* doc/md.texi (Processor pipeline description): Improve wording.
[official-gcc.git] / gcc / doc / md.texi
blob9b1599182018c8d0db9649c5464e5b9ea7f01800
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001,
2 @c 2002, 2003 Free Software Foundation, Inc.
3 @c This is part of the GCC manual.
4 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
6 @ifset INTERNALS
7 @node Machine Desc
8 @chapter Machine Descriptions
9 @cindex machine descriptions
11 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
12 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
14 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
15 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
16 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
17 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
18 is inside a quoted string.
20 See the next chapter for information on the C header file.
22 @menu
23 * Overview::            How the machine description is used.
24 * Patterns::            How to write instruction patterns.
25 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
26 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
27 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
28                           from such an insn.
29 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
30                           the assembler code.
31 * Constraints::         When not all operands are general operands.
32 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
33 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
34 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
35 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
36 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
37 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
38 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
39                           for a standard operation.
40 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
41 * Including Patterns::      Including Patterns in Machine Descriptions.
42 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
43 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
44 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
45                            predication.
46 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
47                         md file.
48 @end menu
50 @node Overview
51 @section Overview of How the Machine Description is Used
53 There are three main conversions that happen in the compiler:
55 @enumerate
57 @item
58 The front end reads the source code and builds a parse tree.
60 @item
61 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
62 instruction patterns.
64 @item
65 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
66 code.
68 @end enumerate
70 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
71 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
72 choose the pattern with the right name and apply the operands according
73 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
74 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
75 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
76 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
77 named pattern it needs, it will abort.
79 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
80 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
81 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
82 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
83 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
84 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
85 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
86 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
88 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
89 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
90 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
91 example.
93 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
94 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
95 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
96 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
98 @node Patterns
99 @section Everything about Instruction Patterns
100 @cindex patterns
101 @cindex instruction patterns
103 @findex define_insn
104 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
105 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
106 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
107 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
109 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
111 @enumerate
112 @item
113 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
114 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
115 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
116 the instruction patterns with those names, if the names are defined
117 in the machine description.
119 The absence of a name is indicated by writing an empty string
120 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
121 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
122 to be combined later on.
124 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
125 effect; they are equivalent to no name at all.
127 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
128 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
129 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
130 to having a nameless pattern for all other purposes.
132 @item
133 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
134 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
135 incomplete because it may contain @code{match_operand},
136 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
137 operands of the instruction.
139 If the vector has only one element, that element is the template for the
140 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
141 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
142 elements described.
144 @item
145 @cindex pattern conditions
146 @cindex conditions, in patterns
147 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
148 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
150 @cindex named patterns and conditions
151 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
152 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
153 flags.  The compiler needs to test these conditions during
154 initialization in order to learn exactly which named instructions are
155 available in a particular run.
157 @findex operands
158 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
159 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
160 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
161 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
162 can't be used to control register allocation, for example by excluding
163 certain hard registers or hard register combinations.
165 @item
166 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
167 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
168 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
170 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
171 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
173 @item
174 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
175 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
176 @end enumerate
178 @node Example
179 @section Example of @code{define_insn}
180 @cindex @code{define_insn} example
182 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
184 @example
185 (define_insn "tstsi"
186   [(set (cc0)
187         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
188   ""
189   "*
191   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
192     return \"tstl %0\";
193   return \"cmpl #0,%0\";
194 @}")
195 @end example
197 @noindent
198 This can also be written using braced strings:
200 @example
201 (define_insn "tstsi"
202   [(set (cc0)
203         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
204   ""
206   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
207     return "tstl %0";
208   return "cmpl #0,%0";
210 @end example
212 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
213 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
214 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
215 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
216 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
217 can be constructed using this pattern.
219 The output control string is a piece of C code which chooses which
220 output template to return based on the kind of operand and the specific
221 type of CPU for which code is being generated.
223 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
225 @node RTL Template
226 @section RTL Template
227 @cindex RTL insn template
228 @cindex generating insns
229 @cindex insns, generating
230 @cindex recognizing insns
231 @cindex insns, recognizing
233 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
234 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
235 says how to construct an insn from specified operands.
237 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
238 template.  Matching involves determining the values that serve as the
239 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
240 controlled by special expression types that direct matching and
241 substitution of the operands.
243 @table @code
244 @findex match_operand
245 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
246 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
247 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
248 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
249 appears at this position in the insn will be taken as operand
250 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
251 pattern will not match at all.
253 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
254 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
255 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
256 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
257 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
258 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
259 other operand numbers.
261 @var{predicate} is a string that is the name of a C function that accepts two
262 arguments, an expression and a machine mode.  During matching, the
263 function will be called with the putative operand as the expression and
264 @var{m} as the mode argument (if @var{m} is not specified,
265 @code{VOIDmode} will be used, which normally causes @var{predicate} to accept
266 any mode).  If it returns zero, this instruction pattern fails to match.
267 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be done
268 on the operand, so anything which occurs in this position is valid.
270 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
271 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
272 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
273 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
274 @code{VOIDmode}.
276 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
277 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
279 People are often unclear on the difference between the constraint and the
280 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
281 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
282 controls various decisions in the case of an insn which does match.
284 @findex general_operand
285 On CISC machines, the most common @var{predicate} is
286 @code{"general_operand"}.  This function checks that the putative
287 operand is either a constant, a register or a memory reference, and that
288 it is valid for mode @var{m}.
290 @findex register_operand
291 For an operand that must be a register, @var{predicate} should be
292 @code{"register_operand"}.  Using @code{"general_operand"} would be
293 valid, since the reload pass would copy any non-register operands
294 through registers, but this would make GCC do extra work, it would
295 prevent invariant operands (such as constant) from being removed from
296 loops, and it would prevent the register allocator from doing the best
297 possible job.  On RISC machines, it is usually most efficient to allow
298 @var{predicate} to accept only objects that the constraints allow.
300 @findex immediate_operand
301 For an operand that must be a constant, you must be sure to either use
302 @code{"immediate_operand"} for @var{predicate}, or make the instruction
303 pattern's extra condition require a constant, or both.  You cannot
304 expect the constraints to do this work!  If the constraints allow only
305 constants, but the predicate allows something else, the compiler will
306 crash when that case arises.
308 @findex match_scratch
309 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
310 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
311 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
312 expression.
314 When matching patterns, this is equivalent to
316 @smallexample
317 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
318 @end smallexample
320 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
321 expression.
323 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
324 expressions whose operands are either a hard register or
325 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
326 necessary.  @xref{Side Effects}.
328 @findex match_dup
329 @item (match_dup @var{n})
330 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
331 It is used when the operand needs to appear more than once in the
332 insn.
334 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
335 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
336 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
337 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
338 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
339 identical-looking expression.
341 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
342 a particular register is being used for two operands (example:
343 @code{add} that adds one register to another; the second register is
344 both an input operand and the output operand).  Use a matching
345 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
346 operand is used in two places in the template, such as an instruction
347 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
348 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
349 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
351 @findex match_operator
352 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
353 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
354 code.
356 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
357 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
358 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
360 When matching an expression, it matches an expression if the function
361 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
362 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
364 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
365 follows, to match any expression whose operator is one of the
366 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
368 @smallexample
370 commutative_operator (x, mode)
371      rtx x;
372      enum machine_mode mode;
374   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
375   if (GET_MODE (x) != mode)
376     return 0;
377   return (GET_RTX_CLASS (code) == 'c'
378           || code == EQ || code == NE);
380 @end smallexample
382 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
383 of a commutative operator applied to two general operands:
385 @smallexample
386 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
387   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
388    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
389 @end smallexample
391 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
392 because the expressions to be matched all contain two operands.
394 When this pattern does match, the two operands of the commutative
395 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
396 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
397 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
398 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
400 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
401 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
402 predicate function, and that function is solely responsible for
403 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
405 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
406 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
407 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
408 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
409 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
410 only its expression code matters.
412 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
413 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
414 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
415 register allocation because the register allocator often looks at
416 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
418 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
419 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
420 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
421 However, if parts of its @var{operands} are matched by
422 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
423 their own.
425 @findex match_op_dup
426 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
427 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
428 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
429 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
430 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
431 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
432 recognition template, and it matches only an identical-looking
433 expression.
435 @findex match_parallel
436 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
437 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
438 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
439 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
441 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
442 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
443 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
444 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
445 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
446 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
447 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
448 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
449 those listed in the @code{match_parallel}.
451 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
452 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
453 in a @code{parallel}.  For example,
455 @smallexample
456 (define_insn ""
457   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
458      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
459            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
460       (use (reg:SI 179))
461       (clobber (reg:SI 179))])]
462   ""
463   "loadm 0,0,%1,%2")
464 @end smallexample
466 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
467 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
468 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
469 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
470 registers and memory locations.
472 An insn that matches this pattern might look like:
474 @smallexample
475 (parallel
476  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
477   (use (reg:SI 179))
478   (clobber (reg:SI 179))
479   (set (reg:SI 21)
480        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
481                         (const_int 4))))
482   (set (reg:SI 22)
483        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
484                         (const_int 8))))])
485 @end smallexample
487 @findex match_par_dup
488 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
489 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
490 @code{match_operator}.
492 @findex match_insn
493 @item (match_insn @var{predicate})
494 Match a complete insn.  Unlike the other @code{match_*} recognizers,
495 @code{match_insn} does not take an operand number.
497 The machine mode @var{m} of @code{match_insn} works like that of
498 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
499 predicate function, and that function is solely responsible for
500 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
502 @findex match_insn2
503 @item (match_insn2 @var{n} @var{predicate})
504 Match a complete insn.
506 The machine mode @var{m} of @code{match_insn2} works like that of
507 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
508 predicate function, and that function is solely responsible for
509 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
511 @end table
513 @node Output Template
514 @section Output Templates and Operand Substitution
515 @cindex output templates
516 @cindex operand substitution
518 @cindex @samp{%} in template
519 @cindex percent sign
520 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
521 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
522 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
523 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
524 identify places where different variants of the assembler require
525 different syntax.
527 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
528 operand @var{n} at that point in the string.
530 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
531 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
532 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
533 additional letters with nonstandard meanings.
535 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
536 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
537 operand.
539 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
540 the constant is negated before printing.
542 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
543 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
544 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
545 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
546 as if it were a memory reference.
548 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
549 instruction.
551 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
552 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
553 referred to more than once in a single template that generates multiple
554 assembler instructions.
556 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
557 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
558 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
559 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
560 which punctuation characters are valid with the
561 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
563 @cindex \
564 @cindex backslash
565 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
566 for the instructions, with @samp{\;} between them.
568 @cindex matching operands
569 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
570 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
571 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
572 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
573 operand.
575 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
576 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
577 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
578 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
579 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
580 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
581 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
582 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
583 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
584 it to do nothing.
586 @cindex @code{#} in template
587 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
588 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
589 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
590 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
591 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
592 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
593 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
594 instructions.
596 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
597 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
598 describe multiple variants of assembler language syntax.
599 @xref{Instruction Output}.
601 @node Output Statement
602 @section C Statements for Assembler Output
603 @cindex output statements
604 @cindex C statements for assembler output
605 @cindex generating assembler output
607 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
608 assembler code for all the cases that are recognized by a single
609 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
610 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
611 machine instructions.
613 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
614 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
615 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
616 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
617 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
618 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
619 might write this pattern:
621 @smallexample
622 (define_insn "addsi3"
623   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
624         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
625                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
626   ""
627   "@@
628    addr %2,%0
629    addm %2,%0")
630 @end smallexample
632 @cindex @code{*} in template
633 @cindex asterisk in template
634 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
635 output template but rather a piece of C program that should compute a
636 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
637 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
638 require doublequote characters to delimit them.  To include these
639 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
641 If the output control string is written as a brace block instead of a
642 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
643 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
644 doublequotes surrounding C string literals.
646 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
647 is @code{rtx []}.
649 It is very common to select different ways of generating assembler code
650 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
651 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
652 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
653 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
654 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
655 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
656 values of those bits.
658 @findex output_asm_insn
659 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
660 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
661 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
662 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
663 that you declare locally and initialize yourself.
665 @findex which_alternative
666 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
667 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
668 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
669 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
670 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
671 etc.).
673 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
674 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
675 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
677 @smallexample
678 (define_insn ""
679   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
680         (const_int 0))]
681   ""
682   @{
683   return (which_alternative == 0
684           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
685   @})
686 @end smallexample
688 The example above, where the assembler code to generate was
689 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
690 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
692 @smallexample
693 @group
694 (define_insn ""
695   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
696         (const_int 0))]
697   ""
698   "@@
699    clrreg %0
700    clrmem %0")
701 @end group
702 @end smallexample
703 @end ifset
705 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
706 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
707 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
708 @ifset INTERNALS
709 @node Constraints
710 @section Operand Constraints
711 @cindex operand constraints
712 @cindex constraints
714 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify a
715 constraint for the type of operands allowed.
716 @end ifset
717 @ifclear INTERNALS
718 @node Constraints
719 @section Constraints for @code{asm} Operands
720 @cindex operand constraints, @code{asm}
721 @cindex constraints, @code{asm}
722 @cindex @code{asm} constraints
724 Here are specific details on what constraint letters you can use with
725 @code{asm} operands.
726 @end ifclear
727 Constraints can say whether
728 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
729 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
730 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
731 have.  Constraints can also require two operands to match.
733 @ifset INTERNALS
734 @menu
735 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
736 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
737 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
738 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
739 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
740 @end menu
741 @end ifset
743 @ifclear INTERNALS
744 @menu
745 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
746 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
747 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
748 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
749 @end menu
750 @end ifclear
752 @node Simple Constraints
753 @subsection Simple Constraints
754 @cindex simple constraints
756 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
757 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
758 the letters that are allowed:
760 @table @asis
761 @item whitespace
762 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
763 except the first.  This enables each alternative for different operands to
764 be visually aligned in the machine description even if they have different
765 number of constraints and modifiers.
767 @cindex @samp{m} in constraint
768 @cindex memory references in constraints
769 @item @samp{m}
770 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
771 supports in general.
773 @cindex offsettable address
774 @cindex @samp{o} in constraint
775 @item @samp{o}
776 A memory operand is allowed, but only if the address is
777 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
778 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
779 may be added to the address and the result is also a valid memory
780 address.
782 @cindex autoincrement/decrement addressing
783 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
784 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
785 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
786 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
787 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
788 addresses may or may not be offsettable depending on the other
789 addressing modes that the machine supports.
