home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Shareware 1 2 the Maxx / sw_1.zip / sw_1 / PROGRAM / DJGCC201.ZIP / DOCS / MD.TEX < prev    next >
Text File  |  1992-03-27  |  131KB  |  3,091 lines

  1. @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992 Free Software Foundation, Inc.
  2. @c This is part of the GCC manual.
  3. @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
  4.  
  5. @ifset INTERNALS
  6. @node Machine Desc, Target Macros, RTL, Top
  7. @chapter Machine Descriptions
  8. @cindex machine descriptions
  9.  
  10. A machine description has two parts: a file of instruction patterns
  11. (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
  12.  
  13. The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
  14. instruction that the target machine supports (or at least each instruction
  15. that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
  16. A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
  17. is inside a quoted string.
  18.  
  19. See the next chapter for information on the C header file.
  20.  
  21. @menu
  22. * Patterns::            How to write instruction patterns.
  23. * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
  24. * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
  25. * Output Template::     The output template says how to make assembler code
  26.                           from such an insn.
  27. * Output Statement::    For more generality, write C code to output
  28.                           the assembler code.
  29. * Constraints::         When not all operands are general operands.
  30. * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
  31. * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
  32. * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
  33. * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
  34. * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
  35. * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
  36. * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
  37.                          for a standard operation.
  38. * Insn Splitting::    Splitting Instructions into Multiple Instructions
  39. * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
  40. @end menu
  41.  
  42. @node Patterns, Example, Machine Desc, Machine Desc
  43. @section Everything about Instruction Patterns
  44. @cindex patterns
  45. @cindex instruction patterns
  46.  
  47. @findex define_insn
  48. Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
  49. to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
  50. be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
  51. output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
  52.  
  53. A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
  54.  
  55. @enumerate
  56. @item
  57. An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
  58. pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
  59. pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
  60. the instruction patterns with those names, if the names are defined
  61. in the machine description.
  62.  
  63. The absence of a name is indicated by writing an empty string
  64. where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
  65. used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
  66. to be combined later on.
  67.  
  68. Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
  69. effect; they are equivalent to no name at all.
  70.  
  71. @item
  72. The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
  73. RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
  74. incomplete because it may contain @code{match_operand},
  75. @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
  76. operands of the instruction.
  77.  
  78. If the vector has only one element, that element is the template for the
  79. instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
  80. instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
  81. elements described.
  82.  
  83. @item
  84. @cindex pattern conditions
  85. @cindex conditions, in patterns
  86. A condition.  This is a string which contains a C expression that is
  87. the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
  88.  
  89. @cindex named patterns and conditions
  90. For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
  91. the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
  92. flags.  The compiler needs to test these conditions during
  93. initialization in order to learn exactly which named instructions are
  94. available in a particular run.
  95.  
  96. @findex operands
  97. For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
  98. individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
  99. recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
  100. @code{operands}.
  101.  
  102. @item
  103. The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
  104. insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
  105. to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
  106.  
  107. When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
  108. of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
  109.  
  110. @item
  111. Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
  112. this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
  113. @end enumerate
  114.  
  115. @node Example, RTL Template, Patterns, Machine Desc
  116. @section Example of @code{define_insn}
  117. @cindex @code{define_insn} example
  118.  
  119. Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
  120.  
  121. @example
  122. (define_insn "tstsi"
  123.   [(set (cc0)
  124.         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
  125.   ""
  126.   "*
  127. @{ if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
  128.     return \"tstl %0\";
  129.   return \"cmpl #0,%0\"; @}")
  130. @end example
  131.  
  132. This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
  133. a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
  134. has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
  135. @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
  136. pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
  137. can be constructed using this pattern.
  138.  
  139. The output control string is a piece of C code which chooses which
  140. output template to return based on the kind of operand and the specific
  141. type of CPU for which code is being generated.
  142.  
  143. @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
  144.  
  145. @node RTL Template, Output Template, Example, Machine Desc
  146. @section RTL Template for Generating and Recognizing Insns
  147. @cindex RTL insn template
  148. @cindex generating insns
  149. @cindex insns, generating
  150. @cindex recognizing insns
  151. @cindex insns, recognizing
  152.  
  153. The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
  154. and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
  155. says how to construct an insn from specified operands.
  156.  
  157. Construction involves substituting specified operands into a copy of the
  158. template.  Matching involves determining the values that serve as the
  159. operands in the insn being matched.  Both of these activities are
  160. controlled by special expression types that direct matching and
  161. substitution of the operands.
  162.  
  163. @table @code
  164. @findex match_operand
  165. @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
  166. This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
  167. the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
  168. will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
  169. appears at this position in the insn will be taken as operand
  170. number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
  171. pattern will not match at all.
  172.  
  173. Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
  174. each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
  175. expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
  176. are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
  177. expressions.
  178.  
  179. @var{predicate} is a string that is the name of a C function that accepts two
  180. arguments, an expression and a machine mode.  During matching, the
  181. function will be called with the putative operand as the expression and
  182. @var{m} as the mode argument (if @var{m} is not specified,
  183. @code{VOIDmode} will be used, which normally causes @var{predicate} to accept
  184. any mode).  If it returns zero, this instruction pattern fails to match.
  185. @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be done
  186. on the operand, so anything which occurs in this position is valid.
  187.  
  188. Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
  189. not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
  190. @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
  191. Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
  192. @code{VOIDmode}.
  193.  
  194. @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
  195. class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
  196.  
  197. People are often unclear on the difference between the constraint and the
  198. predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
  199. pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
  200. controls various decisions in the case of an insn which does match.
  201.  
  202. @findex general_operand
  203. On CISC machines, @var{predicate} is most often @code{"general_operand"}.
  204. This function checks that the putative operand is either a constant, a
  205. register or a memory reference, and that it is valid for mode @var{m}.
  206.  
  207. @findex register_operand
  208. For an operand that must be a register, @var{predicate} should be
  209. @code{"register_operand"}.  It would be valid to use
  210. @code{"general_operand"}, since the reload pass would copy any
  211. non-register operands through registers, but this would make GNU CC do
  212. extra work, it would prevent invariant operands (such as constant) from
  213. being removed from loops, and it would prevent the register allocator
  214. from doing the best possible job.  On RISC machines, it is usually most
  215. efficient to allow @var{predicate} to accept only objects that the
  216. constraints allow.
  217.  
  218. @findex immediate_operand
  219. For an operand that must be a constant, either use
  220. @code{"immediate_operand"} for @var{predicate}, or make the instruction
  221. pattern's extra condition require a constant, or both.  You cannot
  222. expect the constraints to do this work!  If the constraints allow only
  223. constants, but the predicate allows something else, the compiler will
  224. crash when that case arises.
  225.  
  226. @findex match_scratch
  227. @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
  228. This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
  229. and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
  230. expression.
  231.  
  232. When matching patterns, this is completely equivalent to
  233.  
  234. @example
  235. (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
  236. @end example
  237.  
  238. but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
  239. expression.
  240.  
  241. If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
  242. expressions whose operands are either a hard register or
  243. @code{match_scratch}, the combiner can add them when necessary.
  244. @xref{Side Effects}.
  245.  
  246. @findex match_dup
  247. @item (match_dup @var{n})
  248. This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
  249. It is used when the operand needs to appear more than once in the
  250. insn.
  251.  
  252. In construction, @code{match_dup} behaves exactly like
  253. @code{match_operand}: the operand is substituted into the insn being
  254. constructed.  But in matching, @code{match_dup} behaves differently.
  255. It assumes that operand number @var{n} has already been determined by
  256. a @code{match_operand} appearing earlier in the recognition template,
  257. and it matches only an identical-looking expression.
  258.  
  259. @findex match_operator
  260. @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
  261. This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
  262. code.
  263.  
  264. When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
  265. expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
  266. operands are constructed from the patterns @var{operands}.
  267.  
  268. When matching an expression, it matches an expression if the function
  269. @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
  270. patterns @var{operands} match the operands of the expression.
  271.  
  272. Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
  273. follows, to match any expression whose operator is one of the
  274. commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
  275.  
  276. @example
  277. int
  278. commutative_operator (x, mode)
  279.      rtx x;
  280.      enum machine_mode mode;
  281. @{
  282.   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
  283.   if (GET_MODE (x) != mode)
  284.     return 0;
  285.   return GET_RTX_CLASS (code) == 'c' || code == EQ || code == NE;
  286. @}
  287. @end example
  288.  
  289. Then the following pattern will match any RTL expression consisting
  290. of a commutative operator applied to two general operands:
  291.  
  292. @example
  293. (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
  294.   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
  295.    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
  296. @end example
  297.  
  298. Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
  299. because the expressions to be matched all contain two operands.
  300.  
  301. When this pattern does match, the two operands of the commutative
  302. operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
  303. by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
  304. will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
  305. (operands[3])} to see which commutative operator was used.
  306.  
  307. The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
  308. @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
  309. predicate function, and that function is solely responsible for
  310. deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
  311.  
  312. When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
  313. the operation (i.e. the expression code) for the expression to be
  314. made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
  315. into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
  316. gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
  317. only its expression code matters.
  318.  
  319. When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
  320. it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
  321. is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
  322. register allocation because the register allocator often looks at
  323. operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
  324.  
  325. There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
  326. operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
  327. never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
  328. However, if parts of its @var{operands} are matched by
  329. @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
  330. their own.
  331.  
  332. @findex address
  333. @item (address (match_operand:@var{m} @var{n} "address_operand" ""))
  334. This complex of expressions is a placeholder for an operand number
  335. @var{n} in a ``load address'' instruction: an operand which specifies
  336. a memory location in the usual way, but for which the actual operand
  337. value used is the address of the location, not the contents of the
  338. location.
  339.  
  340. @code{address} expressions never appear in RTL code, only in machine
  341. descriptions.  And they are used only in machine descriptions that do
  342. not use the operand constraint feature.  When operand constraints are
  343. in use, the letter @samp{p} in the constraint serves this purpose.
  344.  
  345. @var{m} is the machine mode of the @emph{memory location being
  346. addressed}, not the machine mode of the address itself.  That mode is
  347. always the same on a given target machine (it is @code{Pmode}, which
  348. normally is @code{SImode}), so there is no point in mentioning it;
  349. thus, no machine mode is written in the @code{address} expression.  If
  350. some day support is added for machines in which addresses of different
  351. kinds of objects appear differently or are used differently (such as
  352. the PDP-10), different formats would perhaps need different machine
  353. modes and these modes might be written in the @code{address}
  354. expression.
  355. @end table
  356.  
  357. @node Output Template, Output Statement, RTL Template, Machine Desc
  358. @section Output Templates and Operand Substitution
  359. @cindex output templates
  360. @cindex operand substitution
  361.  
  362. @cindex @samp{%} in template
  363. @cindex percent sign
  364. The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
  365. assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
  366. fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
  367. to specify where to substitute an operand; it can also be used to
  368. identify places where different variants of the assembler require
  369. different syntax.
  370.  
  371. In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
  372. operand @var{n} at that point in the string.
  373.  
  374. @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
  375. alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
  376. below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
  377. additional letters with nonstandard meanings.
  378.  
  379. @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
  380. constant value without the syntax that normally indicates an immediate
  381. operand.
