* dbxout.c (current_file): Also wrap inside DBX_DEBUGGING_INFO ||
[official-gcc.git] / gcc / doc / md.texi
blobce59a0fd5edf14ea9d2f9c9f7af5504dcfdde607
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001,
2 @c 2002, 2003 Free Software Foundation, Inc.
3 @c This is part of the GCC manual.
4 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
6 @ifset INTERNALS
7 @node Machine Desc
8 @chapter Machine Descriptions
9 @cindex machine descriptions
11 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
12 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
14 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
15 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
16 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
17 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
18 is inside a quoted string.
20 See the next chapter for information on the C header file.
22 @menu
23 * Overview::            How the machine description is used.
24 * Patterns::            How to write instruction patterns.
25 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
26 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
27 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
28                           from such an insn.
29 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
30                           the assembler code.
31 * Constraints::         When not all operands are general operands.
32 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
33 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
34 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
35 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
36 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
37 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
38 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
39                           for a standard operation.
40 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
41 * Including Patterns::      Including Patterns in Machine Descriptions.
42 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
43 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
44 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
45                            predication.
46 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
47                         md file.
48 @end menu
50 @node Overview
51 @section Overview of How the Machine Description is Used
53 There are three main conversions that happen in the compiler:
55 @enumerate
57 @item
58 The front end reads the source code and builds a parse tree.
60 @item
61 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
62 instruction patterns.
64 @item
65 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
66 code.
68 @end enumerate
70 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
71 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
72 choose the pattern with the right name and apply the operands according
73 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
74 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
75 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
76 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
77 named pattern it needs, it will abort.
79 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
80 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
81 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
82 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
83 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
84 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
85 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
86 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
88 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
89 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
90 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
91 example.
93 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
94 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
95 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
96 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
98 @node Patterns
99 @section Everything about Instruction Patterns
100 @cindex patterns
101 @cindex instruction patterns
103 @findex define_insn
104 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
105 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
106 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
107 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
109 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
111 @enumerate
112 @item
113 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
114 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
115 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
116 the instruction patterns with those names, if the names are defined
117 in the machine description.
119 The absence of a name is indicated by writing an empty string
120 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
121 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
122 to be combined later on.
124 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
125 effect; they are equivalent to no name at all.
127 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
128 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
129 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
130 to having a nameless pattern for all other purposes.
132 @item
133 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
134 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
135 incomplete because it may contain @code{match_operand},
136 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
137 operands of the instruction.
139 If the vector has only one element, that element is the template for the
140 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
141 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
142 elements described.
144 @item
145 @cindex pattern conditions
146 @cindex conditions, in patterns
147 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
148 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
150 @cindex named patterns and conditions
151 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
152 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
153 flags.  The compiler needs to test these conditions during
154 initialization in order to learn exactly which named instructions are
155 available in a particular run.
157 @findex operands
158 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
159 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
160 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
161 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
162 can't be used to control register allocation, for example by excluding
163 certain hard registers or hard register combinations.
165 @item
166 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
167 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
168 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
170 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
171 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
173 @item
174 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
175 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
176 @end enumerate
178 @node Example
179 @section Example of @code{define_insn}
180 @cindex @code{define_insn} example
182 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
184 @example
185 (define_insn "tstsi"
186   [(set (cc0)
187         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
188   ""
189   "*
191   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
192     return \"tstl %0\";
193   return \"cmpl #0,%0\";
194 @}")
195 @end example
197 @noindent
198 This can also be written using braced strings:
200 @example
201 (define_insn "tstsi"
202   [(set (cc0)
203         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
204   ""
206   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
207     return "tstl %0";
208   return "cmpl #0,%0";
210 @end example
212 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
213 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
214 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
215 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
216 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
217 can be constructed using this pattern.
219 The output control string is a piece of C code which chooses which
220 output template to return based on the kind of operand and the specific
221 type of CPU for which code is being generated.
223 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
225 @node RTL Template
226 @section RTL Template
227 @cindex RTL insn template
228 @cindex generating insns
229 @cindex insns, generating
230 @cindex recognizing insns
231 @cindex insns, recognizing
233 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
234 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
235 says how to construct an insn from specified operands.
237 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
238 template.  Matching involves determining the values that serve as the
239 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
240 controlled by special expression types that direct matching and
241 substitution of the operands.
243 @table @code
244 @findex match_operand
245 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
246 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
247 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
248 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
249 appears at this position in the insn will be taken as operand
250 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
251 pattern will not match at all.
253 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
254 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
255 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
256 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
257 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
258 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
259 other operand numbers.
261 @var{predicate} is a string that is the name of a C function that accepts two
262 arguments, an expression and a machine mode.  During matching, the
263 function will be called with the putative operand as the expression and
264 @var{m} as the mode argument (if @var{m} is not specified,
265 @code{VOIDmode} will be used, which normally causes @var{predicate} to accept
266 any mode).  If it returns zero, this instruction pattern fails to match.
267 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be done
268 on the operand, so anything which occurs in this position is valid.
270 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
271 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
272 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
273 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
274 @code{VOIDmode}.
276 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
277 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
279 People are often unclear on the difference between the constraint and the
280 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
281 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
282 controls various decisions in the case of an insn which does match.
284 @findex general_operand
285 On CISC machines, the most common @var{predicate} is
286 @code{"general_operand"}.  This function checks that the putative
287 operand is either a constant, a register or a memory reference, and that
288 it is valid for mode @var{m}.
290 @findex register_operand
291 For an operand that must be a register, @var{predicate} should be
292 @code{"register_operand"}.  Using @code{"general_operand"} would be
293 valid, since the reload pass would copy any non-register operands
294 through registers, but this would make GCC do extra work, it would
295 prevent invariant operands (such as constant) from being removed from
296 loops, and it would prevent the register allocator from doing the best
297 possible job.  On RISC machines, it is usually most efficient to allow
298 @var{predicate} to accept only objects that the constraints allow.
300 @findex immediate_operand
301 For an operand that must be a constant, you must be sure to either use
302 @code{"immediate_operand"} for @var{predicate}, or make the instruction
303 pattern's extra condition require a constant, or both.  You cannot
304 expect the constraints to do this work!  If the constraints allow only
305 constants, but the predicate allows something else, the compiler will
306 crash when that case arises.
308 @findex match_scratch
309 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
310 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
311 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
312 expression.
314 When matching patterns, this is equivalent to
316 @smallexample
317 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
318 @end smallexample
320 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
321 expression.
323 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
324 expressions whose operands are either a hard register or
325 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
326 necessary.  @xref{Side Effects}.
328 @findex match_dup
329 @item (match_dup @var{n})
330 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
331 It is used when the operand needs to appear more than once in the
332 insn.
334 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
335 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
336 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
337 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
338 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
339 identical-looking expression.
341 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
342 a particular register is being used for two operands (example:
343 @code{add} that adds one register to another; the second register is
344 both an input operand and the output operand).  Use a matching
345 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
346 operand is used in two places in the template, such as an instruction
347 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
348 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
349 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
351 @findex match_operator
352 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
353 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
354 code.
356 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
357 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
358 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
360 When matching an expression, it matches an expression if the function
361 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
362 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
364 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
365 follows, to match any expression whose operator is one of the
366 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
368 @smallexample
370 commutative_operator (x, mode)
371      rtx x;
372      enum machine_mode mode;
374   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
375   if (GET_MODE (x) != mode)
376     return 0;
377   return (GET_RTX_CLASS (code) == 'c'
378           || code == EQ || code == NE);
380 @end smallexample
382 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
383 of a commutative operator applied to two general operands:
385 @smallexample
386 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
387   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
388    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
389 @end smallexample
391 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
392 because the expressions to be matched all contain two operands.
394 When this pattern does match, the two operands of the commutative
395 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
396 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
397 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
398 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
400 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
401 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
402 predicate function, and that function is solely responsible for
403 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
405 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
406 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
407 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
408 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
409 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
410 only its expression code matters.
412 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
413 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
414 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
415 register allocation because the register allocator often looks at
416 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
418 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
419 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
420 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
421 However, if parts of its @var{operands} are matched by
422 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
423 their own.
425 @findex match_op_dup
426 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
427 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
428 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
429 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
430 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
431 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
432 recognition template, and it matches only an identical-looking
433 expression.
435 @findex match_parallel
436 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
437 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
438 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
439 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
441 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
442 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
443 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
444 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
445 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
446 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
447 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
448 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
449 those listed in the @code{match_parallel}.
451 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
452 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
453 in a @code{parallel}.  For example,
455 @smallexample
456 (define_insn ""
457   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
458      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
459            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
460       (use (reg:SI 179))
461       (clobber (reg:SI 179))])]
462   ""
463   "loadm 0,0,%1,%2")
464 @end smallexample
466 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
467 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
468 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
469 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
470 registers and memory locations.
472 An insn that matches this pattern might look like:
474 @smallexample
475 (parallel
476  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
477   (use (reg:SI 179))
478   (clobber (reg:SI 179))
479   (set (reg:SI 21)
480        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
481                         (const_int 4))))
482   (set (reg:SI 22)
483        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
484                         (const_int 8))))])
485 @end smallexample
487 @findex match_par_dup
488 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
489 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
490 @code{match_operator}.
492 @findex match_insn
493 @item (match_insn @var{predicate})
494 Match a complete insn.  Unlike the other @code{match_*} recognizers,
495 @code{match_insn} does not take an operand number.
497 The machine mode @var{m} of @code{match_insn} works like that of
498 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
499 predicate function, and that function is solely responsible for
500 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
502 @findex match_insn2
503 @item (match_insn2 @var{n} @var{predicate})
504 Match a complete insn.
506 The machine mode @var{m} of @code{match_insn2} works like that of
507 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
508 predicate function, and that function is solely responsible for
509 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
511 @end table
513 @node Output Template
514 @section Output Templates and Operand Substitution
515 @cindex output templates
516 @cindex operand substitution
518 @cindex @samp{%} in template
519 @cindex percent sign
520 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
521 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
522 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
523 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
524 identify places where different variants of the assembler require
525 different syntax.
527 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
528 operand @var{n} at that point in the string.
530 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
531 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
532 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
533 additional letters with nonstandard meanings.
535 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
536 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
537 operand.
539 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
540 the constant is negated before printing.
542 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
543 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
544 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
545 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
546 as if it were a memory reference.
548 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
549 instruction.
551 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
552 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
553 referred to more than once in a single template that generates multiple
554 assembler instructions.
556 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
557 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
558 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
559 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
560 which punctuation characters are valid with the
561 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
563 @cindex \
564 @cindex backslash
565 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
566 for the instructions, with @samp{\;} between them.
568 @cindex matching operands
569 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
570 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
571 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
572 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
573 operand.
575 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
576 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
577 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
578 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
579 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
580 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
581 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
582 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
583 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
584 it to do nothing.
586 @cindex @code{#} in template
587 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
588 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
589 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
590 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
591 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
592 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
593 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
594 instructions.
596 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
597 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
598 describe multiple variants of assembler language syntax.
599 @xref{Instruction Output}.
601 @node Output Statement
602 @section C Statements for Assembler Output
603 @cindex output statements
604 @cindex C statements for assembler output
605 @cindex generating assembler output
607 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
608 assembler code for all the cases that are recognized by a single
609 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
610 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
611 machine instructions.
613 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
614 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
615 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
616 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
617 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
618 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
619 might write this pattern:
621 @smallexample
622 (define_insn "addsi3"
623   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
624         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
625                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
626   ""
627   "@@
628    addr %2,%0
629    addm %2,%0")
630 @end smallexample
632 @cindex @code{*} in template
633 @cindex asterisk in template
634 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
635 output template but rather a piece of C program that should compute a
636 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
637 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
638 require doublequote characters to delimit them.  To include these
639 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
641 If the output control string is written as a brace block instead of a
642 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
643 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
644 doublequotes surrounding C string literals.
646 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
647 is @code{rtx []}.
649 It is very common to select different ways of generating assembler code
650 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
651 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
652 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
653 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
654 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
655 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
656 values of those bits.
658 @findex output_asm_insn
659 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
660 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
661 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
662 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
663 that you declare locally and initialize yourself.
665 @findex which_alternative
666 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
667 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
668 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
669 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
670 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
671 etc.).
673 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
674 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
675 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
677 @smallexample
678 (define_insn ""
679   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
680         (const_int 0))]
681   ""
682   @{
683   return (which_alternative == 0
684           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
685   @})
686 @end smallexample
688 The example above, where the assembler code to generate was
689 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
690 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
692 @smallexample
693 @group
694 (define_insn ""
695   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
696         (const_int 0))]
697   ""
698   "@@
699    clrreg %0
700    clrmem %0")
701 @end group
702 @end smallexample
703 @end ifset
705 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
706 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
707 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
708 @ifset INTERNALS
709 @node Constraints
710 @section Operand Constraints
711 @cindex operand constraints
712 @cindex constraints
714 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify a
715 constraint for the type of operands allowed.
716 @end ifset
717 @ifclear INTERNALS
718 @node Constraints
719 @section Constraints for @code{asm} Operands
720 @cindex operand constraints, @code{asm}
721 @cindex constraints, @code{asm}
722 @cindex @code{asm} constraints
724 Here are specific details on what constraint letters you can use with
725 @code{asm} operands.
726 @end ifclear
727 Constraints can say whether
728 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
729 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
730 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
731 have.  Constraints can also require two operands to match.
733 @ifset INTERNALS
734 @menu
735 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
736 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
737 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
738 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
739 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
740 @end menu
741 @end ifset
743 @ifclear INTERNALS
744 @menu
745 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
746 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
747 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
748 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
749 @end menu
750 @end ifclear
752 @node Simple Constraints
753 @subsection Simple Constraints
754 @cindex simple constraints
756 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
757 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
758 the letters that are allowed:
760 @table @asis
761 @item whitespace
762 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
763 except the first.  This enables each alternative for different operands to
764 be visually aligned in the machine description even if they have different
765 number of constraints and modifiers.
767 @cindex @samp{m} in constraint
768 @cindex memory references in constraints
769 @item @samp{m}
770 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
771 supports in general.
773 @cindex offsettable address
774 @cindex @samp{o} in constraint
775 @item @samp{o}
776 A memory operand is allowed, but only if the address is
777 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
778 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
779 may be added to the address and the result is also a valid memory
780 address.
782 @cindex autoincrement/decrement addressing
783 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
784 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
785 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
786 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
787 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
788 addresses may or may not be offsettable depending on the other
789 addressing modes that the machine supports.
