space(acc->source[k].map),
458                     isl_space_reverse(isl_map_get_space(acc->source[j].map)));
459         after_write = after_at_level(dim, after_level);
460         after_write = isl_map_apply_range(after_write, old_map);
461         after_write = isl_map_reverse(after_write);
462         dep_map = isl_map_intersect(dep_map, after_write);
463         before_read = after_at_level(isl_map_get_space(dep_map), before_level);
464         dep_map = isl_map_intersect(dep_map, before_read);
465         result = isl_map_partial_lexmax(dep_map, set_C, empty);
466         result = isl_map_reverse(result);
467
468         return result;
469 }
470
471 /* Given a shared_level between two accesses, return 1 if the
472  * the first can precede the second at the requested target_level.
473  * If the target level is odd, i.e., refers to a statement level
474  * dimension, then first needs to precede second at the requested
475  * level, i.e., shared_level must be equal to target_level.
476  * If the target level is odd, then the two loops should share
477  * at least the requested number of outer loops.
478  */
479 static int can_precede_at_level(int shared_level, int target_level)
480 {
481         if (shared_level < target_level)
482                 return 0;
483         if ((target_level % 2) && shared_level > target_level)
484                 return 0;
485         return 1;
486 }
487
488 /* Given a possible flow dependence temp_rel[j] between source j and the sink
489  * at level sink_level, remove those elements for which
490  * there is an iteration of another source k < j that is closer to the sink.
491  * The flow dependences temp_rel[k] are updated with the improved sources.
492  * Any improved source needs to precede the sink at the same level
493  * and needs to follow source j at the same or a deeper level.
494  * The lower this level, the later the execution date of source k.
495  * We therefore consider lower levels first.
496  *
497  * If temp_rel[j] is empty, then there can be no improvement and
498  * we return immediately.
499  */
500 static int intermediate_sources(__isl_keep isl_access_info *acc,
501         struct isl_map **temp_rel, int j, int sink_level)
502 {
503         int k, level;
504         int depth = 2 * isl_map_dim(acc->source[j].map, isl_dim_in) + 1;
505
506         if (isl_map_plain_is_empty(temp_rel[j]))
507                 return 0;
508
509         for (k = j - 1; k >= 0; --k) {
510                 int plevel, plevel2;
511                 plevel = acc->level_before(acc->source[k].data, acc->sink.data);
512                 if (!can_precede_at_level(plevel, sink_level))
513                         continue;
514
515                 plevel2 = acc->level_before(acc->source[j].data,
516                                                 acc->source[k].data);
517
518                 for (level = sink_level; level <= depth; ++level) {
519                         struct isl_map *T;
520                         struct isl_set *trest;
521                         struct isl_map *copy;
522
523                         if (!can_precede_at_level(plevel2, level))
524                                 continue;
525
526                         copy = isl_map_copy(temp_rel[j]);
527                         T = last_later_source(acc, copy, j, sink_level, k,
528                                               level, &trest);
529                         if (isl_map_plain_is_empty(T)) {
530                                 isl_set_free(trest);
531                                 isl_map_free(T);
532                                 continue;
533                         }
534                         temp_rel[j] = isl_map_intersect_range(temp_rel[j], trest);
535                         temp_rel[k] = isl_map_union_disjoint(temp_rel[k], T);
536                 }
537         }
538
539         return 0;
540 }
541
542 /* Compute all iterations of may source j that precedes the sink at the given
543  * level for sink iterations in set_C.
544  */
545 static __isl_give isl_map *all_sources(__isl_keep isl_access_info *acc,
546                                     __isl_take isl_set *set_C, int j, int level)
547 {
548         isl_map *read_map;
549         isl_map *write_map;
550         isl_map *dep_map;
551         isl_map *after;
552
553         read_map = isl_map_copy(acc->sink.map);
554         read_map = isl_map_intersect_domain(read_map, set_C);
555         write_map = isl_map_copy(acc->source[acc->n_must + j].map);
556         write_map = isl_map_reverse(write_map);
557         dep_map = isl_map_apply_range(read_map, write_map);
558         after = after_at_level(isl_map_get_space(dep_map), level);
559         dep_map = isl_map_intersect(dep_map, after);
560
561         return isl_map_reverse(dep_map);
562 }
563
564 /* For a given mapping between iterations of must source k and iterations
565  * of the sink, compute the all iteration of may source j preceding
566  * the sink at level before_level for any of the sink iterations,
567  * but following the corresponding iteration of must source k at level
568  * after_level.
