* configure.in (arm*-*-eabi*): New target.
[official-gcc.git] / gcc / doc / md.texi
blob0e35053aaad061b475e370763ddaf0aa951b933a
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001,
2 @c 2002, 2003, 2004 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 @smallexample
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 smallexample
197 @noindent
198 This can also be written using braced strings:
200 @smallexample
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 smallexample
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_integer_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) == RTX_COMM_ARITH
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 @end table
494 @node Output Template
495 @section Output Templates and Operand Substitution
496 @cindex output templates
497 @cindex operand substitution
499 @cindex @samp{%} in template
500 @cindex percent sign
501 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
502 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
503 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
504 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
505 identify places where different variants of the assembler require
506 different syntax.
508 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
509 operand @var{n} at that point in the string.
511 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
512 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
513 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
514 additional letters with nonstandard meanings.
516 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
517 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
518 operand.
520 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
521 the constant is negated before printing.
523 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
524 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
525 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
526 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
527 as if it were a memory reference.
529 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
530 instruction.
532 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
533 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
534 referred to more than once in a single template that generates multiple
535 assembler instructions.
537 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
538 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
539 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
540 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
541 which punctuation characters are valid with the
542 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
544 @cindex \
545 @cindex backslash
546 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
547 for the instructions, with @samp{\;} between them.
549 @cindex matching operands
550 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
551 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
552 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
553 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
554 operand.
556 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
557 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
558 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
559 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
560 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
561 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
562 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
563 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
564 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
565 it to do nothing.
567 @cindex @code{#} in template
568 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
569 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
570 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
571 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
572 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
573 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
574 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
575 instructions.
577 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
578 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
579 describe multiple variants of assembler language syntax.
580 @xref{Instruction Output}.
582 @node Output Statement
583 @section C Statements for Assembler Output
584 @cindex output statements
585 @cindex C statements for assembler output
586 @cindex generating assembler output
588 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
589 assembler code for all the cases that are recognized by a single
590 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
591 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
592 machine instructions.
594 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
595 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
596 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
597 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
598 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
599 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
600 might write this pattern:
602 @smallexample
603 (define_insn "addsi3"
604   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
605         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
606                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
607   ""
608   "@@
609    addr %2,%0
610    addm %2,%0")
611 @end smallexample
613 @cindex @code{*} in template
614 @cindex asterisk in template
615 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
616 output template but rather a piece of C program that should compute a
617 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
618 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
619 require doublequote characters to delimit them.  To include these
620 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
622 If the output control string is written as a brace block instead of a
623 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
624 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
625 doublequotes surrounding C string literals.
627 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
628 is @code{rtx []}.
630 It is very common to select different ways of generating assembler code
631 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
632 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
633 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
634 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
635 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
636 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
637 values of those bits.
639 @findex output_asm_insn
640 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
641 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
642 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
643 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
644 that you declare locally and initialize yourself.
646 @findex which_alternative
647 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
648 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
649 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
650 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
651 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
652 etc.).
654 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
655 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
656 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
658 @smallexample
659 (define_insn ""
660   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
661         (const_int 0))]
662   ""
663   @{
664   return (which_alternative == 0
665           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
666   @})
667 @end smallexample
669 The example above, where the assembler code to generate was
670 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
671 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
673 @smallexample
674 @group
675 (define_insn ""
676   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
677         (const_int 0))]
678   ""
679   "@@
680    clrreg %0
681    clrmem %0")
682 @end group
683 @end smallexample
684 @end ifset
686 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
687 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
688 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
689 @ifset INTERNALS
690 @node Constraints
691 @section Operand Constraints
692 @cindex operand constraints
693 @cindex constraints
695 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify a
696 constraint for the type of operands allowed.
697 @end ifset
698 @ifclear INTERNALS
699 @node Constraints
700 @section Constraints for @code{asm} Operands
701 @cindex operand constraints, @code{asm}
702 @cindex constraints, @code{asm}
703 @cindex @code{asm} constraints
705 Here are specific details on what constraint letters you can use with
706 @code{asm} operands.
707 @end ifclear
708 Constraints can say whether
709 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
710 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
711 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
712 have.  Constraints can also require two operands to match.
714 @ifset INTERNALS
715 @menu
716 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
717 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
718 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
719 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
720 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
721 @end menu
722 @end ifset
724 @ifclear INTERNALS
725 @menu
726 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
727 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
728 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
729 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
730 @end menu
731 @end ifclear
733 @node Simple Constraints
734 @subsection Simple Constraints
735 @cindex simple constraints
737 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
738 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
739 the letters that are allowed:
741 @table @asis
742 @item whitespace
743 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
744 except the first.  This enables each alternative for different operands to
745 be visually aligned in the machine description even if they have different
746 number of constraints and modifiers.
748 @cindex @samp{m} in constraint
749 @cindex memory references in constraints
750 @item @samp{m}
751 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
752 supports in general.
754 @cindex offsettable address
755 @cindex @samp{o} in constraint
756 @item @samp{o}
757 A memory operand is allowed, but only if the address is
758 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
759 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
760 may be added to the address and the result is also a valid memory
761 address.
763 @cindex autoincrement/decrement addressing
764 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
765 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
766 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
767 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
768 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
769 addresses may or may not be offsettable depending on the other
770 addressing modes that the machine supports.
772 Note that in an output operand which can be matched by another
773 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
774 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
775 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
777 @cindex @samp{V} in constraint
778 @item @samp{V}
779 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
780 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
782 @cindex @samp{<} in constraint
783 @item @samp{<}
784 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
785 postdecrement) is allowed.
787 @cindex @samp{>} in constraint
788 @item @samp{>}
789 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
790 postincrement) is allowed.
792 @cindex @samp{r} in constraint
793 @cindex registers in constraints
794 @item @samp{r}
795 A register operand is allowed provided that it is in a general
796 register.
798 @cindex constants in constraints
799 @cindex @samp{i} in constraint
800 @item @samp{i}
801 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
802 This includes symbolic constants whose values will be known only at
803 assembly time or later.
805 @cindex @samp{n} in constraint
806 @item @samp{n}
807 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
808 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
809 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
810 rather than @samp{i}.
812 @cindex @samp{I} in constraint
813 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
814 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
815 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
816 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
817 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
818 This is the range permitted as a shift count in the shift
819 instructions.
821 @cindex @samp{E} in constraint
822 @item @samp{E}
823 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
824 allowed, but only if the target floating point format is the same as
825 that of the host machine (on which the compiler is running).
827 @cindex @samp{F} in constraint
828 @item @samp{F}
829 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
830 @code{const_vector}) is allowed.
832 @cindex @samp{G} in constraint
833 @cindex @samp{H} in constraint
834 @item @samp{G}, @samp{H}
835 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
836 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
838 @cindex @samp{s} in constraint
839 @item @samp{s}
840 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
841 allowed.
843 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
844 value not known at compile time, it certainly must allow any known
845 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
846 better code to be generated.
848 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
849 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
850 and 127, better code results from loading the value into a register and
851 using the register.  This is because the load into the register can be
852 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
853 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
854 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
855 constraints.
857 @cindex @samp{g} in constraint
858 @item @samp{g}
859 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
860 registers that are not general registers.
862 @cindex @samp{X} in constraint
863 @item @samp{X}
864 @ifset INTERNALS
865 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
866 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
867 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
868 require a scratch register.
869 @end ifset
870 @ifclear INTERNALS
871 Any operand whatsoever is allowed.
872 @end ifclear
874 @cindex @samp{0} in constraint
875 @cindex digits in constraint
876 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
877 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
878 digit is used together with letters within the same alternative, the
879 digit should come last.
881 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
882 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
883 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
884 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
885 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
886 can use multiple alternatives instead.
888 @cindex matching constraint
889 @cindex constraint, matching
890 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
891 that the assembler has only a single operand that fills two roles
892 @ifset INTERNALS
893 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
894 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
895 @end ifset
896 @ifclear INTERNALS
897 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
898 two input operands and an output operand, but on most CISC
899 @end ifclear
900 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
901 input-output operand:
903 @smallexample
904 addl #35,r12
905 @end smallexample
907 Matching constraints are used in these circumstances.
908 More precisely, the two operands that match must include one input-only
909 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
910 smaller number than the number of the operand that uses it in the
911 constraint.
913 @ifset INTERNALS
914 For operands to match in a particular case usually means that they
915 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
916 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
917 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
918 For proper results in such cases, the output template should always
919 use the output-operand's number when printing the operand.
920 @end ifset
922 @cindex load address instruction
923 @cindex push address instruction
924 @cindex address constraints
925 @cindex @samp{p} in constraint
926 @item @samp{p}
927 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
928 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
930 @findex address_operand
931 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
932 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
933 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
934 reference for which the address would be valid.
936 @cindex other register constraints
937 @cindex extensible constraints
938 @item @var{other-letters}
939 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
940 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
941 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
942 for data, address and floating point registers.
944 @ifset INTERNALS
945 The machine description macro @code{REG_CLASS_FROM_LETTER} has first
946 cut at the otherwise unused letters.  If it evaluates to @code{NO_REGS},
947 then @code{EXTRA_CONSTRAINT} is evaluated.
949 A typical use for @code{EXTRA_CONSTRAINT} would be to distinguish certain
950 types of memory references that affect other insn operands.
951 @end ifset
952 @end table
954 @ifset INTERNALS
955 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
956 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
957 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
958 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
959 done by copying an operand into a register.
961 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
963 @smallexample
964 (define_insn ""
965   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
966         (plus:SI (match_dup 0)
967                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
968   ""
969   "@dots{}")
970 @end smallexample
972 @noindent
973 which has two operands, one of which must appear in two places, and
975 @smallexample
976 (define_insn ""
977   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
978         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
979                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
980   ""
981   "@dots{}")
982 @end smallexample
984 @noindent
985 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
986 identical.  If we are considering an insn of the form
988 @smallexample
989 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
990   (set (reg:SI 3)
991        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
992   @dots{})
993 @end smallexample
995 @noindent
996 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
997 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
998 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
999 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1000 is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
1001 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1002 results might look like this:
1004 @smallexample
1005 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1006   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1007   @dots{})
1009 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1010   (set (reg:SI 3)
1011        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1012   @dots{})
1013 @end smallexample
1015 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1016 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1017 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1018 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1019 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1020 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1021 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1022 reloading any possible operand so that it will fit.
1024 @itemize @bullet
1025 @item
1026 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1027 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1029 For example, an operand whose constraints permit everything except
1030 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1032 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1033 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1034 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1035 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1036 more selective.
1038 @item
1039 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1040 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1041 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1042 compiler knows how to copy a register into another register of the
1043 proper class in order to make an instruction valid.
1045 @cindex nonoffsettable memory reference
1046 @cindex memory reference, nonoffsettable
1047 @item
1048 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1049 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1050 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1052 @item
1053 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1054 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1055 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1056 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1058 @item
1059 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1060 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1061 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1062 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1063 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1064 objects allowed by the constraint.
1065 @end itemize
1067 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1068 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1069 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1070 how to copy a register temporarily into memory.
1072 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1073 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1074 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1075 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1076 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1077 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1078 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1079 @code{sign_extend}.
1080 @end ifset
1082 @node Multi-Alternative
1083 @subsection Multiple Alternative Constraints
1084 @cindex multiple alternative constraints
1086 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1087 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1088 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1089 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1090 another.
1092 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1093 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1094 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1095 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1096 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1097 @ifset INTERNALS
1098 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1100 @smallexample
1101 (define_insn "iorsi3"
1102   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1103         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1104                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1105   @dots{})
1106 @end smallexample
1108 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1109 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1110 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1111 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1112 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1113 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1114 @end ifset
1116 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1117 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1118 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1119 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1120 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1121 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1122 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1124 @table @code
1125 @cindex @samp{?} in constraint
1126 @cindex question mark
1127 @item ?
1128 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1129 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1130 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1131 in it.
1133 @cindex @samp{!} in constraint
1134 @cindex exclamation point
1135 @item !
1136 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1137 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1138 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1139 @end table
1141 @ifset INTERNALS
1142 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1143 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1144 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1145 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1146 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1147 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1148 @end ifset
1150 @ifset INTERNALS
1151 @node Class Preferences
1152 @subsection Register Class Preferences
1153 @cindex class preference constraints
1154 @cindex register class preference constraints
1156 @cindex voting between constraint alternatives
1157 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1158 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1159 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1160 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1161 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1162 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1163 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1164 favor of a general register.  The machine description says which registers
1165 are considered general.
1167 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1168 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1169 @end ifset
1171 @node Modifiers
1172 @subsection Constraint Modifier Characters
1173 @cindex modifiers in constraints
1174 @cindex constraint modifier characters
1176 @c prevent bad page break with this line
1177 Here are constraint modifier characters.
1179 @table @samp
1180 @cindex @samp{=} in constraint
1181 @item =
1182 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1183 value is discarded and replaced by output data.