791 Note that in an output operand which can be matched by another
792 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
793 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
794 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
796 @cindex @samp{V} in constraint
797 @item @samp{V}
798 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
799 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
801 @cindex @samp{<} in constraint
802 @item @samp{<}
803 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
804 postdecrement) is allowed.
806 @cindex @samp{>} in constraint
807 @item @samp{>}
808 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
809 postincrement) is allowed.
811 @cindex @samp{r} in constraint
812 @cindex registers in constraints
813 @item @samp{r}
814 A register operand is allowed provided that it is in a general
815 register.
817 @cindex constants in constraints
818 @cindex @samp{i} in constraint
819 @item @samp{i}
820 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
821 This includes symbolic constants whose values will be known only at
822 assembly time.
824 @cindex @samp{n} in constraint
825 @item @samp{n}
826 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
827 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
828 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
829 rather than @samp{i}.
831 @cindex @samp{I} in constraint
832 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
833 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
834 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
835 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
836 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
837 This is the range permitted as a shift count in the shift
838 instructions.
840 @cindex @samp{E} in constraint
841 @item @samp{E}
842 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
843 allowed, but only if the target floating point format is the same as
844 that of the host machine (on which the compiler is running).
846 @cindex @samp{F} in constraint
847 @item @samp{F}
848 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
849 @code{const_vector}) is allowed.
851 @cindex @samp{G} in constraint
852 @cindex @samp{H} in constraint
853 @item @samp{G}, @samp{H}
854 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
855 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
857 @cindex @samp{s} in constraint
858 @item @samp{s}
859 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
860 allowed.
862 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
863 value not known at compile time, it certainly must allow any known
864 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
865 better code to be generated.
867 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
868 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
869 and 127, better code results from loading the value into a register and
870 using the register.  This is because the load into the register can be
871 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
872 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
873 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
874 constraints.
876 @cindex @samp{g} in constraint
877 @item @samp{g}
878 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
879 registers that are not general registers.
881 @cindex @samp{X} in constraint
882 @item @samp{X}
883 @ifset INTERNALS
884 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
885 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
886 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
887 require a scratch register.
888 @end ifset
889 @ifclear INTERNALS
890 Any operand whatsoever is allowed.
891 @end ifclear
893 @cindex @samp{0} in constraint
894 @cindex digits in constraint
895 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
896 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
897 digit is used together with letters within the same alternative, the
898 digit should come last.
900 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
901 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
902 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
903 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
904 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
905 can use multiple alternatives instead.
907 @cindex matching constraint
908 @cindex constraint, matching
909 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
910 that the assembler has only a single operand that fills two roles
911 @ifset INTERNALS
912 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
913 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
914 @end ifset
915 @ifclear INTERNALS
916 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
917 two input operands and an output operand, but on most CISC
918 @end ifclear
919 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
920 input-output operand:
922 @smallexample
923 addl #35,r12
924 @end smallexample
926 Matching constraints are used in these circumstances.
927 More precisely, the two operands that match must include one input-only
928 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
929 smaller number than the number of the operand that uses it in the
930 constraint.
932 @ifset INTERNALS
933 For operands to match in a particular case usually means that they
934 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
935 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
936 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
937 For proper results in such cases, the output template should always
938 use the output-operand's number when printing the operand.
939 @end ifset
941 @cindex load address instruction
942 @cindex push address instruction
943 @cindex address constraints
944 @cindex @samp{p} in constraint
945 @item @samp{p}
946 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
947 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
949 @findex address_operand
950 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
951 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
952 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
953 reference for which the address would be valid.
955 @cindex other register constraints
956 @cindex extensible constraints
957 @item @var{other-letters}
958 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
959 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
960 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
961 for data, address and floating point registers.
963 @ifset INTERNALS
964 The machine description macro @code{REG_CLASS_FROM_LETTER} has first
965 cut at the otherwise unused letters.  If it evaluates to @code{NO_REGS},
966 then @code{EXTRA_CONSTRAINT} is evaluated.
968 A typical use for @code{EXTRA_CONSTRAINT} would be to distinguish certain
969 types of memory references that affect other insn operands.
970 @end ifset
971 @end table
973 @ifset INTERNALS
974 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
975 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
976 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
977 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
978 done by copying an operand into a register.
980 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
982 @smallexample
983 (define_insn ""
984   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
985         (plus:SI (match_dup 0)
986                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
987   ""
988   "@dots{}")
989 @end smallexample
991 @noindent
992 which has two operands, one of which must appear in two places, and
994 @smallexample
995 (define_insn ""
996   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
997         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
998                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
999   ""
1000   "@dots{}")
1001 @end smallexample
1003 @noindent
1004 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1005 identical.  If we are considering an insn of the form
1007 @smallexample
1008 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1009   (set (reg:SI 3)
1010        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1011   @dots{})
1012 @end smallexample
1014 @noindent
1015 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1016 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1017 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
1018 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1019 is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
1020 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1021 results might look like this:
1023 @smallexample
1024 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1025   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1026   @dots{})
1028 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1029   (set (reg:SI 3)
1030        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1031   @dots{})
1032 @end smallexample
1034 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1035 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1036 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1037 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1038 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1039 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1040 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1041 reloading any possible operand so that it will fit.
1043 @itemize @bullet
1044 @item
1045 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1046 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1048 For example, an operand whose constraints permit everything except
1049 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1051 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1052 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1053 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1054 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1055 more selective.
1057 @item
1058 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1059 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1060 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1061 compiler knows how to copy a register into another register of the
1062 proper class in order to make an instruction valid.
1064 @cindex nonoffsettable memory reference
1065 @cindex memory reference, nonoffsettable
1066 @item
1067 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1068 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1069 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1071 @item
1072 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1073 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1074 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1075 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1077 @item
1078 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1079 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1080 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1081 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1082 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1083 objects allowed by the constraint.
1084 @end itemize
1086 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1087 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1088 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1089 how to copy a register temporarily into memory.
1091 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1092 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1093 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1094 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1095 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1096 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1097 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1098 @code{sign_extend}.
1099 @end ifset
1101 @node Multi-Alternative
1102 @subsection Multiple Alternative Constraints
1103 @cindex multiple alternative constraints
1105 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1106 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1107 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1108 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1109 another.
1111 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1112 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1113 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1114 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1115 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1116 @ifset INTERNALS
1117 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1119 @smallexample
1120 (define_insn "iorsi3"
1121   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1122         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1123                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1124   @dots{})
1125 @end smallexample
1127 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1128 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1129 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1130 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1131 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1132 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1133 @end ifset
1135 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1136 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1137 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1138 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1139 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1140 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1141 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1143 @table @code
1144 @cindex @samp{?} in constraint
1145 @cindex question mark
1146 @item ?
1147 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1148 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1149 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1150 in it.
1152 @cindex @samp{!} in constraint
1153 @cindex exclamation point
1154 @item !
1155 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1156 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1157 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1158 @end table
1160 @ifset INTERNALS
1161 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1162 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1163 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1164 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1165 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1166 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1167 @end ifset
1169 @ifset INTERNALS
1170 @node Class Preferences
1171 @subsection Register Class Preferences
1172 @cindex class preference constraints
1173 @cindex register class preference constraints
1175 @cindex voting between constraint alternatives
1176 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1177 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1178 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1179 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1180 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1181 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1182 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1183 favor of a general register.  The machine description says which registers
1184 are considered general.
1186 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1187 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1188 @end ifset
1190 @node Modifiers
1191 @subsection Constraint Modifier Characters
1192 @cindex modifiers in constraints
1193 @cindex constraint modifier characters
1195 @c prevent bad page break with this line
1196 Here are constraint modifier characters.
1198 @table @samp
1199 @cindex @samp{=} in constraint
1200 @item =
1201 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1202 value is discarded and replaced by output data.
1204 @cindex @samp{+} in constraint
1205 @item +
1206 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1208 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1209 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1210 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1211 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1212 are assumed to be input only.
1214 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1215 first character of the constraint string.
1217 @cindex @samp{&} in constraint
1218 @cindex earlyclobber operand
1219 @item &
1220 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1221 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1222 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1223 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1224 address.
1226 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1227 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1228 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1229 @samp{movdf} insn of the 68000.
1231 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1232 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1233 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1234 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1235 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1237 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1239 @cindex @samp{%} in constraint
1240 @item %
1241 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1242 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1243 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1244 constraints.
1245 @ifset INTERNALS
1246 This is often used in patterns for addition instructions
1247 that really have only two operands: the result must go in one of the
1248 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1249 instruction is defined:
1251 @smallexample
1252 (define_insn "addhi3"
1253   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1254      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1255               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1256   @dots{})
1257 @end smallexample
1258 @end ifset
1259 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more, 
1260 the compiler may fail.
1262 @cindex @samp{#} in constraint
1263 @item #
1264 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1265 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1266 register preferences.
1268 @cindex @samp{*} in constraint
1269 @item *
1270 Says that the following character should be ignored when choosing
1271 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1272 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1274 @ifset INTERNALS
1275 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1276 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1277 copying it into an address register.  While either kind of register is
1278 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1279 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1280 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1281 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1282 register preferences.
1284 @smallexample
1285 (define_insn "extendhisi2"
1286   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1287         (sign_extend:SI
1288          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1289   @dots{})
1290 @end smallexample
1291 @end ifset
1292 @end table
1294 @node Machine Constraints
1295 @subsection Constraints for Particular Machines
1296 @cindex machine specific constraints
1297 @cindex constraints, machine specific
1299 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1300 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1301 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1302 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1303 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1304 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1305 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1306 immediate-constant format.
1308 For each machine architecture, the
1309 @file{config/@var{machine}/@var{machine}.h} file defines additional
1310 constraints.  These constraints are used by the compiler itself for
1311 instruction generation, as well as for @code{asm} statements; therefore,
1312 some of the constraints are not particularly interesting for @code{asm}.
1313 The constraints are defined through these macros:
1315 @table @code
1316 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1317 Register class constraints (usually lowercase).
1319 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1320 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1321 word size or smaller precision (usually uppercase).
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 uppercase).
1327 @item EXTRA_CONSTRAINT
1328 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1329 is only defined for some machines.
1330 @end table
1332 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1333 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1334 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1335 available on some particular machines.
1337 @table @emph
1338 @item ARM family---@file{arm.h}
1339 @table @code
1340 @item f
1341 Floating-point register
1343 @item F
1344 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1345 or 10.0
1347 @item G
1348 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1349 were negated
1351 @item I
1352 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1353 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1354 multiple of 2
1356 @item J
1357 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1359 @item K
1360 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1362 @item L
1363 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1365 @item M
1366 Integer in the range 0 to 32
1368 @item Q
1369 A memory reference where the exact address is in a single register
1370 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1372 @item R
1373 An item in the constant pool
1375 @item S
1376 A symbol in the text segment of the current file
1377 @end table
1379 @item AVR family---@file{avr.h}
1380 @table @code
1381 @item l
1382 Registers from r0 to r15
1384 @item a
1385 Registers from r16 to r23
1387 @item d
1388 Registers from r16 to r31
1390 @item w
1391 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1393 @item e
1394 Pointer register (r26--r31)
1396 @item b
1397 Base pointer register (r28--r31)
1399 @item q
1400 Stack pointer register (SPH:SPL)
1402 @item t
1403 Temporary register r0
1405 @item x
1406 Register pair X (r27:r26)
1408 @item y
1409 Register pair Y (r29:r28)
1411 @item z
1412 Register pair Z (r31:r30)
1414 @item I
1415 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1417 @item J
1418 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1420 @item K
1421 Constant integer 2
1423 @item L
1424 Constant integer 0
1426 @item M
1427 Constant that fits in 8 bits
1429 @item N
1430 Constant integer @minus{}1
1432 @item O
1433 Constant integer 8, 16, or 24
1435 @item P
1436 Constant integer 1
1438 @item G
1439 A floating point constant 0.0
1440 @end table
1442 @item IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1443 @table @code
1444 @item b
1445 Address base register
1447 @item f
1448 Floating point register
1450 @item h
1451 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1453 @item q
1454 @samp{MQ} register
1456 @item c
1457 @samp{CTR} register
1459 @item l
1460 @samp{LINK} register
1462 @item x
1463 @samp{CR} register (condition register) number 0
1465 @item y
1466 @samp{CR} register (condition register)
1468 @item z
1469 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1471 @item I
1472 Signed 16-bit constant
1474 @item J
1475 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1476 @code{SImode} constants)
1478 @item K
1479 Unsigned 16-bit constant
1481 @item L
1482 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1484 @item M
1485 Constant larger than 31
1487 @item N
1488 Exact power of 2
1490 @item O
1491 Zero
1493 @item P
1494 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1496 @item G
1497 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1498 instruction per word
1500 @item Q
1501 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1502 for @code{asm} statements)
1504 @item R
1505 AIX TOC entry
1507 @item S
1508 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1510 @item T
1511 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1513 @item U
1514 System V Release 4 small data area reference
1515 @end table
1517 @item Intel 386---@file{i386.h}
1518 @table @code
1519 @item q
1520 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register for the i386.
1521 For x86-64 it is equivalent to @samp{r} class. (for 8-bit instructions that
1522 do not use upper halves)
1524 @item Q
1525 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register. (for 8-bit instructions,
1526 that do use upper halves)
1528 @item R
1529 Legacy register---equivalent to @code{r} class in i386 mode.
1530 (for non-8-bit registers used together with 8-bit upper halves in a single
1531 instruction)
1533 @item A
1534 Specifies the @samp{a} or @samp{d} registers.  This is primarily useful
1535 for 64-bit integer values (when in 32-bit mode) intended to be returned
1536 with the @samp{d} register holding the most significant bits and the
1537 @samp{a} register holding the least significant bits.
1539 @item f
1540 Floating point register
1542 @item t
1543 First (top of stack) floating point register
1545 @item u
1546 Second floating point register
1548 @item a
1549 @samp{a} register
1551 @item b
1552 @samp{b} register
1554 @item c
1555 @samp{c} register
1557 @item C
1558 Specifies constant that can be easily constructed in SSE register without
1559 loading it from memory.