569  */
570 static __isl_give isl_map *all_later_sources(__isl_keep isl_access_info *acc,
571         __isl_keep isl_map *old_map,
572         int j, int before_level, int k, int after_level)
573 {
574         isl_space *dim;
575         isl_set *set_C;
576         isl_map *read_map;
577         isl_map *write_map;
578         isl_map *dep_map;
579         isl_map *after_write;
580         isl_map *before_read;
581
582         set_C = isl_map_range(isl_map_copy(old_map));
583         read_map = isl_map_copy(acc->sink.map);
584         read_map = isl_map_intersect_domain(read_map, set_C);
585         write_map = isl_map_copy(acc->source[acc->n_must + j].map);
586
587         write_map = isl_map_reverse(write_map);
588         dep_map = isl_map_apply_range(read_map, write_map);
589         dim = isl_space_join(isl_map_get_space(acc->source[acc->n_must + j].map),
590                     isl_space_reverse(isl_map_get_space(acc->source[k].map)));
591         after_write = after_at_level(dim, after_level);
592         after_write = isl_map_apply_range(after_write, old_map);
593         after_write = isl_map_reverse(after_write);
594         dep_map = isl_map_intersect(dep_map, after_write);
595         before_read = after_at_level(isl_map_get_space(dep_map), before_level);
596         dep_map = isl_map_intersect(dep_map, before_read);
597         return isl_map_reverse(dep_map);
598 }
599
600 /* Given the must and may dependence relations for the must accesses
601  * for level sink_level, check if there are any accesses of may access j
602  * that occur in between and return their union.
603  * If some of these accesses are intermediate with respect to
604  * (previously thought to be) must dependences, then these
605  * must dependences are turned into may dependences.
606  */
607 static __isl_give isl_map *all_intermediate_sources(
608         __isl_keep isl_access_info *acc, __isl_take isl_map *map,
609         struct isl_map **must_rel, struct isl_map **may_rel,
610         int j, int sink_level)
611 {
612         int k, level;
613         int depth = 2 * isl_map_dim(acc->source[acc->n_must + j].map,
614                                         isl_dim_in) + 1;
615
616         for (k = 0; k < acc->n_must; ++k) {
617                 int plevel;
618
619                 if (isl_map_plain_is_empty(may_rel[k]) &&
620                     isl_map_plain_is_empty(must_rel[k]))
621                         continue;
622
623                 plevel = acc->level_before(acc->source[k].data,
624                                         acc->source[acc->n_must + j].data);
625
626                 for (level = sink_level; level <= depth; ++level) {
627                         isl_map *T;
628                         isl_map *copy;
629                         isl_set *ran;
630
631                         if (!can_precede_at_level(plevel, level))
632                                 continue;
633
634                         copy = isl_map_copy(may_rel[k]);
635                         T = all_later_sources(acc, copy, j, sink_level, k, level);
636                         map = isl_map_union(map, T);
637
638                         copy = isl_map_copy(must_rel[k]);
639                         T = all_later_sources(acc, copy, j, sink_level, k, level);
640                         ran = isl_map_range(isl_map_copy(T));
641                         map = isl_map_union(map, T);
642                         may_rel[k] = isl_map_union_disjoint(may_rel[k],
643                             isl_map_intersect_range(isl_map_copy(must_rel[k]),
644                                                     isl_set_copy(ran)));
645                         T = isl_map_from_domain_and_range(
646                             isl_set_universe(
647                                 isl_space_domain(isl_map_get_space(must_rel[k]))),
648                             ran);
649                         must_rel[k] = isl_map_subtract(must_rel[k], T);
650                 }
651         }
652
653         return map;
654 }
655
656 /* Compute dependences for the case where all accesses are "may"
657  * accesses, which boils down to computing memory based dependences.