1185 @cindex @samp{+} in constraint
1186 @item +
1187 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1189 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1190 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1191 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1192 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1193 are assumed to be input only.
1195 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1196 first character of the constraint string.
1198 @cindex @samp{&} in constraint
1199 @cindex earlyclobber operand
1200 @item &
1201 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1202 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1203 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1204 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1205 address.
1207 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1208 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1209 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1210 @samp{movdf} insn of the 68000.
1212 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1213 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1214 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1215 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1216 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1218 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1220 @cindex @samp{%} in constraint
1221 @item %
1222 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1223 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1224 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1225 constraints.
1226 @ifset INTERNALS
1227 This is often used in patterns for addition instructions
1228 that really have only two operands: the result must go in one of the
1229 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1230 instruction is defined:
1232 @smallexample
1233 (define_insn "addhi3"
1234   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1235      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1236               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1237   @dots{})
1238 @end smallexample
1239 @end ifset
1240 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1241 the compiler may fail.
1243 @cindex @samp{#} in constraint
1244 @item #
1245 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1246 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1247 register preferences.
1249 @cindex @samp{*} in constraint
1250 @item *
1251 Says that the following character should be ignored when choosing
1252 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1253 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1255 @ifset INTERNALS
1256 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1257 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1258 copying it into an address register.  While either kind of register is
1259 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1260 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1261 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1262 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1263 register preferences.
1265 @smallexample
1266 (define_insn "extendhisi2"
1267   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1268         (sign_extend:SI
1269          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1270   @dots{})
1271 @end smallexample
1272 @end ifset
1273 @end table
1275 @node Machine Constraints
1276 @subsection Constraints for Particular Machines
1277 @cindex machine specific constraints
1278 @cindex constraints, machine specific
1280 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1281 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1282 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1283 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1284 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1285 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1286 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1287 immediate-constant format.
1289 For each machine architecture, the
1290 @file{config/@var{machine}/@var{machine}.h} file defines additional
1291 constraints.  These constraints are used by the compiler itself for
1292 instruction generation, as well as for @code{asm} statements; therefore,
1293 some of the constraints are not particularly interesting for @code{asm}.
1294 The constraints are defined through these macros:
1296 @table @code
1297 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1298 Register class constraints (usually lowercase).
1300 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1301 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1302 word size or smaller precision (usually uppercase).
1304 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1305 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1306 constants of greater than word size precision (usually uppercase).
1308 @item EXTRA_CONSTRAINT
1309 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1310 is only defined for some machines.
1311 @end table
1313 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1314 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1315 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1316 available on some particular machines.
1318 @table @emph
1319 @item ARM family---@file{arm.h}
1320 @table @code
1321 @item f
1322 Floating-point register
1324 @item w
1325 VFP floating-point register
1327 @item F
1328 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1329 or 10.0
1331 @item G
1332 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1333 were negated
1335 @item I
1336 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1337 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1338 multiple of 2
1340 @item J
1341 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1343 @item K
1344 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1346 @item L
1347 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1349 @item M
1350 Integer in the range 0 to 32
1352 @item Q
1353 A memory reference where the exact address is in a single register
1354 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1356 @item R
1357 An item in the constant pool
1359 @item S
1360 A symbol in the text segment of the current file
1361 @end table
1363 @item Uv
1364 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1366 @item Uy
1367 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1369 @item Uq
1370 A memory reference suitable for for the ARMv4 ldrsb instruction.
1372 @item AVR family---@file{avr.h}
1373 @table @code
1374 @item l
1375 Registers from r0 to r15
1377 @item a
1378 Registers from r16 to r23
1380 @item d
1381 Registers from r16 to r31
1383 @item w
1384 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1386 @item e
1387 Pointer register (r26--r31)
1389 @item b
1390 Base pointer register (r28--r31)
1392 @item q
1393 Stack pointer register (SPH:SPL)
1395 @item t
1396 Temporary register r0
1398 @item x
1399 Register pair X (r27:r26)
1401 @item y
1402 Register pair Y (r29:r28)
1404 @item z
1405 Register pair Z (r31:r30)
1407 @item I
1408 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1410 @item J
1411 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1413 @item K
1414 Constant integer 2
1416 @item L
1417 Constant integer 0
1419 @item M
1420 Constant that fits in 8 bits
1422 @item N
1423 Constant integer @minus{}1
1425 @item O
1426 Constant integer 8, 16, or 24
1428 @item P
1429 Constant integer 1
1431 @item G
1432 A floating point constant 0.0
1433 @end table
1435 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1436 @table @code
1437 @item b
1438 Address base register
1440 @item f
1441 Floating point register
1443 @item v
1444 Vector register
1446 @item h
1447 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1449 @item q
1450 @samp{MQ} register
1452 @item c
1453 @samp{CTR} register
1455 @item l
1456 @samp{LINK} register
1458 @item x
1459 @samp{CR} register (condition register) number 0
1461 @item y
1462 @samp{CR} register (condition register)
1464 @item z
1465 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1467 @item I
1468 Signed 16-bit constant
1470 @item J
1471 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1472 @code{SImode} constants)
1474 @item K
1475 Unsigned 16-bit constant
1477 @item L
1478 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1480 @item M
1481 Constant larger than 31
1483 @item N
1484 Exact power of 2
1486 @item O
1487 Zero
1489 @item P
1490 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1492 @item G
1493 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1494 instruction per word
1496 @item Q
1497 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1498 for @code{asm} statements)
1500 @item R
1501 AIX TOC entry
1503 @item S
1504 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1506 @item T
1507 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1509 @item U
1510 System V Release 4 small data area reference
1511 @end table
1513 @item Intel 386---@file{i386.h}
1514 @table @code
1515 @item q
1516 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register for the i386.
1517 For x86-64 it is equivalent to @samp{r} class. (for 8-bit instructions that
1518 do not use upper halves)
1520 @item Q
1521 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register. (for 8-bit instructions,
1522 that do use upper halves)
1524 @item R
1525 Legacy register---equivalent to @code{r} class in i386 mode.
1526 (for non-8-bit registers used together with 8-bit upper halves in a single
1527 instruction)
1529 @item A
1530 Specifies the @samp{a} or @samp{d} registers.  This is primarily useful
1531 for 64-bit integer values (when in 32-bit mode) intended to be returned
1532 with the @samp{d} register holding the most significant bits and the
1533 @samp{a} register holding the least significant bits.
1535 @item f
1536 Floating point register
1538 @item t
1539 First (top of stack) floating point register
1541 @item u
1542 Second floating point register
1544 @item a
1545 @samp{a} register
1547 @item b
1548 @samp{b} register
1550 @item c
1551 @samp{c} register
1553 @item C
1554 Specifies constant that can be easily constructed in SSE register without
1555 loading it from memory.
1557 @item d
1558 @samp{d} register
1560 @item D
1561 @samp{di} register
1563 @item S
1564 @samp{si} register
1566 @item x
1567 @samp{xmm} SSE register
1569 @item y
1570 MMX register
1572 @item I
1573 Constant in range 0 to 31 (for 32-bit shifts)
1575 @item J
1576 Constant in range 0 to 63 (for 64-bit shifts)
1578 @item K
1579 @samp{0xff}
1581 @item L
1582 @samp{0xffff}
1584 @item M
1585 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1587 @item N
1588 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1590 @item Z
1591 Constant in range 0 to @code{0xffffffff} or symbolic reference known to fit specified range.
1592 (for using immediates in zero extending 32-bit to 64-bit x86-64 instructions)
1594 @item e
1595 Constant in range @minus{}2147483648 to 2147483647 or symbolic reference known to fit specified range.
1596 (for using immediates in 64-bit x86-64 instructions)
1598 @item G
1599 Standard 80387 floating point constant
1600 @end table
1602 @item Intel IA-64---@file{ia64.h}
1603 @table @code
1604 @item a
1605 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
1607 @item b
1608 Branch register
1610 @item c
1611 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
1613 @item d
1614 Application register residing in M-unit
1616 @item e
1617 Application register residing in I-unit
1619 @item f
1620 Floating-point register
1622 @item m
1623 Memory operand.
1624 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
1625 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
1626 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
1628 @item G
1629 Floating-point constant 0.0 or 1.0
1631 @item I
1632 14-bit signed integer constant
1634 @item J
1635 22-bit signed integer constant
1637 @item K
1638 8-bit signed integer constant for logical instructions
1640 @item L
1641 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
1643 @item M
1644 6-bit unsigned integer constant for shift counts
1646 @item N
1647 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
1649 @item O
1650 The constant zero
1652 @item P
1653 0 or -1 for @code{dep} instruction
1655 @item Q
1656 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
1658 @item R
1659 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
1661 @item S
1662 Memory operand except postincrement and postdecrement
1663 @end table
1665 @item FRV---@file{frv.h}
1666 @table @code
1667 @item a
1668 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1670 @item b
1671 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1673 @item c
1674 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
1675 @code{icc0} to @code{icc3}).
1677 @item d
1678 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1680 @item e
1681 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1682 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
1683 mode larger than 4 bytes.
1685 @item f
1686 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1688 @item h
1689 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1690 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
1691 mode larger than 4 bytes.
1693 @item l
1694 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
1696 @item q
1697 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
1698 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
1699 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
1701 @item t
1702 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
1704 @item u
1705 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
1707 @item v
1708 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
1710 @item w
1711 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
1713 @item x
1714 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1715 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
1716 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
1718 @item z
1719 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
1721 @item A
1722 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1724 @item B
1725 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
1727 @item C
1728 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
1730 @item G
1731 Floating point constant zero
1733 @item I
1734 6-bit signed integer constant
1736 @item J
1737 10-bit signed integer constant
1739 @item L
1740 16-bit signed integer constant
1742 @item M
1743 16-bit unsigned integer constant
1745 @item N
1746 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
1747 range of @minus{}2048 to @minus{}1
1749 @item O
1750 Constant zero
1752 @item P
1753 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
1754 range of 1 to 2047.
1756 @end table
1758 @item IP2K---@file{ip2k.h}
1759 @table @code
1760 @item a
1761 @samp{DP} or @samp{IP} registers (general address)
1763 @item f
1764 @samp{IP} register
1766 @item j
1767 @samp{IPL} register
1769 @item k
1770 @samp{IPH} register
1772 @item b
1773 @samp{DP} register
1775 @item y
1776 @samp{DPH} register
1778 @item z
1779 @samp{DPL} register
1781 @item q
1782 @samp{SP} register
1784 @item c
1785 @samp{DP} or @samp{SP} registers (offsettable address)
1787 @item d
1788 Non-pointer registers (not @samp{SP}, @samp{DP}, @samp{IP})
1790 @item u
1791 Non-SP registers (everything except @samp{SP})
1793 @item R
1794 Indirect through @samp{IP} - Avoid this except for @code{QImode}, since we
1795 can't access extra bytes
1797 @item S
1798 Indirect through @samp{SP} or @samp{DP} with short displacement (0..127)
1800 @item T
1801 Data-section immediate value
1803 @item I
1804 Integers from @minus{}255 to @minus{}1
1806 @item J
1807 Integers from 0 to 7---valid bit number in a register
1809 @item K
1810 Integers from 0 to 127---valid displacement for addressing mode
1812 @item L
1813 Integers from 1 to 127
1815 @item M
1816 Integer @minus{}1
1818 @item N
1819 Integer 1
1821 @item O
1822 Zero
1824 @item P
1825 Integers from 0 to 255
1826 @end table
1828 @item MIPS---@file{mips.h}
1829 @table @code
1830 @item d
1831 General-purpose integer register
1833 @item f
1834 Floating-point register (if available)
1836 @item h
1837 @samp{Hi} register
1839 @item l
1840 @samp{Lo} register
1842 @item x
1843 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
1845 @item y
1846 General-purpose integer register
1848 @item z
1849 Floating-point status register
1851 @item I
1852 Signed 16-bit constant (for arithmetic instructions)
1854 @item J
1855 Zero
1857 @item K
1858 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
1860 @item L
1861 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
1863 @item M
1864 32-bit constant which requires two instructions to load (a constant
1865 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
1867 @item N
1868 Negative 16-bit constant
1870 @item O
1871 Exact power of two
1873 @item P
1874 Positive 16-bit constant
1876 @item G
1877 Floating point zero
1879 @item Q
1880 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
1881 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1883 @item R
1884 Memory reference that can be loaded with one instruction
1885 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1887 @item S
1888 Memory reference in external OSF/rose PIC format
1889 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1890 @end table
1892 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
1893 @table @code
1894 @item a
1895 Address register
1897 @item d
1898 Data register
1900 @item f
1901 68881 floating-point register, if available
1903 @item I
1904 Integer in the range 1 to 8
1906 @item J
1907 16-bit signed number
1909 @item K
1910 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
1912 @item L
1913 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
1915 @item M
1916 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
1918 @item G
1919 Floating point constant that is not a 68881 constant
1920 @end table
1922 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{m68hc11.h}
1923 @table @code
1924 @item a
1925 Register 'a'
1927 @item b
1928 Register 'b'
1930 @item d
1931 Register 'd'
1933 @item q
1934 An 8-bit register
1936 @item t
1937 Temporary soft register _.tmp
1939 @item u
1940 A soft register _.d1 to _.d31
1942 @item w
1943 Stack pointer register
1945 @item x
1946 Register 'x'
1948 @item y
1949 Register 'y'
1951 @item z
1952 Pseudo register 'z' (replaced by 'x' or 'y' at the end)
1954 @item A
1955 An address register: x, y or z
1957 @item B
1958 An address register: x or y
1960 @item D
1961 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
1963 @item L
1964 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
1966 @item M
1967 Constants whose 16-bit low part is zero
1969 @item N
1970 Constant integer 1 or @minus{}1
1972 @item O
1973 Constant integer 16
1975 @item P
1976 Constants in the range @minus{}8 to 2
1978 @end table
1980 @need 1000
1981 @item SPARC---@file{sparc.h}
1982 @table @code
1983 @item f
1984 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
1985 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
1987 @item e
1988 Floating-point register. It is equivalent to @samp{f} on the
1989 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
1990 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
1992 @item c
1993 Floating-point condition code register.
1995 @item d
1996 Lower floating-point register. It is only valid on the SPARC-V9
1997 architecture when the Visual Instruction Set is available.
