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[binutils-gdb.git] / gdb / doc / agentexpr.texi
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1 @c \input texinfo
2 @c %**start of header
3 @c @setfilename agentexpr.info
4 @c @settitle GDB Agent Expressions
5 @c @setchapternewpage off
6 @c %**end of header
8 @c This file is part of the GDB manual.
9 @c
10 @c Copyright (C) 2003--2024 Free Software Foundation, Inc.
12 @c See the file gdb.texinfo for copying conditions.
14 @node Agent Expressions
15 @appendix The GDB Agent Expression Mechanism
17 In some applications, it is not feasible for the debugger to interrupt
18 the program's execution long enough for the developer to learn anything
19 helpful about its behavior.  If the program's correctness depends on its
20 real-time behavior, delays introduced by a debugger might cause the
21 program to fail, even when the code itself is correct.  It is useful to
22 be able to observe the program's behavior without interrupting it.
24 Using GDB's @code{trace} and @code{collect} commands, the user can
25 specify locations in the program, and arbitrary expressions to evaluate
26 when those locations are reached.  Later, using the @code{tfind}
27 command, she can examine the values those expressions had when the
28 program hit the trace points.  The expressions may also denote objects
29 in memory --- structures or arrays, for example --- whose values GDB
30 should record; while visiting a particular tracepoint, the user may
31 inspect those objects as if they were in memory at that moment.
32 However, because GDB records these values without interacting with the
33 user, it can do so quickly and unobtrusively, hopefully not disturbing
34 the program's behavior.
36 When GDB is debugging a remote target, the GDB @dfn{agent} code running
37 on the target computes the values of the expressions itself.  To avoid
38 having a full symbolic expression evaluator on the agent, GDB translates
39 expressions in the source language into a simpler bytecode language, and
40 then sends the bytecode to the agent; the agent then executes the
41 bytecode, and records the values for GDB to retrieve later.
43 The bytecode language is simple; there are forty-odd opcodes, the bulk
44 of which are the usual vocabulary of C operands (addition, subtraction,
45 shifts, and so on) and various sizes of literals and memory reference
46 operations.  The bytecode interpreter operates strictly on machine-level
47 values --- various sizes of integers and floating point numbers --- and
48 requires no information about types or symbols; thus, the interpreter's
49 internal data structures are simple, and each bytecode requires only a
50 few native machine instructions to implement it.  The interpreter is
51 small, and strict limits on the memory and time required to evaluate an
52 expression are easy to determine, making it suitable for use by the
53 debugging agent in real-time applications.
55 @menu
56 * General Bytecode Design::     Overview of the interpreter.
57 * Bytecode Descriptions::       What each one does.
58 * Using Agent Expressions::     How agent expressions fit into the big picture.
59 * Varying Target Capabilities:: How to discover what the target can do.
60 * Rationale::                   Why we did it this way.
61 @end menu
64 @c @node Rationale
65 @c @section Rationale
68 @node General Bytecode Design
69 @section General Bytecode Design
71 The agent represents bytecode expressions as an array of bytes.  Each
72 instruction is one byte long (thus the term @dfn{bytecode}).  Some
73 instructions are followed by operand bytes; for example, the @code{goto}
74 instruction is followed by a destination for the jump.
76 The bytecode interpreter is a stack-based machine; most instructions pop
77 their operands off the stack, perform some operation, and push the
78 result back on the stack for the next instruction to consume.  Each
79 element of the stack may contain either a integer or a floating point
80 value; these values are as many bits wide as the largest integer that
81 can be directly manipulated in the source language.  Stack elements
82 carry no record of their type; bytecode could push a value as an
83 integer, then pop it as a floating point value.  However, GDB will not
84 generate code which does this.  In C, one might define the type of a
85 stack element as follows:
86 @example
87 union agent_val @{
88   LONGEST l;
89   DOUBLEST d;
90 @};
91 @end example
92 @noindent
93 where @code{LONGEST} and @code{DOUBLEST} are @code{typedef} names for
94 the largest integer and floating point types on the machine.
96 By the time the bytecode interpreter reaches the end of the expression,
97 the value of the expression should be the only value left on the stack.