658  * The generic algorithm would also work in this case, but it would
659  * be overkill to use it.
660  */
661 static __isl_give isl_flow *compute_mem_based_dependences(
662         __isl_take isl_access_info *acc)
663 {
664         int i;
665         isl_set *mustdo;
666         isl_set *maydo;
667         isl_flow *res;
668
669         res = isl_flow_alloc(acc);
670         if (!res)
671                 goto error;
672
673         mustdo = isl_map_domain(isl_map_copy(acc->sink.map));
674         maydo = isl_set_copy(mustdo);
675
676         for (i = 0; i < acc->n_may; ++i) {
677                 int plevel;
678                 int is_before;
679                 isl_space *dim;
680                 isl_map *before;
681                 isl_map *dep;
682
683                 plevel = acc->level_before(acc->source[i].data, acc->sink.data);
684                 is_before = plevel & 1;
685                 plevel >>= 1;
686
687                 dim = isl_map_get_space(res->dep[i].map);
688                 if (is_before)
689                         before = isl_map_lex_le_first(dim, plevel);
690                 else
691                         before = isl_map_lex_lt_first(dim, plevel);
692                 dep = isl_map_apply_range(isl_map_copy(acc->source[i].map),
693                         isl_map_reverse(isl_map_copy(acc->sink.map)));
694                 dep = isl_map_intersect(dep, before);
695                 mustdo = isl_set_subtract(mustdo,
696                                             isl_map_range(isl_map_copy(dep)));
697                 res->dep[i].map = isl_map_union(res->dep[i].map, dep);
698         }
699
700         res->may_no_source = isl_set_subtract(maydo, isl_set_copy(mustdo));
701         res->must_no_source = mustdo;
702
703         isl_access_info_free(acc);
704
705         return res;
706 error:
707         isl_access_info_free(acc);
708         return NULL;
709 }
710
711 /* Compute dependences for the case where there is at least one
712  * "must" access.
713  *
714  * The core algorithm considers all levels in which a source may precede
715  * the sink, where a level may either be a statement level or a loop level.
716  * The outermost statement level is 1, the first loop level is 2, etc...
717  * The algorithm basically does the following:
718  * for all levels l of the read access from innermost to outermost
719  *      for all sources w that may precede the sink access at that level
720  *          compute the last iteration of the source that precedes the sink access
721  *                                          at that level
722  *          add result to possible last accesses at level l of source w
723  *          for all sources w2 that we haven't considered yet at this level that may
724  *                                          also precede the sink access
725  *              for all levels l2 of w from l to innermost
726  *                  for all possible last accesses dep of w at l
727  *                      compute last iteration of w2 between the source and sink
728  *                                                              of dep
729  *                      add result to possible last accesses at level l of write w2
730  *                      and replace possible last accesses dep by the remainder
731  *
732  *
733  * The above algorithm is applied to the must access.  During the course
734  * of the algorithm, we keep track of sink iterations that still
735  * need to be considered.  These iterations are split into those that
736  * haven't been matched to any source access (mustdo) and those that have only
737  * been matched to may accesses (maydo).
738  * At the end of each level, we also consider the may accesses.
739  * In particular, we consider may accesses that precede the remaining
740  * sink iterations, moving elements from mustdo to maydo when appropriate,
741  * and may accesses that occur between a must source and a sink of any 
742  * dependences found at the current level, turning must dependences into
743  * may dependences when appropriate.
