; LLVM IR from BrunoLevy/learn-fpga :: FemtoRV/TUTORIALS/FROM_BLINKER_TO_RISCV/FIRMWARE/COREMARK (core_matrix)

; Unoptimized IR (clang -disable-llvm-passes):
target datalayout = "e-m:e-p270:32:32-p271:32:32-p272:64:64-i64:64-i128:128-f80:128-n8:16:32:64-S128"
target triple = "x86_64-unknown-linux-gnu"

; Function Attrs: nocallback nofree nosync nounwind willreturn memory(argmem: readwrite)
declare void @llvm.lifetime.start.p0(i64 immarg, ptr nocapture) #0

; Function Attrs: nocallback nofree nosync nounwind willreturn memory(argmem: readwrite)
declare void @llvm.lifetime.end.p0(i64 immarg, ptr nocapture) #0

; Function Attrs: nounwind uwtable
define dso_local void @matrix_mul_const(i32 noundef %0, ptr noundef %1, ptr noundef %2, i16 noundef signext %3) #1 {
  %5 = alloca i32, align 4
  %6 = alloca ptr, align 8
  %7 = alloca ptr, align 8
  %8 = alloca i16, align 2
  %9 = alloca i32, align 4
  %10 = alloca i32, align 4
  store i32 %0, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  store ptr %1, ptr %6, align 8, !tbaa !9
  store ptr %2, ptr %7, align 8, !tbaa !9
  store i16 %3, ptr %8, align 2, !tbaa !11
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %9) #2
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %10) #2
  store i32 0, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  br label %11

11:                                               ; preds = %46, %4
  %12 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %13 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %14 = icmp ult i32 %12, %13
  br i1 %14, label %15, label %49

15:                                               ; preds = %11
  store i32 0, ptr %10, align 4, !tbaa !5
  br label %16

16:                                               ; preds = %42, %15
  %17 = load i32, ptr %10, align 4, !tbaa !5
  %18 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %19 = icmp ult i32 %17, %18
  br i1 %19, label %20, label %45

20:                                               ; preds = %16
  %21 = load ptr, ptr %7, align 8, !tbaa !9
  %22 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %23 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %24 = mul i32 %22, %23
  %25 = load i32, ptr %10, align 4, !tbaa !5
  %26 = add i32 %24, %25
  %27 = zext i32 %26 to i64
  %28 = getelementptr inbounds i16, ptr %21, i64 %27
  %29 = load i16, ptr %28, align 2, !tbaa !11
  %30 = sext i16 %29 to i32
  %31 = load i16, ptr %8, align 2, !tbaa !11
  %32 = sext i16 %31 to i32
  %33 = mul nsw i32 %30, %32
  %34 = load ptr, ptr %6, align 8, !tbaa !9
  %35 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %36 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %37 = mul i32 %35, %36
  %38 = load i32, ptr %10, align 4, !tbaa !5
  %39 = add i32 %37, %38
  %40 = zext i32 %39 to i64
  %41 = getelementptr inbounds i32, ptr %34, i64 %40
  store i32 %33, ptr %41, align 4, !tbaa !5
  br label %42

42:                                               ; preds = %20
  %43 = load i32, ptr %10, align 4, !tbaa !5
  %44 = add i32 %43, 1
  store i32 %44, ptr %10, align 4, !tbaa !5
  br label %16, !llvm.loop !13

45:                                               ; preds = %16
  br label %46

46:                                               ; preds = %45
  %47 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %48 = add i32 %47, 1
  store i32 %48, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  br label %11, !llvm.loop !15

49:                                               ; preds = %11
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %10) #2
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %9) #2
  ret void
}

attributes #0 = { nocallback nofree nosync nounwind willreturn memory(argmem: readwrite) }
attributes #1 = { nounwind uwtable "min-legal-vector-width"="0" "no-trapping-math"="true" "stack-protector-buffer-size"="8" "target-cpu"="x86-64" "target-features"="+cmov,+cx8,+fxsr,+mmx,+sse,+sse2,+x87" "tune-cpu"="generic" }
attributes #2 = { nounwind }

