home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ OS/2 Professional / OS2PRO194.ISO / os2 / prgramer / unix / emx / gnu / doc / md.tex < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1992-11-23  |  143.9 KB  |  3,370 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
  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 match_op_dup
  333. @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
  334. Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
  335. operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
  336. substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
  337. differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
  338. determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
  339. recognition template, and it matches only an identical-looking
  340. expression.
  341.  
  342. @findex match_parallel
  343. @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
  344. This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
  345. @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
  346. expression should only appear at the top level of an insn pattern.
  347.  
  348. When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
  349. this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
  350. is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
  351. vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
  352. @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
  353. @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
  354. @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
  355. of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
  356. those listed in the @code{match_parallel}.@refill
  357.  
  358. A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
  359. multiple expressions, which can contains a variable number of elements
  360. in a @code{parallel}.  For example,
  361.  
  362. @example
  363. (define_insn ""
  364.   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
  365.                    [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
  366.                          (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
  367.                     (use (reg:SI 179))
  368.                     (clobber (reg:SI 179))])]
  369.   ""
  370.   "loadm 0,0,%1,%2")
  371. @end example
  372.  
  373. This example comes from @file{a29k.md}.  The function
  374. @code{load_multiple_operations} is defined in @file{a29k.c} and checks
  375. that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
  376. @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
  377. registers and memory locations.
  378.  
  379. An insn that matches this pattern might look like:
  380.  
  381. @example
  382. (parallel [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
  383.            (use (reg:SI 179))
  384.            (clobber (reg:SI 179))
  385.            (set (reg:SI 21) (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100) (const_int 4))))
  386.            (set (reg:SI 22) (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100) (const_int 8))))])
  387. @end example
  388.  
  389. @findex match_par_dup
  390. @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
  391. Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
  392. @code{match_operator}.
  393.  
  394. @findex address
  395. @item (address (match_operand:@var{m} @var{n} "address_operand" ""))
  396. This complex of expressions is a placeholder for an operand number
  397. @var{n} in a ``load address'' instruction: an operand which specifies
  398. a memory location in the usual way, but for which the actual operand
  399. value used is the address of the location, not the contents of the
  400. location.
  401.  
  402. @code{address} expressions never appear in RTL code, only in machine
  403. descriptions.  And they are used only in machine descriptions that do
  404. not use the operand constraint feature.  When operand constraints are
  405. in use, the letter @samp{p} in the constraint serves this purpose.
  406.  
  407. @var{m} is the machine mode of the @emph{memory location being
  408. addressed}, not the machine mode of the address itself.  That mode is
  409. always the same on a given target machine (it is @code{Pmode}, which
  410. normally is @code{SImode}), so there is no point in mentioning it;
  411. thus, no machine mode is written in the @code{address} expression.  If
  412. some day support is added for machines in which addresses of different
  413. kinds of objects appear differently or are used differently (such as
  414. the PDP-10), different formats would perhaps need different machine
  415. modes and these modes might be written in the @code{address}
  416. expression.
  417. @end table
  418.  
  419. @node Output Template, Output Statement, RTL Template, Machine Desc
  420. @section Output Templates and Operand Substitution
  421. @cindex output templates
  422. @cindex operand substitution
  423.  
  424. @cindex @samp{%} in template
  425. @cindex percent sign
  426. The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
  427. assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
  428. fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
  429. to specify where to substitute an operand; it can also be used to
  430. identify places where different variants of the assembler require
  431. different syntax.
  432.  
  433. In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
  434. operand @var{n} at that point in the string.
  435.  
  436. @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
  437. alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
  438. below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
  439. additional letters with nonstandard meanings.
  440.  
  441. @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
  442. constant value without the syntax that normally indicates an immediate
  443. operand.
  444.  
  445. @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
  446. the constant is negated before printing.
  447.  
  448. @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
  449. memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
  450. be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
  451. assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
  452. as if it were a memory reference.
  453.  
  454. @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
  455. instruction.
  456.  
  457. @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
  458. entire compilation.  This is useful for making local labels to be
  459. referred to more than once in a single template that generates multiple
  460. assembler instructions.
  461.  
  462. @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
  463. does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
  464. @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
  465. defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
  466. which punctuation characters are valid with the
  467. @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
  468.  
  469. @cindex \
  470. @cindex backslash
  471. The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
  472. for the instructions, with @samp{\;} between them.
  473.  
  474. @cindex matching operands
  475. When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
  476. each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
  477. Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
  478. arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
  479. operand.
  480.  
  481. One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
  482. distinguish between different assembler languages for the same machine; for
  483. example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
  484. requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
  485. example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
  486. syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
  487. but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
  488. syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
  489. defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
  490. it to do nothing.
  491.  
  492. @node Output Statement, Constraints, Output Template, Machine Desc
  493. @section C Statements for Generating Assembler Output
  494. @cindex output statements
  495. @cindex C statements for assembler output
  496. @cindex generating assembler output
  497.  
  498. Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
  499. assembler code for all the cases that are recognized by a single
  500. instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
  501. operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
  502. machine instructions.
  503.  
  504. If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
  505. a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
  506. leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
  507. pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
  508. if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
  509. into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
  510. might write this pattern:
  511.  
  512. @example
  513. (define_insn "addsi3"
  514.   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
  515.         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
  516.                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
  517.   ""
  518.   "@@
  519.    addr %2,%0
  520.    addm %2,%0")
  521. @end example
  522.  
  523. @cindex @code{*} in template
  524. @cindex asterisk in template
  525. If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
  526. output template but rather a piece of C program that should compute a
  527. template.  It should execute a @code{return} statement to return the
  528. template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
  529. require doublequote characters to delimit them.  To include these
  530. doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
  531.  
  532. The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
  533. is @code{rtx []}.
  534.  
  535. It is very common to select different ways of generating assembler code
  536. based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
  537. careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
  538. integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
  539. @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
  540. will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
  541. superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
  542. values of those bits.
  543.  
  544. @findex output_asm_insn
  545. It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
  546. or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
  547. receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
  548. vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
  549. that you declare locally and initialize yourself.
  550.  
  551. @findex which_alternative
  552. When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
  553. the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
  554. was matched.  When this is so, the C code can test the variable
  555. @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
  556. that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
  557. etc.).
  558.  
  559. For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
  560. for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
  561. a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
  562.  
  563. @example
  564. (define_insn ""
  565.   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
  566.         (const_int 0))]
  567.   ""
  568.   "*
  569.   return (which_alternative == 0
  570.           ? \"clrreg %0\" : \"clrmem %0\");
  571.   ")
  572. @end example
  573.  
  574. The example above, where the assembler code to generate was
  575. @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
  576. as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
  577.  
  578. @example
  579. (define_insn ""
  580.   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
  581.         (const_int 0))]
  582.   ""
  583.   "@@
  584.    clrreg %0
  585.    clrmem %0")
  586. @end example
  587.  
  588. @node Constraints, Standard Names, Output Statement, Machine Desc
  589. @section Operand Constraints
  590. @cindex operand constraints
  591. @cindex constraints
  592.  
  593. Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify a
  594. constraint for the type of operands allowed.  Constraints can say whether
  595. an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
  596. operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
  597. operand may be an immediate constant, and which possible values it may
  598. have.  Constraints can also require two operands to match.
  599.  
  600. @menu
  601. * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
  602. * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
  603. * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
  604. * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
  605. * No Constraints::      Describing a clean machine without constraints.
  606. @end menu
  607.  
  608. @node Simple Constraints, Multi-Alternative, Constraints, Constraints
  609. @subsection Simple Constraints
  610. @cindex simple constraints
  611.  
  612. The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
  613. which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
  614. the letters that are allowed:
  615.  
  616. @table @asis
  617. @cindex @samp{m} in constraint
  618. @cindex memory references in constraints
  619. @item @samp{m}
  620. A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
  621. supports in general.
  622.  
  623. @cindex offsettable address
  624. @cindex @samp{o} in constraint
  625. @item @samp{o}
  626. A memory operand is allowed, but only if the address is
  627. @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
  628. the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
  629. may be added to the address and the result is also a valid memory
  630. address.
  631.  
  632. @cindex autoincrement/decrement addressing
  633. For example, an address which is constant is offsettable; so is an
  634. address that is the sum of a register and a constant (as long as a
  635. slightly larger constant is also within the range of address-offsets
  636. supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
  637. address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
  638. addresses may or may not be offsettable depending on the other
  639. addressing modes that the machine supports.
  640.  
  641. Note that in an output operand which can be matched by another
  642. operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
  643. by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
  644. and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
  645.  
  646. @cindex @samp{V} in constraint
  647. @item @samp{V}
  648. A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
  649. would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
  650.  
  651. @cindex @samp{<} in constraint
  652. @item @samp{<}
  653. A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
  654. postdecrement) is allowed.
  655.  
  656. @cindex @samp{>} in constraint
  657. @item @samp{>}
  658. A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
  659. postincrement) is allowed.
  660.  
  661. @cindex @samp{r} in constraint
  662. @cindex registers in constraints
  663. @item @samp{r}
  664. A register operand is allowed provided that it is in a general
  665. register.
  666.  
  667. @cindex @samp{d} in constraint
  668. @item @samp{d}, @samp{a}, @samp{f}, @dots{}
  669. Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
  670. particular classes of registers.  @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are
  671. defined on the 68000/68020 to stand for data, address and floating
  672. point registers.
  673.  
  674. @cindex constants in constraints
  675. @cindex @samp{i} in constraint
  676. @item @samp{i}
  677. An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
  678. This includes symbolic constants whose values will be known only at
  679. assembly time.
  680.  
  681. @cindex @samp{n} in constraint
  682. @item @samp{n}
  683. An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
  684. Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
  685. than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
  686. rather than @samp{i}.
  687.  
  688. @cindex @samp{I} in constraint
  689. @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
  690. Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
  691. a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
  692. explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
  693. 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
  694. This is the range permitted as a shift count in the shift
  695. instructions.
  696.  
  697. @cindex @samp{E} in constraint
  698. @item @samp{E}
  699. An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
  700. allowed, but only if the target floating point format is the same as
  701. that of the host machine (on which the compiler is running).
  702.  
  703. @cindex @samp{F} in constraint
  704. @item @samp{F}
  705. An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
  706. allowed.
  707.  
  708. @cindex @samp{G} in constraint
  709. @cindex @samp{H} in constraint
  710. @item @samp{G}, @samp{H}
  711. @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
  712. permit immediate floating operands in particular ranges of values.
  713.  
  714. @cindex @samp{s} in constraint
  715. @item @samp{s}
  716. An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
  717. allowed.
  718.  
  719. This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
  720. value not known at compile time, it certainly must allow any known
  721. value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
  722. better code to be generated.
  723.  