  382.  
  383. @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
  384. the constant is negated before printing.
  385.  
  386. @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
  387. memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
  388. be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
  389. assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
  390. as if it were a memory reference.
  391.  
  392. @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
  393. instruction.
  394.  
  395. @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
  396. does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
  397. @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
  398. defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
  399. which punctuation characters are valid with the
  400. @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
  401.  
  402. @cindex \
  403. @cindex backslash
  404. The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
  405. for the instructions, with @samp{\;} between them.
  406.  
  407. @cindex matching operands
  408. When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
  409. each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
  410. Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
  411. arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
  412. operand.
  413.  
  414. One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
  415. distinguish between different assembler languages for the same machine; for
  416. example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
  417. requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
  418. example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
  419. syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
  420. but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
  421. syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
  422. defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
  423. it to do nothing.
  424.  
  425. @node Output Statement, Constraints, Output Template, Machine Desc
  426. @section C Statements for Generating Assembler Output
  427. @cindex output statements
  428. @cindex C statements for assembler output
  429. @cindex generating assembler output
  430.  
  431. Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
  432. assembler code for all the cases that are recognized by a single
  433. instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
  434. operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
  435. machine instructions.
  436.  
  437. If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
  438. a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
  439. leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
  440. pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
  441. if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
  442. into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
  443. might write this pattern:
  444.  
  445. @example
  446. (define_insn "addsi3"
  447.   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "r,m")
  448.         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
  449.                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
  450.   ""
  451.   "@@
  452.    addr %1,%0
  453.    addm %1,%0")
  454. @end example
  455.  
  456. @cindex @code{*} in template
  457. @cindex asterisk in template
  458. If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
  459. output template but rather a piece of C program that should compute a
  460. template.  It should execute a @code{return} statement to return the
  461. template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
  462. require doublequote characters to delimit them.  To include these
  463. doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
  464.  
  465. The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
  466. is @code{rtx []}.
  467.  
  468. It is very common to select different ways of generating assembler code
  469. based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
  470. careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
  471. integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
  472. @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
  473. will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
  474. superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
  475. values of those bits.
  476.  
  477. @findex output_asm_insn
  478. It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
  479. or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
  480. receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
  481. vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
  482. that you declare locally and initialize yourself.
  483.  
  484. @findex which_alternative
  485. When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
  486. the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
  487. was matched.  When this is so, the C code can test the variable
  488. @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
  489. that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
  490. etc.).
  491.  
  492. For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
  493. for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
  494. a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
  495.  
  496. @example
  497. (define_insn ""
  498.   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "r,m")
  499.         (const_int 0))]
  500.   ""
  501.   "*
  502.   return (which_alternative == 0
  503.           ? \"clrreg %0\" : \"clrmem %0\");
  504.   ")
  505. @end example
  506.  
  507. The example above, where the assembler code to generate was
  508. @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
  509. as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
  510.  
  511. @example
  512. (define_insn ""
  513.   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "r,m")
  514.         (const_int 0))]
  515.   ""
  516.   "@@
  517.    clrreg %0
  518.    clrmem %0")
  519. @end example
  520.  
  521. @node Constraints, Standard Names, Output Statement, Machine Desc
  522. @section Operand Constraints
  523. @cindex operand constraints
  524. @cindex constraints
  525.  
  526. Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify a
  527. constraint for the type of operands allowed.  Constraints can say whether
  528. an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
  529. operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
  530. operand may be an immediate constant, and which possible values it may
  531. have.  Constraints can also require two operands to match.
  532.  
  533. @menu
  534. * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
  535. * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
  536. * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
  537. * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
  538. * No Constraints::      Describing a clean machine without constraints.
  539. @end menu
  540.  
  541. @node Simple Constraints, Multi-Alternative, Constraints, Constraints
  542. @subsection Simple Constraints
  543. @cindex simple constraints
  544.  
  545. The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
  546. which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
  547. the letters that are allowed:
  548.  
  549. @table @asis
  550. @cindex @samp{m} in constraint
  551. @cindex memory references in constraints
  552. @item @samp{m}
  553. A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
  554. supports in general.
  555.  
  556. @cindex offsettable address
  557. @cindex @samp{o} in constraint
  558. @item @samp{o}
  559. A memory operand is allowed, but only if the address is
  560. @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
  561. the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
  562. may be added to the address and the result is also a valid memory
  563. address.
  564.  
  565. @cindex autoincrement/decrement addressing
  566. For example, an address which is constant is offsettable; so is an
  567. address that is the sum of a register and a constant (as long as a
  568. slightly larger constant is also within the range of address-offsets
  569. supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
  570. address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
  571. addresses may or may not be offsettable depending on the other
  572. addressing modes that the machine supports.
  573.  
  574. Note that in an output operand which can be matched by another
  575. operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
  576. by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
  577. and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
  578.  
  579. @cindex @samp{V} in constraint
  580. @item @samp{V}
  581. A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
  582. would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
  583.  
  584. @cindex @samp{<} in constraint
  585. @item @samp{<}
  586. A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
  587. postdecrement) is allowed.
  588.  
  589. @cindex @samp{>} in constraint
  590. @item @samp{>}
  591. A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
  592. postincrement) is allowed.
  593.  
  594. @cindex @samp{r} in constraint
  595. @cindex registers in constraints
  596. @item @samp{r}
  597. A register operand is allowed provided that it is in a general
  598. register.
  599.  
  600. @cindex @samp{d} in constraint
  601. @item @samp{d}, @samp{a}, @samp{f}, @dots{}
  602. Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
  603. particular classes of registers.  @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are
  604. defined on the 68000/68020 to stand for data, address and floating
  605. point registers.
  606.  
  607. @cindex constants in constraints
  608. @cindex @samp{i} in constraint
  609. @item @samp{i}
  610. An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
  611. This includes symbolic constants whose values will be known only at
  612. assembly time.
  613.  
  614. @cindex @samp{n} in constraint
  615. @item @samp{n}
  616. An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
  617. Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
  618. than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
  619. rather than @samp{i}.
  620.  
  621. @cindex @samp{I} in constraint
  622. @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
  623. Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
  624. a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
  625. explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
  626. 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
  627. This is the range permitted as a shift count in the shift
  628. instructions.
  629.  
  630. @cindex @samp{E} in constraint
  631. @item @samp{E}
  632. An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
  633. allowed, but only if the target floating point format is the same as
  634. that of the host machine (on which the compiler is running).
  635.  
  636. @cindex @samp{F} in constraint
  637. @item @samp{F}
  638. An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
  639. allowed.
  640.  
  641. @cindex @samp{G} in constraint
  642. @cindex @samp{H} in constraint
  643. @item @samp{G}, @samp{H}
  644. @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
  645. permit immediate floating operands in particular ranges of values.
  646.  
  647. @cindex @samp{s} in constraint
  648. @item @samp{s}
  649. An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
  650. allowed.
  651.  
  652. This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
  653. value not known at compile time, it certainly must allow any known
  654. value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
  655. better code to be generated.
  656.  
  657. For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
  658. use an immediate operand; but if the immediate value is between -128
  659. and 127, better code results from loading the value into a register and
  660. using the register.  This is because the load into the register can be
  661. done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
  662. by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
  663. range -128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
  664. constraints.
  665.  
  666. @cindex @samp{g} in constraint
  667. @item @samp{g}
  668. Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
  669. registers that are not general registers.
  670.  
  671. @cindex @samp{X} in constraint
  672. @item @samp{X}
  673. Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
  674. @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
  675. a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually 
  676. require a scratch register.
  677.  
  678. @cindex @samp{0} in constraint
  679. @cindex digits in constraint
  680. @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
  681. An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
  682. digit is used together with letters within the same alternative, the
  683. digit should come last.
  684.  
  685. @cindex matching constraint
  686. @cindex constraint, matching
  687. This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
  688. that the assembler has only a single operand that fills two roles
  689. considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
  690. input operands and one output operand in the RTL, but on most machines
  691. an add instruction really has only two operands, one of them an
  692. input-output operand.
  693.  
  694. Matching constraints work only in circumstances like that add insn.
  695. More precisely, the two operands that match must include one input-only
  696. operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
  697. smaller number than the number of the operand that uses it in the
  698. constraint.
  699.  
  700. For operands to match in a particular case usually means that they
  701. are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
  702. specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
  703. as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
  704. For proper results in such cases, the output template should always
  705. use the output-operand's number when printing the operand.
  706.  
  707. @cindex load address instruction
  708. @cindex push address instruction
  709. @cindex address constraints
  710. @cindex @samp{p} in constraint
  711. @item @samp{p}
  712. An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
  713. for ``load address'' and ``push address'' instructions.
  714.  
  715. @findex address_operand
  716. @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
  717. as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
  718. the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
  719. reference for which the address would be valid.
  720.  
  721. @cindex extensible constraints
  722. @cindex @samp{Q}, in constraint
  723. @item @samp{Q}, @samp{R}, @samp{S}, @dots{} @samp{U}
  724. Letters in the range @samp{Q} through @samp{U} may be defined in a
  725. machine-dependent fashion to stand for arbitrary operand types.
  726. The machine description macro @code{EXTRA_CONSTRAINT} is passed the
  727. operand as its first argument and the constraint letter as its
  728. second operand.
  729.  
  730. A typical use for this would be to distinguish certain types of
  731. memory references that affect other insn operands.
  732.  
  733. Do not define these constraint letters to accept register references
  734. (@code{reg}); the reload pass does not expect this and would not handle
  735. it properly.
  736. @end table
  737.  
  738. In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
  739. its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
  740. from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
  741. the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
  742. done by copying an operand into a register.
  743.  
  744. Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
  745.  
  746. @example
  747. (define_insn ""
  748.   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "r")
  749.         (plus:SI (match_dup 0)
  750.                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
  751.   ""
  752.   "@dots{}")
  753. @end example
  754.  
  755. @noindent
  756. which has two operands, one of which must appear in two places, and
  757.  
  758. @example
  759. (define_insn ""
  760.   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "r")
  761.         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
  762.                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
  763.   ""
  764.   "@dots{}")
  765. @end example
  766.  
  767. @noindent
  768. which has three operands, two of which are required by a constraint to be
  769. identical.  If we are considering an insn of the form
  770.  
  771. @example
  772. (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
  773.   (set (reg:SI 3)
  774.        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
  775.   @dots{})
  776. @end example
  777.  
  778. @noindent
  779. the first pattern would not apply at all, because this insn does not
  780. contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
  781. say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
  782. The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
  783. is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
  784. compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
  785. results might look like this:
  786.  
  787. @example
  788. (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
  789.   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
  790.   @dots{})
  791.  
  792. (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
  793.   (set (reg:SI 3)
  794.        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
  795.   @dots{})
  796. @end example
  797.  
  798. It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
  799. constraints that can handle any RTL expression that could be present for
  800. that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
  801. for each possible combination of operand expressions, have at least one
  802. alternative which can handle that combination of operands.)  The
  803. constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
  804. the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
  805. reloading any possible operand so that it will fit.
  806.  
  807. @itemize @bullet
  808. @item
  809. If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
  810. there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
  811.  
  812. For example, an operand whose constraints permit everything except
  813. registers is safe provided its predicate rejects registers.
