; 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_matrix(i32 noundef %0, ptr noundef %1, ptr noundef %2, ptr noundef %3) #1 {
  %5 = alloca i32, align 4
  %6 = alloca ptr, align 8
  %7 = alloca ptr, align 8
  %8 = alloca ptr, align 8
  %9 = alloca i32, align 4
  %10 = alloca i32, align 4
  %11 = 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 ptr %3, ptr %8, align 8, !tbaa !9
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %9) #2
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %10) #2
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %11) #2
  store i32 0, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  br label %12

12:                                               ; preds = %74, %4
  %13 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %14 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %15 = icmp ult i32 %13, %14
  br i1 %15, label %16, label %77

16:                                               ; preds = %12
  store i32 0, ptr %10, align 4, !tbaa !5
  br label %17

17:                                               ; preds = %70, %16
  %18 = load i32, ptr %10, align 4, !tbaa !5
  %19 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %20 = icmp ult i32 %18, %19
  br i1 %20, label %21, label %73

21:                                               ; preds = %17
  %22 = load ptr, ptr %6, align 8, !tbaa !9
  %23 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %24 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %25 = mul i32 %23, %24
  %26 = load i32, ptr %10, align 4, !tbaa !5
  %27 = add i32 %25, %26
  %28 = zext i32 %27 to i64
  %29 = getelementptr inbounds i32, ptr %22, i64 %28
  store i32 0, ptr %29, align 4, !tbaa !5
  store i32 0, ptr %11, align 4, !tbaa !5
  br label %30

30:                                               ; preds = %66, %21
  %31 = load i32, ptr %11, align 4, !tbaa !5
  %32 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %33 = icmp ult i32 %31, %32
  br i1 %33, label %34, label %69

34:                                               ; preds = %30
  %35 = load ptr, ptr %7, align 8, !tbaa !9
  %36 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %37 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %38 = mul i32 %36, %37
  %39 = load i32, ptr %11, align 4, !tbaa !5
  %40 = add i32 %38, %39
  %41 = zext i32 %40 to i64
  %42 = getelementptr inbounds i16, ptr %35, i64 %41
  %43 = load i16, ptr %42, align 2, !tbaa !11
  %44 = sext i16 %43 to i32
  %45 = load ptr, ptr %8, align 8, !tbaa !9
  %46 = load i32, ptr %11, align 4, !tbaa !5
  %47 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %48 = mul i32 %46, %47
  %49 = load i32, ptr %10, align 4, !tbaa !5
  %50 = add i32 %48, %49
  %51 = zext i32 %50 to i64
  %52 = getelementptr inbounds i16, ptr %45, i64 %51
  %53 = load i16, ptr %52, align 2, !tbaa !11
  %54 = sext i16 %53 to i32
  %55 = mul nsw i32 %44, %54
  %56 = load ptr, ptr %6, align 8, !tbaa !9
  %57 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %58 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %59 = mul i32 %57, %58
  %60 = load i32, ptr %10, align 4, !tbaa !5
  %61 = add i32 %59, %60
  %62 = zext i32 %61 to i64
  %63 = getelementptr inbounds i32, ptr %56, i64 %62
  %64 = load i32, ptr %63, align 4, !tbaa !5
  %65 = add nsw i32 %64, %55
  store i32 %65, ptr %63, align 4, !tbaa !5
  br label %66

66:                                               ; preds = %34
  %67 = load i32, ptr %11, align 4, !tbaa !5
  %68 = add i32 %67, 1
  store i32 %68, ptr %11, align 4, !tbaa !5
  br label %30, !llvm.loop !13

69:                                               ; preds = %30
  br label %70

70:                                               ; preds = %69
  %71 = load i32, ptr %10, align 4, !tbaa !5
  %72 = add i32 %71, 1
  store i32 %72, ptr %10, align 4, !tbaa !5
  br label %17, !llvm.loop !15

73:                                               ; preds = %17
  br label %74

74:                                               ; preds = %73
  %75 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %76 = add i32 %75, 1
  store i32 %76, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  br label %12, !llvm.loop !16

77:                                               ; preds = %12
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %11) #2
  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}
!16 = distinct !{!16, !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_matrix(i32 noundef %0, ptr nocapture noundef writeonly %1, ptr nocapture noundef readonly %2, ptr nocapture noundef readonly %3) local_unnamed_addr #0 {
  %.not = icmp eq i32 %0, 0
  br i1 %.not, label %._crit_edge, label %.preheader.preheader

.preheader.preheader:                             ; preds = %4
  %wide.trip.count34 = zext i32 %0 to i64
  %xtraiter = and i64 %wide.trip.count34, 1
  %5 = icmp eq i32 %0, 1
  %unroll_iter = and i64 %wide.trip.count34, 4294967294
  %lcmp.mod.not = icmp eq i64 %xtraiter, 0
  br label %.preheader

