* arm.c (arm_legitimate_address_p): New argument, OUTER. Pass through
[official-gcc.git] / gcc / doc / md.texi
bloba543080967c98bd13c213d9171b3b28bb7ce6433
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001,
2 @c 2002, 2003, 2004 Free Software Foundation, Inc.
3 @c This is part of the GCC manual.
4 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
6 @ifset INTERNALS
7 @node Machine Desc
8 @chapter Machine Descriptions
9 @cindex machine descriptions
11 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
12 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
14 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
15 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
16 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
17 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
18 is inside a quoted string.
20 See the next chapter for information on the C header file.
22 @menu
23 * Overview::            How the machine description is used.
24 * Patterns::            How to write instruction patterns.
25 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
26 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
27 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
28                           from such an insn.
29 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
30                           the assembler code.
31 * Constraints::         When not all operands are general operands.
32 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
33 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
34 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
35 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
36 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
37 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
38 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
39                           for a standard operation.
40 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
41 * Including Patterns::      Including Patterns in Machine Descriptions.
42 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
43 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
44 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
45                            predication.
46 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
47                         md file.
48 @end menu
50 @node Overview
51 @section Overview of How the Machine Description is Used
53 There are three main conversions that happen in the compiler:
55 @enumerate
57 @item
58 The front end reads the source code and builds a parse tree.
60 @item
61 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
62 instruction patterns.
64 @item
65 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
66 code.
68 @end enumerate
70 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
71 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
72 choose the pattern with the right name and apply the operands according
73 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
74 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
75 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
76 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
77 named pattern it needs, it will abort.
79 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
80 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
81 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
82 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
83 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
84 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
85 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
86 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
88 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
89 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
90 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
91 example.
93 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
94 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
95 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
96 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
98 @node Patterns
99 @section Everything about Instruction Patterns
100 @cindex patterns
101 @cindex instruction patterns
103 @findex define_insn
104 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
105 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
106 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
107 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
109 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
111 @enumerate
112 @item
113 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
114 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
115 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
116 the instruction patterns with those names, if the names are defined
117 in the machine description.
119 The absence of a name is indicated by writing an empty string
120 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
121 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
122 to be combined later on.
124 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
125 effect; they are equivalent to no name at all.
127 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
128 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
129 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
130 to having a nameless pattern for all other purposes.
132 @item
133 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
134 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
135 incomplete because it may contain @code{match_operand},
136 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
137 operands of the instruction.
139 If the vector has only one element, that element is the template for the
140 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
141 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
142 elements described.
144 @item
145 @cindex pattern conditions
146 @cindex conditions, in patterns
147 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
148 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
150 @cindex named patterns and conditions
151 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
152 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
153 flags.  The compiler needs to test these conditions during
154 initialization in order to learn exactly which named instructions are
155 available in a particular run.
157 @findex operands
158 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
159 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
160 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
161 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
162 can't be used to control register allocation, for example by excluding
163 certain hard registers or hard register combinations.
165 @item
166 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
167 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
168 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
170 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
171 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
173 @item
174 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
175 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
176 @end enumerate
178 @node Example
179 @section Example of @code{define_insn}
180 @cindex @code{define_insn} example
182 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
184 @smallexample
185 (define_insn "tstsi"
186   [(set (cc0)
187         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
188   ""
189   "*
191   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
192     return \"tstl %0\";
193   return \"cmpl #0,%0\";
194 @}")
195 @end smallexample
197 @noindent
198 This can also be written using braced strings:
200 @smallexample
201 (define_insn "tstsi"
202   [(set (cc0)
203         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
204   ""
206   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
207     return "tstl %0";
208   return "cmpl #0,%0";
210 @end smallexample
212 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
213 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
214 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
215 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
216 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
217 can be constructed using this pattern.
219 The output control string is a piece of C code which chooses which
220 output template to return based on the kind of operand and the specific
221 type of CPU for which code is being generated.
223 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
225 @node RTL Template
226 @section RTL Template
227 @cindex RTL insn template
228 @cindex generating insns
229 @cindex insns, generating
230 @cindex recognizing insns
231 @cindex insns, recognizing
233 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
234 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
235 says how to construct an insn from specified operands.
237 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
238 template.  Matching involves determining the values that serve as the
239 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
240 controlled by special expression types that direct matching and
241 substitution of the operands.
243 @table @code
244 @findex match_operand
245 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
246 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
247 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
248 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
249 appears at this position in the insn will be taken as operand
250 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
251 pattern will not match at all.
253 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
254 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
255 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
256 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
257 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
258 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
259 other operand numbers.
261 @var{predicate} is a string that is the name of a C function that accepts two
262 arguments, an expression and a machine mode.  During matching, the
263 function will be called with the putative operand as the expression and
264 @var{m} as the mode argument (if @var{m} is not specified,
265 @code{VOIDmode} will be used, which normally causes @var{predicate} to accept
266 any mode).  If it returns zero, this instruction pattern fails to match.
267 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be done
268 on the operand, so anything which occurs in this position is valid.
270 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
271 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
272 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
273 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
274 @code{VOIDmode}.
276 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
277 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
279 People are often unclear on the difference between the constraint and the
280 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
281 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
282 controls various decisions in the case of an insn which does match.
284 @findex general_operand
285 On CISC machines, the most common @var{predicate} is
286 @code{"general_operand"}.  This function checks that the putative
287 operand is either a constant, a register or a memory reference, and that
288 it is valid for mode @var{m}.
290 @findex register_operand
291 For an operand that must be a register, @var{predicate} should be
292 @code{"register_operand"}.  Using @code{"general_operand"} would be
293 valid, since the reload pass would copy any non-register operands
294 through registers, but this would make GCC do extra work, it would
295 prevent invariant operands (such as constant) from being removed from
296 loops, and it would prevent the register allocator from doing the best
297 possible job.  On RISC machines, it is usually most efficient to allow
298 @var{predicate} to accept only objects that the constraints allow.
300 @findex immediate_operand
301 For an operand that must be a constant, you must be sure to either use
302 @code{"immediate_operand"} for @var{predicate}, or make the instruction
303 pattern's extra condition require a constant, or both.  You cannot
304 expect the constraints to do this work!  If the constraints allow only
305 constants, but the predicate allows something else, the compiler will
306 crash when that case arises.
308 @findex match_scratch
309 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
310 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
311 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
312 expression.
314 When matching patterns, this is equivalent to
316 @smallexample
317 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
318 @end smallexample
320 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
321 expression.
323 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
324 expressions whose operands are either a hard register or
325 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
326 necessary.  @xref{Side Effects}.
328 @findex match_dup
329 @item (match_dup @var{n})
330 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
331 It is used when the operand needs to appear more than once in the
332 insn.
334 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
335 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
336 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
337 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
338 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
339 identical-looking expression.
341 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
342 a particular register is being used for two operands (example:
343 @code{add} that adds one register to another; the second register is
344 both an input operand and the output operand).  Use a matching
345 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
346 operand is used in two places in the template, such as an instruction
347 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
348 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
349 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
351 @findex match_operator
352 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
353 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
354 code.
356 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
357 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
358 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
360 When matching an expression, it matches an expression if the function
361 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
362 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
364 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
365 follows, to match any expression whose operator is one of the
366 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
368 @smallexample
370 commutative_integer_operator (x, mode)
371      rtx x;
372      enum machine_mode mode;
374   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
375   if (GET_MODE (x) != mode)
376     return 0;
377   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
378           || code == EQ || code == NE);
380 @end smallexample
382 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
383 of a commutative operator applied to two general operands:
385 @smallexample
386 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
387   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
388    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
389 @end smallexample
391 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
392 because the expressions to be matched all contain two operands.
394 When this pattern does match, the two operands of the commutative
395 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
396 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
397 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
398 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
400 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
401 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
402 predicate function, and that function is solely responsible for
403 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
405 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
406 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
407 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
408 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
409 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
410 only its expression code matters.
412 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
413 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
414 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
415 register allocation because the register allocator often looks at
416 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
418 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
419 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
420 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
421 However, if parts of its @var{operands} are matched by
422 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
423 their own.
425 @findex match_op_dup
426 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
427 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
428 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
429 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
430 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
431 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
432 recognition template, and it matches only an identical-looking
433 expression.
435 @findex match_parallel
436 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
437 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
438 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
439 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
441 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
442 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
443 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
444 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
445 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
446 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
447 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
448 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
449 those listed in the @code{match_parallel}.
451 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
452 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
453 in a @code{parallel}.  For example,
455 @smallexample
456 (define_insn ""
457   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
458      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
459            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
460       (use (reg:SI 179))
461       (clobber (reg:SI 179))])]
462   ""
463   "loadm 0,0,%1,%2")
464 @end smallexample
466 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
467 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
468 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
469 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
470 registers and memory locations.
472 An insn that matches this pattern might look like:
474 @smallexample
475 (parallel
476  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
477   (use (reg:SI 179))
478   (clobber (reg:SI 179))
479   (set (reg:SI 21)
480        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
481                         (const_int 4))))
482   (set (reg:SI 22)
483        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
484                         (const_int 8))))])
485 @end smallexample
487 @findex match_par_dup
488 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
489 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
490 @code{match_operator}.
492 @end table
494 @node Output Template
495 @section Output Templates and Operand Substitution
496 @cindex output templates
497 @cindex operand substitution
499 @cindex @samp{%} in template
500 @cindex percent sign
501 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
502 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
503 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
504 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
505 identify places where different variants of the assembler require
506 different syntax.
508 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
509 operand @var{n} at that point in the string.
511 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
512 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
513 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
514 additional letters with nonstandard meanings.
516 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
517 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
518 operand.
520 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
521 the constant is negated before printing.
523 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
524 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
525 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
526 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
527 as if it were a memory reference.
529 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
530 instruction.
532 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
533 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
534 referred to more than once in a single template that generates multiple
535 assembler instructions.
537 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
538 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
539 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
540 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
541 which punctuation characters are valid with the
542 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
544 @cindex \
545 @cindex backslash
546 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
547 for the instructions, with @samp{\;} between them.
549 @cindex matching operands
550 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
551 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
552 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
553 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
554 operand.
556 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
557 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
558 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
559 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
560 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
561 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
562 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
563 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
564 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
565 it to do nothing.
567 @cindex @code{#} in template
568 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
569 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
570 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
571 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
572 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
573 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
574 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
575 instructions.
577 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
578 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
579 describe multiple variants of assembler language syntax.
580 @xref{Instruction Output}.
582 @node Output Statement
583 @section C Statements for Assembler Output
584 @cindex output statements
585 @cindex C statements for assembler output
586 @cindex generating assembler output
588 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
589 assembler code for all the cases that are recognized by a single
590 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
591 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
592 machine instructions.
594 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
595 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
596 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
597 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
598 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
599 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
600 might write this pattern:
602 @smallexample
603 (define_insn "addsi3"
604   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
605         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
606                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
607   ""
608   "@@
609    addr %2,%0
610    addm %2,%0")
611 @end smallexample
613 @cindex @code{*} in template
614 @cindex asterisk in template
615 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
616 output template but rather a piece of C program that should compute a
617 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
618 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
619 require doublequote characters to delimit them.  To include these
620 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
622 If the output control string is written as a brace block instead of a
623 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
624 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
625 doublequotes surrounding C string literals.
627 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
628 is @code{rtx []}.
630 It is very common to select different ways of generating assembler code
631 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
632 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
633 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
634 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
635 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
636 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
637 values of those bits.
639 @findex output_asm_insn
640 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
641 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
642 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
643 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
644 that you declare locally and initialize yourself.
646 @findex which_alternative
647 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
648 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
649 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
650 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
651 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
652 etc.).
