std_bitset.h: Replace CHAR_BIT with __CHAR_BIT__, use numeric_limits for bits-per...
[official-gcc.git] / gcc / doc / md.texi
blobce3eb14aeb75d4ececd81b066ece85c61d0b93cc
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002
2 @c Free Software Foundation, Inc.
3 @c This is part of the GCC manual.
4 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
6 @ifset INTERNALS
7 @node Machine Desc
8 @chapter Machine Descriptions
9 @cindex machine descriptions
11 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
12 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
14 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
15 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
16 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
17 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
18 is inside a quoted string.
20 See the next chapter for information on the C header file.
22 @menu
23 * Overview::            How the machine description is used.
24 * Patterns::            How to write instruction patterns.
25 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
26 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
27 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
28                           from such an insn.
29 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
30                           the assembler code.
31 * Constraints::         When not all operands are general operands.
32 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
33 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
34 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
35 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
36 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
37 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
38 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
39                           for a standard operation.
40 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
41 * Including Patterns::      Including Patterns in Machine Descriptions.
42 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
43 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
44 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
45                            predication.
46 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
47                         md file.
48 @end menu
50 @node Overview
51 @section Overview of How the Machine Description is Used
53 There are three main conversions that happen in the compiler:
55 @enumerate
57 @item
58 The front end reads the source code and builds a parse tree.
60 @item
61 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
62 instruction patterns.
64 @item
65 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
66 code.
68 @end enumerate
70 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
71 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
72 choose the pattern with the right name and apply the operands according
73 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
74 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
75 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
76 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
77 named pattern it needs, it will abort.
79 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
80 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
81 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
82 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
83 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
84 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
85 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
86 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
88 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
89 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
90 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
91 example.
93 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
94 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
95 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
96 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
98 @node Patterns
99 @section Everything about Instruction Patterns
100 @cindex patterns
101 @cindex instruction patterns
103 @findex define_insn
104 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
105 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
106 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
107 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
109 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
111 @enumerate
112 @item
113 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
114 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
115 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
116 the instruction patterns with those names, if the names are defined
117 in the machine description.
119 The absence of a name is indicated by writing an empty string
120 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
121 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
122 to be combined later on.
124 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
125 effect; they are equivalent to no name at all.
127 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
128 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
129 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
130 to having a nameless pattern for all other purposes.
132 @item
133 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
134 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
135 incomplete because it may contain @code{match_operand},
136 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
137 operands of the instruction.
139 If the vector has only one element, that element is the template for the
140 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
141 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
142 elements described.
144 @item
145 @cindex pattern conditions
146 @cindex conditions, in patterns
147 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
148 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
150 @cindex named patterns and conditions
151 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
152 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
153 flags.  The compiler needs to test these conditions during
154 initialization in order to learn exactly which named instructions are
155 available in a particular run.
157 @findex operands
158 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
159 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
160 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
161 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
162 can't be used to control register allocation, for example by excluding
163 certain hard registers or hard register combinations.
165 @item
166 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
167 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
168 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
170 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
171 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
173 @item
174 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
175 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
176 @end enumerate
178 @node Example
179 @section Example of @code{define_insn}
180 @cindex @code{define_insn} example
182 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
184 @example
185 (define_insn "tstsi"
186   [(set (cc0)
187         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
188   ""
189   "*
191   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
192     return \"tstl %0\";
193   return \"cmpl #0,%0\";
194 @}")
195 @end example
197 @noindent
198 This can also be written using braced strings:
200 @example
201 (define_insn "tstsi"
202   [(set (cc0)
203         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
204   ""
206   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
207     return "tstl %0";
208   return "cmpl #0,%0";
210 @end example
212 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
213 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
214 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
215 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
216 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
217 can be constructed using this pattern.
219 The output control string is a piece of C code which chooses which
220 output template to return based on the kind of operand and the specific
221 type of CPU for which code is being generated.
223 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
225 @node RTL Template
226 @section RTL Template
227 @cindex RTL insn template
228 @cindex generating insns
229 @cindex insns, generating
230 @cindex recognizing insns
231 @cindex insns, recognizing
233 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
234 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
235 says how to construct an insn from specified operands.
237 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
238 template.  Matching involves determining the values that serve as the
239 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
240 controlled by special expression types that direct matching and
241 substitution of the operands.
243 @table @code
244 @findex match_operand
245 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
246 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
247 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
248 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
249 appears at this position in the insn will be taken as operand
250 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
251 pattern will not match at all.
253 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
254 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
255 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
256 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
257 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
258 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
259 other operand numbers.
261 @var{predicate} is a string that is the name of a C function that accepts two
262 arguments, an expression and a machine mode.  During matching, the
263 function will be called with the putative operand as the expression and
264 @var{m} as the mode argument (if @var{m} is not specified,
265 @code{VOIDmode} will be used, which normally causes @var{predicate} to accept
266 any mode).  If it returns zero, this instruction pattern fails to match.
267 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be done
268 on the operand, so anything which occurs in this position is valid.
270 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
271 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
272 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
273 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
274 @code{VOIDmode}.
276 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
277 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
279 People are often unclear on the difference between the constraint and the
280 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
281 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
282 controls various decisions in the case of an insn which does match.
284 @findex general_operand
285 On CISC machines, the most common @var{predicate} is
286 @code{"general_operand"}.  This function checks that the putative
287 operand is either a constant, a register or a memory reference, and that
288 it is valid for mode @var{m}.
290 @findex register_operand
291 For an operand that must be a register, @var{predicate} should be
292 @code{"register_operand"}.  Using @code{"general_operand"} would be
293 valid, since the reload pass would copy any non-register operands
294 through registers, but this would make GCC do extra work, it would
295 prevent invariant operands (such as constant) from being removed from
296 loops, and it would prevent the register allocator from doing the best
297 possible job.  On RISC machines, it is usually most efficient to allow
298 @var{predicate} to accept only objects that the constraints allow.
300 @findex immediate_operand
301 For an operand that must be a constant, you must be sure to either use
302 @code{"immediate_operand"} for @var{predicate}, or make the instruction
303 pattern's extra condition require a constant, or both.  You cannot
304 expect the constraints to do this work!  If the constraints allow only
305 constants, but the predicate allows something else, the compiler will
306 crash when that case arises.
308 @findex match_scratch
309 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
310 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
311 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
312 expression.
314 When matching patterns, this is equivalent to
316 @smallexample
317 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
318 @end smallexample
320 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
321 expression.
323 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
324 expressions whose operands are either a hard register or
325 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
326 necessary.  @xref{Side Effects}.
328 @findex match_dup
329 @item (match_dup @var{n})
330 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
331 It is used when the operand needs to appear more than once in the
332 insn.
334 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
335 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
336 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
337 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
338 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
339 identical-looking expression.
341 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
342 a particular register is being used for two operands (example:
343 @code{add} that adds one register to another; the second register is
344 both an input operand and the output operand).  Use a matching
345 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
346 operand is used in two places in the template, such as an instruction
347 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
348 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
349 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
351 @findex match_operator
352 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
353 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
354 code.
356 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
357 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
358 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
360 When matching an expression, it matches an expression if the function
361 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
362 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
364 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
365 follows, to match any expression whose operator is one of the
366 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
368 @smallexample
370 commutative_operator (x, mode)
371      rtx x;
372      enum machine_mode mode;
374   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
375   if (GET_MODE (x) != mode)
376     return 0;
377   return (GET_RTX_CLASS (code) == 'c'
378           || code == EQ || code == NE);
380 @end smallexample
382 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
383 of a commutative operator applied to two general operands:
385 @smallexample
386 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
387   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
388    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
389 @end smallexample
391 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
392 because the expressions to be matched all contain two operands.
394 When this pattern does match, the two operands of the commutative
395 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
396 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
397 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
398 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
400 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
401 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
402 predicate function, and that function is solely responsible for
403 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
405 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
406 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
407 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
408 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
409 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
410 only its expression code matters.
412 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
413 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
414 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
415 register allocation because the register allocator often looks at
416 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
418 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
419 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
420 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
421 However, if parts of its @var{operands} are matched by
422 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
423 their own.
425 @findex match_op_dup
426 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
427 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
428 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
429 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
430 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
431 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
432 recognition template, and it matches only an identical-looking
433 expression.
435 @findex match_parallel
436 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
437 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
438 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
439 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
441 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
442 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
443 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
444 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
445 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
446 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
447 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
448 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
449 those listed in the @code{match_parallel}.
451 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
452 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
453 in a @code{parallel}.  For example,
455 @smallexample
456 (define_insn ""
457   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
458      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
459            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
460       (use (reg:SI 179))
461       (clobber (reg:SI 179))])]
462   ""
463   "loadm 0,0,%1,%2")
464 @end smallexample
466 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
467 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
468 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
469 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
470 registers and memory locations.
472 An insn that matches this pattern might look like:
474 @smallexample
475 (parallel
476  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
477   (use (reg:SI 179))
478   (clobber (reg:SI 179))
479   (set (reg:SI 21)
480        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
481                         (const_int 4))))
482   (set (reg:SI 22)
483        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
484                         (const_int 8))))])
485 @end smallexample
487 @findex match_par_dup
488 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
489 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
490 @code{match_operator}.
492 @findex match_insn
493 @item (match_insn @var{predicate})
494 Match a complete insn.  Unlike the other @code{match_*} recognizers,
495 @code{match_insn} does not take an operand number.
497 The machine mode @var{m} of @code{match_insn} works like that of
498 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
499 predicate function, and that function is solely responsible for
500 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
502 @findex match_insn2
503 @item (match_insn2 @var{n} @var{predicate})
504 Match a complete insn.
506 The machine mode @var{m} of @code{match_insn2} works like that of
507 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
508 predicate function, and that function is solely responsible for
509 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
511 @end table
513 @node Output Template
514 @section Output Templates and Operand Substitution
515 @cindex output templates
516 @cindex operand substitution
518 @cindex @samp{%} in template
519 @cindex percent sign
520 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
521 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
522 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
523 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
524 identify places where different variants of the assembler require
525 different syntax.
527 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
528 operand @var{n} at that point in the string.
530 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
531 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
532 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
533 additional letters with nonstandard meanings.
535 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
536 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
537 operand.
539 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
540 the constant is negated before printing.
542 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
543 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
544 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
545 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
546 as if it were a memory reference.
548 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
549 instruction.
551 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
552 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
553 referred to more than once in a single template that generates multiple
554 assembler instructions.
556 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
557 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
558 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
559 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
560 which punctuation characters are valid with the
561 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
563 @cindex \
564 @cindex backslash
565 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
566 for the instructions, with @samp{\;} between them.
568 @cindex matching operands
569 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
570 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
571 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
572 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
573 operand.
575 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
576 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
577 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
578 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
579 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
580 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
581 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
582 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
583 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
584 it to do nothing.
586 @cindex @code{#} in template
587 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
588 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
589 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
590 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
591 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
592 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
593 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
594 instructions.
596 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
597 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
598 describe multiple variants of assembler language syntax.
599 @xref{Instruction Output}.
601 @node Output Statement
602 @section C Statements for Assembler Output
603 @cindex output statements
604 @cindex C statements for assembler output
605 @cindex generating assembler output
607 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
608 assembler code for all the cases that are recognized by a single
609 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
610 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
611 machine instructions.
613 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
614 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
615 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
616 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
617 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
618 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
619 might write this pattern:
621 @smallexample
622 (define_insn "addsi3"
623   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
624         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
625                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
626   ""
627   "@@
628    addr %2,%0
629    addm %2,%0")
630 @end smallexample
632 @cindex @code{*} in template
633 @cindex asterisk in template
634 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
635 output template but rather a piece of C program that should compute a
636 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
637 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
638 require doublequote characters to delimit them.  To include these
639 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
641 If the output control string is written as a brace block instead of a
642 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
643 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
644 doublequotes surrounding C string literals.
646 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
647 is @code{rtx []}.
649 It is very common to select different ways of generating assembler code
650 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
651 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
652 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
653 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
654 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
655 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
656 values of those bits.
658 @findex output_asm_insn
659 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
660 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
661 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
662 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
663 that you declare locally and initialize yourself.
665 @findex which_alternative
666 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
667 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
668 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
669 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
670 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
671 etc.).
673 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
674 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
675 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
677 @smallexample
678 (define_insn ""
679   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
680         (const_int 0))]
681   ""
682   @{
683   return (which_alternative == 0
684           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
685   @})
686 @end smallexample
688 The example above, where the assembler code to generate was
689 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
690 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
692 @smallexample
693 @group
694 (define_insn ""
695   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
696         (const_int 0))]
697   ""
698   "@@
699    clrreg %0
700    clrmem %0")
701 @end group
702 @end smallexample
703 @end ifset
705 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
706 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
707 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
708 @ifset INTERNALS
709 @node Constraints
710 @section Operand Constraints
711 @cindex operand constraints
712 @cindex constraints
714 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify a
715 constraint for the type of operands allowed.
716 @end ifset
717 @ifclear INTERNALS
718 @node Constraints
719 @section Constraints for @code{asm} Operands
720 @cindex operand constraints, @code{asm}
721 @cindex constraints, @code{asm}
722 @cindex @code{asm} constraints
724 Here are specific details on what constraint letters you can use with
725 @code{asm} operands.
726 @end ifclear
727 Constraints can say whether
728 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
729 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
730 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
731 have.  Constraints can also require two operands to match.
733 @ifset INTERNALS
734 @menu
735 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
736 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
737 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
738 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
739 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
740 @end menu
741 @end ifset
743 @ifclear INTERNALS
744 @menu
745 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
746 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
747 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
748 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
749 @end menu
750 @end ifclear
752 @node Simple Constraints
753 @subsection Simple Constraints
754 @cindex simple constraints
756 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
757 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
758 the letters that are allowed:
760 @table @asis
761 @item whitespace
762 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
763 except the first.  This enables each alternative for different operands to
764 be visually aligned in the machine description even if they have different
765 number of constraints and modifiers.
767 @cindex @samp{m} in constraint
768 @cindex memory references in constraints
769 @item @samp{m}
770 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
771 supports in general.
773 @cindex offsettable address
774 @cindex @samp{o} in constraint
775 @item @samp{o}
776 A memory operand is allowed, but only if the address is
777 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
778 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
779 may be added to the address and the result is also a valid memory
780 address.
782 @cindex autoincrement/decrement addressing
783 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
784 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
785 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
786 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
787 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
788 addresses may or may not be offsettable depending on the other
789 addressing modes that the machine supports.
791 Note that in an output operand which can be matched by another
792 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
793 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
794 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
796 @cindex @samp{V} in constraint
797 @item @samp{V}
798 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
799 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
801 @cindex @samp{<} in constraint
802 @item @samp{<}
803 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
804 postdecrement) is allowed.