  814.  
  815. An operand whose predicate accepts only constant values is safe
  816. provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
  817. constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
  818. if the predicate is more selective, then the constraints may also be
  819. more selective.
  820.  
  821. @item
  822. Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
  823. So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
  824. certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
  825. compiler knows how to copy a register into another register of the
  826. proper class in order to make an instruction valid.
  827.  
  828. @cindex nonoffsettable memory reference
  829. @cindex memory reference, nonoffsettable
  830. @item
  831. A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
  832. address into a register.  So if the constraint uses the letter
  833. @samp{o}, all memory references are taken care of.
  834.  
  835. @item
  836. A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
  837. hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
  838. in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
  839. @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
  840.  
  841. @item
  842. If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
  843. was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
  844. the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
  845. not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
  846. compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
  847. objects allowed by the constraint.
  848. @end itemize
  849.  
  850. If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
  851. not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
  852. to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
  853. how to copy a register temporarily into memory.
  854.  
  855. @node Multi-Alternative, Class Preferences, Simple Constraints, Constraints
  856. @subsection Multiple Alternative Constraints
  857. @cindex multiple alternative constraints
  858.  
  859. Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
  860. operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
  861. register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
  862. operand into a register; but it cannot combine one memory location into
  863. another.
  864.  
  865. These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
  866. can be described by a series of letters for each operand.  The overall
  867. constraint for an operand is made from the letters for this operand
  868. from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
  869. the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
  870. Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
  871.  
  872. @example
  873. (define_insn "iorsi3"
  874.   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
  875.         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
  876.                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
  877.   @dots{})
  878. @end example
  879.  
  880. The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
  881. operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
  882. 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
  883. @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
  884. @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
  885. meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
  886.  
  887. If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
  888. Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
  889. must be added to copy the operands so that that alternative applies.
  890. The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
  891. need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
  892. These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
  893.  
  894. @table @code
  895. @cindex @samp{?} in constraint
  896. @cindex question mark
  897. @item ?
  898. Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
  899. as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
  900. this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
  901. in it.
  902.  
  903. @cindex @samp{!} in constraint
  904. @cindex exclamation point
  905. @item !
  906. Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
  907. This alternative can still be used if it fits without reloading,
  908. but if reloading is needed, some other alternative will be used.
  909. @end table
  910.  
  911. When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
  912. the appearance of the assembler code is determined mostly by which
  913. alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
  914. assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
  915. the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
  916. the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
  917.  
  918. @node Class Preferences, Modifiers, Multi-Alternative, Constraints
  919. @subsection Register Class Preferences
  920. @cindex class preference constraints
  921. @cindex register class preference constraints
  922.  
  923. @cindex voting between constraint alternatives
  924. The operand constraints have another function: they enable the compiler
  925. to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
  926. allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
  927. insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
  928. letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
  929. The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
  930. The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
  931. favor of a general register.  The machine description says which registers
  932. are considered general.
  933.  
  934. Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
  935. classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
  936.  
  937. @node Modifiers, No Constraints, Class Preferences, Constraints
  938. @subsection Constraint Modifier Characters
  939. @cindex modifiers in constraints
  940. @cindex constraint modifier characters
  941.  
  942. @table @samp
  943. @cindex @samp{=} in constraint
  944. @item =
  945. Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
  946. value is discarded and replaced by output data.
  947.  
  948. @cindex @samp{+} in constraint
  949. @item +
  950. Means that this operand is both read and written by the instruction.
  951.  
  952. When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
  953. it needs to know which operands are inputs to the instruction and
  954. which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
  955. identifies an operand that is both input and output; all other operands
  956. are assumed to be input only.
  957.  
  958. @cindex @samp{&} in constraint
  959. @item &
  960. Means (in a particular alternative) that this operand is written
  961. before the instruction is finished using the input operands.
  962. Therefore, this operand may not lie in a register that is used as an
  963. input operand or as part of any memory address.
  964.  
  965. @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
  966. constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
  967. requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
  968. @samp{movdf} insn of the 68000.
  969.  
  970. @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
  971.  
  972. @cindex @samp{%} in constraint
  973. @item %
  974. Declares the instruction to be commutative for this operand and the
  975. following operand.  This means that the compiler may interchange the
  976. two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
  977. constraints.  This is often used in patterns for addition instructions
  978. that really have only two operands: the result must go in one of the
  979. arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
  980. instruction is defined:
  981.  
  982. @example
  983. (define_insn "addhi3"
  984.   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
  985.      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
  986.               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
  987.   @dots{})
  988. @end example
  989.  
  990. @cindex @samp{#} in constraint
  991. @item #
  992. Says that all following characters, up to the next comma, are to be
  993. ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
  994. register preferences.
  995.  
  996. @cindex @samp{*} in constraint
  997. @item *
  998. Says that the following character should be ignored when choosing
  999. register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
  1000. constraint as a constraint, and no effect on reloading.
  1001.  
  1002. Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
  1003. halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
  1004. copying it into an address register.  While either kind of register is
  1005. acceptable, the constraints on an address-register destination are
  1006. less strict, so it is best if register allocation makes an address
  1007. register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
  1008. constraint letter (for data register) is ignored when computing
  1009. register preferences.
  1010.  
  1011. @example
  1012. (define_insn "extendhisi2"
  1013.   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
  1014.         (sign_extend:SI
  1015.          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
  1016.   @dots{})
  1017. @end example
  1018. @end table
  1019.  
  1020. @node No Constraints,, Modifiers, Constraints
  1021. @subsection Not Using Constraints
  1022. @cindex no constraints
  1023. @cindex not using constraints
  1024.  
  1025. Some machines are so clean that operand constraints are not required.  For
  1026. example, on the Vax, an operand valid in one context is valid in any other
  1027. context.  On such a machine, every operand constraint would be @samp{g},
  1028. excepting only operands of ``load address'' instructions which are
  1029. written as if they referred to a memory location's contents but actual
  1030. refer to its address.  They would have constraint @samp{p}.
  1031.  
  1032. @cindex empty constraints
  1033. For such machines, instead of writing @samp{g} and @samp{p} for all
  1034. the constraints, you can choose to write a description with empty constraints.
  1035. Then you write @samp{""} for the constraint in every @code{match_operand}.
  1036. Address operands are identified by writing an @code{address} expression
  1037. around the @code{match_operand}, not by their constraints.
  1038.  
  1039. When the machine description has just empty constraints, certain parts
  1040. of compilation are skipped, making the compiler faster.  However,
  1041. few machines actually do not need constraints; all machine descriptions
  1042. now in existence use constraints.
  1043.  
  1044. @node Standard Names, Pattern Ordering, Constraints, Machine Desc
  1045. @section Standard Names for Patterns Used in Generation
  1046. @cindex standard pattern names
  1047. @cindex pattern names
  1048. @cindex names, pattern
  1049.  
  1050. Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
  1051. generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
  1052. instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
  1053. pattern in to accomplish a certain task.
  1054.  
  1055. @table @asis
  1056. @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
  1057. @item @samp{mov@var{m}}
  1058. Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lower case.
  1059. This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
  1060. 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
  1061.  
  1062. If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
  1063. own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
  1064. to store the specified value in the part of the register that corresponds
  1065. to mode @var{m}.  The effect on the rest of the register is undefined.
  1066.  
  1067. This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
  1068. of these names @emph{must} be defined, because there is no other way
  1069. to copy a datum from one place to another.
  1070.  
  1071. Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
  1072. Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
  1073. slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
  1074. a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
  1075. into a register.
  1076.  
  1077. @findex force_reg
  1078. Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
  1079. RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
  1080. registers other than the operands.  For example, if you support the
  1081. pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
  1082. @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
  1083. function which might generate new pseudo registers.
  1084.  
  1085. This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
  1086. fetching those modes from memory normally requires several insns and
  1087. some temporary registers.  Look in @file{spur.md} to see how the
  1088. requirement can be satisfied.
  1089.  
  1090. @findex change_address
  1091. During reload a memory reference with an invalid address may be passed
  1092. as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
  1093. later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
  1094. address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
  1095. replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
  1096. an address into a valid address and no routine (such as
  1097. @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
  1098. @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
  1099.  
  1100. @findex reload_in_progress
  1101. The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
  1102. declared if required) can be used to determine whether such special
  1103. handling is required.
  1104.  
  1105. The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
  1106. machine description, but typically on a RISC machine these can only be
  1107. pseudo registers that did not get hard registers, while on other
  1108. machines explicit memory references will get optional reloads.
  1109.  
  1110. If a scratch register is required to move an object to or from memory,
  1111. it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to reload.  But this
  1112. is impossible during and after reload.  If there are cases needing
  1113. scratch registers after reload, you must define
  1114. @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and/or
  1115. @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
  1116. patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
  1117. them.  @xref{Register Classes}.
  1118.  
  1119. The constraints on a @samp{move@var{m}} must permit moving any hard
  1120. register to any other hard register provided that
  1121. @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
  1122. @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
  1123.  
  1124. It is obligatory to support floating point @samp{move@var{m}}
  1125. instructions into and out of any registers that can hold fixed point
  1126. values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
  1127. @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
  1128. point members.
  1129.  
  1130. There may also be a need to support fixed point @samp{move@var{m}}
  1131. instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
  1132. have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
  1133. true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
  1134. floating point registers, then the constraints of the fixed point
  1135. @samp{move@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
  1136. reload into a floating point register.
  1137.  
  1138. @findex reload_in
  1139. @findex reload_out
  1140. @item @samp{reload_in@var{m}}
  1141. @itemx @samp{reload_out@var{m}}
  1142. Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
  1143. move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
  1144. register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
  1145. macro in @pxref{Register Classes}.
  1146.  
  1147. @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
  1148. @item @samp{movstrict@var{m}}
  1149. Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
  1150. with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
  1151. the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
  1152. any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
  1153.  
  1154. @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
  1155. @item @samp{add@var{m}3}
  1156. Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
  1157. must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
  1158. means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
  1159.  
  1160. @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
  1161. @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
  1162. @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
  1163. @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
  1164. @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
  1165. @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
  1166. @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
  1167. @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
  1168. @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
  1169. @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
  1170. @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
  1171. @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
  1172. @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
  1173. @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
  1174. @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
  1175. @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
  1176. @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
  1177. Similar, for other arithmetic operations.
  1178.  
  1179. @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
  1180. @item @samp{mulhisi3}
  1181. Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
  1182. a @code{SImode} product in operand 0.
  1183.  
  1184. @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
  1185. @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
  1186. @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
  1187. Similar widening-multiplication instructions of other widths.
  1188.  
  1189. @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
  1190. @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
  1191. @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
  1192. @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
  1193. Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
  1194. multiplication.
  1195.  
  1196. @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
  1197. @item @samp{divmod@var{m}4}
  1198. Signed division that produces both a quotient and a remainder.
  1199. Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
  1200. in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
  1201.  
  1202. For machines with an instruction that produces both a quotient and a
  1203. remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
  1204. provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
  1205. allows optimization in the relatively common case when both the quotient
  1206. and remainder are computed.
  1207.  
  1208. If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
  1209. exists and is more efficient than the instruction that produces both,
  1210. write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
  1211. @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
  1212. quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
  1213.  