  724. For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
  725. use an immediate operand; but if the immediate value is between -128
  726. and 127, better code results from loading the value into a register and
  727. using the register.  This is because the load into the register can be
  728. done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
  729. by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
  730. range -128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
  731. constraints.
  732.  
  733. @cindex @samp{g} in constraint
  734. @item @samp{g}
  735. Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
  736. registers that are not general registers.
  737.  
  738. @cindex @samp{X} in constraint
  739. @item @samp{X}
  740. Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
  741. @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
  742. a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually 
  743. require a scratch register.
  744.  
  745. @cindex @samp{0} in constraint
  746. @cindex digits in constraint
  747. @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
  748. An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
  749. digit is used together with letters within the same alternative, the
  750. digit should come last.
  751.  
  752. @cindex matching constraint
  753. @cindex constraint, matching
  754. This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
  755. that the assembler has only a single operand that fills two roles
  756. considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
  757. input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
  758. machines an add instruction really has only two operands, one of them an
  759. input-output operand:
  760.  
  761. @example
  762. addl #35,r12
  763. @end example
  764.  
  765. Matching constraints are used in these circumstances.
  766. More precisely, the two operands that match must include one input-only
  767. operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
  768. smaller number than the number of the operand that uses it in the
  769. constraint.
  770.  
  771. For operands to match in a particular case usually means that they
  772. are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
  773. specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
  774. as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
  775. For proper results in such cases, the output template should always
  776. use the output-operand's number when printing the operand.
  777.  
  778. @cindex load address instruction
  779. @cindex push address instruction
  780. @cindex address constraints
  781. @cindex @samp{p} in constraint
  782. @item @samp{p}
  783. An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
  784. for ``load address'' and ``push address'' instructions.
  785.  
  786. @findex address_operand
  787. @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
  788. as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
  789. the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
  790. reference for which the address would be valid.
  791.  
  792. @cindex extensible constraints
  793. @cindex @samp{Q}, in constraint
  794. @item @samp{Q}, @samp{R}, @samp{S}, @dots{} @samp{U}
  795. Letters in the range @samp{Q} through @samp{U} may be defined in a
  796. machine-dependent fashion to stand for arbitrary operand types.
  797. The machine description macro @code{EXTRA_CONSTRAINT} is passed the
  798. operand as its first argument and the constraint letter as its
  799. second operand.
  800.  
  801. A typical use for this would be to distinguish certain types of
  802. memory references that affect other insn operands.
  803.  
  804. Do not define these constraint letters to accept register references
  805. (@code{reg}); the reload pass does not expect this and would not handle
  806. it properly.
  807. @end table
  808.  
  809. In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
  810. its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
  811. from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
  812. the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
  813. done by copying an operand into a register.
  814.  
  815. Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
  816.  
  817. @example
  818. (define_insn ""
  819.   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
  820.         (plus:SI (match_dup 0)
  821.                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
  822.   ""
  823.   "@dots{}")
  824. @end example
  825.  
  826. @noindent
  827. which has two operands, one of which must appear in two places, and
  828.  
  829. @example
  830. (define_insn ""
  831.   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
  832.         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
  833.                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
  834.   ""
  835.   "@dots{}")
  836. @end example
  837.  
  838. @noindent
  839. which has three operands, two of which are required by a constraint to be
  840. identical.  If we are considering an insn of the form
  841.  
  842. @example
  843. (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
  844.   (set (reg:SI 3)
  845.        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
  846.   @dots{})
  847. @end example
  848.  
  849. @noindent
  850. the first pattern would not apply at all, because this insn does not
  851. contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
  852. say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
  853. The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
  854. is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
  855. compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
  856. results might look like this:
  857.  
  858. @example
  859. (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
  860.   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
  861.   @dots{})
  862.  
  863. (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
  864.   (set (reg:SI 3)
  865.        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
  866.   @dots{})
  867. @end example
  868.  
  869. It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
  870. constraints that can handle any RTL expression that could be present for
  871. that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
  872. for each possible combination of operand expressions, have at least one
  873. alternative which can handle that combination of operands.)  The
  874. constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
  875. the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
  876. reloading any possible operand so that it will fit.
  877.  
  878. @itemize @bullet
  879. @item
  880. If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
  881. there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
  882.  
  883. For example, an operand whose constraints permit everything except
  884. registers is safe provided its predicate rejects registers.
  885.  
  886. An operand whose predicate accepts only constant values is safe
  887. provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
  888. constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
  889. if the predicate is more selective, then the constraints may also be
  890. more selective.
  891.  
  892. @item
  893. Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
  894. So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
  895. certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
  896. compiler knows how to copy a register into another register of the
  897. proper class in order to make an instruction valid.
  898.  
  899. @cindex nonoffsettable memory reference
  900. @cindex memory reference, nonoffsettable
  901. @item
  902. A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
  903. address into a register.  So if the constraint uses the letter
  904. @samp{o}, all memory references are taken care of.
  905.  
  906. @item
  907. A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
  908. hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
  909. in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
  910. @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
  911.  
  912. @item
  913. If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
  914. was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
  915. the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
  916. not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
  917. compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
  918. objects allowed by the constraint.
  919. @end itemize
  920.  
  921. If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
  922. not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
  923. to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
  924. how to copy a register temporarily into memory.
  925.  
  926. @node Multi-Alternative, Class Preferences, Simple Constraints, Constraints
  927. @subsection Multiple Alternative Constraints
  928. @cindex multiple alternative constraints
  929.  
  930. Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
  931. operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
  932. register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
  933. operand into a register; but it cannot combine one memory location into
  934. another.
  935.  
  936. These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
  937. can be described by a series of letters for each operand.  The overall
  938. constraint for an operand is made from the letters for this operand
  939. from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
  940. the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
  941. Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
  942.  
  943. @example
  944. (define_insn "iorsi3"
  945.   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
  946.         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
  947.                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
  948.   @dots{})
  949. @end example
  950.  
  951. The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
  952. operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
  953. 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
  954. @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
  955. @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
  956. meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
  957.  
  958. If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
  959. Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
  960. must be added to copy the operands so that that alternative applies.
  961. The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
  962. need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
  963. These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
  964.  
  965. @table @code
  966. @cindex @samp{?} in constraint
  967. @cindex question mark
  968. @item ?
  969. Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
  970. as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
  971. this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
  972. in it.
  973.  
  974. @cindex @samp{!} in constraint
  975. @cindex exclamation point
  976. @item !
  977. Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
  978. This alternative can still be used if it fits without reloading,
  979. but if reloading is needed, some other alternative will be used.
  980. @end table
  981.  
  982. When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
  983. the appearance of the assembler code is determined mostly by which
  984. alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
  985. assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
  986. the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
  987. the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
  988.  
  989. @node Class Preferences, Modifiers, Multi-Alternative, Constraints
  990. @subsection Register Class Preferences
  991. @cindex class preference constraints
  992. @cindex register class preference constraints
  993.  
  994. @cindex voting between constraint alternatives
  995. The operand constraints have another function: they enable the compiler
  996. to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
  997. allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
  998. insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
  999. letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
  1000. The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
  1001. The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
  1002. favor of a general register.  The machine description says which registers
  1003. are considered general.
  1004.  
  1005. Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
  1006. classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
  1007.  
  1008. @node Modifiers, No Constraints, Class Preferences, Constraints
  1009. @subsection Constraint Modifier Characters
  1010. @cindex modifiers in constraints
  1011. @cindex constraint modifier characters
  1012.  
  1013. @table @samp
  1014. @cindex @samp{=} in constraint
  1015. @item =
  1016. Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
  1017. value is discarded and replaced by output data.
  1018.  
  1019. @cindex @samp{+} in constraint
  1020. @item +
  1021. Means that this operand is both read and written by the instruction.
  1022.  
  1023. When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
  1024. it needs to know which operands are inputs to the instruction and
  1025. which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
  1026. identifies an operand that is both input and output; all other operands
  1027. are assumed to be input only.
  1028.  
  1029. @cindex @samp{&} in constraint
  1030. @item &
  1031. Means (in a particular alternative) that this operand is written
  1032. before the instruction is finished using the input operands.
  1033. Therefore, this operand may not lie in a register that is used as an
  1034. input operand or as part of any memory address.
  1035.  
  1036. @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
  1037. constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
  1038. requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
  1039. @samp{movdf} insn of the 68000.
  1040.  
  1041. @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
  1042.  
  1043. @cindex @samp{%} in constraint
  1044. @item %
  1045. Declares the instruction to be commutative for this operand and the
  1046. following operand.  This means that the compiler may interchange the
  1047. two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
  1048. constraints.  This is often used in patterns for addition instructions
  1049. that really have only two operands: the result must go in one of the
  1050. arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
  1051. instruction is defined:
  1052.  
  1053. @example
  1054. (define_insn "addhi3"
  1055.   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
  1056.      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
  1057.               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
  1058.   @dots{})
  1059. @end example
  1060.  
  1061. @cindex @samp{#} in constraint
  1062. @item #
  1063. Says that all following characters, up to the next comma, are to be
  1064. ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
  1065. register preferences.
  1066.  
  1067. @cindex @samp{*} in constraint
  1068. @item *
  1069. Says that the following character should be ignored when choosing
  1070. register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
  1071. constraint as a constraint, and no effect on reloading.
  1072.  
  1073. Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
  1074. halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
  1075. copying it into an address register.  While either kind of register is
  1076. acceptable, the constraints on an address-register destination are
  1077. less strict, so it is best if register allocation makes an address
  1078. register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
  1079. constraint letter (for data register) is ignored when computing
  1080. register preferences.
  1081.  
  1082. @example
  1083. (define_insn "extendhisi2"
  1084.   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
  1085.         (sign_extend:SI
  1086.          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
  1087.   @dots{})
  1088. @end example
  1089. @end table
  1090.  
  1091. @node No Constraints,, Modifiers, Constraints
  1092. @subsection Not Using Constraints
  1093. @cindex no constraints
  1094. @cindex not using constraints
  1095.  
  1096. Some machines are so clean that operand constraints are not required.  For
  1097. example, on the Vax, an operand valid in one context is valid in any other
  1098. context.  On such a machine, every operand constraint would be @samp{g},
  1099. excepting only operands of ``load address'' instructions which are
  1100. written as if they referred to a memory location's contents but actual
  1101. refer to its address.  They would have constraint @samp{p}.
  1102.  
  1103. @cindex empty constraints
  1104. For such machines, instead of writing @samp{g} and @samp{p} for all
  1105. the constraints, you can choose to write a description with empty constraints.
  1106. Then you write @samp{""} for the constraint in every @code{match_operand}.
  1107. Address operands are identified by writing an @code{address} expression
  1108. around the @code{match_operand}, not by their constraints.
  1109.  
  1110. When the machine description has just empty constraints, certain parts
  1111. of compilation are skipped, making the compiler faster.  However,
  1112. few machines actually do not need constraints; all machine descriptions
  1113. now in existence use constraints.