806 @cindex @samp{>} in constraint
807 @item @samp{>}
808 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
809 postincrement) is allowed.
811 @cindex @samp{r} in constraint
812 @cindex registers in constraints
813 @item @samp{r}
814 A register operand is allowed provided that it is in a general
815 register.
817 @cindex constants in constraints
818 @cindex @samp{i} in constraint
819 @item @samp{i}
820 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
821 This includes symbolic constants whose values will be known only at
822 assembly time.
824 @cindex @samp{n} in constraint
825 @item @samp{n}
826 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
827 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
828 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
829 rather than @samp{i}.
831 @cindex @samp{I} in constraint
832 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
833 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
834 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
835 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
836 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
837 This is the range permitted as a shift count in the shift
838 instructions.
840 @cindex @samp{E} in constraint
841 @item @samp{E}
842 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
843 allowed, but only if the target floating point format is the same as
844 that of the host machine (on which the compiler is running).
846 @cindex @samp{F} in constraint
847 @item @samp{F}
848 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
849 @code{const_vector}) is allowed.
851 @cindex @samp{G} in constraint
852 @cindex @samp{H} in constraint
853 @item @samp{G}, @samp{H}
854 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
855 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
857 @cindex @samp{s} in constraint
858 @item @samp{s}
859 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
860 allowed.
862 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
863 value not known at compile time, it certainly must allow any known
864 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
865 better code to be generated.
867 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
868 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
869 and 127, better code results from loading the value into a register and
870 using the register.  This is because the load into the register can be
871 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
872 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
873 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
874 constraints.
876 @cindex @samp{g} in constraint
877 @item @samp{g}
878 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
879 registers that are not general registers.
881 @cindex @samp{X} in constraint
882 @item @samp{X}
883 @ifset INTERNALS
884 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
885 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
886 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
887 require a scratch register.
888 @end ifset
889 @ifclear INTERNALS
890 Any operand whatsoever is allowed.
891 @end ifclear
893 @cindex @samp{0} in constraint
894 @cindex digits in constraint
895 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
896 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
897 digit is used together with letters within the same alternative, the
898 digit should come last.
900 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
901 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
902 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
903 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
904 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
905 can use multiple alternatives instead.
907 @cindex matching constraint
908 @cindex constraint, matching
909 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
910 that the assembler has only a single operand that fills two roles
911 @ifset INTERNALS
912 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
913 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
914 @end ifset
915 @ifclear INTERNALS
916 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
917 two input operands and an output operand, but on most CISC
918 @end ifclear
919 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
920 input-output operand:
922 @smallexample
923 addl #35,r12
924 @end smallexample
926 Matching constraints are used in these circumstances.
927 More precisely, the two operands that match must include one input-only
928 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
929 smaller number than the number of the operand that uses it in the
930 constraint.
932 @ifset INTERNALS
933 For operands to match in a particular case usually means that they
934 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
935 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
936 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
937 For proper results in such cases, the output template should always
938 use the output-operand's number when printing the operand.
939 @end ifset
941 @cindex load address instruction
942 @cindex push address instruction
943 @cindex address constraints
944 @cindex @samp{p} in constraint
945 @item @samp{p}
946 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
947 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
949 @findex address_operand
950 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
951 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
952 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
953 reference for which the address would be valid.
955 @cindex other register constraints
956 @cindex extensible constraints
957 @item @var{other-letters}
958 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
959 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
960 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
961 for data, address and floating point registers.
963 @ifset INTERNALS
964 The machine description macro @code{REG_CLASS_FROM_LETTER} has first
965 cut at the otherwise unused letters.  If it evaluates to @code{NO_REGS},
966 then @code{EXTRA_CONSTRAINT} is evaluated.
968 A typical use for @code{EXTRA_CONSTRAINT} would be to distinguish certain
969 types of memory references that affect other insn operands.
970 @end ifset
971 @end table
973 @ifset INTERNALS
974 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
975 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
976 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
977 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
978 done by copying an operand into a register.
980 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
982 @smallexample
983 (define_insn ""
984   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
985         (plus:SI (match_dup 0)
986                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
987   ""
988   "@dots{}")
989 @end smallexample
991 @noindent
992 which has two operands, one of which must appear in two places, and
994 @smallexample
995 (define_insn ""
996   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
997         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
998                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
999   ""
1000   "@dots{}")
1001 @end smallexample
1003 @noindent
1004 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1005 identical.  If we are considering an insn of the form
1007 @smallexample
1008 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1009   (set (reg:SI 3)
1010        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1011   @dots{})
1012 @end smallexample
1014 @noindent
1015 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1016 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1017 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
1018 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1019 is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
1020 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1021 results might look like this:
1023 @smallexample
1024 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1025   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1026   @dots{})
1028 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1029   (set (reg:SI 3)
1030        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1031   @dots{})
1032 @end smallexample
1034 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1035 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1036 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1037 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1038 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1039 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1040 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1041 reloading any possible operand so that it will fit.
1043 @itemize @bullet
1044 @item
1045 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1046 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1048 For example, an operand whose constraints permit everything except
1049 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1051 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1052 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1053 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1054 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1055 more selective.
1057 @item
1058 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1059 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1060 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1061 compiler knows how to copy a register into another register of the
1062 proper class in order to make an instruction valid.
1064 @cindex nonoffsettable memory reference
1065 @cindex memory reference, nonoffsettable
1066 @item
1067 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1068 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1069 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1071 @item
1072 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1073 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1074 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1075 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1077 @item
1078 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1079 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1080 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1081 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1082 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1083 objects allowed by the constraint.
1084 @end itemize
1086 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1087 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1088 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1089 how to copy a register temporarily into memory.
1091 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1092 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1093 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1094 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1095 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1096 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1097 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1098 @code{sign_extend}.
1099 @end ifset
1101 @node Multi-Alternative
1102 @subsection Multiple Alternative Constraints
1103 @cindex multiple alternative constraints
1105 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1106 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1107 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1108 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1109 another.
1111 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1112 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1113 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1114 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1115 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1116 @ifset INTERNALS
1117 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1119 @smallexample
1120 (define_insn "iorsi3"
1121   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1122         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1123                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1124   @dots{})
1125 @end smallexample
1127 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1128 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1129 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1130 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1131 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1132 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1133 @end ifset
1135 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1136 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1137 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1138 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1139 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1140 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1141 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1143 @table @code
1144 @cindex @samp{?} in constraint
1145 @cindex question mark
1146 @item ?
1147 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1148 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1149 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1150 in it.
1152 @cindex @samp{!} in constraint
1153 @cindex exclamation point
1154 @item !
1155 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1156 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1157 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1158 @end table
1160 @ifset INTERNALS
1161 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1162 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1163 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1164 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1165 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1166 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1167 @end ifset
1169 @ifset INTERNALS
1170 @node Class Preferences
1171 @subsection Register Class Preferences
1172 @cindex class preference constraints
1173 @cindex register class preference constraints
1175 @cindex voting between constraint alternatives
1176 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1177 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1178 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1179 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1180 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1181 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1182 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1183 favor of a general register.  The machine description says which registers
1184 are considered general.
1186 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1187 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1188 @end ifset
1190 @node Modifiers
1191 @subsection Constraint Modifier Characters
1192 @cindex modifiers in constraints
1193 @cindex constraint modifier characters
1195 @c prevent bad page break with this line
1196 Here are constraint modifier characters.
1198 @table @samp
1199 @cindex @samp{=} in constraint
1200 @item =
1201 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1202 value is discarded and replaced by output data.
1204 @cindex @samp{+} in constraint
1205 @item +
1206 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1208 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1209 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1210 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1211 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1212 are assumed to be input only.
1214 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1215 first character of the constraint string.
1217 @cindex @samp{&} in constraint
1218 @cindex earlyclobber operand
1219 @item &
1220 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1221 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1222 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1223 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1224 address.
1226 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1227 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1228 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1229 @samp{movdf} insn of the 68000.
1231 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1232 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1233 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1234 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1235 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1237 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1239 @cindex @samp{%} in constraint
1240 @item %
1241 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1242 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1243 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1244 constraints.
1245 @ifset INTERNALS
1246 This is often used in patterns for addition instructions
1247 that really have only two operands: the result must go in one of the
1248 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1249 instruction is defined:
1251 @smallexample
1252 (define_insn "addhi3"
1253   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1254      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1255               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1256   @dots{})
1257 @end smallexample
1258 @end ifset
1259 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more, 
1260 the compiler may fail.
1262 @cindex @samp{#} in constraint
1263 @item #
1264 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1265 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1266 register preferences.
1268 @cindex @samp{*} in constraint
1269 @item *
1270 Says that the following character should be ignored when choosing
1271 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1272 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1274 @ifset INTERNALS
1275 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1276 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1277 copying it into an address register.  While either kind of register is
1278 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1279 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1280 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1281 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1282 register preferences.
1284 @smallexample
1285 (define_insn "extendhisi2"
1286   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1287         (sign_extend:SI
1288          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1289   @dots{})
1290 @end smallexample
1291 @end ifset
1292 @end table
1294 @node Machine Constraints
1295 @subsection Constraints for Particular Machines
1296 @cindex machine specific constraints
1297 @cindex constraints, machine specific
1299 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1300 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1301 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1302 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1303 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1304 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1305 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1306 immediate-constant format.
1308 For each machine architecture, the
1309 @file{config/@var{machine}/@var{machine}.h} file defines additional
1310 constraints.  These constraints are used by the compiler itself for
1311 instruction generation, as well as for @code{asm} statements; therefore,
1312 some of the constraints are not particularly interesting for @code{asm}.
1313 The constraints are defined through these macros:
1315 @table @code
1316 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1317 Register class constraints (usually lower case).
1319 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1320 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1321 word size or smaller precision (usually upper case).
1323 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1324 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1325 constants of greater than word size precision (usually upper case).
1327 @item EXTRA_CONSTRAINT
1328 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1329 is only defined for some machines.
1330 @end table
1332 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1333 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1334 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1335 available on some particular machines.
1337 @table @emph
1338 @item ARM family---@file{arm.h}
1339 @table @code
1340 @item f
1341 Floating-point register
1343 @item F
1344 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1345 or 10.0
1347 @item G
1348 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1349 were negated
1351 @item I
1352 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1353 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1354 multiple of 2
1356 @item J
1357 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1359 @item K
1360 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1362 @item L
1363 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1365 @item M
1366 Integer in the range 0 to 32
1368 @item Q
1369 A memory reference where the exact address is in a single register
1370 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1372 @item R
1373 An item in the constant pool
1375 @item S
1376 A symbol in the text segment of the current file
1377 @end table
1379 @item AVR family---@file{avr.h}
1380 @table @code
1381 @item l
1382 Registers from r0 to r15
1384 @item a
1385 Registers from r16 to r23
1387 @item d
1388 Registers from r16 to r31
1390 @item w
1391 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1393 @item e
1394 Pointer register (r26--r31)
1396 @item b
1397 Base pointer register (r28--r31)
1399 @item q
1400 Stack pointer register (SPH:SPL)
1402 @item t
1403 Temporary register r0
1405 @item x
1406 Register pair X (r27:r26)
1408 @item y
1409 Register pair Y (r29:r28)
1411 @item z
1412 Register pair Z (r31:r30)
1414 @item I
1415 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1417 @item J
1418 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1420 @item K
1421 Constant integer 2
1423 @item L
1424 Constant integer 0
1426 @item M
1427 Constant that fits in 8 bits
1429 @item N
1430 Constant integer @minus{}1
1432 @item O
1433 Constant integer 8, 16, or 24
1435 @item P
1436 Constant integer 1
1438 @item G
1439 A floating point constant 0.0
1440 @end table
1442 @item IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1443 @table @code
1444 @item b
1445 Address base register
1447 @item f
1448 Floating point register
1450 @item h
1451 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1453 @item q
1454 @samp{MQ} register
1456 @item c
1457 @samp{CTR} register
1459 @item l
1460 @samp{LINK} register
1462 @item x
1463 @samp{CR} register (condition register) number 0
1465 @item y
1466 @samp{CR} register (condition register)
1468 @item z
1469 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1471 @item I
1472 Signed 16-bit constant
1474 @item J
1475 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1476 @code{SImode} constants)
1478 @item K
1479 Unsigned 16-bit constant
1481 @item L
1482 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1484 @item M
1485 Constant larger than 31
1487 @item N
1488 Exact power of 2
1490 @item O
1491 Zero
1493 @item P
1494 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1496 @item G
1497 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1498 instruction per word
1500 @item Q
1501 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1502 for @code{asm} statements)
1504 @item R
1505 AIX TOC entry
1507 @item S
1508 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1510 @item T
1511 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1513 @item U
1514 System V Release 4 small data area reference
1515 @end table
1517 @item Intel 386---@file{i386.h}
1518 @table @code
1519 @item q
1520 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register for the i386.
1521 For x86-64 it is equivalent to @samp{r} class. (for 8-bit instructions that
1522 do not use upper halves)
1524 @item Q
1525 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register. (for 8-bit instructions,
1526 that do use upper halves)
1528 @item R
1529 Legacy register---equivalent to @code{r} class in i386 mode.
1530 (for non-8-bit registers used together with 8-bit upper halves in a single
1531 instruction)
1533 @item A
1534 Specifies the @samp{a} or @samp{d} registers.  This is primarily useful
1535 for 64-bit integer values (when in 32-bit mode) intended to be returned
1536 with the @samp{d} register holding the most significant bits and the
1537 @samp{a} register holding the least significant bits.
1539 @item f
1540 Floating point register
1542 @item t
1543 First (top of stack) floating point register
1545 @item u
1546 Second floating point register
1548 @item a
1549 @samp{a} register
1551 @item b
1552 @samp{b} register
1554 @item c
1555 @samp{c} register
1557 @item C
1558 Specifies constant that can be easily constructed in SSE register without
1559 loading it from memory.