98 For tracing applications, @code{trace} bytecodes in the expression will
99 have recorded the necessary data, and the value on the stack may be
100 discarded.  For other applications, like conditional breakpoints, the
101 value may be useful.
103 Separate from the stack, the interpreter has two registers:
104 @table @code
105 @item pc
106 The address of the next bytecode to execute.
108 @item start
109 The address of the start of the bytecode expression, necessary for
110 interpreting the @code{goto} and @code{if_goto} instructions.
112 @end table
113 @noindent
114 Neither of these registers is directly visible to the bytecode language
115 itself, but they are useful for defining the meanings of the bytecode
116 operations.
118 There are no instructions to perform side effects on the running
119 program, or call the program's functions; we assume that these
120 expressions are only used for unobtrusive debugging, not for patching
121 the running code.  
123 Most bytecode instructions do not distinguish between the various sizes
124 of values, and operate on full-width values; the upper bits of the
125 values are simply ignored, since they do not usually make a difference
126 to the value computed.  The exceptions to this rule are:
127 @table @asis
129 @item memory reference instructions (@code{ref}@var{n})
130 There are distinct instructions to fetch different word sizes from
131 memory.  Once on the stack, however, the values are treated as full-size
132 integers.  They may need to be sign-extended; the @code{ext} instruction
133 exists for this purpose.
135 @item the sign-extension instruction (@code{ext} @var{n})
136 These clearly need to know which portion of their operand is to be
137 extended to occupy the full length of the word.
139 @end table
141 If the interpreter is unable to evaluate an expression completely for
142 some reason (a memory location is inaccessible, or a divisor is zero,
143 for example), we say that interpretation ``terminates with an error''.
144 This means that the problem is reported back to the interpreter's caller
145 in some helpful way.  In general, code using agent expressions should
146 assume that they may attempt to divide by zero, fetch arbitrary memory
147 locations, and misbehave in other ways.
149 Even complicated C expressions compile to a few bytecode instructions;
150 for example, the expression @code{x + y * z} would typically produce
151 code like the following, assuming that @code{x} and @code{y} live in
152 registers, and @code{z} is a global variable holding a 32-bit
153 @code{int}:
154 @example
155 reg 1
156 reg 2
157 const32 @i{address of z}
158 ref32
159 ext 32
163 @end example
165 In detail, these mean:
166 @table @code
168 @item reg 1
169 Push the value of register 1 (presumably holding @code{x}) onto the
170 stack.
172 @item reg 2
173 Push the value of register 2 (holding @code{y}).
175 @item const32 @i{address of z}
176 Push the address of @code{z} onto the stack.
178 @item ref32
179 Fetch a 32-bit word from the address at the top of the stack; replace
180 the address on the stack with the value.  Thus, we replace the address
181 of @code{z} with @code{z}'s value.
183 @item ext 32
184 Sign-extend the value on the top of the stack from 32 bits to full
185 length.  This is necessary because @code{z} is a signed integer.
187 @item mul
188 Pop the top two numbers on the stack, multiply them, and push their
189 product.  Now the top of the stack contains the value of the expression
190 @code{y * z}.
192 @item add
193 Pop the top two numbers, add them, and push the sum.  Now the top of the
194 stack contains the value of @code{x + y * z}.
196 @item end
197 Stop executing; the value left on the stack top is the value to be
198 recorded.
200 @end table
203 @node Bytecode Descriptions
204 @section Bytecode Descriptions
206 Each bytecode description has the following form:
208 @table @asis
210 @item @code{add} (0x02): @var{a} @var{b} @result{} @var{a+b}
212 Pop the top two stack items, @var{a} and @var{b}, as integers; push
213 their sum, as an integer.
215 @end table
217 In this example, @code{add} is the name of the bytecode, and
218 @code{(0x02)} is the one-byte value used to encode the bytecode, in
219 hexadecimal.  The phrase ``@var{a} @var{b} @result{} @var{a+b}'' shows
220 the stack before and after the bytecode executes.  Beforehand, the stack
221 must contain at least two values, @var{a} and @var{b}; since the top of
222 the stack is to the right, @var{b} is on the top of the stack, and
223 @var{a} is underneath it.  After execution, the bytecode will have
224 popped @var{a} and @var{b} from the stack, and replaced them with a
225 single value, @var{a+b}.  There may be other values on the stack below
226 those shown, but the bytecode affects only those shown.