!llvm.module.flags = !{!0, !1, !2, !3}
!llvm.ident = !{!4}

!0 = !{i32 1, !"wchar_size", i32 4}
!1 = !{i32 8, !"PIC Level", i32 2}
!2 = !{i32 7, !"PIE Level", i32 2}
!3 = !{i32 7, !"uwtable", i32 2}
!4 = !{!"clang version 19.1.0 (git@github.com:llvm/llvm-project.git a4bf6cd7cfb1a1421ba92bca9d017b49936c55e4)"}
!5 = !{!6, !6, i64 0}
!6 = !{!"int", !7, i64 0}
!7 = !{!"omnipotent char", !8, i64 0}
!8 = !{!"Simple C/C++ TBAA"}
!9 = !{!10, !10, i64 0}
!10 = !{!"any pointer", !7, i64 0}
!11 = !{!12, !12, i64 0}
!12 = !{!"short", !7, i64 0}
!13 = distinct !{!13, !14}
!14 = !{!"llvm.loop.mustprogress"}
!15 = distinct !{!15, !14}


; Optimized IR (opt -passes='default<O3>'):
target datalayout = "e-m:e-p270:32:32-p271:32:32-p272:64:64-i64:64-i128:128-f80:128-n8:16:32:64-S128"
target triple = "x86_64-unknown-linux-gnu"

; Function Attrs: nofree norecurse nosync nounwind memory(argmem: readwrite) uwtable
define dso_local void @matrix_mul_const(i32 noundef %0, ptr nocapture noundef writeonly %1, ptr nocapture noundef readonly %2, i16 noundef signext %3) local_unnamed_addr #0 {
  %.not = icmp eq i32 %0, 0
  br i1 %.not, label %._crit_edge, label %.preheader.lr.ph

.preheader.lr.ph:                                 ; preds = %4
  %5 = sext i16 %3 to i32
  %wide.trip.count = zext i32 %0 to i64
  %6 = add nsw i64 %wide.trip.count, -1
  %min.iters.check = icmp ult i32 %0, 8
  %7 = trunc i64 %6 to i32
  %8 = icmp ugt i64 %6, 4294967295
  %n.vec = and i64 %wide.trip.count, 4294967288
  %broadcast.splatinsert = insertelement <4 x i32> poison, i32 %5, i64 0
  %broadcast.splat = shufflevector <4 x i32> %broadcast.splatinsert, <4 x i32> poison, <4 x i32> zeroinitializer
  %cmp.n = icmp eq i64 %n.vec, %wide.trip.count
  %xtraiter = and i64 %wide.trip.count, 3
  %lcmp.mod.not = icmp eq i64 %xtraiter, 0
  br label %.preheader

.preheader:                                       ; preds = %.preheader.lr.ph, %.loopexit
  %.01417 = phi i32 [ 0, %.preheader.lr.ph ], [ %71, %.loopexit ]
  %9 = mul i32 %.01417, %0
  br i1 %min.iters.check, label %scalar.ph.preheader, label %vector.scevcheck

vector.scevcheck:                                 ; preds = %.preheader
  %10 = mul i32 %.01417, %0
  %11 = xor i32 %10, -1
  %12 = icmp ult i32 %11, %7
  %13 = or i1 %12, %8
  br i1 %13, label %scalar.ph.preheader, label %vector.body

vector.body:                                      ; preds = %vector.scevcheck, %vector.body
  %index = phi i64 [ %index.next, %vector.body ], [ 0, %vector.scevcheck ]
  %14 = trunc i64 %index to i32
  %15 = add i32 %9, %14
  %16 = zext i32 %15 to i64
  %17 = getelementptr inbounds i16, ptr %2, i64 %16
  %18 = getelementptr inbounds i8, ptr %17, i64 8
  %wide.load = load <4 x i16>, ptr %17, align 2, !tbaa !5
  %wide.load20 = load <4 x i16>, ptr %18, align 2, !tbaa !5
  %19 = sext <4 x i16> %wide.load to <4 x i32>
  %20 = sext <4 x i16> %wide.load20 to <4 x i32>
  %21 = mul nsw <4 x i32> %broadcast.splat, %19
  %22 = mul nsw <4 x i32> %broadcast.splat, %20
  %23 = getelementptr inbounds i32, ptr %1, i64 %16
  %24 = getelementptr inbounds i8, ptr %23, i64 16
  store <4 x i32> %21, ptr %23, align 4, !tbaa !9
  store <4 x i32> %22, ptr %24, align 4, !tbaa !9
  %index.next = add nuw i64 %index, 8
  %25 = icmp eq i64 %index.next, %n.vec
  br i1 %25, label %middle.block, label %vector.body, !llvm.loop !11