1561 @item d
1562 @samp{d} register
1564 @item D
1565 @samp{di} register
1567 @item S
1568 @samp{si} register
1570 @item x
1571 @samp{xmm} SSE register
1573 @item y
1574 MMX register
1576 @item I
1577 Constant in range 0 to 31 (for 32-bit shifts)
1579 @item J
1580 Constant in range 0 to 63 (for 64-bit shifts)
1582 @item K
1583 @samp{0xff}
1585 @item L
1586 @samp{0xffff}
1588 @item M
1589 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1591 @item N
1592 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1594 @item Z
1595 Constant in range 0 to @code{0xffffffff} or symbolic reference known to fit specified range.
1596 (for using immediates in zero extending 32-bit to 64-bit x86-64 instructions)
1598 @item e
1599 Constant in range @minus{}2147483648 to 2147483647 or symbolic reference known to fit specified range.
1600 (for using immediates in 64-bit x86-64 instructions)
1602 @item G
1603 Standard 80387 floating point constant
1604 @end table
1606 @item Intel 960---@file{i960.h}
1607 @table @code
1608 @item f
1609 Floating point register (@code{fp0} to @code{fp3})
1611 @item l
1612 Local register (@code{r0} to @code{r15})
1614 @item b
1615 Global register (@code{g0} to @code{g15})
1617 @item d
1618 Any local or global register
1620 @item I
1621 Integers from 0 to 31
1623 @item J
1626 @item K
1627 Integers from @minus{}31 to 0
1629 @item G
1630 Floating point 0
1632 @item H
1633 Floating point 1
1634 @end table
1636 @item Intel IA-64---@file{ia64.h}
1637 @table @code
1638 @item a
1639 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
1641 @item b
1642 Branch register
1644 @item c
1645 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
1647 @item d
1648 Application register residing in M-unit
1650 @item e
1651 Application register residing in I-unit
1653 @item f
1654 Floating-point register
1656 @item m
1657 Memory operand.
1658 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
1659 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
1660 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
1662 @item G
1663 Floating-point constant 0.0 or 1.0
1665 @item I
1666 14-bit signed integer constant
1668 @item J
1669 22-bit signed integer constant
1671 @item K
1672 8-bit signed integer constant for logical instructions
1674 @item L
1675 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
1677 @item M
1678 6-bit unsigned integer constant for shift counts
1680 @item N
1681 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
1683 @item O
1684 The constant zero
1686 @item P
1687 0 or -1 for @code{dep} instruction
1689 @item Q
1690 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
1692 @item R
1693 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
1695 @item S
1696 Memory operand except postincrement and postdecrement
1697 @end table
1699 @item FRV---@file{frv.h}
1700 @table @code
1701 @item a
1702 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1704 @item b
1705 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1707 @item c
1708 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
1709 @code{icc0} to @code{icc3}).
1711 @item d
1712 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1714 @item e
1715 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1716 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
1717 mode larger than 4 bytes.
1719 @item f
1720 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1722 @item h
1723 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1724 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
1725 mode larger than 4 bytes.
1727 @item l
1728 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
1730 @item q
1731 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
1732 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
1733 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
1735 @item t
1736 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
1738 @item u
1739 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
1741 @item v
1742 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
1744 @item w
1745 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
1747 @item x
1748 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1749 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
1750 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
1752 @item z
1753 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
1755 @item A
1756 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1758 @item B
1759 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
1761 @item C
1762 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
1764 @item G
1765 Floating point constant zero
1767 @item I
1768 6-bit signed integer constant
1770 @item J
1771 10-bit signed integer constant
1773 @item L
1774 16-bit signed integer constant
1776 @item M
1777 16-bit unsigned integer constant
1779 @item N
1780 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
1781 range of @minus{}2048 to @minus{}1
1783 @item O
1784 Constant zero
1786 @item P
1787 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
1788 range of 1 to 2047.
1790 @end table
1792 @item IP2K---@file{ip2k.h}
1793 @table @code
1794 @item a
1795 @samp{DP} or @samp{IP} registers (general address)
1797 @item f
1798 @samp{IP} register
1800 @item j
1801 @samp{IPL} register
1803 @item k
1804 @samp{IPH} register
1806 @item b
1807 @samp{DP} register
1809 @item y
1810 @samp{DPH} register
1812 @item z
1813 @samp{DPL} register
1815 @item q
1816 @samp{SP} register
1818 @item c
1819 @samp{DP} or @samp{SP} registers (offsettable address)
1821 @item d
1822 Non-pointer registers (not @samp{SP}, @samp{DP}, @samp{IP})
1824 @item u
1825 Non-SP registers (everything except @samp{SP})
1827 @item R
1828 Indirect thru @samp{IP} - Avoid this except for @code{QImode}, since we
1829 can't access extra bytes
1831 @item S
1832 Indirect thru @samp{SP} or @samp{DP} with short displacement (0..127)
1834 @item T
1835 Data-section immediate value
1837 @item I
1838 Integers from @minus{}255 to @minus{}1
1840 @item J
1841 Integers from 0 to 7---valid bit number in a register
1843 @item K
1844 Integers from 0 to 127---valid displacement for addressing mode
1846 @item L
1847 Integers from 1 to 127
1849 @item M
1850 Integer @minus{}1
1852 @item N
1853 Integer 1
1855 @item O
1856 Zero
1858 @item P
1859 Integers from 0 to 255
1860 @end table
1862 @item MIPS---@file{mips.h}
1863 @table @code
1864 @item d
1865 General-purpose integer register
1867 @item f
1868 Floating-point register (if available)
1870 @item h
1871 @samp{Hi} register
1873 @item l
1874 @samp{Lo} register
1876 @item x
1877 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
1879 @item y
1880 General-purpose integer register
1882 @item z
1883 Floating-point status register
1885 @item I
1886 Signed 16-bit constant (for arithmetic instructions)
1888 @item J
1889 Zero
1891 @item K
1892 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
1894 @item L
1895 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
1897 @item M
1898 32-bit constant which requires two instructions to load (a constant
1899 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
1901 @item N
1902 Negative 16-bit constant
1904 @item O
1905 Exact power of two
1907 @item P
1908 Positive 16-bit constant
1910 @item G
1911 Floating point zero
1913 @item Q
1914 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
1915 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1917 @item R
1918 Memory reference that can be loaded with one instruction
1919 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1921 @item S
1922 Memory reference in external OSF/rose PIC format
1923 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1924 @end table
1926 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
1927 @table @code
1928 @item a
1929 Address register
1931 @item d
1932 Data register
1934 @item f
1935 68881 floating-point register, if available
1937 @item x
1938 Sun FPA (floating-point) register, if available
1940 @item y
1941 First 16 Sun FPA registers, if available
1943 @item I
1944 Integer in the range 1 to 8
1946 @item J
1947 16-bit signed number
1949 @item K
1950 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
1952 @item L
1953 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
1955 @item M
1956 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
1958 @item G
1959 Floating point constant that is not a 68881 constant
1961 @item H
1962 Floating point constant that can be used by Sun FPA
1963 @end table
1965 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{m68hc11.h}
1966 @table @code
1967 @item a
1968 Register 'a'
1970 @item b
1971 Register 'b'
1973 @item d
1974 Register 'd'
1976 @item q
1977 An 8-bit register
1979 @item t
1980 Temporary soft register _.tmp
1982 @item u
1983 A soft register _.d1 to _.d31
1985 @item w
1986 Stack pointer register
1988 @item x
1989 Register 'x'
1991 @item y
1992 Register 'y'
1994 @item z
1995 Pseudo register 'z' (replaced by 'x' or 'y' at the end)
1997 @item A
1998 An address register: x, y or z
2000 @item B
2001 An address register: x or y
2003 @item D
2004 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2006 @item L
2007 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2009 @item M
2010 Constants whose 16-bit low part is zero
2012 @item N
2013 Constant integer 1 or @minus{}1
2015 @item O
2016 Constant integer 16
2018 @item P
2019 Constants in the range @minus{}8 to 2
2021 @end table
2023 @need 1000
2024 @item SPARC---@file{sparc.h}
2025 @table @code
2026 @item f
2027 Floating-point register that can hold 32- or 64-bit values.
2029 @item e
2030 Floating-point register that can hold 64- or 128-bit values.
2032 @item I
2033 Signed 13-bit constant
2035 @item J
2036 Zero
2038 @item K
2039 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2040 loaded with the @code{sethi} instruction)
2042 @item L
2043 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2045 @item M
2046 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2048 @item N
2049 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2050 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2051 modes wider than @code{SImode}
2053 @item G
2054 Floating-point zero
2056 @item H
2057 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2059 @item Q
2060 Floating-point constant whose integral representation can
2061 be moved into an integer register using a single sethi
2062 instruction
2064 @item R
2065 Floating-point constant whose integral representation can
2066 be moved into an integer register using a single mov
2067 instruction
2069 @item S
2070 Floating-point constant whose integral representation can
2071 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2072 instruction sequence
2074 @item T
2075 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2077 @item U
2078 Even register
2080 @item W
2081 Memory address for @samp{e} constraint registers.
2083 @end table
2085 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
2086 @table @code
2087 @item a
2088 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2090 @item b
2091 Stack pointer register (sp)
2093 @item c
2094 Standard (32-bit) precision integer register
2096 @item f
2097 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2099 @item k
2100 Block count register (bk)
2102 @item q
2103 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2105 @item t
2106 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2108 @item u
2109 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2111 @item v
2112 Repeat count register (rc)
2114 @item x
2115 Index register (ir0-ir1)
2117 @item y
2118 Status (condition code) register (st)
2120 @item z
2121 Data page register (dp)
2123 @item G
2124 Floating-point zero
2126 @item H
2127 Immediate 16-bit floating-point constant
2129 @item I
2130 Signed 16-bit constant
2132 @item J
2133 Signed 8-bit constant
2135 @item K
2136 Signed 5-bit constant
2138 @item L
2139 Unsigned 16-bit constant
2141 @item M
2142 Unsigned 8-bit constant
2144 @item N
2145 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2147 @item O
2148 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2150 @item Q
2151 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2153 @item R
2154 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2156 @item S
2157 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2159 @item T
2160 Direct memory reference
2162 @item U
2163 Symbolic address
2165 @end table
2167 @item S/390 and zSeries---@file{s390.h}
2168 @table @code
2169 @item a
2170 Address register (general purpose register except r0)
2172 @item d
2173 Data register (arbitrary general purpose register)
2175 @item f
2176 Floating-point register
2178 @item I
2179 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2181 @item J
2182 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2184 @item K
2185 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2187 @item L
2188 Unsigned 16-bit constant (0--65535)
2190 @item Q
2191 Memory reference without index register
2193 @item S
2194 Symbolic constant suitable for use with the @code{larl} instruction
2196 @end table
2198 @item Xstormy16---@file{stormy16.h}
2199 @table @code
2200 @item a
2201 Register r0.
2203 @item b
2204 Register r1.
2206 @item c
2207 Register r2.
2209 @item d
2210 Register r8.
2212 @item e
2213 Registers r0 through r7.
2215 @item t
2216 Registers r0 and r1.
2218 @item y
2219 The carry register.
2221 @item z
2222 Registers r8 and r9.
2224 @item I
2225 A constant between 0 and 3 inclusive.
2227 @item J
2228 A constant that has exactly one bit set.
2230 @item K
2231 A constant that has exactly one bit clear.
2233 @item L
2234 A constant between 0 and 255 inclusive.
2236 @item M
2237 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2239 @item N
2240 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2242 @item O
2243 A constant between 1 and 4 inclusive.
2245 @item P
2246 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2248 @item Q
2249 A memory reference that is a stack push.
2251 @item R
2252 A memory reference that is a stack pop.
2254 @item S
2255 A memory reference that refers to an constant address of known value.
2257 @item T
2258 The register indicated by Rx (not implemented yet).
2260 @item U
2261 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
2263 @end table
2265 @item Xtensa---@file{xtensa.h}
2266 @table @code
2267 @item a
2268 General-purpose 32-bit register
2270 @item b
2271 One-bit boolean register
2273 @item A
2274 MAC16 40-bit accumulator register
2276 @item I
2277 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
2279 @item J
2280 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
2282 @item K
2283 Integer constant valid for BccI instructions
2285 @item L
2286 Unsigned constant valid for BccUI instructions
2288 @end table
2290 @end table
2292 @ifset INTERNALS
2293 @node Standard Names
2294 @section Standard Pattern Names For Generation
2295 @cindex standard pattern names
2296 @cindex pattern names
2297 @cindex names, pattern
2299 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
2300 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
2301 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
2302 pattern to accomplish a certain task.
2304 @table @asis
2305 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
2306 @item @samp{mov@var{m}}
2307 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lower case.
2308 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
2309 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
2311 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
2312 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
2313 to store the specified value in the part of the register that corresponds
2314 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
2315 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
2316 outside the target word are left unchanged.
2318 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
2319 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
2320 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
2321 If there are patterns accepting operands in larger modes,
2322 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
2324 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
2325 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
2326 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
2327 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
2328 into a register.
2330 @findex force_reg
2331 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
2332 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
2333 registers other than the operands.  For example, if you support the
2334 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
2335 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
2336 function which might generate new pseudo registers.
2338 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
2339 fetching those modes from memory normally requires several insns and
2340 some temporary registers.
2342 @findex change_address
2343 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
2344 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
2345 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
2346 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
2347 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
2348 an address into a valid address and no routine (such as
2349 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
2350 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
2352 @findex reload_in_progress
2353 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
2354 declared if required) can be used to determine whether such special
2355 handling is required.
2357 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
2358 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
2359 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
2360 machines explicit memory references will get optional reloads.
2362 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
2363 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
2365 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
2366 you must define @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and/or
2367 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
2368 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
2369 them.  @xref{Register Classes}.
2371 @findex no_new_pseudos
2372 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
2373 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
2374 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
2376 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
2377 register to any other hard register provided that
2378 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
2379 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
2381 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
2382 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
2383 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
2384 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
2385 point members.
2387 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
2388 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
2389 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
2390 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
2391 floating point registers, then the constraints of the fixed point
2392 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
2393 reload into a floating point register.
2395 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
2396 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
2397 @item @samp{reload_in@var{m}}
2398 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
2399 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
2400 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
2401 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
2402 macro in @pxref{Register Classes}.
2404 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
2405 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
2406 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
2407 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
2408 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
2409 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
2410 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
2411 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
2412 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
2413 for these patterns.
2415 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
2416 @item @samp{movstrict@var{m}}
2417 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
2418 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
2419 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
2420 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
2422 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
2423 @item @samp{load_multiple}
2424 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
2425 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
2426 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
2427 number of consecutive registers.
2429 Define this only if the target machine really has such an instruction;
2430 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
2431 registers from memory is to do them one at a time.
2433 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
2434 registers can be stored into memory, such as particular starting or
2435 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
2436 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2437 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
2439 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
2440 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
2441 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
2442 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
2443 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
2445 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
2446 @item @samp{store_multiple}
2447 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
2448 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
2449 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
2450 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
2452 @cindex @code{push@var{m}} instruction pattern
2453 @item @samp{push@var{m}}
2454 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
2455 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
2456 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
2457 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
2458 method is deprecated.