791 Note that in an output operand which can be matched by another
792 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
793 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
794 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
796 @cindex @samp{V} in constraint
797 @item @samp{V}
798 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
799 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
801 @cindex @samp{<} in constraint
802 @item @samp{<}
803 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
804 postdecrement) is allowed.
806 @cindex @samp{>} in constraint
807 @item @samp{>}
808 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
809 postincrement) is allowed.
811 @cindex @samp{r} in constraint
812 @cindex registers in constraints
813 @item @samp{r}
814 A register operand is allowed provided that it is in a general
815 register.
817 @cindex constants in constraints
818 @cindex @samp{i} in constraint
819 @item @samp{i}
820 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
821 This includes symbolic constants whose values will be known only at
822 assembly time.
824 @cindex @samp{n} in constraint
825 @item @samp{n}
826 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
827 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
828 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
829 rather than @samp{i}.
831 @cindex @samp{I} in constraint
832 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
833 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
834 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
835 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
836 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
837 This is the range permitted as a shift count in the shift
838 instructions.
840 @cindex @samp{E} in constraint
841 @item @samp{E}
842 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
843 allowed, but only if the target floating point format is the same as
844 that of the host machine (on which the compiler is running).
846 @cindex @samp{F} in constraint
847 @item @samp{F}
848 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
849 @code{const_vector}) is allowed.
851 @cindex @samp{G} in constraint
852 @cindex @samp{H} in constraint
853 @item @samp{G}, @samp{H}
854 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
855 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
857 @cindex @samp{s} in constraint
858 @item @samp{s}
859 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
860 allowed.
862 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
863 value not known at compile time, it certainly must allow any known
864 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
865 better code to be generated.
867 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
868 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
869 and 127, better code results from loading the value into a register and
870 using the register.  This is because the load into the register can be
871 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
872 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
873 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
874 constraints.
876 @cindex @samp{g} in constraint
877 @item @samp{g}
878 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
879 registers that are not general registers.
881 @cindex @samp{X} in constraint
882 @item @samp{X}
883 @ifset INTERNALS
884 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
885 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
886 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
887 require a scratch register.
888 @end ifset
889 @ifclear INTERNALS
890 Any operand whatsoever is allowed.
891 @end ifclear
893 @cindex @samp{0} in constraint
894 @cindex digits in constraint
895 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
896 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
897 digit is used together with letters within the same alternative, the
898 digit should come last.
900 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
901 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
902 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
903 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
904 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
905 can use multiple alternatives instead.
907 @cindex matching constraint
908 @cindex constraint, matching
909 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
910 that the assembler has only a single operand that fills two roles
911 @ifset INTERNALS
912 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
913 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
914 @end ifset
915 @ifclear INTERNALS
916 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
917 two input operands and an output operand, but on most CISC
918 @end ifclear
919 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
920 input-output operand:
922 @smallexample
923 addl #35,r12
924 @end smallexample
926 Matching constraints are used in these circumstances.
927 More precisely, the two operands that match must include one input-only
928 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
929 smaller number than the number of the operand that uses it in the
930 constraint.
932 @ifset INTERNALS
933 For operands to match in a particular case usually means that they
934 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
935 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
936 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
937 For proper results in such cases, the output template should always
938 use the output-operand's number when printing the operand.
939 @end ifset
941 @cindex load address instruction
942 @cindex push address instruction
943 @cindex address constraints
944 @cindex @samp{p} in constraint
945 @item @samp{p}
946 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
947 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
949 @findex address_operand
950 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
951 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
952 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
953 reference for which the address would be valid.
955 @cindex other register constraints
956 @cindex extensible constraints
957 @item @var{other-letters}
958 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
959 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
960 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
961 for data, address and floating point registers.
963 @ifset INTERNALS
964 The machine description macro @code{REG_CLASS_FROM_LETTER} has first
965 cut at the otherwise unused letters.  If it evaluates to @code{NO_REGS},
966 then @code{EXTRA_CONSTRAINT} is evaluated.
968 A typical use for @code{EXTRA_CONSTRAINT} would be to distinguish certain
969 types of memory references that affect other insn operands.
970 @end ifset
971 @end table
973 @ifset INTERNALS
974 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
975 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
976 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
977 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
978 done by copying an operand into a register.
980 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
982 @smallexample
983 (define_insn ""
984   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
985         (plus:SI (match_dup 0)
986                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
987   ""
988   "@dots{}")
989 @end smallexample
991 @noindent
992 which has two operands, one of which must appear in two places, and
994 @smallexample
995 (define_insn ""
996   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
997         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
998                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
999   ""
1000   "@dots{}")
1001 @end smallexample
1003 @noindent
1004 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1005 identical.  If we are considering an insn of the form
1007 @smallexample
1008 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1009   (set (reg:SI 3)
1010        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1011   @dots{})
1012 @end smallexample
1014 @noindent
1015 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1016 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1017 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
1018 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1019 is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
1020 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1021 results might look like this:
1023 @smallexample
1024 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1025   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1026   @dots{})
1028 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1029   (set (reg:SI 3)
1030        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1031   @dots{})
1032 @end smallexample
1034 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1035 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1036 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1037 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1038 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1039 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1040 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1041 reloading any possible operand so that it will fit.
1043 @itemize @bullet
1044 @item
1045 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1046 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1048 For example, an operand whose constraints permit everything except
1049 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1051 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1052 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1053 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1054 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1055 more selective.
1057 @item
1058 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1059 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1060 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1061 compiler knows how to copy a register into another register of the
1062 proper class in order to make an instruction valid.
1064 @cindex nonoffsettable memory reference
1065 @cindex memory reference, nonoffsettable
1066 @item
1067 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1068 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1069 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1071 @item
1072 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1073 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1074 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1075 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1077 @item
1078 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1079 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1080 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1081 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1082 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1083 objects allowed by the constraint.
1084 @end itemize
1086 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1087 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1088 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1089 how to copy a register temporarily into memory.
1091 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1092 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1093 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1094 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1095 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1096 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1097 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1098 @code{sign_extend}.
1099 @end ifset
1101 @node Multi-Alternative
1102 @subsection Multiple Alternative Constraints
1103 @cindex multiple alternative constraints
1105 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1106 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1107 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1108 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1109 another.
1111 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1112 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1113 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1114 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1115 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1116 @ifset INTERNALS
1117 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1119 @smallexample
1120 (define_insn "iorsi3"
1121   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1122         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1123                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1124   @dots{})
1125 @end smallexample
1127 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1128 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1129 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1130 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1131 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1132 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1133 @end ifset
1135 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1136 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1137 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1138 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1139 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1140 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1141 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1143 @table @code
1144 @cindex @samp{?} in constraint
1145 @cindex question mark
1146 @item ?
1147 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1148 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1149 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1150 in it.
1152 @cindex @samp{!} in constraint
1153 @cindex exclamation point
1154 @item !
1155 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1156 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1157 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1158 @end table
1160 @ifset INTERNALS
1161 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1162 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1163 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1164 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1165 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1166 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1167 @end ifset
1169 @ifset INTERNALS
1170 @node Class Preferences
1171 @subsection Register Class Preferences
1172 @cindex class preference constraints
1173 @cindex register class preference constraints
1175 @cindex voting between constraint alternatives
1176 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1177 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1178 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1179 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1180 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1181 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1182 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1183 favor of a general register.  The machine description says which registers
1184 are considered general.
1186 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1187 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1188 @end ifset
1190 @node Modifiers
1191 @subsection Constraint Modifier Characters
1192 @cindex modifiers in constraints
1193 @cindex constraint modifier characters
1195 @c prevent bad page break with this line
1196 Here are constraint modifier characters.
1198 @table @samp
1199 @cindex @samp{=} in constraint
1200 @item =
1201 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1202 value is discarded and replaced by output data.
1204 @cindex @samp{+} in constraint
1205 @item +
1206 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1208 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1209 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1210 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1211 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1212 are assumed to be input only.
1214 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1215 first character of the constraint string.
1217 @cindex @samp{&} in constraint
1218 @cindex earlyclobber operand
1219 @item &
1220 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1221 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1222 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1223 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1224 address.
1226 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1227 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1228 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1229 @samp{movdf} insn of the 68000.
1231 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1232 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1233 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1234 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1235 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1237 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1239 @cindex @samp{%} in constraint
1240 @item %
1241 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1242 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1243 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1244 constraints.
1245 @ifset INTERNALS
1246 This is often used in patterns for addition instructions
1247 that really have only two operands: the result must go in one of the
1248 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1249 instruction is defined:
1251 @smallexample
1252 (define_insn "addhi3"
1253   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1254      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1255               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1256   @dots{})
1257 @end smallexample
1258 @end ifset
1259 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more, 
1260 the compiler may fail.
1262 @cindex @samp{#} in constraint
1263 @item #
1264 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1265 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1266 register preferences.
1268 @cindex @samp{*} in constraint
1269 @item *
1270 Says that the following character should be ignored when choosing
1271 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1272 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1274 @ifset INTERNALS
1275 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1276 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1277 copying it into an address register.  While either kind of register is
1278 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1279 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1280 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1281 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1282 register preferences.
1284 @smallexample
1285 (define_insn "extendhisi2"
1286   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1287         (sign_extend:SI
1288          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1289   @dots{})
1290 @end smallexample
1291 @end ifset
1292 @end table
1294 @node Machine Constraints
1295 @subsection Constraints for Particular Machines
1296 @cindex machine specific constraints
1297 @cindex constraints, machine specific
1299 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1300 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1301 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1302 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1303 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1304 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1305 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1306 immediate-constant format.
1308 For each machine architecture, the
1309 @file{config/@var{machine}/@var{machine}.h} file defines additional
1310 constraints.  These constraints are used by the compiler itself for
1311 instruction generation, as well as for @code{asm} statements; therefore,
1312 some of the constraints are not particularly interesting for @code{asm}.
1313 The constraints are defined through these macros:
1315 @table @code
1316 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1317 Register class constraints (usually lower case).
1319 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1320 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1321 word size or smaller precision (usually upper case).
1323 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1324 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1325 constants of greater than word size precision (usually upper case).
1327 @item EXTRA_CONSTRAINT
1328 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1329 is only defined for some machines.
1330 @end table
1332 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1333 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1334 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1335 available on some particular machines.
1337 @table @emph
1338 @item ARM family---@file{arm.h}
1339 @table @code
1340 @item f
1341 Floating-point register
1343 @item F
1344 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1345 or 10.0
1347 @item G
1348 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1349 were negated
1351 @item I
1352 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1353 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1354 multiple of 2
1356 @item J
1357 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1359 @item K
1360 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1362 @item L
1363 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1365 @item M
1366 Integer in the range 0 to 32
1368 @item Q
1369 A memory reference where the exact address is in a single register
1370 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1372 @item R
1373 An item in the constant pool
1375 @item S
1376 A symbol in the text segment of the current file
1377 @end table
1379 @item AVR family---@file{avr.h}
1380 @table @code
1381 @item l
1382 Registers from r0 to r15
1384 @item a
1385 Registers from r16 to r23
1387 @item d
1388 Registers from r16 to r31
1390 @item w
1391 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1393 @item e
1394 Pointer register (r26--r31)
1396 @item b
1397 Base pointer register (r28--r31)
1399 @item q
1400 Stack pointer register (SPH:SPL)
1402 @item t
1403 Temporary register r0
1405 @item x
1406 Register pair X (r27:r26)
1408 @item y
1409 Register pair Y (r29:r28)
1411 @item z
1412 Register pair Z (r31:r30)
1414 @item I
1415 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1417 @item J
1418 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1420 @item K
1421 Constant integer 2
1423 @item L
1424 Constant integer 0
1426 @item M
1427 Constant that fits in 8 bits
1429 @item N
1430 Constant integer @minus{}1
1432 @item O
1433 Constant integer 8, 16, or 24
1435 @item P
1436 Constant integer 1
1438 @item G
1439 A floating point constant 0.0
1440 @end table
1442 @item IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1443 @table @code
1444 @item b
1445 Address base register
1447 @item f
1448 Floating point register
1450 @item h
1451 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1453 @item q
1454 @samp{MQ} register
1456 @item c
1457 @samp{CTR} register
1459 @item l
1460 @samp{LINK} register
1462 @item x
1463 @samp{CR} register (condition register) number 0
1465 @item y
1466 @samp{CR} register (condition register)
1468 @item z
1469 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1471 @item I
1472 Signed 16-bit constant
1474 @item J
1475 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1476 @code{SImode} constants)
1478 @item K
1479 Unsigned 16-bit constant
1481 @item L
1482 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1484 @item M
1485 Constant larger than 31
1487 @item N
1488 Exact power of 2
1490 @item O
1491 Zero
1493 @item P
1494 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1496 @item G
1497 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1498 instruction per word
1500 @item Q
1501 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1502 for @code{asm} statements)
1504 @item R
1505 AIX TOC entry
1507 @item S
1508 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1510 @item T
1511 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1513 @item U
1514 System V Release 4 small data area reference
1515 @end table
1517 @item Intel 386---@file{i386.h}
1518 @table @code
1519 @item q
1520 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register for the i386.
1521 For x86-64 it is equivalent to @samp{r} class. (for 8-bit instructions that
1522 do not use upper halves)
1524 @item Q
1525 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register. (for 8-bit instructions,
1526 that do use upper halves)
1528 @item R
1529 Legacy register---equivalent to @code{r} class in i386 mode.
1530 (for non-8-bit registers used together with 8-bit upper halves in a single
1531 instruction)
1533 @item A
1534 Specifies the @samp{a} or @samp{d} registers.  This is primarily useful
1535 for 64-bit integer values (when in 32-bit mode) intended to be returned
1536 with the @samp{d} register holding the most significant bits and the
1537 @samp{a} register holding the least significant bits.
1539 @item f
1540 Floating point register
1542 @item t
1543 First (top of stack) floating point register
1545 @item u
1546 Second floating point register
1548 @item a
1549 @samp{a} register
1551 @item b
1552 @samp{b} register
1554 @item c
1555 @samp{c} register
1557 @item C
1558 Specifies constant that can be easily constructed in SSE register without
1559 loading it from memory.