654 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
655 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
656 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
658 @smallexample
659 (define_insn ""
660   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
661         (const_int 0))]
662   ""
663   @{
664   return (which_alternative == 0
665           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
666   @})
667 @end smallexample
669 The example above, where the assembler code to generate was
670 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
671 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
673 @smallexample
674 @group
675 (define_insn ""
676   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
677         (const_int 0))]
678   ""
679   "@@
680    clrreg %0
681    clrmem %0")
682 @end group
683 @end smallexample
684 @end ifset
686 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
687 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
688 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
689 @ifset INTERNALS
690 @node Constraints
691 @section Operand Constraints
692 @cindex operand constraints
693 @cindex constraints
695 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify a
696 constraint for the type of operands allowed.
697 @end ifset
698 @ifclear INTERNALS
699 @node Constraints
700 @section Constraints for @code{asm} Operands
701 @cindex operand constraints, @code{asm}
702 @cindex constraints, @code{asm}
703 @cindex @code{asm} constraints
705 Here are specific details on what constraint letters you can use with
706 @code{asm} operands.
707 @end ifclear
708 Constraints can say whether
709 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
710 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
711 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
712 have.  Constraints can also require two operands to match.
714 @ifset INTERNALS
715 @menu
716 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
717 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
718 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
719 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
720 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
721 @end menu
722 @end ifset
724 @ifclear INTERNALS
725 @menu
726 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
727 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
728 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
729 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
730 @end menu
731 @end ifclear
733 @node Simple Constraints
734 @subsection Simple Constraints
735 @cindex simple constraints
737 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
738 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
739 the letters that are allowed:
741 @table @asis
742 @item whitespace
743 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
744 except the first.  This enables each alternative for different operands to
745 be visually aligned in the machine description even if they have different
746 number of constraints and modifiers.
748 @cindex @samp{m} in constraint
749 @cindex memory references in constraints
750 @item @samp{m}
751 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
752 supports in general.
754 @cindex offsettable address
755 @cindex @samp{o} in constraint
756 @item @samp{o}
757 A memory operand is allowed, but only if the address is
758 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
759 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
760 may be added to the address and the result is also a valid memory
761 address.
763 @cindex autoincrement/decrement addressing
764 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
765 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
766 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
767 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
768 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
769 addresses may or may not be offsettable depending on the other
770 addressing modes that the machine supports.
772 Note that in an output operand which can be matched by another
773 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
774 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
775 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
777 @cindex @samp{V} in constraint
778 @item @samp{V}
779 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
780 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
782 @cindex @samp{<} in constraint
783 @item @samp{<}
784 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
785 postdecrement) is allowed.
787 @cindex @samp{>} in constraint
788 @item @samp{>}
789 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
790 postincrement) is allowed.
792 @cindex @samp{r} in constraint
793 @cindex registers in constraints
794 @item @samp{r}
795 A register operand is allowed provided that it is in a general
796 register.
798 @cindex constants in constraints
799 @cindex @samp{i} in constraint
800 @item @samp{i}
801 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
802 This includes symbolic constants whose values will be known only at
803 assembly time.
805 @cindex @samp{n} in constraint
806 @item @samp{n}
807 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
808 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
809 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
810 rather than @samp{i}.
812 @cindex @samp{I} in constraint
813 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
814 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
815 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
816 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
817 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
818 This is the range permitted as a shift count in the shift
819 instructions.
821 @cindex @samp{E} in constraint
822 @item @samp{E}
823 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
824 allowed, but only if the target floating point format is the same as
825 that of the host machine (on which the compiler is running).
827 @cindex @samp{F} in constraint
828 @item @samp{F}
829 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
830 @code{const_vector}) is allowed.
832 @cindex @samp{G} in constraint
833 @cindex @samp{H} in constraint
834 @item @samp{G}, @samp{H}
835 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
836 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
838 @cindex @samp{s} in constraint
839 @item @samp{s}
840 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
841 allowed.
843 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
844 value not known at compile time, it certainly must allow any known
845 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
846 better code to be generated.
848 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
849 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
850 and 127, better code results from loading the value into a register and
851 using the register.  This is because the load into the register can be
852 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
853 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
854 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
855 constraints.
857 @cindex @samp{g} in constraint
858 @item @samp{g}
859 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
860 registers that are not general registers.
862 @cindex @samp{X} in constraint
863 @item @samp{X}
864 @ifset INTERNALS
865 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
866 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
867 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
868 require a scratch register.
869 @end ifset
870 @ifclear INTERNALS
871 Any operand whatsoever is allowed.
872 @end ifclear
874 @cindex @samp{0} in constraint
875 @cindex digits in constraint
876 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
877 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
878 digit is used together with letters within the same alternative, the
879 digit should come last.
881 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
882 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
883 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
884 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
885 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
886 can use multiple alternatives instead.
888 @cindex matching constraint
889 @cindex constraint, matching
890 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
891 that the assembler has only a single operand that fills two roles
892 @ifset INTERNALS
893 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
894 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
895 @end ifset
896 @ifclear INTERNALS
897 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
898 two input operands and an output operand, but on most CISC
899 @end ifclear
900 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
901 input-output operand:
903 @smallexample
904 addl #35,r12
905 @end smallexample
907 Matching constraints are used in these circumstances.
908 More precisely, the two operands that match must include one input-only
909 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
910 smaller number than the number of the operand that uses it in the
911 constraint.
913 @ifset INTERNALS
914 For operands to match in a particular case usually means that they
915 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
916 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
917 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
918 For proper results in such cases, the output template should always
919 use the output-operand's number when printing the operand.
920 @end ifset
922 @cindex load address instruction
923 @cindex push address instruction
924 @cindex address constraints
925 @cindex @samp{p} in constraint
926 @item @samp{p}
927 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
928 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
930 @findex address_operand
931 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
932 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
933 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
934 reference for which the address would be valid.
936 @cindex other register constraints
937 @cindex extensible constraints
938 @item @var{other-letters}
939 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
940 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
941 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
942 for data, address and floating point registers.
944 @ifset INTERNALS
945 The machine description macro @code{REG_CLASS_FROM_LETTER} has first
946 cut at the otherwise unused letters.  If it evaluates to @code{NO_REGS},
947 then @code{EXTRA_CONSTRAINT} is evaluated.
949 A typical use for @code{EXTRA_CONSTRAINT} would be to distinguish certain
950 types of memory references that affect other insn operands.
951 @end ifset
952 @end table
954 @ifset INTERNALS
955 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
956 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
957 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
958 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
959 done by copying an operand into a register.
961 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
963 @smallexample
964 (define_insn ""
965   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
966         (plus:SI (match_dup 0)
967                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
968   ""
969   "@dots{}")
970 @end smallexample
972 @noindent
973 which has two operands, one of which must appear in two places, and
975 @smallexample
976 (define_insn ""
977   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
978         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
979                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
980   ""
981   "@dots{}")
982 @end smallexample
984 @noindent
985 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
986 identical.  If we are considering an insn of the form
988 @smallexample
989 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
990   (set (reg:SI 3)
991        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
992   @dots{})
993 @end smallexample
995 @noindent
996 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
997 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
998 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
999 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1000 is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
1001 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1002 results might look like this:
1004 @smallexample
1005 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1006   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1007   @dots{})
1009 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1010   (set (reg:SI 3)
1011        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1012   @dots{})
1013 @end smallexample
1015 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1016 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1017 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1018 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1019 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1020 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1021 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1022 reloading any possible operand so that it will fit.
1024 @itemize @bullet
1025 @item
1026 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1027 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1029 For example, an operand whose constraints permit everything except
1030 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1032 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1033 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1034 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1035 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1036 more selective.
1038 @item
1039 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1040 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1041 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1042 compiler knows how to copy a register into another register of the
1043 proper class in order to make an instruction valid.
1045 @cindex nonoffsettable memory reference
1046 @cindex memory reference, nonoffsettable
1047 @item
1048 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1049 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1050 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1052 @item
1053 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1054 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1055 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1056 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1058 @item
1059 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1060 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1061 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1062 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1063 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1064 objects allowed by the constraint.
1065 @end itemize
1067 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1068 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1069 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1070 how to copy a register temporarily into memory.
1072 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1073 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1074 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1075 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1076 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1077 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1078 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1079 @code{sign_extend}.
1080 @end ifset
1082 @node Multi-Alternative
1083 @subsection Multiple Alternative Constraints
1084 @cindex multiple alternative constraints
1086 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1087 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1088 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1089 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1090 another.
1092 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1093 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1094 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1095 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1096 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1097 @ifset INTERNALS
1098 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1100 @smallexample
1101 (define_insn "iorsi3"
1102   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1103         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1104                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1105   @dots{})
1106 @end smallexample
1108 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1109 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1110 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1111 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1112 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1113 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1114 @end ifset
1116 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1117 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1118 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1119 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1120 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1121 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1122 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1124 @table @code
1125 @cindex @samp{?} in constraint
1126 @cindex question mark
1127 @item ?
1128 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1129 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1130 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1131 in it.
1133 @cindex @samp{!} in constraint
1134 @cindex exclamation point
1135 @item !
1136 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1137 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1138 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1139 @end table
1141 @ifset INTERNALS
1142 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1143 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1144 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1145 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1146 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1147 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1148 @end ifset
1150 @ifset INTERNALS
1151 @node Class Preferences
1152 @subsection Register Class Preferences
1153 @cindex class preference constraints
1154 @cindex register class preference constraints
1156 @cindex voting between constraint alternatives
1157 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1158 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1159 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1160 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1161 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1162 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1163 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1164 favor of a general register.  The machine description says which registers
1165 are considered general.
1167 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1168 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1169 @end ifset
1171 @node Modifiers
1172 @subsection Constraint Modifier Characters
1173 @cindex modifiers in constraints
1174 @cindex constraint modifier characters
1176 @c prevent bad page break with this line
1177 Here are constraint modifier characters.
1179 @table @samp
1180 @cindex @samp{=} in constraint
1181 @item =
1182 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1183 value is discarded and replaced by output data.
1185 @cindex @samp{+} in constraint
1186 @item +
1187 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1189 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1190 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1191 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1192 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1193 are assumed to be input only.
1195 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1196 first character of the constraint string.
1198 @cindex @samp{&} in constraint
1199 @cindex earlyclobber operand
1200 @item &
1201 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1202 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1203 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1204 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1205 address.
1207 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1208 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1209 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1210 @samp{movdf} insn of the 68000.
1212 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1213 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1214 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1215 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1216 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1218 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1220 @cindex @samp{%} in constraint
1221 @item %
1222 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1223 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1224 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1225 constraints.
1226 @ifset INTERNALS
1227 This is often used in patterns for addition instructions
1228 that really have only two operands: the result must go in one of the
1229 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1230 instruction is defined:
1232 @smallexample
1233 (define_insn "addhi3"
1234   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1235      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1236               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1237   @dots{})
1238 @end smallexample
1239 @end ifset
1240 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1241 the compiler may fail.
1243 @cindex @samp{#} in constraint
1244 @item #
1245 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1246 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1247 register preferences.
1249 @cindex @samp{*} in constraint
1250 @item *
1251 Says that the following character should be ignored when choosing
1252 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1253 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1255 @ifset INTERNALS
1256 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1257 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1258 copying it into an address register.  While either kind of register is
1259 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1260 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1261 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1262 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1263 register preferences.
1265 @smallexample
1266 (define_insn "extendhisi2"
1267   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1268         (sign_extend:SI
1269          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1270   @dots{})
1271 @end smallexample
1272 @end ifset
1273 @end table
1275 @node Machine Constraints
1276 @subsection Constraints for Particular Machines
1277 @cindex machine specific constraints
1278 @cindex constraints, machine specific
1280 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1281 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1282 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1283 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1284 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1285 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1286 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1287 immediate-constant format.
1289 For each machine architecture, the
1290 @file{config/@var{machine}/@var{machine}.h} file defines additional
1291 constraints.  These constraints are used by the compiler itself for
1292 instruction generation, as well as for @code{asm} statements; therefore,
1293 some of the constraints are not particularly interesting for @code{asm}.
1294 The constraints are defined through these macros:
1296 @table @code
1297 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1298 Register class constraints (usually lowercase).
1300 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1301 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1302 word size or smaller precision (usually uppercase).