2460 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
2461 @item @samp{add@var{m}3}
2462 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
2463 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
2464 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
2466 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
2467 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
2468 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
2469 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
2470 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
2471 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
2472 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
2473 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
2474 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
2475 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
2476 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
2477 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
2478 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
2479 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
2480 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
2481 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
2482 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
2483 Similar, for other arithmetic operations.
2484 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
2485 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
2486 @itemx @samp{min@var{m}3}, @samp{max@var{m}3}
2487 Floating point min and max operations.  If both operands are zeros,
2488 or if either operand is NaN, then it is unspecified which of the two
2489 operands is returned as the result.
2492 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
2493 @item @samp{mulhisi3}
2494 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
2495 a @code{SImode} product in operand 0.
2497 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
2498 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
2499 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
2500 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
2502 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
2503 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
2504 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
2505 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
2506 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
2507 multiplication.
2509 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2510 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
2511 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
2512 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
2513 The least significant half of the product is discarded.
2515 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2516 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
2517 Similar, but the multiplication is unsigned.
2519 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
2520 @item @samp{divmod@var{m}4}
2521 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
2522 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
2523 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
2525 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
2526 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
2527 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
2528 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
2529 and remainder are computed.
2531 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
2532 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
2533 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
2534 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
2535 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
2537 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
2538 @item @samp{udivmod@var{m}4}
2539 Similar, but does unsigned division.
2541 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
2542 @item @samp{ashl@var{m}3}
2543 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
2544 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
2545 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
2546 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
2547 mode before generating the instruction.
2549 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
2550 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
2551 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
2552 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
2553 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
2554 Other shift and rotate instructions, analogous to the
2555 @code{ashl@var{m}3} instructions.
2557 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
2558 @item @samp{neg@var{m}2}
2559 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
2561 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
2562 @item @samp{abs@var{m}2}
2563 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
2565 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
2566 @item @samp{sqrt@var{m}2}
2567 Store the square root of operand 1 into operand 0.
2569 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
2570 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
2571 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2572 type @code{float}.
2574 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
2575 @item @samp{cos@var{m}2}
2576 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
2578 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
2579 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
2580 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2581 type @code{float}.
2583 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
2584 @item @samp{sin@var{m}2}
2585 Store the sine of operand 1 into operand 0.
2587 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
2588 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
2589 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2590 type @code{float}.
2592 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
2593 @item @samp{exp@var{m}2}
2594 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
2596 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
2597 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
2598 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2599 type @code{float}.
2601 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
2602 @item @samp{log@var{m}2}
2603 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
2605 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
2606 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
2607 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2608 type @code{float}.
2610 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
2611 @item @samp{floor@var{m}2}
2612 Store the largest integral value not greater than argument.
2614 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
2615 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
2616 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2617 type @code{float}.
2619 @cindex @code{trunc@var{m}2} instruction pattern
2620 @item @samp{trunc@var{m}2}
2621 Store the argument rounded to integer towards zero.
2623 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
2624 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
2625 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2626 type @code{float}.
2628 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
2629 @item @samp{round@var{m}2}
2630 Store the argument rounded to integer away from zero.
2632 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
2633 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
2634 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2635 type @code{float}.
2637 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
2638 @item @samp{ceil@var{m}2}
2639 Store the argument rounded to integer away from zero.
2641 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
2642 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
2643 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2644 type @code{float}.
2646 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
2647 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
2648 Store the argument rounded according to the default rounding mode
2650 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
2651 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
2652 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2653 type @code{float}.
2655 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
2656 @item @samp{ffs@var{m}2}
2657 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
2658 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
2659 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2660 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2661 generating the instruction.
2663 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
2664 corresponds to the C data type @code{int}.
2666 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
2667 @item @samp{clz@var{m}2}
2668 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
2669 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
2670 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
2671 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
2672 operand to that mode before generating the instruction.
2674 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
2675 @item @samp{ctz@var{m}2}
2676 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
2677 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
2678 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
2679 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
2680 operand to that mode before generating the instruction.
2682 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
2683 @item @samp{popcount@var{m}2}
2684 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
2685 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2686 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2687 generating the instruction.
2689 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
2690 @item @samp{parity@var{m}2}
2691 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.@:e. the number of 1-bits
2692 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
2693 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
2694 the operand to that mode before generating the instruction.
2696 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
2697 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
2698 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
2700 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
2701 @item @samp{cmp@var{m}}
2702 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
2703 The RTL pattern should look like this:
2705 @smallexample
2706 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2707                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
2708 @end smallexample
2710 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
2711 @item @samp{tst@var{m}}
2712 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
2713 The RTL pattern should look like this:
2715 @smallexample
2716 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
2717 @end smallexample
2719 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
2720 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
2721 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
2722 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
2724 @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
2725 @item @samp{movstr@var{m}}
2726 Block move instruction.  The addresses of the destination and source
2727 strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
2729 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
2730 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
2731 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
2732 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
2733 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
2734 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
2735 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
2737 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
2738 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
2739 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
2740 it may provide the value 4 for this operand.
2742 Descriptions of multiple @code{movstr@var{m}} patterns can only be
2743 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
2744 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
2745 in @code{movstr@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
2746 individually moved data units in the block.
2748 These patterns need not give special consideration to the possibility
2749 that the source and destination strings might overlap.
2751 @cindex @code{clrstr@var{m}} instruction pattern
2752 @item @samp{clrstr@var{m}}
2753 Block clear instruction.  The addresses of the destination string is the
2754 first operand, in mode @code{Pmode}.  The number of bytes to clear is
2755 the second operand, in mode @var{m}.  See @samp{movstr@var{m}} for
2756 a discussion of the choice of mode.
2758 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
2759 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
2760 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
2761 operand.
2763 The use for multiple @code{clrstr@var{m}} is as for @code{movstr@var{m}}.
2765 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
2766 @item @samp{cmpstr@var{m}}
2767 Block compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
2768 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
2769 of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2770 byte by byte in lexicographic order.  The effect of the instruction is
2771 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
2772 comparison.
2774 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
2775 @item @samp{strlen@var{m}}
2776 Compute the length of a string, with three operands.
2777 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
2778 a @code{mem} referring to the first character of the string,
2779 operand 2 is the character to search for (normally zero),
2780 and operand 3 is a constant describing the known alignment
2781 of the beginning of the string.
2783 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
2784 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
2785 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
2786 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2787 @var{n}).
2789 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
2790 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
2791 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
2792 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2793 @var{n}).
2795 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2796 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2797 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2798 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2799 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2800 the value of operand 1 is an integer.
2802 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2803 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2804 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2805 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2806 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2807 value of operand 1 is an integer.
2809 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2810 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2811 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2812 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2813 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2815 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2816 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2817 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2818 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2820 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2821 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2822 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2823 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2825 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2826 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2827 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2828 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2829 point or both floating point.
2831 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
2832 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2833 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2834 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2835 point or both floating point.
2837 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2838 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2839 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2840 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2841 point.
2843 @cindex @code{extv} instruction pattern
2844 @item @samp{extv}
2845 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
2846 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2847 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2848 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2849 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2850 be valid for @code{word_mode}.
2852 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2853 for operands 2 and 3.
2855 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2856 before it is stored in operand 0.
2858 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2859 @item @samp{extzv}
2860 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2862 @cindex @code{insv} instruction pattern
2863 @item @samp{insv}
2864 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
2865 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2866 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2867 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2868 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2870 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2871 for operands 1 and 2.
2873 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2874 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2875 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2876 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2877 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2879 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2880 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2881 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2882 codes and vice versa.
2884 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2885 define these patterns.
2887 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
2888 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2889 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
2890 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
2891 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
2892 operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2894 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2895 @item @samp{s@var{cond}}
2896 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2897 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2898 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2899 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2901 You specify the mode that the operand must have when you write the
2902 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2903 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2905 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2906 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2907 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2908 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2909 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2910 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2911 should omit those operations from the machine description.
2913 These operations may fail, but should do so only in relatively
2914 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2915 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2917 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2918 that copies the constant one to the target and branches around an
2919 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
2920 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
2921 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
2922 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
2923 the machine description.
2925 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
2926 @item @samp{b@var{cond}}
2927 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
2928 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
2929 condition @var{cond}.
2931 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
2932 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
2933 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
2934 simply store the operands away and generate all the required insns in a
2935 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
2936 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
2937 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
2938 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
2940 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
2941 where the mode used for the comparison depends on the condition being
2942 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
2944 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
2945 @samp{s@var{cond}} patterns.
2947 @cindex @code{jump} instruction pattern
2948 @item @samp{jump}
2949 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
2950 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
2951 on all machines.
2953 @cindex @code{call} instruction pattern
2954 @item @samp{call}
2955 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
2956 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
2957 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
2958 operands.
2960 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
2961 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
2962 to put this information into the assembler code; they can put it in
2963 the RTL instead of operand 1.
2965 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
2966 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
2967 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
2968 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
2969 instruction, the pattern for this operation should be a
2970 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
2971 address into a register and uses that register in the call instruction.
2973 @cindex @code{call_value} instruction pattern
2974 @item @samp{call_value}
2975 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
2976 register in which the value is returned.  There are three more
2977 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
2978 instruction (but with numbers increased by one).
2980 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
2981 insn.
2983 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
2984 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
2985 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
2986 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
2987 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
2988 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
2989 adjustment made to the frame pointer.
2991 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
2992 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
2993 can be eliminated, if desired.
2995 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
2996 @item @samp{untyped_call}
2997 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
2998 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
2999 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
3000 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3001 the saving of a function return value into the result block.
3003 This instruction pattern should be defined to support
3004 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
3005 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
3006 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
3007 multiple registers that can hold a return value
3008 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
3010 @cindex @code{return} instruction pattern
3011 @item @samp{return}
3012 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
3013 defined only if a single instruction can do all the work of returning
3014 from a function.
3016 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
3017 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
3018 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
3019 some class of functions only requires one instruction to implement a
3020 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
3021 to save any registers or allocate stack space.
3023 @findex reload_completed
3024 @findex leaf_function_p
3025 For such machines, the condition specified in this pattern should only
3026 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
3027 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
3028 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
3029 a register window push is required.
3031 Machines that have conditional return instructions should define patterns
3032 such as
3034 @smallexample
3035 (define_insn ""
3036   [(set (pc)
3037         (if_then_else (match_operator
3038                          0 "comparison_operator"
3039                          [(cc0) (const_int 0)])
3040                       (return)
3041                       (pc)))]
3042   "@var{condition}"
3043   "@dots{}")
3044 @end smallexample
3046 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
3047 named @samp{return} pattern.
3049 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
3050 @item @samp{untyped_return}
3051 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
3052 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
3053 instructions are needed to return a value of any type.
3055 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
3056 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
3057 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3058 the restoring of a function return value from the result block.
3060 @cindex @code{nop} instruction pattern
3061 @item @samp{nop}
3062 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
3063 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
3064 RTL pattern.
3066 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
3067 @item @samp{indirect_jump}
3068 An instruction to jump to an address which is operand zero.
3069 This pattern name is mandatory on all machines.
3071 @cindex @code{casesi} instruction pattern
3072 @item @samp{casesi}
3073 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
3074 This instruction takes five operands:
3076 @enumerate
3077 @item
3078 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
3080 @item
3081 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
3083 @item
3084 The total range of indices in the table---the largest index
3085 minus the smallest one (both inclusive).
3087 @item
3088 A label that precedes the table itself.
3090 @item
3091 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
3092 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
3093 then an out-of-bounds index drops through to the code following
3094 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
3095 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
3096 but it is always provided as an operand.)
3097 @end enumerate
3099 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
3100 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
3101 difference between the upper bound and the lower bound.
3103 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
3104 @item @samp{tablejump}
3105 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
3106 capability which can be used to implement a dispatch table when there
3107 is no @samp{casesi} pattern.
3109 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
3110 which should immediately precede the jump table.  If the macro
3111 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
3112 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
3113 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
3114 mode @code{Pmode}.
3116 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
3117 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
3118 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
3119 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
3122 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
3123 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
3124 Conditional branch instruction that decrements a register and
3125 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
3126 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
3127 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
3129 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
3130 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
3131 reduction is enabled.
3133 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
3134 @item @samp{doloop_end}
3135 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
3136 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
3137 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
3138 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
3139 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
3140 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
3141 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
3142 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
3143 @xref{Looping Patterns}.
3145 This optional instruction pattern should be defined for machines with
3146 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
3147 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
3148 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3149 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
3150 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
3151 too large for this instruction, make it fail.
3153 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
3154 @item @samp{doloop_begin}
3155 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
3156 need to perform some initialization, such as loading special registers
3157 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
3158 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
3159 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
3162 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
3163 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
3164 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
3165 into operand 0.
3167 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
3168 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
3169 and also has mode @code{Pmode}.
3171 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
3172 the address of the function which would be called if the function
3173 pointer were used in an indirect call.
3175 Only define this pattern if function pointers on the target machine
3176 can have different values but still call the same function when
3177 used in an indirect call.
3179 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
3180 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
3181 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
3182 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
3183 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
3184 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
3185 @item @samp{save_stack_block}
3186 @itemx @samp{save_stack_function}
3187 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
3188 @itemx @samp{restore_stack_block}
3189 @itemx @samp{restore_stack_function}
3190 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
3191 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
3192 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
3193 such machines.
3195 Some machines require special handling for stack pointer saves and
3196 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
3197 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
3198 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
3199 saves and restores are:
3201 @enumerate
3202 @item
3203 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
3204 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
3205 restores the stack pointer when the block is exited.
3207 @item
3208 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
3209 similar job for the outermost block of a function and are used when the
3210 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
3211 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
3212 restore sequence on some machines.
3214 @item
3215 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
3216 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
3217 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
3218 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
3219 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
3220 and restoring additional data such as register window information or
3221 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
3222 such required data.
3223 @end enumerate
3225 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
3226 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
3227 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
3228 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
3229 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
3230 for a particular type of save (either because no save is needed or
3231 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
3232 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
3233 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
3234 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
3236 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
3237 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
3238 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
3240 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
3241 @item @samp{allocate_stack}
3242 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
3243 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
3245 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
3246 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
3247 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
3248 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
3249 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
3250 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
3251 stack is free.
3253 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
3254 Some machines require other operations such as stack probes or
3255 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
3256 operations in addition to updating the stack pointer.
3258 @cindex @code{probe} instruction pattern
3259 @item @samp{probe}
3260 Some machines require instructions to be executed after space is
3261 allocated from the stack, for example to generate a reference at
3262 the bottom of the stack.
3264 If you need to emit instructions before the stack has been adjusted,
3265 put them into the @samp{allocate_stack} pattern.  Otherwise, define
3266 this pattern to emit the required instructions.