1561 @item d
1562 @samp{d} register
1564 @item D
1565 @samp{di} register
1567 @item S
1568 @samp{si} register
1570 @item x
1571 @samp{xmm} SSE register
1573 @item y
1574 MMX register
1576 @item I
1577 Constant in range 0 to 31 (for 32-bit shifts)
1579 @item J
1580 Constant in range 0 to 63 (for 64-bit shifts)
1582 @item K
1583 @samp{0xff}
1585 @item L
1586 @samp{0xffff}
1588 @item M
1589 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1591 @item N
1592 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1594 @item Z
1595 Constant in range 0 to @code{0xffffffff} or symbolic reference known to fit specified range.
1596 (for using immediates in zero extending 32-bit to 64-bit x86-64 instructions)
1598 @item e
1599 Constant in range @minus{}2147483648 to 2147483647 or symbolic reference known to fit specified range.
1600 (for using immediates in 64-bit x86-64 instructions)
1602 @item G
1603 Standard 80387 floating point constant
1604 @end table
1606 @item Intel 960---@file{i960.h}
1607 @table @code
1608 @item f
1609 Floating point register (@code{fp0} to @code{fp3})
1611 @item l
1612 Local register (@code{r0} to @code{r15})
1614 @item b
1615 Global register (@code{g0} to @code{g15})
1617 @item d
1618 Any local or global register
1620 @item I
1621 Integers from 0 to 31
1623 @item J
1626 @item K
1627 Integers from @minus{}31 to 0
1629 @item G
1630 Floating point 0
1632 @item H
1633 Floating point 1
1634 @end table
1636 @item Intel IA-64---@file{ia64.h}
1637 @table @code
1638 @item a
1639 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
1641 @item b
1642 Branch register
1644 @item c
1645 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
1647 @item d
1648 Application register residing in M-unit
1650 @item e
1651 Application register residing in I-unit
1653 @item f
1654 Floating-point register
1656 @item m
1657 Memory operand.
1658 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
1659 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
1660 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
1662 @item G
1663 Floating-point constant 0.0 or 1.0
1665 @item I
1666 14-bit signed integer constant
1668 @item J
1669 22-bit signed integer constant
1671 @item K
1672 8-bit signed integer constant for logical instructions
1674 @item L
1675 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
1677 @item M
1678 6-bit unsigned integer constant for shift counts
1680 @item N
1681 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
1683 @item O
1684 The constant zero
1686 @item P
1687 0 or -1 for @code{dep} instruction
1689 @item Q
1690 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
1692 @item R
1693 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
1695 @item S
1696 Memory operand except postincrement and postdecrement
1697 @end table
1699 @item FRV---@file{frv.h}
1700 @table @code
1701 @item a
1702 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1704 @item b
1705 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1707 @item c
1708 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
1709 @code{icc0} to @code{icc3}).
1711 @item d
1712 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1714 @item e
1715 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1716 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
1717 mode larger than 4 bytes.
1719 @item f
1720 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1722 @item h
1723 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1724 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
1725 mode larger than 4 bytes.
1727 @item l
1728 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
1730 @item q
1731 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
1732 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
1733 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
1735 @item t
1736 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
1738 @item u
1739 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
1741 @item v
1742 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
1744 @item w
1745 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
1747 @item x
1748 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1749 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
1750 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
1752 @item z
1753 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
1755 @item A
1756 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1758 @item B
1759 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
1761 @item C
1762 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
1764 @item G
1765 Floating point constant zero
1767 @item I
1768 6-bit signed integer constant
1770 @item J
1771 10-bit signed integer constant
1773 @item L
1774 16-bit signed integer constant
1776 @item M
1777 16-bit unsigned integer constant
1779 @item N
1780 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
1781 range of @minus{}2048 to @minus{}1
1783 @item O
1784 Constant zero
1786 @item P
1787 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
1788 range of 1 to 2047.
1790 @end table
1792 @item IP2K---@file{ip2k.h}
1793 @table @code
1794 @item a
1795 @samp{DP} or @samp{IP} registers (general address)
1797 @item f
1798 @samp{IP} register
1800 @item j
1801 @samp{IPL} register
1803 @item k
1804 @samp{IPH} register
1806 @item b
1807 @samp{DP} register
1809 @item y
1810 @samp{DPH} register
1812 @item z
1813 @samp{DPL} register
1815 @item q
1816 @samp{SP} register
1818 @item c
1819 @samp{DP} or @samp{SP} registers (offsettable address)
1821 @item d
1822 Non-pointer registers (not @samp{SP}, @samp{DP}, @samp{IP})
1824 @item u
1825 Non-SP registers (everything except @samp{SP})
1827 @item R
1828 Indirect thru @samp{IP} - Avoid this except for @code{QImode}, since we
1829 can't access extra bytes
1831 @item S
1832 Indirect thru @samp{SP} or @samp{DP} with short displacement (0..127)
1834 @item T
1835 Data-section immediate value
1837 @item I
1838 Integers from @minus{}255 to @minus{}1
1840 @item J
1841 Integers from 0 to 7---valid bit number in a register
1843 @item K
1844 Integers from 0 to 127---valid displacement for addressing mode
1846 @item L
1847 Integers from 1 to 127
1849 @item M
1850 Integer @minus{}1
1852 @item N
1853 Integer 1
1855 @item O
1856 Zero
1858 @item P
1859 Integers from 0 to 255
1860 @end table
1862 @item MIPS---@file{mips.h}
1863 @table @code
1864 @item d
1865 General-purpose integer register
1867 @item f
1868 Floating-point register (if available)
1870 @item h
1871 @samp{Hi} register
1873 @item l
1874 @samp{Lo} register
1876 @item x
1877 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
1879 @item y
1880 General-purpose integer register
1882 @item z
1883 Floating-point status register
1885 @item I
1886 Signed 16-bit constant (for arithmetic instructions)
1888 @item J
1889 Zero
1891 @item K
1892 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
1894 @item L
1895 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
1897 @item M
1898 32-bit constant which requires two instructions to load (a constant
1899 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
1901 @item N
1902 Negative 16-bit constant
1904 @item O
1905 Exact power of two
1907 @item P
1908 Positive 16-bit constant
1910 @item G
1911 Floating point zero
1913 @item Q
1914 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
1915 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1917 @item R
1918 Memory reference that can be loaded with one instruction
1919 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1921 @item S
1922 Memory reference in external OSF/rose PIC format
1923 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1924 @end table
1926 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
1927 @table @code
1928 @item a
1929 Address register
1931 @item d
1932 Data register
1934 @item f
1935 68881 floating-point register, if available
1937 @item I
1938 Integer in the range 1 to 8
1940 @item J
1941 16-bit signed number
1943 @item K
1944 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
1946 @item L
1947 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
1949 @item M
1950 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
1952 @item G
1953 Floating point constant that is not a 68881 constant
1954 @end table
1956 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{m68hc11.h}
1957 @table @code
1958 @item a
1959 Register 'a'
1961 @item b
1962 Register 'b'
1964 @item d
1965 Register 'd'
1967 @item q
1968 An 8-bit register
1970 @item t
1971 Temporary soft register _.tmp
1973 @item u
1974 A soft register _.d1 to _.d31
1976 @item w
1977 Stack pointer register
1979 @item x
1980 Register 'x'
1982 @item y
1983 Register 'y'
1985 @item z
1986 Pseudo register 'z' (replaced by 'x' or 'y' at the end)
1988 @item A
1989 An address register: x, y or z
1991 @item B
1992 An address register: x or y
1994 @item D
1995 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
1997 @item L
1998 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2000 @item M
2001 Constants whose 16-bit low part is zero
2003 @item N
2004 Constant integer 1 or @minus{}1
2006 @item O
2007 Constant integer 16
2009 @item P
2010 Constants in the range @minus{}8 to 2
2012 @end table
2014 @need 1000
2015 @item SPARC---@file{sparc.h}
2016 @table @code
2017 @item f
2018 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2019 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2021 @item e
2022 Floating-point register. It is equivalent to @samp{f} on the
2023 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2024 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2026 @item c
2027 Floating-point condition code register.
2029 @item d
2030 Lower floating-point register. It is only valid on the SPARC-V9
2031 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2033 @item b
2034 Floating-point register. It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2035 when the Visual Instruction Set is available.
2037 @item h
2038 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2040 @item I
2041 Signed 13-bit constant
2043 @item J
2044 Zero
2046 @item K
2047 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2048 loaded with the @code{sethi} instruction)
2050 @item L
2051 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2053 @item M
2054 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2056 @item N
2057 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2058 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2059 modes wider than @code{SImode}
2061 @item O
2062 The constant 4096
2064 @item G
2065 Floating-point zero
2067 @item H
2068 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2070 @item Q
2071 Floating-point constant whose integral representation can
2072 be moved into an integer register using a single sethi
2073 instruction
2075 @item R
2076 Floating-point constant whose integral representation can
2077 be moved into an integer register using a single mov
2078 instruction
2080 @item S
2081 Floating-point constant whose integral representation can
2082 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2083 instruction sequence
2085 @item T
2086 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2088 @item U
2089 Even register
2091 @item W
2092 Memory address for @samp{e} constraint registers.
2094 @end table
2096 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
2097 @table @code
2098 @item a
2099 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2101 @item b
2102 Stack pointer register (sp)
2104 @item c
2105 Standard (32-bit) precision integer register
2107 @item f
2108 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2110 @item k
2111 Block count register (bk)
2113 @item q
2114 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2116 @item t
2117 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2119 @item u
2120 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2122 @item v
2123 Repeat count register (rc)
2125 @item x
2126 Index register (ir0-ir1)
2128 @item y
2129 Status (condition code) register (st)
2131 @item z
2132 Data page register (dp)
2134 @item G
2135 Floating-point zero
2137 @item H
2138 Immediate 16-bit floating-point constant
2140 @item I
2141 Signed 16-bit constant
2143 @item J
2144 Signed 8-bit constant
2146 @item K
2147 Signed 5-bit constant
2149 @item L
2150 Unsigned 16-bit constant
2152 @item M
2153 Unsigned 8-bit constant
2155 @item N
2156 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2158 @item O
2159 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2161 @item Q
2162 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2164 @item R
2165 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2167 @item S
2168 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2170 @item T
2171 Direct memory reference
2173 @item U
2174 Symbolic address
2176 @end table
2178 @item S/390 and zSeries---@file{s390.h}
2179 @table @code
2180 @item a
2181 Address register (general purpose register except r0)
2183 @item d
2184 Data register (arbitrary general purpose register)
2186 @item f
2187 Floating-point register
2189 @item I
2190 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2192 @item J
2193 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2195 @item K
2196 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2198 @item L
2199 Unsigned 16-bit constant (0--65535)
2201 @item Q
2202 Memory reference without index register
2204 @item S
2205 Symbolic constant suitable for use with the @code{larl} instruction
2207 @end table
2209 @item Xstormy16---@file{stormy16.h}
2210 @table @code
2211 @item a
2212 Register r0.
2214 @item b
2215 Register r1.
2217 @item c
2218 Register r2.
2220 @item d
2221 Register r8.
2223 @item e
2224 Registers r0 through r7.
2226 @item t
2227 Registers r0 and r1.
2229 @item y
2230 The carry register.
2232 @item z
2233 Registers r8 and r9.
2235 @item I
2236 A constant between 0 and 3 inclusive.
2238 @item J
2239 A constant that has exactly one bit set.
2241 @item K
2242 A constant that has exactly one bit clear.
2244 @item L
2245 A constant between 0 and 255 inclusive.
2247 @item M
2248 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2250 @item N
2251 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2253 @item O
2254 A constant between 1 and 4 inclusive.
2256 @item P
2257 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2259 @item Q
2260 A memory reference that is a stack push.
2262 @item R
2263 A memory reference that is a stack pop.
2265 @item S
2266 A memory reference that refers to a constant address of known value.
2268 @item T
2269 The register indicated by Rx (not implemented yet).
2271 @item U
2272 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
2274 @item Z
2275 The constant 0.
2277 @end table
2279 @item Xtensa---@file{xtensa.h}
2280 @table @code
2281 @item a
2282 General-purpose 32-bit register
2284 @item b
2285 One-bit boolean register
2287 @item A
2288 MAC16 40-bit accumulator register
2290 @item I
2291 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
2293 @item J
2294 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
2296 @item K
2297 Integer constant valid for BccI instructions
2299 @item L
2300 Unsigned constant valid for BccUI instructions
2302 @end table
2304 @end table
2306 @ifset INTERNALS
2307 @node Standard Names
2308 @section Standard Pattern Names For Generation
2309 @cindex standard pattern names
2310 @cindex pattern names
2311 @cindex names, pattern
2313 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
2314 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
2315 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
2316 pattern to accomplish a certain task.
2318 @table @asis
2319 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
2320 @item @samp{mov@var{m}}
2321 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
2322 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
2323 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
2325 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
2326 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
2327 to store the specified value in the part of the register that corresponds
2328 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
2329 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
2330 outside the target word are left unchanged.
2332 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
2333 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
2334 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
2335 If there are patterns accepting operands in larger modes,
2336 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
2338 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
2339 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
2340 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
2341 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
2342 into a register.
2344 @findex force_reg
2345 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
2346 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
2347 registers other than the operands.  For example, if you support the
2348 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
2349 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
2350 function which might generate new pseudo registers.
2352 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
2353 fetching those modes from memory normally requires several insns and
2354 some temporary registers.
2356 @findex change_address
2357 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
2358 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
2359 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
2360 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
2361 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
2362 an address into a valid address and no routine (such as
2363 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
2364 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
2366 @findex reload_in_progress
2367 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
2368 declared if required) can be used to determine whether such special
2369 handling is required.
2371 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
2372 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
2373 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
2374 machines explicit memory references will get optional reloads.
2376 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
2377 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
2379 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
2380 you must define @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and/or
2381 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
2382 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
2383 them.  @xref{Register Classes}.
2385 @findex no_new_pseudos
2386 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
2387 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
2388 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
2390 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
2391 register to any other hard register provided that
2392 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
2393 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
2395 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
2396 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
2397 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
2398 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
2399 point members.
2401 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
2402 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
2403 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
2404 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
2405 floating point registers, then the constraints of the fixed point
2406 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
2407 reload into a floating point register.
2409 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
2410 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
2411 @item @samp{reload_in@var{m}}
2412 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
2413 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
2414 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
2415 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
2416 macro in @pxref{Register Classes}.
2418 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
2419 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
2420 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
2421 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
2422 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
2423 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
2424 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
2425 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
2426 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
2427 for these patterns.
2429 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
2430 @item @samp{movstrict@var{m}}
2431 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
2432 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
2433 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
2434 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
2436 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
2437 @item @samp{load_multiple}
2438 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
2439 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
2440 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
2441 number of consecutive registers.
2443 Define this only if the target machine really has such an instruction;
2444 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
2445 registers from memory is to do them one at a time.
2447 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
2448 registers can be stored into memory, such as particular starting or
2449 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
2450 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2451 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
2453 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
2454 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
2455 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
2456 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
2457 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
2459 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
2460 @item @samp{store_multiple}
2461 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
2462 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
2463 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
2464 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
2466 @cindex @code{push@var{m}} instruction pattern
2467 @item @samp{push@var{m}}
2468 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
2469 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
2470 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
2471 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
2472 method is deprecated.