744  * 
745  */
746 static __isl_give isl_flow *compute_val_based_dependences(
747         __isl_take isl_access_info *acc)
748 {
749         isl_ctx *ctx;
750         isl_flow *res;
751         isl_set *mustdo = NULL;
752         isl_set *maydo = NULL;
753         int level, j;
754         int depth;
755         isl_map **must_rel = NULL;
756         isl_map **may_rel = NULL;
757
758         acc = isl_access_info_sort_sources(acc);
759         if (!acc)
760                 return NULL;
761
762         res = isl_flow_alloc(acc);
763         if (!res)
764                 goto error;
765         ctx = isl_map_get_ctx(acc->sink.map);
766
767         depth = 2 * isl_map_dim(acc->sink.map, isl_dim_in) + 1;
768         mustdo = isl_map_domain(isl_map_copy(acc->sink.map));
769         maydo = isl_set_empty_like(mustdo);
770         if (!mustdo || !maydo)
771                 goto error;
772         if (isl_set_plain_is_empty(mustdo))
773                 goto done;
774
775         must_rel = isl_alloc_array(ctx, struct isl_map *, acc->n_must);
776         may_rel = isl_alloc_array(ctx, struct isl_map *, acc->n_must);
777         if (!must_rel || !may_rel)
778                 goto error;
779
780         for (level = depth; level >= 1; --level) {
781                 for (j = acc->n_must-1; j >=0; --j) {
782                         must_rel[j] = isl_map_empty_like(res->dep[j].map);
783                         may_rel[j] = isl_map_copy(must_rel[j]);
784                 }
785
786                 for (j = acc->n_must - 1; j >= 0; --j) {
787                         struct isl_map *T;
788                         struct isl_set *rest;
789                         int plevel;
790
791                         plevel = acc->level_before(acc->source[j].data,
792                                                      acc->sink.data);
793                         if (!can_precede_at_level(plevel, level))
794                                 continue;
795
796                         T = last_source(acc, mustdo, j, level, &rest);
797                         must_rel[j] = isl_map_union_disjoint(must_rel[j], T);
798                         mustdo = rest;
799
800                         intermediate_sources(acc, must_rel, j, level);
801
802                         T = last_source(acc, maydo, j, level, &rest);
803                         may_rel[j] = isl_map_union_disjoint(may_rel[j], T);
804                         maydo = rest;
805
806                         intermediate_sources(acc, may_rel, j, level);
807
808                         if (isl_set_plain_is_empty(mustdo) &&
809                             isl_set_plain_is_empty(maydo))
810                                 break;
811                 }
812                 for (j = j - 1; j >= 0; --j) {
813                         int plevel;
814
815                         plevel = acc->level_before(acc->source[j].data,
816                                                      acc->sink.data);
817                         if (!can_precede_at_level(plevel, level))
818                                 continue;
819
820                         intermediate_sources(acc, must_rel, j, level);
821                         intermediate_sources(acc, may_rel, j, level);
822                 }
823
824                 for (j = 0; j < acc->n_may; ++j) {
825                         int plevel;
826                         isl_map *T;
827                         isl_set *ran;
828
829                         plevel = acc->level_before(acc->source[acc->n_must + j].data,
830                                                      acc->sink.data);
831                         if (!can_precede_at_level(plevel, level))
832                                 continue;
833
834                         T = all_sources(acc, isl_set_copy(maydo), j, level);
835                         res->dep[2 * acc->n_must + j].map =
836                             isl_map_union(res->dep[2 * acc->n_must + j].map, T);
837                         T = all_sources(acc, isl_set_copy(mustdo), j, level);
838                         ran = isl_map_range(isl_map_copy(T));
839                         res->dep[2 * acc->n_must + j].map =
840                             isl_map_union(res->dep[2 * acc->n_must + j].map, T);
841                         mustdo = isl_set_subtract(mustdo, isl_set_copy(ran));
842                         maydo = isl_set_union_disjoint(maydo, ran);
843
844                         T = res->dep[2 * acc->n_must + j].map;
845                         T = all_intermediate_sources(acc, T, must_rel, may_rel,
846                                                         j, level);
847                         res->dep[2 * acc->n_must + j].map = T;
848                 }
849
850                 for (j = acc->n_must - 1; j >= 0; --j) {
851                         res->dep[2 * j].map =
852                                 isl_map_union_disjoint(res->dep[2 * j].map,
853                                                              must_rel[j]);
854                         res->dep[2 * j + 1].map =
855                                 isl_map_union_disjoint(res->dep[2 * j + 1].map,
856                                                              may_rel[j]);
857                 }
858
859                 if (isl_set_plain_is_empty(mustdo) &&
860                     isl_set_plain_is_empty(maydo))
861                         break;
862         }
863
864         free(must_rel);
865         free(may_rel);
866 done:
867         res->must_no_source = mustdo;
868         res->may_no_source = maydo;
869         isl_access_info_free(acc);
870         return res;
871 error:
872         isl_access_info_free(acc);
873         isl_flow_free(res);
874         isl_set_free(mustdo);
875         isl_set_free(maydo);
876         free(must_rel);
877         free(may_rel);
878         return NULL;
879 }
880
881 /* Given a "sink" access, a list of n "source" accesses,
882  * compute for each iteration of the sink access
883  * and for each element accessed by that iteration,
884  * the source access in the list that last accessed the
885  * element accessed by the sink access before this sink access.