.preheader:                                       ; preds = %.preheader.preheader, %55
  %.02529 = phi i32 [ %56, %55 ], [ 0, %.preheader.preheader ]
  %6 = mul i32 %.02529, %0
  br label %scalar.ph

scalar.ph:                                        ; preds = %.preheader, %.loopexit
  %indvars.iv31 = phi i64 [ 0, %.preheader ], [ %indvars.iv.next32, %.loopexit ]
  %7 = trunc nuw i64 %indvars.iv31 to i32
  %8 = add i32 %6, %7
  %9 = zext i32 %8 to i64
  %10 = getelementptr inbounds i32, ptr %1, i64 %9
  br i1 %5, label %.loopexit.unr-lcssa, label %scalar.ph.new

scalar.ph.new:                                    ; preds = %scalar.ph, %scalar.ph.new
  %indvars.iv = phi i64 [ %indvars.iv.next.1, %scalar.ph.new ], [ 0, %scalar.ph ]
  %11 = phi i32 [ %40, %scalar.ph.new ], [ 0, %scalar.ph ]
  %niter = phi i64 [ %niter.next.1, %scalar.ph.new ], [ 0, %scalar.ph ]
  %12 = trunc nuw i64 %indvars.iv to i32
  %13 = add i32 %6, %12
  %14 = zext i32 %13 to i64
  %15 = getelementptr inbounds i16, ptr %2, i64 %14
  %16 = load i16, ptr %15, align 2, !tbaa !5
  %17 = sext i16 %16 to i32
  %18 = mul i32 %12, %0
  %19 = add i32 %18, %7
  %20 = zext i32 %19 to i64
  %21 = getelementptr inbounds i16, ptr %3, i64 %20
  %22 = load i16, ptr %21, align 2, !tbaa !5
  %23 = sext i16 %22 to i32
  %24 = mul nsw i32 %23, %17
  %25 = add nsw i32 %24, %11
  %26 = trunc i64 %indvars.iv to i32
  %27 = or disjoint i32 %26, 1
  %28 = add i32 %6, %27
  %29 = zext i32 %28 to i64
  %30 = getelementptr inbounds i16, ptr %2, i64 %29
  %31 = load i16, ptr %30, align 2, !tbaa !5
  %32 = sext i16 %31 to i32
  %33 = mul i32 %27, %0
  %34 = add i32 %33, %7
  %35 = zext i32 %34 to i64
  %36 = getelementptr inbounds i16, ptr %3, i64 %35
  %37 = load i16, ptr %36, align 2, !tbaa !5
  %38 = sext i16 %37 to i32
  %39 = mul nsw i32 %38, %32
  %40 = add nsw i32 %39, %25
  %indvars.iv.next.1 = add nuw nsw i64 %indvars.iv, 2
  %niter.next.1 = add i64 %niter, 2
  %niter.ncmp.1 = icmp eq i64 %niter.next.1, %unroll_iter
  br i1 %niter.ncmp.1, label %.loopexit.unr-lcssa, label %scalar.ph.new, !llvm.loop !9

.loopexit.unr-lcssa:                              ; preds = %scalar.ph.new, %scalar.ph
  %.lcssa.ph = phi i32 [ poison, %scalar.ph ], [ %40, %scalar.ph.new ]
  %indvars.iv.unr = phi i64 [ 0, %scalar.ph ], [ %indvars.iv.next.1, %scalar.ph.new ]
  %.unr = phi i32 [ 0, %scalar.ph ], [ %40, %scalar.ph.new ]
  br i1 %lcmp.mod.not, label %.loopexit, label %.loopexit.epilog-lcssa

.loopexit.epilog-lcssa:                           ; preds = %.loopexit.unr-lcssa
  %41 = trunc nuw i64 %indvars.iv.unr to i32
  %42 = add i32 %6, %41
  %43 = zext i32 %42 to i64
  %44 = getelementptr inbounds i16, ptr %2, i64 %43
  %45 = load i16, ptr %44, align 2, !tbaa !5
  %46 = sext i16 %45 to i32
  %47 = mul i32 %41, %0
  %48 = add i32 %47, %7
  %49 = zext i32 %48 to i64
  %50 = getelementptr inbounds i16, ptr %3, i64 %49
  %51 = load i16, ptr %50, align 2, !tbaa !5
  %52 = sext i16 %51 to i32
  %53 = mul nsw i32 %52, %46
  %54 = add nsw i32 %53, %.unr
  br label %.loopexit

.loopexit:                                        ; preds = %.loopexit.unr-lcssa, %.loopexit.epilog-lcssa
  %.lcssa = phi i32 [ %.lcssa.ph, %.loopexit.unr-lcssa ], [ %54, %.loopexit.epilog-lcssa ]
  store i32 %.lcssa, ptr %10, align 4, !tbaa !12
  %indvars.iv.next32 = add nuw nsw i64 %indvars.iv31, 1
  %exitcond35.not = icmp eq i64 %indvars.iv.next32, %wide.trip.count34
  br i1 %exitcond35.not, label %55, label %scalar.ph, !llvm.loop !14

55:                                               ; preds = %.loopexit
  %56 = add nuw i32 %.02529, 1
  %exitcond36.not = icmp eq i32 %56, %0
  br i1 %exitcond36.not, label %._crit_edge, label %.preheader, !llvm.loop !15

._crit_edge:                                      ; preds = %55, %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 = distinct !{!9, !10, !11}
!10 = !{!"llvm.loop.mustprogress"}
!11 = !{!"llvm.loop.isvectorized", i32 1}
!12 = !{!13, !13, i64 0}
!13 = !{!"int", !7, i64 0}
!14 = distinct !{!14, !10}
!15 = distinct !{!15, !10}


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