228 Here is another example:
230 @table @asis
232 @item @code{const8} (0x22) @var{n}: @result{} @var{n}
233 Push the 8-bit integer constant @var{n} on the stack, without sign
234 extension.
236 @end table
238 In this example, the bytecode @code{const8} takes an operand @var{n}
239 directly from the bytecode stream; the operand follows the @code{const8}
240 bytecode itself.  We write any such operands immediately after the name
241 of the bytecode, before the colon, and describe the exact encoding of
242 the operand in the bytecode stream in the body of the bytecode
243 description.
245 For the @code{const8} bytecode, there are no stack items given before
246 the @result{}; this simply means that the bytecode consumes no values
247 from the stack.  If a bytecode consumes no values, or produces no
248 values, the list on either side of the @result{} may be empty.
250 If a value is written as @var{a}, @var{b}, or @var{n}, then the bytecode
251 treats it as an integer.  If a value is written is @var{addr}, then the
252 bytecode treats it as an address.
254 We do not fully describe the floating point operations here; although
255 this design can be extended in a clean way to handle floating point
256 values, they are not of immediate interest to the customer, so we avoid
257 describing them, to save time.
260 @table @asis
262 @item @code{float} (0x01): @result{}
264 Prefix for floating-point bytecodes.  Not implemented yet.
266 @item @code{add} (0x02): @var{a} @var{b} @result{} @var{a+b}
267 Pop two integers from the stack, and push their sum, as an integer.
269 @item @code{sub} (0x03): @var{a} @var{b} @result{} @var{a-b}
270 Pop two integers from the stack, subtract the top value from the
271 next-to-top value, and push the difference.
273 @item @code{mul} (0x04): @var{a} @var{b} @result{} @var{a*b}
274 Pop two integers from the stack, multiply them, and push the product on
275 the stack.  Note that, when one multiplies two @var{n}-bit numbers
276 yielding another @var{n}-bit number, it is irrelevant whether the
277 numbers are signed or not; the results are the same.
279 @item @code{div_signed} (0x05): @var{a} @var{b} @result{} @var{a/b}
280 Pop two signed integers from the stack; divide the next-to-top value by
281 the top value, and push the quotient.  If the divisor is zero, terminate
282 with an error.
284 @item @code{div_unsigned} (0x06): @var{a} @var{b} @result{} @var{a/b}
285 Pop two unsigned integers from the stack; divide the next-to-top value
286 by the top value, and push the quotient.  If the divisor is zero,
287 terminate with an error.
289 @item @code{rem_signed} (0x07): @var{a} @var{b} @result{} @var{a modulo b}
290 Pop two signed integers from the stack; divide the next-to-top value by
291 the top value, and push the remainder.  If the divisor is zero,
292 terminate with an error.
294 @item @code{rem_unsigned} (0x08): @var{a} @var{b} @result{} @var{a modulo b}
295 Pop two unsigned integers from the stack; divide the next-to-top value
296 by the top value, and push the remainder.  If the divisor is zero,
297 terminate with an error.
299 @item @code{lsh} (0x09): @var{a} @var{b} @result{} @var{a<<b}
300 Pop two integers from the stack; let @var{a} be the next-to-top value,
301 and @var{b} be the top value.  Shift @var{a} left by @var{b} bits, and
302 push the result.
304 @item @code{rsh_signed} (0x0a): @var{a} @var{b} @result{} @code{(signed)}@var{a>>b}
305 Pop two integers from the stack; let @var{a} be the next-to-top value,
306 and @var{b} be the top value.  Shift @var{a} right by @var{b} bits,
307 inserting copies of the top bit at the high end, and push the result.
309 @item @code{rsh_unsigned} (0x0b): @var{a} @var{b} @result{} @var{a>>b}
310 Pop two integers from the stack; let @var{a} be the next-to-top value,
311 and @var{b} be the top value.  Shift @var{a} right by @var{b} bits,
312 inserting zero bits at the high end, and push the result.