1999 @item b
2000 Floating-point register. It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2001 when the Visual Instruction Set is available.
2003 @item h
2004 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2006 @item I
2007 Signed 13-bit constant
2009 @item J
2010 Zero
2012 @item K
2013 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2014 loaded with the @code{sethi} instruction)
2016 @item L
2017 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2019 @item M
2020 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2022 @item N
2023 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2024 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2025 modes wider than @code{SImode}
2027 @item O
2028 The constant 4096
2030 @item G
2031 Floating-point zero
2033 @item H
2034 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2036 @item Q
2037 Floating-point constant whose integral representation can
2038 be moved into an integer register using a single sethi
2039 instruction
2041 @item R
2042 Floating-point constant whose integral representation can
2043 be moved into an integer register using a single mov
2044 instruction
2046 @item S
2047 Floating-point constant whose integral representation can
2048 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2049 instruction sequence
2051 @item T
2052 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2054 @item U
2055 Even register
2057 @item W
2058 Memory address for @samp{e} constraint registers.
2060 @end table
2062 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
2063 @table @code
2064 @item a
2065 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2067 @item b
2068 Stack pointer register (sp)
2070 @item c
2071 Standard (32-bit) precision integer register
2073 @item f
2074 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2076 @item k
2077 Block count register (bk)
2079 @item q
2080 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2082 @item t
2083 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2085 @item u
2086 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2088 @item v
2089 Repeat count register (rc)
2091 @item x
2092 Index register (ir0-ir1)
2094 @item y
2095 Status (condition code) register (st)
2097 @item z
2098 Data page register (dp)
2100 @item G
2101 Floating-point zero
2103 @item H
2104 Immediate 16-bit floating-point constant
2106 @item I
2107 Signed 16-bit constant
2109 @item J
2110 Signed 8-bit constant
2112 @item K
2113 Signed 5-bit constant
2115 @item L
2116 Unsigned 16-bit constant
2118 @item M
2119 Unsigned 8-bit constant
2121 @item N
2122 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2124 @item O
2125 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2127 @item Q
2128 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2130 @item R
2131 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2133 @item S
2134 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2136 @item T
2137 Direct memory reference
2139 @item U
2140 Symbolic address
2142 @end table
2144 @item S/390 and zSeries---@file{s390.h}
2145 @table @code
2146 @item a
2147 Address register (general purpose register except r0)
2149 @item d
2150 Data register (arbitrary general purpose register)
2152 @item f
2153 Floating-point register
2155 @item I
2156 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2158 @item J
2159 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2161 @item K
2162 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2164 @item L
2165 Value appropriate as displacement.
2166 @table @code
2167        @item (0..4095)
2168        for short displacement
2169        @item (-524288..524287)
2170        for long displacement
2171 @end table
2173 @item M
2174 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
2176 @item N
2177 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
2178 @table @code
2179          @item 0..9:
2180          number of the part counting from most to least significant
2181          @item H,Q:
2182          mode of the part
2183          @item D,S,H:
2184          mode of the containing operand
2185          @item 0,F:
2186          value of the other parts (F - all bits set)
2187 @end table
2188 The constraint matches if the specified part of a constant
2189 has a value different from it's other parts.
2191 @item Q
2192 Memory reference without index register and with short displacement.
2194 @item R
2195 Memory reference with index register and short displacement.
2197 @item S
2198 Memory reference without index register but with long displacement.
2200 @item T
2201 Memory reference with index register and long displacement.
2203 @item U
2204 Pointer with short displacement.
2206 @item W
2207 Pointer with long displacement.
2209 @item Y
2210 Shift count operand.
2212 @end table
2214 @item Xstormy16---@file{stormy16.h}
2215 @table @code
2216 @item a
2217 Register r0.
2219 @item b
2220 Register r1.
2222 @item c
2223 Register r2.
2225 @item d
2226 Register r8.
2228 @item e
2229 Registers r0 through r7.
2231 @item t
2232 Registers r0 and r1.
2234 @item y
2235 The carry register.
2237 @item z
2238 Registers r8 and r9.
2240 @item I
2241 A constant between 0 and 3 inclusive.
2243 @item J
2244 A constant that has exactly one bit set.
2246 @item K
2247 A constant that has exactly one bit clear.
2249 @item L
2250 A constant between 0 and 255 inclusive.
2252 @item M
2253 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2255 @item N
2256 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2258 @item O
2259 A constant between 1 and 4 inclusive.
2261 @item P
2262 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2264 @item Q
2265 A memory reference that is a stack push.
2267 @item R
2268 A memory reference that is a stack pop.
2270 @item S
2271 A memory reference that refers to a constant address of known value.
2273 @item T
2274 The register indicated by Rx (not implemented yet).
2276 @item U
2277 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
2279 @item Z
2280 The constant 0.
2282 @end table
2284 @item Xtensa---@file{xtensa.h}
2285 @table @code
2286 @item a
2287 General-purpose 32-bit register
2289 @item b
2290 One-bit boolean register
2292 @item A
2293 MAC16 40-bit accumulator register
2295 @item I
2296 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
2298 @item J
2299 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
2301 @item K
2302 Integer constant valid for BccI instructions
2304 @item L
2305 Unsigned constant valid for BccUI instructions
2307 @end table
2309 @end table
2311 @ifset INTERNALS
2312 @node Standard Names
2313 @section Standard Pattern Names For Generation
2314 @cindex standard pattern names
2315 @cindex pattern names
2316 @cindex names, pattern
2318 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
2319 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
2320 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
2321 pattern to accomplish a certain task.
2323 @table @asis
2324 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
2325 @item @samp{mov@var{m}}
2326 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
2327 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
2328 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
2330 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
2331 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
2332 to store the specified value in the part of the register that corresponds
2333 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
2334 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
2335 outside the target word are left unchanged.
2337 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
2338 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
2339 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
2340 If there are patterns accepting operands in larger modes,
2341 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
2343 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
2344 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
2345 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
2346 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
2347 into a register.
2349 @findex force_reg
2350 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
2351 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
2352 registers other than the operands.  For example, if you support the
2353 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
2354 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
2355 function which might generate new pseudo registers.
2357 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
2358 fetching those modes from memory normally requires several insns and
2359 some temporary registers.
2361 @findex change_address
2362 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
2363 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
2364 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
2365 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
2366 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
2367 an address into a valid address and no routine (such as
2368 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
2369 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
2371 @findex reload_in_progress
2372 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
2373 declared if required) can be used to determine whether such special
2374 handling is required.
2376 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
2377 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
2378 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
2379 machines explicit memory references will get optional reloads.
2381 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
2382 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
2384 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
2385 you must define @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and/or
2386 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
2387 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
2388 them.  @xref{Register Classes}.
2390 @findex no_new_pseudos
2391 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
2392 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
2393 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
2395 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
2396 register to any other hard register provided that
2397 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
2398 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
2400 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
2401 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
2402 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
2403 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
2404 point members.
2406 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
2407 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
2408 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
2409 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
2410 floating point registers, then the constraints of the fixed point
2411 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
2412 reload into a floating point register.
2414 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
2415 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
2416 @item @samp{reload_in@var{m}}
2417 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
2418 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
2419 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
2420 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
2421 macro in @pxref{Register Classes}.
2423 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
2424 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
2425 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
2426 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
2427 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
2428 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
2429 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
2430 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
2431 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
2432 for these patterns.
2434 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
2435 @item @samp{movstrict@var{m}}
2436 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
2437 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
2438 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
2439 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
2441 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
2442 @item @samp{load_multiple}
2443 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
2444 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
2445 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
2446 number of consecutive registers.
2448 Define this only if the target machine really has such an instruction;
2449 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
2450 registers from memory is to do them one at a time.
2452 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
2453 registers can be stored into memory, such as particular starting or
2454 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
2455 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2456 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
2458 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
2459 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
2460 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
2461 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
2462 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
2464 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
2465 @item @samp{store_multiple}
2466 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
2467 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
2468 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
2469 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
2471 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
2472 @item @samp{vec_set@var{m}}
2473 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
2474 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
2476 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
2477 @item @samp{vec_extract@var{m}}
2478 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
2479 specify field index and operand 0 place to store value into.
2481 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
2482 @item @samp{vec_init@var{m}}
2483 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
2484 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
2486 @cindex @code{push@var{m}} instruction pattern
2487 @item @samp{push@var{m}}
2488 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
2489 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
2490 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
2491 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
2492 method is deprecated.
2494 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
2495 @item @samp{add@var{m}3}
2496 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
2497 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
2498 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
2500 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
2501 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
2502 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
2503 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
2504 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
2505 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
2506 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
2507 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
2508 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
2509 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
2510 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
2511 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
2512 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
2513 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
2514 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
2515 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
2516 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
2517 Similar, for other arithmetic operations.
2518 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
2519 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
2520 @itemx @samp{min@var{m}3}, @samp{max@var{m}3}
2521 Floating point min and max operations.  If both operands are zeros,
2522 or if either operand is NaN, then it is unspecified which of the two
2523 operands is returned as the result.
2526 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
2527 @item @samp{mulhisi3}
2528 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
2529 a @code{SImode} product in operand 0.
2531 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
2532 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
2533 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
2534 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
2536 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
2537 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
2538 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
2539 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
2540 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
2541 multiplication.
2543 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2544 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
2545 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
2546 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
2547 The least significant half of the product is discarded.
2549 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2550 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
2551 Similar, but the multiplication is unsigned.
2553 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
2554 @item @samp{divmod@var{m}4}
2555 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
2556 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
2557 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
2559 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
2560 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
2561 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
2562 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
2563 and remainder are computed.
2565 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
2566 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
2567 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
2568 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
2569 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
2571 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
2572 @item @samp{udivmod@var{m}4}
2573 Similar, but does unsigned division.
2575 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
2576 @item @samp{ashl@var{m}3}
2577 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
2578 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
2579 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
2580 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
2581 mode before generating the instruction.
2583 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
2584 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
2585 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
2586 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
2587 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
2588 Other shift and rotate instructions, analogous to the
2589 @code{ashl@var{m}3} instructions.
2591 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
2592 @item @samp{neg@var{m}2}
2593 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
2595 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
2596 @item @samp{abs@var{m}2}
2597 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
2599 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
2600 @item @samp{sqrt@var{m}2}
2601 Store the square root of operand 1 into operand 0.
2603 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
2604 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
2605 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2606 type @code{float}.
2608 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
2609 @item @samp{cos@var{m}2}
2610 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
2612 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
2613 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
2614 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2615 type @code{float}.
2617 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
2618 @item @samp{sin@var{m}2}
2619 Store the sine of operand 1 into operand 0.
2621 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
2622 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
2623 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2624 type @code{float}.
2626 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
2627 @item @samp{exp@var{m}2}
2628 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
2630 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
2631 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
2632 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2633 type @code{float}.
2635 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
2636 @item @samp{log@var{m}2}
2637 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
2639 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
2640 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
2641 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2642 type @code{float}.
2644 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
2645 @item @samp{pow@var{m}3}
2646 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
2647 into operand 0.
2649 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
2650 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
2651 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2652 type @code{float}.
2654 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
2655 @item @samp{atan2@var{m}3}
2656 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
2657 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
2658 determine the quadrant of the result.
2660 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
2661 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
2662 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2663 type @code{float}.
2665 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
2666 @item @samp{floor@var{m}2}
2667 Store the largest integral value not greater than argument.
2669 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
2670 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
2671 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2672 type @code{float}.
2674 @cindex @code{trunc@var{m}2} instruction pattern
2675 @item @samp{trunc@var{m}2}
2676 Store the argument rounded to integer towards zero.
2678 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
2679 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
2680 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2681 type @code{float}.