886  * Each access is given as a map from the loop iterators
887  * to the array indices.
888  * The result is a list of n relations between source and sink
889  * iterations and a subset of the domain of the sink access,
890  * corresponding to those iterations that access an element
891  * not previously accessed.
892  *
893  * To deal with multi-valued sink access relations, the sink iteration
894  * domain is first extended with dimensions that correspond to the data
895  * space.  After the computation is finished, these extra dimensions are
896  * projected out again.
897  */
898 __isl_give isl_flow *isl_access_info_compute_flow(__isl_take isl_access_info *acc)
899 {
900         int j;
901         struct isl_flow *res;
902         isl_map *domain_map = NULL;
903
904         if (!acc)
905                 return NULL;
906
907         domain_map = isl_map_domain_map(isl_map_copy(acc->sink.map));
908         acc->sink.map = isl_map_range_map(acc->sink.map);
909         if (!acc->sink.map)
910                 goto error;
911
912         if (acc->n_must == 0)
913                 res = compute_mem_based_dependences(acc);
914         else
915                 res = compute_val_based_dependences(acc);
916         if (!res)
917                 goto error2;
918
919         for (j = 0; j < res->n_source; ++j) {
920                 res->dep[j].map = isl_map_apply_range(res->dep[j].map,
921                                         isl_map_copy(domain_map));
922                 if (!res->dep[j].map)
923                         goto error2;
924         }
925         if (!res->must_no_source || !res->may_no_source)
926                 goto error2;
927
928         isl_map_free(domain_map);
929         return res;
930 error:
931         isl_map_free(domain_map);
932         isl_access_info_free(acc);
933         return NULL;
934 error2:
935         isl_map_free(domain_map);
936         isl_flow_free(res);
937         return NULL;
938 }
939
940
941 /* Keep track of some information about a schedule for a given
942  * access.  In particular, keep track of which dimensions
943  * have a constant value and of the actual constant values.
944  */
945 struct isl_sched_info {
946         int *is_cst;
947         isl_vec *cst;
948 };
949
950 static void sched_info_free(__isl_take struct isl_sched_info *info)
951 {
952         if (!info)
953                 return;
954         isl_vec_free(info->cst);
955         free(info->is_cst);
956         free(info);
957 }
958
959 /* Extract information on the constant dimensions of the schedule
960  * for a given access.  The "map" is of the form
961  *
962  *      [S -> D] -> A
963  *
964  * with S the schedule domain, D the iteration domain and A the data domain.