1304 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1305 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1306 constants of greater than word size precision (usually uppercase).
1308 @item EXTRA_CONSTRAINT
1309 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1310 is only defined for some machines.
1311 @end table
1313 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1314 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1315 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1316 available on some particular machines.
1318 @table @emph
1319 @item ARM family---@file{arm.h}
1320 @table @code
1321 @item f
1322 Floating-point register
1324 @item w
1325 VFP floating-point register
1327 @item F
1328 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1329 or 10.0
1331 @item G
1332 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1333 were negated
1335 @item I
1336 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1337 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1338 multiple of 2
1340 @item J
1341 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1343 @item K
1344 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1346 @item L
1347 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1349 @item M
1350 Integer in the range 0 to 32
1352 @item Q
1353 A memory reference where the exact address is in a single register
1354 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1356 @item R
1357 An item in the constant pool
1359 @item S
1360 A symbol in the text segment of the current file
1361 @end table
1363 @item Uv
1364 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1366 @item Uq
1367 A memory reference suitable for for the ARMv4 ldrsb instruction.
1369 @item AVR family---@file{avr.h}
1370 @table @code
1371 @item l
1372 Registers from r0 to r15
1374 @item a
1375 Registers from r16 to r23
1377 @item d
1378 Registers from r16 to r31
1380 @item w
1381 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1383 @item e
1384 Pointer register (r26--r31)
1386 @item b
1387 Base pointer register (r28--r31)
1389 @item q
1390 Stack pointer register (SPH:SPL)
1392 @item t
1393 Temporary register r0
1395 @item x
1396 Register pair X (r27:r26)
1398 @item y
1399 Register pair Y (r29:r28)
1401 @item z
1402 Register pair Z (r31:r30)
1404 @item I
1405 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1407 @item J
1408 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1410 @item K
1411 Constant integer 2
1413 @item L
1414 Constant integer 0
1416 @item M
1417 Constant that fits in 8 bits
1419 @item N
1420 Constant integer @minus{}1
1422 @item O
1423 Constant integer 8, 16, or 24
1425 @item P
1426 Constant integer 1
1428 @item G
1429 A floating point constant 0.0
1430 @end table
1432 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1433 @table @code
1434 @item b
1435 Address base register
1437 @item f
1438 Floating point register
1440 @item v
1441 Vector register
1443 @item h
1444 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1446 @item q
1447 @samp{MQ} register
1449 @item c
1450 @samp{CTR} register
1452 @item l
1453 @samp{LINK} register
1455 @item x
1456 @samp{CR} register (condition register) number 0
1458 @item y
1459 @samp{CR} register (condition register)
1461 @item z
1462 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1464 @item I
1465 Signed 16-bit constant
1467 @item J
1468 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1469 @code{SImode} constants)
1471 @item K
1472 Unsigned 16-bit constant
1474 @item L
1475 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1477 @item M
1478 Constant larger than 31
1480 @item N
1481 Exact power of 2
1483 @item O
1484 Zero
1486 @item P
1487 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1489 @item G
1490 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1491 instruction per word
1493 @item Q
1494 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1495 for @code{asm} statements)
1497 @item R
1498 AIX TOC entry
1500 @item S
1501 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1503 @item T
1504 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1506 @item U
1507 System V Release 4 small data area reference
1508 @end table
1510 @item Intel 386---@file{i386.h}
1511 @table @code
1512 @item q
1513 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register for the i386.
1514 For x86-64 it is equivalent to @samp{r} class. (for 8-bit instructions that
1515 do not use upper halves)
1517 @item Q
1518 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register. (for 8-bit instructions,
1519 that do use upper halves)
1521 @item R
1522 Legacy register---equivalent to @code{r} class in i386 mode.
1523 (for non-8-bit registers used together with 8-bit upper halves in a single
1524 instruction)
1526 @item A
1527 Specifies the @samp{a} or @samp{d} registers.  This is primarily useful
1528 for 64-bit integer values (when in 32-bit mode) intended to be returned
1529 with the @samp{d} register holding the most significant bits and the
1530 @samp{a} register holding the least significant bits.
1532 @item f
1533 Floating point register
1535 @item t
1536 First (top of stack) floating point register
1538 @item u
1539 Second floating point register
1541 @item a
1542 @samp{a} register
1544 @item b
1545 @samp{b} register
1547 @item c
1548 @samp{c} register
1550 @item C
1551 Specifies constant that can be easily constructed in SSE register without
1552 loading it from memory.
1554 @item d
1555 @samp{d} register
1557 @item D
1558 @samp{di} register
1560 @item S
1561 @samp{si} register
1563 @item x
1564 @samp{xmm} SSE register
1566 @item y
1567 MMX register
1569 @item I
1570 Constant in range 0 to 31 (for 32-bit shifts)
1572 @item J
1573 Constant in range 0 to 63 (for 64-bit shifts)
1575 @item K
1576 @samp{0xff}
1578 @item L
1579 @samp{0xffff}
1581 @item M
1582 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1584 @item N
1585 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1587 @item Z
1588 Constant in range 0 to @code{0xffffffff} or symbolic reference known to fit specified range.
1589 (for using immediates in zero extending 32-bit to 64-bit x86-64 instructions)
1591 @item e
1592 Constant in range @minus{}2147483648 to 2147483647 or symbolic reference known to fit specified range.
1593 (for using immediates in 64-bit x86-64 instructions)
1595 @item G
1596 Standard 80387 floating point constant
1597 @end table
1599 @item Intel IA-64---@file{ia64.h}
1600 @table @code
1601 @item a
1602 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
1604 @item b
1605 Branch register
1607 @item c
1608 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
1610 @item d
1611 Application register residing in M-unit
1613 @item e
1614 Application register residing in I-unit
1616 @item f
1617 Floating-point register
1619 @item m
1620 Memory operand.
1621 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
1622 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
1623 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
1625 @item G
1626 Floating-point constant 0.0 or 1.0
1628 @item I
1629 14-bit signed integer constant
1631 @item J
1632 22-bit signed integer constant
1634 @item K
1635 8-bit signed integer constant for logical instructions
1637 @item L
1638 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
1640 @item M
1641 6-bit unsigned integer constant for shift counts
1643 @item N
1644 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
1646 @item O
1647 The constant zero
1649 @item P
1650 0 or -1 for @code{dep} instruction
1652 @item Q
1653 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
1655 @item R
1656 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
1658 @item S
1659 Memory operand except postincrement and postdecrement
1660 @end table
1662 @item FRV---@file{frv.h}
1663 @table @code
1664 @item a
1665 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1667 @item b
1668 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1670 @item c
1671 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
1672 @code{icc0} to @code{icc3}).
1674 @item d
1675 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1677 @item e
1678 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1679 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
1680 mode larger than 4 bytes.
1682 @item f
1683 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1685 @item h
1686 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1687 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
1688 mode larger than 4 bytes.
1690 @item l
1691 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
1693 @item q
1694 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
1695 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
1696 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
1698 @item t
1699 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
1701 @item u
1702 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
1704 @item v
1705 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
1707 @item w
1708 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
1710 @item x
1711 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1712 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
1713 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
1715 @item z
1716 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
1718 @item A
1719 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1721 @item B
1722 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
1724 @item C
1725 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
1727 @item G
1728 Floating point constant zero
1730 @item I
1731 6-bit signed integer constant
1733 @item J
1734 10-bit signed integer constant
1736 @item L
1737 16-bit signed integer constant
1739 @item M
1740 16-bit unsigned integer constant
1742 @item N
1743 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
1744 range of @minus{}2048 to @minus{}1
1746 @item O
1747 Constant zero
1749 @item P
1750 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
1751 range of 1 to 2047.
1753 @end table
1755 @item IP2K---@file{ip2k.h}
1756 @table @code
1757 @item a
1758 @samp{DP} or @samp{IP} registers (general address)
1760 @item f
1761 @samp{IP} register
1763 @item j
1764 @samp{IPL} register
1766 @item k
1767 @samp{IPH} register
1769 @item b
1770 @samp{DP} register
1772 @item y
1773 @samp{DPH} register
1775 @item z
1776 @samp{DPL} register
1778 @item q
1779 @samp{SP} register
1781 @item c
1782 @samp{DP} or @samp{SP} registers (offsettable address)
1784 @item d
1785 Non-pointer registers (not @samp{SP}, @samp{DP}, @samp{IP})
1787 @item u
1788 Non-SP registers (everything except @samp{SP})
1790 @item R
1791 Indirect through @samp{IP} - Avoid this except for @code{QImode}, since we
1792 can't access extra bytes
1794 @item S
1795 Indirect through @samp{SP} or @samp{DP} with short displacement (0..127)
1797 @item T
1798 Data-section immediate value
1800 @item I
1801 Integers from @minus{}255 to @minus{}1
1803 @item J
1804 Integers from 0 to 7---valid bit number in a register
1806 @item K
1807 Integers from 0 to 127---valid displacement for addressing mode
1809 @item L
1810 Integers from 1 to 127
1812 @item M
1813 Integer @minus{}1
1815 @item N
1816 Integer 1
1818 @item O
1819 Zero
1821 @item P
1822 Integers from 0 to 255
1823 @end table
1825 @item MIPS---@file{mips.h}
1826 @table @code
1827 @item d
1828 General-purpose integer register
1830 @item f
1831 Floating-point register (if available)
1833 @item h
1834 @samp{Hi} register
1836 @item l
1837 @samp{Lo} register
1839 @item x
1840 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
1842 @item y
1843 General-purpose integer register
1845 @item z
1846 Floating-point status register
1848 @item I
1849 Signed 16-bit constant (for arithmetic instructions)
1851 @item J
1852 Zero
1854 @item K
1855 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
1857 @item L
1858 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
1860 @item M
1861 32-bit constant which requires two instructions to load (a constant
1862 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
1864 @item N
1865 Negative 16-bit constant
1867 @item O
1868 Exact power of two
1870 @item P
1871 Positive 16-bit constant
1873 @item G
1874 Floating point zero
1876 @item Q
1877 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
1878 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1880 @item R
1881 Memory reference that can be loaded with one instruction
1882 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1884 @item S
1885 Memory reference in external OSF/rose PIC format
1886 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1887 @end table
1889 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
1890 @table @code
1891 @item a
1892 Address register
1894 @item d
1895 Data register
1897 @item f
1898 68881 floating-point register, if available
1900 @item I
1901 Integer in the range 1 to 8
1903 @item J
1904 16-bit signed number
1906 @item K
1907 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
1909 @item L
1910 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
1912 @item M
1913 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
1915 @item G
1916 Floating point constant that is not a 68881 constant
1917 @end table
1919 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{m68hc11.h}
1920 @table @code
1921 @item a
1922 Register 'a'
1924 @item b
1925 Register 'b'
1927 @item d
1928 Register 'd'
1930 @item q
1931 An 8-bit register
1933 @item t
1934 Temporary soft register _.tmp
1936 @item u
1937 A soft register _.d1 to _.d31
1939 @item w
1940 Stack pointer register
1942 @item x
1943 Register 'x'
1945 @item y
1946 Register 'y'
1948 @item z
1949 Pseudo register 'z' (replaced by 'x' or 'y' at the end)
1951 @item A
1952 An address register: x, y or z
1954 @item B
1955 An address register: x or y
1957 @item D
1958 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
1960 @item L
1961 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
1963 @item M
1964 Constants whose 16-bit low part is zero
1966 @item N
1967 Constant integer 1 or @minus{}1
1969 @item O
1970 Constant integer 16
1972 @item P
1973 Constants in the range @minus{}8 to 2
1975 @end table
1977 @need 1000
1978 @item SPARC---@file{sparc.h}
1979 @table @code
1980 @item f
1981 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
1982 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
1984 @item e
1985 Floating-point register. It is equivalent to @samp{f} on the
1986 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
1987 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
1989 @item c
1990 Floating-point condition code register.
1992 @item d
1993 Lower floating-point register. It is only valid on the SPARC-V9
1994 architecture when the Visual Instruction Set is available.