middle.block:                                     ; preds = %vector.body
  br i1 %cmp.n, label %.loopexit, label %scalar.ph.preheader

scalar.ph.preheader:                              ; preds = %middle.block, %vector.scevcheck, %.preheader
  %indvars.iv.ph = phi i64 [ 0, %vector.scevcheck ], [ 0, %.preheader ], [ %n.vec, %middle.block ]
  br i1 %lcmp.mod.not, label %scalar.ph.prol.loopexit, label %scalar.ph.prol

scalar.ph.prol:                                   ; preds = %scalar.ph.preheader, %scalar.ph.prol
  %indvars.iv.prol = phi i64 [ %indvars.iv.next.prol, %scalar.ph.prol ], [ %indvars.iv.ph, %scalar.ph.preheader ]
  %prol.iter = phi i64 [ %prol.iter.next, %scalar.ph.prol ], [ 0, %scalar.ph.preheader ]
  %26 = trunc nuw i64 %indvars.iv.prol to i32
  %27 = add i32 %9, %26
  %28 = zext i32 %27 to i64
  %29 = getelementptr inbounds i16, ptr %2, i64 %28
  %30 = load i16, ptr %29, align 2, !tbaa !5
  %31 = sext i16 %30 to i32
  %32 = mul nsw i32 %31, %5
  %33 = getelementptr inbounds i32, ptr %1, i64 %28
  store i32 %32, ptr %33, align 4, !tbaa !9
  %indvars.iv.next.prol = add nuw nsw i64 %indvars.iv.prol, 1
  %prol.iter.next = add i64 %prol.iter, 1
  %prol.iter.cmp.not = icmp eq i64 %prol.iter.next, %xtraiter
  br i1 %prol.iter.cmp.not, label %scalar.ph.prol.loopexit, label %scalar.ph.prol, !llvm.loop !15

scalar.ph.prol.loopexit:                          ; preds = %scalar.ph.prol, %scalar.ph.preheader
  %indvars.iv.unr = phi i64 [ %indvars.iv.ph, %scalar.ph.preheader ], [ %indvars.iv.next.prol, %scalar.ph.prol ]
  %34 = sub nsw i64 %indvars.iv.ph, %wide.trip.count
  %35 = icmp ugt i64 %34, -4
  br i1 %35, label %.loopexit, label %scalar.ph