3268 No operands are provided.
3270 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
3271 @item @samp{check_stack}
3272 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
3273 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
3274 to perform the needed check and signaling an error if the stack
3275 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
3276 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
3277 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
3278 limit from a global or thread-specific variable or register.
3280 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
3281 @item @samp{nonlocal_goto}
3282 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
3283 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
3284 each representing a value to be used in the jump.  The first
3285 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
3286 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
3287 the third is the address of a location where the stack is saved,
3288 and the last is the address of the label, to be placed in the
3289 location for the incoming static chain.
3291 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
3292 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
3293 and static chain, restore the stack (using the
3294 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
3295 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
3296 not work on your machine.
3298 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
3299 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
3300 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
3301 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
3302 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
3303 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
3304 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
3305 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
3306 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
3307 There are no arguments.
3309 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
3310 @item @samp{exception_receiver}
3311 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3312 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3313 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3314 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3315 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
3316 an exception.  There are no arguments.
3318 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
3319 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
3320 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
3321 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
3322 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
3323 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
3324 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
3325 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
3326 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
3327 the first three are normally used by the generic mechanism.
3329 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
3330 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
3331 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3332 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3333 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3334 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3335 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
3336 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
3337 at a small offset from that label.
3339 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
3340 @item @samp{builtin_longjmp}
3341 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
3342 You will not normally need to define this pattern unless you also define
3343 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
3344 @code{jmp_buf}.
3346 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
3347 @item @samp{eh_return}
3348 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
3349 and thence the call frame exception handling library routines, are
3350 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
3351 the abnormal return path.
3353 The pattern takes two arguments.  The first is an offset to be applied
3354 to the stack pointer.  It will have been copied to some appropriate
3355 location (typically @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX}) which will survive
3356 until after reload to when the normal epilogue is generated.
3357 The second argument is the address of the exception handler to which
3358 the function should return.  This will normally need to copied by the
3359 pattern to some special register or memory location.
3361 This pattern only needs to be defined if call frame exception handling
3362 is to be used, and simple moves involving @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX}
3363 and @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX} are not sufficient.
3365 @cindex @code{prologue} instruction pattern
3366 @anchor{prologue instruction pattern}
3367 @item @samp{prologue}
3368 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
3369 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
3370 pointer register, saving callee saved registers, etc.
3372 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
3373 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
3375 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
3376 instruction scheduling.
3378 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
3379 @anchor{epilogue instruction pattern}
3380 @item @samp{epilogue}
3381 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
3382 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
3383 registers and emitting the return instruction.
3385 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
3386 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
3388 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
3389 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
3391 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
3392 @item @samp{sibcall_epilogue}
3393 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
3394 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
3395 sibling call (aka tail call) sites.
3397 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
3398 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
3399 function.
3401 @cindex @code{trap} instruction pattern
3402 @item @samp{trap}
3403 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
3404 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
3405 front end to signal `invalid array index' exceptions.
3407 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
3408 @item @samp{conditional_trap}
3409 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
3410 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
3412 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
3414 @smallexample
3415 (define_insn "conditional_trap"
3416   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
3417              [(cc0) (const_int 0)])
3418             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
3419   ""
3420   "@dots{}")
3421 @end smallexample
3423 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
3424 @item @samp{prefetch}
3426 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
3427 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
3428 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
3429 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
3430 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
3431 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
3432 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
3433 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
3434 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
3436 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
3437 the values of operands 1 and 2.
3439 @end table
3441 @node Pattern Ordering
3442 @section When the Order of Patterns Matters
3443 @cindex Pattern Ordering
3444 @cindex Ordering of Patterns
3446 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
3447 pattern that appears first in the machine description is the one used.
3448 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
3449 and faster instructions (those that will produce better code when they
3450 do match) should usually go first in the description.
3452 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
3453 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
3454 instruction for converting a fullword to floating point and another
3455 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
3456 an integer to floating point could match either one.  We put the
3457 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
3458 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
3459 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
3460 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
3461 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
3462 constant value.
3464 @node Dependent Patterns
3465 @section Interdependence of Patterns
3466 @cindex Dependent Patterns
3467 @cindex Interdependence of Patterns
3469 Every machine description must have a named pattern for each of the
3470 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
3471 must always have the form
3473 @example
3474 (set (pc)
3475      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3476                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
3477                    (pc)))
3478 @end example
3480 @noindent
3481 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
3482 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
3483 look like
3485 @example
3486 (set (pc)
3487      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3488                    (pc)
3489                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
3490 @end example
3492 @noindent
3493 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
3494 branches into reverse-conditional branches.
3496 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
3497 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
3498 example,
3500 @example
3501 (define_insn ""
3502   [(set (pc)
3503         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
3504                                       [(cc0) (const_int 0)])
3505                       (pc)
3506                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
3507   "@var{condition}"
3508   "@dots{}")
3509 @end example
3511 In some cases machines support instructions identical except for the
3512 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
3513 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
3514 patterns are
3516 @example
3517 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3518      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
3520 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3521      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
3522 @end example
3524 @noindent
3525 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
3526 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
3527 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
3528 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
3529 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
3530 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
3532 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
3533 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
3534 compilations.
3536 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
3537 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
3538 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
3539 you should not provide separate patterns for increment and decrement
3540 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
3541 that supports register-register add insns by examining the operands and
3542 generating the appropriate machine instruction.
3544 @node Jump Patterns
3545 @section Defining Jump Instruction Patterns
3546 @cindex jump instruction patterns
3547 @cindex defining jump instruction patterns
3549 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
3550 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
3551 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
3552 insn tests the condition code and branches or not according its value.
3553 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
3554 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
3555 way.
3557 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
3558 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
3559 these machines is to treat them just like the others until the final stage
3560 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
3561 compare instruction, peek ahead at the following branch using
3562 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
3563 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
3564 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
3565 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
3566 can treat signed and unsigned branches identically.
3568 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
3569 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
3570 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
3571 until the end.
3573 To go with this technique, you must define the machine-description macro
3574 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
3575 compare instruction is superfluous.
3577 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
3578 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
3579 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
3580 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
3581 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
3583 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
3584 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
3585 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
3586 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
3587 above in addition to any special patterns you define.
3589 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
3590 code and there may not even be a separate condition code register.  On
3591 these machines, the restriction that the definition and use of the
3592 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
3593 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
3594 delay for taken branches unless the condition code register is set three
3595 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
3596 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
3597 separate the definition and use of the condition code register.
3599 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
3600 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
3601 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
3602 comparison result can be placed in any general register, or if there are
3603 multiple condition registers, use a pseudo register.
3605 @findex prev_cc0_setter
3606 @findex next_cc0_user
3607 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
3608 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
3609 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
3610 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
3611 instruction does, so a different branch instruction must be used for
3612 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
3613 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
3614 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
3615 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
3616 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
3617 and @code{next_cc0_user}.
3619 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
3620 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
3621 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
3622 we use the machine mode of the condition code register to record
3623 different formats of the condition code register.
3625 Registers used to store the condition code value should have a mode that
3626 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
3627 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
3628 the SPARC), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
3629 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
3630 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
3632 If it is known during RTL generation that a different mode will be
3633 required (for example, if the machine has separate compare instructions
3634 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
3635 be specified at that time.
3637 If the cases that require different modes would be made by instruction
3638 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
3639 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
3640 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
3641 discussed above, we have the pattern
3643 @smallexample
3644 (define_insn ""
3645   [(set (reg:CC_NOOV 0)
3646         (compare:CC_NOOV
3647           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
3648                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
3649           (const_int 0)))]
3650   ""
3651   "@dots{}")
3652 @end smallexample
3654 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
3655 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
3657 @node Looping Patterns
3658 @section Defining Looping Instruction Patterns
3659 @cindex looping instruction patterns
3660 @cindex defining looping instruction patterns
3662 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
3663 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
3664 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
3665 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
3666 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
3667 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
3668 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
3669 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
3670 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
3671 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
3672 the jump.
3674 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
3675 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
3676 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
3677 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
3678 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
3679 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
3680 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
3681 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
3682 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
3683 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
3684 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
3685 following for its @code{dbra} instruction:
3687 @smallexample
3688 @group
3689 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3690   [(set (pc)
3691         (if_then_else
3692           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3693                        (const_int -1))
3694               (const_int 0))
3695           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3696           (pc)))
3697    (set (match_dup 0)
3698         (plus:SI (match_dup 0)
3699                  (const_int -1)))]
3700   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3701   "@dots{}")
3702 @end group
3703 @end smallexample
3705 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
3706 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
3707 since this insn is generated by the instruction combination phase
3708 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
3709 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
3710 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
3711 pattern will not be matched by the combiner.
3713 @smallexample
3714 @group
3715 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3716   [(set (pc)
3717         (if_then_else
3718           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3719               (const_int 1))
3720           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3721           (pc)))
3722    (set (match_dup 0)
3723         (plus:SI (match_dup 0)
3724                  (const_int -1)))]
3725   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3726   "@dots{}")
3727 @end group
3728 @end smallexample
3730 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
3731 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
3732 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
3733 information collected during strength reduction.
3735 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
3736 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
3737 is an optional companion pattern that can be used for initialization
3738 needed for some low-overhead looping instructions.
3740 Note that some machines require the actual looping instruction to be
3741 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
3742 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
3743 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
3744 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
3745 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
3746 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
3747 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
3748 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
3749 desired special iteration counter register was not allocated, this
3750 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
3751 instruction pair.
3753 The essential difference between the
3754 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
3755 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
3756 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
3757 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
3758 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
3759 may become redundant and removed by the flow pass.
3762 @node Insn Canonicalizations
3763 @section Canonicalization of Instructions
3764 @cindex canonicalization of instructions
3765 @cindex insn canonicalization
3767 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
3768 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
3769 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
3770 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
3771 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
3772 number of insn patterns required.
3774 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
3775 are performed:
3777 @itemize @bullet
3778 @item
3779 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
3780 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
3781 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
3782 be supplied.
3784 @cindex @code{neg}, canonicalization of
3785 @cindex @code{not}, canonicalization of
3786 @cindex @code{mult}, canonicalization of
3787 @cindex @code{plus}, canonicalization of
3788 @cindex @code{minus}, canonicalization of
3789 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
3790 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
3791 first operand.
3793 @item
3794 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
3795 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
3796 the operations as far as possible.  For instance, 
3797 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
3798 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
3799 @code{(minus A (mult B C))}.
3801 @cindex @code{compare}, canonicalization of
3802 @item
3803 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
3804 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
3805 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
3806 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
3807 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
3808 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
3809 such an instruction.
3811 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
3812 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
3813 above.
3815 @item
3816 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
3817 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
3819 @item
3820 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
3821 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
3823 @cindex @code{ior}, canonicalization of
3824 @cindex @code{and}, canonicalization of
3825 @cindex De Morgan's law
3826 @item
3827 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
3828 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
3829 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
3831 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
3832 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
3833 for that instruction as
3835 @example
3836 (define_insn ""
3837   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3838         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3839                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
3840   "@dots{}"
3841   "@dots{}")
3842 @end example
3844 @noindent
3845 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
3847 @example
3848 (define_insn ""
3849   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3850         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3851                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
3852   "@dots{}"
3853   "@dots{}")
3854 @end example
3856 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
3857 logically equivalent RTL expressions.
3859 @cindex @code{xor}, canonicalization of
3860 @item
3861 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
3862 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
3863 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
3865 @item
3866 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
3867 the form
3869 @example
3870 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
3871 @end example
3873 @item
3874 On machines that do not use @code{cc0},
3875 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
3876 @var{x}.
3878 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
3879 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
3880 @item
3881 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
3882 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
3883 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
3885 @end itemize
3887 @node Expander Definitions
3888 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
3889 @cindex expander definitions
3890 @cindex code generation RTL sequences
3891 @cindex defining RTL sequences for code generation
3893 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
3894 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
3895 represent them.  For these target machines, you can write a
3896 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
3898 @findex define_expand
3899 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
3900 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
3901 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
3903 A @code{define_expand} RTX has four operands:
3905 @itemize @bullet
3906 @item
3907 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
3908 use for it is to refer to it by name.
3910 @item
3911 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
3912 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
3913 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
3915 @item
3916 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
3917 used to express how the availability of this pattern depends on
3918 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
3919 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
3920 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
3921 depend on the data in the insn being matched, but only the
3922 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
3923 during initialization in order to learn exactly which named instructions
3924 are available in a particular run.
3926 @item
3927 The preparation statements, a string containing zero or more C
3928 statements which are to be executed before RTL code is generated from
3929 the RTL template.
3931 Usually these statements prepare temporary registers for use as
3932 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
3933 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
3934 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
3935 @end itemize
3937 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
3938 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
3939 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
3942 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
3943 also describes the operands that need to be specified when this pattern
3944 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
3946 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
3947 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
3948 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
3949 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
3950 information to preload the operand into a register if that is required for
3951 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
3952 references should use @code{match_dup}.
3954 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
3955 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
3956 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
3957 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
3958 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
3959 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
3960 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
3961 compute the values and store them into the appropriate elements of
3962 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
3964 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
3965 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
3966 as a statement.
3968 @table @code
3970 @findex DONE
3971 @item DONE
3972 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
3973 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
3974 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
3975 preparation statements; the RTL template will not be generated.
3977 @findex FAIL
3978 @item FAIL
3979 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
3980 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
3981 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
3983 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
3984 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
3985 operations.
3986 @end table
3988 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
3989 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
3990 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
3991 insn.
3993 The RTL template is not used for matching, only for generating the
3994 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
3995 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
3996 list of operands, such as this example:
3998 @smallexample
3999 @group
4000 (define_expand "addsi3"
4001   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4002    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4003    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
4004 @end group
4005 @group
4006   ""
4007   "
4009   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
4010   DONE;
4011 @}")
4012 @end group
4013 @end smallexample
4015 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
4017 @smallexample
4018 @group
4019 (define_expand "ashlsi3"
4020   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4021         (ashift:SI
4022 @end group
4023 @group
4024           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4025           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
4026   ""
4027   "
4028 @end group
4029 @end smallexample
4031 @smallexample
4032 @group
4034   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
4035       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
4036     FAIL;
4037 @}")
4038 @end group
4039 @end smallexample
4041 @noindent
4042 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
4043 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
4044 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
4045 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
4046 library call).
4048 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
4049 patterns with names, then it would be possible to use a
4050 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
4051 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
4053 @smallexample
4054 (define_expand "zero_extendhisi2"
4055   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
4056         (const_int 0))
4057    (set (strict_low_part
4058           (subreg:HI
4059             (match_dup 0)
4060             0))
4061         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
4062   ""
4063   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
4064 @end smallexample
4066 @noindent
4067 @findex make_safe_from
4068 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
4069 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
4070 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
4071 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
4072 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
4073 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
4074 by emitting another RTL insn.