  1214. @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
  1215. @item @samp{udivmod@var{m}4}
  1216. Similar, but does unsigned division.
  1217.  
  1218. @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
  1219. @item @samp{ashl@var{m}3}
  1220. Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by
  1221. operand 2, and store the result in operand 0.  Operand 2 has
  1222. mode @code{SImode}, not mode @var{m}.
  1223.  
  1224. @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
  1225. @cindex @code{lshl@var{m}3} instruction pattern
  1226. @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
  1227. @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
  1228. @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
  1229. @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshl@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
  1230. Other shift and rotate instructions.
  1231.  
  1232. Logical and arithmetic left shift are the same.  Machines that do not
  1233. allow negative shift counts often have only one instruction for
  1234. shifting left.  On such machines, you should define a pattern named
  1235. @samp{ashl@var{m}3} and leave @samp{lshl@var{m}3} undefined.
  1236.  
  1237. @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
  1238. @item @samp{neg@var{m}2}
  1239. Negate operand 1 and store the result in operand 0.
  1240.  
  1241. @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
  1242. @item @samp{abs@var{m}2}
  1243. Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
  1244.  
  1245. @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
  1246. @item @samp{sqrt@var{m}2}
  1247. Store the square root of operand 1 into operand 0.
  1248.  
  1249. @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
  1250. @item @samp{ffs@var{m}2}
  1251. Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
  1252. of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
  1253. of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
  1254. pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
  1255. generating the instruction.
  1256.  
  1257. @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
  1258. @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
  1259. Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
  1260.  
  1261. @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
  1262. @item @samp{cmp@var{m}}
  1263. Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
  1264. The RTL pattern should look like this:
  1265.  
  1266. @example
  1267. (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
  1268.                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
  1269. @end example
  1270.  
  1271. @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
  1272. @item @samp{tst@var{m}}
  1273. Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
  1274. The RTL pattern should look like this:
  1275.  
  1276. @example
  1277. (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
  1278. @end example
  1279.  
  1280. @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
  1281. not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
  1282. would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
  1283. The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
  1284.  
  1285. @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
  1286. @item @samp{movstr@var{m}}
  1287. Block move instruction.  The addresses of the destination and source
  1288. strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
  1289. The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
  1290.  
  1291. The fourth operand is the known shared alignment of the source and
  1292. destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
  1293. compiler knows that both source and destination are word-aligned,
  1294. it may provide the value 4 for this operand.
  1295.  
  1296. These patterns need not give special consideration to the possibility
  1297. that the source and destination strings might overlap.
  1298.  
  1299. @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
  1300. @item @samp{cmpstr@var{m}}
  1301. Block compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
  1302. it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
  1303. of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
  1304. byte by byte in lexicographic order.  The effect of the instruction is
  1305. to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
  1306. comparison.
  1307.  
  1308. @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
  1309. @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
  1310. Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
  1311. floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
  1312. @var{n}).
  1313.  
  1314. @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
  1315. @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
  1316. Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
  1317. to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
  1318. @var{n}).
  1319.  
  1320. @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
  1321. @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
  1322. Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
  1323. point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
  1324. has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
  1325. the value of operand 1 is an integer.
  1326.  
  1327. @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
  1328. @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
  1329. Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
  1330. point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
  1331. has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
  1332. value of operand 1 is an integer.
  1333.  
  1334. @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
  1335. @item @samp{ftrunc@var{m}2}
  1336. Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
  1337. integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
  1338. store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
  1339.  
  1340. @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
  1341. @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
  1342. Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
  1343. of mode @var{m} by converting the value to an integer.
  1344.  
  1345. @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
  1346. @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
  1347. Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
  1348. value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
  1349.  
  1350. @cindex @code{trunc@var{mn}} instruction pattern
  1351. @item @samp{trunc@var{m}@var{n}}
  1352. Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
  1353. store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
  1354. point or both floating point.
  1355.  
  1356. @cindex @code{extend@var{mn}} instruction pattern
  1357. @item @samp{extend@var{m}@var{n}}
  1358. Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
  1359. store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
  1360. point or both floating point.
  1361.  
  1362. @cindex @code{zero_extend@var{mn}} instruction pattern
  1363. @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}}
  1364. Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
  1365. store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
  1366. point.
  1367.  
  1368. @cindex @code{extv} instruction pattern
  1369. @item @samp{extv}
  1370. Extract a bit field from operand 1 (a register or memory operand), where
  1371. operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
  1372. and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
  1373. Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
  1374. @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
  1375. be valid for @code{word_mode}.
  1376.  
  1377. The RTL generation pass generates this instruction only with constants
  1378. for operands 2 and 3.
  1379.  
  1380. The bit-field value is sign-extended to a full word integer
  1381. before it is stored in operand 0.
  1382.  
  1383. @cindex @code{extzv} instruction pattern
  1384. @item @samp{extzv}
  1385. Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
  1386.  
  1387. @cindex @code{insv} instruction pattern
  1388. @item @samp{insv}
  1389. Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a bit
  1390. field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
  1391. operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
  1392. @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
  1393. Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
  1394.  
  1395. The RTL generation pass generates this instruction only with constants
  1396. for operands 1 and 2.
  1397.  
  1398. @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
  1399. @item @samp{s@var{cond}}
  1400. Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
  1401. Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
  1402. @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
  1403. as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
  1404.  
  1405. You specify the mode that the operand must have when you write the
  1406. @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
  1407. which mode you have used and supplies an operand of that mode.
  1408.  
  1409. The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
  1410. else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
  1411. you should omit it from the machine description.  You describe to the
  1412. compiler exactly which value is stored by defining the macro
  1413. @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
  1414. found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
  1415. should omit those operations from the machine description.
  1416.  
  1417. These operations may fail, but should do so only in relatively
  1418. uncommon cases; if they would fail for common cases involving
  1419. integer comparisons, it is best to omit these patterns.
  1420.  
  1421. If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
  1422. that copies the constant one to the target and branches around an
  1423. assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
  1424. the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
  1425. followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
  1426. @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
  1427. the machine description.
  1428.  
  1429. @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
  1430. @item @samp{b@var{cond}}
  1431. Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
  1432. refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
  1433. condition @var{cond}.
  1434.  
  1435. Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
  1436. instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
  1437. case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
  1438. simply store the operands away and generate all the required insns in a
  1439. @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
  1440. branch operations.  All calls to expand @samp{v@var{cond}} patterns are
  1441. immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
  1442. pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
  1443.  
  1444. Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
  1445. where the mode used for the comparison depends on the condition being
  1446. tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}
  1447.  
  1448. The above discussion also applies to @samp{s@var{cond}} patterns.
  1449.  
  1450. @cindex @code{call} instruction pattern
  1451. @item @samp{call}
  1452. Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
  1453. function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
  1454. (in mode @code{SImode}, except it is normally a @code{const_int});
  1455. operand 2 is the number of registers used as operands.
  1456.  
  1457. On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
  1458. pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
  1459. to put this information into the assembler code; they can put it in
  1460. the RTL instead of operand 1.
  1461.  
  1462. Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
  1463. function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
  1464. expression even if it would not be a legitimate memory address on the
  1465. target machine.  If it is also not a valid argument for a call
  1466. instruction, the pattern for this operation should be a
  1467. @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
  1468. address into a register and uses that register in the call instruction.
  1469.  
  1470. @cindex @code{call_value} instruction pattern
  1471. @item @samp{call_value}
  1472. Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
  1473. register in which the value is returned.  There are three more
  1474. operands, the same as the three operands of the @samp{call}
  1475. instruction (but with numbers increased by one).
  1476.  
  1477. Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
  1478. insn.
  1479.  
  1480. @cindex @code{call_pop} instruction pattern
  1481. @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
  1482. @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
  1483. Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
  1484. if @code{RETURN_POPS_ARGS} is non-zero.  They should emit a @code{parallel}
  1485. that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
  1486. adjustment made to the frame pointer.
  1487.  
  1488. For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be non-zero, the use of these
  1489. patterns increases the number of functions for which the frame pointer
  1490. can be eliminated, if desired.
  1491.  
  1492. @cindex @code{return} instruction pattern
  1493. @item @samp{return}
  1494. Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
  1495. defined only if a single instruction can do all the work of returning
  1496. from a function.
  1497.  
  1498. Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
  1499. RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
  1500. multiple instructions are usually needed to return from a function, but
  1501. some class of functions only requires one instruction to implement a
  1502. return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
  1503. to save any registers or allocate stack space.
  1504.  
  1505. @findex reload_completed
  1506. @findex leaf_function_p
  1507. For such machines, the condition specified in this pattern should only
  1508. be true when @code{reload_completed} is non-zero and the function's
  1509. epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
  1510. windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
  1511. a register window push is required.
  1512.  
  1513. Machines that have conditional return instructions should define patterns
  1514. such as
  1515.  
  1516. @example
  1517. (define_insn ""
  1518.   [(set (pc)
  1519.     (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
  1520.                       [(cc0) (const_int 0)])
  1521.               (return)
  1522.               (pc)))]
  1523.   "@var{condition}"
  1524.   "@dots{}")
  1525. @end example
  1526.  
  1527. where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
  1528. named @samp{return} pattern.
  1529.  
  1530. @cindex @code{nop} instruction pattern
  1531. @item @samp{nop}
  1532. No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
  1533. to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
  1534. RTL pattern.
  1535.  
  1536. @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
  1537. @item @samp{indirect_jump}
  1538. An instruction to jump to an address which is operand zero.
  1539. This pattern name is mandatory on all machines.
  1540.  
  1541. @cindex @code{casesi} instruction pattern
  1542. @item @samp{casesi}
  1543. Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
  1544. This instruction takes five operands:
  1545.  
  1546. @enumerate
  1547. @item
  1548. The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
  1549.  
  1550. @item
  1551. The lower bound for indices in the table, an integer constant.
  1552.  
  1553. @item
  1554. The total range of indices in the table---the largest index
  1555. minus the smallest one (both inclusive).
  1556.  
  1557. @item
  1558. A label that precedes the table itself.
  1559.  
  1560. @item
  1561. A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
  1562. (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
  1563. then an out-of-bounds index drops through to the code following
  1564. the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
  1565. this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
  1566. but it is always provided as an operand.)
  1567. @end enumerate
  1568.  
  1569. The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
  1570. @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
  1571. difference between the upper bound and the lower bound.
  1572.  
  1573. @cindex @code{tablejump} instruction pattern
  1574. @item @samp{tablejump}
  1575. Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
  1576. capability which can be used to implement a dispatch table when there
  1577. is no @samp{casesi} pattern.
  1578.  
  1579. This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
  1580. which should immediately precede the jump table.  If the macro
  1581. @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} is defined then the first operand is an
  1582. offset which counts from the address of the table; otherwise, it is an
  1583. absolute address to jump to.
  1584.  
  1585. The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
  1586. table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
  1587. second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
  1588. that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
  1589. @end table
  1590.  
  1591. @node Pattern Ordering, Dependent Patterns, Standard Names, Machine Desc
  1592. @section When the Order of Patterns Matters
  1593. @cindex Pattern Ordering
  1594. @cindex Ordering of Patterns
  1595.  
  1596. Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
  1597. pattern that appears first in the machine description is the one used.
  1598. Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
  1599. and faster instructions (those that will produce better code when they
  1600. do match) should usually go first in the description.