1561 @item d
1562 @samp{d} register
1564 @item D
1565 @samp{di} register
1567 @item S
1568 @samp{si} register
1570 @item x
1571 @samp{xmm} SSE register
1573 @item y
1574 MMX register
1576 @item I
1577 Constant in range 0 to 31 (for 32-bit shifts)
1579 @item J
1580 Constant in range 0 to 63 (for 64-bit shifts)
1582 @item K
1583 @samp{0xff}
1585 @item L
1586 @samp{0xffff}
1588 @item M
1589 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1591 @item N
1592 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1594 @item Z
1595 Constant in range 0 to @code{0xffffffff} or symbolic reference known to fit specified range.
1596 (for using immediates in zero extending 32-bit to 64-bit x86-64 instructions)
1598 @item e
1599 Constant in range @minus{}2147483648 to 2147483647 or symbolic reference known to fit specified range.
1600 (for using immediates in 64-bit x86-64 instructions)
1602 @item G
1603 Standard 80387 floating point constant
1604 @end table
1606 @item Intel 960---@file{i960.h}
1607 @table @code
1608 @item f
1609 Floating point register (@code{fp0} to @code{fp3})
1611 @item l
1612 Local register (@code{r0} to @code{r15})
1614 @item b
1615 Global register (@code{g0} to @code{g15})
1617 @item d
1618 Any local or global register
1620 @item I
1621 Integers from 0 to 31
1623 @item J
1626 @item K
1627 Integers from @minus{}31 to 0
1629 @item G
1630 Floating point 0
1632 @item H
1633 Floating point 1
1634 @end table
1636 @item Intel IA-64---@file{ia64.h}
1637 @table @code
1638 @item a
1639 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
1641 @item b
1642 Branch register
1644 @item c
1645 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
1647 @item d
1648 Application register residing in M-unit
1650 @item e
1651 Application register residing in I-unit
1653 @item f
1654 Floating-point register
1656 @item m
1657 Memory operand.
1658 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
1659 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
1660 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
1662 @item G
1663 Floating-point constant 0.0 or 1.0
1665 @item I
1666 14-bit signed integer constant
1668 @item J
1669 22-bit signed integer constant
1671 @item K
1672 8-bit signed integer constant for logical instructions
1674 @item L
1675 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
1677 @item M
1678 6-bit unsigned integer constant for shift counts
1680 @item N
1681 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
1683 @item O
1684 The constant zero
1686 @item P
1687 0 or -1 for @code{dep} instruction
1689 @item Q
1690 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
1692 @item R
1693 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
1695 @item S
1696 Memory operand except postincrement and postdecrement
1697 @end table
1699 @item FRV---@file{frv.h}
1700 @table @code
1701 @item a
1702 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1704 @item b
1705 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1707 @item c
1708 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
1709 @code{icc0} to @code{icc3}).
1711 @item d
1712 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1714 @item e
1715 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1716 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
1717 mode larger than 4 bytes.
1719 @item f
1720 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1722 @item h
1723 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1724 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
1725 mode larger than 4 bytes.
1727 @item l
1728 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
1730 @item q
1731 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
1732 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
1733 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
1735 @item t
1736 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
1738 @item u
1739 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
1741 @item v
1742 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
1744 @item w
1745 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
1747 @item x
1748 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1749 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
1750 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
1752 @item z
1753 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
1755 @item A
1756 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1758 @item B
1759 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
1761 @item C
1762 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
1764 @item G
1765 Floating point constant zero
1767 @item I
1768 6-bit signed integer constant
1770 @item J
1771 10-bit signed integer constant
1773 @item L
1774 16-bit signed integer constant
1776 @item M
1777 16-bit unsigned integer constant
1779 @item N
1780 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
1781 range of @minus{}2048 to @minus{}1
1783 @item O
1784 Constant zero
1786 @item P
1787 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
1788 range of 1 to 2047.
1790 @end table
1792 @item IP2K---@file{ip2k.h}
1793 @table @code
1794 @item a
1795 @samp{DP} or @samp{IP} registers (general address)
1797 @item f
1798 @samp{IP} register
1800 @item j
1801 @samp{IPL} register
1803 @item k
1804 @samp{IPH} register
1806 @item b
1807 @samp{DP} register
1809 @item y
1810 @samp{DPH} register
1812 @item z
1813 @samp{DPL} register
1815 @item q
1816 @samp{SP} register
1818 @item c
1819 @samp{DP} or @samp{SP} registers (offsettable address)
1821 @item d
1822 Non-pointer registers (not @samp{SP}, @samp{DP}, @samp{IP})
1824 @item u
1825 Non-SP registers (everything except @samp{SP})
1827 @item R
1828 Indirect thru @samp{IP} - Avoid this except for @code{QImode}, since we
1829 can't access extra bytes
1831 @item S
1832 Indirect thru @samp{SP} or @samp{DP} with short displacement (0..127)
1834 @item T
1835 Data-section immediate value
1837 @item I
1838 Integers from @minus{}255 to @minus{}1
1840 @item J
1841 Integers from 0 to 7---valid bit number in a register
1843 @item K
1844 Integers from 0 to 127---valid displacement for addressing mode
1846 @item L
1847 Integers from 1 to 127
1849 @item M
1850 Integer @minus{}1
1852 @item N
1853 Integer 1
1855 @item O
1856 Zero
1858 @item P
1859 Integers from 0 to 255
1860 @end table
1862 @item MIPS---@file{mips.h}
1863 @table @code
1864 @item d
1865 General-purpose integer register
1867 @item f
1868 Floating-point register (if available)
1870 @item h
1871 @samp{Hi} register
1873 @item l
1874 @samp{Lo} register
1876 @item x
1877 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
1879 @item y
1880 General-purpose integer register
1882 @item z
1883 Floating-point status register
1885 @item I
1886 Signed 16-bit constant (for arithmetic instructions)
1888 @item J
1889 Zero
1891 @item K
1892 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
1894 @item L
1895 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
1897 @item M
1898 32-bit constant which requires two instructions to load (a constant
1899 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
1901 @item N
1902 Negative 16-bit constant
1904 @item O
1905 Exact power of two
1907 @item P
1908 Positive 16-bit constant
1910 @item G
1911 Floating point zero
1913 @item Q
1914 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
1915 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1917 @item R
1918 Memory reference that can be loaded with one instruction
1919 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1921 @item S
1922 Memory reference in external OSF/rose PIC format
1923 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1924 @end table
1926 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
1927 @table @code
1928 @item a
1929 Address register
1931 @item d
1932 Data register
1934 @item f
1935 68881 floating-point register, if available
1937 @item I
1938 Integer in the range 1 to 8
1940 @item J
1941 16-bit signed number
1943 @item K
1944 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
1946 @item L
1947 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
1949 @item M
1950 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
1952 @item G
1953 Floating point constant that is not a 68881 constant
1954 @end table
1956 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{m68hc11.h}
1957 @table @code
1958 @item a
1959 Register 'a'
1961 @item b
1962 Register 'b'
1964 @item d
1965 Register 'd'
1967 @item q
1968 An 8-bit register
1970 @item t
1971 Temporary soft register _.tmp
1973 @item u
1974 A soft register _.d1 to _.d31
1976 @item w
1977 Stack pointer register
1979 @item x
1980 Register 'x'
1982 @item y
1983 Register 'y'
1985 @item z
1986 Pseudo register 'z' (replaced by 'x' or 'y' at the end)
1988 @item A
1989 An address register: x, y or z
1991 @item B
1992 An address register: x or y
1994 @item D
1995 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
1997 @item L
1998 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2000 @item M
2001 Constants whose 16-bit low part is zero
2003 @item N
2004 Constant integer 1 or @minus{}1
2006 @item O
2007 Constant integer 16
2009 @item P
2010 Constants in the range @minus{}8 to 2
2012 @end table
2014 @need 1000
2015 @item SPARC---@file{sparc.h}
2016 @table @code
2017 @item f
2018 Floating-point register that can hold 32- or 64-bit values.
2020 @item e
2021 Floating-point register that can hold 64- or 128-bit values.
2023 @item c
2024 Floating-point condition code register.
2026 @item d
2027 Floating-point register that can hold 32- or 64-bit values.
2028 It is only valid on the SPARC-V9 architecture when the Visual
2029 Instructions Set is available.
2031 @item b
2032 Floating-point register that can hold 64- or 128-bit values.
2033 It is only valid on the SPARC-V9 architecture when the Visual
2034 Instructions Set is available.
2036 @item h
2037 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2039 @item I
2040 Signed 13-bit constant
2042 @item J
2043 Zero
2045 @item K
2046 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2047 loaded with the @code{sethi} instruction)
2049 @item L
2050 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2052 @item M
2053 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2055 @item N
2056 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2057 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2058 modes wider than @code{SImode}
2060 @item G
2061 Floating-point zero
2063 @item H
2064 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2066 @item Q
2067 Floating-point constant whose integral representation can
2068 be moved into an integer register using a single sethi
2069 instruction
2071 @item R
2072 Floating-point constant whose integral representation can
2073 be moved into an integer register using a single mov
2074 instruction
2076 @item S
2077 Floating-point constant whose integral representation can
2078 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2079 instruction sequence
2081 @item T
2082 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2084 @item U
2085 Even register
2087 @item W
2088 Memory address for @samp{e} constraint registers.
2090 @end table
2092 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
2093 @table @code
2094 @item a
2095 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2097 @item b
2098 Stack pointer register (sp)
2100 @item c
2101 Standard (32-bit) precision integer register
2103 @item f
2104 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2106 @item k
2107 Block count register (bk)
2109 @item q
2110 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2112 @item t
2113 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2115 @item u
2116 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2118 @item v
2119 Repeat count register (rc)
2121 @item x
2122 Index register (ir0-ir1)
2124 @item y
2125 Status (condition code) register (st)
2127 @item z
2128 Data page register (dp)
2130 @item G
2131 Floating-point zero
2133 @item H
2134 Immediate 16-bit floating-point constant
2136 @item I
2137 Signed 16-bit constant
2139 @item J
2140 Signed 8-bit constant
2142 @item K
2143 Signed 5-bit constant
2145 @item L
2146 Unsigned 16-bit constant
2148 @item M
2149 Unsigned 8-bit constant
2151 @item N
2152 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2154 @item O
2155 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2157 @item Q
2158 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2160 @item R
2161 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2163 @item S
2164 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2166 @item T
2167 Direct memory reference
2169 @item U
2170 Symbolic address
2172 @end table
2174 @item S/390 and zSeries---@file{s390.h}
2175 @table @code
2176 @item a
2177 Address register (general purpose register except r0)
2179 @item d
2180 Data register (arbitrary general purpose register)
2182 @item f
2183 Floating-point register
2185 @item I
2186 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2188 @item J
2189 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2191 @item K
2192 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2194 @item L
2195 Unsigned 16-bit constant (0--65535)
2197 @item Q
2198 Memory reference without index register
2200 @item S
2201 Symbolic constant suitable for use with the @code{larl} instruction
2203 @end table
2205 @item Xstormy16---@file{stormy16.h}
2206 @table @code
2207 @item a
2208 Register r0.
2210 @item b
2211 Register r1.
2213 @item c
2214 Register r2.
2216 @item d
2217 Register r8.
2219 @item e
2220 Registers r0 through r7.
2222 @item t
2223 Registers r0 and r1.
2225 @item y
2226 The carry register.
2228 @item z
2229 Registers r8 and r9.
2231 @item I
2232 A constant between 0 and 3 inclusive.
2234 @item J
2235 A constant that has exactly one bit set.
2237 @item K
2238 A constant that has exactly one bit clear.
2240 @item L
2241 A constant between 0 and 255 inclusive.
2243 @item M
2244 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2246 @item N
2247 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2249 @item O
2250 A constant between 1 and 4 inclusive.
2252 @item P
2253 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2255 @item Q
2256 A memory reference that is a stack push.
2258 @item R
2259 A memory reference that is a stack pop.
2261 @item S
2262 A memory reference that refers to an constant address of known value.
2264 @item T
2265 The register indicated by Rx (not implemented yet).
2267 @item U
2268 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
2270 @end table
2272 @item Xtensa---@file{xtensa.h}
2273 @table @code
2274 @item a
2275 General-purpose 32-bit register
2277 @item b
2278 One-bit boolean register
2280 @item A
2281 MAC16 40-bit accumulator register
2283 @item I
2284 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
2286 @item J
2287 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
2289 @item K
2290 Integer constant valid for BccI instructions
2292 @item L
2293 Unsigned constant valid for BccUI instructions
2295 @end table
2297 @end table
2299 @ifset INTERNALS
2300 @node Standard Names
2301 @section Standard Pattern Names For Generation
2302 @cindex standard pattern names
2303 @cindex pattern names
2304 @cindex names, pattern
2306 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
2307 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
2308 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
2309 pattern to accomplish a certain task.
2311 @table @asis
2312 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
2313 @item @samp{mov@var{m}}
2314 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lower case.
2315 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
2316 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
2318 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
2319 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
2320 to store the specified value in the part of the register that corresponds
2321 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
2322 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
2323 outside the target word are left unchanged.
2325 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
2326 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
2327 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
2328 If there are patterns accepting operands in larger modes,
2329 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
2331 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
2332 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
2333 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
2334 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
2335 into a register.
2337 @findex force_reg
2338 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
2339 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
2340 registers other than the operands.  For example, if you support the
2341 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
2342 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
2343 function which might generate new pseudo registers.
2345 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
2346 fetching those modes from memory normally requires several insns and
2347 some temporary registers.
2349 @findex change_address
2350 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
2351 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
2352 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
2353 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
2354 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
2355 an address into a valid address and no routine (such as
2356 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
2357 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
2359 @findex reload_in_progress
2360 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
2361 declared if required) can be used to determine whether such special
2362 handling is required.
2364 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
2365 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
2366 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
2367 machines explicit memory references will get optional reloads.
2369 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
2370 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
2372 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
2373 you must define @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and/or
2374 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
2375 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
2376 them.  @xref{Register Classes}.
2378 @findex no_new_pseudos
2379 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
2380 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
2381 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
2383 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
2384 register to any other hard register provided that
2385 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
2386 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
2388 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
2389 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
2390 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
2391 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
2392 point members.
2394 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
2395 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
2396 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
2397 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
2398 floating point registers, then the constraints of the fixed point
2399 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
2400 reload into a floating point register.
2402 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
2403 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
2404 @item @samp{reload_in@var{m}}
2405 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
2406 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
2407 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
2408 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
2409 macro in @pxref{Register Classes}.
2411 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
2412 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
2413 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
2414 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
2415 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
2416 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
2417 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
2418 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
2419 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
2420 for these patterns.
2422 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
2423 @item @samp{movstrict@var{m}}
2424 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
2425 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
2426 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
2427 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
2429 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
2430 @item @samp{load_multiple}
2431 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
2432 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
2433 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
2434 number of consecutive registers.
2436 Define this only if the target machine really has such an instruction;
2437 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
2438 registers from memory is to do them one at a time.