4076 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
4077 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
4078 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
4079 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
4080 on this machine.  So it must be copied into a register with
4081 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
4083 @smallexample
4084 (define_expand "zero_extendhisi2"
4085   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4086         (and:SI (subreg:SI
4087                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
4088                   0)
4089                 (match_dup 2)))]
4090   ""
4091   "operands[2]
4092      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
4093 @end smallexample
4095 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
4096 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
4097 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
4098 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
4099 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
4100 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
4101 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
4102 in the compiler.
4104 @node Insn Splitting
4105 @section Defining How to Split Instructions
4106 @cindex insn splitting
4107 @cindex instruction splitting
4108 @cindex splitting instructions
4110 There are two cases where you should specify how to split a pattern
4111 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
4112 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
4113 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
4114 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
4115 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
4116 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
4117 cannot be placed into a delay slot.
4119 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
4120 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
4121 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
4122 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
4123 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
4124 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
4125 scheduling.
4127 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
4128 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
4129 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
4130 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
4131 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
4132 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
4133 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
4134 split the addition into two insns is machine-dependent.
4136 @findex define_split
4137 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
4138 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
4140 @smallexample
4141 (define_split
4142   [@var{insn-pattern}]
4143   "@var{condition}"
4144   [@var{new-insn-pattern-1}
4145    @var{new-insn-pattern-2}
4146    @dots{}]
4147   "@var{preparation-statements}")
4148 @end smallexample
4150 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
4151 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
4152 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
4153 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
4154 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
4155 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
4157 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
4158 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4159 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
4160 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
4161 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
4162 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
4163 must not allocate any space in the stack frame.
4165 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
4166 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
4167 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
4168 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
4169 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
4170 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
4171 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
4172 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
4173 of those definitions.
4175 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
4176 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
4177 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
4179 @smallexample
4180 (define_split
4181   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4182         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
4183   ""
4184   [(set (match_dup 0)
4185         (ashift:SI (match_dup 1)
4186                    (const_int 16)))
4187    (set (match_dup 0)
4188         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
4189                      (const_int 16)))]
4190   "
4191 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
4192 @end smallexample
4194 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
4195 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
4196 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
4197 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
4198 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
4199 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
4200 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
4201 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
4202 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
4203 @code{define_split} that will never produce insns that match).
4205 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
4206 @file{rs6000.md}:
4208 @smallexample
4209 (define_split
4210   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4211         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4212                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
4213   ""
4214   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
4215    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
4218   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
4219   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
4221   if (low & 0x8000)
4222     high++, low |= 0xffff0000;
4224   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
4225   operands[4] = GEN_INT (low);
4226 @}")
4227 @end smallexample
4229 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
4230 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
4231 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
4232 can be substituted into the address of a subsequent operation.
4234 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
4235 an equality comparison of a register and a large constant:
4237 @smallexample
4238 (define_split
4239   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
4240         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4241                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
4242    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
4243   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
4244    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
4245        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
4246   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
4247    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
4248   "
4250   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
4251      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
4252      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
4254   int c = INTVAL (operands[2]);
4255   int sextc = (c << 16) >> 16;
4256   int xorv = c ^ sextc;
4258   operands[4] = GEN_INT (xorv);
4259   operands[5] = GEN_INT (sextc);
4260 @}")
4261 @end smallexample
4263 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
4264 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
4265 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
4266 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
4267 are not valid.
4269 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
4270 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
4271 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
4272 several restriction apply.
4274 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
4275 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
4276 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
4277 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
4278 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
4279 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump. An global variable
4280 @code{split_branch_probability} hold the probability of original branch in case
4281 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
4282 recomputing of edge frequencies, new sequence is required to have only
4283 forward jumps to the newly created labels.
4285 @findex define_insn_and_split
4286 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
4287 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
4288 this:
4290 @smallexample
4291 (define_insn_and_split
4292   [@var{insn-pattern}]
4293   "@var{condition}"
4294   "@var{output-template}"
4295   "@var{split-condition}"
4296   [@var{new-insn-pattern-1}
4297    @var{new-insn-pattern-2}
4298    @dots{}]
4299   "@var{preparation-statements}"
4300   [@var{insn-attributes}])
4302 @end smallexample
4304 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
4305 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
4306 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
4307 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
4308 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
4309 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
4310 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
4311 from i386.md:
4313 @smallexample
4314 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
4315   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
4316      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
4317    (clobber (reg:CC 17))]
4318   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
4319   "#"
4320   "&& reload_completed"
4321   [(parallel [(set (match_dup 0)
4322                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
4323               (clobber (reg:CC 17))])]
4324   ""
4325   [(set_attr "type" "alu1")])
4327 @end smallexample
4329 In this case, the actual split condition will be
4330 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
4332 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
4333 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
4334 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
4335 having to ensure the two patterns' templates match.
4337 @node Including Patterns
4338 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
4339 @cindex insn includes
4341 @findex include
4342 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
4343 look for patterns that are in files other than in the file
4344 @file{.md}. This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
4346 It looks like:
4348 @smallexample
4350 (include
4351   @var{pathname})
4352 @end smallexample
4354 For example:
4356 @smallexample
4358 (include "filestuff")
4360 @end smallexample
4362 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
4363 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}. The
4364 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
4367 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
4368 and placed into subdirectories.
4370 By specifying:
4372 @smallexample
4374 (include "BOGUS/filestuff")
4376 @end smallexample
4378 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
4380 Specifying an absolute path for the include file such as;
4381 @smallexample
4383 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
4385 @end smallexample
4386 is permitted but is not encouraged.
4388 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
4389 @cindex directory options .md
4390 @cindex options, directory search
4391 @cindex search options
4393 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
4394 For example:
4396 @smallexample
4398 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
4400 @end smallexample
4403 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
4404 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
4405 file, substituting your own version, since these directories are
4406 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
4407 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
4408 order; the standard default directory come after.
4411 @node Peephole Definitions
4412 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
4413 @cindex peephole optimizer definitions
4414 @cindex defining peephole optimizers
4416 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
4417 definitions of machine-specific peephole optimizations.
4419 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
4420 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
4421 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
4422 though the second one does not appear to use a register computed in the
4423 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
4424 opportunities.
4426 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
4427 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
4428 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
4429 is deprecated.
4431 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
4432 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
4433 but before scheduling, which may result in much better code for
4434 targets that do scheduling.
4436 @menu
4437 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
4438 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
4439 @end menu
4441 @node define_peephole
4442 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
4443 @findex define_peephole
4445 @need 1000
4446 A definition looks like this:
4448 @smallexample
4449 (define_peephole
4450   [@var{insn-pattern-1}
4451    @var{insn-pattern-2}
4452    @dots{}]
4453   "@var{condition}"
4454   "@var{template}"
4455   "@var{optional-insn-attributes}")
4456 @end smallexample
4458 @noindent
4459 The last string operand may be omitted if you are not using any
4460 machine-specific information in this machine description.  If present,
4461 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
4463 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
4464 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
4465 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
4466 the next, and so on.
4468 Each of the insns matched by a peephole must also match a
4469 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
4470 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
4471 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
4472 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
4473 stages.
4475 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
4476 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
4477 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
4478 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
4479 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
4480 other.
4482 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
4483 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
4484 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
4485 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
4486 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
4488 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
4489 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
4490 previously tested.
4492 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
4493 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
4494 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
4495 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
4496 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
4497 patterns.
4499 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
4500 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
4501 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
4502 the operands.
4504 @findex prev_active_insn
4505 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
4506 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
4507 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
4508 to refer to the last of the insns being matched; use
4509 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
4511 @findex dead_or_set_p
4512 When optimizing computations with intermediate results, you can use
4513 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
4514 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
4515 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
4516 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
4517 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
4518 value (from @code{operands[@var{i}]}).
4520 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
4521 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
4522 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
4523 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
4524 used in matching the original sequence of insns.
4526 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
4527 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
4528 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
4529 as the insn pattern to control how the insn is output.
4531 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
4532 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
4534 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
4536 @smallexample
4537 (define_peephole
4538   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
4539    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
4540         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
4541   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
4543   rtx xoperands[2];
4544   xoperands[1] = gen_rtx (REG, SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
4545 #ifdef MOTOROLA
4546   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
4547   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
4548   return "fmove.d (sp)+,%0";
4549 #else
4550   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
4551   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
4552   return "fmoved sp@@+,%0";
4553 #endif
4555 @end smallexample
4557 @need 1000
4558 The effect of this optimization is to change
4560 @smallexample
4561 @group
4562 jbsr _foobar
4563 addql #4,sp
4564 movel d1,sp@@-
4565 movel d0,sp@@-
4566 fmoved sp@@+,fp0
4567 @end group
4568 @end smallexample
4570 @noindent
4571 into
4573 @smallexample
4574 @group
4575 jbsr _foobar
4576 movel d1,sp@@
4577 movel d0,sp@@-
4578 fmoved sp@@+,fp0
4579 @end group
4580 @end smallexample
4582 @ignore
4583 @findex CC_REVERSED
4584 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
4585 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
4586 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
4587 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
4588 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
4589 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
4590 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
4591 and in this C code check the condition code status flags and change the
4592 assembler code as appropriate.
4593 @end ignore
4595 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
4596 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
4597 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
4598 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
4599 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
4600 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
4601 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
4602 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
4603 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
4605 @smallexample
4606 (define_insn "divmodsi4"
4607   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4608         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4609                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4610    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4611         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
4612   "TARGET_68020"
4613   "divsl%.l %2,%3:%0")
4614 @end smallexample
4616 @noindent
4617 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
4619 @smallexample
4620 (define_peephole
4621   [@dots{}
4622    (parallel
4623     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4624           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4625                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4626      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4627           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
4628    @dots{}]
4629   @dots{})
4630 @end smallexample
4632 @node define_peephole2
4633 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
4634 @findex define_peephole2
4636 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
4637 substitute one sequence of instructions for another sequence,
4638 what additional scratch registers may be needed and what their
4639 lifetimes must be.
4641 @smallexample
4642 (define_peephole2
4643   [@var{insn-pattern-1}
4644    @var{insn-pattern-2}
4645    @dots{}]
4646   "@var{condition}"
4647   [@var{new-insn-pattern-1}
4648    @var{new-insn-pattern-2}
4649    @dots{}]
4650   "@var{preparation-statements}")
4651 @end smallexample
4653 The definition is almost identical to @code{define_split}
4654 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
4655 single instruction, but a sequence of instructions.
4657 It is possible to request additional scratch registers for use in the
4658 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
4659 will simply not match.
4661 @findex match_scratch
4662 @findex match_dup
4663 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
4664 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
4665 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
4666 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
4667 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
4668 at which the register must be available.
4670 Here is an example from the IA-32 machine description:
4672 @smallexample
4673 (define_peephole2
4674   [(match_scratch:SI 2 "r")
4675    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4676                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
4677                      [(match_dup 0)
4678                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
4679               (clobber (reg:CC 17))])]
4680   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
4681   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
4682    (parallel [(set (match_dup 0)
4683                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
4684               (clobber (reg:CC 17))])]
4685   "")
4686 @end smallexample
4688 @noindent
4689 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
4690 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
4691 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
4692 to be live only at the point just before the arithmetic.
4694 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
4695 so here's a silly made-up example:
4697 @smallexample
4698 (define_peephole2
4699   [(match_scratch:SI 4 "r")
4700    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
4701    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
4702    (match_dup 4)
4703    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
4704   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
4705   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
4706    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
4707    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
4708    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
4709   "")
4710 @end smallexample
4712 @noindent
4713 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
4714 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
4715 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
4717 @node Insn Attributes
4718 @section Instruction Attributes
4719 @cindex insn attributes
4720 @cindex instruction attributes
4722 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
4723 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
4724 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
4725 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
4726 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
4727 to track the condition codes.
4729 @menu
4730 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
4731 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
4732 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
4733 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
4734 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
4735 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
4736 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
4737 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
4738 @end menu
4740 @node Defining Attributes
4741 @subsection Defining Attributes and their Values
4742 @cindex defining attributes and their values
4743 @cindex attributes, defining
4745 @findex define_attr
4746 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
4747 by the target machine.  It looks like:
4749 @smallexample
4750 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
4751 @end smallexample
4753 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
4755 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
4756 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
4757 indicate that the attribute takes numeric values.
4759 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
4760 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
4761 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
4762 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
4763 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
4765 @findex insn-attr.h
4766 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
4767 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
4768 specified for an attribute, the following are defined:
4770 @itemize @bullet
4771 @item
4772 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
4774 @item
4775 An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
4776 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
4777 the attribute name and value are first converted to upper case.
4779 @item
4780 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
4781 returns the attribute value for that insn.
4782 @end itemize
4784 For example, if the following is present in the @file{md} file:
4786 @smallexample
4787 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
4788 @end smallexample
4790 @noindent
4791 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
4793 @smallexample
4794 #define HAVE_ATTR_type
4795 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
4796                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
4797 extern enum attr_type get_attr_type ();
4798 @end smallexample
4800 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
4801 defined and the function to obtain the attribute's value will return
4802 @code{int}.
4804 @node Expressions
4805 @subsection Attribute Expressions
4806 @cindex attribute expressions
4808 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
4809 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
4810 Attribute value expressions must have one of the following forms:
4812 @table @code
4813 @cindex @code{const_int} and attributes
4814 @item (const_int @var{i})
4815 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
4816 must be non-negative.
4818 The value of a numeric attribute can be specified either with a
4819 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
4820 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
4821 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
4822 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
4824 @cindex @code{const_string} and attributes
4825 @item (const_string @var{value})
4826 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
4827 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
4828 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
4829 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
4830 of a @code{define_attr}.
4832 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
4833 must be a string containing a non-negative integer (normally
4834 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
4835 contain one of the valid values for the attribute.
4837 @cindex @code{if_then_else} and attributes
4838 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
4839 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
4840 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
4841 otherwise it is @var{false-value}.
4843 @cindex @code{cond} and attributes
4844 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
4845 The first operand of this expression is a vector containing an even
4846 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
4847 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
4848 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
4849 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
4850 expression is that of the @var{default} expression.
4851 @end table
4853 @var{test} expressions can have one of the following forms:
4855 @table @code
4856 @cindex @code{const_int} and attribute tests
4857 @item (const_int @var{i})
4858 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
4860 @cindex @code{not} and attributes
4861 @cindex @code{ior} and attributes
4862 @cindex @code{and} and attributes
4863 @item (not @var{test})
4864 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
4865 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
4866 These tests are true if the indicated logical function is true.
4868 @cindex @code{match_operand} and attributes
4869 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
4870 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
4871 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
4872 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
4873 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
4874 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
4875 string).