2474 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
2475 @item @samp{add@var{m}3}
2476 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
2477 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
2478 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
2480 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
2481 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
2482 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
2483 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
2484 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
2485 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
2486 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
2487 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
2488 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
2489 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
2490 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
2491 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
2492 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
2493 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
2494 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
2495 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
2496 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
2497 Similar, for other arithmetic operations.
2498 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
2499 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
2500 @itemx @samp{min@var{m}3}, @samp{max@var{m}3}
2501 Floating point min and max operations.  If both operands are zeros,
2502 or if either operand is NaN, then it is unspecified which of the two
2503 operands is returned as the result.
2506 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
2507 @item @samp{mulhisi3}
2508 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
2509 a @code{SImode} product in operand 0.
2511 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
2512 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
2513 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
2514 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
2516 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
2517 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
2518 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
2519 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
2520 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
2521 multiplication.
2523 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2524 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
2525 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
2526 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
2527 The least significant half of the product is discarded.
2529 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2530 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
2531 Similar, but the multiplication is unsigned.
2533 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
2534 @item @samp{divmod@var{m}4}
2535 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
2536 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
2537 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
2539 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
2540 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
2541 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
2542 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
2543 and remainder are computed.
2545 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
2546 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
2547 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
2548 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
2549 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
2551 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
2552 @item @samp{udivmod@var{m}4}
2553 Similar, but does unsigned division.
2555 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
2556 @item @samp{ashl@var{m}3}
2557 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
2558 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
2559 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
2560 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
2561 mode before generating the instruction.
2563 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
2564 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
2565 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
2566 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
2567 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
2568 Other shift and rotate instructions, analogous to the
2569 @code{ashl@var{m}3} instructions.
2571 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
2572 @item @samp{neg@var{m}2}
2573 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
2575 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
2576 @item @samp{abs@var{m}2}
2577 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
2579 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
2580 @item @samp{sqrt@var{m}2}
2581 Store the square root of operand 1 into operand 0.
2583 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
2584 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
2585 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2586 type @code{float}.
2588 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
2589 @item @samp{cos@var{m}2}
2590 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
2592 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
2593 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
2594 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2595 type @code{float}.
2597 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
2598 @item @samp{sin@var{m}2}
2599 Store the sine of operand 1 into operand 0.
2601 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
2602 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
2603 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2604 type @code{float}.
2606 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
2607 @item @samp{exp@var{m}2}
2608 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
2610 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
2611 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
2612 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2613 type @code{float}.
2615 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
2616 @item @samp{log@var{m}2}
2617 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
2619 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
2620 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
2621 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2622 type @code{float}.
2624 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
2625 @item @samp{pow@var{m}3}
2626 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
2627 into operand 0.
2629 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
2630 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
2631 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2632 type @code{float}.
2634 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
2635 @item @samp{atan2@var{m}3}
2636 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
2637 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
2638 determine the quadrant of the result.
2640 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
2641 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
2642 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2643 type @code{float}.
2645 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
2646 @item @samp{floor@var{m}2}
2647 Store the largest integral value not greater than argument.
2649 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
2650 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
2651 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2652 type @code{float}.
2654 @cindex @code{trunc@var{m}2} instruction pattern
2655 @item @samp{trunc@var{m}2}
2656 Store the argument rounded to integer towards zero.
2658 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
2659 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
2660 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2661 type @code{float}.
2663 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
2664 @item @samp{round@var{m}2}
2665 Store the argument rounded to integer away from zero.
2667 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
2668 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
2669 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2670 type @code{float}.
2672 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
2673 @item @samp{ceil@var{m}2}
2674 Store the argument rounded to integer away from zero.
2676 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
2677 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
2678 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2679 type @code{float}.
2681 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
2682 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
2683 Store the argument rounded according to the default rounding mode
2685 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
2686 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
2687 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2688 type @code{float}.
2690 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
2691 @item @samp{ffs@var{m}2}
2692 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
2693 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
2694 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2695 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2696 generating the instruction.
2698 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
2699 corresponds to the C data type @code{int}.
2701 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
2702 @item @samp{clz@var{m}2}
2703 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
2704 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
2705 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
2706 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
2707 operand to that mode before generating the instruction.
2709 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
2710 @item @samp{ctz@var{m}2}
2711 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
2712 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
2713 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
2714 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
2715 operand to that mode before generating the instruction.
2717 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
2718 @item @samp{popcount@var{m}2}
2719 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
2720 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2721 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2722 generating the instruction.
2724 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
2725 @item @samp{parity@var{m}2}
2726 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.@:e. the number of 1-bits
2727 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
2728 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
2729 the operand to that mode before generating the instruction.
2731 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
2732 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
2733 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
2735 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
2736 @item @samp{cmp@var{m}}
2737 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
2738 The RTL pattern should look like this:
2740 @smallexample
2741 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2742                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
2743 @end smallexample
2745 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
2746 @item @samp{tst@var{m}}
2747 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
2748 The RTL pattern should look like this:
2750 @smallexample
2751 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
2752 @end smallexample
2754 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
2755 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
2756 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
2757 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
2759 @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
2760 @item @samp{movstr@var{m}}
2761 Block move instruction.  The addresses of the destination and source
2762 strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
2764 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
2765 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
2766 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
2767 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
2768 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
2769 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
2770 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
2772 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
2773 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
2774 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
2775 it may provide the value 4 for this operand.
2777 Descriptions of multiple @code{movstr@var{m}} patterns can only be
2778 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
2779 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
2780 in @code{movstr@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
2781 individually moved data units in the block.
2783 These patterns need not give special consideration to the possibility
2784 that the source and destination strings might overlap.
2786 @cindex @code{clrstr@var{m}} instruction pattern
2787 @item @samp{clrstr@var{m}}
2788 Block clear instruction.  The addresses of the destination string is the
2789 first operand, in mode @code{Pmode}.  The number of bytes to clear is
2790 the second operand, in mode @var{m}.  See @samp{movstr@var{m}} for
2791 a discussion of the choice of mode.
2793 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
2794 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
2795 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
2796 operand.
2798 The use for multiple @code{clrstr@var{m}} is as for @code{movstr@var{m}}.
2800 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
2801 @item @samp{cmpstr@var{m}}
2802 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
2803 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
2804 of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2805 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
2806 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
2807 at a time since either string may end in the first byte and reading past
2808 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
2809 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
2810 indicates the result of the comparison.
2812 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
2813 @item @samp{cmpmem@var{m}}
2814 Block compare instruction, with five operands like the operands
2815 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2816 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
2817 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
2818 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
2819 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
2820 comparison.
2822 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
2823 @item @samp{strlen@var{m}}
2824 Compute the length of a string, with three operands.
2825 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
2826 a @code{mem} referring to the first character of the string,
2827 operand 2 is the character to search for (normally zero),
2828 and operand 3 is a constant describing the known alignment
2829 of the beginning of the string.
2831 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
2832 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
2833 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
2834 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2835 @var{n}).
2837 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
2838 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
2839 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
2840 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2841 @var{n}).
2843 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2844 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2845 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2846 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2847 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2848 the value of operand 1 is an integer.
2850 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2851 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2852 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2853 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2854 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2855 value of operand 1 is an integer.
2857 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2858 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2859 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2860 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2861 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2863 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2864 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2865 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2866 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2868 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2869 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2870 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2871 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2873 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2874 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2875 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2876 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2877 point or both floating point.
2879 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
2880 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2881 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2882 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2883 point or both floating point.
2885 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2886 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2887 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2888 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2889 point.
2891 @cindex @code{extv} instruction pattern
2892 @item @samp{extv}
2893 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
2894 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2895 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2896 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2897 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2898 be valid for @code{word_mode}.
2900 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2901 for operands 2 and 3.
2903 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2904 before it is stored in operand 0.
2906 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2907 @item @samp{extzv}
2908 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2910 @cindex @code{insv} instruction pattern
2911 @item @samp{insv}
2912 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
2913 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2914 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2915 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2916 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2918 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2919 for operands 1 and 2.
2921 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2922 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2923 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2924 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2925 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2927 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2928 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2929 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2930 codes and vice versa.
2932 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2933 define these patterns.
2935 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
2936 @item @samp{add@var{mode}cc}
2937 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
2938 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
2939 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
2940 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
2942 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2943 @item @samp{s@var{cond}}
2944 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2945 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2946 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2947 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2949 You specify the mode that the operand must have when you write the
2950 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2951 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2953 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2954 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2955 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2956 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2957 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2958 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2959 should omit those operations from the machine description.
2961 These operations may fail, but should do so only in relatively
2962 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2963 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2965 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2966 that copies the constant one to the target and branches around an
2967 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
2968 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
2969 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
2970 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
2971 the machine description.
2973 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
2974 @item @samp{b@var{cond}}
2975 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
2976 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
2977 condition @var{cond}.
2979 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
2980 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
2981 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
2982 simply store the operands away and generate all the required insns in a
2983 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
2984 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
2985 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
2986 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
2988 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
2989 where the mode used for the comparison depends on the condition being
2990 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
2992 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
2993 @samp{s@var{cond}} patterns.
2995 @cindex @code{jump} instruction pattern
2996 @item @samp{jump}
2997 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
2998 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
2999 on all machines.
3001 @cindex @code{call} instruction pattern
3002 @item @samp{call}
3003 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
3004 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
3005 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
3006 operands.
3008 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
3009 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
3010 to put this information into the assembler code; they can put it in
3011 the RTL instead of operand 1.
3013 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
3014 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
3015 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
3016 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
3017 instruction, the pattern for this operation should be a
3018 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
3019 address into a register and uses that register in the call instruction.
3021 @cindex @code{call_value} instruction pattern
3022 @item @samp{call_value}
3023 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
3024 register in which the value is returned.  There are three more
3025 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
3026 instruction (but with numbers increased by one).
3028 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
3029 insn.
3031 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
3032 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
3033 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
3034 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
3035 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
3036 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
3037 adjustment made to the frame pointer.
3039 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
3040 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
3041 can be eliminated, if desired.
3043 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
3044 @item @samp{untyped_call}
3045 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
3046 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
3047 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
3048 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3049 the saving of a function return value into the result block.
3051 This instruction pattern should be defined to support
3052 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
3053 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
3054 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
3055 multiple registers that can hold a return value
3056 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
3058 @cindex @code{return} instruction pattern
3059 @item @samp{return}
3060 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
3061 defined only if a single instruction can do all the work of returning
3062 from a function.
3064 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
3065 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
3066 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
3067 some class of functions only requires one instruction to implement a
3068 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
3069 to save any registers or allocate stack space.
3071 @findex reload_completed
3072 @findex leaf_function_p
3073 For such machines, the condition specified in this pattern should only
3074 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
3075 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
3076 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
3077 a register window push is required.
3079 Machines that have conditional return instructions should define patterns
3080 such as
3082 @smallexample
3083 (define_insn ""
3084   [(set (pc)
3085         (if_then_else (match_operator
3086                          0 "comparison_operator"
3087                          [(cc0) (const_int 0)])
3088                       (return)
3089                       (pc)))]
3090   "@var{condition}"
3091   "@dots{}")
3092 @end smallexample
3094 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
3095 named @samp{return} pattern.
3097 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
3098 @item @samp{untyped_return}
3099 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
3100 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
3101 instructions are needed to return a value of any type.
3103 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
3104 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
3105 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3106 the restoring of a function return value from the result block.
3108 @cindex @code{nop} instruction pattern
3109 @item @samp{nop}
3110 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
3111 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
3112 RTL pattern.
3114 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
3115 @item @samp{indirect_jump}
3116 An instruction to jump to an address which is operand zero.
3117 This pattern name is mandatory on all machines.
3119 @cindex @code{casesi} instruction pattern
3120 @item @samp{casesi}
3121 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
3122 This instruction takes five operands:
3124 @enumerate
3125 @item
3126 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
3128 @item
3129 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
3131 @item
3132 The total range of indices in the table---the largest index
3133 minus the smallest one (both inclusive).
3135 @item
3136 A label that precedes the table itself.
3138 @item
3139 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
3140 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
3141 then an out-of-bounds index drops through to the code following
3142 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
3143 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
3144 but it is always provided as an operand.)
3145 @end enumerate
3147 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
3148 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
3149 difference between the upper bound and the lower bound.
3151 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
3152 @item @samp{tablejump}
3153 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
3154 capability which can be used to implement a dispatch table when there
3155 is no @samp{casesi} pattern.
3157 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
3158 which should immediately precede the jump table.  If the macro
3159 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
3160 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
3161 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
3162 mode @code{Pmode}.
3164 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
3165 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
3166 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
3167 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
3170 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
3171 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
3172 Conditional branch instruction that decrements a register and
3173 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
3174 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
3175 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
3177 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
3178 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
3179 reduction is enabled.
3181 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
3182 @item @samp{doloop_end}
3183 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
3184 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
3185 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
3186 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
3187 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
3188 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
3189 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
3190 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
3191 @xref{Looping Patterns}.
3193 This optional instruction pattern should be defined for machines with
3194 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
3195 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
3196 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3197 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
3198 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
3199 too large for this instruction, make it fail.
3201 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
3202 @item @samp{doloop_begin}
3203 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
3204 need to perform some initialization, such as loading special registers
3205 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
3206 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
3207 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
3210 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
3211 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
3212 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
3213 into operand 0.
3215 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
3216 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
3217 and also has mode @code{Pmode}.
3219 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
3220 the address of the function which would be called if the function
3221 pointer were used in an indirect call.
3223 Only define this pattern if function pointers on the target machine
3224 can have different values but still call the same function when
3225 used in an indirect call.
3227 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
3228 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
3229 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
3230 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
3231 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
3232 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
3233 @item @samp{save_stack_block}
3234 @itemx @samp{save_stack_function}
3235 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
3236 @itemx @samp{restore_stack_block}
3237 @itemx @samp{restore_stack_function}
3238 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
3239 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
3240 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
3241 such machines.
3243 Some machines require special handling for stack pointer saves and
3244 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
3245 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
3246 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
3247 saves and restores are:
3249 @enumerate
3250 @item
3251 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
3252 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
3253 restores the stack pointer when the block is exited.
3255 @item
3256 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
3257 similar job for the outermost block of a function and are used when the
3258 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
3259 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
3260 restore sequence on some machines.
3262 @item
3263 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
3264 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
3265 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
3266 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
3267 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
3268 and restoring additional data such as register window information or
3269 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
3270 such required data.