  1601.  
  1602. In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
  1603. a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
  1604. instruction for converting a fullword to floating point and another
  1605. for converting a byte to floating point.  An instruction converting
  1606. an integer to floating point could match either one.  We put the
  1607. pattern to convert the fullword first to make sure that one will
  1608. be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
  1609. be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
  1610. Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
  1611. pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
  1612. constant value.
  1613.  
  1614. @node Dependent Patterns, Jump Patterns, Pattern Ordering, Machine Desc
  1615. @section Interdependence of Patterns
  1616. @cindex Dependent Patterns
  1617. @cindex Interdependence of Patterns
  1618.  
  1619. Every machine description must have a named pattern for each of the
  1620. conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
  1621. must always have the form
  1622.  
  1623. @example
  1624. (set (pc)
  1625.      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
  1626.                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
  1627.                    (pc)))
  1628. @end example
  1629.  
  1630. @noindent
  1631. In addition, every machine description must have an anonymous pattern
  1632. for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
  1633. look like
  1634.  
  1635. @example
  1636. (set (pc)
  1637.      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
  1638.                    (pc)
  1639.                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
  1640. @end example
  1641.  
  1642. @noindent
  1643. They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
  1644. branches into reverse-conditional branches.
  1645.  
  1646. It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
  1647. reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
  1648. example,
  1649.  
  1650. @example
  1651. (define_insn ""
  1652.   [(set (pc)
  1653.         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
  1654.                       [(cc0) (const_int 0)])
  1655.               (pc)
  1656.               (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
  1657.   "@var{condition}"
  1658.   "@dots{}")
  1659. @end example
  1660.  
  1661. In some cases machines support instructions identical except for the
  1662. machine mode of one or more operands.  For example, there may be
  1663. ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
  1664. patterns are
  1665.  
  1666. @example
  1667. (set (match_operand:SI 0 @dots{})
  1668.      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
  1669.  
  1670. (set (match_operand:SI 0 @dots{})
  1671.      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
  1672. @end example
  1673.  
  1674. @noindent
  1675. Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
  1676. extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
  1677. actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
  1678. results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
  1679. here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
  1680. will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
  1681.  
  1682. Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
  1683. optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
  1684. compilations.
  1685.  
  1686. If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
  1687. replace a register with a constant permitted by the constraint in some
  1688. cases.  Similarly for memory references.  You must ensure that the
  1689. predicate permits all objects allowed by the constraints to prevent the
  1690. compiler from crashing.
  1691.  
  1692. Because of this substitution, you should not provide separate patterns
  1693. for increment and decrement instructions.  Instead, they should be 
  1694. generated from the same pattern that supports register-register add
  1695. insns by examining the operands and generating the appropriate machine
  1696. instruction.
  1697.  
  1698. @node Jump Patterns, Insn Canonicalizations, Dependent Patterns, Machine Desc
  1699. @section Defining Jump Instruction Patterns
  1700. @cindex jump instruction patterns
  1701. @cindex defining jump instruction patterns
  1702.  
  1703. For most machines, GNU CC assumes that the machine has a condition code.
  1704. A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
  1705. signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
  1706. insn tests the condition code and branches or not according its value.
  1707. The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
  1708. common machines, such as the Vax, the 68000 and the 32000, work this
  1709. way.
  1710.  
  1711. Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
  1712. only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
  1713. these machines is to treat them just like the others until the final stage
  1714. where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
  1715. compare instruction, peek ahead at the following branch using
  1716. @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
  1717. being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
  1718. the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
  1719. otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
  1720. can treat signed and unsigned branches identically.
  1721.  
  1722. The reason you can do this is that GNU CC always generates a pair of
  1723. consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
  1724. set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
  1725. until the end.
  1726.  
  1727. To go with this technique, you must define the machine-description macro
  1728. @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
  1729. compare instruction is superfluous.
  1730.  
  1731. Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
  1732. A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
  1733. compare instruction, record its operands in two static variables.  When
  1734. outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
  1735. output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
  1736.  
  1737. It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
  1738. In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
  1739. will be combined according to these patterns.  But this does not happen
  1740. if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
  1741. above in addition to any special patterns you define.
  1742.  
  1743. In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
  1744. code and there may not even be a separate condition code register.  On
  1745. these machines, the restriction that the definition and use of the
  1746. condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
  1747. important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
  1748. delay for taken branches unless the condition code register is set three
  1749. instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
  1750. scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
  1751. separate the definition and use of the condition code register.
  1752.  
  1753. On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
  1754. to represent the condition code.  If there is a specific condition code
  1755. register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
  1756. comparison result can be placed in any general register, or if there are
  1757. multiple condition registers, use a pseudo register.
  1758.  
  1759. @findex prev_cc0_setter
  1760. @findex next_cc0_user
  1761. On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
  1762. the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
  1763. Sparc, setting the condition code directly from an add or subtract
  1764. instruction does not clear the overflow bit the way that a test
  1765. instruction does, so a different branch instruction must be used for
  1766. some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
  1767. and use of the condition code must be adjacent (separated only by
  1768. @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
  1769. (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
  1770. located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
  1771. and @code{next_cc0_user}.
  1772.  
  1773. However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
  1774. those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
  1775. compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
  1776. we use the machine mode of the condition code register to record
  1777. different formats of the condition code register.
  1778.  
  1779. Registers used to store the condition code value should have a mode that
  1780. is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
  1781. additional modes are required (as for the add example mentioned above in
  1782. the Sparc), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
  1783. additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
  1784. @code{EXTRA_CC_NAMES} to list the names of those modes and
  1785. @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
  1786.  
  1787. If it is known during RTL generation that a different mode will be
  1788. required (for example, if the machine has separate compare instructions
  1789. for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
  1790. be specified at that time.
  1791.  
  1792. If the cases that require different modes would be made by instruction
  1793. combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
  1794. mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
  1795. written using that mode.  To support the case of the add on the Sparc
  1796. discussed above, we have the pattern
  1797.  
  1798. @example
  1799. (define_insn ""
  1800.   [(set (reg:CC_NOOV 0)
  1801.     (compare:CC_NOOV (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
  1802.                   (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
  1803.              (const_int 0)))]
  1804.   ""
  1805.   "@dots{}")
  1806. @end example
  1807.  
  1808. The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the Sparc returns @code{CC_NOOVmode}
  1809. for comparisons whose argument is a @code{plus}.
  1810.  
  1811. @node Insn Canonicalizations, Peephole Definitions, Jump Patterns, Machine Desc
  1812. @section Canonicalization of Instructions
  1813. @cindex canonicalization of instructions
  1814. @cindex insn canonicalization
  1815.  
  1816. There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
  1817. operation performed by a single machine instruction.  This situation is
  1818. most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
  1819. instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
  1820. multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
  1821. number of insn patterns required.
  1822.  
  1823. In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
  1824. are performed:
  1825.  
  1826. @itemize @bullet
  1827. @item
  1828. For commutative and comparison operators, a constant is always made the
  1829. second operand.  If a machine only supports a constant as the second
  1830. operand, only patterns that match a constant in the second operand need
  1831. be supplied.
  1832.  
  1833. @cindex @code{neg}, canonicalization of
  1834. @cindex @code{not}, canonicalization of
  1835. @cindex @code{mult}, canonicalization of
  1836. @cindex @code{plus}, canonicalization of
  1837. @cindex @code{minus}, canonicalization of
  1838. For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
  1839. @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
  1840. first operand.
  1841.  
  1842. @cindex @code{compare}, canonicalization of
  1843. @item
  1844. For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
  1845. on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
  1846. machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
  1847. a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
  1848. cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
  1849. matching a constant as the first operand unless the machine actually has
  1850. such an instruction.
  1851.  
  1852. An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
  1853. @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
  1854. above.
  1855.  
  1856. @item
  1857. @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
  1858. @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
  1859.  
  1860. @item
  1861. Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
  1862. converted into the appropriate multiplication by a power of two.
  1863.  
  1864. @cindex @code{ior}, canonicalization of
  1865. @cindex @code{and}, canonicalization of
  1866. @cindex De Morgan's law
  1867. De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
  1868. logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
  1869. operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
  1870.  
  1871. A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
  1872. operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
  1873. for that instruction as
  1874.  
  1875. @example
  1876. (define_insn ""
  1877.   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
  1878.     (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
  1879.              (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
  1880.   "@dots{}"
  1881.   "@dots{}")
  1882. @end example
  1883.  
  1884. @noindent
  1885. Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
  1886.  
  1887. @example
  1888. (define_insn ""
  1889.   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
  1890.     (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
  1891.              (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
  1892.   "@dots{}"
  1893.   "@dots{}")
  1894. @end example
  1895.  
  1896. In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
  1897. logically equivalent RTL expressions.
  1898.  
  1899. @cindex @code{xor}, canonicalization of
  1900. @item
  1901. The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
  1902. and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x}) @var{y})}
  1903. and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.@refill
  1904.  
  1905. @item
  1906. The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
  1907. the form
  1908.  
  1909. @example
  1910. (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
  1911. @end example
  1912.  
  1913. @item
  1914. On machines that do not use @code{cc0},
  1915. @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
  1916. @var{x}.@refill
  1917.  
  1918. @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
  1919. @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
  1920. @item
  1921. Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
  1922. will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
  1923. @code{and} or @code{sign_extract} operations.
  1924.  
  1925. @end itemize
  1926.  
  1927. @node Peephole Definitions, Expander Definitions, Insn Canonicalizations, Machine Desc
  1928. @section Defining Machine-Specific Peephole Optimizers
  1929. @cindex peephole optimizer definitions
  1930. @cindex defining peephole optimizers
  1931.  
  1932. In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
  1933. definitions of machine-specific peephole optimizations.
  1934.  
  1935. The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
  1936. flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
  1937. sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
  1938. though the second one does not appear to use a register computed in the
  1939. first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
  1940. opportunities.
  1941.  
  1942. A definition looks like this:
  1943.  
  1944. @example
  1945. (define_peephole
  1946.   [@var{insn-pattern-1}
  1947.    @var{insn-pattern-2}
  1948.    @dots{}]
  1949.   "@var{condition}"
  1950.   "@var{template}"
  1951.   "@var{optional insn-attributes}")
  1952. @end example
  1953.  
  1954. @noindent
  1955. The last string operand may be omitted if you are not using any
  1956. machine-specific information in this machine description.  If present,
  1957. it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
  1958.  
  1959. In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
  1960. consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
  1961. @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
  1962. the next, and so on.@refill
  1963.  
  1964. Each of the insns matched by a peephole must also match a
  1965. @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
  1966. before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
  1967. would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
  1968. generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
  1969. stages.
  1970.  
  1971. The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
  1972. @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
  1973. usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
  1974. definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
  1975. using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
  1976. other.
  1977.  
  1978. The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
  1979. any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
  1980. be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
  1981. to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
  1982. but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
  1983.  
  1984. It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
  1985. you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
  1986. previously tested.
  1987.  
  1988. Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
  1989. checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
  1990. perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
  1991. @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
  1992. optimization is applied to every sequence of insns that matches the
  1993. patterns.
  1994.  
