; 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_vect(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
  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
  store i32 0, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  br label %11

11:                                               ; preds = %52, %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 %55

15:                                               ; preds = %11
  %16 = load ptr, ptr %6, align 8, !tbaa !9
  %17 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %18 = zext i32 %17 to i64
  %19 = getelementptr inbounds i32, ptr %16, i64 %18
  store i32 0, ptr %19, align 4, !tbaa !5
  store i32 0, ptr %10, align 4, !tbaa !5
  br label %20

20:                                               ; preds = %48, %15
  %21 = load i32, ptr %10, align 4, !tbaa !5
  %22 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %23 = icmp ult i32 %21, %22
  br i1 %23, label %24, label %51

24:                                               ; preds = %20
  %25 = load ptr, ptr %7, align 8, !tbaa !9
  %26 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %27 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %28 = mul i32 %26, %27
  %29 = load i32, ptr %10, align 4, !tbaa !5
  %30 = add i32 %28, %29
  %31 = zext i32 %30 to i64
  %32 = getelementptr inbounds i16, ptr %25, i64 %31
  %33 = load i16, ptr %32, align 2, !tbaa !11
  %34 = sext i16 %33 to i32
  %35 = load ptr, ptr %8, align 8, !tbaa !9
  %36 = load i32, ptr %10, align 4, !tbaa !5
  %37 = zext i32 %36 to i64
  %38 = getelementptr inbounds i16, ptr %35, i64 %37
  %39 = load i16, ptr %38, align 2, !tbaa !11
  %40 = sext i16 %39 to i32
  %41 = mul nsw i32 %34, %40
  %42 = load ptr, ptr %6, align 8, !tbaa !9
  %43 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %44 = zext i32 %43 to i64
  %45 = getelementptr inbounds i32, ptr %42, i64 %44
  %46 = load i32, ptr %45, align 4, !tbaa !5
  %47 = add nsw i32 %46, %41
  store i32 %47, ptr %45, align 4, !tbaa !5
  br label %48

48:                                               ; preds = %24
  %49 = load i32, ptr %10, align 4, !tbaa !5
  %50 = add i32 %49, 1
  store i32 %50, ptr %10, align 4, !tbaa !5
  br label %20, !llvm.loop !13

51:                                               ; preds = %20
  br label %52

52:                                               ; preds = %51
  %53 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %54 = add i32 %53, 1
  store i32 %54, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  br label %11, !llvm.loop !15

55:                                               ; 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_vect(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 %.lr.ph.preheader

.lr.ph.preheader:                                 ; preds = %4
  %wide.trip.count23 = zext i32 %0 to i64
  %5 = add nsw i64 %wide.trip.count23, -1
  %min.iters.check = icmp ult i32 %0, 8
  %6 = trunc i64 %5 to i32
  %7 = icmp ugt i64 %5, 4294967295
  %n.vec = and i64 %wide.trip.count23, 4294967288
  %cmp.n = icmp eq i64 %n.vec, %wide.trip.count23
  %xtraiter = and i64 %wide.trip.count23, 3
  %lcmp.mod.not = icmp eq i64 %xtraiter, 0
  br label %.lr.ph

.lr.ph:                                           ; preds = %.lr.ph.preheader, %.loopexit
  %indvars.iv20 = phi i64 [ 0, %.lr.ph.preheader ], [ %indvars.iv.next21, %.loopexit ]
  %8 = getelementptr inbounds i32, ptr %1, i64 %indvars.iv20
  %9 = trunc nuw i64 %indvars.iv20 to i32
  %10 = mul i32 %9, %0
  br i1 %min.iters.check, label %scalar.ph.preheader, label %vector.scevcheck

vector.scevcheck:                                 ; preds = %.lr.ph
  %11 = trunc i64 %indvars.iv20 to i32
  %12 = mul i32 %11, %0
  %13 = xor i32 %12, -1
  %14 = icmp ult i32 %13, %6
  %15 = or i1 %14, %7
  br i1 %15, label %scalar.ph.preheader, label %vector.body