314 @item @code{log_not} (0x0e): @var{a} @result{} @var{!a}
315 Pop an integer from the stack; if it is zero, push the value one;
316 otherwise, push the value zero.
318 @item @code{bit_and} (0x0f): @var{a} @var{b} @result{} @var{a&b}
319 Pop two integers from the stack, and push their bitwise @code{and}.
321 @item @code{bit_or} (0x10): @var{a} @var{b} @result{} @var{a|b}
322 Pop two integers from the stack, and push their bitwise @code{or}.
324 @item @code{bit_xor} (0x11): @var{a} @var{b} @result{} @var{a^b}
325 Pop two integers from the stack, and push their bitwise
326 exclusive-@code{or}.
328 @item @code{bit_not} (0x12): @var{a} @result{} @var{~a}
329 Pop an integer from the stack, and push its bitwise complement.
331 @item @code{equal} (0x13): @var{a} @var{b} @result{} @var{a=b}
332 Pop two integers from the stack; if they are equal, push the value one;
333 otherwise, push the value zero.
335 @item @code{less_signed} (0x14): @var{a} @var{b} @result{} @var{a<b}
336 Pop two signed integers from the stack; if the next-to-top value is less
337 than the top value, push the value one; otherwise, push the value zero.
339 @item @code{less_unsigned} (0x15): @var{a} @var{b} @result{} @var{a<b}
340 Pop two unsigned integers from the stack; if the next-to-top value is less
341 than the top value, push the value one; otherwise, push the value zero.
343 @item @code{ext} (0x16) @var{n}: @var{a} @result{} @var{a}, sign-extended from @var{n} bits
344 Pop an unsigned value from the stack; treating it as an @var{n}-bit
345 twos-complement value, extend it to full length.  This means that all
346 bits to the left of bit @var{n-1} (where the least significant bit is bit
347 0) are set to the value of bit @var{n-1}.  Note that @var{n} may be
348 larger than or equal to the width of the stack elements of the bytecode
349 engine; in this case, the bytecode should have no effect.
351 The number of source bits to preserve, @var{n}, is encoded as a single
352 byte unsigned integer following the @code{ext} bytecode.
354 @item @code{zero_ext} (0x2a) @var{n}: @var{a} @result{} @var{a}, zero-extended from @var{n} bits
355 Pop an unsigned value from the stack; zero all but the bottom @var{n}
356 bits.
358 The number of source bits to preserve, @var{n}, is encoded as a single
359 byte unsigned integer following the @code{zero_ext} bytecode.
361 @item @code{ref8} (0x17): @var{addr} @result{} @var{a}
362 @itemx @code{ref16} (0x18): @var{addr} @result{} @var{a}
363 @itemx @code{ref32} (0x19): @var{addr} @result{} @var{a}
364 @itemx @code{ref64} (0x1a): @var{addr} @result{} @var{a}
365 Pop an address @var{addr} from the stack.  For bytecode
366 @code{ref}@var{n}, fetch an @var{n}-bit value from @var{addr}, using the
367 natural target endianness.  Push the fetched value as an unsigned
368 integer.
370 Note that @var{addr} may not be aligned in any particular way; the
371 @code{ref@var{n}} bytecodes should operate correctly for any address.
373 If attempting to access memory at @var{addr} would cause a processor
374 exception of some sort, terminate with an error.
376 @item @code{ref_float} (0x1b): @var{addr} @result{} @var{d}
377 @itemx @code{ref_double} (0x1c): @var{addr} @result{} @var{d}
378 @itemx @code{ref_long_double} (0x1d): @var{addr} @result{} @var{d}
379 @itemx @code{l_to_d} (0x1e): @var{a} @result{} @var{d}
380 @itemx @code{d_to_l} (0x1f): @var{d} @result{} @var{a}
381 Not implemented yet.
383 @item @code{dup} (0x28): @var{a} => @var{a} @var{a}
384 Push another copy of the stack's top element.
386 @item @code{swap} (0x2b): @var{a} @var{b} => @var{b} @var{a}
387 Exchange the top two items on the stack.
389 @item @code{pop} (0x29): @var{a} =>
390 Discard the top value on the stack.
392 @item @code{pick} (0x32) @var{n}: @var{a} @dots{} @var{b} => @var{a} @dots{} @var{b} @var{a}
393 Duplicate an item from the stack and push it on the top of the stack.
394 @var{n}, a single byte, indicates the stack item to copy.  If @var{n}
395 is zero, this is the same as @code{dup}; if @var{n} is one, it copies
396 the item under the top item, etc.  If @var{n} exceeds the number of
397 items on the stack, terminate with an error.