2440 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
2441 registers can be stored into memory, such as particular starting or
2442 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
2443 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2444 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
2446 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
2447 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
2448 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
2449 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
2450 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
2452 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
2453 @item @samp{store_multiple}
2454 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
2455 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
2456 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
2457 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
2459 @cindex @code{push@var{m}} instruction pattern
2460 @item @samp{push@var{m}}
2461 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
2462 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
2463 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
2464 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
2465 method is deprecated.
2467 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
2468 @item @samp{add@var{m}3}
2469 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
2470 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
2471 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
2473 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
2474 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
2475 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
2476 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
2477 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
2478 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
2479 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
2480 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
2481 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
2482 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
2483 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
2484 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
2485 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
2486 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
2487 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
2488 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
2489 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
2490 Similar, for other arithmetic operations.
2491 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
2492 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
2493 @itemx @samp{min@var{m}3}, @samp{max@var{m}3}
2494 Floating point min and max operations.  If both operands are zeros,
2495 or if either operand is NaN, then it is unspecified which of the two
2496 operands is returned as the result.
2499 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
2500 @item @samp{mulhisi3}
2501 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
2502 a @code{SImode} product in operand 0.
2504 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
2505 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
2506 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
2507 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
2509 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
2510 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
2511 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
2512 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
2513 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
2514 multiplication.
2516 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2517 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
2518 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
2519 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
2520 The least significant half of the product is discarded.
2522 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2523 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
2524 Similar, but the multiplication is unsigned.
2526 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
2527 @item @samp{divmod@var{m}4}
2528 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
2529 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
2530 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
2532 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
2533 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
2534 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
2535 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
2536 and remainder are computed.
2538 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
2539 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
2540 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
2541 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
2542 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
2544 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
2545 @item @samp{udivmod@var{m}4}
2546 Similar, but does unsigned division.
2548 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
2549 @item @samp{ashl@var{m}3}
2550 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
2551 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
2552 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
2553 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
2554 mode before generating the instruction.
2556 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
2557 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
2558 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
2559 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
2560 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
2561 Other shift and rotate instructions, analogous to the
2562 @code{ashl@var{m}3} instructions.
2564 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
2565 @item @samp{neg@var{m}2}
2566 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
2568 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
2569 @item @samp{abs@var{m}2}
2570 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
2572 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
2573 @item @samp{sqrt@var{m}2}
2574 Store the square root of operand 1 into operand 0.
2576 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
2577 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
2578 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2579 type @code{float}.
2581 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
2582 @item @samp{cos@var{m}2}
2583 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
2585 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
2586 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
2587 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2588 type @code{float}.
2590 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
2591 @item @samp{sin@var{m}2}
2592 Store the sine of operand 1 into operand 0.
2594 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
2595 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
2596 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2597 type @code{float}.
2599 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
2600 @item @samp{exp@var{m}2}
2601 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
2603 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
2604 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
2605 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2606 type @code{float}.
2608 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
2609 @item @samp{log@var{m}2}
2610 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
2612 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
2613 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
2614 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2615 type @code{float}.
2617 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
2618 @item @samp{pow@var{m}3}
2619 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
2620 into operand 0.
2622 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
2623 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
2624 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2625 type @code{float}.
2627 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
2628 @item @samp{atan2@var{m}3}
2629 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
2630 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
2631 determine the quadrant of the result.
2633 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
2634 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
2635 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2636 type @code{float}.
2638 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
2639 @item @samp{floor@var{m}2}
2640 Store the largest integral value not greater than argument.
2642 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
2643 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
2644 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2645 type @code{float}.
2647 @cindex @code{trunc@var{m}2} instruction pattern
2648 @item @samp{trunc@var{m}2}
2649 Store the argument rounded to integer towards zero.
2651 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
2652 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
2653 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2654 type @code{float}.
2656 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
2657 @item @samp{round@var{m}2}
2658 Store the argument rounded to integer away from zero.
2660 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
2661 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
2662 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2663 type @code{float}.
2665 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
2666 @item @samp{ceil@var{m}2}
2667 Store the argument rounded to integer away from zero.
2669 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
2670 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
2671 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2672 type @code{float}.
2674 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
2675 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
2676 Store the argument rounded according to the default rounding mode
2678 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
2679 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
2680 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2681 type @code{float}.
2683 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
2684 @item @samp{ffs@var{m}2}
2685 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
2686 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
2687 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2688 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2689 generating the instruction.
2691 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
2692 corresponds to the C data type @code{int}.
2694 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
2695 @item @samp{clz@var{m}2}
2696 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
2697 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
2698 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
2699 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
2700 operand to that mode before generating the instruction.
2702 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
2703 @item @samp{ctz@var{m}2}
2704 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
2705 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
2706 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
2707 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
2708 operand to that mode before generating the instruction.
2710 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
2711 @item @samp{popcount@var{m}2}
2712 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
2713 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2714 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2715 generating the instruction.
2717 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
2718 @item @samp{parity@var{m}2}
2719 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.@:e. the number of 1-bits
2720 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
2721 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
2722 the operand to that mode before generating the instruction.
2724 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
2725 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
2726 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
2728 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
2729 @item @samp{cmp@var{m}}
2730 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
2731 The RTL pattern should look like this:
2733 @smallexample
2734 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2735                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
2736 @end smallexample
2738 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
2739 @item @samp{tst@var{m}}
2740 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
2741 The RTL pattern should look like this:
2743 @smallexample
2744 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
2745 @end smallexample
2747 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
2748 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
2749 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
2750 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
2752 @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
2753 @item @samp{movstr@var{m}}
2754 Block move instruction.  The addresses of the destination and source
2755 strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
2757 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
2758 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
2759 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
2760 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
2761 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
2762 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
2763 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
2765 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
2766 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
2767 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
2768 it may provide the value 4 for this operand.
2770 Descriptions of multiple @code{movstr@var{m}} patterns can only be
2771 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
2772 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
2773 in @code{movstr@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
2774 individually moved data units in the block.
2776 These patterns need not give special consideration to the possibility
2777 that the source and destination strings might overlap.
2779 @cindex @code{clrstr@var{m}} instruction pattern
2780 @item @samp{clrstr@var{m}}
2781 Block clear instruction.  The addresses of the destination string is the
2782 first operand, in mode @code{Pmode}.  The number of bytes to clear is
2783 the second operand, in mode @var{m}.  See @samp{movstr@var{m}} for
2784 a discussion of the choice of mode.
2786 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
2787 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
2788 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
2789 operand.
2791 The use for multiple @code{clrstr@var{m}} is as for @code{movstr@var{m}}.
2793 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
2794 @item @samp{cmpstr@var{m}}
2795 Block compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
2796 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
2797 of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2798 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
2799 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
2800 at a time since either string may end in the first byte and reading past
2801 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
2802 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
2803 indicates the result of the comparison.
2805 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
2806 @item @samp{strlen@var{m}}
2807 Compute the length of a string, with three operands.
2808 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
2809 a @code{mem} referring to the first character of the string,
2810 operand 2 is the character to search for (normally zero),
2811 and operand 3 is a constant describing the known alignment
2812 of the beginning of the string.
2814 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
2815 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
2816 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
2817 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2818 @var{n}).
2820 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
2821 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
2822 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
2823 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2824 @var{n}).
2826 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2827 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2828 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2829 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2830 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2831 the value of operand 1 is an integer.
2833 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2834 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2835 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2836 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2837 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2838 value of operand 1 is an integer.
2840 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2841 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2842 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2843 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2844 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2846 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2847 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2848 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2849 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2851 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2852 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2853 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2854 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2856 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2857 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2858 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2859 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2860 point or both floating point.
2862 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
2863 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2864 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2865 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2866 point or both floating point.
2868 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2869 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2870 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2871 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2872 point.
2874 @cindex @code{extv} instruction pattern
2875 @item @samp{extv}
2876 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
2877 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2878 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2879 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2880 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2881 be valid for @code{word_mode}.
2883 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2884 for operands 2 and 3.
2886 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2887 before it is stored in operand 0.
2889 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2890 @item @samp{extzv}
2891 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2893 @cindex @code{insv} instruction pattern
2894 @item @samp{insv}
2895 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
2896 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2897 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2898 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2899 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2901 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2902 for operands 1 and 2.
2904 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2905 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2906 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2907 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2908 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2910 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2911 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2912 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2913 codes and vice versa.
2915 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2916 define these patterns.
2918 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
2919 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2920 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
2921 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
2922 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
2923 operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2925 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2926 @item @samp{s@var{cond}}
2927 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2928 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2929 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2930 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2932 You specify the mode that the operand must have when you write the
2933 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2934 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2936 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2937 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2938 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2939 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2940 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2941 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2942 should omit those operations from the machine description.
2944 These operations may fail, but should do so only in relatively
2945 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2946 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2948 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2949 that copies the constant one to the target and branches around an
2950 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
2951 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
2952 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
2953 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
2954 the machine description.
2956 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
2957 @item @samp{b@var{cond}}
2958 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
2959 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
2960 condition @var{cond}.
2962 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
2963 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
2964 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
2965 simply store the operands away and generate all the required insns in a
2966 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
2967 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
2968 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
2969 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
2971 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
2972 where the mode used for the comparison depends on the condition being
2973 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
2975 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
2976 @samp{s@var{cond}} patterns.
2978 @cindex @code{jump} instruction pattern
2979 @item @samp{jump}
2980 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
2981 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
2982 on all machines.
2984 @cindex @code{call} instruction pattern
2985 @item @samp{call}
2986 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
2987 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
2988 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
2989 operands.
2991 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
2992 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
2993 to put this information into the assembler code; they can put it in
2994 the RTL instead of operand 1.
2996 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
2997 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
2998 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
2999 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
3000 instruction, the pattern for this operation should be a
3001 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
3002 address into a register and uses that register in the call instruction.
3004 @cindex @code{call_value} instruction pattern
3005 @item @samp{call_value}
3006 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
3007 register in which the value is returned.  There are three more
3008 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
3009 instruction (but with numbers increased by one).
3011 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
3012 insn.
3014 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
3015 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
3016 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
3017 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
3018 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
3019 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
3020 adjustment made to the frame pointer.
3022 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
3023 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
3024 can be eliminated, if desired.
3026 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
3027 @item @samp{untyped_call}
3028 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
3029 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
3030 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
3031 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3032 the saving of a function return value into the result block.
3034 This instruction pattern should be defined to support
3035 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
3036 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
3037 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
3038 multiple registers that can hold a return value
3039 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
3041 @cindex @code{return} instruction pattern
3042 @item @samp{return}
3043 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
3044 defined only if a single instruction can do all the work of returning
3045 from a function.
3047 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
3048 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
3049 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
3050 some class of functions only requires one instruction to implement a
3051 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
3052 to save any registers or allocate stack space.
3054 @findex reload_completed
3055 @findex leaf_function_p
3056 For such machines, the condition specified in this pattern should only
3057 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
3058 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
3059 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
3060 a register window push is required.
3062 Machines that have conditional return instructions should define patterns
3063 such as
3065 @smallexample
3066 (define_insn ""
3067   [(set (pc)
3068         (if_then_else (match_operator
3069                          0 "comparison_operator"
3070                          [(cc0) (const_int 0)])
3071                       (return)
3072                       (pc)))]
3073   "@var{condition}"
3074   "@dots{}")
3075 @end smallexample
3077 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
3078 named @samp{return} pattern.
3080 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
3081 @item @samp{untyped_return}
3082 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
3083 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
3084 instructions are needed to return a value of any type.
3086 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
3087 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
3088 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3089 the restoring of a function return value from the result block.
3091 @cindex @code{nop} instruction pattern
3092 @item @samp{nop}
3093 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
3094 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
3095 RTL pattern.
3097 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
3098 @item @samp{indirect_jump}
3099 An instruction to jump to an address which is operand zero.
3100 This pattern name is mandatory on all machines.
3102 @cindex @code{casesi} instruction pattern
3103 @item @samp{casesi}
3104 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
3105 This instruction takes five operands:
3107 @enumerate
3108 @item
3109 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
3111 @item
3112 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
3114 @item
3115 The total range of indices in the table---the largest index
3116 minus the smallest one (both inclusive).
3118 @item
3119 A label that precedes the table itself.
3121 @item
3122 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
3123 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
3124 then an out-of-bounds index drops through to the code following
3125 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
3126 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
3127 but it is always provided as an operand.)
3128 @end enumerate
3130 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
3131 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
3132 difference between the upper bound and the lower bound.
3134 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
3135 @item @samp{tablejump}
3136 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
3137 capability which can be used to implement a dispatch table when there
3138 is no @samp{casesi} pattern.
3140 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
3141 which should immediately precede the jump table.  If the macro
3142 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
3143 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
3144 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
3145 mode @code{Pmode}.
3147 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
3148 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
3149 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
3150 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
3153 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
3154 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
3155 Conditional branch instruction that decrements a register and
3156 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
3157 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
3158 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
3160 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
3161 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
3162 reduction is enabled.
3164 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
3165 @item @samp{doloop_end}
3166 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
3167 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
3168 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
3169 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
3170 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
3171 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
3172 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
3173 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
3174 @xref{Looping Patterns}.
3176 This optional instruction pattern should be defined for machines with
3177 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
3178 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
3179 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3180 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
3181 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
3182 too large for this instruction, make it fail.
3184 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
3185 @item @samp{doloop_begin}
3186 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
3187 need to perform some initialization, such as loading special registers
3188 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
3189 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
3190 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
3193 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
3194 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
3195 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
3196 into operand 0.
3198 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
3199 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
3200 and also has mode @code{Pmode}.
3202 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
3203 the address of the function which would be called if the function
3204 pointer were used in an indirect call.
3206 Only define this pattern if function pointers on the target machine
3207 can have different values but still call the same function when
3208 used in an indirect call.
3210 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
3211 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
3212 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
3213 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
3214 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
3215 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
3216 @item @samp{save_stack_block}
3217 @itemx @samp{save_stack_function}
3218 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
3219 @itemx @samp{restore_stack_block}
3220 @itemx @samp{restore_stack_function}
3221 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
3222 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
3223 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
3224 such machines.
3226 Some machines require special handling for stack pointer saves and
3227 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
3228 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
3229 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
3230 saves and restores are:
3232 @enumerate
3233 @item
3234 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
3235 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
3236 restores the stack pointer when the block is exited.
3238 @item
3239 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
3240 similar job for the outermost block of a function and are used when the
3241 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
3242 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
3243 restore sequence on some machines.
3245 @item
3246 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
3247 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
3248 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
3249 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
3250 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
3251 and restoring additional data such as register window information or
3252 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
3253 such required data.