965  */
966 static __isl_give struct isl_sched_info *sched_info_alloc(
967         __isl_keep isl_map *map)
968 {
969         isl_ctx *ctx;
970         isl_space *dim;
971         struct isl_sched_info *info;
972         int i, n;
973
974         if (!map)
975                 return NULL;
976
977         dim = isl_space_unwrap(isl_space_domain(isl_map_get_space(map)));
978         if (!dim)
979                 return NULL;
980         n = isl_space_dim(dim, isl_dim_in);
981         isl_space_free(dim);
982
983         ctx = isl_map_get_ctx(map);
984         info = isl_alloc_type(ctx, struct isl_sched_info);
985         if (!info)
986                 return NULL;
987         info->is_cst = isl_alloc_array(ctx, int, n);
988         info->cst = isl_vec_alloc(ctx, n);
989         if (!info->is_cst || !info->cst)
990                 goto error;
991
992         for (i = 0; i < n; ++i)
993                 info->is_cst[i] = isl_map_plain_is_fixed(map, isl_dim_in, i,
994                                                         &info->cst->el[i]);
995
996         return info;
997 error:
998         sched_info_free(info);
999         return NULL;
1000 }
1001
1002 struct isl_compute_flow_data {
1003         isl_union_map *must_source;
1004         isl_union_map *may_source;
1005         isl_union_map *must_dep;
1006         isl_union_map *may_dep;
1007         isl_union_map *must_no_source;
1008         isl_union_map *may_no_source;
1009
1010         int count;
1011         int must;
1012         isl_space *dim;
1013         struct isl_sched_info *sink_info;
1014         struct isl_sched_info **source_info;
1015         isl_access_info *accesses;
1016 };
1017
1018 static int count_matching_array(__isl_take isl_map *map, void *user)
1019 {
1020         int eq;
1021         isl_space *dim;
1022         struct isl_compute_flow_data *data;
1023
1024         data = (struct isl_compute_flow_data *)user;
1025
1026         dim = isl_space_range(isl_map_get_space(map));
1027
1028         eq = isl_space_is_equal(dim, data->dim);
1029
1030         isl_space_free(dim);
1031         isl_map_free(map);
1032
1033         if (eq < 0)
1034                 return -1;
1035         if (eq)
1036                 data->count++;
1037
1038         return 0;
1039 }
1040
1041 static int collect_matching_array(__isl_take isl_map *map, void *user)
1042 {
1043         int eq;
1044         isl_space *dim;
1045         struct isl_sched_info *info;
1046         struct isl_compute_flow_data *data;
1047
1048         data = (struct isl_compute_flow_data *)user;
1049
1050         dim = isl_space_range(isl_map_get_space(map));
1051
1052         eq = isl_space_is_equal(dim, data->dim);
1053
1054         isl_space_free(dim);
1055
1056         if (eq < 0)
1057                 goto error;
1058         if (!eq) {
1059                 isl_map_free(map);
1060                 return 0;
1061         }
1062
1063         info = sched_info_alloc(map);
1064         data->source_info[data->count] = info;
1065
1066         data->accesses = isl_access_info_add_source(data->accesses,
1067                                                     map, data->must, info);
1068
1069         data->count++;
1070
1071         return 0;
1072 error:
1073         isl_map_free(map);
1074         return -1;
1075 }
1076
1077 /* Determine the shared nesting level and the "textual order" of
1078  * the given accesses.
1079  *
1080  * We first determine the minimal schedule dimension for both accesses.
1081  *
1082  * If among those dimensions, we can find one where both have a fixed
1083  * value and if moreover those values are different, then the previous
1084  * dimension is the last shared nesting level and the textual order
1085  * is determined based on the order of the fixed values.
1086  * If no such fixed values can be found, then we set the shared
1087  * nesting level to the minimal schedule dimension, with no textual ordering.
1088  */
1089 static int before(void *first, void *second)
1090 {
1091         struct isl_sched_info *info1 = first;
1092         struct isl_sched_info *info2 = second;
1093         int n1, n2;
1094         int i;
1095
1096         n1 = info1->cst->size;
1097         n2 = info2->cst->size;
1098
1099         if (n2 < n1)
1100                 n1 = n2;
1101
1102         for (i = 0; i < n1; ++i) {
1103                 if (!info1->is_cst[i])
1104                         continue;
1105                 if (!info2->is_cst[i])
1106                         continue;
1107                 if (isl_int_eq(info1->cst->el[i], info2->cst->el[i]))
1108                         continue;
1109                 return 2 * i + isl_int_lt(info1->cst->el[i], info2->cst->el[i]);
1110         }
1111
1112         return 2 * n1;
1113 }
1114
1115 /* Given a sink access, look for all the source accesses that access
1116  * the same array and perform dataflow analysis on them using
1117  * isl_access_info_compute_flow.