399 @item @code{rot} (0x33): @var{a} @var{b} @var{c} => @var{c} @var{a} @var{b}
400 Rotate the top three items on the stack.  The top item (c) becomes the third
401 item, the next-to-top item (b) becomes the top item and the third item (a) from
402 the top becomes the next-to-top item.
404 @item @code{if_goto} (0x20) @var{offset}: @var{a} @result{}
405 Pop an integer off the stack; if it is non-zero, branch to the given
406 offset in the bytecode string.  Otherwise, continue to the next
407 instruction in the bytecode stream.  In other words, if @var{a} is
408 non-zero, set the @code{pc} register to @code{start} + @var{offset}.
409 Thus, an offset of zero denotes the beginning of the expression.
411 The @var{offset} is stored as a sixteen-bit unsigned value, stored
412 immediately following the @code{if_goto} bytecode.  It is always stored
413 most significant byte first, regardless of the target's normal
414 endianness.  The offset is not guaranteed to fall at any particular
415 alignment within the bytecode stream; thus, on machines where fetching a
416 16-bit on an unaligned address raises an exception, you should fetch the
417 offset one byte at a time.
419 @item @code{goto} (0x21) @var{offset}: @result{}
420 Branch unconditionally to @var{offset}; in other words, set the
421 @code{pc} register to @code{start} + @var{offset}.
423 The offset is stored in the same way as for the @code{if_goto} bytecode.
425 @item @code{const8} (0x22) @var{n}: @result{} @var{n}
426 @itemx @code{const16} (0x23) @var{n}: @result{} @var{n}
427 @itemx @code{const32} (0x24) @var{n}: @result{} @var{n}
428 @itemx @code{const64} (0x25) @var{n}: @result{} @var{n}
429 Push the integer constant @var{n} on the stack, without sign extension.
430 To produce a small negative value, push a small twos-complement value,
431 and then sign-extend it using the @code{ext} bytecode.
433 The constant @var{n} is stored in the appropriate number of bytes
434 following the @code{const}@var{b} bytecode.  The constant @var{n} is
435 always stored most significant byte first, regardless of the target's
436 normal endianness.  The constant is not guaranteed to fall at any
437 particular alignment within the bytecode stream; thus, on machines where
438 fetching a 16-bit on an unaligned address raises an exception, you
439 should fetch @var{n} one byte at a time.
441 @item @code{reg} (0x26) @var{n}: @result{} @var{a}
442 Push the value of register number @var{n}, without sign extension.  The
443 registers are numbered following GDB's conventions.
445 The register number @var{n} is encoded as a 16-bit unsigned integer
446 immediately following the @code{reg} bytecode.  It is always stored most
447 significant byte first, regardless of the target's normal endianness.
448 The register number is not guaranteed to fall at any particular
449 alignment within the bytecode stream; thus, on machines where fetching a
450 16-bit on an unaligned address raises an exception, you should fetch the
451 register number one byte at a time.
453 @item @code{getv} (0x2c) @var{n}: @result{} @var{v}
454 Push the value of trace state variable number @var{n}, without sign
455 extension.
457 The variable number @var{n} is encoded as a 16-bit unsigned integer
458 immediately following the @code{getv} bytecode.  It is always stored most
459 significant byte first, regardless of the target's normal endianness.
460 The variable number is not guaranteed to fall at any particular
461 alignment within the bytecode stream; thus, on machines where fetching a
462 16-bit on an unaligned address raises an exception, you should fetch the
463 register number one byte at a time.
465 @item @code{setv} (0x2d) @var{n}: @var{v} @result{} @var{v}
466 Set trace state variable number @var{n} to the value found on the top
467 of the stack.  The stack is unchanged, so that the value is readily
468 available if the assignment is part of a larger expression.  The
469 handling of @var{n} is as described for @code{getv}.
