gcc/config/arm/cortex-a9.md

   1 ;; ARM Cortex-A9 pipeline description
   2 ;; Copyright (C) 2008, 2009, 2010 Free Software Foundation, Inc.
   3 ;; Originally written by CodeSourcery for VFP.
   4 ;;
   5 ;; Rewritten by Ramana Radhakrishnan <ramana.radhakrishnan@arm.com>
   6 ;; Integer Pipeline description contributed by ARM Ltd.
   7 ;; VFP Pipeline description rewritten and contributed by ARM Ltd.
   8
   9 ;; This file is part of GCC.
  10 ;;
  11 ;; GCC is free software; you can redistribute it and/or modify it
  12 ;; under the terms of the GNU General Public License as published by
  13 ;; the Free Software Foundation; either version 3, or (at your option)
  14 ;; any later version.
  15 ;;
  16 ;; GCC is distributed in the hope that it will be useful, but
  17 ;; WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  18 ;; MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  19 ;; General Public License for more details.
  20 ;;
  21 ;; You should have received a copy of the GNU General Public License
  22 ;; along with GCC; see the file COPYING3.  If not see
  23 ;; <http://www.gnu.org/licenses/>.
  24
  25 (define_automaton "cortex_a9")
  26
  27 ;; The Cortex-A9 core is modelled as a dual issue pipeline that has
  28 ;; the following components.
  29 ;; 1. 1 Load Store Pipeline.
  30 ;; 2. P0 / main pipeline for data processing instructions.
  31 ;; 3. P1 / Dual pipeline for Data processing instructions.
  32 ;; 4. MAC pipeline for multiply as well as multiply
  33 ;;    and accumulate instructions.
  34 ;; 5. 1 VFP and an optional Neon unit.
  35 ;; The Load/Store, VFP and Neon issue pipeline are multiplexed.
  36 ;; The P0 / main pipeline and M1 stage of the MAC pipeline are
  37 ;;   multiplexed.
  38 ;; The P1 / dual pipeline and M2 stage of the MAC pipeline are
  39 ;;   multiplexed.
  40 ;; There are only 4 integer register read ports and hence at any point of
  41 ;; time we can't have issue down the E1 and the E2 ports unless
  42 ;; of course there are bypass paths that get exercised.
  43 ;; Both P0 and P1 have 2 stages E1 and E2.
  44 ;; Data processing instructions issue to E1 or E2 depending on
  45 ;; whether they have an early shift or not.
  46
  47 (define_cpu_unit "ca9_issue_vfp_neon, cortex_a9_ls" "cortex_a9")
  48 (define_cpu_unit "cortex_a9_p0_e1, cortex_a9_p0_e2" "cortex_a9")
  49 (define_cpu_unit "cortex_a9_p1_e1, cortex_a9_p1_e2" "cortex_a9")
  50 (define_cpu_unit "cortex_a9_p0_wb, cortex_a9_p1_wb" "cortex_a9")
  51 (define_cpu_unit "cortex_a9_mac_m1, cortex_a9_mac_m2" "cortex_a9")
  52 (define_cpu_unit "cortex_a9_branch, cortex_a9_issue_branch" "cortex_a9")
  53
  54 (define_reservation "cortex_a9_p0_default" "cortex_a9_p0_e2, cortex_a9_p0_wb")
  55 (define_reservation "cortex_a9_p1_default" "cortex_a9_p1_e2, cortex_a9_p1_wb")
  56 (define_reservation "cortex_a9_p0_shift" "cortex_a9_p0_e1, cortex_a9_p0_default")
  57 (define_reservation "cortex_a9_p1_shift" "cortex_a9_p1_e1, cortex_a9_p1_default")
  58
  59 (define_reservation "cortex_a9_multcycle1"
  60   "cortex_a9_p0_e2 + cortex_a9_mac_m1 + cortex_a9_mac_m2 + \
  61 cortex_a9_p1_e2 + cortex_a9_p0_e1 + cortex_a9_p1_e1")
  62
  63 (define_reservation "cortex_a9_mult16"
  64   "cortex_a9_mac_m1, cortex_a9_mac_m2, cortex_a9_p0_wb")
  65 (define_reservation "cortex_a9_mac16"
  66   "cortex_a9_multcycle1, cortex_a9_mac_m2, cortex_a9_p0_wb")
  67 (define_reservation "cortex_a9_mult"
  68   "cortex_a9_mac_m1*2, cortex_a9_mac_m2, cortex_a9_p0_wb")
  69 (define_reservation "cortex_a9_mac"
  70   "cortex_a9_multcycle1*2 ,cortex_a9_mac_m2, cortex_a9_p0_wb")
  71
  72
  73 ;; Issue at the same time along the load store pipeline and
  74 ;; the VFP / Neon pipeline is not possible.
  75 (exclusion_set "cortex_a9_ls" "ca9_issue_vfp_neon")
  76
  77 ;; Default data processing instruction without any shift
  78 ;; The only exception to this is the mov instruction
  79 ;; which can go down E2 without any problem.