  1114.  
  1115. @node Standard Names, Pattern Ordering, Constraints, Machine Desc
  1116. @section Standard Names for Patterns Used in Generation
  1117. @cindex standard pattern names
  1118. @cindex pattern names
  1119. @cindex names, pattern
  1120.  
  1121. Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
  1122. generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
  1123. instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
  1124. pattern in to accomplish a certain task.
  1125.  
  1126. @table @asis
  1127. @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
  1128. @item @samp{mov@var{m}}
  1129. Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lower case.
  1130. This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
  1131. 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
  1132.  
  1133. If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
  1134. own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
  1135. to store the specified value in the part of the register that corresponds
  1136. to mode @var{m}.  The effect on the rest of the register is undefined.
  1137.  
  1138. This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
  1139. of these names @emph{must} be defined, because there is no other way
  1140. to copy a datum from one place to another.
  1141.  
  1142. Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
  1143. Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
  1144. slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
  1145. a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
  1146. into a register.
  1147.  
  1148. @findex force_reg
  1149. Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
  1150. RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
  1151. registers other than the operands.  For example, if you support the
  1152. pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
  1153. @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
  1154. function which might generate new pseudo registers.
  1155.  
  1156. This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
  1157. fetching those modes from memory normally requires several insns and
  1158. some temporary registers.  Look in @file{spur.md} to see how the
  1159. requirement can be satisfied.
  1160.  
  1161. @findex change_address
  1162. During reload a memory reference with an invalid address may be passed
  1163. as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
  1164. later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
  1165. address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
  1166. replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
  1167. an address into a valid address and no routine (such as
  1168. @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
  1169. @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
  1170.  
  1171. @findex reload_in_progress
  1172. The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
  1173. declared if required) can be used to determine whether such special
  1174. handling is required.
  1175.  
  1176. The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
  1177. machine description, but typically on a RISC machine these can only be
  1178. pseudo registers that did not get hard registers, while on other
  1179. machines explicit memory references will get optional reloads.
  1180.  
  1181. If a scratch register is required to move an object to or from memory,
  1182. it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to reload.  But this
  1183. is impossible during and after reload.  If there are cases needing
  1184. scratch registers after reload, you must define
  1185. @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and/or
  1186. @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
  1187. patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
  1188. them.  @xref{Register Classes}.
  1189.  
  1190. The constraints on a @samp{move@var{m}} must permit moving any hard
  1191. register to any other hard register provided that
  1192. @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
  1193. @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
  1194.  
  1195. It is obligatory to support floating point @samp{move@var{m}}
  1196. instructions into and out of any registers that can hold fixed point
  1197. values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
  1198. @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
  1199. point members.
  1200.  
  1201. There may also be a need to support fixed point @samp{move@var{m}}
  1202. instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
  1203. have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
  1204. true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
  1205. floating point registers, then the constraints of the fixed point
  1206. @samp{move@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
  1207. reload into a floating point register.
  1208.  
  1209. @cindex @code{reload_in} instruction pattern
  1210. @cindex @code{reload_out} instruction pattern
  1211. @item @samp{reload_in@var{m}}
  1212. @itemx @samp{reload_out@var{m}}
  1213. Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
  1214. move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
  1215. register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
  1216. macro in @pxref{Register Classes}.
  1217.  
  1218. @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
  1219. @item @samp{movstrict@var{m}}
  1220. Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
  1221. with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
  1222. the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
  1223. any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
  1224.  
  1225. @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
  1226. @item @code{load_multiple}
  1227. Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
  1228. Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
  1229. is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
  1230. number of consecutive registers.
  1231.  
  1232. Define this only if the target machine really has such an instruction;
  1233. do not define this if the most efficient way of loading consecutive
  1234. registers from memory is to do them one at a time.
  1235.  
  1236. On some machines, there are restrictions as to which consecutive
  1237. registers can be stored into memory, such as particular starting or
  1238. ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
  1239. machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
  1240. and make the pattern fail if the restrictions are not met.
  1241.  
  1242. Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
  1243. @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
  1244. also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
  1245. @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
  1246. @file{a29k.md} and @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn
  1247. pattern.
  1248.  
  1249. @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
  1250. @item @code{store_multiple}
  1251. Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
  1252. into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
  1253. consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
  1254. operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
  1255.  
  1256. @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
  1257. @item @samp{add@var{m}3}
  1258. Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
  1259. must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
  1260. means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
  1261.  
  1262. @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
  1263. @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
  1264. @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
  1265. @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
  1266. @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
  1267. @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
  1268. @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
  1269. @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
  1270. @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
  1271. @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
  1272. @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
  1273. @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
  1274. @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
  1275. @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
  1276. @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
  1277. @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
  1278. @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
  1279. Similar, for other arithmetic operations.
  1280.  
  1281. @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
  1282. @item @samp{mulhisi3}
  1283. Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
  1284. a @code{SImode} product in operand 0.
  1285.  
  1286. @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
  1287. @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
  1288. @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
  1289. Similar widening-multiplication instructions of other widths.
  1290.  
  1291. @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
  1292. @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
  1293. @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
  1294. @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
  1295. Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
  1296. multiplication.
  1297.  
  1298. @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
  1299. @item @samp{divmod@var{m}4}
  1300. Signed division that produces both a quotient and a remainder.
  1301. Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
  1302. in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
  1303.  
  1304. For machines with an instruction that produces both a quotient and a
  1305. remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
  1306. provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
  1307. allows optimization in the relatively common case when both the quotient
  1308. and remainder are computed.
  1309.  
  1310. If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
  1311. exists and is more efficient than the instruction that produces both,
  1312. write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
  1313. @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
  1314. quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
  1315.  
  1316. @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
  1317. @item @samp{udivmod@var{m}4}
  1318. Similar, but does unsigned division.
  1319.  
  1320. @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
  1321. @item @samp{ashl@var{m}3}
  1322. Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
  1323. 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
  1324. operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
  1325. instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
  1326. mode before generating the instruction.
  1327.  
  1328. @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
  1329. @cindex @code{lshl@var{m}3} instruction pattern
  1330. @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
  1331. @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
  1332. @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
  1333. @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}
  1334. Other shift and rotate instructions, analogous to the
  1335. @code{ashl@var{m}3} instructions.
  1336.  
  1337. Logical and arithmetic left shift are the same.  Machines that do not
  1338. allow negative shift counts often have only one instruction for
  1339. shifting left.  On such machines, you should define a pattern named
  1340. @samp{ashl@var{m}3} and leave @samp{lshl@var{m}3} undefined.
  1341.  
  1342. @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
  1343. @item @samp{neg@var{m}2}
  1344. Negate operand 1 and store the result in operand 0.
  1345.  
  1346. @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
  1347. @item @samp{abs@var{m}2}
  1348. Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
  1349.  
  1350. @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
  1351. @item @samp{sqrt@var{m}2}
  1352. Store the square root of operand 1 into operand 0.
  1353.  
  1354. The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
  1355. corresponds to the C data type @code{double}.
  1356.  
  1357. @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
  1358. @item @samp{ffs@var{m}2}
  1359. Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
  1360. of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
  1361. of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
  1362. pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
  1363. generating the instruction.
  1364.  
  1365. The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
  1366. corresponds to the C data type @code{int}.
  1367.  
  1368. @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
  1369. @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
  1370. Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
  1371.  
  1372. @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
  1373. @item @samp{cmp@var{m}}
  1374. Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
  1375. The RTL pattern should look like this:
  1376.  
  1377. @example
  1378. (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
  1379.                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
  1380. @end example
  1381.  
  1382. @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
  1383. @item @samp{tst@var{m}}
  1384. Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
  1385. The RTL pattern should look like this:
  1386.  
  1387. @example
  1388. (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
  1389. @end example
  1390.  
  1391. @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
  1392. not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
  1393. would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
  1394. The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
  1395.  
  1396. @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
  1397. @item @samp{movstr@var{m}}
  1398. Block move instruction.  The addresses of the destination and source
  1399. strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
  1400. The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
  1401.  
  1402. The fourth operand is the known shared alignment of the source and
  1403. destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
  1404. compiler knows that both source and destination are word-aligned,
  1405. it may provide the value 4 for this operand.
  1406.  
  1407. These patterns need not give special consideration to the possibility
  1408. that the source and destination strings might overlap.
  1409.  
  1410. @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
  1411. @item @samp{cmpstr@var{m}}
  1412. Block compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
  1413. it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
  1414. of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
  1415. byte by byte in lexicographic order.  The effect of the instruction is
  1416. to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
  1417. comparison.
  1418.  
  1419. @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
  1420. @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
  1421. Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
  1422. floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
  1423. @var{n}).
  1424.  
  1425. @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
  1426. @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
  1427. Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
  1428. to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
  1429. @var{n}).
  1430.  
  1431. @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
  1432. @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
  1433. Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
  1434. point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
  1435. has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
  1436. the value of operand 1 is an integer.
  1437.  
  1438. @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
  1439. @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
  1440. Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
  1441. point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
  1442. has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
  1443. value of operand 1 is an integer.
  1444.  
  1445. @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
  1446. @item @samp{ftrunc@var{m}2}
  1447. Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
  1448. integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
  1449. store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
  1450.  
  1451. @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
  1452. @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
  1453. Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
  1454. of mode @var{m} by converting the value to an integer.
  1455.  
  1456. @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
  1457. @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
  1458. Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
  1459. value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
  1460.  
  1461. @cindex @code{trunc@var{mn}} instruction pattern
  1462. @item @samp{trunc@var{m}@var{n}}
  1463. Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
  1464. store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
  1465. point or both floating point.
  1466.  
  1467. @cindex @code{extend@var{mn}} instruction pattern
  1468. @item @samp{extend@var{m}@var{n}}
  1469. Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
  1470. store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
  1471. point or both floating point.
  1472.  
  1473. @cindex @code{zero_extend@var{mn}} instruction pattern
  1474. @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}}
  1475. Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
  1476. store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
  1477. point.
  1478.  
  1479. @cindex @code{extv} instruction pattern
  1480. @item @samp{extv}
  1481. Extract a bit field from operand 1 (a register or memory operand), where
  1482. operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
  1483. and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
  1484. Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
  1485. @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
  1486. be valid for @code{word_mode}.
  1487.  
  1488. The RTL generation pass generates this instruction only with constants
  1489. for operands 2 and 3.
  1490.  
  1491. The bit-field value is sign-extended to a full word integer
  1492. before it is stored in operand 0.
  1493.  
  1494. @cindex @code{extzv} instruction pattern
  1495. @item @samp{extzv}
  1496. Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
  1497.  
  1498. @cindex @code{insv} instruction pattern
  1499. @item @samp{insv}
  1500. Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a bit
  1501. field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
  1502. operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
  1503. @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
  1504. Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
  1505.  