  1995. The defined peephole optimizations are applied after register allocation
  1996. is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
  1997. operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
  1998. the operands.
  1999.  
  2000. @findex prev_nonnote_insn
  2001. The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
  2002. @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
  2003. @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
  2004. to refer to the last of the insns being matched; use
  2005. @code{prev_nonnote_insn} to find the preceding insns.
  2006.  
  2007. @findex dead_or_set_p
  2008. When optimizing computations with intermediate results, you can use
  2009. @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
  2010. elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
  2011. @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
  2012. to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
  2013. with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
  2014. value (from @code{operands[@var{i}]}).@refill
  2015.  
  2016. Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
  2017. new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
  2018. for this combined insn.  It works exactly like the template of a
  2019. @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
  2020. used in matching the original sequence of insns.
  2021.  
  2022. The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
  2023. the insn patterns in the machine description; it does not even have an
  2024. opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
  2025. as the insn pattern to control how the insn is output.
  2026.  
  2027. Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
  2028. so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
  2029.  
  2030. Here is an example, taken from the 68000 machine description:
  2031.  
  2032. @example
  2033. (define_peephole
  2034.   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
  2035.    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "f")
  2036.         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
  2037.   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
  2038.   "*
  2039. @{
  2040.   rtx xoperands[2];
  2041.   xoperands[1] = gen_rtx (REG, SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
  2042. #ifdef MOTOROLA
  2043.   output_asm_insn (\"move.l %1,(sp)\", xoperands);
  2044.   output_asm_insn (\"move.l %1,-(sp)\", operands);
  2045.   return \"fmove.d (sp)+,%0\";
  2046. #else
  2047.   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@\", xoperands);
  2048.   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@-\", operands);
  2049.   return \"fmoved sp@@+,%0\";
  2050. #endif
  2051. @}
  2052. ")
  2053. @end example
  2054.  
  2055. The effect of this optimization is to change
  2056.  
  2057. @example
  2058. jbsr _foobar
  2059. addql #4,sp
  2060. movel d1,sp@@-
  2061. movel d0,sp@@-
  2062. fmoved sp@@+,fp0
  2063. @end example
  2064.  
  2065. @noindent
  2066. into
  2067.  
  2068. @example
  2069. jbsr _foobar
  2070. movel d1,sp@@
  2071. movel d0,sp@@-
  2072. fmoved sp@@+,fp0
  2073. @end example
  2074.  
  2075. @ignore
  2076. @findex CC_REVERSED
  2077. If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
  2078. take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
  2079. condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
  2080. automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
  2081. situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
  2082. peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
  2083. that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
  2084. and in this C code check the condition code status flags and change the
  2085. assembler code as appropriate.
  2086. @end ignore
  2087.  
  2088. @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
  2089. operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
  2090. second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
  2091. enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
  2092. action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
  2093. when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
  2094. implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
  2095. write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
  2096. @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
  2097.  
  2098. @example
  2099. (define_insn "divmodsi4"
  2100.   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
  2101.         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
  2102.                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
  2103.    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
  2104.         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
  2105.   "TARGET_68020"
  2106.   "divsl%.l %2,%3:%0")
  2107. @end example
  2108.  
  2109. @noindent
  2110. then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
  2111.  
  2112. @example
  2113. (define_peephole
  2114.   [@dots{}
  2115.    (parallel
  2116.     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
  2117.           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
  2118.                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
  2119.      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
  2120.           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
  2121.    @dots{}]
  2122.   @dots{})
  2123. @end example
  2124.  
  2125. @node Expander Definitions, Insn Splitting, Peephole Definitions, Machine Desc
  2126. @section Defining RTL Sequences for Code Generation
  2127. @cindex expander definitions
  2128. @cindex code generation RTL sequences
  2129. @cindex defining RTL sequences for code generation
  2130.  
  2131. On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
  2132. cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
  2133. represent them.  For these target machines, you can write a
  2134. @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL.
  2135.  
  2136. @findex define_expand
  2137. A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
  2138. @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
  2139. only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
  2140.  
  2141. A @code{define_expand} RTX has four operands:
  2142.  
  2143. @itemize @bullet
  2144. @item
  2145. The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
  2146. use for it is to refer to it by name.
  2147.  
  2148. @findex define_peephole
  2149. @item
  2150. The RTL template.  This is just like the RTL template for a
  2151. @code{define_peephole} in that it is a vector of RTL expressions
  2152. each being one insn.
  2153.  
  2154. @item
  2155. The condition, a string containing a C expression.  This expression is
  2156. used to express how the availability of this pattern depends on
  2157. subclasses of target machine, selected by command-line options when
  2158. GNU CC is run.  This is just like the condition of a
  2159. @code{define_insn} that has a standard name.
  2160.  
  2161. @item
  2162. The preparation statements, a string containing zero or more C
  2163. statements which are to be executed before RTL code is generated from
  2164. the RTL template.
  2165.  
  2166. Usually these statements prepare temporary registers for use as
  2167. internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
  2168. insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
  2169. Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
  2170. @end itemize
  2171.  
  2172. Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
  2173. @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
  2174. will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
  2175. it.
  2176.  
  2177. The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
  2178. also describes the operands that need to be specified when this pattern
  2179. is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
  2180.  
  2181. A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
  2182. the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
  2183. occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
  2184. predicate into the tables that record such things.  GNU CC uses the
  2185. information to preload the operand into a register if that is required for
  2186. valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
  2187. references should use @code{match_dup}.
  2188.  
  2189. The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
  2190. temporary registers or labels used only within the sequence made by the
  2191. @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
  2192. template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
  2193. values of the internal operands are not passed in as arguments by the
  2194. compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
  2195. within the pattern, in the preparation statements.  These statements
  2196. compute the values and store them into the appropriate elements of
  2197. @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
  2198.  
  2199. There are two special macros defined for use in the preparation statements:
  2200. @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
  2201. as a statement.
  2202.  
  2203. @table @code
  2204.  
  2205. @findex DONE
  2206. @item DONE
  2207. Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
  2208. only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
  2209. those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
  2210. preparation statements; the RTL template will not be generated.
  2211.  
  2212. @findex FAIL
  2213. @item FAIL
  2214. Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
  2215. that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
  2216. compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
  2217.  
  2218. Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
  2219. shifting, etc.) and bitfield (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
  2220. operations.
  2221. @end table
  2222.  
  2223. Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
  2224.  
  2225. @example
  2226. (define_expand "ashlsi3"
  2227.   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
  2228.         (ashift:SI
  2229.           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
  2230.           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
  2231.   ""
  2232.   "
  2233. @{
  2234.   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
  2235.       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
  2236.     FAIL;
  2237. @}")
  2238. @end example
  2239.  
  2240. @noindent
  2241. This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
  2242. for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
  2243. fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
  2244. the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
  2245. library call).
  2246.  
  2247. If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
  2248. patterns with names, then it would be possible to use a
  2249. @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
  2250. on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
  2251.  
  2252. @example
  2253. (define_expand "zero_extendhisi2"
  2254.   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
  2255.         (const_int 0))
  2256.    (set (strict_low_part
  2257.           (subreg:HI
  2258.             (match_dup 0)
  2259.             0))
  2260.         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
  2261.   ""
  2262.   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
  2263. @end example
  2264.  
  2265. @noindent
  2266. @findex make_safe_from
  2267. Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
  2268. and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
  2269. is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
  2270. operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
  2271. function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
  2272. temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
  2273. by emitting another RTL insn.
  2274.  
  2275. Finally, a third example shows the use of an internal operand.
  2276. Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
  2277. against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
  2278. @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
  2279. on this machine.  So it must be copied into a register with
  2280. @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
  2281.  
  2282. @example
  2283. (define_expand "zero_extendhisi2"
  2284.   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
  2285.         (and:SI (subreg:SI
  2286.                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
  2287.                   0)
  2288.                 (match_dup 2)))]
  2289.   ""
  2290.   "operands[2]
  2291.      = force_reg (SImode, gen_rtx (CONST_INT,
  2292.                                    VOIDmode, 65535)); ")
  2293. @end example
  2294.  
  2295. @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
  2296. standard binary or unary arithmetic operation or a bitfield operation,
  2297. then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
  2298. @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
  2299. @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
  2300. at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
  2301. itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
  2302. in the compiler.@refill
  2303.  
  2304. @node Insn Splitting, Insn Attributes, Expander Definitions, Machine Desc
  2305. @section Splitting Instructions into Multiple Instructions
  2306. @cindex insn splitting
  2307. @cindex instruction splitting
  2308. @cindex splitting instructions
  2309.  
  2310. On machines that have instructions requiring delay slots (@pxref{Delay
  2311. Slots}) or that have instructions whose output is not available for
  2312. multiple cycles (@pxref{Function Units}), the compiler phases that
  2313. optimize these cases need to be able to move insns into one-cycle
  2314. delay slots.  However, some insns may generate more than one machine
  2315. instruction.  These insns would be unable to be placed into a delay
  2316. slot.
  2317.  
  2318. It is often possible to write the single insn as a list of individual
  2319. insns, each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage
  2320. of doing so is that it will cause the compilation to be slower and
  2321. require more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
  2322. suppress some optimizations.
  2323.  
  2324. The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
  2325. complex insn into several simpler insns.  This spilling will be
  2326. performed if there is a reason to believe that it might improve
  2327. instruction or delay slot scheduling.  The definition looks like this:
  2328.  
  2329. @example
  2330. (define_split
  2331.   [@var{insn-pattern}]
  2332.   "@var{condition}"
  2333.   [@var{new-insn-pattern-1}
  2334.    @var{new-insn-pattern-2}
  2335.    @dots{}]
  2336.   "@var{preparation statements}")
  2337. @end example
  2338.  
  2339. @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
  2340. @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
  2341. @code{define_insn}.  Any insn matched by a @code{define_split} must also
  2342. be matched by a @code{define_insn} in case it does not need to be split.
  2343.  
  2344. When an insn matching @var{insn-pattern} and satisfying @var{condition}
  2345. is found, it is replaced in the insn list with the insns given by
  2346. @var{new-insn-pattern-1}, @var{new-insn-pattern-2}, etc.
  2347.  
  2348. The @var{preparation statements} are similar to those specified for
  2349. @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) and are executed
  2350. before the new RTL is generated to prepare for the generated code
  2351. or emit some insns whose pattern is not fixed.
  2352.  
  2353. As a simple case, consider the following example from the AMD 29000
  2354. machine description, which splits a @code{sign_extend} from
  2355. @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
  2356.  
  2357. @example
  2358. (define_split
  2359.   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
  2360.     (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
  2361.   ""
  2362.   [(set (match_dup 0)
  2363.     (ashift:SI (match_dup 1)
  2364.            (const_int 16)))
  2365.    (set (match_dup 0)
  2366.     (ashiftrt:SI (match_dup 0)
  2367.              (const_int 16)))]
  2368.   "
  2369. @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
  2370. @end example
  2371.  
  2372. @node Insn Attributes,, Insn Splitting, Machine Desc
  2373. @section Instruction Attributes
  2374. @cindex insn attributes
  2375. @cindex instruction attributes
  2376.  
  2377. In addition to describing the instruction supported by the target machine,
  2378. the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
  2379. values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
  2380. One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
  2381. condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
  2382. to track the condition codes.