1996 @item b
1997 Floating-point register. It is only valid on the SPARC-V9 architecture
1998 when the Visual Instruction Set is available.
2000 @item h
2001 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2003 @item I
2004 Signed 13-bit constant
2006 @item J
2007 Zero
2009 @item K
2010 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2011 loaded with the @code{sethi} instruction)
2013 @item L
2014 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2016 @item M
2017 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2019 @item N
2020 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2021 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2022 modes wider than @code{SImode}
2024 @item O
2025 The constant 4096
2027 @item G
2028 Floating-point zero
2030 @item H
2031 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2033 @item Q
2034 Floating-point constant whose integral representation can
2035 be moved into an integer register using a single sethi
2036 instruction
2038 @item R
2039 Floating-point constant whose integral representation can
2040 be moved into an integer register using a single mov
2041 instruction
2043 @item S
2044 Floating-point constant whose integral representation can
2045 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2046 instruction sequence
2048 @item T
2049 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2051 @item U
2052 Even register
2054 @item W
2055 Memory address for @samp{e} constraint registers.
2057 @end table
2059 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
2060 @table @code
2061 @item a
2062 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2064 @item b
2065 Stack pointer register (sp)
2067 @item c
2068 Standard (32-bit) precision integer register
2070 @item f
2071 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2073 @item k
2074 Block count register (bk)
2076 @item q
2077 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2079 @item t
2080 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2082 @item u
2083 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2085 @item v
2086 Repeat count register (rc)
2088 @item x
2089 Index register (ir0-ir1)
2091 @item y
2092 Status (condition code) register (st)
2094 @item z
2095 Data page register (dp)
2097 @item G
2098 Floating-point zero
2100 @item H
2101 Immediate 16-bit floating-point constant
2103 @item I
2104 Signed 16-bit constant
2106 @item J
2107 Signed 8-bit constant
2109 @item K
2110 Signed 5-bit constant
2112 @item L
2113 Unsigned 16-bit constant
2115 @item M
2116 Unsigned 8-bit constant
2118 @item N
2119 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2121 @item O
2122 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2124 @item Q
2125 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2127 @item R
2128 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2130 @item S
2131 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2133 @item T
2134 Direct memory reference
2136 @item U
2137 Symbolic address
2139 @end table
2141 @item S/390 and zSeries---@file{s390.h}
2142 @table @code
2143 @item a
2144 Address register (general purpose register except r0)
2146 @item d
2147 Data register (arbitrary general purpose register)
2149 @item f
2150 Floating-point register
2152 @item I
2153 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2155 @item J
2156 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2158 @item K
2159 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2161 @item L
2162 Value appropriate as displacement.
2163 @table @code
2164        @item (0..4095)
2165        for short displacement
2166        @item (-524288..524287)
2167        for long displacement
2168 @end table
2170 @item M
2171 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
2173 @item N
2174 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
2175 @table @code
2176          @item 0..9:
2177          number of the part counting from most to least significant
2178          @item H,Q:
2179          mode of the part
2180          @item D,S,H:
2181          mode of the containing operand
2182          @item 0,F:
2183          value of the other parts (F - all bits set)
2184 @end table
2185 The constraint matches if the specified part of a constant
2186 has a value different from it's other parts.
2188 @item Q
2189 Memory reference without index register and with short displacement.
2191 @item R
2192 Memory reference with index register and short displacement.
2194 @item S
2195 Memory reference without index register but with long displacement.
2197 @item T
2198 Memory reference with index register and long displacement.
2200 @item U
2201 Pointer with short displacement.
2203 @item W
2204 Pointer with long displacement.
2206 @item Y
2207 Shift count operand.
2209 @end table
2211 @item Xstormy16---@file{stormy16.h}
2212 @table @code
2213 @item a
2214 Register r0.
2216 @item b
2217 Register r1.
2219 @item c
2220 Register r2.
2222 @item d
2223 Register r8.
2225 @item e
2226 Registers r0 through r7.
2228 @item t
2229 Registers r0 and r1.
2231 @item y
2232 The carry register.
2234 @item z
2235 Registers r8 and r9.
2237 @item I
2238 A constant between 0 and 3 inclusive.
2240 @item J
2241 A constant that has exactly one bit set.
2243 @item K
2244 A constant that has exactly one bit clear.
2246 @item L
2247 A constant between 0 and 255 inclusive.
2249 @item M
2250 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2252 @item N
2253 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2255 @item O
2256 A constant between 1 and 4 inclusive.
2258 @item P
2259 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2261 @item Q
2262 A memory reference that is a stack push.
2264 @item R
2265 A memory reference that is a stack pop.
2267 @item S
2268 A memory reference that refers to a constant address of known value.
2270 @item T
2271 The register indicated by Rx (not implemented yet).
2273 @item U
2274 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
2276 @item Z
2277 The constant 0.
2279 @end table
2281 @item Xtensa---@file{xtensa.h}
2282 @table @code
2283 @item a
2284 General-purpose 32-bit register
2286 @item b
2287 One-bit boolean register
2289 @item A
2290 MAC16 40-bit accumulator register
2292 @item I
2293 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
2295 @item J
2296 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
2298 @item K
2299 Integer constant valid for BccI instructions
2301 @item L
2302 Unsigned constant valid for BccUI instructions
2304 @end table
2306 @end table
2308 @ifset INTERNALS
2309 @node Standard Names
2310 @section Standard Pattern Names For Generation
2311 @cindex standard pattern names
2312 @cindex pattern names
2313 @cindex names, pattern
2315 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
2316 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
2317 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
2318 pattern to accomplish a certain task.
2320 @table @asis
2321 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
2322 @item @samp{mov@var{m}}
2323 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
2324 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
2325 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
2327 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
2328 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
2329 to store the specified value in the part of the register that corresponds
2330 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
2331 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
2332 outside the target word are left unchanged.
2334 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
2335 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
2336 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
2337 If there are patterns accepting operands in larger modes,
2338 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
2340 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
2341 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
2342 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
2343 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
2344 into a register.
2346 @findex force_reg
2347 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
2348 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
2349 registers other than the operands.  For example, if you support the
2350 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
2351 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
2352 function which might generate new pseudo registers.
2354 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
2355 fetching those modes from memory normally requires several insns and
2356 some temporary registers.
2358 @findex change_address
2359 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
2360 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
2361 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
2362 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
2363 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
2364 an address into a valid address and no routine (such as
2365 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
2366 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
2368 @findex reload_in_progress
2369 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
2370 declared if required) can be used to determine whether such special
2371 handling is required.
2373 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
2374 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
2375 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
2376 machines explicit memory references will get optional reloads.
2378 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
2379 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
2381 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
2382 you must define @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and/or
2383 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
2384 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
2385 them.  @xref{Register Classes}.
2387 @findex no_new_pseudos
2388 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
2389 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
2390 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
2392 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
2393 register to any other hard register provided that
2394 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
2395 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
2397 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
2398 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
2399 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
2400 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
2401 point members.
2403 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
2404 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
2405 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
2406 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
2407 floating point registers, then the constraints of the fixed point
2408 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
2409 reload into a floating point register.
2411 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
2412 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
2413 @item @samp{reload_in@var{m}}
2414 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
2415 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
2416 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
2417 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
2418 macro in @pxref{Register Classes}.
2420 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
2421 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
2422 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
2423 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
2424 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
2425 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
2426 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
2427 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
2428 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
2429 for these patterns.
2431 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
2432 @item @samp{movstrict@var{m}}
2433 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
2434 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
2435 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
2436 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
2438 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
2439 @item @samp{load_multiple}
2440 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
2441 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
2442 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
2443 number of consecutive registers.
2445 Define this only if the target machine really has such an instruction;
2446 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
2447 registers from memory is to do them one at a time.
2449 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
2450 registers can be stored into memory, such as particular starting or
2451 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
2452 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2453 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
2455 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
2456 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
2457 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
2458 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
2459 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
2461 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
2462 @item @samp{store_multiple}
2463 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
2464 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
2465 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
2466 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
2468 @cindex @code{push@var{m}} instruction pattern
2469 @item @samp{push@var{m}}
2470 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
2471 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
2472 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
2473 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
2474 method is deprecated.
2476 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
2477 @item @samp{add@var{m}3}
2478 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
2479 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
2480 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
2482 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
2483 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
2484 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
2485 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
2486 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
2487 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
2488 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
2489 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
2490 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
2491 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
2492 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
2493 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
2494 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
2495 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
2496 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
2497 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
2498 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
2499 Similar, for other arithmetic operations.
2500 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
2501 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
2502 @itemx @samp{min@var{m}3}, @samp{max@var{m}3}
2503 Floating point min and max operations.  If both operands are zeros,
2504 or if either operand is NaN, then it is unspecified which of the two
2505 operands is returned as the result.
2508 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
2509 @item @samp{mulhisi3}
2510 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
2511 a @code{SImode} product in operand 0.
2513 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
2514 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
2515 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
2516 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
2518 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
2519 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
2520 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
2521 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
2522 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
2523 multiplication.
2525 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2526 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
2527 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
2528 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
2529 The least significant half of the product is discarded.
2531 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2532 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
2533 Similar, but the multiplication is unsigned.
2535 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
2536 @item @samp{divmod@var{m}4}
2537 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
2538 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
2539 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
2541 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
2542 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
2543 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
2544 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
2545 and remainder are computed.
2547 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
2548 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
2549 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
2550 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
2551 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
2553 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
2554 @item @samp{udivmod@var{m}4}
2555 Similar, but does unsigned division.
2557 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
2558 @item @samp{ashl@var{m}3}
2559 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
2560 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
2561 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
2562 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
2563 mode before generating the instruction.
2565 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
2566 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
2567 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
2568 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
2569 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
2570 Other shift and rotate instructions, analogous to the
2571 @code{ashl@var{m}3} instructions.
2573 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
2574 @item @samp{neg@var{m}2}
2575 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
2577 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
2578 @item @samp{abs@var{m}2}
2579 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
2581 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
2582 @item @samp{sqrt@var{m}2}
2583 Store the square root of operand 1 into operand 0.
2585 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
2586 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
2587 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2588 type @code{float}.
2590 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
2591 @item @samp{cos@var{m}2}
2592 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
2594 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
2595 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
2596 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2597 type @code{float}.
2599 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
2600 @item @samp{sin@var{m}2}
2601 Store the sine of operand 1 into operand 0.
2603 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
2604 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
2605 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2606 type @code{float}.
2608 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
2609 @item @samp{exp@var{m}2}
2610 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
2612 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
2613 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
2614 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2615 type @code{float}.
2617 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
2618 @item @samp{log@var{m}2}
2619 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
2621 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
2622 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
2623 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2624 type @code{float}.
2626 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
2627 @item @samp{pow@var{m}3}
2628 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
2629 into operand 0.
2631 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
2632 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
2633 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2634 type @code{float}.
2636 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
2637 @item @samp{atan2@var{m}3}
2638 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
2639 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
2640 determine the quadrant of the result.
2642 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
2643 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
2644 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2645 type @code{float}.
2647 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
2648 @item @samp{floor@var{m}2}
2649 Store the largest integral value not greater than argument.
2651 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
2652 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
2653 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2654 type @code{float}.
2656 @cindex @code{trunc@var{m}2} instruction pattern
2657 @item @samp{trunc@var{m}2}
2658 Store the argument rounded to integer towards zero.
2660 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
2661 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
2662 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2663 type @code{float}.
2665 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
2666 @item @samp{round@var{m}2}
2667 Store the argument rounded to integer away from zero.
2669 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
2670 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
2671 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2672 type @code{float}.
2674 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
2675 @item @samp{ceil@var{m}2}
2676 Store the argument rounded to integer away from zero.
2678 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
2679 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
2680 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2681 type @code{float}.
2683 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
2684 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
2685 Store the argument rounded according to the default rounding mode
2687 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
2688 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
2689 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2690 type @code{float}.