4877 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
4879 @cindex @code{le} and attributes
4880 @cindex @code{leu} and attributes
4881 @cindex @code{lt} and attributes
4882 @cindex @code{gt} and attributes
4883 @cindex @code{gtu} and attributes
4884 @cindex @code{ge} and attributes
4885 @cindex @code{geu} and attributes
4886 @cindex @code{ne} and attributes
4887 @cindex @code{eq} and attributes
4888 @cindex @code{plus} and attributes
4889 @cindex @code{minus} and attributes
4890 @cindex @code{mult} and attributes
4891 @cindex @code{div} and attributes
4892 @cindex @code{mod} and attributes
4893 @cindex @code{abs} and attributes
4894 @cindex @code{neg} and attributes
4895 @cindex @code{ashift} and attributes
4896 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
4897 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
4898 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
4899 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
4900 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
4901 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
4902 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
4903 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
4904 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
4905 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
4906 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
4907 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
4908 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
4909 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
4910 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
4911 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
4912 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
4914 @findex get_attr
4915 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
4916 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
4917 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
4918 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
4919 variable.
4921 @findex eq_attr
4922 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
4923 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
4925 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
4926 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
4927 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
4928 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
4929 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
4930 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
4931 @emph{not} in the specified list.
4933 For example,
4935 @smallexample
4936 (eq_attr "type" "load,store")
4937 @end smallexample
4939 @noindent
4940 is equivalent to
4942 @smallexample
4943 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
4944 @end smallexample
4946 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
4947 value of the compiler variable @code{which_alternative}
4948 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
4949 example,
4951 @smallexample
4952 (eq_attr "alternative" "2,3")
4953 @end smallexample
4955 @noindent
4956 is equivalent to
4958 @smallexample
4959 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
4960      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
4961 @end smallexample
4963 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
4964 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
4965 a particular pattern.  This is by far the most common case.
4967 @findex attr_flag
4968 @item (attr_flag @var{name})
4969 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
4970 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
4971 scheduled.
4973 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
4974 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
4975 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
4976 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
4977 if a conditional branch is expected to be taken.
4979 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
4980 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
4982 This example describes a conditional branch delay slot which
4983 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
4984 for backward branches which are not taken (annul-false).
4986 @smallexample
4987 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
4988   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
4989    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4990         (attr_flag "forward"))
4991    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4992         (attr_flag "backward"))])
4993 @end smallexample
4995 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
4996 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4998 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
4999 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5000 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
5001 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5003 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
5004 meaning to other passes of the compiler.
5006 @findex attr
5007 @item (attr @var{name})
5008 The value of another attribute is returned.  This is most useful
5009 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
5010 produce more efficient code for non-numeric attributes.
5011 @end table
5013 @node Tagging Insns
5014 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
5015 @cindex tagging insns
5016 @cindex assigning attribute values to insns
5018 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
5019 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
5020 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
5021 have an optional last argument to specify the values of attributes for
5022 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
5023 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
5024 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
5025 permits the specification of the values for only one or two attributes
5026 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
5027 next section.
5029 The optional last argument of @code{define_insn} and
5030 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
5031 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
5032 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
5033 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
5034 second operand of the @code{set} is an attribute expression
5035 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
5037 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
5038 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
5039 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
5040 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
5041 each alternative.
5043 @findex set_attr
5044 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
5045 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
5046 specifying a string giving either a single attribute value or a list
5047 of attribute values, one for each alternative.
5049 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
5050 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
5052 @table @code
5053 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
5054 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
5055 or a string containing a comma-separated list giving the values for
5056 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
5057 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
5059 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
5060 which case the attribute will assume its default value for insns matching
5061 that alternative.
5063 @findex set_attr_alternative
5064 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
5065 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
5066 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
5067 tests on the @samp{alternative} attribute.
5069 @findex attr
5070 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
5071 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
5072 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
5073 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
5074 @end table
5076 The following shows three different ways of representing the same
5077 attribute value specification:
5079 @smallexample
5080 (set_attr "type" "load,store,arith")
5082 (set_attr_alternative "type"
5083                       [(const_string "load") (const_string "store")
5084                        (const_string "arith")])
5086 (set (attr "type")
5087      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
5088             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
5089            (const_string "arith")))
5090 @end smallexample
5092 @need 1000
5093 @findex define_asm_attributes
5094 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
5095 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
5096 statement.  It has the form:
5098 @smallexample
5099 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
5100 @end smallexample
5102 @noindent
5103 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
5104 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
5106 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
5107 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
5109 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
5110 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
5111 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
5112 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
5113 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
5114 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
5115 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
5116 of a single machine instruction.
5118 @node Attr Example
5119 @subsection Example of Attribute Specifications
5120 @cindex attribute specifications example
5121 @cindex attribute specifications
5123 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
5124 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
5125 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
5126 value.  This attribute is normally used only to define the default value
5127 for other attributes.  An example will clarify this usage.
5129 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
5130 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
5131 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
5132 operations, floating point operations, and branches.
5134 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
5135 the condition code and will limit ourselves to the following possible
5136 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
5137 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
5138 changed if the item previously set into the condition code has been
5139 modified.
5141 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
5143 @smallexample
5144 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
5146 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
5147              (cond [(eq_attr "type" "load")
5148                         (const_string "change0")
5149                     (eq_attr "type" "store,branch")
5150                         (const_string "unchanged")
5151                     (eq_attr "type" "arith")
5152                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
5153                                       (const_string "set")
5154                                       (const_string "clobber"))]
5155                    (const_string "clobber")))
5157 (define_insn ""
5158   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
5159         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
5160   ""
5161   "@@
5162    move %0,%1
5163    load %0,%1
5164    store %0,%1"
5165   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
5166 @end smallexample
5168 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
5169 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
5170 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
5171 full-word result.
5173 @node Insn Lengths
5174 @subsection Computing the Length of an Insn
5175 @cindex insn lengths, computing
5176 @cindex computing the length of an insn
5178 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
5179 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
5180 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
5181 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
5182 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
5183 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
5185 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
5186 arithmetic terms are allowed in test expressions:
5188 @table @code
5189 @cindex @code{match_dup} and attributes
5190 @item (match_dup @var{n})
5191 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
5192 must be a @code{label_ref}.
5194 @cindex @code{pc} and attributes
5195 @item (pc)
5196 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
5197 been more consistent with other usage to make this the address of the
5198 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
5199 current insn is to be computed.
5200 @end table
5202 @cindex @code{addr_vec}, length of
5203 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
5204 For normal insns, the length will be determined by value of the
5205 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
5206 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
5207 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
5209 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
5211 The following macros can be used to refine the length computation:
5213 @table @code
5214 @findex FIRST_INSN_ADDRESS
5215 @item FIRST_INSN_ADDRESS
5216 When the @code{length} insn attribute is used, this macro specifies the
5217 value to be assigned to the address of the first insn in a function.  If
5218 not specified, 0 is used.
5220 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
5221 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
5222 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
5223 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
5224 that contains the initially computed length of the insn and should be
5225 updated with the correct length of the insn.
5227 This macro will normally not be required.  A case in which it is
5228 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
5229 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
5230 may be required.
5231 @end table
5233 @findex get_attr_length
5234 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
5235 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
5236 determine the form of the branch instruction to be written, as the
5237 example below illustrates.
5239 As an example of the specification of variable-length branches, consider
5240 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
5241 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
5242 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
5243 sequence to load the address from memory and then branch to it.
5245 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
5246 as follows:
5248 @smallexample
5249 (define_insn "jump"
5250   [(set (pc)
5251         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
5252   ""
5254    return (get_attr_length (insn) == 4
5255            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
5257   [(set (attr "length")
5258         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
5259                       (const_int 4)
5260                       (const_int 6)))])
5261 @end smallexample
5263 @node Constant Attributes
5264 @subsection Constant Attributes
5265 @cindex constant attributes
5267 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
5268 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
5269 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
5270 used to specify which variety of processor is used.  For example,
5272 @smallexample
5273 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
5274  (const
5275   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
5276          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
5277         (const_string "m88000"))))
5279 (define_attr "memory" "fast,slow"
5280  (const
5281   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
5282                 (const_string "fast")
5283                 (const_string "slow"))))
5284 @end smallexample
5286 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
5287 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
5288 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
5289 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
5290 forms involving insn attributes.
5292 @node Delay Slots
5293 @subsection Delay Slot Scheduling
5294 @cindex delay slots, defining
5296 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
5297 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
5298 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
5299 after the instruction are executed as if they were located before it.
5300 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
5301 the following instruction before the branch or call is performed.
5303 On some machines, conditional branch instructions can optionally
5304 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
5305 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
5306 instructions that annul if the branch is true and instructions that
5307 annul if the branch is false are supported.
5309 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
5310 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
5311 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
5312 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
5313 instruction scheduling.
5315 @findex define_delay
5316 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
5317 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
5319 @smallexample
5320 (define_delay @var{test}
5321               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
5322                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
5323                @dots{}])
5324 @end smallexample
5326 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
5327 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
5328 required delay slots is determined by the length of the vector specified
5329 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
5330 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
5331 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
5332 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
5333 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
5334 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
5336 For example, in the common case where branch and call insns require
5337 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
5338 call, the following would be placed in the @file{md} file:
5340 @smallexample
5341 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
5342               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5343 @end smallexample
5345 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
5346 case, each such expression specifies different delay slot requirements
5347 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
5348 expressions are both true.
5350 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
5351 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
5352 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
5353 branch is true, we might represent this as follows:
5355 @smallexample
5356 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
5357    [(eq_attr "type" "!branch,call")
5358     (eq_attr "type" "!branch,call")
5359     (nil)])
5361 (define_delay (eq_attr "type" "call")
5362               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
5363                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5364 @end smallexample
5365 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
5367 @node Processor pipeline description
5368 @subsection Specifying processor pipeline description
5369 @cindex processor pipeline description
5370 @cindex processor functional units
5371 @cindex instruction latency time
5372 @cindex interlock delays
5373 @cindex data dependence delays
5374 @cindex reservation delays
5375 @cindex pipeline hazard recognizer
5376 @cindex automaton based pipeline description
5377 @cindex regular expressions
5378 @cindex deterministic finite state automaton
5379 @cindex automaton based scheduler
5380 @cindex RISC
5381 @cindex VLIW
5383 To achieve better performance, most modern processors
5384 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
5385 processors) have many @dfn{functional units} on which several
5386 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
5387 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
5388 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
5389 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
5390 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g. for some
5391 MIPS processors).
5393 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
5394 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
5395 latency time}.  The instruction execution is not started until all
5396 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
5397 complex cases when the instruction execution starts even when the data
5398 are not available but will be ready in given time after the
5399 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
5400 account is simple.  The data dependence (true, output, and
5401 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
5402 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
5403 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
5404 means that two instructions under execution will be in need of shared
5405 processors resources, i.e. buses, internal registers, and/or
5406 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
5407 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
5408 processors.
5410 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
5411 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
5412 instruction scheduler has to have an adequate description of the
5413 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  Currently GCC 
5414 provides two alternative ways to describe processor parallelism,
5415 both described below.  The first method is outlined in the next section;
5416 it was once the only method provided by GCC, and thus is used in a number
5417 of exiting ports.  The second, and preferred method, specifies functional
5418 unit reservations for groups of instructions with the aid of @dfn{regular
5419 expressions}.  This is called the @dfn{automaton based description}.    
5421 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
5422 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
5423 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
5424 automatically generated from the processor pipeline description.  The
5425 pipeline hazard recognizer generated from the automaton based
5426 description is more sophisticated and based on a deterministic finite
5427 state automaton (@acronym{DFA}) and therefore faster than one
5428 generated from the old description.  Furthermore, its speed is not dependent
5429 on processor complexity.  The instruction issue is possible if there is
5430 a transition from one automaton state to another one.
5432 You can use any model to describe processor pipeline characteristics
5433 or even a mix of them.  You could use the old description for some
5434 processor submodels and the @acronym{DFA}-based one for the rest
5435 processor submodels.
5437 In general, the usage of the automaton based description is more
5438 preferable.  Its model is more rich.  It permits to describe more
5439 accurately pipeline characteristics of processors which results in
5440 improving code quality (although sometimes only on several percent
5441 fractions).  It will be also used as an infrastructure to implement
5442 sophisticated and practical insn scheduling which will try many
5443 instruction sequences to choose the best one.
5446 @menu
5447 * Old pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
5448 * Automaton pipeline description:: Describing insn pipeline characteristics.
5449 * Comparison of the two descriptions:: Drawbacks of the old pipeline description
5450 @end menu
5452 @node Old pipeline description
5453 @subsubsection Specifying Function Units
5454 @cindex old pipeline description
5455 @cindex function units, for scheduling
5457 On most @acronym{RISC} machines, there are instructions whose results
5458 are not available for a specific number of cycles.  Common cases are
5459 instructions that load data from memory.  On many machines, a pipeline
5460 stall will result if the data is referenced too soon after the load
5461 instruction.
5463 In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
5464 one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
5465 stalls when a result that is needed is not yet ready.
5467 The descriptions in this section allow the specification of how much
5468 time must elapse between the execution of an instruction and the time
5469 when its result is used.  It also allows specification of when the
5470 execution of an instruction will delay execution of similar instructions
5471 due to function unit conflicts.
5473 For the purposes of the specifications in this section, a machine is
5474 divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
5475 class of instructions in first-in-first-out order.  Function units
5476 that accept one instruction each cycle and allow a result to be used
5477 in the succeeding instruction (usually via forwarding) need not be
5478 specified.  Classic @acronym{RISC} microprocessors will normally have
5479 a single function unit, which we can call @samp{memory}.  The newer
5480 ``superscalar'' processors will often have function units for floating
5481 point operations, usually at least a floating point adder and
5482 multiplier.
5484 @findex define_function_unit
5485 Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
5486 @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
5488 @smallexample
5489 (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
5490                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
5491                      [@var{conflict-list}])
5492 @end smallexample
5494 @var{name} is a string giving the name of the function unit.
5496 @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
5497 units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
5498 be scheduled independently.  Only truly independent units should be
5499 counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
5500 only common example of a machine that has multiple function units for a
5501 single instruction class that are truly independent and not pipelined
5502 are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
5504 @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
5505 executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
5506 if the unit is pipelined and has no limit.
5508 All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
5509 @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
5510 @var{simultaneity}.
5512 @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
5513 in this definition.  Note that an insn may use more than one function
5514 unit and a function unit may be specified in more than one
5515 @code{define_function_unit}.