2683 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
2684 @item @samp{round@var{m}2}
2685 Store the argument rounded to integer away from zero.
2687 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
2688 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
2689 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2690 type @code{float}.
2692 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
2693 @item @samp{ceil@var{m}2}
2694 Store the argument rounded to integer away from zero.
2696 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
2697 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
2698 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2699 type @code{float}.
2701 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
2702 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
2703 Store the argument rounded according to the default rounding mode
2705 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
2706 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
2707 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2708 type @code{float}.
2710 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
2711 @item @samp{ffs@var{m}2}
2712 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
2713 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
2714 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2715 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2716 generating the instruction.
2718 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
2719 corresponds to the C data type @code{int}.
2721 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
2722 @item @samp{clz@var{m}2}
2723 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
2724 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
2725 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
2726 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
2727 operand to that mode before generating the instruction.
2729 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
2730 @item @samp{ctz@var{m}2}
2731 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
2732 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
2733 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
2734 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
2735 operand to that mode before generating the instruction.
2737 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
2738 @item @samp{popcount@var{m}2}
2739 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
2740 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2741 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2742 generating the instruction.
2744 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
2745 @item @samp{parity@var{m}2}
2746 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.@:e. the number of 1-bits
2747 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
2748 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
2749 the operand to that mode before generating the instruction.
2751 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
2752 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
2753 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
2755 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
2756 @item @samp{cmp@var{m}}
2757 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
2758 The RTL pattern should look like this:
2760 @smallexample
2761 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2762                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
2763 @end smallexample
2765 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
2766 @item @samp{tst@var{m}}
2767 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
2768 The RTL pattern should look like this:
2770 @smallexample
2771 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
2772 @end smallexample
2774 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
2775 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
2776 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
2777 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
2779 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
2780 @item @samp{movmem@var{m}}
2781 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
2782 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
2783 address in mode @code{Pmode}.
2785 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
2786 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
2787 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
2788 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
2789 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
2790 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
2791 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
2793 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
2794 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
2795 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
2796 it may provide the value 4 for this operand.
2798 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
2799 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
2800 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
2801 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
2802 individually moved data units in the block.
2804 These patterns need not give special consideration to the possibility
2805 that the source and destination strings might overlap.
2807 @cindex @code{movstr} instruction pattern
2808 @item @samp{movstr}
2809 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
2810 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
2811 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
2812 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
2813 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
2814 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
2816 @cindex @code{clrmem@var{m}} instruction pattern
2817 @item @samp{clrmem@var{m}}
2818 Block clear instruction.  The destination string is the first operand,
2819 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
2820 number of bytes to clear is the second operand, in mode @var{m}.  See
2821 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
2823 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
2824 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
2825 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
2826 operand.
2828 The use for multiple @code{clrmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
2830 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
2831 @item @samp{cmpstr@var{m}}
2832 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
2833 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
2834 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2835 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
2836 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
2837 at a time since either string may end in the first byte and reading past
2838 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
2839 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
2840 indicates the result of the comparison.
2842 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
2843 @item @samp{cmpmem@var{m}}
2844 Block compare instruction, with five operands like the operands
2845 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2846 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
2847 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
2848 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
2849 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
2850 comparison.
2852 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
2853 @item @samp{strlen@var{m}}
2854 Compute the length of a string, with three operands.
2855 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
2856 a @code{mem} referring to the first character of the string,
2857 operand 2 is the character to search for (normally zero),
2858 and operand 3 is a constant describing the known alignment
2859 of the beginning of the string.
2861 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
2862 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
2863 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
2864 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2865 @var{n}).
2867 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
2868 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
2869 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
2870 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2871 @var{n}).
2873 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2874 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2875 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2876 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2877 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2878 the value of operand 1 is an integer.
2880 If the machine description defines this pattern, it also needs to
2881 define the @code{ftrunc} pattern.
2883 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2884 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2885 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2886 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2887 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2888 value of operand 1 is an integer.
2890 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2891 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2892 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2893 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2894 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2896 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2897 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2898 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2899 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2901 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2902 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2903 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2904 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2906 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2907 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2908 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2909 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2910 point or both floating point.
2912 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
2913 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2914 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2915 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2916 point or both floating point.
2918 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2919 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2920 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2921 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2922 point.
2924 @cindex @code{extv} instruction pattern
2925 @item @samp{extv}
2926 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
2927 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2928 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2929 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2930 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2931 be valid for @code{word_mode}.
2933 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2934 for operands 2 and 3.
2936 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2937 before it is stored in operand 0.
2939 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2940 @item @samp{extzv}
2941 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2943 @cindex @code{insv} instruction pattern
2944 @item @samp{insv}
2945 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
2946 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2947 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2948 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2949 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2951 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2952 for operands 1 and 2.
2954 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2955 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2956 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2957 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2958 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2960 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2961 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2962 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2963 codes and vice versa.
2965 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2966 define these patterns.
2968 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
2969 @item @samp{add@var{mode}cc}
2970 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
2971 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
2972 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
2973 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
2975 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2976 @item @samp{s@var{cond}}
2977 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2978 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2979 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2980 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2982 You specify the mode that the operand must have when you write the
2983 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2984 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2986 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2987 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2988 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2989 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2990 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2991 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2992 should omit those operations from the machine description.
2994 These operations may fail, but should do so only in relatively
2995 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2996 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2998 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2999 that copies the constant one to the target and branches around an
3000 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
3001 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
3002 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
3003 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
3004 the machine description.
3006 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
3007 @item @samp{b@var{cond}}
3008 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
3009 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
3010 condition @var{cond}.
3012 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
3013 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
3014 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
3015 simply store the operands away and generate all the required insns in a
3016 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
3017 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
3018 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
3019 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
3021 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
3022 where the mode used for the comparison depends on the condition being
3023 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
3025 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
3026 @samp{s@var{cond}} patterns.
3028 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
3029 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
3030 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
3031 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
3032 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
3033 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
3035 @cindex @code{jump} instruction pattern
3036 @item @samp{jump}
3037 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
3038 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
3039 on all machines.
3041 @cindex @code{call} instruction pattern
3042 @item @samp{call}
3043 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
3044 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
3045 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
3046 operands.
3048 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
3049 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
3050 to put this information into the assembler code; they can put it in
3051 the RTL instead of operand 1.
3053 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
3054 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
3055 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
3056 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
3057 instruction, the pattern for this operation should be a
3058 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
3059 address into a register and uses that register in the call instruction.
3061 @cindex @code{call_value} instruction pattern
3062 @item @samp{call_value}
3063 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
3064 register in which the value is returned.  There are three more
3065 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
3066 instruction (but with numbers increased by one).
3068 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
3069 insn.
3071 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
3072 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
3073 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
3074 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
3075 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
3076 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
3077 adjustment made to the frame pointer.
3079 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
3080 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
3081 can be eliminated, if desired.
3083 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
3084 @item @samp{untyped_call}
3085 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
3086 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
3087 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
3088 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3089 the saving of a function return value into the result block.
3091 This instruction pattern should be defined to support
3092 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
3093 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
3094 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
3095 multiple registers that can hold a return value
3096 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
3098 @cindex @code{return} instruction pattern
3099 @item @samp{return}
3100 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
3101 defined only if a single instruction can do all the work of returning
3102 from a function.
3104 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
3105 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
3106 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
3107 some class of functions only requires one instruction to implement a
3108 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
3109 to save any registers or allocate stack space.
3111 @findex reload_completed
3112 @findex leaf_function_p
3113 For such machines, the condition specified in this pattern should only
3114 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
3115 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
3116 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
3117 a register window push is required.
3119 Machines that have conditional return instructions should define patterns
3120 such as
3122 @smallexample
3123 (define_insn ""
3124   [(set (pc)
3125         (if_then_else (match_operator
3126                          0 "comparison_operator"
3127                          [(cc0) (const_int 0)])
3128                       (return)
3129                       (pc)))]
3130   "@var{condition}"
3131   "@dots{}")
3132 @end smallexample
3134 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
3135 named @samp{return} pattern.
3137 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
3138 @item @samp{untyped_return}
3139 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
3140 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
3141 instructions are needed to return a value of any type.
3143 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
3144 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
3145 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3146 the restoring of a function return value from the result block.
3148 @cindex @code{nop} instruction pattern
3149 @item @samp{nop}
3150 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
3151 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
3152 RTL pattern.
3154 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
3155 @item @samp{indirect_jump}
3156 An instruction to jump to an address which is operand zero.
3157 This pattern name is mandatory on all machines.
3159 @cindex @code{casesi} instruction pattern
3160 @item @samp{casesi}
3161 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
3162 This instruction takes five operands:
3164 @enumerate
3165 @item
3166 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
3168 @item
3169 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
3171 @item
3172 The total range of indices in the table---the largest index
3173 minus the smallest one (both inclusive).
3175 @item
3176 A label that precedes the table itself.
3178 @item
3179 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
3180 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
3181 then an out-of-bounds index drops through to the code following
3182 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
3183 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
3184 but it is always provided as an operand.)
3185 @end enumerate
3187 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
3188 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
3189 difference between the upper bound and the lower bound.
3191 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
3192 @item @samp{tablejump}
3193 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
3194 capability which can be used to implement a dispatch table when there
3195 is no @samp{casesi} pattern.
3197 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
3198 which should immediately precede the jump table.  If the macro
3199 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
3200 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
3201 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
3202 mode @code{Pmode}.
3204 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
3205 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
3206 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
3207 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
3210 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
3211 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
3212 Conditional branch instruction that decrements a register and
3213 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
3214 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
3215 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
3217 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
3218 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
3219 reduction is enabled.
3221 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
3222 @item @samp{doloop_end}
3223 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
3224 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
3225 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
3226 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
3227 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
3228 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
3229 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
3230 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
3231 @xref{Looping Patterns}.
3233 This optional instruction pattern should be defined for machines with
3234 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
3235 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
3236 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3237 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
3238 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
3239 too large for this instruction, make it fail.
3241 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
3242 @item @samp{doloop_begin}
3243 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
3244 need to perform some initialization, such as loading special registers
3245 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
3246 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
3247 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
3250 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
3251 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
3252 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
3253 into operand 0.
3255 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
3256 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
3257 and also has mode @code{Pmode}.
3259 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
3260 the address of the function which would be called if the function
3261 pointer were used in an indirect call.
3263 Only define this pattern if function pointers on the target machine
3264 can have different values but still call the same function when
3265 used in an indirect call.
3267 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
3268 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
3269 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
3270 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
3271 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
3272 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
3273 @item @samp{save_stack_block}
3274 @itemx @samp{save_stack_function}
3275 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
3276 @itemx @samp{restore_stack_block}
3277 @itemx @samp{restore_stack_function}
3278 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
3279 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
3280 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
3281 such machines.
3283 Some machines require special handling for stack pointer saves and
3284 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
3285 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
3286 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
3287 saves and restores are:
3289 @enumerate
3290 @item
3291 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
3292 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
3293 restores the stack pointer when the block is exited.
3295 @item
3296 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
3297 similar job for the outermost block of a function and are used when the
3298 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
3299 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
3300 restore sequence on some machines.
3302 @item
3303 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
3304 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
3305 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
3306 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
3307 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
3308 and restoring additional data such as register window information or
3309 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
3310 such required data.
3311 @end enumerate
3313 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
3314 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
3315 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
3316 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
3317 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
3318 for a particular type of save (either because no save is needed or
3319 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
3320 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
3321 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
3322 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
3324 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
3325 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
3326 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
3328 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
3329 @item @samp{allocate_stack}
3330 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
3331 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
3333 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
3334 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
3335 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
3336 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
3337 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
3338 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
3339 stack is free.
3341 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
3342 Some machines require other operations such as stack probes or
3343 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
3344 operations in addition to updating the stack pointer.
3346 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
3347 @item @samp{check_stack}
3348 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
3349 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
3350 to perform the needed check and signaling an error if the stack
3351 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
3352 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
3353 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
3354 limit from a global or thread-specific variable or register.
3356 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
3357 @item @samp{nonlocal_goto}
3358 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
3359 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
3360 each representing a value to be used in the jump.  The first
3361 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
3362 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
3363 the third is the address of a location where the stack is saved,
3364 and the last is the address of the label, to be placed in the
3365 location for the incoming static chain.
3367 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
3368 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
3369 and static chain, restore the stack (using the
3370 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
3371 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
3372 not work on your machine.
3374 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
3375 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
3376 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
3377 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
3378 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
3379 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
3380 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
3381 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
3382 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
3383 There are no arguments.
3385 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
3386 @item @samp{exception_receiver}
3387 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3388 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3389 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3390 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3391 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
3392 an exception.  There are no arguments.
3394 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
3395 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
3396 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
3397 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
3398 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
3399 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
3400 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
3401 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
3402 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
3403 the first three are normally used by the generic mechanism.
3405 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
3406 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
3407 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3408 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3409 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3410 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3411 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
3412 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
3413 at a small offset from that label.