vector.body:                                      ; preds = %vector.scevcheck, %vector.body
  %index = phi i64 [ %index.next, %vector.body ], [ 0, %vector.scevcheck ]
  %vec.phi = phi <4 x i32> [ %29, %vector.body ], [ zeroinitializer, %vector.scevcheck ]
  %vec.phi25 = phi <4 x i32> [ %30, %vector.body ], [ zeroinitializer, %vector.scevcheck ]
  %16 = trunc i64 %index to i32
  %17 = add i32 %10, %16
  %18 = zext i32 %17 to i64
  %19 = getelementptr inbounds i16, ptr %2, i64 %18
  %20 = getelementptr inbounds i8, ptr %19, i64 8
  %wide.load = load <4 x i16>, ptr %19, align 2, !tbaa !5
  %wide.load26 = load <4 x i16>, ptr %20, align 2, !tbaa !5
  %21 = sext <4 x i16> %wide.load to <4 x i32>
  %22 = sext <4 x i16> %wide.load26 to <4 x i32>
  %23 = getelementptr inbounds i16, ptr %3, i64 %index
  %24 = getelementptr inbounds i8, ptr %23, i64 8
  %wide.load27 = load <4 x i16>, ptr %23, align 2, !tbaa !5
  %wide.load28 = load <4 x i16>, ptr %24, align 2, !tbaa !5
  %25 = sext <4 x i16> %wide.load27 to <4 x i32>
  %26 = sext <4 x i16> %wide.load28 to <4 x i32>
  %27 = mul nsw <4 x i32> %25, %21
  %28 = mul nsw <4 x i32> %26, %22
  %29 = add <4 x i32> %27, %vec.phi
  %30 = add <4 x i32> %28, %vec.phi25
  %index.next = add nuw i64 %index, 8
  %31 = icmp eq i64 %index.next, %n.vec
  br i1 %31, label %middle.block, label %vector.body, !llvm.loop !9

middle.block:                                     ; preds = %vector.body
  %bin.rdx = add <4 x i32> %30, %29
  %32 = tail call i32 @llvm.vector.reduce.add.v4i32(<4 x i32> %bin.rdx)
  br i1 %cmp.n, label %.loopexit, label %scalar.ph.preheader

scalar.ph.preheader:                              ; preds = %middle.block, %vector.scevcheck, %.lr.ph
  %indvars.iv.ph = phi i64 [ 0, %vector.scevcheck ], [ 0, %.lr.ph ], [ %n.vec, %middle.block ]
  %.ph = phi i32 [ 0, %vector.scevcheck ], [ 0, %.lr.ph ], [ %32, %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 ]
  %33 = phi i32 [ %44, %scalar.ph.prol ], [ %.ph, %scalar.ph.preheader ]
  %prol.iter = phi i64 [ %prol.iter.next, %scalar.ph.prol ], [ 0, %scalar.ph.preheader ]
  %34 = trunc nuw i64 %indvars.iv.prol to i32
  %35 = add i32 %10, %34
  %36 = zext i32 %35 to i64
  %37 = getelementptr inbounds i16, ptr %2, i64 %36
  %38 = load i16, ptr %37, align 2, !tbaa !5
  %39 = sext i16 %38 to i32
  %40 = getelementptr inbounds i16, ptr %3, i64 %indvars.iv.prol
  %41 = load i16, ptr %40, align 2, !tbaa !5
  %42 = sext i16 %41 to i32
  %43 = mul nsw i32 %42, %39
  %44 = add nsw i32 %43, %33
  %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 !13