2692 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
2693 @item @samp{ffs@var{m}2}
2694 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
2695 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
2696 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2697 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2698 generating the instruction.
2700 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
2701 corresponds to the C data type @code{int}.
2703 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
2704 @item @samp{clz@var{m}2}
2705 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
2706 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
2707 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
2708 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
2709 operand to that mode before generating the instruction.
2711 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
2712 @item @samp{ctz@var{m}2}
2713 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
2714 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
2715 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
2716 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
2717 operand to that mode before generating the instruction.
2719 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
2720 @item @samp{popcount@var{m}2}
2721 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
2722 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2723 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2724 generating the instruction.
2726 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
2727 @item @samp{parity@var{m}2}
2728 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.@:e. the number of 1-bits
2729 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
2730 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
2731 the operand to that mode before generating the instruction.
2733 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
2734 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
2735 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
2737 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
2738 @item @samp{cmp@var{m}}
2739 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
2740 The RTL pattern should look like this:
2742 @smallexample
2743 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2744                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
2745 @end smallexample
2747 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
2748 @item @samp{tst@var{m}}
2749 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
2750 The RTL pattern should look like this:
2752 @smallexample
2753 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
2754 @end smallexample
2756 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
2757 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
2758 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
2759 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
2761 @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
2762 @item @samp{movstr@var{m}}
2763 Block move instruction.  The addresses of the destination and source
2764 strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
2766 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
2767 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
2768 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
2769 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
2770 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
2771 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
2772 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
2774 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
2775 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
2776 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
2777 it may provide the value 4 for this operand.
2779 Descriptions of multiple @code{movstr@var{m}} patterns can only be
2780 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
2781 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
2782 in @code{movstr@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
2783 individually moved data units in the block.
2785 These patterns need not give special consideration to the possibility
2786 that the source and destination strings might overlap.
2788 @cindex @code{clrstr@var{m}} instruction pattern
2789 @item @samp{clrstr@var{m}}
2790 Block clear instruction.  The addresses of the destination string is the
2791 first operand, in mode @code{Pmode}.  The number of bytes to clear is
2792 the second operand, in mode @var{m}.  See @samp{movstr@var{m}} for
2793 a discussion of the choice of mode.
2795 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
2796 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
2797 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
2798 operand.
2800 The use for multiple @code{clrstr@var{m}} is as for @code{movstr@var{m}}.
2802 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
2803 @item @samp{cmpstr@var{m}}
2804 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
2805 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
2806 of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2807 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
2808 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
2809 at a time since either string may end in the first byte and reading past
2810 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
2811 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
2812 indicates the result of the comparison.
2814 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
2815 @item @samp{cmpmem@var{m}}
2816 Block compare instruction, with five operands like the operands
2817 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2818 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
2819 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
2820 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
2821 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
2822 comparison.
2824 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
2825 @item @samp{strlen@var{m}}
2826 Compute the length of a string, with three operands.
2827 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
2828 a @code{mem} referring to the first character of the string,
2829 operand 2 is the character to search for (normally zero),
2830 and operand 3 is a constant describing the known alignment
2831 of the beginning of the string.
2833 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
2834 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
2835 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
2836 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2837 @var{n}).
2839 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
2840 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
2841 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
2842 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2843 @var{n}).
2845 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2846 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2847 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2848 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2849 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2850 the value of operand 1 is an integer.
2852 If the machine description defines this pattern, it also needs to
2853 define the @code{ftrunc} pattern.
2855 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2856 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2857 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2858 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2859 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2860 value of operand 1 is an integer.
2862 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2863 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2864 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2865 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2866 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2868 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2869 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2870 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2871 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2873 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2874 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2875 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2876 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2878 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2879 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2880 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2881 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2882 point or both floating point.
2884 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
2885 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2886 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2887 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2888 point or both floating point.
2890 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2891 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2892 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2893 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2894 point.
2896 @cindex @code{extv} instruction pattern
2897 @item @samp{extv}
2898 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
2899 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2900 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2901 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2902 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2903 be valid for @code{word_mode}.
2905 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2906 for operands 2 and 3.
2908 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2909 before it is stored in operand 0.
2911 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2912 @item @samp{extzv}
2913 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2915 @cindex @code{insv} instruction pattern
2916 @item @samp{insv}
2917 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
2918 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2919 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2920 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2921 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2923 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2924 for operands 1 and 2.
2926 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2927 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2928 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2929 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2930 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2932 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2933 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2934 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2935 codes and vice versa.
2937 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2938 define these patterns.
2940 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
2941 @item @samp{add@var{mode}cc}
2942 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
2943 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
2944 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
2945 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
2947 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2948 @item @samp{s@var{cond}}
2949 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2950 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2951 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2952 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2954 You specify the mode that the operand must have when you write the
2955 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2956 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2958 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2959 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2960 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2961 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2962 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2963 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2964 should omit those operations from the machine description.
2966 These operations may fail, but should do so only in relatively
2967 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2968 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2970 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2971 that copies the constant one to the target and branches around an
2972 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
2973 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
2974 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
2975 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
2976 the machine description.
2978 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
2979 @item @samp{b@var{cond}}
2980 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
2981 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
2982 condition @var{cond}.
2984 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
2985 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
2986 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
2987 simply store the operands away and generate all the required insns in a
2988 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
2989 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
2990 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
2991 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
2993 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
2994 where the mode used for the comparison depends on the condition being
2995 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
2997 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
2998 @samp{s@var{cond}} patterns.
3000 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
3001 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
3002 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
3003 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
3004 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
3005 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
3007 @cindex @code{jump} instruction pattern
3008 @item @samp{jump}
3009 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
3010 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
3011 on all machines.
3013 @cindex @code{call} instruction pattern
3014 @item @samp{call}
3015 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
3016 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
3017 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
3018 operands.
3020 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
3021 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
3022 to put this information into the assembler code; they can put it in
3023 the RTL instead of operand 1.
3025 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
3026 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
3027 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
3028 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
3029 instruction, the pattern for this operation should be a
3030 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
3031 address into a register and uses that register in the call instruction.
3033 @cindex @code{call_value} instruction pattern
3034 @item @samp{call_value}
3035 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
3036 register in which the value is returned.  There are three more
3037 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
3038 instruction (but with numbers increased by one).
3040 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
3041 insn.
3043 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
3044 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
3045 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
3046 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
3047 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
3048 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
3049 adjustment made to the frame pointer.
3051 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
3052 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
3053 can be eliminated, if desired.
3055 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
3056 @item @samp{untyped_call}
3057 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
3058 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
3059 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
3060 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3061 the saving of a function return value into the result block.
3063 This instruction pattern should be defined to support
3064 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
3065 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
3066 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
3067 multiple registers that can hold a return value
3068 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
3070 @cindex @code{return} instruction pattern
3071 @item @samp{return}
3072 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
3073 defined only if a single instruction can do all the work of returning
3074 from a function.
3076 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
3077 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
3078 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
3079 some class of functions only requires one instruction to implement a
3080 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
3081 to save any registers or allocate stack space.
3083 @findex reload_completed
3084 @findex leaf_function_p
3085 For such machines, the condition specified in this pattern should only
3086 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
3087 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
3088 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
3089 a register window push is required.
3091 Machines that have conditional return instructions should define patterns
3092 such as
3094 @smallexample
3095 (define_insn ""
3096   [(set (pc)
3097         (if_then_else (match_operator
3098                          0 "comparison_operator"
3099                          [(cc0) (const_int 0)])
3100                       (return)
3101                       (pc)))]
3102   "@var{condition}"
3103   "@dots{}")
3104 @end smallexample
3106 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
3107 named @samp{return} pattern.
3109 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
3110 @item @samp{untyped_return}
3111 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
3112 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
3113 instructions are needed to return a value of any type.
3115 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
3116 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
3117 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3118 the restoring of a function return value from the result block.
3120 @cindex @code{nop} instruction pattern
3121 @item @samp{nop}
3122 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
3123 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
3124 RTL pattern.
3126 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
3127 @item @samp{indirect_jump}
3128 An instruction to jump to an address which is operand zero.
3129 This pattern name is mandatory on all machines.
3131 @cindex @code{casesi} instruction pattern
3132 @item @samp{casesi}
3133 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
3134 This instruction takes five operands:
3136 @enumerate
3137 @item
3138 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
3140 @item
3141 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
3143 @item
3144 The total range of indices in the table---the largest index
3145 minus the smallest one (both inclusive).
3147 @item
3148 A label that precedes the table itself.
3150 @item
3151 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
3152 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
3153 then an out-of-bounds index drops through to the code following
3154 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
3155 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
3156 but it is always provided as an operand.)
3157 @end enumerate
3159 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
3160 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
3161 difference between the upper bound and the lower bound.
3163 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
3164 @item @samp{tablejump}
3165 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
3166 capability which can be used to implement a dispatch table when there
3167 is no @samp{casesi} pattern.
3169 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
3170 which should immediately precede the jump table.  If the macro
3171 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
3172 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
3173 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
3174 mode @code{Pmode}.
3176 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
3177 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
3178 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
3179 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
3182 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
3183 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
3184 Conditional branch instruction that decrements a register and
3185 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
3186 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
3187 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
3189 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
3190 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
3191 reduction is enabled.
3193 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
3194 @item @samp{doloop_end}
3195 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
3196 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
3197 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
3198 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
3199 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
3200 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
3201 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
3202 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
3203 @xref{Looping Patterns}.
3205 This optional instruction pattern should be defined for machines with
3206 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
3207 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
3208 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3209 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
3210 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
3211 too large for this instruction, make it fail.
3213 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
3214 @item @samp{doloop_begin}
3215 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
3216 need to perform some initialization, such as loading special registers
3217 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
3218 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
3219 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
3222 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
3223 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
3224 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
3225 into operand 0.
3227 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
3228 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
3229 and also has mode @code{Pmode}.
3231 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
3232 the address of the function which would be called if the function
3233 pointer were used in an indirect call.
3235 Only define this pattern if function pointers on the target machine
3236 can have different values but still call the same function when
3237 used in an indirect call.
3239 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
3240 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
3241 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
3242 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
3243 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
3244 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
3245 @item @samp{save_stack_block}
3246 @itemx @samp{save_stack_function}
3247 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
3248 @itemx @samp{restore_stack_block}
3249 @itemx @samp{restore_stack_function}
3250 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
3251 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
3252 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
3253 such machines.
3255 Some machines require special handling for stack pointer saves and
3256 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
3257 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
3258 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
3259 saves and restores are:
3261 @enumerate
3262 @item
3263 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
3264 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
3265 restores the stack pointer when the block is exited.
3267 @item
3268 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
3269 similar job for the outermost block of a function and are used when the
3270 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
3271 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
3272 restore sequence on some machines.
3274 @item
3275 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
3276 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
3277 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
3278 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
3279 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
3280 and restoring additional data such as register window information or
3281 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
3282 such required data.
3283 @end enumerate
3285 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
3286 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
3287 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
3288 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
3289 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
3290 for a particular type of save (either because no save is needed or
3291 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
3292 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
3293 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
3294 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
3296 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
3297 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
3298 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
3300 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
3301 @item @samp{allocate_stack}
3302 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
3303 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
3305 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
3306 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
3307 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
3308 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
3309 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
3310 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
3311 stack is free.
3313 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
3314 Some machines require other operations such as stack probes or
3315 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
3316 operations in addition to updating the stack pointer.
3318 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
3319 @item @samp{check_stack}
3320 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
3321 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
3322 to perform the needed check and signaling an error if the stack
3323 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
3324 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
3325 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
3326 limit from a global or thread-specific variable or register.
3328 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
3329 @item @samp{nonlocal_goto}
3330 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
3331 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
3332 each representing a value to be used in the jump.  The first
3333 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
3334 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
3335 the third is the address of a location where the stack is saved,
3336 and the last is the address of the label, to be placed in the
3337 location for the incoming static chain.