3415 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
3416 @item @samp{builtin_longjmp}
3417 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
3418 You will not normally need to define this pattern unless you also define
3419 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
3420 @code{jmp_buf}.
3422 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
3423 @item @samp{eh_return}
3424 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
3425 and thence the call frame exception handling library routines, are
3426 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
3427 the abnormal return path.
3429 The address of the exception handler to which the function should return
3430 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
3431 the pattern to some special register or memory location.
3432 If the pattern needs to determine the location of the target call
3433 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
3434 if defined; it will have already been assigned.
3436 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
3437 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
3438 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
3439 handling is to be used.
3441 @cindex @code{prologue} instruction pattern
3442 @anchor{prologue instruction pattern}
3443 @item @samp{prologue}
3444 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
3445 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
3446 pointer register, saving callee saved registers, etc.
3448 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
3449 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
3451 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
3452 instruction scheduling.
3454 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
3455 @anchor{epilogue instruction pattern}
3456 @item @samp{epilogue}
3457 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
3458 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
3459 registers and emitting the return instruction.
3461 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
3462 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
3464 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
3465 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
3467 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
3468 @item @samp{sibcall_epilogue}
3469 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
3470 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
3471 sibling call (aka tail call) sites.
3473 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
3474 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
3475 function.
3477 @cindex @code{trap} instruction pattern
3478 @item @samp{trap}
3479 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
3480 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
3481 front end to signal `invalid array index' exceptions.
3483 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
3484 @item @samp{conditional_trap}
3485 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
3486 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
3488 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
3490 @smallexample
3491 (define_insn "conditional_trap"
3492   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
3493              [(cc0) (const_int 0)])
3494             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
3495   ""
3496   "@dots{}")
3497 @end smallexample
3499 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
3500 @item @samp{prefetch}
3502 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
3503 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
3504 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
3505 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
3506 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
3507 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
3508 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
3509 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
3510 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
3512 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
3513 the values of operands 1 and 2.
3515 @end table
3517 @end ifset
3518 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
3519 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
3520 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
3521 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
3522 @ifset INTERNALS
3523 @node Pattern Ordering
3524 @section When the Order of Patterns Matters
3525 @cindex Pattern Ordering
3526 @cindex Ordering of Patterns
3528 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
3529 pattern that appears first in the machine description is the one used.
3530 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
3531 and faster instructions (those that will produce better code when they
3532 do match) should usually go first in the description.
3534 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
3535 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
3536 instruction for converting a fullword to floating point and another
3537 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
3538 an integer to floating point could match either one.  We put the
3539 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
3540 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
3541 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
3542 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
3543 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
3544 constant value.
3546 @end ifset
3547 @ifset INTERNALS
3548 @node Dependent Patterns
3549 @section Interdependence of Patterns
3550 @cindex Dependent Patterns
3551 @cindex Interdependence of Patterns
3553 Every machine description must have a named pattern for each of the
3554 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
3555 must always have the form
3557 @smallexample
3558 (set (pc)
3559      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3560                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
3561                    (pc)))
3562 @end smallexample
3564 @noindent
3565 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
3566 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
3567 look like
3569 @smallexample
3570 (set (pc)
3571      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3572                    (pc)
3573                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
3574 @end smallexample
3576 @noindent
3577 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
3578 branches into reverse-conditional branches.
3580 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
3581 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
3582 example,
3584 @smallexample
3585 (define_insn ""
3586   [(set (pc)
3587         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
3588                                       [(cc0) (const_int 0)])
3589                       (pc)
3590                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
3591   "@var{condition}"
3592   "@dots{}")
3593 @end smallexample
3595 In some cases machines support instructions identical except for the
3596 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
3597 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
3598 patterns are
3600 @smallexample
3601 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3602      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
3604 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3605      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
3606 @end smallexample
3608 @noindent
3609 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
3610 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
3611 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
3612 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
3613 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
3614 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
3616 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
3617 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
3618 compilations.
3620 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
3621 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
3622 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
3623 you should not provide separate patterns for increment and decrement
3624 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
3625 that supports register-register add insns by examining the operands and
3626 generating the appropriate machine instruction.
3628 @end ifset
3629 @ifset INTERNALS
3630 @node Jump Patterns
3631 @section Defining Jump Instruction Patterns
3632 @cindex jump instruction patterns
3633 @cindex defining jump instruction patterns
3635 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
3636 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
3637 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
3638 insn tests the condition code and branches or not according its value.
3639 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
3640 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
3641 way.
3643 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
3644 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
3645 these machines is to treat them just like the others until the final stage
3646 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
3647 compare instruction, peek ahead at the following branch using
3648 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
3649 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
3650 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
3651 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
3652 can treat signed and unsigned branches identically.
3654 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
3655 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
3656 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
3657 until the end.
3659 To go with this technique, you must define the machine-description macro
3660 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
3661 compare instruction is superfluous.
3663 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
3664 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
3665 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
3666 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
3667 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
3669 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
3670 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
3671 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
3672 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
3673 above in addition to any special patterns you define.
3675 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
3676 code and there may not even be a separate condition code register.  On
3677 these machines, the restriction that the definition and use of the
3678 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
3679 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
3680 delay for taken branches unless the condition code register is set three
3681 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
3682 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
3683 separate the definition and use of the condition code register.
3685 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
3686 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
3687 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
3688 comparison result can be placed in any general register, or if there are
3689 multiple condition registers, use a pseudo register.
3691 @findex prev_cc0_setter
3692 @findex next_cc0_user
3693 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
3694 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
3695 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
3696 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
3697 instruction does, so a different branch instruction must be used for
3698 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
3699 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
3700 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
3701 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
3702 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
3703 and @code{next_cc0_user}.
3705 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
3706 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
3707 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
3708 we use the machine mode of the condition code register to record
3709 different formats of the condition code register.
3711 Registers used to store the condition code value should have a mode that
3712 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
3713 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
3714 the SPARC), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
3715 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
3716 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
3718 If it is known during RTL generation that a different mode will be
3719 required (for example, if the machine has separate compare instructions
3720 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
3721 be specified at that time.
3723 If the cases that require different modes would be made by instruction
3724 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
3725 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
3726 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
3727 discussed above, we have the pattern
3729 @smallexample
3730 (define_insn ""
3731   [(set (reg:CC_NOOV 0)
3732         (compare:CC_NOOV
3733           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
3734                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
3735           (const_int 0)))]
3736   ""
3737   "@dots{}")
3738 @end smallexample
3740 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
3741 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
3743 @end ifset
3744 @ifset INTERNALS
3745 @node Looping Patterns
3746 @section Defining Looping Instruction Patterns
3747 @cindex looping instruction patterns
3748 @cindex defining looping instruction patterns
3750 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
3751 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
3752 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
3753 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
3754 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
3755 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
3756 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
3757 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
3758 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
3759 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
3760 the jump.
3762 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
3763 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
3764 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
3765 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
3766 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
3767 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
3768 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
3769 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
3770 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
3771 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
3772 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
3773 following for its @code{dbra} instruction:
3775 @smallexample
3776 @group
3777 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3778   [(set (pc)
3779         (if_then_else
3780           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3781                        (const_int -1))
3782               (const_int 0))
3783           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3784           (pc)))
3785    (set (match_dup 0)
3786         (plus:SI (match_dup 0)
3787                  (const_int -1)))]
3788   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3789   "@dots{}")
3790 @end group
3791 @end smallexample
3793 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
3794 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
3795 since this insn is generated by the instruction combination phase
3796 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
3797 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
3798 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
3799 pattern will not be matched by the combiner.
3801 @smallexample
3802 @group
3803 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3804   [(set (pc)
3805         (if_then_else
3806           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3807               (const_int 1))
3808           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3809           (pc)))
3810    (set (match_dup 0)
3811         (plus:SI (match_dup 0)
3812                  (const_int -1)))]
3813   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3814   "@dots{}")
3815 @end group
3816 @end smallexample
3818 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
3819 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
3820 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
3821 information collected during strength reduction.
3823 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
3824 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
3825 is an optional companion pattern that can be used for initialization
3826 needed for some low-overhead looping instructions.
3828 Note that some machines require the actual looping instruction to be
3829 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
3830 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
3831 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
3832 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
3833 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
3834 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
3835 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
3836 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
3837 desired special iteration counter register was not allocated, this
3838 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
3839 instruction pair.
3841 The essential difference between the
3842 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
3843 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
3844 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
3845 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
3846 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
3847 may become redundant and removed by the flow pass.
3850 @end ifset
3851 @ifset INTERNALS
3852 @node Insn Canonicalizations
3853 @section Canonicalization of Instructions
3854 @cindex canonicalization of instructions
3855 @cindex insn canonicalization
3857 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
3858 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
3859 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
3860 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
3861 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
3862 number of insn patterns required.
3864 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
3865 are performed:
3867 @itemize @bullet
3868 @item
3869 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
3870 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
3871 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
3872 be supplied.
3874 @item
3875 For associative operators, a sequence of operators will always chain
3876 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
3877 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
3878 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
3879 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
3880 floating-point.
3882 @item
3883 @cindex @code{neg}, canonicalization of
3884 @cindex @code{not}, canonicalization of
3885 @cindex @code{mult}, canonicalization of
3886 @cindex @code{plus}, canonicalization of
3887 @cindex @code{minus}, canonicalization of
3888 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
3889 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
3890 first operand.
3892 @item
3893 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
3894 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
3895 the operations as far as possible.  For instance,
3896 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
3897 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
3898 @code{(minus A (mult B C))}.
3900 @cindex @code{compare}, canonicalization of
3901 @item
3902 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
3903 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
3904 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
3905 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
3906 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
3907 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
3908 such an instruction.
3910 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
3911 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
3912 above.
3914 @item
3915 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
3916 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
3918 @item
3919 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
3920 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
3922 @cindex @code{ior}, canonicalization of
3923 @cindex @code{and}, canonicalization of
3924 @cindex De Morgan's law
3925 @item
3926 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
3927 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
3928 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
3930 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
3931 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
3932 for that instruction as
3934 @smallexample
3935 (define_insn ""
3936   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3937         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3938                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
3939   "@dots{}"
3940   "@dots{}")
3941 @end smallexample
3943 @noindent
3944 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
3946 @smallexample
3947 (define_insn ""
3948   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3949         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3950                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
3951   "@dots{}"
3952   "@dots{}")
3953 @end smallexample
3955 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
3956 logically equivalent RTL expressions.
3958 @cindex @code{xor}, canonicalization of
3959 @item
3960 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
3961 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
3962 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
3964 @item
3965 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
3966 the form
3968 @smallexample
3969 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
3970 @end smallexample
3972 @item
3973 On machines that do not use @code{cc0},
3974 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
3975 @var{x}.
3977 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
3978 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
3979 @item
3980 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
3981 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
3982 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
3984 @end itemize
3986 @end ifset
3987 @ifset INTERNALS
3988 @node Expander Definitions
3989 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
3990 @cindex expander definitions
3991 @cindex code generation RTL sequences
3992 @cindex defining RTL sequences for code generation
3994 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
3995 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
3996 represent them.  For these target machines, you can write a
3997 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
3999 @findex define_expand
4000 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
4001 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
4002 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
4004 A @code{define_expand} RTX has four operands:
4006 @itemize @bullet
4007 @item
4008 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
4009 use for it is to refer to it by name.
4011 @item
4012 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
4013 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
4014 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
4016 @item
4017 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
4018 used to express how the availability of this pattern depends on
4019 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
4020 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
4021 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
4022 depend on the data in the insn being matched, but only the
4023 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
4024 during initialization in order to learn exactly which named instructions
4025 are available in a particular run.
4027 @item
4028 The preparation statements, a string containing zero or more C
4029 statements which are to be executed before RTL code is generated from
4030 the RTL template.
4032 Usually these statements prepare temporary registers for use as
4033 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
4034 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
4035 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
4036 @end itemize
4038 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
4039 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
4040 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
4043 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
4044 also describes the operands that need to be specified when this pattern
4045 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
4047 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
4048 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
4049 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
4050 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
4051 information to preload the operand into a register if that is required for
4052 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
4053 references should use @code{match_dup}.
4055 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
4056 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
4057 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
4058 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
4059 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
4060 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
4061 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
4062 compute the values and store them into the appropriate elements of
4063 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
4065 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
4066 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
4067 as a statement.
4069 @table @code
4071 @findex DONE
4072 @item DONE
4073 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
4074 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
4075 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
4076 preparation statements; the RTL template will not be generated.
4078 @findex FAIL
4079 @item FAIL
4080 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
4081 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
4082 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
4084 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
4085 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
4086 operations.
4087 @end table
4089 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
4090 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
4091 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
4092 insn.