1118  */
1119 static int compute_flow(__isl_take isl_map *map, void *user)
1120 {
1121         int i;
1122         isl_ctx *ctx;
1123         struct isl_compute_flow_data *data;
1124         isl_flow *flow;
1125
1126         data = (struct isl_compute_flow_data *)user;
1127
1128         ctx = isl_map_get_ctx(map);
1129
1130         data->accesses = NULL;
1131         data->sink_info = NULL;
1132         data->source_info = NULL;
1133         data->count = 0;
1134         data->dim = isl_space_range(isl_map_get_space(map));
1135
1136         if (isl_union_map_foreach_map(data->must_source,
1137                                         &count_matching_array, data) < 0)
1138                 goto error;
1139         if (isl_union_map_foreach_map(data->may_source,
1140                                         &count_matching_array, data) < 0)
1141                 goto error;
1142
1143         data->sink_info = sched_info_alloc(map);
1144         data->source_info = isl_calloc_array(ctx, struct isl_sched_info *,
1145                                              data->count);
1146
1147         data->accesses = isl_access_info_alloc(isl_map_copy(map),
1148                                 data->sink_info, &before, data->count);
1149         if (!data->sink_info || !data->source_info || !data->accesses)
1150                 goto error;
1151         data->count = 0;
1152         data->must = 1;
1153         if (isl_union_map_foreach_map(data->must_source,
1154                                         &collect_matching_array, data) < 0)
1155                 goto error;
1156         data->must = 0;
1157         if (isl_union_map_foreach_map(data->may_source,
1158                                         &collect_matching_array, data) < 0)
1159                 goto error;
1160
1161         flow = isl_access_info_compute_flow(data->accesses);
1162         data->accesses = NULL;
1163
1164         if (!flow)
1165                 goto error;
1166
1167         data->must_no_source = isl_union_map_union(data->must_no_source,
1168                     isl_union_map_from_map(isl_flow_get_no_source(flow, 1)));
1169         data->may_no_source = isl_union_map_union(data->may_no_source,
1170                     isl_union_map_from_map(isl_flow_get_no_source(flow, 0)));
1171
1172         for (i = 0; i < flow->n_source; ++i) {
1173                 isl_union_map *dep;
1174                 dep = isl_union_map_from_map(isl_map_copy(flow->dep[i].map));
1175                 if (flow->dep[i].must)
1176                         data->must_dep = isl_union_map_union(data->must_dep, dep);
1177                 else
1178                         data->may_dep = isl_union_map_union(data->may_dep, dep);
1179         }
1180
1181         isl_flow_free(flow);
1182
1183         sched_info_free(data->sink_info);
1184         if (data->source_info) {
1185                 for (i = 0; i < data->count; ++i)
1186                         sched_info_free(data->source_info[i]);
1187                 free(data->source_info);
1188         }
1189         isl_space_free(data->dim);
1190         isl_map_free(map);
1191
1192         return 0;
1193 error:
1194         isl_access_info_free(data->accesses);
1195         sched_info_free(data->sink_info);
1196         if (data->source_info) {
1197                 for (i = 0; i < data->count; ++i)
1198                         sched_info_free(data->source_info[i]);
1199                 free(data->source_info);
1200         }
1201         isl_space_free(data->dim);
1202         isl_map_free(map);
1203
1204         return -1;
1205 }
1206
1207 /* Given a collection of "sink" and "source" accesses,
1208  * compute for each iteration of a sink access
1209  * and for each element accessed by that iteration,
1210  * the source access in the list that last accessed the
1211  * element accessed by the sink access before this sink access.
1212  * Each access is given as a map from the loop iterators
1213  * to the array indices.
1214  * The result is a relations between source and sink
1215  * iterations and a subset of the domain of the sink accesses,
1216  * corresponding to those iterations that access an element
1217  * not previously accessed.
1218  *
1219  * We first prepend the schedule dimensions to the domain
1220  * of the accesses so that we can easily compare their relative order.
1221  * Then we consider each sink access individually in compute_flow.