3254 @end enumerate
3256 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
3257 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
3258 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
3259 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
3260 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
3261 for a particular type of save (either because no save is needed or
3262 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
3263 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
3264 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
3265 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
3267 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
3268 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
3269 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
3271 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
3272 @item @samp{allocate_stack}
3273 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
3274 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
3276 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
3277 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
3278 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
3279 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
3280 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
3281 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
3282 stack is free.
3284 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
3285 Some machines require other operations such as stack probes or
3286 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
3287 operations in addition to updating the stack pointer.
3289 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
3290 @item @samp{check_stack}
3291 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
3292 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
3293 to perform the needed check and signaling an error if the stack
3294 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
3295 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
3296 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
3297 limit from a global or thread-specific variable or register.
3299 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
3300 @item @samp{nonlocal_goto}
3301 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
3302 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
3303 each representing a value to be used in the jump.  The first
3304 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
3305 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
3306 the third is the address of a location where the stack is saved,
3307 and the last is the address of the label, to be placed in the
3308 location for the incoming static chain.
3310 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
3311 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
3312 and static chain, restore the stack (using the
3313 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
3314 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
3315 not work on your machine.
3317 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
3318 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
3319 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
3320 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
3321 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
3322 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
3323 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
3324 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
3325 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
3326 There are no arguments.
3328 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
3329 @item @samp{exception_receiver}
3330 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3331 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3332 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3333 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3334 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
3335 an exception.  There are no arguments.
3337 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
3338 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
3339 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
3340 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
3341 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
3342 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
3343 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
3344 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
3345 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
3346 the first three are normally used by the generic mechanism.
3348 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
3349 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
3350 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3351 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3352 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3353 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3354 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
3355 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
3356 at a small offset from that label.
3358 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
3359 @item @samp{builtin_longjmp}
3360 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
3361 You will not normally need to define this pattern unless you also define
3362 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
3363 @code{jmp_buf}.
3365 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
3366 @item @samp{eh_return}
3367 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
3368 and thence the call frame exception handling library routines, are
3369 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
3370 the abnormal return path.
3372 The address of the exception handler to which the function should return
3373 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by 
3374 the pattern to some special register or memory location.
3375 If the pattern needs to determine the location of the target call
3376 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
3377 if defined; it will have already been assigned.
3379 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
3380 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
3381 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
3382 handling is to be used.
3384 @cindex @code{prologue} instruction pattern
3385 @anchor{prologue instruction pattern}
3386 @item @samp{prologue}
3387 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
3388 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
3389 pointer register, saving callee saved registers, etc.
3391 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
3392 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
3394 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
3395 instruction scheduling.
3397 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
3398 @anchor{epilogue instruction pattern}
3399 @item @samp{epilogue}
3400 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
3401 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
3402 registers and emitting the return instruction.
3404 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
3405 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
3407 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
3408 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
3410 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
3411 @item @samp{sibcall_epilogue}
3412 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
3413 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
3414 sibling call (aka tail call) sites.
3416 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
3417 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
3418 function.
3420 @cindex @code{trap} instruction pattern
3421 @item @samp{trap}
3422 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
3423 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
3424 front end to signal `invalid array index' exceptions.
3426 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
3427 @item @samp{conditional_trap}
3428 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
3429 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
3431 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
3433 @smallexample
3434 (define_insn "conditional_trap"
3435   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
3436              [(cc0) (const_int 0)])
3437             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
3438   ""
3439   "@dots{}")
3440 @end smallexample
3442 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
3443 @item @samp{prefetch}
3445 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
3446 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
3447 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
3448 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
3449 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
3450 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
3451 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
3452 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
3453 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
3455 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
3456 the values of operands 1 and 2.
3458 @end table
3460 @node Pattern Ordering
3461 @section When the Order of Patterns Matters
3462 @cindex Pattern Ordering
3463 @cindex Ordering of Patterns
3465 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
3466 pattern that appears first in the machine description is the one used.
3467 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
3468 and faster instructions (those that will produce better code when they
3469 do match) should usually go first in the description.
3471 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
3472 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
3473 instruction for converting a fullword to floating point and another
3474 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
3475 an integer to floating point could match either one.  We put the
3476 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
3477 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
3478 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
3479 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
3480 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
3481 constant value.
3483 @node Dependent Patterns
3484 @section Interdependence of Patterns
3485 @cindex Dependent Patterns
3486 @cindex Interdependence of Patterns
3488 Every machine description must have a named pattern for each of the
3489 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
3490 must always have the form
3492 @example
3493 (set (pc)
3494      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3495                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
3496                    (pc)))
3497 @end example
3499 @noindent
3500 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
3501 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
3502 look like
3504 @example
3505 (set (pc)
3506      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3507                    (pc)
3508                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
3509 @end example
3511 @noindent
3512 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
3513 branches into reverse-conditional branches.
3515 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
3516 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
3517 example,
3519 @example
3520 (define_insn ""
3521   [(set (pc)
3522         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
3523                                       [(cc0) (const_int 0)])
3524                       (pc)
3525                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
3526   "@var{condition}"
3527   "@dots{}")
3528 @end example
3530 In some cases machines support instructions identical except for the
3531 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
3532 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
3533 patterns are
3535 @example
3536 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3537      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
3539 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3540      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
3541 @end example
3543 @noindent
3544 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
3545 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
3546 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
3547 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
3548 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
3549 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
3551 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
3552 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
3553 compilations.
3555 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
3556 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
3557 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
3558 you should not provide separate patterns for increment and decrement
3559 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
3560 that supports register-register add insns by examining the operands and
3561 generating the appropriate machine instruction.
3563 @node Jump Patterns
3564 @section Defining Jump Instruction Patterns
3565 @cindex jump instruction patterns
3566 @cindex defining jump instruction patterns
3568 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
3569 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
3570 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
3571 insn tests the condition code and branches or not according its value.
3572 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
3573 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
3574 way.
3576 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
3577 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
3578 these machines is to treat them just like the others until the final stage
3579 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
3580 compare instruction, peek ahead at the following branch using
3581 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
3582 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
3583 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
3584 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
3585 can treat signed and unsigned branches identically.
3587 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
3588 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
3589 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
3590 until the end.
3592 To go with this technique, you must define the machine-description macro
3593 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
3594 compare instruction is superfluous.
3596 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
3597 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
3598 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
3599 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
3600 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
3602 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
3603 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
3604 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
3605 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
3606 above in addition to any special patterns you define.
3608 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
3609 code and there may not even be a separate condition code register.  On
3610 these machines, the restriction that the definition and use of the
3611 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
3612 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
3613 delay for taken branches unless the condition code register is set three
3614 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
3615 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
3616 separate the definition and use of the condition code register.
3618 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
3619 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
3620 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
3621 comparison result can be placed in any general register, or if there are
3622 multiple condition registers, use a pseudo register.
3624 @findex prev_cc0_setter
3625 @findex next_cc0_user
3626 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
3627 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
3628 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
3629 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
3630 instruction does, so a different branch instruction must be used for
3631 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
3632 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
3633 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
3634 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
3635 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
3636 and @code{next_cc0_user}.
3638 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
3639 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
3640 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
3641 we use the machine mode of the condition code register to record
3642 different formats of the condition code register.
3644 Registers used to store the condition code value should have a mode that
3645 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
3646 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
3647 the SPARC), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
3648 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
3649 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
3651 If it is known during RTL generation that a different mode will be
3652 required (for example, if the machine has separate compare instructions
3653 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
3654 be specified at that time.
3656 If the cases that require different modes would be made by instruction
3657 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
3658 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
3659 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
3660 discussed above, we have the pattern
3662 @smallexample
3663 (define_insn ""
3664   [(set (reg:CC_NOOV 0)
3665         (compare:CC_NOOV
3666           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
3667                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
3668           (const_int 0)))]
3669   ""
3670   "@dots{}")
3671 @end smallexample
3673 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
3674 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
3676 @node Looping Patterns
3677 @section Defining Looping Instruction Patterns
3678 @cindex looping instruction patterns
3679 @cindex defining looping instruction patterns
3681 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
3682 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
3683 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
3684 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
3685 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
3686 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
3687 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
3688 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
3689 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
3690 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
3691 the jump.
3693 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
3694 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
3695 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
3696 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
3697 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
3698 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
3699 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
3700 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
3701 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
3702 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
3703 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
3704 following for its @code{dbra} instruction:
3706 @smallexample
3707 @group
3708 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3709   [(set (pc)
3710         (if_then_else
3711           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3712                        (const_int -1))
3713               (const_int 0))
3714           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3715           (pc)))
3716    (set (match_dup 0)
3717         (plus:SI (match_dup 0)
3718                  (const_int -1)))]
3719   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3720   "@dots{}")
3721 @end group
3722 @end smallexample
3724 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
3725 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
3726 since this insn is generated by the instruction combination phase
3727 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
3728 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
3729 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
3730 pattern will not be matched by the combiner.
3732 @smallexample
3733 @group
3734 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3735   [(set (pc)
3736         (if_then_else
3737           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3738               (const_int 1))
3739           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3740           (pc)))
3741    (set (match_dup 0)
3742         (plus:SI (match_dup 0)
3743                  (const_int -1)))]
3744   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3745   "@dots{}")
3746 @end group
3747 @end smallexample
3749 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
3750 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
3751 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
3752 information collected during strength reduction.
3754 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
3755 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
3756 is an optional companion pattern that can be used for initialization
3757 needed for some low-overhead looping instructions.
3759 Note that some machines require the actual looping instruction to be
3760 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
3761 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
3762 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
3763 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
3764 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
3765 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
3766 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
3767 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
3768 desired special iteration counter register was not allocated, this
3769 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
3770 instruction pair.
3772 The essential difference between the
3773 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
3774 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
3775 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
3776 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
3777 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
3778 may become redundant and removed by the flow pass.
3781 @node Insn Canonicalizations
3782 @section Canonicalization of Instructions
3783 @cindex canonicalization of instructions
3784 @cindex insn canonicalization
3786 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
3787 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
3788 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
3789 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
3790 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
3791 number of insn patterns required.
3793 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
3794 are performed:
3796 @itemize @bullet
3797 @item
3798 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
3799 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
3800 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
3801 be supplied.
3803 @cindex @code{neg}, canonicalization of
3804 @cindex @code{not}, canonicalization of
3805 @cindex @code{mult}, canonicalization of
3806 @cindex @code{plus}, canonicalization of
3807 @cindex @code{minus}, canonicalization of
3808 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
3809 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
3810 first operand.
3812 @item
3813 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
3814 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
3815 the operations as far as possible.  For instance, 
3816 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
3817 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
3818 @code{(minus A (mult B C))}.
3820 @cindex @code{compare}, canonicalization of
3821 @item
3822 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
3823 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
3824 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
3825 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
3826 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
3827 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
3828 such an instruction.
3830 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
3831 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
3832 above.
3834 @item
3835 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
3836 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
3838 @item
3839 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
3840 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
3842 @cindex @code{ior}, canonicalization of
3843 @cindex @code{and}, canonicalization of
3844 @cindex De Morgan's law
3845 @item
3846 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
3847 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
3848 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
3850 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
3851 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
3852 for that instruction as
3854 @example
3855 (define_insn ""
3856   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3857         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3858                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
3859   "@dots{}"
3860   "@dots{}")
3861 @end example
3863 @noindent
3864 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
3866 @example
3867 (define_insn ""
3868   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3869         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3870                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
3871   "@dots{}"
3872   "@dots{}")
3873 @end example
3875 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
3876 logically equivalent RTL expressions.
3878 @cindex @code{xor}, canonicalization of
3879 @item
3880 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
3881 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
3882 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
3884 @item
3885 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
3886 the form
3888 @example
3889 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
3890 @end example
3892 @item
3893 On machines that do not use @code{cc0},
3894 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
3895 @var{x}.
3897 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
3898 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
3899 @item
3900 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
3901 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
3902 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
3904 @end itemize
3906 @node Expander Definitions
3907 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
3908 @cindex expander definitions
3909 @cindex code generation RTL sequences
3910 @cindex defining RTL sequences for code generation
3912 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
3913 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
3914 represent them.  For these target machines, you can write a
3915 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
3917 @findex define_expand
3918 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
3919 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
3920 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
3922 A @code{define_expand} RTX has four operands:
3924 @itemize @bullet
3925 @item
3926 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
3927 use for it is to refer to it by name.
3929 @item
3930 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
3931 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
3932 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
3934 @item
3935 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
3936 used to express how the availability of this pattern depends on
3937 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
3938 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
3939 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
3940 depend on the data in the insn being matched, but only the
3941 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
3942 during initialization in order to learn exactly which named instructions
3943 are available in a particular run.
3945 @item
3946 The preparation statements, a string containing zero or more C
3947 statements which are to be executed before RTL code is generated from
3948 the RTL template.
3950 Usually these statements prepare temporary registers for use as
3951 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
3952 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
3953 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
3954 @end itemize
3956 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
3957 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
3958 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
3961 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
3962 also describes the operands that need to be specified when this pattern
3963 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
3965 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
3966 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
3967 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
3968 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
3969 information to preload the operand into a register if that is required for
3970 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
3971 references should use @code{match_dup}.
3973 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
3974 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
3975 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
3976 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
3977 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
3978 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
3979 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
3980 compute the values and store them into the appropriate elements of
3981 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
3983 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
3984 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
3985 as a statement.
3987 @table @code
3989 @findex DONE
3990 @item DONE
3991 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
3992 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
3993 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
3994 preparation statements; the RTL template will not be generated.
3996 @findex FAIL
3997 @item FAIL
3998 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
3999 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
4000 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
4002 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
4003 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
4004 operations.
4005 @end table
4007 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
4008 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
4009 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
4010 insn.
4012 The RTL template is not used for matching, only for generating the
4013 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
4014 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
4015 list of operands, such as this example:
4017 @smallexample
4018 @group
4019 (define_expand "addsi3"
4020   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4021    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4022    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
4023 @end group
4024 @group
4025   ""
4026   "
4028   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
4029   DONE;
4030 @}")
4031 @end group
4032 @end smallexample
4034 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
4036 @smallexample
4037 @group
4038 (define_expand "ashlsi3"
4039   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4040         (ashift:SI
4041 @end group
4042 @group
4043           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4044           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
4045   ""
4046   "
4047 @end group
4048 @end smallexample
4050 @smallexample
4051 @group
4053   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
4054       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
4055     FAIL;
4056 @}")
4057 @end group
4058 @end smallexample
4060 @noindent
4061 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
4062 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
4063 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
4064 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
4065 library call).