471 @item @code{trace} (0x0c): @var{addr} @var{size} @result{}
472 Record the contents of the @var{size} bytes at @var{addr} in a trace
473 buffer, for later retrieval by GDB.
475 @item @code{trace_quick} (0x0d) @var{size}: @var{addr} @result{} @var{addr}
476 Record the contents of the @var{size} bytes at @var{addr} in a trace
477 buffer, for later retrieval by GDB.  @var{size} is a single byte
478 unsigned integer following the @code{trace} opcode.
480 This bytecode is equivalent to the sequence @code{dup const8 @var{size}
481 trace}, but we provide it anyway to save space in bytecode strings.
483 @item @code{trace16} (0x30) @var{size}: @var{addr} @result{} @var{addr}
484 Identical to trace_quick, except that @var{size} is a 16-bit big-endian
485 unsigned integer, not a single byte.  This should probably have been
486 named @code{trace_quick16}, for consistency.
488 @item @code{tracev} (0x2e) @var{n}: @result{} @var{a}
489 Record the value of trace state variable number @var{n} in the trace
490 buffer.  The handling of @var{n} is as described for @code{getv}.
492 @item @code{tracenz} (0x2f)  @var{addr} @var{size} @result{}
493 Record the bytes at @var{addr} in a trace buffer, for later retrieval
494 by GDB.  Stop at either the first zero byte, or when @var{size} bytes
495 have been recorded, whichever occurs first.
497 @item @code{printf} (0x34)  @var{numargs} @var{string} @result{}
498 Do a formatted print, in the style of the C function @code{printf}).
499 The value of @var{numargs} is the number of arguments to expect on the
500 stack, while @var{string} is the format string, prefixed with a
501 two-byte length.  The last byte of the string must be zero, and is
502 included in the length.  The format string includes escaped sequences
503 just as it appears in C source, so for instance the format string
504 @code{"\t%d\n"} is six characters long, and the output will consist of
505 a tab character, a decimal number, and a newline.  At the top of the
506 stack, above the values to be printed, this bytecode will pop a
507 ``function'' and ``channel''.  If the function is nonzero, then the
508 target may treat it as a function and call it, passing the channel as
509 a first argument, as with the C function @code{fprintf}.  If the
510 function is zero, then the target may simply call a standard formatted
511 print function of its choice.  In all, this bytecode pops 2 +
512 @var{numargs} stack elements, and pushes nothing.
514 @item @code{end} (0x27): @result{}
515 Stop executing bytecode; the result should be the top element of the
516 stack.  If the purpose of the expression was to compute an lvalue or a
517 range of memory, then the next-to-top of the stack is the lvalue's
518 address, and the top of the stack is the lvalue's size, in bytes.
520 @end table
523 @node Using Agent Expressions
524 @section Using Agent Expressions
526 Agent expressions can be used in several different ways by @value{GDBN},
527 and the debugger can generate different bytecode sequences as appropriate.
529 One possibility is to do expression evaluation on the target rather
530 than the host, such as for the conditional of a conditional
531 tracepoint.  In such a case, @value{GDBN} compiles the source
532 expression into a bytecode sequence that simply gets values from
533 registers or memory, does arithmetic, and returns a result.
535 Another way to use agent expressions is for tracepoint data
536 collection.  @value{GDBN} generates a different bytecode sequence for
537 collection; in addition to bytecodes that do the calculation,
538 @value{GDBN} adds @code{trace} bytecodes to save the pieces of
539 memory that were used.
541 @itemize @bullet
543 @item
544 The user selects trace points in the program's code at which GDB should
545 collect data.
547 @item
548 The user specifies expressions to evaluate at each trace point.  These
549 expressions may denote objects in memory, in which case those objects'
550 contents are recorded as the program runs, or computed values, in which
551 case the values themselves are recorded.
553 @item
554 GDB transmits the tracepoints and their associated expressions to the
555 GDB agent, running on the debugging target.
557 @item
558 The agent arranges to be notified when a trace point is hit.
560 @item
561 When execution on the target reaches a trace point, the agent evaluates
562 the expressions associated with that trace point, and records the
563 resulting values and memory ranges.