  1506. The RTL generation pass generates this instruction only with constants
  1507. for operands 1 and 2.
  1508.  
  1509. @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
  1510. @item @samp{s@var{cond}}
  1511. Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
  1512. Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
  1513. @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
  1514. as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
  1515.  
  1516. You specify the mode that the operand must have when you write the
  1517. @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
  1518. which mode you have used and supplies an operand of that mode.
  1519.  
  1520. The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
  1521. else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
  1522. you should omit it from the machine description.  You describe to the
  1523. compiler exactly which value is stored by defining the macro
  1524. @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
  1525. found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
  1526. should omit those operations from the machine description.
  1527.  
  1528. These operations may fail, but should do so only in relatively
  1529. uncommon cases; if they would fail for common cases involving
  1530. integer comparisons, it is best to omit these patterns.
  1531.  
  1532. If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
  1533. that copies the constant one to the target and branches around an
  1534. assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
  1535. the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
  1536. followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
  1537. @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
  1538. the machine description.
  1539.  
  1540. @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
  1541. @item @samp{b@var{cond}}
  1542. Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
  1543. refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
  1544. condition @var{cond}.
  1545.  
  1546. Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
  1547. instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
  1548. case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
  1549. simply store the operands away and generate all the required insns in a
  1550. @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
  1551. branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
  1552. immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
  1553. pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
  1554.  
  1555. Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
  1556. where the mode used for the comparison depends on the condition being
  1557. tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}
  1558.  
  1559. The above discussion also applies to @samp{s@var{cond}} patterns.
  1560.  
  1561. @cindex @code{call} instruction pattern
  1562. @item @samp{call}
  1563. Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
  1564. function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
  1565. (in mode @code{SImode}, except it is normally a @code{const_int});
  1566. operand 2 is the number of registers used as operands.
  1567.  
  1568. On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
  1569. pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
  1570. to put this information into the assembler code; they can put it in
  1571. the RTL instead of operand 1.
  1572.  
  1573. Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
  1574. function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
  1575. expression even if it would not be a legitimate memory address on the
  1576. target machine.  If it is also not a valid argument for a call
  1577. instruction, the pattern for this operation should be a
  1578. @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
  1579. address into a register and uses that register in the call instruction.
  1580.  
  1581. @cindex @code{call_value} instruction pattern
  1582. @item @samp{call_value}
  1583. Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
  1584. register in which the value is returned.  There are three more
  1585. operands, the same as the three operands of the @samp{call}
  1586. instruction (but with numbers increased by one).
  1587.  
  1588. Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
  1589. insn.
  1590.  
  1591. @cindex @code{call_pop} instruction pattern
  1592. @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
  1593. @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
  1594. Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
  1595. if @code{RETURN_POPS_ARGS} is non-zero.  They should emit a @code{parallel}
  1596. that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
  1597. adjustment made to the frame pointer.
  1598.  
  1599. For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be non-zero, the use of these
  1600. patterns increases the number of functions for which the frame pointer
  1601. can be eliminated, if desired.
  1602.  
  1603. @cindex @code{return} instruction pattern
  1604. @item @samp{return}
  1605. Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
  1606. defined only if a single instruction can do all the work of returning
  1607. from a function.
  1608.  
  1609. Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
  1610. RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
  1611. multiple instructions are usually needed to return from a function, but
  1612. some class of functions only requires one instruction to implement a
  1613. return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
  1614. to save any registers or allocate stack space.
  1615.  
  1616. @findex reload_completed
  1617. @findex leaf_function_p
  1618. For such machines, the condition specified in this pattern should only
  1619. be true when @code{reload_completed} is non-zero and the function's
  1620. epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
  1621. windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
  1622. a register window push is required.
  1623.  
  1624. Machines that have conditional return instructions should define patterns
  1625. such as
  1626.  
  1627. @example
  1628. (define_insn ""
  1629.   [(set (pc)
  1630.         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
  1631.                                       [(cc0) (const_int 0)])
  1632.                       (return)
  1633.                       (pc)))]
  1634.   "@var{condition}"
  1635.   "@dots{}")
  1636. @end example
  1637.  
  1638. where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
  1639. named @samp{return} pattern.
  1640.  
  1641. @cindex @code{nop} instruction pattern
  1642. @item @samp{nop}
  1643. No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
  1644. to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
  1645. RTL pattern.
  1646.  
  1647. @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
  1648. @item @samp{indirect_jump}
  1649. An instruction to jump to an address which is operand zero.
  1650. This pattern name is mandatory on all machines.
  1651.  
  1652. @cindex @code{casesi} instruction pattern
  1653. @item @samp{casesi}
  1654. Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
  1655. This instruction takes five operands:
  1656.  
  1657. @enumerate
  1658. @item
  1659. The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
  1660.  
  1661. @item
  1662. The lower bound for indices in the table, an integer constant.
  1663.  
  1664. @item
  1665. The total range of indices in the table---the largest index
  1666. minus the smallest one (both inclusive).
  1667.  
  1668. @item
  1669. A label that precedes the table itself.
  1670.  
  1671. @item
  1672. A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
  1673. (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
  1674. then an out-of-bounds index drops through to the code following
  1675. the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
  1676. this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
  1677. but it is always provided as an operand.)
  1678. @end enumerate
  1679.  
  1680. The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
  1681. @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
  1682. difference between the upper bound and the lower bound.
  1683.  
  1684. @cindex @code{tablejump} instruction pattern
  1685. @item @samp{tablejump}
  1686. Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
  1687. capability which can be used to implement a dispatch table when there
  1688. is no @samp{casesi} pattern.
  1689.  
  1690. This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
  1691. which should immediately precede the jump table.  If the macro
  1692. @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} is defined then the first operand is an
  1693. offset which counts from the address of the table; otherwise, it is an
  1694. absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
  1695. mode @code{Pmode}.
  1696.  
  1697. The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
  1698. table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
  1699. second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
  1700. that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
  1701.  
  1702. @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
  1703. @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
  1704. @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
  1705. @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
  1706. @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
  1707. @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
  1708. @item @samp{save_stack_block}
  1709. @itemx @samp{save_stack_function}
  1710. @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
  1711. @itemx @samp{restore_stack_block}
  1712. @itemx @samp{restore_stack_function}
  1713. @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
  1714. Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
  1715. from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
  1716. such machines.
  1717.  
  1718. Some machines require special handling for stack pointer saves and
  1719. restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
  1720. non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
  1721. Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
  1722. saves and restores are:
  1723.  
  1724. @enumerate
  1725. @item
  1726. @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
  1727. that allocates a variable-sized object and @samp{restore_stack_block}
  1728. restores the stack pointer when the block is exited.
  1729.  
  1730. @item
  1731. @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} operate
  1732. similarly for the outermost block of a function and are used when the
  1733. function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
  1734. the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
  1735. restore sequence on some machines.
  1736.  
  1737. @item
  1738. @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
  1739. branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
  1740. way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
  1741. restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
  1742. frame and argument pointer registers, but some machines require saving
  1743. and restoring additional data such as register window information or
  1744. stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
  1745. such required data.
  1746. @end enumerate
  1747.  
  1748. When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
  1749. is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area is the
  1750. mode of operand 0.  You must specify an integral mode, or
  1751. @code{VOIDmode} if no save area is needed for a particular type of save
  1752. (either because no save is needed or because a machine-specific save
  1753. area can be used).  Operand 0 is the stack pointer and operand 1 is the
  1754. save area for restore operations.  If @samp{save_stack_block} is
  1755. defined, operand 0 must not be @code{VOIDmode} since these saves can be
  1756. arbitrarily nested.
  1757.  
  1758. A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
  1759. @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
  1760. nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
  1761.  
  1762. @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
  1763. @item @samp{allocate_stack}
  1764. Subtract operand 0 from the stack pointer to create space for
  1765. for dynamically allocated data.
  1766.  
  1767. Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
  1768. On some machines require other operations such as stack probes or
  1769. maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
  1770. operations in addition to updating the stack pointer.
  1771. @end table
  1772.  
  1773. @node Pattern Ordering, Dependent Patterns, Standard Names, Machine Desc
  1774. @section When the Order of Patterns Matters
  1775. @cindex Pattern Ordering
  1776. @cindex Ordering of Patterns
  1777.  
  1778. Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
  1779. pattern that appears first in the machine description is the one used.
  1780. Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
  1781. and faster instructions (those that will produce better code when they
  1782. do match) should usually go first in the description.
  1783.  
  1784. In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
  1785. a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
  1786. instruction for converting a fullword to floating point and another
  1787. for converting a byte to floating point.  An instruction converting
  1788. an integer to floating point could match either one.  We put the
  1789. pattern to convert the fullword first to make sure that one will
  1790. be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
  1791. be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
  1792. Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
  1793. pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
  1794. constant value.
  1795.  
  1796. @node Dependent Patterns, Jump Patterns, Pattern Ordering, Machine Desc
  1797. @section Interdependence of Patterns
  1798. @cindex Dependent Patterns
  1799. @cindex Interdependence of Patterns
  1800.  
  1801. Every machine description must have a named pattern for each of the
  1802. conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
  1803. must always have the form
  1804.  
  1805. @example
  1806. (set (pc)
  1807.      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
  1808.                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
  1809.                    (pc)))
  1810. @end example
  1811.  
  1812. @noindent
  1813. In addition, every machine description must have an anonymous pattern
  1814. for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
  1815. look like
  1816.  
  1817. @example
  1818. (set (pc)
  1819.      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
  1820.                    (pc)
  1821.                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
  1822. @end example
  1823.  
  1824. @noindent
  1825. They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
  1826. branches into reverse-conditional branches.
  1827.  
  1828. It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
  1829. reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
  1830. example,
  1831.  
  1832. @example
  1833. (define_insn ""
  1834.   [(set (pc)
  1835.         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
  1836.                                       [(cc0) (const_int 0)])
  1837.                       (pc)
  1838.                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
  1839.   "@var{condition}"
  1840.   "@dots{}")
  1841. @end example
  1842.  
  1843. In some cases machines support instructions identical except for the
  1844. machine mode of one or more operands.  For example, there may be
  1845. ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
  1846. patterns are
  1847.  
  1848. @example
  1849. (set (match_operand:SI 0 @dots{})
  1850.      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
  1851.  
  1852. (set (match_operand:SI 0 @dots{})
  1853.      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
  1854. @end example
  1855.  
  1856. @noindent
  1857. Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
  1858. extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
  1859. actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
  1860. results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
  1861. here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
  1862. will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
  1863.  
  1864. Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
  1865. optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
  1866. compilations.
  1867.  
  1868. If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
  1869. replace a register with a constant permitted by the constraint in some
  1870. cases.  Similarly for memory references.  You must ensure that the
  1871. predicate permits all objects allowed by the constraints to prevent the
  1872. compiler from crashing.
  1873.  