4067 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
4068 patterns with names, then it would be possible to use a
4069 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
4070 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
4072 @smallexample
4073 (define_expand "zero_extendhisi2"
4074   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
4075         (const_int 0))
4076    (set (strict_low_part
4077           (subreg:HI
4078             (match_dup 0)
4079             0))
4080         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
4081   ""
4082   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
4083 @end smallexample
4085 @noindent
4086 @findex make_safe_from
4087 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
4088 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
4089 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
4090 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
4091 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
4092 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
4093 by emitting another RTL insn.
4095 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
4096 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
4097 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
4098 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
4099 on this machine.  So it must be copied into a register with
4100 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
4102 @smallexample
4103 (define_expand "zero_extendhisi2"
4104   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4105         (and:SI (subreg:SI
4106                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
4107                   0)
4108                 (match_dup 2)))]
4109   ""
4110   "operands[2]
4111      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
4112 @end smallexample
4114 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
4115 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
4116 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
4117 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
4118 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
4119 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
4120 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
4121 in the compiler.
4123 @node Insn Splitting
4124 @section Defining How to Split Instructions
4125 @cindex insn splitting
4126 @cindex instruction splitting
4127 @cindex splitting instructions
4129 There are two cases where you should specify how to split a pattern
4130 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
4131 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
4132 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
4133 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
4134 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
4135 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
4136 cannot be placed into a delay slot.
4138 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
4139 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
4140 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
4141 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
4142 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
4143 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
4144 scheduling.
4146 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
4147 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
4148 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
4149 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
4150 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
4151 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
4152 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
4153 split the addition into two insns is machine-dependent.
4155 @findex define_split
4156 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
4157 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
4159 @smallexample
4160 (define_split
4161   [@var{insn-pattern}]
4162   "@var{condition}"
4163   [@var{new-insn-pattern-1}
4164    @var{new-insn-pattern-2}
4165    @dots{}]
4166   "@var{preparation-statements}")
4167 @end smallexample
4169 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
4170 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
4171 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
4172 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
4173 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
4174 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
4176 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
4177 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4178 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
4179 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
4180 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
4181 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
4182 must not allocate any space in the stack frame.
4184 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
4185 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
4186 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
4187 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
4188 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
4189 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
4190 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
4191 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
4192 of those definitions.
4194 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
4195 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
4196 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
4198 @smallexample
4199 (define_split
4200   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4201         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
4202   ""
4203   [(set (match_dup 0)
4204         (ashift:SI (match_dup 1)
4205                    (const_int 16)))
4206    (set (match_dup 0)
4207         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
4208                      (const_int 16)))]
4209   "
4210 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
4211 @end smallexample
4213 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
4214 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
4215 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
4216 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
4217 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
4218 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
4219 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
4220 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
4221 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
4222 @code{define_split} that will never produce insns that match).
4224 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
4225 @file{rs6000.md}:
4227 @smallexample
4228 (define_split
4229   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4230         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4231                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
4232   ""
4233   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
4234    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
4237   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
4238   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
4240   if (low & 0x8000)
4241     high++, low |= 0xffff0000;
4243   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
4244   operands[4] = GEN_INT (low);
4245 @}")
4246 @end smallexample
4248 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
4249 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
4250 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
4251 can be substituted into the address of a subsequent operation.
4253 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
4254 an equality comparison of a register and a large constant:
4256 @smallexample
4257 (define_split
4258   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
4259         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4260                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
4261    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
4262   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
4263    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
4264        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
4265   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
4266    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
4267   "
4269   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
4270      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
4271      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
4273   int c = INTVAL (operands[2]);
4274   int sextc = (c << 16) >> 16;
4275   int xorv = c ^ sextc;
4277   operands[4] = GEN_INT (xorv);
4278   operands[5] = GEN_INT (sextc);
4279 @}")
4280 @end smallexample
4282 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
4283 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
4284 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
4285 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
4286 are not valid.
4288 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
4289 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
4290 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
4291 several restriction apply.
4293 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
4294 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
4295 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
4296 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
4297 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
4298 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump. An global variable
4299 @code{split_branch_probability} hold the probability of original branch in case
4300 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
4301 recomputing of edge frequencies, new sequence is required to have only
4302 forward jumps to the newly created labels.
4304 @findex define_insn_and_split
4305 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
4306 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
4307 this:
4309 @smallexample
4310 (define_insn_and_split
4311   [@var{insn-pattern}]
4312   "@var{condition}"
4313   "@var{output-template}"
4314   "@var{split-condition}"
4315   [@var{new-insn-pattern-1}
4316    @var{new-insn-pattern-2}
4317    @dots{}]
4318   "@var{preparation-statements}"
4319   [@var{insn-attributes}])
4321 @end smallexample
4323 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
4324 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
4325 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
4326 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
4327 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
4328 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
4329 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
4330 from i386.md:
4332 @smallexample
4333 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
4334   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
4335      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
4336    (clobber (reg:CC 17))]
4337   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
4338   "#"
4339   "&& reload_completed"
4340   [(parallel [(set (match_dup 0)
4341                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
4342               (clobber (reg:CC 17))])]
4343   ""
4344   [(set_attr "type" "alu1")])
4346 @end smallexample
4348 In this case, the actual split condition will be
4349 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
4351 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
4352 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
4353 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
4354 having to ensure the two patterns' templates match.
4356 @node Including Patterns
4357 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
4358 @cindex insn includes
4360 @findex include
4361 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
4362 look for patterns that are in files other than in the file
4363 @file{.md}. This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
4365 It looks like:
4367 @smallexample
4369 (include
4370   @var{pathname})
4371 @end smallexample
4373 For example:
4375 @smallexample
4377 (include "filestuff")
4379 @end smallexample
4381 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
4382 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}. The
4383 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
4386 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
4387 and placed into subdirectories.
4389 By specifying:
4391 @smallexample
4393 (include "BOGUS/filestuff")
4395 @end smallexample
4397 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
4399 Specifying an absolute path for the include file such as;
4400 @smallexample
4402 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
4404 @end smallexample
4405 is permitted but is not encouraged.
4407 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
4408 @cindex directory options .md
4409 @cindex options, directory search
4410 @cindex search options
4412 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
4413 For example:
4415 @smallexample
4417 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
4419 @end smallexample
4422 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
4423 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
4424 file, substituting your own version, since these directories are
4425 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
4426 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
4427 order; the standard default directory come after.
4430 @node Peephole Definitions
4431 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
4432 @cindex peephole optimizer definitions
4433 @cindex defining peephole optimizers
4435 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
4436 definitions of machine-specific peephole optimizations.
4438 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
4439 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
4440 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
4441 though the second one does not appear to use a register computed in the
4442 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
4443 opportunities.
4445 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
4446 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
4447 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
4448 is deprecated.
4450 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
4451 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
4452 but before scheduling, which may result in much better code for
4453 targets that do scheduling.
4455 @menu
4456 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
4457 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
4458 @end menu
4460 @node define_peephole
4461 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
4462 @findex define_peephole
4464 @need 1000
4465 A definition looks like this:
4467 @smallexample
4468 (define_peephole
4469   [@var{insn-pattern-1}
4470    @var{insn-pattern-2}
4471    @dots{}]
4472   "@var{condition}"
4473   "@var{template}"
4474   "@var{optional-insn-attributes}")
4475 @end smallexample
4477 @noindent
4478 The last string operand may be omitted if you are not using any
4479 machine-specific information in this machine description.  If present,
4480 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
4482 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
4483 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
4484 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
4485 the next, and so on.
4487 Each of the insns matched by a peephole must also match a
4488 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
4489 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
4490 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
4491 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
4492 stages.
4494 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
4495 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
4496 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
4497 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
4498 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
4499 other.
4501 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
4502 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
4503 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
4504 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
4505 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
4507 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
4508 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
4509 previously tested.
4511 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
4512 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
4513 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
4514 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
4515 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
4516 patterns.
4518 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
4519 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
4520 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
4521 the operands.
4523 @findex prev_active_insn
4524 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
4525 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
4526 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
4527 to refer to the last of the insns being matched; use
4528 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
4530 @findex dead_or_set_p
4531 When optimizing computations with intermediate results, you can use
4532 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
4533 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
4534 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
4535 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
4536 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
4537 value (from @code{operands[@var{i}]}).
4539 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
4540 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
4541 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
4542 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
4543 used in matching the original sequence of insns.
4545 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
4546 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
4547 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
4548 as the insn pattern to control how the insn is output.
4550 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
4551 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
4553 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
4555 @smallexample
4556 (define_peephole
4557   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
4558    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
4559         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
4560   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
4562   rtx xoperands[2];
4563   xoperands[1] = gen_rtx (REG, SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
4564 #ifdef MOTOROLA
4565   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
4566   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
4567   return "fmove.d (sp)+,%0";
4568 #else
4569   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
4570   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
4571   return "fmoved sp@@+,%0";
4572 #endif
4574 @end smallexample
4576 @need 1000
4577 The effect of this optimization is to change
4579 @smallexample
4580 @group
4581 jbsr _foobar
4582 addql #4,sp
4583 movel d1,sp@@-
4584 movel d0,sp@@-
4585 fmoved sp@@+,fp0
4586 @end group
4587 @end smallexample
4589 @noindent
4590 into
4592 @smallexample
4593 @group
4594 jbsr _foobar
4595 movel d1,sp@@
4596 movel d0,sp@@-
4597 fmoved sp@@+,fp0
4598 @end group
4599 @end smallexample
4601 @ignore
4602 @findex CC_REVERSED
4603 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
4604 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
4605 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
4606 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
4607 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
4608 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
4609 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
4610 and in this C code check the condition code status flags and change the
4611 assembler code as appropriate.
4612 @end ignore
4614 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
4615 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
4616 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
4617 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
4618 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
4619 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
4620 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
4621 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
4622 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
4624 @smallexample
4625 (define_insn "divmodsi4"
4626   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4627         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4628                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4629    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4630         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
4631   "TARGET_68020"
4632   "divsl%.l %2,%3:%0")
4633 @end smallexample
4635 @noindent
4636 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
4638 @smallexample
4639 (define_peephole
4640   [@dots{}
4641    (parallel
4642     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4643           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4644                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4645      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4646           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
4647    @dots{}]
4648   @dots{})
4649 @end smallexample
4651 @node define_peephole2
4652 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
4653 @findex define_peephole2
4655 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
4656 substitute one sequence of instructions for another sequence,
4657 what additional scratch registers may be needed and what their
4658 lifetimes must be.
4660 @smallexample
4661 (define_peephole2
4662   [@var{insn-pattern-1}
4663    @var{insn-pattern-2}
4664    @dots{}]
4665   "@var{condition}"
4666   [@var{new-insn-pattern-1}
4667    @var{new-insn-pattern-2}
4668    @dots{}]
4669   "@var{preparation-statements}")
4670 @end smallexample
4672 The definition is almost identical to @code{define_split}
4673 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
4674 single instruction, but a sequence of instructions.
4676 It is possible to request additional scratch registers for use in the
4677 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
4678 will simply not match.
4680 @findex match_scratch
4681 @findex match_dup
4682 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
4683 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
4684 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
4685 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
4686 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
4687 at which the register must be available.
4689 Here is an example from the IA-32 machine description:
4691 @smallexample
4692 (define_peephole2
4693   [(match_scratch:SI 2 "r")
4694    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4695                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
4696                      [(match_dup 0)
4697                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
4698               (clobber (reg:CC 17))])]
4699   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
4700   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
4701    (parallel [(set (match_dup 0)
4702                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
4703               (clobber (reg:CC 17))])]
4704   "")
4705 @end smallexample
4707 @noindent
4708 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
4709 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
4710 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
4711 to be live only at the point just before the arithmetic.
4713 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
4714 so here's a silly made-up example:
4716 @smallexample
4717 (define_peephole2
4718   [(match_scratch:SI 4 "r")
4719    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
4720    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
4721    (match_dup 4)
4722    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
4723   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
4724   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
4725    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
4726    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
4727    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
4728   "")
4729 @end smallexample
4731 @noindent
4732 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
4733 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
4734 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
4736 @node Insn Attributes
4737 @section Instruction Attributes
4738 @cindex insn attributes
4739 @cindex instruction attributes
4741 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
4742 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
4743 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
4744 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
4745 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
4746 to track the condition codes.
4748 @menu
4749 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
4750 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
4751 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
4752 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
4753 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
4754 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
4755 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
4756 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
4757 @end menu
4759 @node Defining Attributes
4760 @subsection Defining Attributes and their Values
4761 @cindex defining attributes and their values
4762 @cindex attributes, defining
4764 @findex define_attr
4765 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
4766 by the target machine.  It looks like:
4768 @smallexample
4769 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
4770 @end smallexample
4772 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
4774 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
4775 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
4776 indicate that the attribute takes numeric values.
4778 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
4779 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
4780 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
4781 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
4782 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
4784 @findex insn-attr.h
4785 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
4786 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
4787 specified for an attribute, the following are defined:
4789 @itemize @bullet
4790 @item
4791 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
4793 @item
4794 An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
4795 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
4796 the attribute name and value are first converted to upper case.
4798 @item
4799 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
4800 returns the attribute value for that insn.
4801 @end itemize
4803 For example, if the following is present in the @file{md} file:
4805 @smallexample
4806 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
4807 @end smallexample
4809 @noindent
4810 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
4812 @smallexample
4813 #define HAVE_ATTR_type
4814 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
4815                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
4816 extern enum attr_type get_attr_type ();
4817 @end smallexample
4819 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
4820 defined and the function to obtain the attribute's value will return
4821 @code{int}.
4823 @node Expressions
4824 @subsection Attribute Expressions
4825 @cindex attribute expressions
4827 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
4828 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
4829 Attribute value expressions must have one of the following forms:
4831 @table @code
4832 @cindex @code{const_int} and attributes
4833 @item (const_int @var{i})
4834 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
4835 must be non-negative.
4837 The value of a numeric attribute can be specified either with a
4838 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
4839 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
4840 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
4841 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
4843 @cindex @code{const_string} and attributes
4844 @item (const_string @var{value})
4845 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
4846 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
4847 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
4848 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
4849 of a @code{define_attr}.
4851 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
4852 must be a string containing a non-negative integer (normally
4853 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
4854 contain one of the valid values for the attribute.
4856 @cindex @code{if_then_else} and attributes
4857 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
4858 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
4859 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
4860 otherwise it is @var{false-value}.
4862 @cindex @code{cond} and attributes
4863 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
4864 The first operand of this expression is a vector containing an even
4865 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
4866 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
4867 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
4868 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
4869 expression is that of the @var{default} expression.