3271 @end enumerate
3273 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
3274 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
3275 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
3276 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
3277 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
3278 for a particular type of save (either because no save is needed or
3279 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
3280 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
3281 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
3282 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
3284 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
3285 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
3286 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
3288 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
3289 @item @samp{allocate_stack}
3290 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
3291 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
3293 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
3294 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
3295 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
3296 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
3297 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
3298 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
3299 stack is free.
3301 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
3302 Some machines require other operations such as stack probes or
3303 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
3304 operations in addition to updating the stack pointer.
3306 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
3307 @item @samp{check_stack}
3308 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
3309 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
3310 to perform the needed check and signaling an error if the stack
3311 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
3312 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
3313 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
3314 limit from a global or thread-specific variable or register.
3316 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
3317 @item @samp{nonlocal_goto}
3318 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
3319 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
3320 each representing a value to be used in the jump.  The first
3321 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
3322 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
3323 the third is the address of a location where the stack is saved,
3324 and the last is the address of the label, to be placed in the
3325 location for the incoming static chain.
3327 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
3328 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
3329 and static chain, restore the stack (using the
3330 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
3331 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
3332 not work on your machine.
3334 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
3335 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
3336 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
3337 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
3338 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
3339 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
3340 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
3341 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
3342 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
3343 There are no arguments.
3345 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
3346 @item @samp{exception_receiver}
3347 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3348 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3349 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3350 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3351 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
3352 an exception.  There are no arguments.
3354 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
3355 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
3356 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
3357 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
3358 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
3359 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
3360 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
3361 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
3362 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
3363 the first three are normally used by the generic mechanism.
3365 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
3366 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
3367 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3368 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3369 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3370 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3371 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
3372 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
3373 at a small offset from that label.
3375 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
3376 @item @samp{builtin_longjmp}
3377 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
3378 You will not normally need to define this pattern unless you also define
3379 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
3380 @code{jmp_buf}.
3382 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
3383 @item @samp{eh_return}
3384 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
3385 and thence the call frame exception handling library routines, are
3386 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
3387 the abnormal return path.
3389 The address of the exception handler to which the function should return
3390 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by 
3391 the pattern to some special register or memory location.
3392 If the pattern needs to determine the location of the target call
3393 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
3394 if defined; it will have already been assigned.
3396 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
3397 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
3398 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
3399 handling is to be used.
3401 @cindex @code{prologue} instruction pattern
3402 @anchor{prologue instruction pattern}
3403 @item @samp{prologue}
3404 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
3405 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
3406 pointer register, saving callee saved registers, etc.
3408 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
3409 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
3411 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
3412 instruction scheduling.
3414 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
3415 @anchor{epilogue instruction pattern}
3416 @item @samp{epilogue}
3417 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
3418 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
3419 registers and emitting the return instruction.
3421 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
3422 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
3424 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
3425 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
3427 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
3428 @item @samp{sibcall_epilogue}
3429 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
3430 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
3431 sibling call (aka tail call) sites.
3433 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
3434 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
3435 function.
3437 @cindex @code{trap} instruction pattern
3438 @item @samp{trap}
3439 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
3440 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
3441 front end to signal `invalid array index' exceptions.
3443 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
3444 @item @samp{conditional_trap}
3445 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
3446 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
3448 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
3450 @smallexample
3451 (define_insn "conditional_trap"
3452   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
3453              [(cc0) (const_int 0)])
3454             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
3455   ""
3456   "@dots{}")
3457 @end smallexample
3459 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
3460 @item @samp{prefetch}
3462 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
3463 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
3464 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
3465 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
3466 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
3467 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
3468 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
3469 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
3470 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
3472 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
3473 the values of operands 1 and 2.
3475 @end table
3477 @node Pattern Ordering
3478 @section When the Order of Patterns Matters
3479 @cindex Pattern Ordering
3480 @cindex Ordering of Patterns
3482 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
3483 pattern that appears first in the machine description is the one used.
3484 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
3485 and faster instructions (those that will produce better code when they
3486 do match) should usually go first in the description.
3488 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
3489 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
3490 instruction for converting a fullword to floating point and another
3491 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
3492 an integer to floating point could match either one.  We put the
3493 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
3494 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
3495 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
3496 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
3497 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
3498 constant value.
3500 @node Dependent Patterns
3501 @section Interdependence of Patterns
3502 @cindex Dependent Patterns
3503 @cindex Interdependence of Patterns
3505 Every machine description must have a named pattern for each of the
3506 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
3507 must always have the form
3509 @example
3510 (set (pc)
3511      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3512                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
3513                    (pc)))
3514 @end example
3516 @noindent
3517 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
3518 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
3519 look like
3521 @example
3522 (set (pc)
3523      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3524                    (pc)
3525                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
3526 @end example
3528 @noindent
3529 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
3530 branches into reverse-conditional branches.
3532 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
3533 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
3534 example,
3536 @example
3537 (define_insn ""
3538   [(set (pc)
3539         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
3540                                       [(cc0) (const_int 0)])
3541                       (pc)
3542                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
3543   "@var{condition}"
3544   "@dots{}")
3545 @end example
3547 In some cases machines support instructions identical except for the
3548 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
3549 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
3550 patterns are
3552 @example
3553 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3554      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
3556 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3557      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
3558 @end example
3560 @noindent
3561 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
3562 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
3563 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
3564 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
3565 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
3566 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
3568 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
3569 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
3570 compilations.
3572 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
3573 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
3574 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
3575 you should not provide separate patterns for increment and decrement
3576 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
3577 that supports register-register add insns by examining the operands and
3578 generating the appropriate machine instruction.
3580 @node Jump Patterns
3581 @section Defining Jump Instruction Patterns
3582 @cindex jump instruction patterns
3583 @cindex defining jump instruction patterns
3585 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
3586 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
3587 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
3588 insn tests the condition code and branches or not according its value.
3589 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
3590 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
3591 way.
3593 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
3594 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
3595 these machines is to treat them just like the others until the final stage
3596 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
3597 compare instruction, peek ahead at the following branch using
3598 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
3599 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
3600 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
3601 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
3602 can treat signed and unsigned branches identically.
3604 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
3605 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
3606 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
3607 until the end.
3609 To go with this technique, you must define the machine-description macro
3610 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
3611 compare instruction is superfluous.
3613 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
3614 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
3615 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
3616 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
3617 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
3619 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
3620 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
3621 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
3622 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
3623 above in addition to any special patterns you define.
3625 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
3626 code and there may not even be a separate condition code register.  On
3627 these machines, the restriction that the definition and use of the
3628 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
3629 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
3630 delay for taken branches unless the condition code register is set three
3631 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
3632 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
3633 separate the definition and use of the condition code register.
3635 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
3636 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
3637 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
3638 comparison result can be placed in any general register, or if there are
3639 multiple condition registers, use a pseudo register.
3641 @findex prev_cc0_setter
3642 @findex next_cc0_user
3643 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
3644 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
3645 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
3646 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
3647 instruction does, so a different branch instruction must be used for
3648 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
3649 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
3650 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
3651 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
3652 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
3653 and @code{next_cc0_user}.
3655 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
3656 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
3657 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
3658 we use the machine mode of the condition code register to record
3659 different formats of the condition code register.
3661 Registers used to store the condition code value should have a mode that
3662 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
3663 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
3664 the SPARC), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
3665 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
3666 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
3668 If it is known during RTL generation that a different mode will be
3669 required (for example, if the machine has separate compare instructions
3670 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
3671 be specified at that time.
3673 If the cases that require different modes would be made by instruction
3674 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
3675 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
3676 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
3677 discussed above, we have the pattern
3679 @smallexample
3680 (define_insn ""
3681   [(set (reg:CC_NOOV 0)
3682         (compare:CC_NOOV
3683           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
3684                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
3685           (const_int 0)))]
3686   ""
3687   "@dots{}")
3688 @end smallexample
3690 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
3691 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
3693 @node Looping Patterns
3694 @section Defining Looping Instruction Patterns
3695 @cindex looping instruction patterns
3696 @cindex defining looping instruction patterns
3698 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
3699 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
3700 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
3701 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
3702 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
3703 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
3704 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
3705 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
3706 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
3707 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
3708 the jump.
3710 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
3711 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
3712 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
3713 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
3714 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
3715 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
3716 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
3717 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
3718 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
3719 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
3720 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
3721 following for its @code{dbra} instruction:
3723 @smallexample
3724 @group
3725 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3726   [(set (pc)
3727         (if_then_else
3728           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3729                        (const_int -1))
3730               (const_int 0))
3731           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3732           (pc)))
3733    (set (match_dup 0)
3734         (plus:SI (match_dup 0)
3735                  (const_int -1)))]
3736   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3737   "@dots{}")
3738 @end group
3739 @end smallexample
3741 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
3742 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
3743 since this insn is generated by the instruction combination phase
3744 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
3745 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
3746 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
3747 pattern will not be matched by the combiner.
3749 @smallexample
3750 @group
3751 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3752   [(set (pc)
3753         (if_then_else
3754           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3755               (const_int 1))
3756           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3757           (pc)))
3758    (set (match_dup 0)
3759         (plus:SI (match_dup 0)
3760                  (const_int -1)))]
3761   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3762   "@dots{}")
3763 @end group
3764 @end smallexample
3766 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
3767 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
3768 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
3769 information collected during strength reduction.
3771 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
3772 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
3773 is an optional companion pattern that can be used for initialization
3774 needed for some low-overhead looping instructions.
3776 Note that some machines require the actual looping instruction to be
3777 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
3778 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
3779 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
3780 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
3781 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
3782 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
3783 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
3784 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
3785 desired special iteration counter register was not allocated, this
3786 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
3787 instruction pair.
3789 The essential difference between the
3790 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
3791 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
3792 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
3793 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
3794 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
3795 may become redundant and removed by the flow pass.
3798 @node Insn Canonicalizations
3799 @section Canonicalization of Instructions
3800 @cindex canonicalization of instructions
3801 @cindex insn canonicalization
3803 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
3804 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
3805 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
3806 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
3807 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
3808 number of insn patterns required.
3810 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
3811 are performed:
3813 @itemize @bullet
3814 @item
3815 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
3816 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
3817 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
3818 be supplied.
3820 @cindex @code{neg}, canonicalization of
3821 @cindex @code{not}, canonicalization of
3822 @cindex @code{mult}, canonicalization of
3823 @cindex @code{plus}, canonicalization of
3824 @cindex @code{minus}, canonicalization of
3825 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
3826 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
3827 first operand.
3829 @item
3830 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
3831 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
3832 the operations as far as possible.  For instance, 
3833 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
3834 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
3835 @code{(minus A (mult B C))}.
3837 @cindex @code{compare}, canonicalization of
3838 @item
3839 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
3840 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
3841 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
3842 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
3843 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
3844 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
3845 such an instruction.
3847 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
3848 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
3849 above.
3851 @item
3852 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
3853 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
3855 @item
3856 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
3857 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
3859 @cindex @code{ior}, canonicalization of
3860 @cindex @code{and}, canonicalization of
3861 @cindex De Morgan's law
3862 @item
3863 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
3864 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
3865 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
3867 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
3868 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
3869 for that instruction as
3871 @example
3872 (define_insn ""
3873   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3874         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3875                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
3876   "@dots{}"
3877   "@dots{}")
3878 @end example
3880 @noindent
3881 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
3883 @example
3884 (define_insn ""
3885   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3886         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3887                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
3888   "@dots{}"
3889   "@dots{}")
3890 @end example
3892 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
3893 logically equivalent RTL expressions.
3895 @cindex @code{xor}, canonicalization of
3896 @item
3897 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
3898 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
3899 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
3901 @item
3902 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
3903 the form
3905 @example
3906 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
3907 @end example
3909 @item
3910 On machines that do not use @code{cc0},
3911 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
3912 @var{x}.
3914 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
3915 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
3916 @item
3917 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
3918 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
3919 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
3921 @end itemize
3923 @node Expander Definitions
3924 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
3925 @cindex expander definitions
3926 @cindex code generation RTL sequences
3927 @cindex defining RTL sequences for code generation
3929 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
3930 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
3931 represent them.  For these target machines, you can write a
3932 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
3934 @findex define_expand
3935 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
3936 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
3937 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
3939 A @code{define_expand} RTX has four operands:
3941 @itemize @bullet
3942 @item
3943 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
3944 use for it is to refer to it by name.
3946 @item
3947 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
3948 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
3949 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
3951 @item
3952 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
3953 used to express how the availability of this pattern depends on
3954 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
3955 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
3956 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
3957 depend on the data in the insn being matched, but only the
3958 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
3959 during initialization in order to learn exactly which named instructions
3960 are available in a particular run.
3962 @item
3963 The preparation statements, a string containing zero or more C
3964 statements which are to be executed before RTL code is generated from
3965 the RTL template.
3967 Usually these statements prepare temporary registers for use as
3968 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
3969 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
3970 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
3971 @end itemize
3973 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
3974 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
3975 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
3978 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
3979 also describes the operands that need to be specified when this pattern
3980 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
3982 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
3983 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
3984 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
3985 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
3986 information to preload the operand into a register if that is required for
3987 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
3988 references should use @code{match_dup}.
3990 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
3991 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
3992 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
3993 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
3994 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
3995 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
3996 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
3997 compute the values and store them into the appropriate elements of
3998 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
4000 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
4001 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
4002 as a statement.
4004 @table @code
4006 @findex DONE
4007 @item DONE
4008 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
4009 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
4010 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
4011 preparation statements; the RTL template will not be generated.
4013 @findex FAIL
4014 @item FAIL
4015 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
4016 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
4017 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
4019 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
4020 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
4021 operations.
4022 @end table
4024 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
4025 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
4026 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
4027 insn.
4029 The RTL template is not used for matching, only for generating the
4030 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
4031 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
4032 list of operands, such as this example:
4034 @smallexample
4035 @group
4036 (define_expand "addsi3"
4037   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4038    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4039    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
4040 @end group
4041 @group
4042   ""
4043   "
4045   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
4046   DONE;
4047 @}")
4048 @end group
4049 @end smallexample
4051 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
4053 @smallexample
4054 @group
4055 (define_expand "ashlsi3"
4056   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4057         (ashift:SI
4058 @end group
4059 @group
4060           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4061           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
4062   ""
4063   "
4064 @end group
4065 @end smallexample
4067 @smallexample
4068 @group
4070   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
4071       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
4072     FAIL;
4073 @}")
4074 @end group
4075 @end smallexample
4077 @noindent
4078 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
4079 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
4080 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
4081 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
4082 library call).