scalar.ph.prol.loopexit:                          ; preds = %scalar.ph.prol, %scalar.ph.preheader
  %.lcssa31.unr = phi i32 [ poison, %scalar.ph.preheader ], [ %44, %scalar.ph.prol ]
  %indvars.iv.unr = phi i64 [ %indvars.iv.ph, %scalar.ph.preheader ], [ %indvars.iv.next.prol, %scalar.ph.prol ]
  %.unr = phi i32 [ %.ph, %scalar.ph.preheader ], [ %44, %scalar.ph.prol ]
  %45 = sub nsw i64 %indvars.iv.ph, %wide.trip.count23
  %46 = icmp ugt i64 %45, -4
  br i1 %46, 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 ]
  %47 = phi i32 [ %91, %scalar.ph ], [ %.unr, %scalar.ph.prol.loopexit ]
  %48 = trunc nuw i64 %indvars.iv to i32
  %49 = add i32 %10, %48
  %50 = zext i32 %49 to i64
  %51 = getelementptr inbounds i16, ptr %2, i64 %50
  %52 = load i16, ptr %51, align 2, !tbaa !5
  %53 = sext i16 %52 to i32
  %54 = getelementptr inbounds i16, ptr %3, i64 %indvars.iv
  %55 = load i16, ptr %54, align 2, !tbaa !5
  %56 = sext i16 %55 to i32
  %57 = mul nsw i32 %56, %53
  %58 = add nsw i32 %57, %47
  %indvars.iv.next = add nuw nsw i64 %indvars.iv, 1
  %59 = trunc nuw i64 %indvars.iv.next to i32
  %60 = add i32 %10, %59
  %61 = zext i32 %60 to i64
  %62 = getelementptr inbounds i16, ptr %2, i64 %61
  %63 = load i16, ptr %62, align 2, !tbaa !5
  %64 = sext i16 %63 to i32
  %65 = getelementptr inbounds i16, ptr %3, i64 %indvars.iv.next
  %66 = load i16, ptr %65, align 2, !tbaa !5
  %67 = sext i16 %66 to i32
  %68 = mul nsw i32 %67, %64
  %69 = add nsw i32 %68, %58
  %indvars.iv.next.1 = add nuw nsw i64 %indvars.iv, 2
  %70 = trunc nuw i64 %indvars.iv.next.1 to i32
  %71 = add i32 %10, %70
  %72 = zext i32 %71 to i64
  %73 = getelementptr inbounds i16, ptr %2, i64 %72
  %74 = load i16, ptr %73, align 2, !tbaa !5
  %75 = sext i16 %74 to i32
  %76 = getelementptr inbounds i16, ptr %3, i64 %indvars.iv.next.1
  %77 = load i16, ptr %76, align 2, !tbaa !5
  %78 = sext i16 %77 to i32
  %79 = mul nsw i32 %78, %75
  %80 = add nsw i32 %79, %69
  %indvars.iv.next.2 = add nuw nsw i64 %indvars.iv, 3
  %81 = trunc nuw i64 %indvars.iv.next.2 to i32
  %82 = add i32 %10, %81
  %83 = zext i32 %82 to i64
  %84 = getelementptr inbounds i16, ptr %2, i64 %83
  %85 = load i16, ptr %84, align 2, !tbaa !5
  %86 = sext i16 %85 to i32
  %87 = getelementptr inbounds i16, ptr %3, i64 %indvars.iv.next.2
  %88 = load i16, ptr %87, align 2, !tbaa !5
  %89 = sext i16 %88 to i32
  %90 = mul nsw i32 %89, %86
  %91 = add nsw i32 %90, %80
  %indvars.iv.next.3 = add nuw nsw i64 %indvars.iv, 4
  %exitcond.not.3 = icmp eq i64 %indvars.iv.next.3, %wide.trip.count23
  br i1 %exitcond.not.3, label %.loopexit, label %scalar.ph, !llvm.loop !15

.loopexit:                                        ; preds = %scalar.ph.prol.loopexit, %scalar.ph, %middle.block
  %.lcssa = phi i32 [ %32, %middle.block ], [ %.lcssa31.unr, %scalar.ph.prol.loopexit ], [ %91, %scalar.ph ]
  store i32 %.lcssa, ptr %8, align 4, !tbaa !16
  %indvars.iv.next21 = add nuw nsw i64 %indvars.iv20, 1
  %exitcond24.not = icmp eq i64 %indvars.iv.next21, %wide.trip.count23
  br i1 %exitcond24.not, label %._crit_edge, label %.lr.ph, !llvm.loop !18

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

; Function Attrs: nocallback nofree nosync nounwind speculatable willreturn memory(none)
declare i32 @llvm.vector.reduce.add.v4i32(<4 x i32>) #1

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" }
attributes #1 = { nocallback nofree nosync nounwind speculatable willreturn memory(none) }

!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, !12}
!10 = !{!"llvm.loop.mustprogress"}
!11 = !{!"llvm.loop.isvectorized", i32 1}
!12 = !{!"llvm.loop.unroll.runtime.disable"}
!13 = distinct !{!13, !14}
!14 = !{!"llvm.loop.unroll.disable"}
!15 = distinct !{!15, !10, !11}
!16 = !{!17, !17, i64 0}
!17 = !{!"int", !7, i64 0}
!18 = distinct !{!18, !10}


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