3339 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
3340 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
3341 and static chain, restore the stack (using the
3342 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
3343 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
3344 not work on your machine.
3346 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
3347 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
3348 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
3349 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
3350 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
3351 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
3352 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
3353 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
3354 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
3355 There are no arguments.
3357 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
3358 @item @samp{exception_receiver}
3359 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3360 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3361 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3362 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3363 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
3364 an exception.  There are no arguments.
3366 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
3367 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
3368 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
3369 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
3370 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
3371 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
3372 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
3373 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
3374 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
3375 the first three are normally used by the generic mechanism.
3377 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
3378 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
3379 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3380 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3381 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3382 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3383 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
3384 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
3385 at a small offset from that label.
3387 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
3388 @item @samp{builtin_longjmp}
3389 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
3390 You will not normally need to define this pattern unless you also define
3391 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
3392 @code{jmp_buf}.
3394 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
3395 @item @samp{eh_return}
3396 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
3397 and thence the call frame exception handling library routines, are
3398 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
3399 the abnormal return path.
3401 The address of the exception handler to which the function should return
3402 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
3403 the pattern to some special register or memory location.
3404 If the pattern needs to determine the location of the target call
3405 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
3406 if defined; it will have already been assigned.
3408 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
3409 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
3410 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
3411 handling is to be used.
3413 @cindex @code{prologue} instruction pattern
3414 @anchor{prologue instruction pattern}
3415 @item @samp{prologue}
3416 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
3417 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
3418 pointer register, saving callee saved registers, etc.
3420 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
3421 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
3423 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
3424 instruction scheduling.
3426 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
3427 @anchor{epilogue instruction pattern}
3428 @item @samp{epilogue}
3429 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
3430 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
3431 registers and emitting the return instruction.
3433 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
3434 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
3436 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
3437 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
3439 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
3440 @item @samp{sibcall_epilogue}
3441 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
3442 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
3443 sibling call (aka tail call) sites.
3445 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
3446 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
3447 function.
3449 @cindex @code{trap} instruction pattern
3450 @item @samp{trap}
3451 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
3452 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
3453 front end to signal `invalid array index' exceptions.
3455 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
3456 @item @samp{conditional_trap}
3457 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
3458 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
3460 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
3462 @smallexample
3463 (define_insn "conditional_trap"
3464   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
3465              [(cc0) (const_int 0)])
3466             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
3467   ""
3468   "@dots{}")
3469 @end smallexample
3471 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
3472 @item @samp{prefetch}
3474 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
3475 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
3476 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
3477 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
3478 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
3479 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
3480 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
3481 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
3482 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
3484 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
3485 the values of operands 1 and 2.
3487 @end table
3489 @end ifset
3490 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
3491 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
3492 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
3493 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
3494 @ifset INTERNALS
3495 @node Pattern Ordering
3496 @section When the Order of Patterns Matters
3497 @cindex Pattern Ordering
3498 @cindex Ordering of Patterns
3500 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
3501 pattern that appears first in the machine description is the one used.
3502 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
3503 and faster instructions (those that will produce better code when they
3504 do match) should usually go first in the description.
3506 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
3507 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
3508 instruction for converting a fullword to floating point and another
3509 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
3510 an integer to floating point could match either one.  We put the
3511 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
3512 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
3513 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
3514 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
3515 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
3516 constant value.
3518 @end ifset
3519 @ifset INTERNALS
3520 @node Dependent Patterns
3521 @section Interdependence of Patterns
3522 @cindex Dependent Patterns
3523 @cindex Interdependence of Patterns
3525 Every machine description must have a named pattern for each of the
3526 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
3527 must always have the form
3529 @smallexample
3530 (set (pc)
3531      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3532                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
3533                    (pc)))
3534 @end smallexample
3536 @noindent
3537 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
3538 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
3539 look like
3541 @smallexample
3542 (set (pc)
3543      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3544                    (pc)
3545                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
3546 @end smallexample
3548 @noindent
3549 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
3550 branches into reverse-conditional branches.
3552 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
3553 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
3554 example,
3556 @smallexample
3557 (define_insn ""
3558   [(set (pc)
3559         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
3560                                       [(cc0) (const_int 0)])
3561                       (pc)
3562                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
3563   "@var{condition}"
3564   "@dots{}")
3565 @end smallexample
3567 In some cases machines support instructions identical except for the
3568 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
3569 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
3570 patterns are
3572 @smallexample
3573 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3574      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
3576 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3577      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
3578 @end smallexample
3580 @noindent
3581 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
3582 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
3583 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
3584 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
3585 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
3586 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
3588 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
3589 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
3590 compilations.
3592 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
3593 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
3594 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
3595 you should not provide separate patterns for increment and decrement
3596 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
3597 that supports register-register add insns by examining the operands and
3598 generating the appropriate machine instruction.
3600 @end ifset
3601 @ifset INTERNALS
3602 @node Jump Patterns
3603 @section Defining Jump Instruction Patterns
3604 @cindex jump instruction patterns
3605 @cindex defining jump instruction patterns
3607 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
3608 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
3609 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
3610 insn tests the condition code and branches or not according its value.
3611 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
3612 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
3613 way.
3615 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
3616 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
3617 these machines is to treat them just like the others until the final stage
3618 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
3619 compare instruction, peek ahead at the following branch using
3620 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
3621 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
3622 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
3623 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
3624 can treat signed and unsigned branches identically.
3626 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
3627 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
3628 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
3629 until the end.
3631 To go with this technique, you must define the machine-description macro
3632 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
3633 compare instruction is superfluous.
3635 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
3636 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
3637 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
3638 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
3639 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
3641 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
3642 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
3643 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
3644 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
3645 above in addition to any special patterns you define.
3647 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
3648 code and there may not even be a separate condition code register.  On
3649 these machines, the restriction that the definition and use of the
3650 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
3651 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
3652 delay for taken branches unless the condition code register is set three
3653 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
3654 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
3655 separate the definition and use of the condition code register.
3657 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
3658 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
3659 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
3660 comparison result can be placed in any general register, or if there are
3661 multiple condition registers, use a pseudo register.
3663 @findex prev_cc0_setter
3664 @findex next_cc0_user
3665 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
3666 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
3667 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
3668 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
3669 instruction does, so a different branch instruction must be used for
3670 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
3671 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
3672 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
3673 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
3674 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
3675 and @code{next_cc0_user}.
3677 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
3678 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
3679 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
3680 we use the machine mode of the condition code register to record
3681 different formats of the condition code register.
3683 Registers used to store the condition code value should have a mode that
3684 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
3685 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
3686 the SPARC), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
3687 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
3688 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
3690 If it is known during RTL generation that a different mode will be
3691 required (for example, if the machine has separate compare instructions
3692 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
3693 be specified at that time.
3695 If the cases that require different modes would be made by instruction
3696 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
3697 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
3698 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
3699 discussed above, we have the pattern
3701 @smallexample
3702 (define_insn ""
3703   [(set (reg:CC_NOOV 0)
3704         (compare:CC_NOOV
3705           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
3706                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
3707           (const_int 0)))]
3708   ""
3709   "@dots{}")
3710 @end smallexample
3712 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
3713 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
3715 @end ifset
3716 @ifset INTERNALS
3717 @node Looping Patterns
3718 @section Defining Looping Instruction Patterns
3719 @cindex looping instruction patterns
3720 @cindex defining looping instruction patterns
3722 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
3723 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
3724 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
3725 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
3726 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
3727 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
3728 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
3729 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
3730 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
3731 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
3732 the jump.
3734 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
3735 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
3736 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
3737 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
3738 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
3739 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
3740 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
3741 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
3742 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
3743 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
3744 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
3745 following for its @code{dbra} instruction:
3747 @smallexample
3748 @group
3749 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3750   [(set (pc)
3751         (if_then_else
3752           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3753                        (const_int -1))
3754               (const_int 0))
3755           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3756           (pc)))
3757    (set (match_dup 0)
3758         (plus:SI (match_dup 0)
3759                  (const_int -1)))]
3760   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3761   "@dots{}")
3762 @end group
3763 @end smallexample
3765 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
3766 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
3767 since this insn is generated by the instruction combination phase
3768 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
3769 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
3770 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
3771 pattern will not be matched by the combiner.
3773 @smallexample
3774 @group
3775 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3776   [(set (pc)
3777         (if_then_else
3778           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3779               (const_int 1))
3780           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3781           (pc)))
3782    (set (match_dup 0)
3783         (plus:SI (match_dup 0)
3784                  (const_int -1)))]
3785   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3786   "@dots{}")
3787 @end group
3788 @end smallexample
3790 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
3791 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
3792 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
3793 information collected during strength reduction.
3795 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
3796 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
3797 is an optional companion pattern that can be used for initialization
3798 needed for some low-overhead looping instructions.
3800 Note that some machines require the actual looping instruction to be
3801 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
3802 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
3803 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
3804 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
3805 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
3806 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
3807 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
3808 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
3809 desired special iteration counter register was not allocated, this
3810 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
3811 instruction pair.
3813 The essential difference between the
3814 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
3815 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
3816 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
3817 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
3818 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
3819 may become redundant and removed by the flow pass.
3822 @end ifset
3823 @ifset INTERNALS
3824 @node Insn Canonicalizations
3825 @section Canonicalization of Instructions
3826 @cindex canonicalization of instructions
3827 @cindex insn canonicalization
3829 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
3830 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
3831 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
3832 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
3833 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
3834 number of insn patterns required.
3836 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
3837 are performed:
3839 @itemize @bullet
3840 @item
3841 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
3842 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
3843 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
3844 be supplied.
3846 @item
3847 For associative operators, a sequence of operators will always chain
3848 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
3849 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
3850 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
3851 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
3852 floating-point.
3854 @item
3855 @cindex @code{neg}, canonicalization of
3856 @cindex @code{not}, canonicalization of
3857 @cindex @code{mult}, canonicalization of
3858 @cindex @code{plus}, canonicalization of
3859 @cindex @code{minus}, canonicalization of
3860 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
3861 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
3862 first operand.
3864 @item
3865 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
3866 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
3867 the operations as far as possible.  For instance,
3868 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
3869 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
3870 @code{(minus A (mult B C))}.
3872 @cindex @code{compare}, canonicalization of
3873 @item
3874 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
3875 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
3876 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
3877 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
3878 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
3879 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
3880 such an instruction.
3882 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
3883 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
3884 above.
3886 @item
3887 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
3888 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
3890 @item
3891 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
3892 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
3894 @cindex @code{ior}, canonicalization of
3895 @cindex @code{and}, canonicalization of
3896 @cindex De Morgan's law
3897 @item
3898 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
3899 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
3900 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
3902 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
3903 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
3904 for that instruction as
3906 @smallexample
3907 (define_insn ""
3908   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3909         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3910                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
3911   "@dots{}"
3912   "@dots{}")
3913 @end smallexample
3915 @noindent
3916 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
3918 @smallexample
3919 (define_insn ""
3920   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3921         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3922                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
3923   "@dots{}"
3924   "@dots{}")
3925 @end smallexample
3927 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
3928 logically equivalent RTL expressions.
3930 @cindex @code{xor}, canonicalization of
3931 @item
3932 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
3933 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
3934 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
3936 @item
3937 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
3938 the form
3940 @smallexample
3941 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
3942 @end smallexample
3944 @item
3945 On machines that do not use @code{cc0},
3946 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
3947 @var{x}.
3949 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
3950 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
3951 @item
3952 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
3953 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
3954 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
3956 @end itemize
3958 @end ifset
3959 @ifset INTERNALS
3960 @node Expander Definitions
3961 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
3962 @cindex expander definitions
3963 @cindex code generation RTL sequences
3964 @cindex defining RTL sequences for code generation
3966 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
3967 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
3968 represent them.  For these target machines, you can write a
3969 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
3971 @findex define_expand
3972 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
3973 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
3974 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
3976 A @code{define_expand} RTX has four operands:
3978 @itemize @bullet
3979 @item
3980 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
3981 use for it is to refer to it by name.