  1874. Because of this substitution, you should not provide separate patterns
  1875. for increment and decrement instructions.  Instead, they should be 
  1876. generated from the same pattern that supports register-register add
  1877. insns by examining the operands and generating the appropriate machine
  1878. instruction.
  1879.  
  1880. @node Jump Patterns, Insn Canonicalizations, Dependent Patterns, Machine Desc
  1881. @section Defining Jump Instruction Patterns
  1882. @cindex jump instruction patterns
  1883. @cindex defining jump instruction patterns
  1884.  
  1885. For most machines, GNU CC assumes that the machine has a condition code.
  1886. A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
  1887. signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
  1888. insn tests the condition code and branches or not according its value.
  1889. The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
  1890. common machines, such as the Vax, the 68000 and the 32000, work this
  1891. way.
  1892.  
  1893. Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
  1894. only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
  1895. these machines is to treat them just like the others until the final stage
  1896. where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
  1897. compare instruction, peek ahead at the following branch using
  1898. @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
  1899. being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
  1900. the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
  1901. otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
  1902. can treat signed and unsigned branches identically.
  1903.  
  1904. The reason you can do this is that GNU CC always generates a pair of
  1905. consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
  1906. set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
  1907. until the end.
  1908.  
  1909. To go with this technique, you must define the machine-description macro
  1910. @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
  1911. compare instruction is superfluous.
  1912.  
  1913. Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
  1914. A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
  1915. compare instruction, record its operands in two static variables.  When
  1916. outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
  1917. output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
  1918.  
  1919. It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
  1920. In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
  1921. will be combined according to these patterns.  But this does not happen
  1922. if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
  1923. above in addition to any special patterns you define.
  1924.  
  1925. In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
  1926. code and there may not even be a separate condition code register.  On
  1927. these machines, the restriction that the definition and use of the
  1928. condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
  1929. important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
  1930. delay for taken branches unless the condition code register is set three
  1931. instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
  1932. scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
  1933. separate the definition and use of the condition code register.
  1934.  
  1935. On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
  1936. to represent the condition code.  If there is a specific condition code
  1937. register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
  1938. comparison result can be placed in any general register, or if there are
  1939. multiple condition registers, use a pseudo register.
  1940.  
  1941. @findex prev_cc0_setter
  1942. @findex next_cc0_user
  1943. On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
  1944. the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
  1945. Sparc, setting the condition code directly from an add or subtract
  1946. instruction does not clear the overflow bit the way that a test
  1947. instruction does, so a different branch instruction must be used for
  1948. some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
  1949. and use of the condition code must be adjacent (separated only by
  1950. @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
  1951. (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
  1952. located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
  1953. and @code{next_cc0_user}.
  1954.  
  1955. However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
  1956. those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
  1957. compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
  1958. we use the machine mode of the condition code register to record
  1959. different formats of the condition code register.
  1960.  
  1961. Registers used to store the condition code value should have a mode that
  1962. is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
  1963. additional modes are required (as for the add example mentioned above in
  1964. the Sparc), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
  1965. additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
  1966. @code{EXTRA_CC_NAMES} to list the names of those modes and
  1967. @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
  1968.  
  1969. If it is known during RTL generation that a different mode will be
  1970. required (for example, if the machine has separate compare instructions
  1971. for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
  1972. be specified at that time.
  1973.  
  1974. If the cases that require different modes would be made by instruction
  1975. combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
  1976. mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
  1977. written using that mode.  To support the case of the add on the Sparc
  1978. discussed above, we have the pattern
  1979.  
  1980. @example
  1981. (define_insn ""
  1982.   [(set (reg:CC_NOOV 0)
  1983.         (compare:CC_NOOV (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
  1984.                                   (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
  1985.                          (const_int 0)))]
  1986.   ""
  1987.   "@dots{}")
  1988. @end example
  1989.  
  1990. The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the Sparc returns @code{CC_NOOVmode}
  1991. for comparisons whose argument is a @code{plus}.
  1992.  
  1993. @node Insn Canonicalizations, Peephole Definitions, Jump Patterns, Machine Desc
  1994. @section Canonicalization of Instructions
  1995. @cindex canonicalization of instructions
  1996. @cindex insn canonicalization
  1997.  
  1998. There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
  1999. operation performed by a single machine instruction.  This situation is
  2000. most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
  2001. instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
  2002. multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
  2003. number of insn patterns required.
  2004.  
  2005. In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
  2006. are performed:
  2007.  
  2008. @itemize @bullet
  2009. @item
  2010. For commutative and comparison operators, a constant is always made the
  2011. second operand.  If a machine only supports a constant as the second
  2012. operand, only patterns that match a constant in the second operand need
  2013. be supplied.
  2014.  
  2015. @cindex @code{neg}, canonicalization of
  2016. @cindex @code{not}, canonicalization of
  2017. @cindex @code{mult}, canonicalization of
  2018. @cindex @code{plus}, canonicalization of
  2019. @cindex @code{minus}, canonicalization of
  2020. For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
  2021. @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
  2022. first operand.
  2023.  
  2024. @cindex @code{compare}, canonicalization of
  2025. @item
  2026. For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
  2027. on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
  2028. machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
  2029. a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
  2030. cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
  2031. matching a constant as the first operand unless the machine actually has
  2032. such an instruction.
  2033.  
  2034. An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
  2035. @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
  2036. above.
  2037.  
  2038. @item
  2039. @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
  2040. @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
  2041.  
  2042. @item
  2043. Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
  2044. converted into the appropriate multiplication by a power of two.
  2045.  
  2046. @cindex @code{ior}, canonicalization of
  2047. @cindex @code{and}, canonicalization of
  2048. @cindex De Morgan's law
  2049. De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
  2050. logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
  2051. operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
  2052.  
  2053. A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
  2054. operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
  2055. for that instruction as
  2056.  
  2057. @example
  2058. (define_insn ""
  2059.   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
  2060.         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
  2061.                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
  2062.   "@dots{}"
  2063.   "@dots{}")
  2064. @end example
  2065.  
  2066. @noindent
  2067. Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
  2068.  
  2069. @example
  2070. (define_insn ""
  2071.   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
  2072.         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
  2073.                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
  2074.   "@dots{}"
  2075.   "@dots{}")
  2076. @end example
  2077.  
  2078. In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
  2079. logically equivalent RTL expressions.
  2080.  
  2081. @cindex @code{xor}, canonicalization of
  2082. @item
  2083. The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
  2084. and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x}) @var{y})}
  2085. and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.@refill
  2086.  
  2087. @item
  2088. The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
  2089. the form
  2090.  
  2091. @example
  2092. (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
  2093. @end example
  2094.  
  2095. @item
  2096. On machines that do not use @code{cc0},
  2097. @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
  2098. @var{x}.@refill
  2099.  
  2100. @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
  2101. @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
  2102. @item
  2103. Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
  2104. will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
  2105. @code{and} or @code{sign_extract} operations.
  2106.  
  2107. @end itemize
  2108.  
  2109. @node Peephole Definitions, Expander Definitions, Insn Canonicalizations, Machine Desc
  2110. @section Defining Machine-Specific Peephole Optimizers
  2111. @cindex peephole optimizer definitions
  2112. @cindex defining peephole optimizers
  2113.  
  2114. In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
  2115. definitions of machine-specific peephole optimizations.
  2116.  
  2117. The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
  2118. flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
  2119. sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
  2120. though the second one does not appear to use a register computed in the
  2121. first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
  2122. opportunities.
  2123.  
  2124. A definition looks like this:
  2125.  
  2126. @example
  2127. (define_peephole
  2128.   [@var{insn-pattern-1}
  2129.    @var{insn-pattern-2}
  2130.    @dots{}]
  2131.   "@var{condition}"
  2132.   "@var{template}"
  2133.   "@var{optional insn-attributes}")
  2134. @end example
  2135.  
  2136. @noindent
  2137. The last string operand may be omitted if you are not using any
  2138. machine-specific information in this machine description.  If present,
  2139. it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
  2140.  
  2141. In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
  2142. consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
  2143. @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
  2144. the next, and so on.@refill
  2145.  
  2146. Each of the insns matched by a peephole must also match a
  2147. @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
  2148. before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
  2149. would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
  2150. generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
  2151. stages.
  2152.  
  2153. The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
  2154. @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
  2155. usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
  2156. definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
  2157. using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
  2158. other.
  2159.  
  2160. The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
  2161. any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
  2162. be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
  2163. to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
  2164. but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
  2165.  
  2166. It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
  2167. you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
  2168. previously tested.
  2169.  
  2170. Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
  2171. checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
  2172. perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
  2173. @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
  2174. optimization is applied to every sequence of insns that matches the
  2175. patterns.
  2176.  
  2177. The defined peephole optimizations are applied after register allocation
  2178. is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
  2179. operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
  2180. the operands.
  2181.  
  2182. @findex prev_nonnote_insn
  2183. The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
  2184. @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
  2185. @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
  2186. to refer to the last of the insns being matched; use
  2187. @code{prev_nonnote_insn} to find the preceding insns.
  2188.  
  2189. @findex dead_or_set_p
  2190. When optimizing computations with intermediate results, you can use
  2191. @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
  2192. elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
  2193. @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
  2194. to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
  2195. with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
  2196. value (from @code{operands[@var{i}]}).@refill
  2197.  
  2198. Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
  2199. new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
  2200. for this combined insn.  It works exactly like the template of a
  2201. @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
  2202. used in matching the original sequence of insns.
  2203.  
  2204. The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
  2205. the insn patterns in the machine description; it does not even have an
  2206. opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
  2207. as the insn pattern to control how the insn is output.
  2208.  
  2209. Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
  2210. so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
  2211.  
  2212. Here is an example, taken from the 68000 machine description:
  2213.  
  2214. @example
  2215. (define_peephole
  2216.   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
  2217.    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
  2218.         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
  2219.   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
  2220.   "*
  2221. @{
  2222.   rtx xoperands[2];
  2223.   xoperands[1] = gen_rtx (REG, SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
  2224. #ifdef MOTOROLA
  2225.   output_asm_insn (\"move.l %1,(sp)\", xoperands);
  2226.   output_asm_insn (\"move.l %1,-(sp)\", operands);
  2227.   return \"fmove.d (sp)+,%0\";
  2228. #else
  2229.   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@\", xoperands);
  2230.   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@-\", operands);
  2231.   return \"fmoved sp@@+,%0\";
  2232. #endif
  2233. @}
  2234. ")
  2235. @end example
  2236.  
  2237. The effect of this optimization is to change
  2238.  
  2239. @example
  2240. jbsr _foobar
  2241. addql #4,sp
  2242. movel d1,sp@@-
  2243. movel d0,sp@@-
  2244. fmoved sp@@+,fp0
  2245. @end example
  2246.  