4870 @end table
4872 @var{test} expressions can have one of the following forms:
4874 @table @code
4875 @cindex @code{const_int} and attribute tests
4876 @item (const_int @var{i})
4877 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
4879 @cindex @code{not} and attributes
4880 @cindex @code{ior} and attributes
4881 @cindex @code{and} and attributes
4882 @item (not @var{test})
4883 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
4884 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
4885 These tests are true if the indicated logical function is true.
4887 @cindex @code{match_operand} and attributes
4888 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
4889 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
4890 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
4891 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
4892 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
4893 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
4894 string).
4896 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
4898 @cindex @code{le} and attributes
4899 @cindex @code{leu} and attributes
4900 @cindex @code{lt} and attributes
4901 @cindex @code{gt} and attributes
4902 @cindex @code{gtu} and attributes
4903 @cindex @code{ge} and attributes
4904 @cindex @code{geu} and attributes
4905 @cindex @code{ne} and attributes
4906 @cindex @code{eq} and attributes
4907 @cindex @code{plus} and attributes
4908 @cindex @code{minus} and attributes
4909 @cindex @code{mult} and attributes
4910 @cindex @code{div} and attributes
4911 @cindex @code{mod} and attributes
4912 @cindex @code{abs} and attributes
4913 @cindex @code{neg} and attributes
4914 @cindex @code{ashift} and attributes
4915 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
4916 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
4917 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
4918 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
4919 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
4920 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
4921 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
4922 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
4923 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
4924 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
4925 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
4926 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
4927 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
4928 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
4929 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
4930 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
4931 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
4933 @findex get_attr
4934 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
4935 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
4936 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
4937 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
4938 variable.
4940 @findex eq_attr
4941 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
4942 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
4944 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
4945 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
4946 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
4947 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
4948 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
4949 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
4950 @emph{not} in the specified list.
4952 For example,
4954 @smallexample
4955 (eq_attr "type" "load,store")
4956 @end smallexample
4958 @noindent
4959 is equivalent to
4961 @smallexample
4962 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
4963 @end smallexample
4965 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
4966 value of the compiler variable @code{which_alternative}
4967 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
4968 example,
4970 @smallexample
4971 (eq_attr "alternative" "2,3")
4972 @end smallexample
4974 @noindent
4975 is equivalent to
4977 @smallexample
4978 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
4979      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
4980 @end smallexample
4982 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
4983 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
4984 a particular pattern.  This is by far the most common case.
4986 @findex attr_flag
4987 @item (attr_flag @var{name})
4988 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
4989 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
4990 scheduled.
4992 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
4993 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
4994 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
4995 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
4996 if a conditional branch is expected to be taken.
4998 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
4999 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
5001 This example describes a conditional branch delay slot which
5002 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
5003 for backward branches which are not taken (annul-false).
5005 @smallexample
5006 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
5007   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
5008    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5009         (attr_flag "forward"))
5010    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5011         (attr_flag "backward"))])
5012 @end smallexample
5014 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
5015 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5017 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
5018 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5019 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
5020 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5022 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
5023 meaning to other passes of the compiler.
5025 @findex attr
5026 @item (attr @var{name})
5027 The value of another attribute is returned.  This is most useful
5028 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
5029 produce more efficient code for non-numeric attributes.
5030 @end table
5032 @node Tagging Insns
5033 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
5034 @cindex tagging insns
5035 @cindex assigning attribute values to insns
5037 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
5038 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
5039 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
5040 have an optional last argument to specify the values of attributes for
5041 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
5042 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
5043 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
5044 permits the specification of the values for only one or two attributes
5045 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
5046 next section.
5048 The optional last argument of @code{define_insn} and
5049 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
5050 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
5051 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
5052 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
5053 second operand of the @code{set} is an attribute expression
5054 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
5056 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
5057 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
5058 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
5059 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
5060 each alternative.
5062 @findex set_attr
5063 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
5064 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
5065 specifying a string giving either a single attribute value or a list
5066 of attribute values, one for each alternative.
5068 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
5069 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
5071 @table @code
5072 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
5073 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
5074 or a string containing a comma-separated list giving the values for
5075 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
5076 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
5078 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
5079 which case the attribute will assume its default value for insns matching
5080 that alternative.
5082 @findex set_attr_alternative
5083 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
5084 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
5085 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
5086 tests on the @samp{alternative} attribute.
5088 @findex attr
5089 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
5090 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
5091 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
5092 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
5093 @end table
5095 The following shows three different ways of representing the same
5096 attribute value specification:
5098 @smallexample
5099 (set_attr "type" "load,store,arith")
5101 (set_attr_alternative "type"
5102                       [(const_string "load") (const_string "store")
5103                        (const_string "arith")])
5105 (set (attr "type")
5106      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
5107             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
5108            (const_string "arith")))
5109 @end smallexample
5111 @need 1000
5112 @findex define_asm_attributes
5113 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
5114 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
5115 statement.  It has the form:
5117 @smallexample
5118 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
5119 @end smallexample
5121 @noindent
5122 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
5123 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
5125 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
5126 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
5128 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
5129 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
5130 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
5131 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
5132 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
5133 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
5134 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
5135 of a single machine instruction.
5137 @node Attr Example
5138 @subsection Example of Attribute Specifications
5139 @cindex attribute specifications example
5140 @cindex attribute specifications
5142 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
5143 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
5144 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
5145 value.  This attribute is normally used only to define the default value
5146 for other attributes.  An example will clarify this usage.
5148 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
5149 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
5150 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
5151 operations, floating point operations, and branches.
5153 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
5154 the condition code and will limit ourselves to the following possible
5155 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
5156 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
5157 changed if the item previously set into the condition code has been
5158 modified.
5160 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
5162 @smallexample
5163 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
5165 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
5166              (cond [(eq_attr "type" "load")
5167                         (const_string "change0")
5168                     (eq_attr "type" "store,branch")
5169                         (const_string "unchanged")
5170                     (eq_attr "type" "arith")
5171                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
5172                                       (const_string "set")
5173                                       (const_string "clobber"))]
5174                    (const_string "clobber")))
5176 (define_insn ""
5177   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
5178         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
5179   ""
5180   "@@
5181    move %0,%1
5182    load %0,%1
5183    store %0,%1"
5184   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
5185 @end smallexample
5187 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
5188 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
5189 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
5190 full-word result.
5192 @node Insn Lengths
5193 @subsection Computing the Length of an Insn
5194 @cindex insn lengths, computing
5195 @cindex computing the length of an insn
5197 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
5198 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
5199 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
5200 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
5201 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
5202 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
5204 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
5205 arithmetic terms are allowed in test expressions:
5207 @table @code
5208 @cindex @code{match_dup} and attributes
5209 @item (match_dup @var{n})
5210 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
5211 must be a @code{label_ref}.
5213 @cindex @code{pc} and attributes
5214 @item (pc)
5215 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
5216 been more consistent with other usage to make this the address of the
5217 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
5218 current insn is to be computed.
5219 @end table
5221 @cindex @code{addr_vec}, length of
5222 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
5223 For normal insns, the length will be determined by value of the
5224 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
5225 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
5226 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
5228 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
5230 The following macros can be used to refine the length computation:
5232 @table @code
5233 @findex FIRST_INSN_ADDRESS
5234 @item FIRST_INSN_ADDRESS
5235 When the @code{length} insn attribute is used, this macro specifies the
5236 value to be assigned to the address of the first insn in a function.  If
5237 not specified, 0 is used.
5239 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
5240 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
5241 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
5242 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
5243 that contains the initially computed length of the insn and should be
5244 updated with the correct length of the insn.
5246 This macro will normally not be required.  A case in which it is
5247 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
5248 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
5249 may be required.
5250 @end table
5252 @findex get_attr_length
5253 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
5254 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
5255 determine the form of the branch instruction to be written, as the
5256 example below illustrates.
5258 As an example of the specification of variable-length branches, consider
5259 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
5260 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
5261 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
5262 sequence to load the address from memory and then branch to it.
5264 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
5265 as follows:
5267 @smallexample
5268 (define_insn "jump"
5269   [(set (pc)
5270         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
5271   ""
5273    return (get_attr_length (insn) == 4
5274            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
5276   [(set (attr "length")
5277         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
5278                       (const_int 4)
5279                       (const_int 6)))])
5280 @end smallexample
5282 @node Constant Attributes
5283 @subsection Constant Attributes
5284 @cindex constant attributes
5286 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
5287 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
5288 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
5289 used to specify which variety of processor is used.  For example,
5291 @smallexample
5292 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
5293  (const
5294   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
5295          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
5296         (const_string "m88000"))))
5298 (define_attr "memory" "fast,slow"
5299  (const
5300   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
5301                 (const_string "fast")
5302                 (const_string "slow"))))
5303 @end smallexample
5305 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
5306 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
5307 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
5308 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
5309 forms involving insn attributes.
5311 @node Delay Slots
5312 @subsection Delay Slot Scheduling
5313 @cindex delay slots, defining
5315 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
5316 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
5317 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
5318 after the instruction are executed as if they were located before it.
5319 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
5320 the following instruction before the branch or call is performed.
5322 On some machines, conditional branch instructions can optionally
5323 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
5324 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
5325 instructions that annul if the branch is true and instructions that
5326 annul if the branch is false are supported.
5328 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
5329 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
5330 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
5331 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
5332 instruction scheduling.
5334 @findex define_delay
5335 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
5336 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
5338 @smallexample
5339 (define_delay @var{test}
5340               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
5341                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
5342                @dots{}])
5343 @end smallexample
5345 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
5346 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
5347 required delay slots is determined by the length of the vector specified
5348 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
5349 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
5350 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
5351 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
5352 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
5353 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
5355 For example, in the common case where branch and call insns require
5356 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
5357 call, the following would be placed in the @file{md} file:
5359 @smallexample
5360 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
5361               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5362 @end smallexample
5364 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
5365 case, each such expression specifies different delay slot requirements
5366 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
5367 expressions are both true.
5369 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
5370 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
5371 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
5372 branch is true, we might represent this as follows:
5374 @smallexample
5375 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
5376    [(eq_attr "type" "!branch,call")
5377     (eq_attr "type" "!branch,call")
5378     (nil)])
5380 (define_delay (eq_attr "type" "call")
5381               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
5382                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5383 @end smallexample
5384 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
5386 @node Processor pipeline description
5387 @subsection Specifying processor pipeline description
5388 @cindex processor pipeline description
5389 @cindex processor functional units
5390 @cindex instruction latency time
5391 @cindex interlock delays
5392 @cindex data dependence delays
5393 @cindex reservation delays
5394 @cindex pipeline hazard recognizer
5395 @cindex automaton based pipeline description
5396 @cindex regular expressions
5397 @cindex deterministic finite state automaton
5398 @cindex automaton based scheduler
5399 @cindex RISC
5400 @cindex VLIW
5402 To achieve better performance, most modern processors
5403 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
5404 processors) have many @dfn{functional units} on which several
5405 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
5406 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
5407 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
5408 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
5409 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g. for some
5410 MIPS processors).
5412 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
5413 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
5414 latency time}.  The instruction execution is not started until all
5415 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
5416 complex cases when the instruction execution starts even when the data
5417 are not available but will be ready in given time after the
5418 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
5419 account is simple.  The data dependence (true, output, and
5420 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
5421 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
5422 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
5423 means that two instructions under execution will be in need of shared
5424 processors resources, i.e. buses, internal registers, and/or
5425 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
5426 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
5427 processors.
5429 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
5430 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
5431 instruction scheduler has to have an adequate description of the
5432 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  Currently GCC 
5433 provides two alternative ways to describe processor parallelism,
5434 both described below.  The first method is outlined in the next section;
5435 it was once the only method provided by GCC, and thus is used in a number
5436 of exiting ports.  The second, and preferred method, specifies functional
5437 unit reservations for groups of instructions with the aid of @dfn{regular
5438 expressions}.  This is called the @dfn{automaton based description}.    
5440 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
5441 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
5442 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
5443 automatically generated from the processor pipeline description.  The
5444 pipeline hazard recognizer generated from the automaton based
5445 description is more sophisticated and based on a deterministic finite
5446 state automaton (@acronym{DFA}) and therefore faster than one
5447 generated from the old description.  Furthermore, its speed is not dependent
5448 on processor complexity.  The instruction issue is possible if there is
5449 a transition from one automaton state to another one.
5451 You can use either model to describe processor pipeline
5452 characteristics or even mix them.  You could use the old description
5453 for some processor submodels and the @acronym{DFA}-based one for other
5454 processor submodels.
5456 In general, using the automaton based description is preferred.  Its
5457 model is richer and makes it possible to more accurately describe
5458 pipeline characteristics of processors, which results in improved
5459 code quality (although sometimes only marginally).  It will also be
5460 used as an infrastructure to implement sophisticated and practical
5461 instruction scheduling which will try many instruction sequences to
5462 choose the best one.
5465 @menu
5466 * Old pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
5467 * Automaton pipeline description:: Describing insn pipeline characteristics.
5468 * Comparison of the two descriptions:: Drawbacks of the old pipeline description
5469 @end menu
5471 @node Old pipeline description
5472 @subsubsection Specifying Function Units
5473 @cindex old pipeline description
5474 @cindex function units, for scheduling
5476 On most @acronym{RISC} machines, there are instructions whose results
5477 are not available for a specific number of cycles.  Common cases are
5478 instructions that load data from memory.  On many machines, a pipeline
5479 stall will result if the data is referenced too soon after the load
5480 instruction.
5482 In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
5483 one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
5484 stalls when a result that is needed is not yet ready.
5486 The descriptions in this section allow the specification of how much
5487 time must elapse between the execution of an instruction and the time
5488 when its result is used.  It also allows specification of when the
5489 execution of an instruction will delay execution of similar instructions
5490 due to function unit conflicts.
5492 For the purposes of the specifications in this section, a machine is
5493 divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
5494 class of instructions in first-in-first-out order.  Function units
5495 that accept one instruction each cycle and allow a result to be used
5496 in the succeeding instruction (usually via forwarding) need not be
5497 specified.  Classic @acronym{RISC} microprocessors will normally have
5498 a single function unit, which we can call @samp{memory}.  The newer
5499 ``superscalar'' processors will often have function units for floating
5500 point operations, usually at least a floating point adder and
5501 multiplier.
5503 @findex define_function_unit
5504 Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
5505 @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
5507 @smallexample
5508 (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
5509                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
5510                      [@var{conflict-list}])
5511 @end smallexample
5513 @var{name} is a string giving the name of the function unit.
5515 @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
5516 units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
5517 be scheduled independently.  Only truly independent units should be
5518 counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
5519 only common example of a machine that has multiple function units for a
5520 single instruction class that are truly independent and not pipelined
5521 are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
5523 @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
5524 executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
5525 if the unit is pipelined and has no limit.