4084 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
4085 patterns with names, then it would be possible to use a
4086 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
4087 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
4089 @smallexample
4090 (define_expand "zero_extendhisi2"
4091   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
4092         (const_int 0))
4093    (set (strict_low_part
4094           (subreg:HI
4095             (match_dup 0)
4096             0))
4097         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
4098   ""
4099   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
4100 @end smallexample
4102 @noindent
4103 @findex make_safe_from
4104 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
4105 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
4106 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
4107 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
4108 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
4109 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
4110 by emitting another RTL insn.
4112 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
4113 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
4114 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
4115 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
4116 on this machine.  So it must be copied into a register with
4117 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
4119 @smallexample
4120 (define_expand "zero_extendhisi2"
4121   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4122         (and:SI (subreg:SI
4123                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
4124                   0)
4125                 (match_dup 2)))]
4126   ""
4127   "operands[2]
4128      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
4129 @end smallexample
4131 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
4132 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
4133 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
4134 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
4135 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
4136 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
4137 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
4138 in the compiler.
4140 @node Insn Splitting
4141 @section Defining How to Split Instructions
4142 @cindex insn splitting
4143 @cindex instruction splitting
4144 @cindex splitting instructions
4146 There are two cases where you should specify how to split a pattern
4147 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
4148 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
4149 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
4150 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
4151 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
4152 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
4153 cannot be placed into a delay slot.
4155 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
4156 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
4157 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
4158 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
4159 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
4160 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
4161 scheduling.
4163 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
4164 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
4165 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
4166 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
4167 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
4168 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
4169 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
4170 split the addition into two insns is machine-dependent.
4172 @findex define_split
4173 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
4174 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
4176 @smallexample
4177 (define_split
4178   [@var{insn-pattern}]
4179   "@var{condition}"
4180   [@var{new-insn-pattern-1}
4181    @var{new-insn-pattern-2}
4182    @dots{}]
4183   "@var{preparation-statements}")
4184 @end smallexample
4186 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
4187 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
4188 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
4189 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
4190 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
4191 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
4193 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
4194 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4195 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
4196 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
4197 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
4198 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
4199 must not allocate any space in the stack frame.
4201 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
4202 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
4203 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
4204 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
4205 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
4206 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
4207 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
4208 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
4209 of those definitions.
4211 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
4212 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
4213 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
4215 @smallexample
4216 (define_split
4217   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4218         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
4219   ""
4220   [(set (match_dup 0)
4221         (ashift:SI (match_dup 1)
4222                    (const_int 16)))
4223    (set (match_dup 0)
4224         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
4225                      (const_int 16)))]
4226   "
4227 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
4228 @end smallexample
4230 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
4231 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
4232 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
4233 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
4234 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
4235 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
4236 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
4237 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
4238 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
4239 @code{define_split} that will never produce insns that match).
4241 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
4242 @file{rs6000.md}:
4244 @smallexample
4245 (define_split
4246   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4247         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4248                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
4249   ""
4250   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
4251    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
4254   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
4255   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
4257   if (low & 0x8000)
4258     high++, low |= 0xffff0000;
4260   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
4261   operands[4] = GEN_INT (low);
4262 @}")
4263 @end smallexample
4265 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
4266 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
4267 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
4268 can be substituted into the address of a subsequent operation.
4270 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
4271 an equality comparison of a register and a large constant:
4273 @smallexample
4274 (define_split
4275   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
4276         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4277                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
4278    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
4279   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
4280    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
4281        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
4282   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
4283    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
4284   "
4286   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
4287      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
4288      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
4290   int c = INTVAL (operands[2]);
4291   int sextc = (c << 16) >> 16;
4292   int xorv = c ^ sextc;
4294   operands[4] = GEN_INT (xorv);
4295   operands[5] = GEN_INT (sextc);
4296 @}")
4297 @end smallexample
4299 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
4300 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
4301 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
4302 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
4303 are not valid.
4305 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
4306 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
4307 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
4308 several restriction apply.
4310 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
4311 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
4312 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
4313 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
4314 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
4315 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
4316 @code{split_branch_probability} hold the probability of original branch in case
4317 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
4318 recomputing of edge frequencies, new sequence is required to have only
4319 forward jumps to the newly created labels.
4321 @findex define_insn_and_split
4322 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
4323 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
4324 this:
4326 @smallexample
4327 (define_insn_and_split
4328   [@var{insn-pattern}]
4329   "@var{condition}"
4330   "@var{output-template}"
4331   "@var{split-condition}"
4332   [@var{new-insn-pattern-1}
4333    @var{new-insn-pattern-2}
4334    @dots{}]
4335   "@var{preparation-statements}"
4336   [@var{insn-attributes}])
4338 @end smallexample
4340 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
4341 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
4342 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
4343 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
4344 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
4345 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
4346 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
4347 from i386.md:
4349 @smallexample
4350 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
4351   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
4352      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
4353    (clobber (reg:CC 17))]
4354   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
4355   "#"
4356   "&& reload_completed"
4357   [(parallel [(set (match_dup 0)
4358                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
4359               (clobber (reg:CC 17))])]
4360   ""
4361   [(set_attr "type" "alu1")])
4363 @end smallexample
4365 In this case, the actual split condition will be
4366 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
4368 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
4369 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
4370 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
4371 having to ensure the two patterns' templates match.
4373 @node Including Patterns
4374 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
4375 @cindex insn includes
4377 @findex include
4378 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
4379 look for patterns that are in files other than in the file
4380 @file{.md}. This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
4382 It looks like:
4384 @smallexample
4386 (include
4387   @var{pathname})
4388 @end smallexample
4390 For example:
4392 @smallexample
4394 (include "filestuff")
4396 @end smallexample
4398 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
4399 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}. The
4400 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
4403 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
4404 and placed into subdirectories.
4406 By specifying:
4408 @smallexample
4410 (include "BOGUS/filestuff")
4412 @end smallexample
4414 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
4416 Specifying an absolute path for the include file such as;
4417 @smallexample
4419 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
4421 @end smallexample
4422 is permitted but is not encouraged.
4424 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
4425 @cindex directory options .md
4426 @cindex options, directory search
4427 @cindex search options
4429 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
4430 For example:
4432 @smallexample
4434 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
4436 @end smallexample
4439 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
4440 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
4441 file, substituting your own version, since these directories are
4442 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
4443 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
4444 order; the standard default directory come after.
4447 @node Peephole Definitions
4448 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
4449 @cindex peephole optimizer definitions
4450 @cindex defining peephole optimizers
4452 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
4453 definitions of machine-specific peephole optimizations.
4455 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
4456 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
4457 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
4458 though the second one does not appear to use a register computed in the
4459 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
4460 opportunities.
4462 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
4463 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
4464 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
4465 is deprecated.
4467 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
4468 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
4469 but before scheduling, which may result in much better code for
4470 targets that do scheduling.
4472 @menu
4473 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
4474 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
4475 @end menu
4477 @node define_peephole
4478 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
4479 @findex define_peephole
4481 @need 1000
4482 A definition looks like this:
4484 @smallexample
4485 (define_peephole
4486   [@var{insn-pattern-1}
4487    @var{insn-pattern-2}
4488    @dots{}]
4489   "@var{condition}"
4490   "@var{template}"
4491   "@var{optional-insn-attributes}")
4492 @end smallexample
4494 @noindent
4495 The last string operand may be omitted if you are not using any
4496 machine-specific information in this machine description.  If present,
4497 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
4499 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
4500 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
4501 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
4502 the next, and so on.
4504 Each of the insns matched by a peephole must also match a
4505 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
4506 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
4507 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
4508 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
4509 stages.
4511 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
4512 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
4513 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
4514 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
4515 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
4516 other.
4518 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
4519 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
4520 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
4521 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
4522 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
4524 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
4525 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
4526 previously tested.
4528 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
4529 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
4530 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
4531 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
4532 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
4533 patterns.
4535 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
4536 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
4537 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
4538 the operands.
4540 @findex prev_active_insn
4541 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
4542 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
4543 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
4544 to refer to the last of the insns being matched; use
4545 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
4547 @findex dead_or_set_p
4548 When optimizing computations with intermediate results, you can use
4549 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
4550 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
4551 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
4552 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
4553 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
4554 value (from @code{operands[@var{i}]}).
4556 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
4557 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
4558 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
4559 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
4560 used in matching the original sequence of insns.
4562 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
4563 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
4564 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
4565 as the insn pattern to control how the insn is output.
4567 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
4568 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
4570 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
4572 @smallexample
4573 (define_peephole
4574   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
4575    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
4576         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
4577   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
4579   rtx xoperands[2];
4580   xoperands[1] = gen_rtx (REG, SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
4581 #ifdef MOTOROLA
4582   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
4583   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
4584   return "fmove.d (sp)+,%0";
4585 #else
4586   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
4587   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
4588   return "fmoved sp@@+,%0";
4589 #endif
4591 @end smallexample
4593 @need 1000
4594 The effect of this optimization is to change
4596 @smallexample
4597 @group
4598 jbsr _foobar
4599 addql #4,sp
4600 movel d1,sp@@-
4601 movel d0,sp@@-
4602 fmoved sp@@+,fp0
4603 @end group
4604 @end smallexample
4606 @noindent
4607 into
4609 @smallexample
4610 @group
4611 jbsr _foobar
4612 movel d1,sp@@
4613 movel d0,sp@@-
4614 fmoved sp@@+,fp0
4615 @end group
4616 @end smallexample
4618 @ignore
4619 @findex CC_REVERSED
4620 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
4621 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
4622 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
4623 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
4624 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
4625 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
4626 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
4627 and in this C code check the condition code status flags and change the
4628 assembler code as appropriate.
4629 @end ignore
4631 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
4632 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
4633 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
4634 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
4635 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
4636 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
4637 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
4638 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
4639 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
4641 @smallexample
4642 (define_insn "divmodsi4"
4643   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4644         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4645                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4646    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4647         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
4648   "TARGET_68020"
4649   "divsl%.l %2,%3:%0")
4650 @end smallexample
4652 @noindent
4653 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
4655 @smallexample
4656 (define_peephole
4657   [@dots{}
4658    (parallel
4659     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4660           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4661                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4662      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4663           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
4664    @dots{}]
4665   @dots{})
4666 @end smallexample
4668 @node define_peephole2
4669 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
4670 @findex define_peephole2
4672 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
4673 substitute one sequence of instructions for another sequence,
4674 what additional scratch registers may be needed and what their
4675 lifetimes must be.
4677 @smallexample
4678 (define_peephole2
4679   [@var{insn-pattern-1}
4680    @var{insn-pattern-2}
4681    @dots{}]
4682   "@var{condition}"
4683   [@var{new-insn-pattern-1}
4684    @var{new-insn-pattern-2}
4685    @dots{}]
4686   "@var{preparation-statements}")
4687 @end smallexample
4689 The definition is almost identical to @code{define_split}
4690 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
4691 single instruction, but a sequence of instructions.
4693 It is possible to request additional scratch registers for use in the
4694 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
4695 will simply not match.
4697 @findex match_scratch
4698 @findex match_dup
4699 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
4700 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
4701 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
4702 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
4703 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
4704 at which the register must be available.
4706 Here is an example from the IA-32 machine description:
4708 @smallexample
4709 (define_peephole2
4710   [(match_scratch:SI 2 "r")
4711    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4712                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
4713                      [(match_dup 0)
4714                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
4715               (clobber (reg:CC 17))])]
4716   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
4717   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
4718    (parallel [(set (match_dup 0)
4719                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
4720               (clobber (reg:CC 17))])]
4721   "")
4722 @end smallexample
4724 @noindent
4725 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
4726 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
4727 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
4728 to be live only at the point just before the arithmetic.
4730 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
4731 so here's a silly made-up example:
4733 @smallexample
4734 (define_peephole2
4735   [(match_scratch:SI 4 "r")
4736    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
4737    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
4738    (match_dup 4)
4739    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
4740   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
4741   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
4742    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
4743    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
4744    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
4745   "")
4746 @end smallexample
4748 @noindent
4749 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
4750 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
4751 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
4753 @node Insn Attributes
4754 @section Instruction Attributes
4755 @cindex insn attributes
4756 @cindex instruction attributes
4758 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
4759 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
4760 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
4761 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
4762 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
4763 to track the condition codes.
4765 @menu
4766 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
4767 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
4768 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
4769 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
4770 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
4771 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
4772 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
4773 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
4774 @end menu
4776 @node Defining Attributes
4777 @subsection Defining Attributes and their Values
4778 @cindex defining attributes and their values
4779 @cindex attributes, defining
4781 @findex define_attr
4782 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
4783 by the target machine.  It looks like:
4785 @smallexample
4786 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
4787 @end smallexample
4789 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
4791 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
4792 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
4793 indicate that the attribute takes numeric values.
4795 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
4796 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
4797 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
4798 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
4799 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
4801 @findex insn-attr.h
4802 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
4803 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
4804 specified for an attribute, the following are defined:
4806 @itemize @bullet
4807 @item
4808 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
4810 @item
4811 An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
4812 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
4813 the attribute name and value are first converted to uppercase.
4815 @item
4816 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
4817 returns the attribute value for that insn.
4818 @end itemize
4820 For example, if the following is present in the @file{md} file:
4822 @smallexample
4823 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
4824 @end smallexample
4826 @noindent
4827 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
4829 @smallexample
4830 #define HAVE_ATTR_type
4831 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
4832                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
4833 extern enum attr_type get_attr_type ();
4834 @end smallexample
4836 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
4837 defined and the function to obtain the attribute's value will return
4838 @code{int}.
4840 @node Expressions
4841 @subsection Attribute Expressions
4842 @cindex attribute expressions
4844 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
4845 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
4846 Attribute value expressions must have one of the following forms:
4848 @table @code
4849 @cindex @code{const_int} and attributes
4850 @item (const_int @var{i})
4851 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
4852 must be non-negative.
4854 The value of a numeric attribute can be specified either with a
4855 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
4856 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
4857 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
4858 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
4860 @cindex @code{const_string} and attributes
4861 @item (const_string @var{value})
4862 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
4863 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
4864 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
4865 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
4866 of a @code{define_attr}.
4868 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
4869 must be a string containing a non-negative integer (normally
4870 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
4871 contain one of the valid values for the attribute.
4873 @cindex @code{if_then_else} and attributes
4874 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
4875 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
4876 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
4877 otherwise it is @var{false-value}.
4879 @cindex @code{cond} and attributes
4880 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
4881 The first operand of this expression is a vector containing an even
4882 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
4883 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
4884 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
4885 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
4886 expression is that of the @var{default} expression.