  2247. @noindent
  2248. into
  2249.  
  2250. @example
  2251. jbsr _foobar
  2252. movel d1,sp@@
  2253. movel d0,sp@@-
  2254. fmoved sp@@+,fp0
  2255. @end example
  2256.  
  2257. @ignore
  2258. @findex CC_REVERSED
  2259. If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
  2260. take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
  2261. condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
  2262. automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
  2263. situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
  2264. peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
  2265. that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
  2266. and in this C code check the condition code status flags and change the
  2267. assembler code as appropriate.
  2268. @end ignore
  2269.  
  2270. @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
  2271. operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
  2272. second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
  2273. enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
  2274. action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
  2275. when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
  2276. implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
  2277. write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
  2278. @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
  2279.  
  2280. @example
  2281. (define_insn "divmodsi4"
  2282.   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
  2283.         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
  2284.                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
  2285.    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
  2286.         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
  2287.   "TARGET_68020"
  2288.   "divsl%.l %2,%3:%0")
  2289. @end example
  2290.  
  2291. @noindent
  2292. then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
  2293.  
  2294. @example
  2295. (define_peephole
  2296.   [@dots{}
  2297.    (parallel
  2298.     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
  2299.           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
  2300.                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
  2301.      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
  2302.           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
  2303.    @dots{}]
  2304.   @dots{})
  2305. @end example
  2306.  
  2307. @node Expander Definitions, Insn Splitting, Peephole Definitions, Machine Desc
  2308. @section Defining RTL Sequences for Code Generation
  2309. @cindex expander definitions
  2310. @cindex code generation RTL sequences
  2311. @cindex defining RTL sequences for code generation
  2312.  
  2313. On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
  2314. cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
  2315. represent them.  For these target machines, you can write a
  2316. @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL.
  2317.  
  2318. @findex define_expand
  2319. A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
  2320. @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
  2321. only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
  2322.  
  2323. A @code{define_expand} RTX has four operands:
  2324.  
  2325. @itemize @bullet
  2326. @item
  2327. The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
  2328. use for it is to refer to it by name.
  2329.  
  2330. @findex define_peephole
  2331. @item
  2332. The RTL template.  This is just like the RTL template for a
  2333. @code{define_peephole} in that it is a vector of RTL expressions
  2334. each being one insn.
  2335.  
  2336. @item
  2337. The condition, a string containing a C expression.  This expression is
  2338. used to express how the availability of this pattern depends on
  2339. subclasses of target machine, selected by command-line options when
  2340. GNU CC is run.  This is just like the condition of a
  2341. @code{define_insn} that has a standard name.
  2342.  
  2343. @item
  2344. The preparation statements, a string containing zero or more C
  2345. statements which are to be executed before RTL code is generated from
  2346. the RTL template.
  2347.  
  2348. Usually these statements prepare temporary registers for use as
  2349. internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
  2350. insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
  2351. Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
  2352. @end itemize
  2353.  
  2354. Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
  2355. @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
  2356. will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
  2357. it.
  2358.  
  2359. The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
  2360. also describes the operands that need to be specified when this pattern
  2361. is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
  2362.  
  2363. A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
  2364. the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
  2365. occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
  2366. predicate into the tables that record such things.  GNU CC uses the
  2367. information to preload the operand into a register if that is required for
  2368. valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
  2369. references should use @code{match_dup}.
  2370.  
  2371. The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
  2372. temporary registers or labels used only within the sequence made by the
  2373. @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
  2374. template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
  2375. values of the internal operands are not passed in as arguments by the
  2376. compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
  2377. within the pattern, in the preparation statements.  These statements
  2378. compute the values and store them into the appropriate elements of
  2379. @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
  2380.  
  2381. There are two special macros defined for use in the preparation statements:
  2382. @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
  2383. as a statement.
  2384.  
  2385. @table @code
  2386.  
  2387. @findex DONE
  2388. @item DONE
  2389. Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
  2390. only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
  2391. those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
  2392. preparation statements; the RTL template will not be generated.
  2393.  
  2394. @findex FAIL
  2395. @item FAIL
  2396. Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
  2397. that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
  2398. compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
  2399.  
  2400. Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
  2401. shifting, etc.) and bitfield (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
  2402. operations.
  2403. @end table
  2404.  
  2405. Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
  2406.  
  2407. @example
  2408. (define_expand "ashlsi3"
  2409.   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
  2410.         (ashift:SI
  2411.           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
  2412.           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
  2413.   ""
  2414.   "
  2415. @{
  2416.   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
  2417.       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
  2418.     FAIL;
  2419. @}")
  2420. @end example
  2421.  
  2422. @noindent
  2423. This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
  2424. for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
  2425. fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
  2426. the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
  2427. library call).
  2428.  
  2429. If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
  2430. patterns with names, then it would be possible to use a
  2431. @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
  2432. on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
  2433.  
  2434. @example
  2435. (define_expand "zero_extendhisi2"
  2436.   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
  2437.         (const_int 0))
  2438.    (set (strict_low_part
  2439.           (subreg:HI
  2440.             (match_dup 0)
  2441.             0))
  2442.         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
  2443.   ""
  2444.   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
  2445. @end example
  2446.  
  2447. @noindent
  2448. @findex make_safe_from
  2449. Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
  2450. and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
  2451. is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
  2452. operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
  2453. function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
  2454. temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
  2455. by emitting another RTL insn.
  2456.  
  2457. Finally, a third example shows the use of an internal operand.
  2458. Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
  2459. against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
  2460. @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
  2461. on this machine.  So it must be copied into a register with
  2462. @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
  2463.  
  2464. @example
  2465. (define_expand "zero_extendhisi2"
  2466.   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
  2467.         (and:SI (subreg:SI
  2468.                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
  2469.                   0)
  2470.                 (match_dup 2)))]
  2471.   ""
  2472.   "operands[2]
  2473.      = force_reg (SImode, gen_rtx (CONST_INT,
  2474.                                    VOIDmode, 65535)); ")
  2475. @end example
  2476.  
  2477. @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
  2478. standard binary or unary arithmetic operation or a bitfield operation,
  2479. then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
  2480. @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
  2481. @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
  2482. at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
  2483. itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
  2484. in the compiler.@refill
  2485.  
  2486. @node Insn Splitting, Insn Attributes, Expander Definitions, Machine Desc
  2487. @section Splitting Instructions into Multiple Instructions
  2488. @cindex insn splitting
  2489. @cindex instruction splitting
  2490. @cindex splitting instructions
  2491.  
  2492. There are two cases where you should specify how to split a pattern into
  2493. multiple insns.  On machines that have instructions requiring delay
  2494. slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose output is
  2495. not available for multiple cycles (@pxref{Function Units}), the compiler
  2496. phases that optimize these cases need to be able to move insns into
  2497. one-cycle delay slots.  However, some insns may generate more than one
  2498. machine instruction.  These insns cannot be placed into a delay slot.
  2499.  
  2500. Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
  2501. each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
  2502. doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
  2503. more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
  2504. suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
  2505. reason to believe that it might improve instruction or delay slot
  2506. scheduling.
  2507.  
  2508. The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
  2509. merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
  2510. some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
  2511. the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
  2512. break the complex pattern into two patterns by splitting out some
  2513. subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
  2514. addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
  2515. split the addition into two insns is machine-dependent.
  2516.  
  2517. @cindex define_split
  2518. The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
  2519. complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
  2520.  
  2521. @example
  2522. (define_split
  2523.   [@var{insn-pattern}]
  2524.   "@var{condition}"
  2525.   [@var{new-insn-pattern-1}
  2526.    @var{new-insn-pattern-2}
  2527.    @dots{}]
  2528.   "@var{preparation statements}")
  2529. @end example
  2530.  
  2531. @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
  2532. @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
  2533. @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
  2534. satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
  2535. with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
  2536. @var{new-insn-pattern-2}, etc.
  2537.  
  2538. The @var{preparation statements} are similar to those specified for
  2539. @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) and are executed
  2540. before the new RTL is generated to prepare for the generated code
  2541. or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike those in
  2542. @code{define_expand}, however, these statements must not generate
  2543. any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
  2544. must not allocate any space in the stack frame.
  2545.  
  2546. Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
  2547. circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
  2548. or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
  2549. that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
  2550. @code{reload_completed} is non-zero, is known to satisfy the constraints
  2551. of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
  2552. also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
  2553. @code{reload_completed} is non-zero, must also satisfy the constraints
  2554. of those definitions.
  2555.  
  2556. As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
  2557. example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
  2558. @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
  2559.  
  2560. @example
  2561. (define_split
  2562.   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
  2563.         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
  2564.   ""
  2565.   [(set (match_dup 0)
  2566.         (ashift:SI (match_dup 1)
  2567.                    (const_int 16)))
  2568.    (set (match_dup 0)
  2569.         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
  2570.                      (const_int 16)))]
  2571.   "
  2572. @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
  2573. @end example
  2574.  
  2575. When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
  2576. case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
  2577. The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
  2578. and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
  2579. followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
  2580. register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
  2581. patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
  2582. @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
  2583. @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
  2584. @code{define_split} that will never produce insns that match).
  2585.  
  2586. Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
  2587. @file{rs6000.md}:
  2588.  
  2589. @example
  2590. (define_split
  2591.   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
  2592.         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
  2593.                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
  2594.   ""
  2595.   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
  2596.    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
  2597. "
  2598. @{
  2599.   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
  2600.   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
  2601.  
  2602.   if (low & 0x8000)
  2603.     high++, low |= 0xffff0000;
  2604.  
  2605.   operands[3] = gen_rtx (CONST_INT, VOIDmode, high << 16);
  2606.   operands[4] = gen_rtx (CONST_INT, VOIDmode, low);
  2607. @}")
  2608. @end example
  2609.  
  2610. Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
  2611. @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
  2612. insn.  Write the add with the smaller displacement is written so that it
  2613. can be substituted into the address of a subsequent operation.
  2614.  
  2615. An example that uses a scratch register, from the same file, generates
  2616. an equality comparison of a register and a large constant:
  2617.  
  2618. @example
  2619. (define_split
  2620.   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
  2621.         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
  2622.                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
  2623.    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
  2624.   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
  2625.    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
  2626.        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
  2627.   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
  2628.    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
  2629.   "
  2630. @{
  2631.   /* Get the constant we are comparing against, C,  and see what it looks like
  2632.      sign-extended to 16 bits.  Then see what constant could be XOR'ed
  2633.      with C to get the sign-extended value.  */
  2634.  
  2635.   int c = INTVAL (operands[2]);
  2636.   int sextc = (c << 16) >> 16;
  2637.   int xorv = c ^ sextc;
  2638.  
  2639.   operands[4] = gen_rtx (CONST_INT, VOIDmode, xorv);
  2640.   operands[5] = gen_rtx (CONST_INT, VOIDmode, sextc);
  2641. @}")
  2642. @end example
  2643.  