  2383.  
  2384. @menu
  2385. * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
  2386. * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
  2387. * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
  2388. * Attr Example::        An example of assigning attributes.
  2389. * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
  2390. * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
  2391. * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
  2392. * Function Units::      Specifying information for insn scheduling.
  2393. @end menu
  2394.  
  2395. @node Defining Attributes, Expressions, Insn Attributes, Insn Attributes
  2396. @subsection Defining Attributes and their Values
  2397. @cindex defining attributes and their values
  2398. @cindex attributes, defining
  2399.  
  2400. @findex define_attr
  2401. The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
  2402. by the target machine.  It looks like:
  2403.  
  2404. @example
  2405. (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
  2406. @end example
  2407.  
  2408. @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
  2409.  
  2410. @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
  2411. list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
  2412. indicate that the attribute takes numeric values.
  2413.  
  2414. @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
  2415. attribute for insns that match patterns whose definition does not include
  2416. an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
  2417. information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
  2418. for information on attributes that do not depend on any particular insn.
  2419.  
  2420. @findex insn-attr.h
  2421. For each defined attribute, a number of definitions are written to the
  2422. @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
  2423. specified for an attribute, the following are defined:
  2424.  
  2425. @itemize @bullet
  2426. @item
  2427. A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
  2428.  
  2429. @item
  2430. An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
  2431. elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
  2432. the attribute name and value are first converted to upper case.
  2433.  
  2434. @item
  2435. A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
  2436. returns the attribute value for that insn.
  2437. @end itemize
  2438.  
  2439. For example, if the following is present in the @file{md} file:
  2440.  
  2441. @example
  2442. (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
  2443. @end example
  2444.  
  2445. @noindent
  2446. the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
  2447.  
  2448. @example
  2449. #define HAVE_ATTR_type
  2450. enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
  2451.          TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
  2452. extern enum attr_type get_attr_type ();
  2453. @end example
  2454.  
  2455. If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
  2456. defined and the function to obtain the attribute's value will return
  2457. @code{int}.
  2458.  
  2459. @node Expressions, Tagging Insns, Defining Attributes, Insn Attributes
  2460. @subsection Attribute Expressions
  2461. @cindex attribute expressions
  2462.  
  2463. RTL expressions used to define attributes use the codes described above
  2464. plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below. 
  2465. Attribute value expressions must have one of the following forms:
  2466.  
  2467. @table @code
  2468. @cindex @code{const_int} and attributes
  2469. @item (const_int @var{i})
  2470. The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
  2471. must be non-negative.
  2472.  
  2473. The value of a numeric attribute can be specified either with a
  2474. @code{const_int} or as an integer represented as a string in
  2475. @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), and @code{set_attr}
  2476. (@pxref{Tagging Insns}) expressions.
  2477.  
  2478. @cindex @code{const_string} and attributes
  2479. @item (const_string @var{value})
  2480. The string @var{value} specifies a constant attribute value.
  2481. If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
  2482. the attribute is to be used for the insn containing this expression.
  2483. @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
  2484. of a @code{define_attr}.@refill
  2485.  
  2486. If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
  2487. must be a string containing a non-negative integer (normally
  2488. @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
  2489. contain one of the valid values for the attribute.
  2490.  
  2491. @cindex @code{if_then_else} and attributes
  2492. @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
  2493. @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
  2494. The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
  2495. otherwise it is @var{false-value}.
  2496.  
  2497. @cindex @code{cond} and attributes
  2498. @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
  2499. The first operand of this expression is a vector containing an even
  2500. number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
  2501. expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
  2502. @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
  2503. none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
  2504. expression is that of the @var{default} expression.
  2505. @end table
  2506.  
  2507. @var{test} expressions can have one of the following forms:
  2508.  
  2509. @table @code
  2510. @cindex @code{const_int} and attribute tests
  2511. @item (const_int @var{i})
  2512. This test is true if @var{i} is non-zero and false otherwise.
  2513.  
  2514. @cindex @code{not} and attributes
  2515. @cindex @code{ior} and attributes
  2516. @cindex @code{and} and attributes
  2517. @item (not @var{test})
  2518. @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
  2519. @itemx (and @var{test1} @var{test2})
  2520. These tests are true if the indicated logical function is true.
  2521.  
  2522. @cindex @code{match_operand} and attributes
  2523. @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
  2524. This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
  2525. is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
  2526. if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
  2527. @var{pred} returns a non-zero value when passed operand @var{n} and mode
  2528. @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
  2529. string).
  2530.  
  2531. The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
  2532.  
  2533. @cindex @code{le} and attributes
  2534. @cindex @code{leu} and attributes
  2535. @cindex @code{lt} and attributes
  2536. @cindex @code{gt} and attributes
  2537. @cindex @code{gtu} and attributes
  2538. @cindex @code{ge} and attributes
  2539. @cindex @code{geu} and attributes
  2540. @cindex @code{ne} and attributes
  2541. @cindex @code{eq} and attributes
  2542. @cindex @code{plus} and attributes
  2543. @cindex @code{minus} and attributes
  2544. @cindex @code{mult} and attributes
  2545. @cindex @code{div} and attributes
  2546. @cindex @code{mod} and attributes
  2547. @cindex @code{abs} and attributes
  2548. @cindex @code{neg} and attributes
  2549. @cindex @code{lshift} and attributes
  2550. @cindex @code{ashift} and attributes
  2551. @cindex @code{lshiftrt} and attributes
  2552. @cindex @code{ashiftrt} and attributes
  2553. @item (le @var{arith1} @var{arith2})
  2554. @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
  2555. @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
  2556. @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
  2557. @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
  2558. @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
  2559. @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
  2560. @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
  2561. @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
  2562. @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
  2563. These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
  2564. expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
  2565. @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
  2566. @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
  2567. @code{lshift}, @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt}
  2568. expressions.@refill
  2569.  
  2570. @findex get_attr
  2571. @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
  2572. Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
  2573. denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
  2574. @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
  2575. variable.@refill
  2576.  
  2577. @findex eq_attr
  2578. @item (eq_attr @var{name} @var{value})
  2579. @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
  2580.  
  2581. @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
  2582. @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
  2583. value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
  2584. test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
  2585. insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
  2586. with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
  2587. @emph{not} in the specified list.
  2588.  
  2589. For example,
  2590.  
  2591. @example
  2592. (eq_attr "type" "load,store")
  2593. @end example
  2594.  
  2595. @noindent
  2596. is equivalent to
  2597.  
  2598. @example
  2599. (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
  2600. @end example
  2601.  
  2602. If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
  2603. value of the compiler variable @code{which_alternative}
  2604. (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
  2605. example,@refill
  2606.  
  2607. @example
  2608. (eq_attr "alternative" "2,3")
  2609. @end example
  2610.  
  2611. @noindent
  2612. is equivalent to
  2613.  
  2614. @example
  2615. (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
  2616.      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
  2617. @end example
  2618.  
  2619. Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
  2620. where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
  2621. a particular pattern.  This is by far the most common case.@refill
  2622. @end table
  2623.  
  2624. @node Tagging Insns, Attr Example, Expressions, Insn Attributes
  2625. @subsection Assigning Attribute Values to Insns
  2626. @cindex tagging insns
  2627. @cindex assigning attribute values to insns
  2628.  
  2629. The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
  2630. which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
  2631. generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
  2632. have an optional last argument to specify the values of attributes for
  2633. matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
  2634. insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
  2635. @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
  2636. permits the specification of the values for only one or two attributes
  2637. in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
  2638. next section.@refill
  2639.  
  2640. The optional last argument of @code{define_insn} and
  2641. @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
  2642. the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
  2643. attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
  2644. @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
  2645. second operand of the @code{set} is an attribute expression
  2646. (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.@refill
  2647.  
  2648. When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
  2649. (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
  2650. insn), the @code{set_attr_alternative} expression can can be used.  It
  2651. allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
  2652. each alternative.
  2653.  
  2654. @findex set_attr
  2655. When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
  2656. the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
  2657. specifying a string giving either a single attribute value or a list
  2658. of attribute values, one for each alternative.
  2659.  
  2660. The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
  2661. @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
  2662.  
  2663. @table @code
  2664. @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
  2665. @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
  2666. or a string containing a comma-separated list giving the values for
  2667. succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
  2668. of alternatives in the constraint of the insn pattern.
  2669.  
  2670. Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
  2671. which case the attribute will assume its default value for insns matching
  2672. that alternative.
  2673.  
  2674. @findex set_attr_alternative
  2675. @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
  2676. Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
  2677. specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
  2678. tests on the @samp{alternative} attribute.
  2679.  
  2680. @findex attr
  2681. @item (set (attr @var{name}) @var{value})
  2682. The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
  2683. @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
  2684. attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
  2685. @end table
  2686.  
  2687. The following shows three different ways of representing the same
  2688. attribute value specification:
  2689.  
  2690. @example
  2691. (set_attr "type" "load,store,arith")
  2692.  
  2693. (set_attr_alternative "type"
  2694.                       [(const_string "load") (const_string "store")
  2695.                        (const_string "arith")])
  2696.  
  2697. (set (attr "type")
  2698.      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
  2699.             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
  2700.            (const_string "arith")))
  2701. @end example
  2702.  
  2703. @findex define_asm_attributes
  2704. The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
  2705. specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
  2706. statement. It has the form:
  2707.  
  2708. @example
  2709. (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
  2710. @end example
  2711.  
  2712. @noindent
  2713. where @var{attr-sets} is specified the same as for @code{define_insn}
  2714. and @code{define_peephole} expressions.
  2715.  
  2716. These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
  2717. example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
  2718.  
  2719. A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  To
  2720. compute the length of an @code{asm} insn, the length specified in the
  2721. @code{define_asm_attributes} expression is multiplied by the number of
  2722. machine instructions specified in the @code{asm} statement, determined
  2723. by counting the number of semicolons and newlines in the string.
  2724. Therefore, the value of the @code{length} attribute specified in a
  2725. @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length of a
  2726. single machine instruction.
  2727.  
  2728. @node Attr Example, Insn Lengths, Tagging Insns, Insn Attributes
  2729. @subsection Example of Attribute Specifications
  2730. @cindex attribute specifications example
  2731. @cindex attribute specifications
  2732.  
  2733. The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
  2734. insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
  2735. attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
  2736. value.  This attribute is normally used only to define the default value
  2737. for other attributes.  An example will clarify this usage.
  2738.  
  2739. Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
  2740. full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
  2741. can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
  2742. operations, floating point operations, and branches.
  2743.  
  2744. Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
  2745. the condition code and will limit ourselves to the following possible
  2746. effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
  2747. be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
  2748. changed if the item previously set into the condition code has been
  2749. modified.
  2750.  
  2751. Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
  2752.  
  2753. @example
  2754. (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
  2755.  
  2756. (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
  2757.              (cond [(eq_attr "type" "load")
  2758.                         (const_string "change0")
  2759.                     (eq_attr "type" "store,branch")
  2760.                         (const_string "unchanged")
  2761.                     (eq_attr "type" "arith")
  2762.                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
  2763.                                       (const_string "set")
  2764.                                       (const_string "clobber"))]
  2765.                    (const_string "clobber")))
  2766.  