4094 The RTL template is not used for matching, only for generating the
4095 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
4096 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
4097 list of operands, such as this example:
4099 @smallexample
4100 @group
4101 (define_expand "addsi3"
4102   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4103    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4104    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
4105 @end group
4106 @group
4107   ""
4108   "
4110   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
4111   DONE;
4112 @}")
4113 @end group
4114 @end smallexample
4116 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
4118 @smallexample
4119 @group
4120 (define_expand "ashlsi3"
4121   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4122         (ashift:SI
4123 @end group
4124 @group
4125           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4126           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
4127   ""
4128   "
4129 @end group
4130 @end smallexample
4132 @smallexample
4133 @group
4135   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
4136       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
4137     FAIL;
4138 @}")
4139 @end group
4140 @end smallexample
4142 @noindent
4143 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
4144 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
4145 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
4146 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
4147 library call).
4149 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
4150 patterns with names, then it would be possible to use a
4151 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
4152 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
4154 @smallexample
4155 (define_expand "zero_extendhisi2"
4156   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
4157         (const_int 0))
4158    (set (strict_low_part
4159           (subreg:HI
4160             (match_dup 0)
4161             0))
4162         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
4163   ""
4164   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
4165 @end smallexample
4167 @noindent
4168 @findex make_safe_from
4169 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
4170 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
4171 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
4172 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
4173 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
4174 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
4175 by emitting another RTL insn.
4177 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
4178 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
4179 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
4180 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
4181 on this machine.  So it must be copied into a register with
4182 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
4184 @smallexample
4185 (define_expand "zero_extendhisi2"
4186   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4187         (and:SI (subreg:SI
4188                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
4189                   0)
4190                 (match_dup 2)))]
4191   ""
4192   "operands[2]
4193      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
4194 @end smallexample
4196 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
4197 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
4198 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
4199 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
4200 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
4201 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
4202 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
4203 in the compiler.
4205 @end ifset
4206 @ifset INTERNALS
4207 @node Insn Splitting
4208 @section Defining How to Split Instructions
4209 @cindex insn splitting
4210 @cindex instruction splitting
4211 @cindex splitting instructions
4213 There are two cases where you should specify how to split a pattern
4214 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
4215 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
4216 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
4217 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
4218 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
4219 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
4220 cannot be placed into a delay slot.
4222 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
4223 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
4224 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
4225 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
4226 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
4227 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
4228 scheduling.
4230 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
4231 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
4232 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
4233 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
4234 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
4235 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
4236 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
4237 split the addition into two insns is machine-dependent.
4239 @findex define_split
4240 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
4241 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
4243 @smallexample
4244 (define_split
4245   [@var{insn-pattern}]
4246   "@var{condition}"
4247   [@var{new-insn-pattern-1}
4248    @var{new-insn-pattern-2}
4249    @dots{}]
4250   "@var{preparation-statements}")
4251 @end smallexample
4253 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
4254 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
4255 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
4256 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
4257 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
4258 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
4260 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
4261 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4262 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
4263 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
4264 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
4265 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
4266 must not allocate any space in the stack frame.
4268 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
4269 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
4270 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
4271 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
4272 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
4273 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
4274 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
4275 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
4276 of those definitions.
4278 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
4279 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
4280 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
4282 @smallexample
4283 (define_split
4284   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4285         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
4286   ""
4287   [(set (match_dup 0)
4288         (ashift:SI (match_dup 1)
4289                    (const_int 16)))
4290    (set (match_dup 0)
4291         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
4292                      (const_int 16)))]
4293   "
4294 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
4295 @end smallexample
4297 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
4298 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
4299 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
4300 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
4301 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
4302 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
4303 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
4304 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
4305 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
4306 @code{define_split} that will never produce insns that match).
4308 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
4309 @file{rs6000.md}:
4311 @smallexample
4312 (define_split
4313   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4314         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4315                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
4316   ""
4317   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
4318    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
4321   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
4322   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
4324   if (low & 0x8000)
4325     high++, low |= 0xffff0000;
4327   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
4328   operands[4] = GEN_INT (low);
4329 @}")
4330 @end smallexample
4332 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
4333 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
4334 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
4335 can be substituted into the address of a subsequent operation.
4337 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
4338 an equality comparison of a register and a large constant:
4340 @smallexample
4341 (define_split
4342   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
4343         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4344                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
4345    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
4346   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
4347    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
4348        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
4349   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
4350    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
4351   "
4353   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
4354      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
4355      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
4357   int c = INTVAL (operands[2]);
4358   int sextc = (c << 16) >> 16;
4359   int xorv = c ^ sextc;
4361   operands[4] = GEN_INT (xorv);
4362   operands[5] = GEN_INT (sextc);
4363 @}")
4364 @end smallexample
4366 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
4367 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
4368 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
4369 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
4370 are not valid.
4372 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
4373 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
4374 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
4375 several restriction apply.
4377 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
4378 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
4379 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
4380 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
4381 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
4382 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
4383 @code{split_branch_probability} hold the probability of original branch in case
4384 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
4385 recomputing of edge frequencies, new sequence is required to have only
4386 forward jumps to the newly created labels.
4388 @findex define_insn_and_split
4389 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
4390 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
4391 this:
4393 @smallexample
4394 (define_insn_and_split
4395   [@var{insn-pattern}]
4396   "@var{condition}"
4397   "@var{output-template}"
4398   "@var{split-condition}"
4399   [@var{new-insn-pattern-1}
4400    @var{new-insn-pattern-2}
4401    @dots{}]
4402   "@var{preparation-statements}"
4403   [@var{insn-attributes}])
4405 @end smallexample
4407 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
4408 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
4409 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
4410 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
4411 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
4412 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
4413 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
4414 from i386.md:
4416 @smallexample
4417 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
4418   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
4419      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
4420    (clobber (reg:CC 17))]
4421   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
4422   "#"
4423   "&& reload_completed"
4424   [(parallel [(set (match_dup 0)
4425                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
4426               (clobber (reg:CC 17))])]
4427   ""
4428   [(set_attr "type" "alu1")])
4430 @end smallexample
4432 In this case, the actual split condition will be
4433 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
4435 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
4436 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
4437 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
4438 having to ensure the two patterns' templates match.
4440 @end ifset
4441 @ifset INTERNALS
4442 @node Including Patterns
4443 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
4444 @cindex insn includes
4446 @findex include
4447 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
4448 look for patterns that are in files other than in the file
4449 @file{.md}. This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
4451 It looks like:
4453 @smallexample
4455 (include
4456   @var{pathname})
4457 @end smallexample
4459 For example:
4461 @smallexample
4463 (include "filestuff")
4465 @end smallexample
4467 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
4468 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}. The
4469 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
4472 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
4473 and placed into subdirectories.
4475 By specifying:
4477 @smallexample
4479 (include "BOGUS/filestuff")
4481 @end smallexample
4483 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
4485 Specifying an absolute path for the include file such as;
4486 @smallexample
4488 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
4490 @end smallexample
4491 is permitted but is not encouraged.
4493 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
4494 @cindex directory options .md
4495 @cindex options, directory search
4496 @cindex search options
4498 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
4499 For example:
4501 @smallexample
4503 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
4505 @end smallexample
4508 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
4509 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
4510 file, substituting your own version, since these directories are
4511 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
4512 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
4513 order; the standard default directory come after.
4516 @end ifset
4517 @ifset INTERNALS
4518 @node Peephole Definitions
4519 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
4520 @cindex peephole optimizer definitions
4521 @cindex defining peephole optimizers
4523 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
4524 definitions of machine-specific peephole optimizations.
4526 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
4527 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
4528 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
4529 though the second one does not appear to use a register computed in the
4530 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
4531 opportunities.
4533 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
4534 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
4535 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
4536 is deprecated.
4538 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
4539 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
4540 but before scheduling, which may result in much better code for
4541 targets that do scheduling.
4543 @menu
4544 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
4545 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
4546 @end menu
4548 @end ifset
4549 @ifset INTERNALS
4550 @node define_peephole
4551 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
4552 @findex define_peephole
4554 @need 1000
4555 A definition looks like this:
4557 @smallexample
4558 (define_peephole
4559   [@var{insn-pattern-1}
4560    @var{insn-pattern-2}
4561    @dots{}]
4562   "@var{condition}"
4563   "@var{template}"
4564   "@var{optional-insn-attributes}")
4565 @end smallexample
4567 @noindent
4568 The last string operand may be omitted if you are not using any
4569 machine-specific information in this machine description.  If present,
4570 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
4572 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
4573 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
4574 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
4575 the next, and so on.
4577 Each of the insns matched by a peephole must also match a
4578 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
4579 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
4580 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
4581 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
4582 stages.
4584 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
4585 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
4586 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
4587 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
4588 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
4589 other.
4591 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
4592 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
4593 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
4594 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
4595 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
4597 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
4598 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
4599 previously tested.
4601 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
4602 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
4603 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
4604 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
4605 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
4606 patterns.
4608 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
4609 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
4610 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
4611 the operands.
4613 @findex prev_active_insn
4614 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
4615 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
4616 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
4617 to refer to the last of the insns being matched; use
4618 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
4620 @findex dead_or_set_p
4621 When optimizing computations with intermediate results, you can use
4622 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
4623 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
4624 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
4625 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
4626 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
4627 value (from @code{operands[@var{i}]}).
4629 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
4630 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
4631 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
4632 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
4633 used in matching the original sequence of insns.
4635 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
4636 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
4637 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
4638 as the insn pattern to control how the insn is output.
4640 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
4641 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
4643 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
4645 @smallexample
4646 (define_peephole
4647   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
4648    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
4649         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
4650   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
4652   rtx xoperands[2];
4653   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
4654 #ifdef MOTOROLA
4655   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
4656   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
4657   return "fmove.d (sp)+,%0";
4658 #else
4659   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
4660   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
4661   return "fmoved sp@@+,%0";
4662 #endif
4664 @end smallexample
4666 @need 1000
4667 The effect of this optimization is to change
4669 @smallexample
4670 @group
4671 jbsr _foobar
4672 addql #4,sp
4673 movel d1,sp@@-
4674 movel d0,sp@@-
4675 fmoved sp@@+,fp0
4676 @end group
4677 @end smallexample
4679 @noindent
4680 into
4682 @smallexample
4683 @group
4684 jbsr _foobar
4685 movel d1,sp@@
4686 movel d0,sp@@-
4687 fmoved sp@@+,fp0
4688 @end group
4689 @end smallexample
4691 @ignore
4692 @findex CC_REVERSED
4693 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
4694 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
4695 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
4696 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
4697 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
4698 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
4699 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
4700 and in this C code check the condition code status flags and change the
4701 assembler code as appropriate.
4702 @end ignore
4704 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
4705 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
4706 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
4707 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
4708 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
4709 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
4710 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
4711 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
4712 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
4714 @smallexample
4715 (define_insn "divmodsi4"
4716   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4717         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4718                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4719    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4720         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
4721   "TARGET_68020"
4722   "divsl%.l %2,%3:%0")
4723 @end smallexample
4725 @noindent
4726 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
4728 @smallexample
4729 (define_peephole
4730   [@dots{}
4731    (parallel
4732     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4733           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4734                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4735      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4736           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
4737    @dots{}]
4738   @dots{})
4739 @end smallexample
4741 @end ifset
4742 @ifset INTERNALS
4743 @node define_peephole2
4744 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
4745 @findex define_peephole2
4747 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
4748 substitute one sequence of instructions for another sequence,
4749 what additional scratch registers may be needed and what their
4750 lifetimes must be.
4752 @smallexample
4753 (define_peephole2
4754   [@var{insn-pattern-1}
4755    @var{insn-pattern-2}
4756    @dots{}]
4757   "@var{condition}"
4758   [@var{new-insn-pattern-1}
4759    @var{new-insn-pattern-2}
4760    @dots{}]
4761   "@var{preparation-statements}")
4762 @end smallexample
4764 The definition is almost identical to @code{define_split}
4765 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
4766 single instruction, but a sequence of instructions.
4768 It is possible to request additional scratch registers for use in the
4769 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
4770 will simply not match.
4772 @findex match_scratch
4773 @findex match_dup
4774 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
4775 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
4776 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
4777 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
4778 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
4779 at which the register must be available.
4781 Here is an example from the IA-32 machine description:
4783 @smallexample
4784 (define_peephole2
4785   [(match_scratch:SI 2 "r")
4786    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4787                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
4788                      [(match_dup 0)
4789                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
4790               (clobber (reg:CC 17))])]
4791   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
4792   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
4793    (parallel [(set (match_dup 0)
4794                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
4795               (clobber (reg:CC 17))])]
4796   "")
4797 @end smallexample
4799 @noindent
4800 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
4801 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
4802 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
4803 to be live only at the point just before the arithmetic.
4805 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
4806 so here's a silly made-up example:
4808 @smallexample
4809 (define_peephole2
4810   [(match_scratch:SI 4 "r")
4811    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
4812    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
4813    (match_dup 4)
4814    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
4815   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
4816   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
4817    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
4818    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
4819    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
4820   "")
4821 @end smallexample
4823 @noindent
4824 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
4825 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
4826 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
4828 @end ifset
4829 @ifset INTERNALS
4830 @node Insn Attributes
4831 @section Instruction Attributes
4832 @cindex insn attributes
4833 @cindex instruction attributes
4835 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
4836 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
4837 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
4838 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
4839 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
4840 to track the condition codes.