  2644. To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
  2645. accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
  2646. insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
  2647. definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
  2648. are not valid.
  2649.  
  2650. @node Insn Attributes,, Insn Splitting, Machine Desc
  2651. @section Instruction Attributes
  2652. @cindex insn attributes
  2653. @cindex instruction attributes
  2654.  
  2655. In addition to describing the instruction supported by the target machine,
  2656. the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
  2657. values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
  2658. One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
  2659. condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
  2660. to track the condition codes.
  2661.  
  2662. @menu
  2663. * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
  2664. * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
  2665. * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
  2666. * Attr Example::        An example of assigning attributes.
  2667. * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
  2668. * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
  2669. * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
  2670. * Function Units::      Specifying information for insn scheduling.
  2671. @end menu
  2672.  
  2673. @node Defining Attributes, Expressions, Insn Attributes, Insn Attributes
  2674. @subsection Defining Attributes and their Values
  2675. @cindex defining attributes and their values
  2676. @cindex attributes, defining
  2677.  
  2678. @findex define_attr
  2679. The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
  2680. by the target machine.  It looks like:
  2681.  
  2682. @example
  2683. (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
  2684. @end example
  2685.  
  2686. @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
  2687.  
  2688. @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
  2689. list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
  2690. indicate that the attribute takes numeric values.
  2691.  
  2692. @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
  2693. attribute for insns that match patterns whose definition does not include
  2694. an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
  2695. information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
  2696. for information on attributes that do not depend on any particular insn.
  2697.  
  2698. @findex insn-attr.h
  2699. For each defined attribute, a number of definitions are written to the
  2700. @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
  2701. specified for an attribute, the following are defined:
  2702.  
  2703. @itemize @bullet
  2704. @item
  2705. A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
  2706.  
  2707. @item
  2708. An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
  2709. elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
  2710. the attribute name and value are first converted to upper case.
  2711.  
  2712. @item
  2713. A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
  2714. returns the attribute value for that insn.
  2715. @end itemize
  2716.  
  2717. For example, if the following is present in the @file{md} file:
  2718.  
  2719. @example
  2720. (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
  2721. @end example
  2722.  
  2723. @noindent
  2724. the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
  2725.  
  2726. @example
  2727. #define HAVE_ATTR_type
  2728. enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
  2729.                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
  2730. extern enum attr_type get_attr_type ();
  2731. @end example
  2732.  
  2733. If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
  2734. defined and the function to obtain the attribute's value will return
  2735. @code{int}.
  2736.  
  2737. @node Expressions, Tagging Insns, Defining Attributes, Insn Attributes
  2738. @subsection Attribute Expressions
  2739. @cindex attribute expressions
  2740.  
  2741. RTL expressions used to define attributes use the codes described above
  2742. plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below. 
  2743. Attribute value expressions must have one of the following forms:
  2744.  
  2745. @table @code
  2746. @cindex @code{const_int} and attributes
  2747. @item (const_int @var{i})
  2748. The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
  2749. must be non-negative.
  2750.  
  2751. The value of a numeric attribute can be specified either with a
  2752. @code{const_int} or as an integer represented as a string in
  2753. @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), and @code{set_attr}
  2754. (@pxref{Tagging Insns}) expressions.
  2755.  
  2756. @cindex @code{const_string} and attributes
  2757. @item (const_string @var{value})
  2758. The string @var{value} specifies a constant attribute value.
  2759. If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
  2760. the attribute is to be used for the insn containing this expression.
  2761. @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
  2762. of a @code{define_attr}.@refill
  2763.  
  2764. If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
  2765. must be a string containing a non-negative integer (normally
  2766. @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
  2767. contain one of the valid values for the attribute.
  2768.  
  2769. @cindex @code{if_then_else} and attributes
  2770. @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
  2771. @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
  2772. The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
  2773. otherwise it is @var{false-value}.
  2774.  
  2775. @cindex @code{cond} and attributes
  2776. @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
  2777. The first operand of this expression is a vector containing an even
  2778. number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
  2779. expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
  2780. @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
  2781. none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
  2782. expression is that of the @var{default} expression.
  2783. @end table
  2784.  
  2785. @var{test} expressions can have one of the following forms:
  2786.  
  2787. @table @code
  2788. @cindex @code{const_int} and attribute tests
  2789. @item (const_int @var{i})
  2790. This test is true if @var{i} is non-zero and false otherwise.
  2791.  
  2792. @cindex @code{not} and attributes
  2793. @cindex @code{ior} and attributes
  2794. @cindex @code{and} and attributes
  2795. @item (not @var{test})
  2796. @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
  2797. @itemx (and @var{test1} @var{test2})
  2798. These tests are true if the indicated logical function is true.
  2799.  
  2800. @cindex @code{match_operand} and attributes
  2801. @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
  2802. This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
  2803. is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
  2804. if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
  2805. @var{pred} returns a non-zero value when passed operand @var{n} and mode
  2806. @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
  2807. string).
  2808.  
  2809. The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
  2810.  
  2811. @cindex @code{le} and attributes
  2812. @cindex @code{leu} and attributes
  2813. @cindex @code{lt} and attributes
  2814. @cindex @code{gt} and attributes
  2815. @cindex @code{gtu} and attributes
  2816. @cindex @code{ge} and attributes
  2817. @cindex @code{geu} and attributes
  2818. @cindex @code{ne} and attributes
  2819. @cindex @code{eq} and attributes
  2820. @cindex @code{plus} and attributes
  2821. @cindex @code{minus} and attributes
  2822. @cindex @code{mult} and attributes
  2823. @cindex @code{div} and attributes
  2824. @cindex @code{mod} and attributes
  2825. @cindex @code{abs} and attributes
  2826. @cindex @code{neg} and attributes
  2827. @cindex @code{lshift} and attributes
  2828. @cindex @code{ashift} and attributes
  2829. @cindex @code{lshiftrt} and attributes
  2830. @cindex @code{ashiftrt} and attributes
  2831. @item (le @var{arith1} @var{arith2})
  2832. @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
  2833. @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
  2834. @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
  2835. @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
  2836. @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
  2837. @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
  2838. @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
  2839. @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
  2840. @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
  2841. These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
  2842. expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
  2843. @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
  2844. @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
  2845. @code{lshift}, @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt}
  2846. expressions.@refill
  2847.  
  2848. @findex get_attr
  2849. @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
  2850. Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
  2851. denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
  2852. @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
  2853. variable.@refill
  2854.  
  2855. @findex eq_attr
  2856. @item (eq_attr @var{name} @var{value})
  2857. @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
  2858.  
  2859. @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
  2860. @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
  2861. value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
  2862. test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
  2863. insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
  2864. with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
  2865. @emph{not} in the specified list.
  2866.  
  2867. For example,
  2868.  
  2869. @example
  2870. (eq_attr "type" "load,store")
  2871. @end example
  2872.  
  2873. @noindent
  2874. is equivalent to
  2875.  
  2876. @example
  2877. (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
  2878. @end example
  2879.  
  2880. If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
  2881. value of the compiler variable @code{which_alternative}
  2882. (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
  2883. example,@refill
  2884.  
  2885. @example
  2886. (eq_attr "alternative" "2,3")
  2887. @end example
  2888.  
  2889. @noindent
  2890. is equivalent to
  2891.  
  2892. @example
  2893. (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
  2894.      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
  2895. @end example
  2896.  
  2897. Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
  2898. where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
  2899. a particular pattern.  This is by far the most common case.@refill
  2900. @end table
  2901.  
  2902. @node Tagging Insns, Attr Example, Expressions, Insn Attributes
  2903. @subsection Assigning Attribute Values to Insns
  2904. @cindex tagging insns
  2905. @cindex assigning attribute values to insns
  2906.  
  2907. The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
  2908. which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
  2909. generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
  2910. have an optional last argument to specify the values of attributes for
  2911. matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
  2912. insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
  2913. @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
  2914. permits the specification of the values for only one or two attributes
  2915. in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
  2916. next section.@refill
  2917.  
  2918. The optional last argument of @code{define_insn} and
  2919. @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
  2920. the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
  2921. attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
  2922. @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
  2923. second operand of the @code{set} is an attribute expression
  2924. (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.@refill
  2925.  
  2926. When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
  2927. (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
  2928. insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
  2929. allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
  2930. each alternative.
  2931.  
  2932. @findex set_attr
  2933. When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
  2934. the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
  2935. specifying a string giving either a single attribute value or a list
  2936. of attribute values, one for each alternative.
  2937.  
  2938. The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
  2939. @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
  2940.  
  2941. @table @code
  2942. @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
  2943. @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
  2944. or a string containing a comma-separated list giving the values for
  2945. succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
  2946. of alternatives in the constraint of the insn pattern.
  2947.  
  2948. Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
  2949. which case the attribute will assume its default value for insns matching
  2950. that alternative.
  2951.  
  2952. @findex set_attr_alternative
  2953. @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
  2954. Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
  2955. specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
  2956. tests on the @samp{alternative} attribute.
  2957.  
  2958. @findex attr
  2959. @item (set (attr @var{name}) @var{value})
  2960. The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
  2961. @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
  2962. attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
  2963. @end table
  2964.  
  2965. The following shows three different ways of representing the same
  2966. attribute value specification:
  2967.  
  2968. @example
  2969. (set_attr "type" "load,store,arith")
  2970.  
  2971. (set_attr_alternative "type"
  2972.                       [(const_string "load") (const_string "store")
  2973.                        (const_string "arith")])
  2974.  
  2975. (set (attr "type")
  2976.      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
  2977.             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
  2978.            (const_string "arith")))
  2979. @end example
  2980.  
  2981. @findex define_asm_attributes
  2982. The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
  2983. specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
  2984. statement. It has the form:
  2985.  
  2986. @example
  2987. (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
  2988. @end example
  2989.  
  2990. @noindent
  2991. where @var{attr-sets} is specified the same as for @code{define_insn}
  2992. and @code{define_peephole} expressions.
  2993.  
  2994. These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
  2995. example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
  2996.  
  2997. A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  To
  2998. compute the length of an @code{asm} insn, the length specified in the
  2999. @code{define_asm_attributes} expression is multiplied by the number of
  3000. machine instructions specified in the @code{asm} statement, determined
  3001. by counting the number of semicolons and newlines in the string.
  3002. Therefore, the value of the @code{length} attribute specified in a
  3003. @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length of a
  3004. single machine instruction.
  3005.  
  3006. @node Attr Example, Insn Lengths, Tagging Insns, Insn Attributes
  3007. @subsection Example of Attribute Specifications
  3008. @cindex attribute specifications example
  3009. @cindex attribute specifications
  3010.  