  2767. (define_insn ""
  2768.   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
  2769.         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
  2770.   ""
  2771.   "@@
  2772.    move %0,%1
  2773.    load %0,%1
  2774.    store %0,%1"
  2775.   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
  2776. @end example
  2777.  
  2778. Note that we assume in the above example that arithmetic operations
  2779. performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
  2780. code since they will set the condition code to a value corresponding to the
  2781. full-word result.
  2782.  
  2783. @node Insn Lengths, Constant Attributes, Attr Example, Insn Attributes
  2784. @subsection Computing the Length of an Insn
  2785. @cindex insn lengths, computing
  2786. @cindex computing the length of an insn
  2787.  
  2788. For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
  2789. for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
  2790. will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
  2791. cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
  2792. attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
  2793. values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
  2794.  
  2795. In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
  2796. arithmetic terms are allowed in test expressions:
  2797.  
  2798. @table @code
  2799. @cindex @code{match_dup} and attributes
  2800. @item (match_dup @var{n})
  2801. This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
  2802. must be a @code{label_ref}.
  2803.  
  2804. @cindex @code{pc} and attributes
  2805. @item (pc)
  2806. This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
  2807. been more consistent with other usage to make this the address of the
  2808. @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the 
  2809. current insn is to be computed.
  2810. @end table
  2811.  
  2812. @cindex @code{addr_vec}, length of
  2813. @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
  2814. For normal insns, the length will be determined by value of the
  2815. @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
  2816. @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length will be computed as
  2817. the number of vectors multiplied by the size of each vector.@refill
  2818.  
  2819. The following macros can be used to refine the length computation:
  2820.  
  2821. @table @code
  2822. @findex FIRST_INSN_ADDRESS
  2823. @item FIRST_INSN_ADDRESS
  2824. When the @code{length} insn attribute is used, this macro specifies the
  2825. value to be assigned to the address of the first insn in a function.  If
  2826. not specified, 0 is used.
  2827.  
  2828. @findex ADJUST_INSN_LENGTH
  2829. @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
  2830. If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
  2831. function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
  2832. that contains the initially computed length of the insn and should be
  2833. updated with the correct length of the insn.  If updating is required,
  2834. @var{insn} must not be a varying-length insn.
  2835.  
  2836. This macro will normally not be required.  A case in which it is
  2837. required is the ROMP.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
  2838. insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
  2839. may be required.
  2840. @end table
  2841.  
  2842. @findex get_attr_length
  2843. The routine that returns the value of the @code{length} attribute,
  2844. @code{get_attr_length}, can be used by the output routine to determine
  2845. the form of the branch instruction to be written, as the example
  2846. below illustrates.
  2847.  
  2848. As an example of the specification of variable-length branches, consider
  2849. the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
  2850. the starting address of a function, we can jump to labels within 4K of
  2851. the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
  2852. sequence to load the address from memory and then branch to it.
  2853.  
  2854. On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
  2855. as follows:
  2856.  
  2857. @example
  2858. (define_insn "jump"
  2859.   [(set (pc)
  2860.         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
  2861.   ""
  2862.   "*
  2863. @{
  2864.    return (get_attr_length (insn) == 4
  2865.            ? \"b %l0\" : \"l r15,=a(%l0); br r15\");
  2866. @}"
  2867.   [(set (attr "length") (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
  2868.                                       (const_int 4)
  2869.                                       (const_int 6)))])
  2870. @end example
  2871.  
  2872. @node Constant Attributes, Delay Slots, Insn Lengths, Insn Attributes
  2873. @subsection Constant Attributes
  2874. @cindex constant attributes
  2875.  
  2876. A special form of DEFINE_ATTR, where the expression for the default
  2877. value is a CONST expression, indicates an attribute that is constant for
  2878. a given run of the compiler.  Constant attributes may be used to specify
  2879. which variety of processor is used.  For example,
  2880.  
  2881. @example
  2882. (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
  2883.  (const
  2884.   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
  2885.      (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
  2886.     (const_string "m88000"))))
  2887.  
  2888. (define_attr "memory" "fast,slow"
  2889.  (const
  2890.   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
  2891.         (const_string "fast")
  2892.         (const_string "slow"))))
  2893. @end example
  2894.  
  2895. The routine generated for constant attributes has no parameters as it
  2896. does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to
  2897. define the value of a constant attribute may use the SYMBOL_REF form,
  2898. but may not use either the MATCH_OPERAND form or EQ_ATTR forms
  2899. involving insn attributes.
  2900.  
  2901. @node Delay Slots, Function Units, Constant Attributes, Insn Attributes
  2902. @subsection Delay Slot Scheduling
  2903. @cindex delay slots, defining
  2904.  
  2905. The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
  2906. delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
  2907. require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
  2908. after the instruction are executed as if they were located before it.
  2909. Classic examples are branch and call instructions, which often execute
  2910. the following instruction before the branch or call is performed.
  2911.  
  2912. On some machines, conditional branch instructions can optionally
  2913. @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
  2914. instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
  2915. instructions that annul if the branch is true and instructions that
  2916. annul if the branch is false are supported.
  2917.   
  2918. Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
  2919. determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
  2920. on the type of instruction being generated, not on data flow between the
  2921. instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
  2922. instruction scheduling.
  2923.  
  2924. @findex define_delay
  2925. The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
  2926. via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
  2927.  
  2928. @example
  2929. (define_delay @var{test}
  2930.               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
  2931.                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
  2932.                @dots{}])
  2933. @end example
  2934.  
  2935. @var{test} is an attribute test that indicates whether this
  2936. @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
  2937. required delay slots is determined by the length of the vector specified
  2938. as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
  2939. satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
  2940. attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
  2941. is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
  2942. delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
  2943. supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.@refill
  2944.  
  2945. For example, in the common case where branch and call insns require
  2946. a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
  2947. call, the following would be placed in the @file{md} file:
  2948.  
  2949. @example
  2950. (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
  2951.               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
  2952. @end example
  2953.  
  2954. Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
  2955. case, each such expression specifies different delay slot requirements
  2956. and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
  2957. expressions are both true.
  2958.  
  2959. For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
  2960. but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
  2961. and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
  2962. branch is true, we might represent this as follows:
  2963.  
  2964. @example
  2965. (define_delay (eq_attr "type" "branch")
  2966.    [(eq_attr "type" "!branch,call") (eq_attr "type" "!branch,call") (nil)])
  2967.  
  2968. (define_delay (eq_attr "type" "call")
  2969.               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
  2970.                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
  2971. @end example
  2972.  
  2973. @node Function Units,, Delay Slots, Insn Attributes
  2974. @subsection Specifying Function Units
  2975. @cindex function units, for scheduling
  2976.  
  2977. On most RISC machines, there are instructions whose results are not
  2978. available for a specific number of cycles.  Common cases are instructions
  2979. that load data from memory.  On many machines, a pipeline stall will result
  2980. if the data is referenced too soon after the load instruction.
  2981.  
  2982. In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
  2983. one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
  2984. stalls when a result that is needed is not yet ready.
  2985.  
  2986. The descriptions in this section allow the specification of how much
  2987. time must elapse between the execution of an instruction and the time
  2988. when its result is used.  It also allows specification of when the
  2989. execution of an instruction will delay execution of similar instructions
  2990. due to function unit conflicts.
  2991.  
  2992. For the purposes of the specifications in this section, a machine is
  2993. divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
  2994. class of instructions.  Function units that accept one instruction each
  2995. cycle and allow a result to be used in the succeeding instruction
  2996. (usually via forwarding) need not be specified.  Classic RISC
  2997. microprocessors will normally have a single function unit, which we can
  2998. call @samp{memory}.  The newer ``superscalar'' processors will often
  2999. have function units for floating point operations, usually at least
  3000. a floating point adder and multiplier.
  3001.  
  3002. @findex define_function_unit
  3003. Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
  3004. @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
  3005.  
  3006. @example
  3007. (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
  3008.               @var{test} @var{ready-delay} @var{busy-delay}
  3009.              [@var{conflict-list}])
  3010. @end example
  3011.  
  3012. @var{name} is a string giving the name of the function unit.
  3013.  
  3014. @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
  3015. units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
  3016. be scheduled independently.  Only truly independent units should be
  3017. counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
  3018. only common example of a machine that has multiple function units for a
  3019. single instruction class that are truly independent and not pipelined
  3020. are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
  3021.  
  3022. @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
  3023. executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
  3024. if the unit is pipelined and has no limit.
  3025.  
  3026. All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
  3027. @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
  3028. @var{simultaneity}.
  3029.  
  3030. @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
  3031. in this definition.  Note that an insn may use more than one function
  3032. unit and a function unit may be specified in more than one
  3033. @code{define_function_unit}.
  3034.  
  3035. @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
  3036. after which the result of the instruction can be used without
  3037. introducing any stalls.
  3038.  
  3039. @var{busy-delay} is an integer that represents the default cost if an
  3040. insn is scheduled for this unit while the unit is active with another
  3041. insn.  If @var{simultaneity} is zero, this specification is ignored.
  3042. Otherwise, a zero value indicates that these insns execute on @var{name}
  3043. in a fully pipelined fashion, even if @var{simultaneity} is non-zero.  A
  3044. non-zero value indicates that scheduling a new insn on this unit while
  3045. another is active will incur a cost.  A cost of two indicates a single
  3046. cycle delay.  For a normal non-pipelined function unit, @var{busy-delay}
  3047. will be twice @var{ready-delay}.
  3048.  
  3049. @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
  3050. for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
  3051. which are applied to insns already executing in @var{name}.  For each
  3052. insn that is in the list, @var{busy-delay} will be used for the conflict
  3053. cost, while a value of zero will be used for insns not in the list.
  3054.  
  3055. Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
  3056. pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
  3057. where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
  3058.  
  3059. As an example, consider a classic RISC machine where the result of a
  3060. load instruction is not available for two cycles (a single ``delay''
  3061. instruction is required) and where only one load instruction can be executed
  3062. simultaneously.  This would be specified as:
  3063.  
  3064. @example
  3065. (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 4)
  3066. @end example
  3067.  
  3068. For the case of a floating point function unit that can pipeline either
  3069. single or double precision, but not both, the following could be specified:
  3070.  
  3071. @example
  3072. (define_function_unit
  3073.    "fp" 1 1 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 8 (eq_attr "type" "dp_fp")]
  3074. (define_function_unit
  3075.    "fp" 1 1 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 8 (eq_attr "type" "sp_fp")]
  3076. @end example
  3077.  
  3078. @strong{Note:} No code currently exists to avoid function unit
  3079. conflicts, only data conflicts.  Hence @var{multiplicity},
  3080. @var{simultaneity}, @var{busy-cost}, and @var{conflict-list} are
  3081. currently ignored.  When such code is written, it is possible that the
  3082. specifications for these values may be changed.  It has recently come to
  3083. our attention that these specifications may not allow modeling of some
  3084. of the newer ``superscalar'' processors that have insns using multiple
  3085. pipelined units.  These insns will cause a potential conflict for the
  3086. second unit used during their execution and there is no way of
  3087. representing that conflict.  We welcome any examples of how function
  3088. unit conflicts work in such processors and suggestions for their
  3089. representation.
  3090. @end ifset
  3091.