  80 (define_insn_reservation "cortex_a9_dp" 2
  81   (and (eq_attr "tune" "cortexa9")
  82        (ior (eq_attr "type" "alu")
  83             (ior (and (eq_attr "type" "alu_shift_reg, alu_shift")
  84                  (eq_attr "insn" "mov"))
  85                  (eq_attr "neon_type" "none"))))
  86   "cortex_a9_p0_default|cortex_a9_p1_default")
  87
  88 ;; An instruction using the shifter will go down E1.
  89 (define_insn_reservation "cortex_a9_dp_shift" 3
  90    (and (eq_attr "tune" "cortexa9")
  91         (and (eq_attr "type" "alu_shift_reg, alu_shift")
  92              (not (eq_attr "insn" "mov"))))
  93    "cortex_a9_p0_shift | cortex_a9_p1_shift")
  94
  95 ;; Loads have a latency of 4 cycles.
  96 ;; We don't model autoincrement instructions. These
  97 ;; instructions use the load store pipeline and 1 of
  98 ;; the E2 units to write back the result of the increment.
  99
 100 (define_insn_reservation "cortex_a9_load1_2" 4
 101   (and (eq_attr "tune" "cortexa9")
 102        (eq_attr "type" "load1, load2, load_byte, f_loads, f_loadd"))
 103   "cortex_a9_ls")
 104
 105 ;; Loads multiples and store multiples can't be issued for 2 cycles in a
 106 ;; row. The description below assumes that addresses are 64 bit aligned.
 107 ;; If not, there is an extra cycle latency which is not modelled.
 108
 109 (define_insn_reservation "cortex_a9_load3_4" 5
 110   (and (eq_attr "tune" "cortexa9")
 111        (eq_attr "type" "load3, load4"))
 112   "cortex_a9_ls, cortex_a9_ls")
 113
 114 (define_insn_reservation "cortex_a9_store1_2" 0
 115   (and (eq_attr "tune" "cortexa9")
 116        (eq_attr "type" "store1, store2, f_stores, f_stored"))
 117   "cortex_a9_ls")
 118
 119 ;; Almost all our store multiples use an auto-increment
 120 ;; form. Don't issue back to back load and store multiples
 121 ;; because the load store unit will stall.
 122
 123 (define_insn_reservation "cortex_a9_store3_4" 0
 124   (and (eq_attr "tune" "cortexa9")
 125        (eq_attr "type" "store3, store4"))
 126   "cortex_a9_ls+(cortex_a9_p0_default | cortex_a9_p1_default), cortex_a9_ls")
 127
 128 ;; We get 16*16 multiply / mac results in 3 cycles.
 129 (define_insn_reservation "cortex_a9_mult16" 3
 130   (and (eq_attr "tune" "cortexa9")
 131        (eq_attr "insn" "smulxy"))
 132        "cortex_a9_mult16")
 133
 134 ;; The 16*16 mac is slightly different that it
 135 ;; reserves M1 and M2 in the same cycle.
 136 (define_insn_reservation "cortex_a9_mac16" 3
 137   (and (eq_attr "tune" "cortexa9")
 138        (eq_attr "insn" "smlaxy"))
 139   "cortex_a9_mac16")
 140
 141
 142 (define_insn_reservation "cortex_a9_multiply" 4
 143   (and (eq_attr "tune" "cortexa9")
 144        (eq_attr "insn" "mul"))
 145        "cortex_a9_mult")
 146
 147 (define_insn_reservation "cortex_a9_mac" 4
 148   (and (eq_attr "tune" "cortexa9")
 149        (eq_attr "insn" "mla"))
 150        "cortex_a9_mac")
 151
 152 ;; An instruction with a result in E2 can be forwarded
 153 ;; to E2 or E1 or M1 or the load store unit in the next cycle.
 154
 155 (define_bypass 1 "cortex_a9_dp"
 156                  "cortex_a9_dp_shift, cortex_a9_multiply,
 157  cortex_a9_load1_2, cortex_a9_dp, cortex_a9_store1_2,
 158  cortex_a9_mult16, cortex_a9_mac16, cortex_a9_mac, cortex_a9_store3_4, cortex_a9_load3_4")
 159
 160 (define_bypass 2 "cortex_a9_dp_shift"
 161                  "cortex_a9_dp_shift, cortex_a9_multiply,
 162  cortex_a9_load1_2, cortex_a9_dp, cortex_a9_store1_2,
 163  cortex_a9_mult16, cortex_a9_mac16, cortex_a9_mac, cortex_a9_store3_4, cortex_a9_load3_4")
 164
 165 ;; An instruction in the load store pipeline can provide
 166 ;; read access to a DP instruction in the P0 default pipeline
 167 ;; before the writeback stage.
 168
 169 (define_bypass 3 "cortex_a9_load1_2" "cortex_a9_dp, cortex_a9_load1_2,
 170 cortex_a9_store3_4, cortex_a9_store1_2")
 171
 172 (define_bypass 4 "cortex_a9_load3_4" "cortex_a9_dp, cortex_a9_load1_2,
 173 cortex_a9_store3_4, cortex_a9_store1_2,  cortex_a9_load3_4")
 174
 175 ;; Calls and branches.