4887 @end table
4889 @var{test} expressions can have one of the following forms:
4891 @table @code
4892 @cindex @code{const_int} and attribute tests
4893 @item (const_int @var{i})
4894 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
4896 @cindex @code{not} and attributes
4897 @cindex @code{ior} and attributes
4898 @cindex @code{and} and attributes
4899 @item (not @var{test})
4900 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
4901 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
4902 These tests are true if the indicated logical function is true.
4904 @cindex @code{match_operand} and attributes
4905 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
4906 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
4907 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
4908 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
4909 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
4910 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
4911 string).
4913 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
4915 @cindex @code{le} and attributes
4916 @cindex @code{leu} and attributes
4917 @cindex @code{lt} and attributes
4918 @cindex @code{gt} and attributes
4919 @cindex @code{gtu} and attributes
4920 @cindex @code{ge} and attributes
4921 @cindex @code{geu} and attributes
4922 @cindex @code{ne} and attributes
4923 @cindex @code{eq} and attributes
4924 @cindex @code{plus} and attributes
4925 @cindex @code{minus} and attributes
4926 @cindex @code{mult} and attributes
4927 @cindex @code{div} and attributes
4928 @cindex @code{mod} and attributes
4929 @cindex @code{abs} and attributes
4930 @cindex @code{neg} and attributes
4931 @cindex @code{ashift} and attributes
4932 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
4933 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
4934 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
4935 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
4936 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
4937 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
4938 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
4939 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
4940 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
4941 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
4942 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
4943 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
4944 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
4945 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
4946 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
4947 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
4948 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
4950 @findex get_attr
4951 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
4952 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
4953 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
4954 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
4955 variable.
4957 @findex eq_attr
4958 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
4959 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
4961 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
4962 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
4963 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
4964 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
4965 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
4966 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
4967 @emph{not} in the specified list.
4969 For example,
4971 @smallexample
4972 (eq_attr "type" "load,store")
4973 @end smallexample
4975 @noindent
4976 is equivalent to
4978 @smallexample
4979 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
4980 @end smallexample
4982 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
4983 value of the compiler variable @code{which_alternative}
4984 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
4985 example,
4987 @smallexample
4988 (eq_attr "alternative" "2,3")
4989 @end smallexample
4991 @noindent
4992 is equivalent to
4994 @smallexample
4995 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
4996      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
4997 @end smallexample
4999 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
5000 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
5001 a particular pattern.  This is by far the most common case.
5003 @findex attr_flag
5004 @item (attr_flag @var{name})
5005 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
5006 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
5007 scheduled.
5009 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
5010 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
5011 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
5012 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
5013 if a conditional branch is expected to be taken.
5015 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
5016 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
5018 This example describes a conditional branch delay slot which
5019 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
5020 for backward branches which are not taken (annul-false).
5022 @smallexample
5023 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
5024   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
5025    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5026         (attr_flag "forward"))
5027    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5028         (attr_flag "backward"))])
5029 @end smallexample
5031 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
5032 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5034 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
5035 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5036 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
5037 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5039 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
5040 meaning to other passes of the compiler.
5042 @findex attr
5043 @item (attr @var{name})
5044 The value of another attribute is returned.  This is most useful
5045 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
5046 produce more efficient code for non-numeric attributes.
5047 @end table
5049 @node Tagging Insns
5050 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
5051 @cindex tagging insns
5052 @cindex assigning attribute values to insns
5054 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
5055 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
5056 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
5057 have an optional last argument to specify the values of attributes for
5058 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
5059 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
5060 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
5061 permits the specification of the values for only one or two attributes
5062 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
5063 next section.
5065 The optional last argument of @code{define_insn} and
5066 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
5067 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
5068 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
5069 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
5070 second operand of the @code{set} is an attribute expression
5071 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
5073 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
5074 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
5075 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
5076 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
5077 each alternative.
5079 @findex set_attr
5080 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
5081 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
5082 specifying a string giving either a single attribute value or a list
5083 of attribute values, one for each alternative.
5085 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
5086 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
5088 @table @code
5089 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
5090 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
5091 or a string containing a comma-separated list giving the values for
5092 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
5093 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
5095 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
5096 which case the attribute will assume its default value for insns matching
5097 that alternative.
5099 @findex set_attr_alternative
5100 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
5101 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
5102 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
5103 tests on the @samp{alternative} attribute.
5105 @findex attr
5106 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
5107 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
5108 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
5109 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
5110 @end table
5112 The following shows three different ways of representing the same
5113 attribute value specification:
5115 @smallexample
5116 (set_attr "type" "load,store,arith")
5118 (set_attr_alternative "type"
5119                       [(const_string "load") (const_string "store")
5120                        (const_string "arith")])
5122 (set (attr "type")
5123      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
5124             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
5125            (const_string "arith")))
5126 @end smallexample
5128 @need 1000
5129 @findex define_asm_attributes
5130 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
5131 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
5132 statement.  It has the form:
5134 @smallexample
5135 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
5136 @end smallexample
5138 @noindent
5139 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
5140 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
5142 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
5143 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
5145 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
5146 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
5147 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
5148 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
5149 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
5150 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
5151 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
5152 of a single machine instruction.
5154 @node Attr Example
5155 @subsection Example of Attribute Specifications
5156 @cindex attribute specifications example
5157 @cindex attribute specifications
5159 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
5160 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
5161 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
5162 value.  This attribute is normally used only to define the default value
5163 for other attributes.  An example will clarify this usage.
5165 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
5166 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
5167 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
5168 operations, floating point operations, and branches.
5170 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
5171 the condition code and will limit ourselves to the following possible
5172 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
5173 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
5174 changed if the item previously set into the condition code has been
5175 modified.
5177 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
5179 @smallexample
5180 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
5182 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
5183              (cond [(eq_attr "type" "load")
5184                         (const_string "change0")
5185                     (eq_attr "type" "store,branch")
5186                         (const_string "unchanged")
5187                     (eq_attr "type" "arith")
5188                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
5189                                       (const_string "set")
5190                                       (const_string "clobber"))]
5191                    (const_string "clobber")))
5193 (define_insn ""
5194   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
5195         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
5196   ""
5197   "@@
5198    move %0,%1
5199    load %0,%1
5200    store %0,%1"
5201   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
5202 @end smallexample
5204 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
5205 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
5206 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
5207 full-word result.
5209 @node Insn Lengths
5210 @subsection Computing the Length of an Insn
5211 @cindex insn lengths, computing
5212 @cindex computing the length of an insn
5214 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
5215 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
5216 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
5217 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
5218 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
5219 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
5221 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
5222 arithmetic terms are allowed in test expressions:
5224 @table @code
5225 @cindex @code{match_dup} and attributes
5226 @item (match_dup @var{n})
5227 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
5228 must be a @code{label_ref}.
5230 @cindex @code{pc} and attributes
5231 @item (pc)
5232 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
5233 been more consistent with other usage to make this the address of the
5234 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
5235 current insn is to be computed.
5236 @end table
5238 @cindex @code{addr_vec}, length of
5239 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
5240 For normal insns, the length will be determined by value of the
5241 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
5242 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
5243 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
5245 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
5247 The following macros can be used to refine the length computation:
5249 @table @code
5250 @findex FIRST_INSN_ADDRESS
5251 @item FIRST_INSN_ADDRESS
5252 When the @code{length} insn attribute is used, this macro specifies the
5253 value to be assigned to the address of the first insn in a function.  If
5254 not specified, 0 is used.
5256 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
5257 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
5258 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
5259 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
5260 that contains the initially computed length of the insn and should be
5261 updated with the correct length of the insn.
5263 This macro will normally not be required.  A case in which it is
5264 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
5265 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
5266 may be required.
5267 @end table
5269 @findex get_attr_length
5270 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
5271 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
5272 determine the form of the branch instruction to be written, as the
5273 example below illustrates.
5275 As an example of the specification of variable-length branches, consider
5276 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
5277 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
5278 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
5279 sequence to load the address from memory and then branch to it.
5281 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
5282 as follows:
5284 @smallexample
5285 (define_insn "jump"
5286   [(set (pc)
5287         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
5288   ""
5290    return (get_attr_length (insn) == 4
5291            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
5293   [(set (attr "length")
5294         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
5295                       (const_int 4)
5296                       (const_int 6)))])
5297 @end smallexample
5299 @node Constant Attributes
5300 @subsection Constant Attributes
5301 @cindex constant attributes
5303 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
5304 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
5305 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
5306 used to specify which variety of processor is used.  For example,
5308 @smallexample
5309 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
5310  (const
5311   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
5312          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
5313         (const_string "m88000"))))
5315 (define_attr "memory" "fast,slow"
5316  (const
5317   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
5318                 (const_string "fast")
5319                 (const_string "slow"))))
5320 @end smallexample
5322 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
5323 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
5324 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
5325 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
5326 forms involving insn attributes.
5328 @node Delay Slots
5329 @subsection Delay Slot Scheduling
5330 @cindex delay slots, defining
5332 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
5333 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
5334 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
5335 after the instruction are executed as if they were located before it.
5336 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
5337 the following instruction before the branch or call is performed.
5339 On some machines, conditional branch instructions can optionally
5340 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
5341 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
5342 instructions that annul if the branch is true and instructions that
5343 annul if the branch is false are supported.
5345 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
5346 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
5347 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
5348 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
5349 instruction scheduling.
5351 @findex define_delay
5352 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
5353 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
5355 @smallexample
5356 (define_delay @var{test}
5357               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
5358                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
5359                @dots{}])
5360 @end smallexample
5362 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
5363 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
5364 required delay slots is determined by the length of the vector specified
5365 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
5366 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
5367 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
5368 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
5369 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
5370 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
5372 For example, in the common case where branch and call insns require
5373 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
5374 call, the following would be placed in the @file{md} file:
5376 @smallexample
5377 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
5378               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5379 @end smallexample
5381 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
5382 case, each such expression specifies different delay slot requirements
5383 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
5384 expressions are both true.
5386 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
5387 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
5388 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
5389 branch is true, we might represent this as follows:
5391 @smallexample
5392 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
5393    [(eq_attr "type" "!branch,call")
5394     (eq_attr "type" "!branch,call")
5395     (nil)])
5397 (define_delay (eq_attr "type" "call")
5398               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
5399                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5400 @end smallexample
5401 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
5403 @node Processor pipeline description
5404 @subsection Specifying processor pipeline description
5405 @cindex processor pipeline description
5406 @cindex processor functional units
5407 @cindex instruction latency time
5408 @cindex interlock delays
5409 @cindex data dependence delays
5410 @cindex reservation delays
5411 @cindex pipeline hazard recognizer
5412 @cindex automaton based pipeline description
5413 @cindex regular expressions
5414 @cindex deterministic finite state automaton
5415 @cindex automaton based scheduler
5416 @cindex RISC
5417 @cindex VLIW
5419 To achieve better performance, most modern processors
5420 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
5421 processors) have many @dfn{functional units} on which several
5422 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
5423 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
5424 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
5425 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
5426 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g. for some
5427 MIPS processors).
5429 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
5430 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
5431 latency time}.  The instruction execution is not started until all
5432 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
5433 complex cases when the instruction execution starts even when the data
5434 are not available but will be ready in given time after the
5435 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
5436 account is simple.  The data dependence (true, output, and
5437 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
5438 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
5439 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
5440 means that two instructions under execution will be in need of shared
5441 processors resources, i.e. buses, internal registers, and/or
5442 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
5443 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
5444 processors.
5446 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
5447 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
5448 instruction scheduler has to have an adequate description of the
5449 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  Currently GCC 
5450 provides two alternative ways to describe processor parallelism,
5451 both described below.  The first method is outlined in the next section;
5452 it was once the only method provided by GCC, and thus is used in a number
5453 of exiting ports.  The second, and preferred method, specifies functional
5454 unit reservations for groups of instructions with the aid of @dfn{regular
5455 expressions}.  This is called the @dfn{automaton based description}.    
5457 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
5458 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
5459 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
5460 automatically generated from the processor pipeline description.  The
5461 pipeline hazard recognizer generated from the automaton based
5462 description is more sophisticated and based on a deterministic finite
5463 state automaton (@acronym{DFA}) and therefore faster than one
5464 generated from the old description.  Furthermore, its speed is not dependent
5465 on processor complexity.  The instruction issue is possible if there is
5466 a transition from one automaton state to another one.
5468 You can use either model to describe processor pipeline
5469 characteristics or even mix them.  You could use the old description
5470 for some processor submodels and the @acronym{DFA}-based one for other
5471 processor submodels.
5473 In general, using the automaton based description is preferred.  Its
5474 model is richer and makes it possible to more accurately describe
5475 pipeline characteristics of processors, which results in improved
5476 code quality (although sometimes only marginally).  It will also be
5477 used as an infrastructure to implement sophisticated and practical
5478 instruction scheduling which will try many instruction sequences to
5479 choose the best one.
5482 @menu
5483 * Old pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
5484 * Automaton pipeline description:: Describing insn pipeline characteristics.
5485 * Comparison of the two descriptions:: Drawbacks of the old pipeline description
5486 @end menu
5488 @node Old pipeline description
5489 @subsubsection Specifying Function Units
5490 @cindex old pipeline description
5491 @cindex function units, for scheduling
5493 On most @acronym{RISC} machines, there are instructions whose results
5494 are not available for a specific number of cycles.  Common cases are
5495 instructions that load data from memory.  On many machines, a pipeline
5496 stall will result if the data is referenced too soon after the load
5497 instruction.
5499 In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
5500 one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
5501 stalls when a result that is needed is not yet ready.
5503 The descriptions in this section allow the specification of how much
5504 time must elapse between the execution of an instruction and the time
5505 when its result is used.  It also allows specification of when the
5506 execution of an instruction will delay execution of similar instructions
5507 due to function unit conflicts.
5509 For the purposes of the specifications in this section, a machine is
5510 divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
5511 class of instructions in first-in-first-out order.  Function units
5512 that accept one instruction each cycle and allow a result to be used
5513 in the succeeding instruction (usually via forwarding) need not be
5514 specified.  Classic @acronym{RISC} microprocessors will normally have
5515 a single function unit, which we can call @samp{memory}.  The newer
5516 ``superscalar'' processors will often have function units for floating
5517 point operations, usually at least a floating point adder and
5518 multiplier.
5520 @findex define_function_unit
5521 Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
5522 @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
5524 @smallexample
5525 (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
5526                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
5527                      [@var{conflict-list}])
5528 @end smallexample
5530 @var{name} is a string giving the name of the function unit.
5532 @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
5533 units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
5534 be scheduled independently.  Only truly independent units should be
5535 counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
5536 only common example of a machine that has multiple function units for a
5537 single instruction class that are truly independent and not pipelined
5538 are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
5540 @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
5541 executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
5542 if the unit is pipelined and has no limit.