scalar.ph:                                        ; preds = %scalar.ph.prol.loopexit, %scalar.ph
  %indvars.iv = phi i64 [ %indvars.iv.next.3, %scalar.ph ], [ %indvars.iv.unr, %scalar.ph.prol.loopexit ]
  %36 = trunc nuw i64 %indvars.iv to i32
  %37 = add i32 %9, %36
  %38 = zext i32 %37 to i64
  %39 = getelementptr inbounds i16, ptr %2, i64 %38
  %40 = load i16, ptr %39, align 2, !tbaa !5
  %41 = sext i16 %40 to i32
  %42 = mul nsw i32 %41, %5
  %43 = getelementptr inbounds i32, ptr %1, i64 %38
  store i32 %42, ptr %43, align 4, !tbaa !9
  %44 = trunc i64 %indvars.iv to i32
  %45 = add i32 %44, 1
  %46 = add i32 %9, %45
  %47 = zext i32 %46 to i64
  %48 = getelementptr inbounds i16, ptr %2, i64 %47
  %49 = load i16, ptr %48, align 2, !tbaa !5
  %50 = sext i16 %49 to i32
  %51 = mul nsw i32 %50, %5
  %52 = getelementptr inbounds i32, ptr %1, i64 %47
  store i32 %51, ptr %52, align 4, !tbaa !9
  %53 = trunc i64 %indvars.iv to i32
  %54 = add i32 %53, 2
  %55 = add i32 %9, %54
  %56 = zext i32 %55 to i64
  %57 = getelementptr inbounds i16, ptr %2, i64 %56
  %58 = load i16, ptr %57, align 2, !tbaa !5
  %59 = sext i16 %58 to i32
  %60 = mul nsw i32 %59, %5
  %61 = getelementptr inbounds i32, ptr %1, i64 %56
  store i32 %60, ptr %61, align 4, !tbaa !9
  %62 = trunc i64 %indvars.iv to i32
  %63 = add i32 %62, 3
  %64 = add i32 %9, %63
  %65 = zext i32 %64 to i64
  %66 = getelementptr inbounds i16, ptr %2, i64 %65
  %67 = load i16, ptr %66, align 2, !tbaa !5
  %68 = sext i16 %67 to i32
  %69 = mul nsw i32 %68, %5
  %70 = getelementptr inbounds i32, ptr %1, i64 %65
  store i32 %69, ptr %70, align 4, !tbaa !9
  %indvars.iv.next.3 = add nuw nsw i64 %indvars.iv, 4
  %exitcond.not.3 = icmp eq i64 %indvars.iv.next.3, %wide.trip.count
  br i1 %exitcond.not.3, label %.loopexit, label %scalar.ph, !llvm.loop !17

.loopexit:                                        ; preds = %scalar.ph.prol.loopexit, %scalar.ph, %middle.block
  %71 = add nuw i32 %.01417, 1
  %exitcond19.not = icmp eq i32 %71, %0
  br i1 %exitcond19.not, label %._crit_edge, label %.preheader, !llvm.loop !18

._crit_edge:                                      ; preds = %.loopexit, %4
  ret void
}

attributes #0 = { nofree norecurse nosync nounwind memory(argmem: readwrite) uwtable "min-legal-vector-width"="0" "no-trapping-math"="true" "stack-protector-buffer-size"="8" "target-cpu"="x86-64" "target-features"="+cmov,+cx8,+fxsr,+mmx,+sse,+sse2,+x87" "tune-cpu"="generic" }

!llvm.module.flags = !{!0, !1, !2, !3}
!llvm.ident = !{!4}

!0 = !{i32 1, !"wchar_size", i32 4}
!1 = !{i32 8, !"PIC Level", i32 2}
!2 = !{i32 7, !"PIE Level", i32 2}
!3 = !{i32 7, !"uwtable", i32 2}
!4 = !{!"clang version 19.1.0 (git@github.com:llvm/llvm-project.git a4bf6cd7cfb1a1421ba92bca9d017b49936c55e4)"}
!5 = !{!6, !6, i64 0}
!6 = !{!"short", !7, i64 0}
!7 = !{!"omnipotent char", !8, i64 0}
!8 = !{!"Simple C/C++ TBAA"}
!9 = !{!10, !10, i64 0}
!10 = !{!"int", !7, i64 0}
!11 = distinct !{!11, !12, !13, !14}
!12 = !{!"llvm.loop.mustprogress"}
!13 = !{!"llvm.loop.isvectorized", i32 1}
!14 = !{!"llvm.loop.unroll.runtime.disable"}
!15 = distinct !{!15, !16}
!16 = !{!"llvm.loop.unroll.disable"}
!17 = distinct !{!17, !12, !13}
!18 = distinct !{!18, !12}


; Effective O3 passes: CorrelatedValuePropagationPass,EarlyCSEPass,GlobalOptPass,IndVarSimplifyPass,InferFunctionAttrsPass,InstCombinePass,InstSimplifyPass,JumpThreadingPass,LCSSAPass,LICMPass,LoopLoadEliminationPass,LoopRotatePass,LoopSimplifyPass,LoopUnrollPass,LoopVectorizePass,PostOrderFunctionAttrsPass,ReassociatePass,SROAPass,SimplifyCFGPass