5517 @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5518 after which the result of the instruction can be used without
5519 introducing any stalls.
5521 @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5522 after the instruction matching the @var{test} expression begins using
5523 this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
5524 indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
5525 be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
5526 value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
5527 @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
5528 For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
5529 unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
5530 insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
5532 @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
5533 for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
5534 to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
5535 particular insn matching @var{test} that is already executing in
5536 @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
5537 conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
5538 specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
5539 function unit.
5541 Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
5542 pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
5543 where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
5545 As an example, consider a classic @acronym{RISC} machine where the
5546 result of a load instruction is not available for two cycles (a single
5547 ``delay'' instruction is required) and where only one load instruction
5548 can be executed simultaneously.  This would be specified as:
5550 @smallexample
5551 (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
5552 @end smallexample
5554 For the case of a floating point function unit that can pipeline either
5555 single or double precision, but not both, the following could be specified:
5557 @smallexample
5558 (define_function_unit
5559    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
5560 (define_function_unit
5561    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
5562 @end smallexample
5564 @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
5565 and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
5566 expression.  It has recently come to our attention that these
5567 specifications may not allow modeling of some of the newer
5568 ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
5569 units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
5570 used during their execution and there is no way of representing that
5571 conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
5572 in such processors and suggestions for their representation.
5574 @node Automaton pipeline description
5575 @subsubsection Describing instruction pipeline characteristics
5576 @cindex automaton based pipeline description
5578 This section describes constructions of the automaton based processor
5579 pipeline description.  The order of all mentioned below constructions
5580 in the machine description file is not important.
5582 @findex define_automaton
5583 @cindex pipeline hazard recognizer
5584 The following optional construction describes names of automata
5585 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
5586 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
5587 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
5588 units to the automata, the summary size of the automata usually is
5589 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
5590 construction, only one finite state automaton is generated.
5592 @smallexample
5593 (define_automaton @var{automata-names})
5594 @end smallexample
5596 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
5597 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
5598 The automaton name is used in construction @code{define_cpu_unit} and
5599 @code{define_query_cpu_unit}.
5601 @findex define_cpu_unit
5602 @cindex processor functional units
5603 Each processor functional unit used in description of instruction
5604 reservations should be described by the following construction.
5606 @smallexample
5607 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5608 @end smallexample
5610 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
5611 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
5612 for other goals.
5614 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5615 which the unit is bound.  The automaton should be described in
5616 construction @code{define_automaton}.  You should give
5617 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
5619 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
5620 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
5621 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
5622 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
5623 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
5624 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
5625 description of the subsequent constructions.
5627 @findex define_query_cpu_unit
5628 @cindex querying function unit reservations
5629 The following construction describes CPU functional units analogously
5630 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
5631 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
5632 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
5633 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
5634 be used for future code generation goals (e.g. to generate
5635 @acronym{VLIW} insn templates).
5637 @smallexample
5638 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5639 @end smallexample
5641 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
5642 separated by commas.
5644 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5645 which the unit is bound.
5647 @findex define_insn_reservation
5648 @cindex instruction latency time
5649 @cindex regular expressions
5650 @cindex data bypass
5651 The following construction is the major one to describe pipeline
5652 characteristics of an instruction.
5654 @smallexample
5655 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
5656                          @var{condition} @var{regexp})
5657 @end smallexample
5659 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
5660 instruction.  There is an important difference between the old
5661 description and the automaton based pipeline description.  The latency
5662 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
5663 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
5664 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
5665 zero and the cost of output dependencies is the difference between
5666 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
5667 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
5668 change the default costs for any description by using the target hook
5669 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
5671 @var{insn-names} is a string giving the internal name of the insn.  The
5672 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
5673 the automaton description file generated for debugging.  The internal
5674 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
5675 good practice to use insn classes described in the processor manual.
5677 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
5678 construction.  You should remember that you will be in trouble if
5679 @var{condition} for two or more different
5680 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
5681 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
5682 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
5683 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
5684 the same value is quite difficult (especially if the conditions
5685 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
5686 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
5687 recognizer considerably.
5689 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
5690 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
5691 expression according to the following syntax:
5693 @smallexample
5694        regexp = regexp "," oneof
5695               | oneof
5697        oneof = oneof "|" allof
5698              | allof
5700        allof = allof "+" repeat
5701              | repeat
5703        repeat = element "*" number
5704               | element
5706        element = cpu_function_unit_name
5707                | reservation_name
5708                | result_name
5709                | "nothing"
5710                | "(" regexp ")"
5711 @end smallexample
5713 @itemize @bullet
5714 @item
5715 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
5716 the reservation.
5718 @item
5719 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
5720 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
5721 regular expression @strong{or} etc.
5723 @item
5724 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
5725 regular expression @strong{and} a reservation described by the
5726 second regular expression @strong{and} etc.
5728 @item
5729 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
5730 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
5731 advancing (see @samp{,}).
5733 @item
5734 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
5735 functional unit.
5737 @item
5738 @samp{reservation_name} --- see description of construction
5739 @samp{define_reservation}.
5741 @item
5742 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
5743 @end itemize
5745 @findex define_reservation
5746 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
5747 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
5748 the common part by the following construction
5750 @smallexample
5751 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
5752 @end smallexample
5754 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
5755 Functional unit names and reservation names are in the same name
5756 space.  So the reservation names should be different from the
5757 functional unit names and can not be reserved name @samp{nothing}.
5759 @findex define_bypass
5760 @cindex instruction latency time
5761 @cindex data bypass
5762 The following construction is used to describe exceptions in the
5763 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
5765 @smallexample
5766 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
5767                [@var{guard}])
5768 @end smallexample
5770 @var{number} defines when the result generated by the instructions
5771 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
5772 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
5773 the string are separated by commas.
5775 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
5776 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
5777 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
5778 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
5779 recognize complicated bypasses, e.g. when the consumer is only an address
5780 of insn @samp{store} (not a stored value).
5782 @findex exclusion_set
5783 @findex presence_set
5784 @findex final_presence_set
5785 @findex absence_set
5786 @findex final_absence_set
5787 @cindex VLIW
5788 @cindex RISC
5789 Usually the following three constructions are used to describe
5790 @acronym{VLIW} processors (more correctly to describe a placement of
5791 small insns into @acronym{VLIW} insn slots).  Although they can be
5792 used for @acronym{RISC} processors too.
5794 @smallexample
5795 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
5796 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5797 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5798 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5799 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5800 @end smallexample
5802 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
5803 separated by commas.
5805 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
5806 separated by comma.  Currently pattern is is one unit or units
5807 separated by white-spaces.
5809 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
5810 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
5811 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
5812 example, the construction is useful for describing processors
5813 (e.g. some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
5814 functional unit which can execute simultaneously only single floating
5815 point insns or only double floating point insns.
5817 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
5818 functional unit in the first string can not be reserved unless at
5819 least one of pattern of units whose names are in the second string is
5820 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
5821 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
5822 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
5823 construction
5825 @smallexample
5826 (presence_set "slot1" "slot0")
5827 @end smallexample
5829 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
5830 reservation.  In this case we could write
5832 @smallexample
5833 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
5834 @end smallexample
5836 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
5837 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
5838 done.  When an instruction is issued in given automaton state
5839 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
5840 state is changed.  The first state is a source state, the second one
5841 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
5842 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
5843 done on the result reservation.  This construction is useful to
5844 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
5845 For example, if we use
5847 @smallexample
5848 (presence_set "slot1" "slot0")
5849 @end smallexample
5851 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
5852 @samp{slot0} which is absent in the source state).
5854 @smallexample
5855 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
5856 @end smallexample
5858 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
5860 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
5861 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
5862 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
5863 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
5864 this one but it is symmetric).  For example, it is useful for
5865 description that @acronym{VLIW} @samp{slot0} can not be reserved after
5866 @samp{slot1} or @samp{slot2} reservation.  We could describe it by the
5867 following construction
5869 @smallexample
5870 (absence_set "slot2" "slot0, slot1")
5871 @end smallexample
5873 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
5874 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
5875 this case we could write
5877 @smallexample
5878 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
5879 @end smallexample
5881 All functional units mentioned in a set should belong to the same
5882 automaton.
5884 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
5885 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
5886 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
5888 @findex automata_option
5889 @cindex deterministic finite state automaton
5890 @cindex nondeterministic finite state automaton
5891 @cindex finite state automaton minimization
5892 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
5893 the following construction.
5895 @smallexample
5896 (automata_option @var{options})
5897 @end smallexample
5899 @var{options} is a string giving options which affect the generated
5900 code.  Currently there are the following options:
5902 @itemize @bullet
5903 @item
5904 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
5905 only worth to do when we are debugging the description and need to
5906 look more accurately at reservations of states.
5908 @item
5909 @dfn{time} means printing additional time statistics about
5910 generation of automata.
5912 @item
5913 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
5914 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
5915 verification and debugging.
5917 @item
5918 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
5919 non-critical errors.
5921 @item
5922 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
5923 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
5924 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
5925 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
5926 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
5927 may be rejected by reservations in the subsequent insns.  You can not
5928 query functional unit reservations in nondeterministic automaton
5929 states.
5930 @end itemize
5932 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
5933 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
5934 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
5935 the following functional units.
5937 @smallexample
5938 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
5939 (define_cpu_unit "port0, port1")
5940 @end smallexample
5942 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
5943 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
5944 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
5945 are issued into the second pipeline.  Integer division and
5946 multiplication insns can be executed only in the second integer
5947 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
5948 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e. the subsequent
5949 integer division insn can not be issued until the current division
5950 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
5951 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
5952 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
5953 incurred.  To describe all of this we could specify
5955 @smallexample
5956 (define_cpu_unit "div")
5958 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "cpu" "int")
5959                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
5961 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "cpu" "mult")
5962                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
5964 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "cpu" "div")
5965                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
5967 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "cpu" "float")
5968                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
5970 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
5971 @end smallexample
5973 To simplify the description we could describe the following reservation
5975 @smallexample
5976 (define_reservation "finish" "port0|port1")
5977 @end smallexample
5979 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
5980 construction
5982 @smallexample
5983 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "cpu" "int")
5984                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
5985 @end smallexample
5988 @node Comparison of the two descriptions
5989 @subsubsection Drawbacks of the old pipeline description
5990 @cindex old pipeline description
5991 @cindex automaton based pipeline description
5992 @cindex processor functional units
5993 @cindex interlock delays
5994 @cindex instruction latency time
5995 @cindex pipeline hazard recognizer
5996 @cindex data bypass
5998 The old instruction level parallelism description and the pipeline
5999 hazards recognizer based on it have the following drawbacks in
6000 comparison with the @acronym{DFA}-based ones:
6001   
6002 @itemize @bullet
6003 @item
6004 Each functional unit is believed to be reserved at the instruction
6005 execution start.  This is a very inaccurate model for modern
6006 processors.
6008 @item
6009 An inadequate description of instruction latency times.  The latency
6010 time is bound with a functional unit reserved by an instruction not
6011 with the instruction itself.  In other words, the description is
6012 oriented to describe at most one unit reservation by each instruction.
6013 It also does not permit to describe special bypasses between
6014 instruction pairs.
6016 @item
6017 The implementation of the pipeline hazard recognizer interface has
6018 constraints on number of functional units.  This is a number of bits
6019 in integer on the host machine.
6021 @item
6022 The interface to the pipeline hazard recognizer is more complex than
6023 one to the automaton based pipeline recognizer.
6025 @item
6026 An unnatural description when you write a unit and a condition which
6027 selects instructions using the unit.  Writing all unit reservations
6028 for an instruction (an instruction class) is more natural.
6030 @item
6031 The recognition of the interlock delays has a slow implementation.  The GCC
6032 scheduler supports structures which describe the unit reservations.
6033 The more functional units a processor has, the slower its pipeline hazard
6034 recognizer will be.  Such an implementation would become even slower when we
6035 allowed to
6036 reserve functional units not only at the instruction execution start.
6037 In an automaton based pipeline hazard recognizer, speed is not dependent
6038 on processor complexity.
6039 @end itemize
6041 @node Conditional Execution
6042 @section Conditional Execution
6043 @cindex conditional execution
6044 @cindex predication
6046 A number of architectures provide for some form of conditional
6047 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
6048 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
6049 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
6050 can be quite tedious to describe these forms directly in the
6051 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
6053 @findex define_cond_exec
6054 @smallexample
6055 (define_cond_exec
6056   [@var{predicate-pattern}]
6057   "@var{condition}"
6058   "@var{output-template}")
6059 @end smallexample
6061 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
6062 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
6063 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
6064 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
6065 alternative.
6067 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
6068 pattern to match.
6070 @findex current_insn_predicate
6071 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
6072 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
6073 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
6074 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
6075 In order to handle the general case, there is a global variable
6076 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
6077 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
6079 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
6080 the @code{predicable} instruction attribute is made.
6081 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
6082 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
6083 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
6084 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
6085 alternative or anything else.
6087 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
6088 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
6089 generated that matches a predicated version of the instruction.
6090 For example,
6092 @smallexample
6093 (define_insn "addsi"
6094   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6095         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6096                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
6097   "@var{test1}"
6098   "add %2,%1,%0")
6100 (define_cond_exec
6101   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
6102        (const_int 0))]
6103   "@var{test2}"
6104   "(%0)")
6105 @end smallexample
6107 @noindent
6108 generates a new pattern
6110 @smallexample
6111 (define_insn ""
6112   [(cond_exec
6113      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
6114      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6115           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6116                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
6117   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
6118   "(%3) add %2,%1,%0")
6119 @end smallexample
6121 @node Constant Definitions
6122 @section Constant Definitions
6123 @cindex constant definitions
6124 @findex define_constants
6126 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
6127 can be a maintenance problem.
6129 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
6130 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
6131 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
6132 if the corresponding value had been written instead.  You may use
6133 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
6134 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
6135 a different value.
6137 To come back to the a29k load multiple example, instead of
6139 @smallexample
6140 (define_insn ""
6141   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6142      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6143            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6144       (use (reg:SI 179))
6145       (clobber (reg:SI 179))])]
6146   ""
6147   "loadm 0,0,%1,%2")
6148 @end smallexample
6150 You could write:
6152 @smallexample
6153 (define_constants [
6154     (R_BP 177)
6155     (R_FC 178)
6156     (R_CR 179)
6157     (R_Q  180)
6160 (define_insn ""
6161   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6162      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6163            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6164       (use (reg:SI R_CR))
6165       (clobber (reg:SI R_CR))])]
6166   ""
6167   "loadm 0,0,%1,%2")
6168 @end smallexample
6170 The constants that are defined with a define_constant are also output
6171 in the insn-codes.h header file as #defines.
6172 @end ifset