3983 @item
3984 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
3985 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
3986 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
3988 @item
3989 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
3990 used to express how the availability of this pattern depends on
3991 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
3992 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
3993 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
3994 depend on the data in the insn being matched, but only the
3995 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
3996 during initialization in order to learn exactly which named instructions
3997 are available in a particular run.
3999 @item
4000 The preparation statements, a string containing zero or more C
4001 statements which are to be executed before RTL code is generated from
4002 the RTL template.
4004 Usually these statements prepare temporary registers for use as
4005 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
4006 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
4007 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
4008 @end itemize
4010 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
4011 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
4012 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
4015 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
4016 also describes the operands that need to be specified when this pattern
4017 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
4019 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
4020 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
4021 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
4022 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
4023 information to preload the operand into a register if that is required for
4024 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
4025 references should use @code{match_dup}.
4027 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
4028 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
4029 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
4030 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
4031 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
4032 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
4033 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
4034 compute the values and store them into the appropriate elements of
4035 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
4037 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
4038 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
4039 as a statement.
4041 @table @code
4043 @findex DONE
4044 @item DONE
4045 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
4046 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
4047 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
4048 preparation statements; the RTL template will not be generated.
4050 @findex FAIL
4051 @item FAIL
4052 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
4053 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
4054 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
4056 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
4057 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
4058 operations.
4059 @end table
4061 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
4062 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
4063 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
4064 insn.
4066 The RTL template is not used for matching, only for generating the
4067 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
4068 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
4069 list of operands, such as this example:
4071 @smallexample
4072 @group
4073 (define_expand "addsi3"
4074   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4075    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4076    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
4077 @end group
4078 @group
4079   ""
4080   "
4082   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
4083   DONE;
4084 @}")
4085 @end group
4086 @end smallexample
4088 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
4090 @smallexample
4091 @group
4092 (define_expand "ashlsi3"
4093   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4094         (ashift:SI
4095 @end group
4096 @group
4097           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4098           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
4099   ""
4100   "
4101 @end group
4102 @end smallexample
4104 @smallexample
4105 @group
4107   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
4108       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
4109     FAIL;
4110 @}")
4111 @end group
4112 @end smallexample
4114 @noindent
4115 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
4116 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
4117 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
4118 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
4119 library call).
4121 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
4122 patterns with names, then it would be possible to use a
4123 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
4124 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
4126 @smallexample
4127 (define_expand "zero_extendhisi2"
4128   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
4129         (const_int 0))
4130    (set (strict_low_part
4131           (subreg:HI
4132             (match_dup 0)
4133             0))
4134         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
4135   ""
4136   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
4137 @end smallexample
4139 @noindent
4140 @findex make_safe_from
4141 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
4142 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
4143 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
4144 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
4145 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
4146 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
4147 by emitting another RTL insn.
4149 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
4150 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
4151 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
4152 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
4153 on this machine.  So it must be copied into a register with
4154 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
4156 @smallexample
4157 (define_expand "zero_extendhisi2"
4158   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4159         (and:SI (subreg:SI
4160                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
4161                   0)
4162                 (match_dup 2)))]
4163   ""
4164   "operands[2]
4165      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
4166 @end smallexample
4168 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
4169 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
4170 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
4171 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
4172 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
4173 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
4174 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
4175 in the compiler.
4177 @end ifset
4178 @ifset INTERNALS
4179 @node Insn Splitting
4180 @section Defining How to Split Instructions
4181 @cindex insn splitting
4182 @cindex instruction splitting
4183 @cindex splitting instructions
4185 There are two cases where you should specify how to split a pattern
4186 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
4187 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
4188 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
4189 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
4190 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
4191 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
4192 cannot be placed into a delay slot.
4194 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
4195 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
4196 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
4197 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
4198 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
4199 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
4200 scheduling.
4202 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
4203 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
4204 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
4205 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
4206 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
4207 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
4208 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
4209 split the addition into two insns is machine-dependent.
4211 @findex define_split
4212 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
4213 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
4215 @smallexample
4216 (define_split
4217   [@var{insn-pattern}]
4218   "@var{condition}"
4219   [@var{new-insn-pattern-1}
4220    @var{new-insn-pattern-2}
4221    @dots{}]
4222   "@var{preparation-statements}")
4223 @end smallexample
4225 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
4226 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
4227 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
4228 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
4229 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
4230 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
4232 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
4233 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4234 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
4235 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
4236 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
4237 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
4238 must not allocate any space in the stack frame.
4240 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
4241 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
4242 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
4243 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
4244 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
4245 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
4246 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
4247 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
4248 of those definitions.
4250 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
4251 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
4252 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
4254 @smallexample
4255 (define_split
4256   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4257         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
4258   ""
4259   [(set (match_dup 0)
4260         (ashift:SI (match_dup 1)
4261                    (const_int 16)))
4262    (set (match_dup 0)
4263         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
4264                      (const_int 16)))]
4265   "
4266 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
4267 @end smallexample
4269 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
4270 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
4271 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
4272 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
4273 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
4274 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
4275 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
4276 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
4277 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
4278 @code{define_split} that will never produce insns that match).
4280 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
4281 @file{rs6000.md}:
4283 @smallexample
4284 (define_split
4285   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4286         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4287                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
4288   ""
4289   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
4290    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
4293   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
4294   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
4296   if (low & 0x8000)
4297     high++, low |= 0xffff0000;
4299   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
4300   operands[4] = GEN_INT (low);
4301 @}")
4302 @end smallexample
4304 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
4305 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
4306 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
4307 can be substituted into the address of a subsequent operation.
4309 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
4310 an equality comparison of a register and a large constant:
4312 @smallexample
4313 (define_split
4314   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
4315         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4316                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
4317    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
4318   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
4319    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
4320        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
4321   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
4322    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
4323   "
4325   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
4326      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
4327      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
4329   int c = INTVAL (operands[2]);
4330   int sextc = (c << 16) >> 16;
4331   int xorv = c ^ sextc;
4333   operands[4] = GEN_INT (xorv);
4334   operands[5] = GEN_INT (sextc);
4335 @}")
4336 @end smallexample
4338 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
4339 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
4340 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
4341 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
4342 are not valid.
4344 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
4345 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
4346 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
4347 several restriction apply.
4349 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
4350 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
4351 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
4352 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
4353 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
4354 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
4355 @code{split_branch_probability} hold the probability of original branch in case
4356 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
4357 recomputing of edge frequencies, new sequence is required to have only
4358 forward jumps to the newly created labels.
4360 @findex define_insn_and_split
4361 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
4362 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
4363 this:
4365 @smallexample
4366 (define_insn_and_split
4367   [@var{insn-pattern}]
4368   "@var{condition}"
4369   "@var{output-template}"
4370   "@var{split-condition}"
4371   [@var{new-insn-pattern-1}
4372    @var{new-insn-pattern-2}
4373    @dots{}]
4374   "@var{preparation-statements}"
4375   [@var{insn-attributes}])
4377 @end smallexample
4379 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
4380 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
4381 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
4382 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
4383 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
4384 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
4385 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
4386 from i386.md:
4388 @smallexample
4389 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
4390   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
4391      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
4392    (clobber (reg:CC 17))]
4393   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
4394   "#"
4395   "&& reload_completed"
4396   [(parallel [(set (match_dup 0)
4397                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
4398               (clobber (reg:CC 17))])]
4399   ""
4400   [(set_attr "type" "alu1")])
4402 @end smallexample
4404 In this case, the actual split condition will be
4405 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
4407 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
4408 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
4409 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
4410 having to ensure the two patterns' templates match.
4412 @end ifset
4413 @ifset INTERNALS
4414 @node Including Patterns
4415 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
4416 @cindex insn includes
4418 @findex include
4419 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
4420 look for patterns that are in files other than in the file
4421 @file{.md}. This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
4423 It looks like:
4425 @smallexample
4427 (include
4428   @var{pathname})
4429 @end smallexample
4431 For example:
4433 @smallexample
4435 (include "filestuff")
4437 @end smallexample
4439 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
4440 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}. The
4441 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
4444 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
4445 and placed into subdirectories.
4447 By specifying:
4449 @smallexample
4451 (include "BOGUS/filestuff")
4453 @end smallexample
4455 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
4457 Specifying an absolute path for the include file such as;
4458 @smallexample
4460 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
4462 @end smallexample
4463 is permitted but is not encouraged.
4465 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
4466 @cindex directory options .md
4467 @cindex options, directory search
4468 @cindex search options
4470 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
4471 For example:
4473 @smallexample
4475 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
4477 @end smallexample
4480 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
4481 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
4482 file, substituting your own version, since these directories are
4483 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
4484 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
4485 order; the standard default directory come after.
4488 @end ifset
4489 @ifset INTERNALS
4490 @node Peephole Definitions
4491 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
4492 @cindex peephole optimizer definitions
4493 @cindex defining peephole optimizers
4495 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
4496 definitions of machine-specific peephole optimizations.
4498 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
4499 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
4500 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
4501 though the second one does not appear to use a register computed in the
4502 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
4503 opportunities.
4505 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
4506 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
4507 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
4508 is deprecated.
4510 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
4511 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
4512 but before scheduling, which may result in much better code for
4513 targets that do scheduling.
4515 @menu
4516 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
4517 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
4518 @end menu
4520 @end ifset
4521 @ifset INTERNALS
4522 @node define_peephole
4523 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
4524 @findex define_peephole
4526 @need 1000
4527 A definition looks like this:
4529 @smallexample
4530 (define_peephole
4531   [@var{insn-pattern-1}
4532    @var{insn-pattern-2}
4533    @dots{}]
4534   "@var{condition}"
4535   "@var{template}"
4536   "@var{optional-insn-attributes}")
4537 @end smallexample
4539 @noindent
4540 The last string operand may be omitted if you are not using any
4541 machine-specific information in this machine description.  If present,
4542 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
4544 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
4545 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
4546 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
4547 the next, and so on.
4549 Each of the insns matched by a peephole must also match a
4550 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
4551 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
4552 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
4553 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
4554 stages.
4556 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
4557 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
4558 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
4559 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
4560 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
4561 other.
4563 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
4564 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
4565 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
4566 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
4567 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
4569 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
4570 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
4571 previously tested.
4573 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
4574 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
4575 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
4576 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
4577 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
4578 patterns.
4580 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
4581 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
4582 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
4583 the operands.
4585 @findex prev_active_insn
4586 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
4587 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
4588 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
4589 to refer to the last of the insns being matched; use
4590 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
4592 @findex dead_or_set_p
4593 When optimizing computations with intermediate results, you can use
4594 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
4595 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
4596 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
4597 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
4598 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
4599 value (from @code{operands[@var{i}]}).
4601 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
4602 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
4603 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
4604 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
4605 used in matching the original sequence of insns.
4607 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
4608 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
4609 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
4610 as the insn pattern to control how the insn is output.
4612 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
4613 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
4615 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
4617 @smallexample
4618 (define_peephole
4619   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
4620    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
4621         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
4622   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
4624   rtx xoperands[2];
4625   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
4626 #ifdef MOTOROLA
4627   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
4628   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
4629   return "fmove.d (sp)+,%0";
4630 #else
4631   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
4632   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
4633   return "fmoved sp@@+,%0";
4634 #endif
4636 @end smallexample
4638 @need 1000
4639 The effect of this optimization is to change
4641 @smallexample
4642 @group
4643 jbsr _foobar
4644 addql #4,sp
4645 movel d1,sp@@-
4646 movel d0,sp@@-
4647 fmoved sp@@+,fp0
4648 @end group
4649 @end smallexample
4651 @noindent
4652 into
4654 @smallexample
4655 @group
4656 jbsr _foobar
4657 movel d1,sp@@
4658 movel d0,sp@@-
4659 fmoved sp@@+,fp0
4660 @end group
4661 @end smallexample
4663 @ignore
4664 @findex CC_REVERSED
4665 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
4666 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
4667 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
4668 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
4669 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
4670 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
4671 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
4672 and in this C code check the condition code status flags and change the
4673 assembler code as appropriate.