565 @item
566 Later, when the user selects a given trace event and inspects the
567 objects and expression values recorded, GDB talks to the agent to
568 retrieve recorded data as necessary to meet the user's requests.  If the
569 user asks to see an object whose contents have not been recorded, GDB
570 reports an error.
572 @end itemize
575 @node Varying Target Capabilities
576 @section Varying Target Capabilities
578 Some targets don't support floating-point, and some would rather not
579 have to deal with @code{long long} operations.  Also, different targets
580 will have different stack sizes, and different bytecode buffer lengths.
582 Thus, GDB needs a way to ask the target about itself.  We haven't worked
583 out the details yet, but in general, GDB should be able to send the
584 target a packet asking it to describe itself.  The reply should be a
585 packet whose length is explicit, so we can add new information to the
586 packet in future revisions of the agent, without confusing old versions
587 of GDB, and it should contain a version number.  It should contain at
588 least the following information:
590 @itemize @bullet
592 @item
593 whether floating point is supported
595 @item
596 whether @code{long long} is supported
598 @item
599 maximum acceptable size of bytecode stack
601 @item
602 maximum acceptable length of bytecode expressions
604 @item
605 which registers are actually available for collection
607 @item
608 whether the target supports disabled tracepoints
610 @end itemize
612 @node Rationale
613 @section Rationale
615 Some of the design decisions apparent above are arguable.
617 @table @b
619 @item What about stack overflow/underflow?
620 GDB should be able to query the target to discover its stack size.
621 Given that information, GDB can determine at translation time whether a
622 given expression will overflow the stack.  But this spec isn't about
623 what kinds of error-checking GDB ought to do.
625 @item Why are you doing everything in LONGEST?
627 Speed isn't important, but agent code size is; using LONGEST brings in a
628 bunch of support code to do things like division, etc.  So this is a
629 serious concern.
631 First, note that you don't need different bytecodes for different
632 operand sizes.  You can generate code without @emph{knowing} how big the
633 stack elements actually are on the target.  If the target only supports
634 32-bit ints, and you don't send any 64-bit bytecodes, everything just
635 works.  The observation here is that the MIPS and the Alpha have only
636 fixed-size registers, and you can still get C's semantics even though
637 most instructions only operate on full-sized words.  You just need to
638 make sure everything is properly sign-extended at the right times.  So
639 there is no need for 32- and 64-bit variants of the bytecodes.  Just
640 implement everything using the largest size you support.
642 GDB should certainly check to see what sizes the target supports, so the
643 user can get an error earlier, rather than later.  But this information
644 is not necessary for correctness.
647 @item Why don't you have @code{>} or @code{<=} operators?
648 I want to keep the interpreter small, and we don't need them.  We can
649 combine the @code{less_} opcodes with @code{log_not}, and swap the order
650 of the operands, yielding all four asymmetrical comparison operators.
651 For example, @code{(x <= y)} is @code{! (x > y)}, which is @code{! (y <
652 x)}.
654 @item Why do you have @code{log_not}?
655 @itemx Why do you have @code{ext}?
656 @itemx Why do you have @code{zero_ext}?
657 These are all easily synthesized from other instructions, but I expect
658 them to be used frequently, and they're simple, so I include them to
659 keep bytecode strings short.
661 @code{log_not} is equivalent to @code{const8 0 equal}; it's used in half
662 the relational operators.
664 @code{ext @var{n}} is equivalent to @code{const8 @var{s-n} lsh const8
665 @var{s-n} rsh_signed}, where @var{s} is the size of the stack elements;
666 it follows @code{ref@var{m}} and @var{reg} bytecodes when the value
667 should be signed.  See the next bulleted item.
669 @code{zero_ext @var{n}} is equivalent to @code{const@var{m} @var{mask}
670 log_and}; it's used whenever we push the value of a register, because we
671 can't assume the upper bits of the register aren't garbage.
673 @item Why not have sign-extending variants of the @code{ref} operators?
674 Because that would double the number of @code{ref} operators, and we
675 need the @code{ext} bytecode anyway for accessing bitfields.