4842 @menu
4843 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
4844 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
4845 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
4846 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
4847 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
4848 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
4849 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
4850 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
4851 @end menu
4853 @end ifset
4854 @ifset INTERNALS
4855 @node Defining Attributes
4856 @subsection Defining Attributes and their Values
4857 @cindex defining attributes and their values
4858 @cindex attributes, defining
4860 @findex define_attr
4861 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
4862 by the target machine.  It looks like:
4864 @smallexample
4865 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
4866 @end smallexample
4868 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
4870 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
4871 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
4872 indicate that the attribute takes numeric values.
4874 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
4875 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
4876 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
4877 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
4878 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
4880 @findex insn-attr.h
4881 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
4882 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
4883 specified for an attribute, the following are defined:
4885 @itemize @bullet
4886 @item
4887 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
4889 @item
4890 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
4891 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
4892 the attribute name and value are first converted to uppercase.
4894 @item
4895 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
4896 returns the attribute value for that insn.
4897 @end itemize
4899 For example, if the following is present in the @file{md} file:
4901 @smallexample
4902 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
4903 @end smallexample
4905 @noindent
4906 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
4908 @smallexample
4909 #define HAVE_ATTR_type
4910 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
4911                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
4912 extern enum attr_type get_attr_type ();
4913 @end smallexample
4915 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
4916 defined and the function to obtain the attribute's value will return
4917 @code{int}.
4919 @end ifset
4920 @ifset INTERNALS
4921 @node Expressions
4922 @subsection Attribute Expressions
4923 @cindex attribute expressions
4925 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
4926 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
4927 Attribute value expressions must have one of the following forms:
4929 @table @code
4930 @cindex @code{const_int} and attributes
4931 @item (const_int @var{i})
4932 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
4933 must be non-negative.
4935 The value of a numeric attribute can be specified either with a
4936 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
4937 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
4938 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
4939 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
4941 @cindex @code{const_string} and attributes
4942 @item (const_string @var{value})
4943 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
4944 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
4945 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
4946 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
4947 of a @code{define_attr}.
4949 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
4950 must be a string containing a non-negative integer (normally
4951 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
4952 contain one of the valid values for the attribute.
4954 @cindex @code{if_then_else} and attributes
4955 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
4956 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
4957 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
4958 otherwise it is @var{false-value}.
4960 @cindex @code{cond} and attributes
4961 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
4962 The first operand of this expression is a vector containing an even
4963 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
4964 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
4965 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
4966 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
4967 expression is that of the @var{default} expression.
4968 @end table
4970 @var{test} expressions can have one of the following forms:
4972 @table @code
4973 @cindex @code{const_int} and attribute tests
4974 @item (const_int @var{i})
4975 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
4977 @cindex @code{not} and attributes
4978 @cindex @code{ior} and attributes
4979 @cindex @code{and} and attributes
4980 @item (not @var{test})
4981 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
4982 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
4983 These tests are true if the indicated logical function is true.
4985 @cindex @code{match_operand} and attributes
4986 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
4987 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
4988 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
4989 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
4990 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
4991 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
4992 string).
4994 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
4996 @cindex @code{le} and attributes
4997 @cindex @code{leu} and attributes
4998 @cindex @code{lt} and attributes
4999 @cindex @code{gt} and attributes
5000 @cindex @code{gtu} and attributes
5001 @cindex @code{ge} and attributes
5002 @cindex @code{geu} and attributes
5003 @cindex @code{ne} and attributes
5004 @cindex @code{eq} and attributes
5005 @cindex @code{plus} and attributes
5006 @cindex @code{minus} and attributes
5007 @cindex @code{mult} and attributes
5008 @cindex @code{div} and attributes
5009 @cindex @code{mod} and attributes
5010 @cindex @code{abs} and attributes
5011 @cindex @code{neg} and attributes
5012 @cindex @code{ashift} and attributes
5013 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
5014 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
5015 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
5016 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
5017 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
5018 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
5019 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
5020 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
5021 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
5022 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
5023 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
5024 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
5025 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
5026 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
5027 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
5028 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
5029 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
5031 @findex get_attr
5032 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
5033 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
5034 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
5035 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
5036 variable.
5038 @findex eq_attr
5039 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
5040 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
5042 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
5043 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
5044 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
5045 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
5046 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
5047 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
5048 @emph{not} in the specified list.
5050 For example,
5052 @smallexample
5053 (eq_attr "type" "load,store")
5054 @end smallexample
5056 @noindent
5057 is equivalent to
5059 @smallexample
5060 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
5061 @end smallexample
5063 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
5064 value of the compiler variable @code{which_alternative}
5065 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
5066 example,
5068 @smallexample
5069 (eq_attr "alternative" "2,3")
5070 @end smallexample
5072 @noindent
5073 is equivalent to
5075 @smallexample
5076 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
5077      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
5078 @end smallexample
5080 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
5081 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
5082 a particular pattern.  This is by far the most common case.
5084 @findex attr_flag
5085 @item (attr_flag @var{name})
5086 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
5087 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
5088 scheduled.
5090 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
5091 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
5092 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
5093 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
5094 if a conditional branch is expected to be taken.
5096 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
5097 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
5099 This example describes a conditional branch delay slot which
5100 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
5101 for backward branches which are not taken (annul-false).
5103 @smallexample
5104 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
5105   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
5106    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5107         (attr_flag "forward"))
5108    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5109         (attr_flag "backward"))])
5110 @end smallexample
5112 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
5113 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5115 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
5116 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5117 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
5118 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5120 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
5121 meaning to other passes of the compiler.
5123 @findex attr
5124 @item (attr @var{name})
5125 The value of another attribute is returned.  This is most useful
5126 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
5127 produce more efficient code for non-numeric attributes.
5128 @end table
5130 @end ifset
5131 @ifset INTERNALS
5132 @node Tagging Insns
5133 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
5134 @cindex tagging insns
5135 @cindex assigning attribute values to insns
5137 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
5138 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
5139 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
5140 have an optional last argument to specify the values of attributes for
5141 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
5142 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
5143 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
5144 permits the specification of the values for only one or two attributes
5145 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
5146 next section.
5148 The optional last argument of @code{define_insn} and
5149 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
5150 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
5151 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
5152 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
5153 second operand of the @code{set} is an attribute expression
5154 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
5156 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
5157 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
5158 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
5159 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
5160 each alternative.
5162 @findex set_attr
5163 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
5164 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
5165 specifying a string giving either a single attribute value or a list
5166 of attribute values, one for each alternative.
5168 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
5169 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
5171 @table @code
5172 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
5173 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
5174 or a string containing a comma-separated list giving the values for
5175 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
5176 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
5178 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
5179 which case the attribute will assume its default value for insns matching
5180 that alternative.
5182 @findex set_attr_alternative
5183 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
5184 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
5185 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
5186 tests on the @samp{alternative} attribute.
5188 @findex attr
5189 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
5190 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
5191 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
5192 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
5193 @end table
5195 The following shows three different ways of representing the same
5196 attribute value specification:
5198 @smallexample
5199 (set_attr "type" "load,store,arith")
5201 (set_attr_alternative "type"
5202                       [(const_string "load") (const_string "store")
5203                        (const_string "arith")])
5205 (set (attr "type")
5206      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
5207             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
5208            (const_string "arith")))
5209 @end smallexample
5211 @need 1000
5212 @findex define_asm_attributes
5213 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
5214 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
5215 statement.  It has the form:
5217 @smallexample
5218 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
5219 @end smallexample
5221 @noindent
5222 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
5223 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
5225 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
5226 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
5228 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
5229 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
5230 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
5231 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
5232 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
5233 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
5234 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
5235 of a single machine instruction.
5237 @end ifset
5238 @ifset INTERNALS
5239 @node Attr Example
5240 @subsection Example of Attribute Specifications
5241 @cindex attribute specifications example
5242 @cindex attribute specifications
5244 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
5245 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
5246 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
5247 value.  This attribute is normally used only to define the default value
5248 for other attributes.  An example will clarify this usage.
5250 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
5251 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
5252 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
5253 operations, floating point operations, and branches.
5255 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
5256 the condition code and will limit ourselves to the following possible
5257 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
5258 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
5259 changed if the item previously set into the condition code has been
5260 modified.
5262 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
5264 @smallexample
5265 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
5267 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
5268              (cond [(eq_attr "type" "load")
5269                         (const_string "change0")
5270                     (eq_attr "type" "store,branch")
5271                         (const_string "unchanged")
5272                     (eq_attr "type" "arith")
5273                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
5274                                       (const_string "set")
5275                                       (const_string "clobber"))]
5276                    (const_string "clobber")))
5278 (define_insn ""
5279   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
5280         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
5281   ""
5282   "@@
5283    move %0,%1
5284    load %0,%1
5285    store %0,%1"
5286   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
5287 @end smallexample
5289 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
5290 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
5291 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
5292 full-word result.
5294 @end ifset
5295 @ifset INTERNALS
5296 @node Insn Lengths
5297 @subsection Computing the Length of an Insn
5298 @cindex insn lengths, computing
5299 @cindex computing the length of an insn
5301 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
5302 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
5303 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
5304 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
5305 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
5306 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
5308 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
5309 arithmetic terms are allowed in test expressions:
5311 @table @code
5312 @cindex @code{match_dup} and attributes
5313 @item (match_dup @var{n})
5314 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
5315 must be a @code{label_ref}.
5317 @cindex @code{pc} and attributes
5318 @item (pc)
5319 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
5320 been more consistent with other usage to make this the address of the
5321 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
5322 current insn is to be computed.
5323 @end table
5325 @cindex @code{addr_vec}, length of
5326 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
5327 For normal insns, the length will be determined by value of the
5328 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
5329 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
5330 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
5332 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
5334 The following macros can be used to refine the length computation:
5336 @table @code
5337 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
5338 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
5339 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
5340 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
5341 that contains the initially computed length of the insn and should be
5342 updated with the correct length of the insn.
5344 This macro will normally not be required.  A case in which it is
5345 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
5346 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
5347 may be required.
5348 @end table
5350 @findex get_attr_length
5351 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
5352 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
5353 determine the form of the branch instruction to be written, as the
5354 example below illustrates.
5356 As an example of the specification of variable-length branches, consider
5357 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
5358 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
5359 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
5360 sequence to load the address from memory and then branch to it.
5362 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
5363 as follows:
5365 @smallexample
5366 (define_insn "jump"
5367   [(set (pc)
5368         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
5369   ""
5371    return (get_attr_length (insn) == 4
5372            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
5374   [(set (attr "length")
5375         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
5376                       (const_int 4)
5377                       (const_int 6)))])
5378 @end smallexample
5380 @end ifset
5381 @ifset INTERNALS
5382 @node Constant Attributes
5383 @subsection Constant Attributes
5384 @cindex constant attributes
5386 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
5387 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
5388 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
5389 used to specify which variety of processor is used.  For example,
5391 @smallexample
5392 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
5393  (const
5394   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
5395          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
5396         (const_string "m88000"))))
5398 (define_attr "memory" "fast,slow"
5399  (const
5400   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
5401                 (const_string "fast")
5402                 (const_string "slow"))))
5403 @end smallexample
5405 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
5406 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
5407 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
5408 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
5409 forms involving insn attributes.
5411 @end ifset
5412 @ifset INTERNALS
5413 @node Delay Slots
5414 @subsection Delay Slot Scheduling
5415 @cindex delay slots, defining
5417 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
5418 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
5419 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
5420 after the instruction are executed as if they were located before it.
5421 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
5422 the following instruction before the branch or call is performed.
5424 On some machines, conditional branch instructions can optionally
5425 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
5426 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
5427 instructions that annul if the branch is true and instructions that
5428 annul if the branch is false are supported.
5430 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
5431 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
5432 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
5433 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
5434 instruction scheduling.
5436 @findex define_delay
5437 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
5438 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
5440 @smallexample
5441 (define_delay @var{test}
5442               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
5443                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
5444                @dots{}])
5445 @end smallexample
5447 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
5448 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
5449 required delay slots is determined by the length of the vector specified
5450 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
5451 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
5452 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
5453 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
5454 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
5455 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
5457 For example, in the common case where branch and call insns require
5458 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
5459 call, the following would be placed in the @file{md} file:
5461 @smallexample
5462 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
5463               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5464 @end smallexample
5466 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
5467 case, each such expression specifies different delay slot requirements
5468 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
5469 expressions are both true.