1222  */
1223 int isl_union_map_compute_flow(__isl_take isl_union_map *sink,
1224         __isl_take isl_union_map *must_source,
1225         __isl_take isl_union_map *may_source,
1226         __isl_take isl_union_map *schedule,
1227         __isl_give isl_union_map **must_dep, __isl_give isl_union_map **may_dep,
1228         __isl_give isl_union_map **must_no_source,
1229         __isl_give isl_union_map **may_no_source)
1230 {
1231         isl_space *dim;
1232         isl_union_map *range_map = NULL;
1233         struct isl_compute_flow_data data;
1234
1235         sink = isl_union_map_align_params(sink,
1236                                             isl_union_map_get_space(must_source));
1237         sink = isl_union_map_align_params(sink,
1238                                             isl_union_map_get_space(may_source));
1239         sink = isl_union_map_align_params(sink,
1240                                             isl_union_map_get_space(schedule));
1241         dim = isl_union_map_get_space(sink);
1242         must_source = isl_union_map_align_params(must_source, isl_space_copy(dim));
1243         may_source = isl_union_map_align_params(may_source, isl_space_copy(dim));
1244         schedule = isl_union_map_align_params(schedule, isl_space_copy(dim));
1245
1246         schedule = isl_union_map_reverse(schedule);
1247         range_map = isl_union_map_range_map(schedule);
1248         schedule = isl_union_map_reverse(isl_union_map_copy(range_map));
1249         sink = isl_union_map_apply_domain(sink, isl_union_map_copy(schedule));
1250         must_source = isl_union_map_apply_domain(must_source,
1251                                                 isl_union_map_copy(schedule));
1252         may_source = isl_union_map_apply_domain(may_source, schedule);
1253
1254         data.must_source = must_source;
1255         data.may_source = may_source;
1256         data.must_dep = must_dep ?
1257                 isl_union_map_empty(isl_space_copy(dim)) : NULL;
1258         data.may_dep = may_dep ? isl_union_map_empty(isl_space_copy(dim)) : NULL;
1259         data.must_no_source = must_no_source ?
1260                 isl_union_map_empty(isl_space_copy(dim)) : NULL;
1261         data.may_no_source = may_no_source ?
1262                 isl_union_map_empty(isl_space_copy(dim)) : NULL;
1263
1264         isl_space_free(dim);
1265
1266         if (isl_union_map_foreach_map(sink, &compute_flow, &data) < 0)
1267                 goto error;
1268
1269         isl_union_map_free(sink);
1270         isl_union_map_free(must_source);
1271         isl_union_map_free(may_source);
1272
1273         if (must_dep) {
1274                 data.must_dep = isl_union_map_apply_domain(data.must_dep,
1275                                         isl_union_map_copy(range_map));
1276                 data.must_dep = isl_union_map_apply_range(data.must_dep,
1277                                         isl_union_map_copy(range_map));
1278                 *must_dep = data.must_dep;
1279         }
1280         if (may_dep) {
1281                 data.may_dep = isl_union_map_apply_domain(data.may_dep,
1282                                         isl_union_map_copy(range_map));
1283                 data.may_dep = isl_union_map_apply_range(data.may_dep,
1284                                         isl_union_map_copy(range_map));
1285                 *may_dep = data.may_dep;
1286         }
1287         if (must_no_source) {
1288                 data.must_no_source = isl_union_map_apply_domain(
1289                         data.must_no_source, isl_union_map_copy(range_map));
1290                 *must_no_source = data.must_no_source;
1291         }
1292         if (may_no_source) {
1293                 data.may_no_source = isl_union_map_apply_domain(
1294                         data.may_no_source, isl_union_map_copy(range_map));
1295                 *may_no_source = data.may_no_source;
1296         }
1297
1298         isl_union_map_free(range_map);
1299
1300         return 0;
1301 error:
1302         isl_union_map_free(range_map);
1303         isl_union_map_free(sink);
1304         isl_union_map_free(must_source);
1305         isl_union_map_free(may_source);
1306         isl_union_map_free(data.must_dep);
1307         isl_union_map_free(data.may_dep);
1308         isl_union_map_free(data.must_no_source);
1309         isl_union_map_free(data.may_no_source);
1310
1311         if (must_dep)
1312                 *must_dep = NULL;
1313         if (may_dep)
1314                 *may_dep = NULL;
1315         if (must_no_source)
1316                 *must_no_source = NULL;
1317         if (may_no_source)
1318                 *may_no_source = NULL;
1319         return -1;
1320 }