677 @item Why not have constant-address variants of the @code{ref} operators?
678 Because that would double the number of @code{ref} operators again, and
679 @code{const32 @var{address} ref32} is only one byte longer.
681 @item Why do the @code{ref@var{n}} operators have to support unaligned fetches?
682 GDB will generate bytecode that fetches multi-byte values at unaligned
683 addresses whenever the executable's debugging information tells it to.
684 Furthermore, GDB does not know the value the pointer will have when GDB
685 generates the bytecode, so it cannot determine whether a particular
686 fetch will be aligned or not.
688 In particular, structure bitfields may be several bytes long, but follow
689 no alignment rules; members of packed structures are not necessarily
690 aligned either.
692 In general, there are many cases where unaligned references occur in
693 correct C code, either at the programmer's explicit request, or at the
694 compiler's discretion.  Thus, it is simpler to make the GDB agent
695 bytecodes work correctly in all circumstances than to make GDB guess in
696 each case whether the compiler did the usual thing.
698 @item Why are there no side-effecting operators?
699 Because our current client doesn't want them?  That's a cheap answer.  I
700 think the real answer is that I'm afraid of implementing function
701 calls.  We should re-visit this issue after the present contract is
702 delivered.
704 @item Why aren't the @code{goto} ops PC-relative?
705 The interpreter has the base address around anyway for PC bounds
706 checking, and it seemed simpler.
708 @item Why is there only one offset size for the @code{goto} ops?
709 Offsets are currently sixteen bits.  I'm not happy with this situation
710 either:
712 Suppose we have multiple branch ops with different offset sizes.  As I
713 generate code left-to-right, all my jumps are forward jumps (there are
714 no loops in expressions), so I never know the target when I emit the
715 jump opcode.  Thus, I have to either always assume the largest offset
716 size, or do jump relaxation on the code after I generate it, which seems
717 like a big waste of time.
719 I can imagine a reasonable expression being longer than 256 bytes.  I
720 can't imagine one being longer than 64k.  Thus, we need 16-bit offsets.
721 This kind of reasoning is so bogus, but relaxation is pathetic.
723 The other approach would be to generate code right-to-left.  Then I'd
724 always know my offset size.  That might be fun.
726 @item Where is the function call bytecode?
728 When we add side-effects, we should add this.
730 @item Why does the @code{reg} bytecode take a 16-bit register number?
732 Intel's IA-64 architecture has 128 general-purpose registers,
733 and 128 floating-point registers, and I'm sure it has some random
734 control registers.
736 @item Why do we need @code{trace} and @code{trace_quick}?
737 Because GDB needs to record all the memory contents and registers an
738 expression touches.  If the user wants to evaluate an expression
739 @code{x->y->z}, the agent must record the values of @code{x} and
740 @code{x->y} as well as the value of @code{x->y->z}.
742 @item Don't the @code{trace} bytecodes make the interpreter less general?
743 They do mean that the interpreter contains special-purpose code, but
744 that doesn't mean the interpreter can only be used for that purpose.  If
745 an expression doesn't use the @code{trace} bytecodes, they don't get in
746 its way.
748 @item Why doesn't @code{trace_quick} consume its arguments the way everything else does?
749 In general, you do want your operators to consume their arguments; it's
750 consistent, and generally reduces the amount of stack rearrangement
751 necessary.  However, @code{trace_quick} is a kludge to save space; it
752 only exists so we needn't write @code{dup const8 @var{SIZE} trace}
753 before every memory reference.  Therefore, it's okay for it not to
754 consume its arguments; it's meant for a specific context in which we
755 know exactly what it should do with the stack.  If we're going to have a
756 kludge, it should be an effective kludge.
758 @item Why does @code{trace16} exist?
759 That opcode was added by the customer that contracted Cygnus for the
760 data tracing work.  I personally think it is unnecessary; objects that
761 large will be quite rare, so it is okay to use @code{dup const16
762 @var{size} trace} in those cases.
764 Whatever we decide to do with @code{trace16}, we should at least leave
765 opcode 0x30 reserved, to remain compatible with the customer who added
768 @end table