5527 All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
5528 @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
5529 @var{simultaneity}.
5531 @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
5532 in this definition.  Note that an insn may use more than one function
5533 unit and a function unit may be specified in more than one
5534 @code{define_function_unit}.
5536 @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5537 after which the result of the instruction can be used without
5538 introducing any stalls.
5540 @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5541 after the instruction matching the @var{test} expression begins using
5542 this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
5543 indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
5544 be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
5545 value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
5546 @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
5547 For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
5548 unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
5549 insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
5551 @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
5552 for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
5553 to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
5554 particular insn matching @var{test} that is already executing in
5555 @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
5556 conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
5557 specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
5558 function unit.
5560 Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
5561 pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
5562 where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
5564 As an example, consider a classic @acronym{RISC} machine where the
5565 result of a load instruction is not available for two cycles (a single
5566 ``delay'' instruction is required) and where only one load instruction
5567 can be executed simultaneously.  This would be specified as:
5569 @smallexample
5570 (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
5571 @end smallexample
5573 For the case of a floating point function unit that can pipeline either
5574 single or double precision, but not both, the following could be specified:
5576 @smallexample
5577 (define_function_unit
5578    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
5579 (define_function_unit
5580    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
5581 @end smallexample
5583 @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
5584 and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
5585 expression.  It has recently come to our attention that these
5586 specifications may not allow modeling of some of the newer
5587 ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
5588 units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
5589 used during their execution and there is no way of representing that
5590 conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
5591 in such processors and suggestions for their representation.
5593 @node Automaton pipeline description
5594 @subsubsection Describing instruction pipeline characteristics
5595 @cindex automaton based pipeline description
5597 This section describes constructions of the automaton based processor
5598 pipeline description.  The order of constructions within the machine
5599 description file is not important.
5601 @findex define_automaton
5602 @cindex pipeline hazard recognizer
5603 The following optional construction describes names of automata
5604 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
5605 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
5606 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
5607 units to the automata, the total size of the automata is usually 
5608 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
5609 construction, only one finite state automaton is generated.
5611 @smallexample
5612 (define_automaton @var{automata-names})
5613 @end smallexample
5615 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
5616 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
5617 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
5618 @code{define_query_cpu_unit}.
5620 @findex define_cpu_unit
5621 @cindex processor functional units
5622 Each processor functional unit used in the description of instruction
5623 reservations should be described by the following construction.
5625 @smallexample
5626 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5627 @end smallexample
5629 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
5630 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
5631 for other goals.
5633 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5634 which the unit is bound.  The automaton should be described in
5635 construction @code{define_automaton}.  You should give
5636 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
5638 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
5639 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
5640 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
5641 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
5642 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
5643 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
5644 description of the subsequent constructions.
5646 @findex define_query_cpu_unit
5647 @cindex querying function unit reservations
5648 The following construction describes CPU functional units analogously
5649 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
5650 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
5651 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
5652 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
5653 be used for future code generation goals (e.g. to generate
5654 @acronym{VLIW} insn templates).
5656 @smallexample
5657 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5658 @end smallexample
5660 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
5661 separated by commas.
5663 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5664 which the unit is bound.
5666 @findex define_insn_reservation
5667 @cindex instruction latency time
5668 @cindex regular expressions
5669 @cindex data bypass
5670 The following construction is the major one to describe pipeline
5671 characteristics of an instruction.
5673 @smallexample
5674 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
5675                          @var{condition} @var{regexp})
5676 @end smallexample
5678 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
5679 instruction.  There is an important difference between the old
5680 description and the automaton based pipeline description.  The latency
5681 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
5682 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
5683 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
5684 zero and the cost of output dependencies is the difference between
5685 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
5686 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
5687 change the default costs for any description by using the target hook
5688 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
5690 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
5691 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
5692 the automaton description file generated for debugging.  The internal
5693 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
5694 good practice to use insn classes described in the processor manual.
5696 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
5697 construction.  You should remember that you will be in trouble if
5698 @var{condition} for two or more different
5699 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
5700 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
5701 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
5702 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
5703 the same value is quite difficult (especially if the conditions
5704 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
5705 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
5706 recognizer considerably.
5708 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
5709 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
5710 expression according to the following syntax:
5712 @smallexample
5713        regexp = regexp "," oneof
5714               | oneof
5716        oneof = oneof "|" allof
5717              | allof
5719        allof = allof "+" repeat
5720              | repeat
5722        repeat = element "*" number
5723               | element
5725        element = cpu_function_unit_name
5726                | reservation_name
5727                | result_name
5728                | "nothing"
5729                | "(" regexp ")"
5730 @end smallexample
5732 @itemize @bullet
5733 @item
5734 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
5735 the reservation.
5737 @item
5738 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
5739 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
5740 regular expression @strong{or} etc.
5742 @item
5743 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
5744 regular expression @strong{and} a reservation described by the
5745 second regular expression @strong{and} etc.
5747 @item
5748 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
5749 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
5750 advancing (see @samp{,}).
5752 @item
5753 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
5754 functional unit.
5756 @item
5757 @samp{reservation_name} --- see description of construction
5758 @samp{define_reservation}.
5760 @item
5761 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
5762 @end itemize
5764 @findex define_reservation
5765 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
5766 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
5767 the common part by the following construction
5769 @smallexample
5770 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
5771 @end smallexample
5773 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
5774 Functional unit names and reservation names are in the same name
5775 space.  So the reservation names should be different from the
5776 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
5778 @findex define_bypass
5779 @cindex instruction latency time
5780 @cindex data bypass
5781 The following construction is used to describe exceptions in the
5782 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
5784 @smallexample
5785 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
5786                [@var{guard}])
5787 @end smallexample
5789 @var{number} defines when the result generated by the instructions
5790 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
5791 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
5792 the string are separated by commas.
5794 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
5795 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
5796 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
5797 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
5798 recognize complicated bypasses, e.g. when the consumer is only an address
5799 of insn @samp{store} (not a stored value).
5801 @findex exclusion_set
5802 @findex presence_set
5803 @findex final_presence_set
5804 @findex absence_set
5805 @findex final_absence_set
5806 @cindex VLIW
5807 @cindex RISC
5808 The following five constructions are usually used to describe
5809 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
5810 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
5811 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
5813 @smallexample
5814 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
5815 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5816 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5817 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5818 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5819 @end smallexample
5821 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
5822 separated by commas.
5824 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
5825 separated by comma.  Currently pattern is is one unit or units
5826 separated by white-spaces.
5828 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
5829 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
5830 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
5831 example, the construction is useful for describing processors
5832 (e.g. some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
5833 functional unit which can execute simultaneously only single floating
5834 point insns or only double floating point insns.
5836 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
5837 functional unit in the first string can not be reserved unless at
5838 least one of pattern of units whose names are in the second string is
5839 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
5840 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
5841 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
5842 construction
5844 @smallexample
5845 (presence_set "slot1" "slot0")
5846 @end smallexample
5848 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
5849 reservation.  In this case we could write
5851 @smallexample
5852 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
5853 @end smallexample
5855 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
5856 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
5857 done.  When an instruction is issued in given automaton state
5858 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
5859 state is changed.  The first state is a source state, the second one
5860 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
5861 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
5862 done on the result reservation.  This construction is useful to
5863 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
5864 For example, if we use
5866 @smallexample
5867 (presence_set "slot1" "slot0")
5868 @end smallexample
5870 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
5871 @samp{slot0} which is absent in the source state).
5873 @smallexample
5874 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
5875 @end smallexample
5877 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
5879 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
5880 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
5881 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
5882 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
5883 this one but it is symmetric).  For example, it is useful for
5884 description that @acronym{VLIW} @samp{slot0} can not be reserved after
5885 @samp{slot1} or @samp{slot2} reservation.  We could describe it by the
5886 following construction
5888 @smallexample
5889 (absence_set "slot2" "slot0, slot1")
5890 @end smallexample
5892 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
5893 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
5894 this case we could write
5896 @smallexample
5897 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
5898 @end smallexample
5900 All functional units mentioned in a set should belong to the same
5901 automaton.
5903 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
5904 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
5905 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
5907 @findex automata_option
5908 @cindex deterministic finite state automaton
5909 @cindex nondeterministic finite state automaton
5910 @cindex finite state automaton minimization
5911 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
5912 the following construction.
5914 @smallexample
5915 (automata_option @var{options})
5916 @end smallexample
5918 @var{options} is a string giving options which affect the generated
5919 code.  Currently there are the following options:
5921 @itemize @bullet
5922 @item
5923 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
5924 only worth to do when we are debugging the description and need to
5925 look more accurately at reservations of states.
5927 @item
5928 @dfn{time} means printing additional time statistics about
5929 generation of automata.
5931 @item
5932 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
5933 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
5934 verification and debugging.
5936 @item
5937 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
5938 non-critical errors.
5940 @item
5941 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
5942 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
5943 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
5944 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
5945 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
5946 may be rejected by reservations in the subsequent insns.  You can not
5947 query functional unit reservations in nondeterministic automaton
5948 states.
5949 @end itemize
5951 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
5952 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
5953 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
5954 the following functional units.
5956 @smallexample
5957 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
5958 (define_cpu_unit "port0, port1")
5959 @end smallexample
5961 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
5962 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
5963 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
5964 are issued into the second pipeline.  Integer division and
5965 multiplication insns can be executed only in the second integer
5966 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
5967 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e. the subsequent
5968 integer division insn can not be issued until the current division
5969 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
5970 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
5971 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
5972 incurred.  To describe all of this we could specify
5974 @smallexample
5975 (define_cpu_unit "div")
5977 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
5978                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
5980 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
5981                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
5983 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
5984                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
5986 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
5987                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
5989 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
5990 @end smallexample
5992 To simplify the description we could describe the following reservation
5994 @smallexample
5995 (define_reservation "finish" "port0|port1")
5996 @end smallexample
5998 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
5999 construction
6001 @smallexample
6002 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
6003                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
6004 @end smallexample
6007 @node Comparison of the two descriptions
6008 @subsubsection Drawbacks of the old pipeline description
6009 @cindex old pipeline description
6010 @cindex automaton based pipeline description
6011 @cindex processor functional units
6012 @cindex interlock delays
6013 @cindex instruction latency time
6014 @cindex pipeline hazard recognizer
6015 @cindex data bypass
6017 The old instruction level parallelism description and the pipeline
6018 hazards recognizer based on it have the following drawbacks in
6019 comparison with the @acronym{DFA}-based ones:
6020   
6021 @itemize @bullet
6022 @item
6023 Each functional unit is believed to be reserved at the instruction
6024 execution start.  This is a very inaccurate model for modern
6025 processors.
6027 @item
6028 An inadequate description of instruction latency times.  The latency
6029 time is bound with a functional unit reserved by an instruction not
6030 with the instruction itself.  In other words, the description is
6031 oriented to describe at most one unit reservation by each instruction.
6032 It also does not permit to describe special bypasses between
6033 instruction pairs.
6035 @item
6036 The implementation of the pipeline hazard recognizer interface has
6037 constraints on number of functional units.  This is a number of bits
6038 in integer on the host machine.
6040 @item
6041 The interface to the pipeline hazard recognizer is more complex than
6042 one to the automaton based pipeline recognizer.
6044 @item
6045 An unnatural description when you write a unit and a condition which
6046 selects instructions using the unit.  Writing all unit reservations
6047 for an instruction (an instruction class) is more natural.
6049 @item
6050 The recognition of the interlock delays has a slow implementation.  The GCC
6051 scheduler supports structures which describe the unit reservations.
6052 The more functional units a processor has, the slower its pipeline hazard
6053 recognizer will be.  Such an implementation would become even slower when we
6054 allowed to
6055 reserve functional units not only at the instruction execution start.
6056 In an automaton based pipeline hazard recognizer, speed is not dependent
6057 on processor complexity.
6058 @end itemize
6060 @node Conditional Execution
6061 @section Conditional Execution
6062 @cindex conditional execution
6063 @cindex predication
6065 A number of architectures provide for some form of conditional
6066 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
6067 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
6068 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
6069 can be quite tedious to describe these forms directly in the
6070 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
6072 @findex define_cond_exec
6073 @smallexample
6074 (define_cond_exec
6075   [@var{predicate-pattern}]
6076   "@var{condition}"
6077   "@var{output-template}")
6078 @end smallexample
6080 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
6081 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
6082 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
6083 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
6084 alternative.
6086 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
6087 pattern to match.
6089 @findex current_insn_predicate
6090 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
6091 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
6092 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
6093 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
6094 In order to handle the general case, there is a global variable
6095 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
6096 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
6098 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
6099 the @code{predicable} instruction attribute is made.
6100 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
6101 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
6102 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
6103 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
6104 alternative or anything else.
6106 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
6107 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
6108 generated that matches a predicated version of the instruction.
6109 For example,
6111 @smallexample
6112 (define_insn "addsi"
6113   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6114         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6115                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
6116   "@var{test1}"
6117   "add %2,%1,%0")
6119 (define_cond_exec
6120   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
6121        (const_int 0))]
6122   "@var{test2}"
6123   "(%0)")
6124 @end smallexample
6126 @noindent
6127 generates a new pattern
6129 @smallexample
6130 (define_insn ""
6131   [(cond_exec
6132      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
6133      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6134           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6135                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
6136   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
6137   "(%3) add %2,%1,%0")
6138 @end smallexample
6140 @node Constant Definitions
6141 @section Constant Definitions
6142 @cindex constant definitions
6143 @findex define_constants
6145 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
6146 can be a maintenance problem.
6148 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
6149 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
6150 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
6151 if the corresponding value had been written instead.  You may use
6152 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
6153 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
6154 a different value.
6156 To come back to the a29k load multiple example, instead of
6158 @smallexample
6159 (define_insn ""
6160   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6161      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6162            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6163       (use (reg:SI 179))
6164       (clobber (reg:SI 179))])]
6165   ""
6166   "loadm 0,0,%1,%2")
6167 @end smallexample
6169 You could write:
6171 @smallexample
6172 (define_constants [
6173     (R_BP 177)
6174     (R_FC 178)
6175     (R_CR 179)
6176     (R_Q  180)
6179 (define_insn ""
6180   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6181      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6182            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6183       (use (reg:SI R_CR))
6184       (clobber (reg:SI R_CR))])]
6185   ""
6186   "loadm 0,0,%1,%2")
6187 @end smallexample
6189 The constants that are defined with a define_constant are also output
6190 in the insn-codes.h header file as #defines.
6191 @end ifset