5544 All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
5545 @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
5546 @var{simultaneity}.
5548 @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
5549 in this definition.  Note that an insn may use more than one function
5550 unit and a function unit may be specified in more than one
5551 @code{define_function_unit}.
5553 @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5554 after which the result of the instruction can be used without
5555 introducing any stalls.
5557 @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5558 after the instruction matching the @var{test} expression begins using
5559 this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
5560 indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
5561 be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
5562 value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
5563 @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
5564 For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
5565 unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
5566 insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
5568 @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
5569 for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
5570 to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
5571 particular insn matching @var{test} that is already executing in
5572 @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
5573 conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
5574 specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
5575 function unit.
5577 Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
5578 pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
5579 where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
5581 As an example, consider a classic @acronym{RISC} machine where the
5582 result of a load instruction is not available for two cycles (a single
5583 ``delay'' instruction is required) and where only one load instruction
5584 can be executed simultaneously.  This would be specified as:
5586 @smallexample
5587 (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
5588 @end smallexample
5590 For the case of a floating point function unit that can pipeline either
5591 single or double precision, but not both, the following could be specified:
5593 @smallexample
5594 (define_function_unit
5595    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
5596 (define_function_unit
5597    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
5598 @end smallexample
5600 @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
5601 and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
5602 expression.  It has recently come to our attention that these
5603 specifications may not allow modeling of some of the newer
5604 ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
5605 units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
5606 used during their execution and there is no way of representing that
5607 conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
5608 in such processors and suggestions for their representation.
5610 @node Automaton pipeline description
5611 @subsubsection Describing instruction pipeline characteristics
5612 @cindex automaton based pipeline description
5614 This section describes constructions of the automaton based processor
5615 pipeline description.  The order of constructions within the machine
5616 description file is not important.
5618 @findex define_automaton
5619 @cindex pipeline hazard recognizer
5620 The following optional construction describes names of automata
5621 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
5622 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
5623 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
5624 units to the automata, the total size of the automata is usually 
5625 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
5626 construction, only one finite state automaton is generated.
5628 @smallexample
5629 (define_automaton @var{automata-names})
5630 @end smallexample
5632 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
5633 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
5634 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
5635 @code{define_query_cpu_unit}.
5637 @findex define_cpu_unit
5638 @cindex processor functional units
5639 Each processor functional unit used in the description of instruction
5640 reservations should be described by the following construction.
5642 @smallexample
5643 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5644 @end smallexample
5646 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
5647 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
5648 for other goals.
5650 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5651 which the unit is bound.  The automaton should be described in
5652 construction @code{define_automaton}.  You should give
5653 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
5655 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
5656 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
5657 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
5658 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
5659 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
5660 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
5661 description of the subsequent constructions.
5663 @findex define_query_cpu_unit
5664 @cindex querying function unit reservations
5665 The following construction describes CPU functional units analogously
5666 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
5667 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
5668 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
5669 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
5670 be used for future code generation goals (e.g. to generate
5671 @acronym{VLIW} insn templates).
5673 @smallexample
5674 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5675 @end smallexample
5677 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
5678 separated by commas.
5680 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5681 which the unit is bound.
5683 @findex define_insn_reservation
5684 @cindex instruction latency time
5685 @cindex regular expressions
5686 @cindex data bypass
5687 The following construction is the major one to describe pipeline
5688 characteristics of an instruction.
5690 @smallexample
5691 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
5692                          @var{condition} @var{regexp})
5693 @end smallexample
5695 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
5696 instruction.  There is an important difference between the old
5697 description and the automaton based pipeline description.  The latency
5698 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
5699 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
5700 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
5701 zero and the cost of output dependencies is the difference between
5702 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
5703 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
5704 change the default costs for any description by using the target hook
5705 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
5707 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
5708 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
5709 the automaton description file generated for debugging.  The internal
5710 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
5711 good practice to use insn classes described in the processor manual.
5713 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
5714 construction.  You should remember that you will be in trouble if
5715 @var{condition} for two or more different
5716 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
5717 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
5718 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
5719 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
5720 the same value is quite difficult (especially if the conditions
5721 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
5722 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
5723 recognizer considerably.
5725 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
5726 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
5727 expression according to the following syntax:
5729 @smallexample
5730        regexp = regexp "," oneof
5731               | oneof
5733        oneof = oneof "|" allof
5734              | allof
5736        allof = allof "+" repeat
5737              | repeat
5739        repeat = element "*" number
5740               | element
5742        element = cpu_function_unit_name
5743                | reservation_name
5744                | result_name
5745                | "nothing"
5746                | "(" regexp ")"
5747 @end smallexample
5749 @itemize @bullet
5750 @item
5751 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
5752 the reservation.
5754 @item
5755 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
5756 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
5757 regular expression @strong{or} etc.
5759 @item
5760 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
5761 regular expression @strong{and} a reservation described by the
5762 second regular expression @strong{and} etc.
5764 @item
5765 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
5766 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
5767 advancing (see @samp{,}).
5769 @item
5770 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
5771 functional unit.
5773 @item
5774 @samp{reservation_name} --- see description of construction
5775 @samp{define_reservation}.
5777 @item
5778 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
5779 @end itemize
5781 @findex define_reservation
5782 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
5783 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
5784 the common part by the following construction
5786 @smallexample
5787 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
5788 @end smallexample
5790 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
5791 Functional unit names and reservation names are in the same name
5792 space.  So the reservation names should be different from the
5793 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
5795 @findex define_bypass
5796 @cindex instruction latency time
5797 @cindex data bypass
5798 The following construction is used to describe exceptions in the
5799 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
5801 @smallexample
5802 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
5803                [@var{guard}])
5804 @end smallexample
5806 @var{number} defines when the result generated by the instructions
5807 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
5808 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
5809 the string are separated by commas.
5811 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
5812 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
5813 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
5814 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
5815 recognize complicated bypasses, e.g. when the consumer is only an address
5816 of insn @samp{store} (not a stored value).
5818 @findex exclusion_set
5819 @findex presence_set
5820 @findex final_presence_set
5821 @findex absence_set
5822 @findex final_absence_set
5823 @cindex VLIW
5824 @cindex RISC
5825 The following five constructions are usually used to describe
5826 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
5827 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
5828 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
5830 @smallexample
5831 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
5832 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5833 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5834 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5835 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5836 @end smallexample
5838 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
5839 separated by commas.
5841 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
5842 separated by comma.  Currently pattern is is one unit or units
5843 separated by white-spaces.
5845 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
5846 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
5847 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
5848 example, the construction is useful for describing processors
5849 (e.g. some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
5850 functional unit which can execute simultaneously only single floating
5851 point insns or only double floating point insns.
5853 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
5854 functional unit in the first string can not be reserved unless at
5855 least one of pattern of units whose names are in the second string is
5856 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
5857 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
5858 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
5859 construction
5861 @smallexample
5862 (presence_set "slot1" "slot0")
5863 @end smallexample
5865 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
5866 reservation.  In this case we could write
5868 @smallexample
5869 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
5870 @end smallexample
5872 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
5873 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
5874 done.  When an instruction is issued in given automaton state
5875 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
5876 state is changed.  The first state is a source state, the second one
5877 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
5878 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
5879 done on the result reservation.  This construction is useful to
5880 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
5881 For example, if we use
5883 @smallexample
5884 (presence_set "slot1" "slot0")
5885 @end smallexample
5887 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
5888 @samp{slot0} which is absent in the source state).
5890 @smallexample
5891 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
5892 @end smallexample
5894 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
5896 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
5897 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
5898 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
5899 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
5900 this one but it is symmetric).  For example, it is useful for
5901 description that @acronym{VLIW} @samp{slot0} can not be reserved after
5902 @samp{slot1} or @samp{slot2} reservation.  We could describe it by the
5903 following construction
5905 @smallexample
5906 (absence_set "slot2" "slot0, slot1")
5907 @end smallexample
5909 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
5910 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
5911 this case we could write
5913 @smallexample
5914 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
5915 @end smallexample
5917 All functional units mentioned in a set should belong to the same
5918 automaton.
5920 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
5921 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
5922 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
5924 @findex automata_option
5925 @cindex deterministic finite state automaton
5926 @cindex nondeterministic finite state automaton
5927 @cindex finite state automaton minimization
5928 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
5929 the following construction.
5931 @smallexample
5932 (automata_option @var{options})
5933 @end smallexample
5935 @var{options} is a string giving options which affect the generated
5936 code.  Currently there are the following options:
5938 @itemize @bullet
5939 @item
5940 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
5941 only worth to do when we are debugging the description and need to
5942 look more accurately at reservations of states.
5944 @item
5945 @dfn{time} means printing additional time statistics about
5946 generation of automata.
5948 @item
5949 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
5950 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
5951 verification and debugging.
5953 @item
5954 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
5955 non-critical errors.
5957 @item
5958 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
5959 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
5960 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
5961 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
5962 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
5963 may be rejected by reservations in the subsequent insns.  You can not
5964 query functional unit reservations in nondeterministic automaton
5965 states.
5966 @end itemize
5968 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
5969 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
5970 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
5971 the following functional units.
5973 @smallexample
5974 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
5975 (define_cpu_unit "port0, port1")
5976 @end smallexample
5978 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
5979 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
5980 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
5981 are issued into the second pipeline.  Integer division and
5982 multiplication insns can be executed only in the second integer
5983 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
5984 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e. the subsequent
5985 integer division insn can not be issued until the current division
5986 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
5987 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
5988 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
5989 incurred.  To describe all of this we could specify
5991 @smallexample
5992 (define_cpu_unit "div")
5994 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
5995                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
5997 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
5998                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
6000 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
6001                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
6003 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
6004                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
6006 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
6007 @end smallexample
6009 To simplify the description we could describe the following reservation
6011 @smallexample
6012 (define_reservation "finish" "port0|port1")
6013 @end smallexample
6015 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
6016 construction
6018 @smallexample
6019 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
6020                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
6021 @end smallexample
6024 @node Comparison of the two descriptions
6025 @subsubsection Drawbacks of the old pipeline description
6026 @cindex old pipeline description
6027 @cindex automaton based pipeline description
6028 @cindex processor functional units
6029 @cindex interlock delays
6030 @cindex instruction latency time
6031 @cindex pipeline hazard recognizer
6032 @cindex data bypass
6034 The old instruction level parallelism description and the pipeline
6035 hazards recognizer based on it have the following drawbacks in
6036 comparison with the @acronym{DFA}-based ones:
6037   
6038 @itemize @bullet
6039 @item
6040 Each functional unit is believed to be reserved at the instruction
6041 execution start.  This is a very inaccurate model for modern
6042 processors.
6044 @item
6045 An inadequate description of instruction latency times.  The latency
6046 time is bound with a functional unit reserved by an instruction not
6047 with the instruction itself.  In other words, the description is
6048 oriented to describe at most one unit reservation by each instruction.
6049 It also does not permit to describe special bypasses between
6050 instruction pairs.
6052 @item
6053 The implementation of the pipeline hazard recognizer interface has
6054 constraints on number of functional units.  This is a number of bits
6055 in integer on the host machine.
6057 @item
6058 The interface to the pipeline hazard recognizer is more complex than
6059 one to the automaton based pipeline recognizer.
6061 @item
6062 An unnatural description when you write a unit and a condition which
6063 selects instructions using the unit.  Writing all unit reservations
6064 for an instruction (an instruction class) is more natural.
6066 @item
6067 The recognition of the interlock delays has a slow implementation.  The GCC
6068 scheduler supports structures which describe the unit reservations.
6069 The more functional units a processor has, the slower its pipeline hazard
6070 recognizer will be.  Such an implementation would become even slower when we
6071 allowed to
6072 reserve functional units not only at the instruction execution start.
6073 In an automaton based pipeline hazard recognizer, speed is not dependent
6074 on processor complexity.
6075 @end itemize
6077 @node Conditional Execution
6078 @section Conditional Execution
6079 @cindex conditional execution
6080 @cindex predication
6082 A number of architectures provide for some form of conditional
6083 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
6084 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
6085 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
6086 can be quite tedious to describe these forms directly in the
6087 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
6089 @findex define_cond_exec
6090 @smallexample
6091 (define_cond_exec
6092   [@var{predicate-pattern}]
6093   "@var{condition}"
6094   "@var{output-template}")
6095 @end smallexample
6097 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
6098 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
6099 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
6100 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
6101 alternative.
6103 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
6104 pattern to match.
6106 @findex current_insn_predicate
6107 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
6108 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
6109 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
6110 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
6111 In order to handle the general case, there is a global variable
6112 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
6113 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
6115 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
6116 the @code{predicable} instruction attribute is made.
6117 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
6118 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
6119 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
6120 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
6121 alternative or anything else.
6123 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
6124 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
6125 generated that matches a predicated version of the instruction.
6126 For example,
6128 @smallexample
6129 (define_insn "addsi"
6130   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6131         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6132                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
6133   "@var{test1}"
6134   "add %2,%1,%0")
6136 (define_cond_exec
6137   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
6138        (const_int 0))]
6139   "@var{test2}"
6140   "(%0)")
6141 @end smallexample
6143 @noindent
6144 generates a new pattern
6146 @smallexample
6147 (define_insn ""
6148   [(cond_exec
6149      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
6150      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6151           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6152                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
6153   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
6154   "(%3) add %2,%1,%0")
6155 @end smallexample
6157 @node Constant Definitions
6158 @section Constant Definitions
6159 @cindex constant definitions
6160 @findex define_constants
6162 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
6163 can be a maintenance problem.
6165 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
6166 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
6167 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
6168 if the corresponding value had been written instead.  You may use
6169 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
6170 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
6171 a different value.
6173 To come back to the a29k load multiple example, instead of
6175 @smallexample
6176 (define_insn ""
6177   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6178      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6179            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6180       (use (reg:SI 179))
6181       (clobber (reg:SI 179))])]
6182   ""
6183   "loadm 0,0,%1,%2")
6184 @end smallexample
6186 You could write:
6188 @smallexample
6189 (define_constants [
6190     (R_BP 177)
6191     (R_FC 178)
6192     (R_CR 179)
6193     (R_Q  180)
6196 (define_insn ""
6197   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6198      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6199            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6200       (use (reg:SI R_CR))
6201       (clobber (reg:SI R_CR))])]
6202   ""
6203   "loadm 0,0,%1,%2")
6204 @end smallexample
6206 The constants that are defined with a define_constant are also output
6207 in the insn-codes.h header file as #defines.
6208 @end ifset