 176
 177 ;; Branch instructions
 178
 179 (define_insn_reservation "cortex_a9_branch" 0
 180   (and (eq_attr "tune" "cortexa9")
 181        (eq_attr "type" "branch"))
 182   "cortex_a9_branch")
 183
 184 ;; Call latencies are essentially 0 but make sure
 185 ;; dual issue doesn't happen i.e the next instruction
 186 ;; starts at the next cycle.
 187 (define_insn_reservation "cortex_a9_call"  0
 188   (and (eq_attr "tune" "cortexa9")
 189        (eq_attr "type" "call"))
 190   "cortex_a9_issue_branch + cortex_a9_multcycle1 + cortex_a9_ls + ca9_issue_vfp_neon")
 191
 192
 193 ;; Pipelining for VFP instructions.
 194 ;; Issue happens either along load store unit or the VFP / Neon unit.
 195 ;; Pipeline   Instruction Classification.
 196 ;; FPS - fcpys, ffariths, ffarithd,r_2_f,f_2_r
 197 ;; FP_ADD   - fadds, faddd, fcmps (1)
 198 ;; FPMUL   - fmul{s,d}, fmac{s,d}
 199 ;; FPDIV - fdiv{s,d}
 200 (define_cpu_unit "ca9fps" "cortex_a9")
 201 (define_cpu_unit "ca9fp_add1, ca9fp_add2, ca9fp_add3, ca9fp_add4" "cortex_a9")
 202 (define_cpu_unit "ca9fp_mul1, ca9fp_mul2 , ca9fp_mul3, ca9fp_mul4" "cortex_a9")
 203 (define_cpu_unit "ca9fp_ds1" "cortex_a9")
 204
 205
 206 ;; fmrs, fmrrd, fmstat and fmrx - The data is available after 1 cycle.
 207 (define_insn_reservation "cortex_a9_fps" 2
 208  (and (eq_attr "tune" "cortexa9")
 209       (eq_attr "type" "fcpys, fconsts, fconstd, ffariths, ffarithd, r_2_f, f_2_r, f_flag"))
 210  "ca9_issue_vfp_neon + ca9fps")
 211
 212 (define_bypass 1
 213   "cortex_a9_fps"
 214   "cortex_a9_fadd, cortex_a9_fps, cortex_a9_fcmp, cortex_a9_dp, cortex_a9_dp_shift, cortex_a9_multiply")
 215
 216 ;; Scheduling on the FP_ADD pipeline.
 217 (define_reservation "ca9fp_add" "ca9_issue_vfp_neon + ca9fp_add1, ca9fp_add2, ca9fp_add3, ca9fp_add4")
 218
 219 (define_insn_reservation "cortex_a9_fadd" 4
 220   (and (eq_attr "tune" "cortexa9")
 221        (eq_attr "type" "fadds, faddd, f_cvt"))
 222   "ca9fp_add")
 223
 224 (define_insn_reservation "cortex_a9_fcmp" 1
 225   (and (eq_attr "tune" "cortexa9")
 226       (eq_attr "type" "fcmps, fcmpd"))
 227  "ca9_issue_vfp_neon + ca9fp_add1")
 228
 229 ;; Scheduling for the Multiply and MAC instructions.
 230 (define_reservation "ca9fmuls"
 231   "ca9fp_mul1 + ca9_issue_vfp_neon, ca9fp_mul2, ca9fp_mul3, ca9fp_mul4")
 232
 233 (define_reservation "ca9fmuld"
 234   "ca9fp_mul1 + ca9_issue_vfp_neon, (ca9fp_mul1 + ca9fp_mul2), ca9fp_mul2, ca9fp_mul3, ca9fp_mul4")
 235
 236 (define_insn_reservation "cortex_a9_fmuls" 4
 237   (and (eq_attr "tune" "cortexa9")
 238        (eq_attr "type" "fmuls"))
 239   "ca9fmuls")
 240
 241 (define_insn_reservation "cortex_a9_fmuld" 5
 242   (and (eq_attr "tune" "cortexa9")
 243        (eq_attr "type" "fmuld"))
 244   "ca9fmuld")
 245
 246 (define_insn_reservation "cortex_a9_fmacs" 8
 247   (and (eq_attr "tune" "cortexa9")
 248        (eq_attr "type" "fmacs"))
 249   "ca9fmuls, ca9fp_add")
 250
 251 (define_insn_reservation "cortex_a9_fmacd" 9
 252   (and (eq_attr "tune" "cortexa9")
 253        (eq_attr "type" "fmacd"))
 254   "ca9fmuld, ca9fp_add")
 255
 256 ;; Division pipeline description.
 257 (define_insn_reservation "cortex_a9_fdivs" 15
 258   (and (eq_attr "tune" "cortexa9")
 259        (eq_attr "type" "fdivs"))
 260   "ca9fp_ds1 + ca9_issue_vfp_neon, nothing*14")
 261
 262 (define_insn_reservation "cortex_a9_fdivd" 25
 263   (and (eq_attr "tune" "cortexa9")
 264        (eq_attr "type" "fdivd"))
 265   "ca9fp_ds1 + ca9_issue_vfp_neon, nothing*24")