  3011. The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
  3012. insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
  3013. attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
  3014. value.  This attribute is normally used only to define the default value
  3015. for other attributes.  An example will clarify this usage.
  3016.  
  3017. Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
  3018. full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
  3019. can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
  3020. operations, floating point operations, and branches.
  3021.  
  3022. Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
  3023. the condition code and will limit ourselves to the following possible
  3024. effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
  3025. be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
  3026. changed if the item previously set into the condition code has been
  3027. modified.
  3028.  
  3029. Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
  3030.  
  3031. @example
  3032. (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
  3033.  
  3034. (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
  3035.              (cond [(eq_attr "type" "load")
  3036.                         (const_string "change0")
  3037.                     (eq_attr "type" "store,branch")
  3038.                         (const_string "unchanged")
  3039.                     (eq_attr "type" "arith")
  3040.                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
  3041.                                       (const_string "set")
  3042.                                       (const_string "clobber"))]
  3043.                    (const_string "clobber")))
  3044.  
  3045. (define_insn ""
  3046.   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
  3047.         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
  3048.   ""
  3049.   "@@
  3050.    move %0,%1
  3051.    load %0,%1
  3052.    store %0,%1"
  3053.   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
  3054. @end example
  3055.  
  3056. Note that we assume in the above example that arithmetic operations
  3057. performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
  3058. code since they will set the condition code to a value corresponding to the
  3059. full-word result.
  3060.  
  3061. @node Insn Lengths, Constant Attributes, Attr Example, Insn Attributes
  3062. @subsection Computing the Length of an Insn
  3063. @cindex insn lengths, computing
  3064. @cindex computing the length of an insn
  3065.  
  3066. For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
  3067. for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
  3068. will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
  3069. cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
  3070. attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
  3071. values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
  3072.  
  3073. In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
  3074. arithmetic terms are allowed in test expressions:
  3075.  
  3076. @table @code
  3077. @cindex @code{match_dup} and attributes
  3078. @item (match_dup @var{n})
  3079. This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
  3080. must be a @code{label_ref}.
  3081.  
  3082. @cindex @code{pc} and attributes
  3083. @item (pc)
  3084. This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
  3085. been more consistent with other usage to make this the address of the
  3086. @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the 
  3087. current insn is to be computed.
  3088. @end table
  3089.  
  3090. @cindex @code{addr_vec}, length of
  3091. @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
  3092. For normal insns, the length will be determined by value of the
  3093. @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
  3094. @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length will be computed as
  3095. the number of vectors multiplied by the size of each vector.@refill
  3096.  
  3097. The following macros can be used to refine the length computation:
  3098.  
  3099. @table @code
  3100. @findex FIRST_INSN_ADDRESS
  3101. @item FIRST_INSN_ADDRESS
  3102. When the @code{length} insn attribute is used, this macro specifies the
  3103. value to be assigned to the address of the first insn in a function.  If
  3104. not specified, 0 is used.
  3105.  
  3106. @findex ADJUST_INSN_LENGTH
  3107. @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
  3108. If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
  3109. function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
  3110. that contains the initially computed length of the insn and should be
  3111. updated with the correct length of the insn.  If updating is required,
  3112. @var{insn} must not be a varying-length insn.
  3113.  
  3114. This macro will normally not be required.  A case in which it is
  3115. required is the ROMP.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
  3116. insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
  3117. may be required.
  3118. @end table
  3119.  
  3120. @findex get_attr_length
  3121. The routine that returns the value of the @code{length} attribute,
  3122. @code{get_attr_length}, can be used by the output routine to determine
  3123. the form of the branch instruction to be written, as the example
  3124. below illustrates.
  3125.  
  3126. As an example of the specification of variable-length branches, consider
  3127. the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
  3128. the starting address of a function, we can jump to labels within 4K of
  3129. the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
  3130. sequence to load the address from memory and then branch to it.
  3131.  
  3132. On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
  3133. as follows:
  3134.  
  3135. @example
  3136. (define_insn "jump"
  3137.   [(set (pc)
  3138.         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
  3139.   ""
  3140.   "*
  3141. @{
  3142.    return (get_attr_length (insn) == 4
  3143.            ? \"b %l0\" : \"l r15,=a(%l0); br r15\");
  3144. @}"
  3145.   [(set (attr "length") (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
  3146.                                       (const_int 4)
  3147.                                       (const_int 6)))])
  3148. @end example
  3149.  
  3150. @node Constant Attributes, Delay Slots, Insn Lengths, Insn Attributes
  3151. @subsection Constant Attributes
  3152. @cindex constant attributes
  3153.  
  3154. A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
  3155. default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
  3156. is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
  3157. used to specify which variety of processor is used.  For example,
  3158.  
  3159. @example
  3160. (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
  3161.  (const
  3162.   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
  3163.          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
  3164.         (const_string "m88000"))))
  3165.  
  3166. (define_attr "memory" "fast,slow"
  3167.  (const
  3168.   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
  3169.                 (const_string "fast")
  3170.                 (const_string "slow"))))
  3171. @end example
  3172.  
  3173. The routine generated for constant attributes has no parameters as it
  3174. does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
  3175. the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
  3176. but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
  3177. forms involving insn attributes.
  3178.  
  3179. @node Delay Slots, Function Units, Constant Attributes, Insn Attributes
  3180. @subsection Delay Slot Scheduling
  3181. @cindex delay slots, defining
  3182.  
  3183. The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
  3184. delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
  3185. require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
  3186. after the instruction are executed as if they were located before it.
  3187. Classic examples are branch and call instructions, which often execute
  3188. the following instruction before the branch or call is performed.
  3189.  
  3190. On some machines, conditional branch instructions can optionally
  3191. @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
  3192. instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
  3193. instructions that annul if the branch is true and instructions that
  3194. annul if the branch is false are supported.
  3195.   
  3196. Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
  3197. determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
  3198. on the type of instruction being generated, not on data flow between the
  3199. instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
  3200. instruction scheduling.
  3201.  
  3202. @findex define_delay
  3203. The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
  3204. via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
  3205.  
  3206. @example
  3207. (define_delay @var{test}
  3208.               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
  3209.                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
  3210.                @dots{}])
  3211. @end example
  3212.  
  3213. @var{test} is an attribute test that indicates whether this
  3214. @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
  3215. required delay slots is determined by the length of the vector specified
  3216. as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
  3217. satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
  3218. attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
  3219. is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
  3220. delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
  3221. supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.@refill
  3222.  
  3223. For example, in the common case where branch and call insns require
  3224. a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
  3225. call, the following would be placed in the @file{md} file:
  3226.  
  3227. @example
  3228. (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
  3229.               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
  3230. @end example
  3231.  
  3232. Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
  3233. case, each such expression specifies different delay slot requirements
  3234. and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
  3235. expressions are both true.
  3236.  
  3237. For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
  3238. but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
  3239. and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
  3240. branch is true, we might represent this as follows:
  3241.  
  3242. @example
  3243. (define_delay (eq_attr "type" "branch")
  3244.    [(eq_attr "type" "!branch,call") (eq_attr "type" "!branch,call") (nil)])
  3245.  
  3246. (define_delay (eq_attr "type" "call")
  3247.               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
  3248.                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
  3249. @end example
  3250.  
  3251. @node Function Units,, Delay Slots, Insn Attributes
  3252. @subsection Specifying Function Units
  3253. @cindex function units, for scheduling
  3254.  
  3255. On most RISC machines, there are instructions whose results are not
  3256. available for a specific number of cycles.  Common cases are instructions
  3257. that load data from memory.  On many machines, a pipeline stall will result
  3258. if the data is referenced too soon after the load instruction.
  3259.  
  3260. In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
  3261. one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
  3262. stalls when a result that is needed is not yet ready.
  3263.  
  3264. The descriptions in this section allow the specification of how much
  3265. time must elapse between the execution of an instruction and the time
  3266. when its result is used.  It also allows specification of when the
  3267. execution of an instruction will delay execution of similar instructions
  3268. due to function unit conflicts.
  3269.  
  3270. For the purposes of the specifications in this section, a machine is
  3271. divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
  3272. class of instructions in first-in-first-out order.  Function units that
  3273. accept one instruction each cycle and allow a result to be used in the
  3274. succeeding instruction (usually via forwarding) need not be specified.
  3275. Classic RISC microprocessors will normally have a single function unit,
  3276. which we can call @samp{memory}.  The newer ``superscalar'' processors
  3277. will often have function units for floating point operations, usually at
  3278. least a floating point adder and multiplier.
  3279.  
  3280. @findex define_function_unit
  3281. Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
  3282. @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
  3283.  
  3284. @example
  3285. (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
  3286.                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
  3287.                      [@var{conflict-list}])
  3288. @end example
  3289.  
  3290. @var{name} is a string giving the name of the function unit.
  3291.  
  3292. @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
  3293. units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
  3294. be scheduled independently.  Only truly independent units should be
  3295. counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
  3296. only common example of a machine that has multiple function units for a
  3297. single instruction class that are truly independent and not pipelined
  3298. are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
  3299.  
  3300. @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
  3301. executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
  3302. if the unit is pipelined and has no limit.
  3303.  
  3304. All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
  3305. @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
  3306. @var{simultaneity}.
  3307.  
  3308. @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
  3309. in this definition.  Note that an insn may use more than one function
  3310. unit and a function unit may be specified in more than one
  3311. @code{define_function_unit}.
  3312.  
  3313. @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
  3314. after which the result of the instruction can be used without
  3315. introducing any stalls.
  3316.  
  3317. @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
  3318. after the instruction matching the @var{test} expression begins using
  3319. this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
  3320. indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
  3321. be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
  3322. value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
  3323. @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
  3324. For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
  3325. unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
  3326. insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
  3327.  
  3328. @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
  3329. for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
  3330. to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
  3331. particular insn matching @var{test} that is already executing in
  3332. @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
  3333. conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
  3334. specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
  3335. function unit.
  3336.  
  3337. Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
  3338. pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
  3339. where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
  3340.  
  3341. As an example, consider a classic RISC machine where the result of a
  3342. load instruction is not available for two cycles (a single ``delay''
  3343. instruction is required) and where only one load instruction can be executed
  3344. simultaneously.  This would be specified as:
  3345.  
  3346. @example
  3347. (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
  3348. @end example
  3349.  
  3350. For the case of a floating point function unit that can pipeline either
  3351. single or double precision, but not both, the following could be specified:
  3352.  
  3353. @example
  3354. (define_function_unit
  3355.    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
  3356. (define_function_unit
  3357.    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
  3358. @end example
  3359.  
  3360. @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
  3361. and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
  3362. expression.  It has recently come to our attention that these
  3363. specifications may not allow modeling of some of the newer
  3364. ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
  3365. units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
  3366. used during their execution and there is no way of representing that
  3367. conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
  3368. in such processors and suggestions for their representation.
  3369. @end ifset
  3370.