5471 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
5472 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
5473 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
5474 branch is true, we might represent this as follows:
5476 @smallexample
5477 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
5478    [(eq_attr "type" "!branch,call")
5479     (eq_attr "type" "!branch,call")
5480     (nil)])
5482 (define_delay (eq_attr "type" "call")
5483               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
5484                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5485 @end smallexample
5486 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
5488 @end ifset
5489 @ifset INTERNALS
5490 @node Processor pipeline description
5491 @subsection Specifying processor pipeline description
5492 @cindex processor pipeline description
5493 @cindex processor functional units
5494 @cindex instruction latency time
5495 @cindex interlock delays
5496 @cindex data dependence delays
5497 @cindex reservation delays
5498 @cindex pipeline hazard recognizer
5499 @cindex automaton based pipeline description
5500 @cindex regular expressions
5501 @cindex deterministic finite state automaton
5502 @cindex automaton based scheduler
5503 @cindex RISC
5504 @cindex VLIW
5506 To achieve better performance, most modern processors
5507 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
5508 processors) have many @dfn{functional units} on which several
5509 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
5510 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
5511 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
5512 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
5513 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g. for some
5514 MIPS processors).
5516 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
5517 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
5518 latency time}.  The instruction execution is not started until all
5519 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
5520 complex cases when the instruction execution starts even when the data
5521 are not available but will be ready in given time after the
5522 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
5523 account is simple.  The data dependence (true, output, and
5524 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
5525 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
5526 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
5527 means that two instructions under execution will be in need of shared
5528 processors resources, i.e. buses, internal registers, and/or
5529 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
5530 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
5531 processors.
5533 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
5534 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
5535 instruction scheduler has to have an adequate description of the
5536 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
5537 machine descriptions describe processor parallelism and functional
5538 unit reservations for groups of instructions with the aid of
5539 @dfn{regular expressions}.
5541 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
5542 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
5543 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
5544 automatically generated from the processor pipeline description.  The
5545 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
5546 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
5547 the instruction issue is possible if there is a transition from one
5548 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
5549 furthermore, its speed is not dependent on processor
5550 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
5551   processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
5552   can split orthogonal parts of the machine description among several
5553   automata: but then, since each of these must be stepped independently,
5554   this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
5556 @cindex automaton based pipeline description
5557 The rest of this section describes the directives that constitute
5558 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
5559 these constructions within the machine description file is not
5560 important.
5562 @findex define_automaton
5563 @cindex pipeline hazard recognizer
5564 The following optional construction describes names of automata
5565 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
5566 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
5567 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
5568 units to the automata, the total size of the automata is usually
5569 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
5570 construction, only one finite state automaton is generated.
5572 @smallexample
5573 (define_automaton @var{automata-names})
5574 @end smallexample
5576 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
5577 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
5578 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
5579 @code{define_query_cpu_unit}.
5581 @findex define_cpu_unit
5582 @cindex processor functional units
5583 Each processor functional unit used in the description of instruction
5584 reservations should be described by the following construction.
5586 @smallexample
5587 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5588 @end smallexample
5590 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
5591 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
5592 for other goals.
5594 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5595 which the unit is bound.  The automaton should be described in
5596 construction @code{define_automaton}.  You should give
5597 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
5599 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
5600 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
5601 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
5602 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
5603 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
5604 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
5605 description of the subsequent constructions.
5607 @findex define_query_cpu_unit
5608 @cindex querying function unit reservations
5609 The following construction describes CPU functional units analogously
5610 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
5611 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
5612 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
5613 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
5614 be used for future code generation goals (e.g. to generate
5615 @acronym{VLIW} insn templates).
5617 @smallexample
5618 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5619 @end smallexample
5621 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
5622 separated by commas.
5624 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5625 which the unit is bound.
5627 @findex define_insn_reservation
5628 @cindex instruction latency time
5629 @cindex regular expressions
5630 @cindex data bypass
5631 The following construction is the major one to describe pipeline
5632 characteristics of an instruction.
5634 @smallexample
5635 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
5636                          @var{condition} @var{regexp})
5637 @end smallexample
5639 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
5640 instruction.  There is an important difference between the old
5641 description and the automaton based pipeline description.  The latency
5642 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
5643 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
5644 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
5645 zero and the cost of output dependencies is the difference between
5646 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
5647 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
5648 change the default costs for any description by using the target hook
5649 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
5651 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
5652 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
5653 the automaton description file generated for debugging.  The internal
5654 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
5655 good practice to use insn classes described in the processor manual.
5657 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
5658 construction.  You should remember that you will be in trouble if
5659 @var{condition} for two or more different
5660 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
5661 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
5662 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
5663 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
5664 the same value is quite difficult (especially if the conditions
5665 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
5666 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
5667 recognizer considerably.
5669 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
5670 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
5671 expression according to the following syntax:
5673 @smallexample
5674        regexp = regexp "," oneof
5675               | oneof
5677        oneof = oneof "|" allof
5678              | allof
5680        allof = allof "+" repeat
5681              | repeat
5683        repeat = element "*" number
5684               | element
5686        element = cpu_function_unit_name
5687                | reservation_name
5688                | result_name
5689                | "nothing"
5690                | "(" regexp ")"
5691 @end smallexample
5693 @itemize @bullet
5694 @item
5695 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
5696 the reservation.
5698 @item
5699 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
5700 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
5701 regular expression @strong{or} etc.
5703 @item
5704 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
5705 regular expression @strong{and} a reservation described by the
5706 second regular expression @strong{and} etc.
5708 @item
5709 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
5710 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
5711 advancing (see @samp{,}).
5713 @item
5714 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
5715 functional unit.
5717 @item
5718 @samp{reservation_name} --- see description of construction
5719 @samp{define_reservation}.
5721 @item
5722 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
5723 @end itemize
5725 @findex define_reservation
5726 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
5727 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
5728 the common part by the following construction
5730 @smallexample
5731 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
5732 @end smallexample
5734 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
5735 Functional unit names and reservation names are in the same name
5736 space.  So the reservation names should be different from the
5737 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
5739 @findex define_bypass
5740 @cindex instruction latency time
5741 @cindex data bypass
5742 The following construction is used to describe exceptions in the
5743 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
5745 @smallexample
5746 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
5747                [@var{guard}])
5748 @end smallexample
5750 @var{number} defines when the result generated by the instructions
5751 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
5752 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
5753 the string are separated by commas.
5755 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
5756 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
5757 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
5758 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
5759 recognize complicated bypasses, e.g. when the consumer is only an address
5760 of insn @samp{store} (not a stored value).
5762 @findex exclusion_set
5763 @findex presence_set
5764 @findex final_presence_set
5765 @findex absence_set
5766 @findex final_absence_set
5767 @cindex VLIW
5768 @cindex RISC
5769 The following five constructions are usually used to describe
5770 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
5771 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
5772 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
5774 @smallexample
5775 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
5776 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5777 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5778 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5779 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5780 @end smallexample
5782 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
5783 separated by commas.
5785 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
5786 separated by comma.  Currently pattern is is one unit or units
5787 separated by white-spaces.
5789 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
5790 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
5791 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
5792 example, the construction is useful for describing processors
5793 (e.g. some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
5794 functional unit which can execute simultaneously only single floating
5795 point insns or only double floating point insns.
5797 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
5798 functional unit in the first string can not be reserved unless at
5799 least one of pattern of units whose names are in the second string is
5800 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
5801 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
5802 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
5803 construction
5805 @smallexample
5806 (presence_set "slot1" "slot0")
5807 @end smallexample
5809 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
5810 reservation.  In this case we could write
5812 @smallexample
5813 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
5814 @end smallexample
5816 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
5817 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
5818 done.  When an instruction is issued in given automaton state
5819 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
5820 state is changed.  The first state is a source state, the second one
5821 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
5822 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
5823 done on the result reservation.  This construction is useful to
5824 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
5825 For example, if we use
5827 @smallexample
5828 (presence_set "slot1" "slot0")
5829 @end smallexample
5831 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
5832 @samp{slot0} which is absent in the source state).
5834 @smallexample
5835 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
5836 @end smallexample
5838 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
5840 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
5841 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
5842 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
5843 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
5844 this one but it is symmetric).  For example, it is useful for
5845 description that @acronym{VLIW} @samp{slot0} can not be reserved after
5846 @samp{slot1} or @samp{slot2} reservation.  We could describe it by the
5847 following construction
5849 @smallexample
5850 (absence_set "slot2" "slot0, slot1")
5851 @end smallexample
5853 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
5854 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
5855 this case we could write
5857 @smallexample
5858 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
5859 @end smallexample
5861 All functional units mentioned in a set should belong to the same
5862 automaton.
5864 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
5865 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
5866 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
5868 @findex automata_option
5869 @cindex deterministic finite state automaton
5870 @cindex nondeterministic finite state automaton
5871 @cindex finite state automaton minimization
5872 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
5873 the following construction.
5875 @smallexample
5876 (automata_option @var{options})
5877 @end smallexample
5879 @var{options} is a string giving options which affect the generated
5880 code.  Currently there are the following options:
5882 @itemize @bullet
5883 @item
5884 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
5885 only worth to do when we are debugging the description and need to
5886 look more accurately at reservations of states.
5888 @item
5889 @dfn{time} means printing additional time statistics about
5890 generation of automata.
5892 @item
5893 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
5894 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
5895 verification and debugging.
5897 @item
5898 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
5899 non-critical errors.
5901 @item
5902 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
5903 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
5904 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
5905 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
5906 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
5907 may be rejected by reservations in the subsequent insns.  You can not
5908 query functional unit reservations in nondeterministic automaton
5909 states.
5911 @item
5912 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
5913 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
5914 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
5915 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
5916 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
5917 huge automaton.
5918 @end itemize
5920 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
5921 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
5922 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
5923 the following functional units.
5925 @smallexample
5926 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
5927 (define_cpu_unit "port0, port1")
5928 @end smallexample
5930 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
5931 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
5932 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
5933 are issued into the second pipeline.  Integer division and
5934 multiplication insns can be executed only in the second integer
5935 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
5936 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e. the subsequent
5937 integer division insn can not be issued until the current division
5938 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
5939 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
5940 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
5941 incurred.  To describe all of this we could specify
5943 @smallexample
5944 (define_cpu_unit "div")
5946 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
5947                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
5949 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
5950                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
5952 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
5953                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
5955 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
5956                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
5958 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
5959 @end smallexample
5961 To simplify the description we could describe the following reservation
5963 @smallexample
5964 (define_reservation "finish" "port0|port1")
5965 @end smallexample
5967 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
5968 construction
5970 @smallexample
5971 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
5972                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
5973 @end smallexample
5976 @end ifset
5977 @ifset INTERNALS
5978 @node Conditional Execution
5979 @section Conditional Execution
5980 @cindex conditional execution
5981 @cindex predication
5983 A number of architectures provide for some form of conditional
5984 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
5985 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
5986 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
5987 can be quite tedious to describe these forms directly in the
5988 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
5990 @findex define_cond_exec
5991 @smallexample
5992 (define_cond_exec
5993   [@var{predicate-pattern}]
5994   "@var{condition}"
5995   "@var{output-template}")
5996 @end smallexample
5998 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
5999 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
6000 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
6001 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
6002 alternative.
6004 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
6005 pattern to match.
6007 @findex current_insn_predicate
6008 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
6009 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
6010 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
6011 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
6012 In order to handle the general case, there is a global variable
6013 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
6014 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
6016 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
6017 the @code{predicable} instruction attribute is made.
6018 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
6019 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
6020 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
6021 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
6022 alternative or anything else.
6024 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
6025 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
6026 generated that matches a predicated version of the instruction.
6027 For example,
6029 @smallexample
6030 (define_insn "addsi"
6031   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6032         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6033                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
6034   "@var{test1}"
6035   "add %2,%1,%0")
6037 (define_cond_exec
6038   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
6039        (const_int 0))]
6040   "@var{test2}"
6041   "(%0)")
6042 @end smallexample
6044 @noindent
6045 generates a new pattern
6047 @smallexample
6048 (define_insn ""
6049   [(cond_exec
6050      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
6051      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6052           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6053                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
6054   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
6055   "(%3) add %2,%1,%0")
6056 @end smallexample
6058 @end ifset
6059 @ifset INTERNALS
6060 @node Constant Definitions
6061 @section Constant Definitions
6062 @cindex constant definitions
6063 @findex define_constants
6065 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
6066 can be a maintenance problem.
6068 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
6069 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
6070 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
6071 if the corresponding value had been written instead.  You may use
6072 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
6073 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
6074 a different value.
6076 To come back to the a29k load multiple example, instead of
6078 @smallexample
6079 (define_insn ""
6080   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6081      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6082            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6083       (use (reg:SI 179))
6084       (clobber (reg:SI 179))])]
6085   ""
6086   "loadm 0,0,%1,%2")
6087 @end smallexample
6089 You could write:
6091 @smallexample
6092 (define_constants [
6093     (R_BP 177)
6094     (R_FC 178)
6095     (R_CR 179)
6096     (R_Q  180)
6099 (define_insn ""
6100   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6101      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6102            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6103       (use (reg:SI R_CR))
6104       (clobber (reg:SI R_CR))])]
6105   ""
6106   "loadm 0,0,%1,%2")
6107 @end smallexample
6109 The constants that are defined with a define_constant are also output
6110 in the insn-codes.h header file as #defines.
6111 @end ifset