4674 @end ignore
4676 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
4677 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
4678 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
4679 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
4680 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
4681 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
4682 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
4683 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
4684 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
4686 @smallexample
4687 (define_insn "divmodsi4"
4688   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4689         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4690                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4691    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4692         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
4693   "TARGET_68020"
4694   "divsl%.l %2,%3:%0")
4695 @end smallexample
4697 @noindent
4698 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
4700 @smallexample
4701 (define_peephole
4702   [@dots{}
4703    (parallel
4704     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4705           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4706                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4707      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4708           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
4709    @dots{}]
4710   @dots{})
4711 @end smallexample
4713 @end ifset
4714 @ifset INTERNALS
4715 @node define_peephole2
4716 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
4717 @findex define_peephole2
4719 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
4720 substitute one sequence of instructions for another sequence,
4721 what additional scratch registers may be needed and what their
4722 lifetimes must be.
4724 @smallexample
4725 (define_peephole2
4726   [@var{insn-pattern-1}
4727    @var{insn-pattern-2}
4728    @dots{}]
4729   "@var{condition}"
4730   [@var{new-insn-pattern-1}
4731    @var{new-insn-pattern-2}
4732    @dots{}]
4733   "@var{preparation-statements}")
4734 @end smallexample
4736 The definition is almost identical to @code{define_split}
4737 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
4738 single instruction, but a sequence of instructions.
4740 It is possible to request additional scratch registers for use in the
4741 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
4742 will simply not match.
4744 @findex match_scratch
4745 @findex match_dup
4746 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
4747 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
4748 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
4749 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
4750 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
4751 at which the register must be available.
4753 Here is an example from the IA-32 machine description:
4755 @smallexample
4756 (define_peephole2
4757   [(match_scratch:SI 2 "r")
4758    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4759                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
4760                      [(match_dup 0)
4761                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
4762               (clobber (reg:CC 17))])]
4763   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
4764   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
4765    (parallel [(set (match_dup 0)
4766                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
4767               (clobber (reg:CC 17))])]
4768   "")
4769 @end smallexample
4771 @noindent
4772 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
4773 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
4774 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
4775 to be live only at the point just before the arithmetic.
4777 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
4778 so here's a silly made-up example:
4780 @smallexample
4781 (define_peephole2
4782   [(match_scratch:SI 4 "r")
4783    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
4784    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
4785    (match_dup 4)
4786    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
4787   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
4788   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
4789    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
4790    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
4791    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
4792   "")
4793 @end smallexample
4795 @noindent
4796 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
4797 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
4798 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
4800 @end ifset
4801 @ifset INTERNALS
4802 @node Insn Attributes
4803 @section Instruction Attributes
4804 @cindex insn attributes
4805 @cindex instruction attributes
4807 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
4808 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
4809 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
4810 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
4811 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
4812 to track the condition codes.
4814 @menu
4815 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
4816 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
4817 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
4818 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
4819 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
4820 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
4821 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
4822 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
4823 @end menu
4825 @end ifset
4826 @ifset INTERNALS
4827 @node Defining Attributes
4828 @subsection Defining Attributes and their Values
4829 @cindex defining attributes and their values
4830 @cindex attributes, defining
4832 @findex define_attr
4833 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
4834 by the target machine.  It looks like:
4836 @smallexample
4837 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
4838 @end smallexample
4840 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
4842 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
4843 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
4844 indicate that the attribute takes numeric values.
4846 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
4847 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
4848 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
4849 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
4850 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
4852 @findex insn-attr.h
4853 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
4854 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
4855 specified for an attribute, the following are defined:
4857 @itemize @bullet
4858 @item
4859 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
4861 @item
4862 An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
4863 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
4864 the attribute name and value are first converted to uppercase.
4866 @item
4867 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
4868 returns the attribute value for that insn.
4869 @end itemize
4871 For example, if the following is present in the @file{md} file:
4873 @smallexample
4874 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
4875 @end smallexample
4877 @noindent
4878 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
4880 @smallexample
4881 #define HAVE_ATTR_type
4882 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
4883                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
4884 extern enum attr_type get_attr_type ();
4885 @end smallexample
4887 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
4888 defined and the function to obtain the attribute's value will return
4889 @code{int}.
4891 @end ifset
4892 @ifset INTERNALS
4893 @node Expressions
4894 @subsection Attribute Expressions
4895 @cindex attribute expressions
4897 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
4898 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
4899 Attribute value expressions must have one of the following forms:
4901 @table @code
4902 @cindex @code{const_int} and attributes
4903 @item (const_int @var{i})
4904 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
4905 must be non-negative.
4907 The value of a numeric attribute can be specified either with a
4908 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
4909 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
4910 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
4911 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
4913 @cindex @code{const_string} and attributes
4914 @item (const_string @var{value})
4915 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
4916 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
4917 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
4918 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
4919 of a @code{define_attr}.
4921 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
4922 must be a string containing a non-negative integer (normally
4923 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
4924 contain one of the valid values for the attribute.
4926 @cindex @code{if_then_else} and attributes
4927 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
4928 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
4929 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
4930 otherwise it is @var{false-value}.
4932 @cindex @code{cond} and attributes
4933 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
4934 The first operand of this expression is a vector containing an even
4935 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
4936 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
4937 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
4938 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
4939 expression is that of the @var{default} expression.
4940 @end table
4942 @var{test} expressions can have one of the following forms:
4944 @table @code
4945 @cindex @code{const_int} and attribute tests
4946 @item (const_int @var{i})
4947 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
4949 @cindex @code{not} and attributes
4950 @cindex @code{ior} and attributes
4951 @cindex @code{and} and attributes
4952 @item (not @var{test})
4953 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
4954 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
4955 These tests are true if the indicated logical function is true.
4957 @cindex @code{match_operand} and attributes
4958 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
4959 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
4960 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
4961 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
4962 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
4963 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
4964 string).
4966 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
4968 @cindex @code{le} and attributes
4969 @cindex @code{leu} and attributes
4970 @cindex @code{lt} and attributes
4971 @cindex @code{gt} and attributes
4972 @cindex @code{gtu} and attributes
4973 @cindex @code{ge} and attributes
4974 @cindex @code{geu} and attributes
4975 @cindex @code{ne} and attributes
4976 @cindex @code{eq} and attributes
4977 @cindex @code{plus} and attributes
4978 @cindex @code{minus} and attributes
4979 @cindex @code{mult} and attributes
4980 @cindex @code{div} and attributes
4981 @cindex @code{mod} and attributes
4982 @cindex @code{abs} and attributes
4983 @cindex @code{neg} and attributes
4984 @cindex @code{ashift} and attributes
4985 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
4986 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
4987 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
4988 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
4989 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
4990 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
4991 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
4992 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
4993 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
4994 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
4995 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
4996 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
4997 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
4998 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
4999 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
5000 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
5001 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
5003 @findex get_attr
5004 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
5005 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
5006 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
5007 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
5008 variable.
5010 @findex eq_attr
5011 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
5012 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
5014 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
5015 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
5016 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
5017 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
5018 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
5019 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
5020 @emph{not} in the specified list.
5022 For example,
5024 @smallexample
5025 (eq_attr "type" "load,store")
5026 @end smallexample
5028 @noindent
5029 is equivalent to
5031 @smallexample
5032 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
5033 @end smallexample
5035 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
5036 value of the compiler variable @code{which_alternative}
5037 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
5038 example,
5040 @smallexample
5041 (eq_attr "alternative" "2,3")
5042 @end smallexample
5044 @noindent
5045 is equivalent to
5047 @smallexample
5048 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
5049      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
5050 @end smallexample
5052 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
5053 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
5054 a particular pattern.  This is by far the most common case.
5056 @findex attr_flag
5057 @item (attr_flag @var{name})
5058 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
5059 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
5060 scheduled.
5062 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
5063 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
5064 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
5065 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
5066 if a conditional branch is expected to be taken.
5068 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
5069 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
5071 This example describes a conditional branch delay slot which
5072 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
5073 for backward branches which are not taken (annul-false).
5075 @smallexample
5076 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
5077   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
5078    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5079         (attr_flag "forward"))
5080    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5081         (attr_flag "backward"))])
5082 @end smallexample
5084 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
5085 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5087 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
5088 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5089 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
5090 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5092 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
5093 meaning to other passes of the compiler.
5095 @findex attr
5096 @item (attr @var{name})
5097 The value of another attribute is returned.  This is most useful
5098 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
5099 produce more efficient code for non-numeric attributes.
5100 @end table
5102 @end ifset
5103 @ifset INTERNALS
5104 @node Tagging Insns
5105 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
5106 @cindex tagging insns
5107 @cindex assigning attribute values to insns
5109 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
5110 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
5111 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
5112 have an optional last argument to specify the values of attributes for
5113 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
5114 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
5115 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
5116 permits the specification of the values for only one or two attributes
5117 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
5118 next section.
5120 The optional last argument of @code{define_insn} and
5121 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
5122 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
5123 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
5124 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
5125 second operand of the @code{set} is an attribute expression
5126 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
5128 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
5129 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
5130 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
5131 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
5132 each alternative.
5134 @findex set_attr
5135 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
5136 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
5137 specifying a string giving either a single attribute value or a list
5138 of attribute values, one for each alternative.
5140 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
5141 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
5143 @table @code
5144 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
5145 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
5146 or a string containing a comma-separated list giving the values for
5147 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
5148 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
5150 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
5151 which case the attribute will assume its default value for insns matching
5152 that alternative.
5154 @findex set_attr_alternative
5155 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
5156 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
5157 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
5158 tests on the @samp{alternative} attribute.
5160 @findex attr
5161 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
5162 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
5163 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
5164 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
5165 @end table
5167 The following shows three different ways of representing the same
5168 attribute value specification:
5170 @smallexample
5171 (set_attr "type" "load,store,arith")
5173 (set_attr_alternative "type"
5174                       [(const_string "load") (const_string "store")
5175                        (const_string "arith")])
5177 (set (attr "type")
5178      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
5179             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
5180            (const_string "arith")))
5181 @end smallexample
5183 @need 1000
5184 @findex define_asm_attributes
5185 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
5186 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
5187 statement.  It has the form:
5189 @smallexample
5190 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
5191 @end smallexample
5193 @noindent
5194 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
5195 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
5197 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
5198 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
5200 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
5201 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
5202 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
5203 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
5204 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
5205 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
5206 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
5207 of a single machine instruction.
5209 @end ifset
5210 @ifset INTERNALS
5211 @node Attr Example
5212 @subsection Example of Attribute Specifications
5213 @cindex attribute specifications example
5214 @cindex attribute specifications
5216 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
5217 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
5218 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
5219 value.  This attribute is normally used only to define the default value
5220 for other attributes.  An example will clarify this usage.
5222 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
5223 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
5224 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
5225 operations, floating point operations, and branches.
5227 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
5228 the condition code and will limit ourselves to the following possible
5229 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
5230 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
5231 changed if the item previously set into the condition code has been
5232 modified.
5234 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
5236 @smallexample
5237 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
5239 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
5240              (cond [(eq_attr "type" "load")
5241                         (const_string "change0")
5242                     (eq_attr "type" "store,branch")
5243                         (const_string "unchanged")
5244                     (eq_attr "type" "arith")
5245                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
5246                                       (const_string "set")
5247                                       (const_string "clobber"))]
5248                    (const_string "clobber")))
5250 (define_insn ""
5251   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
5252         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
5253   ""
5254   "@@
5255    move %0,%1
5256    load %0,%1
5257    store %0,%1"
5258   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
5259 @end smallexample
5261 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
5262 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
5263 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
5264 full-word result.
5266 @end ifset
5267 @ifset INTERNALS
5268 @node Insn Lengths
5269 @subsection Computing the Length of an Insn
5270 @cindex insn lengths, computing
5271 @cindex computing the length of an insn
5273 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
5274 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
5275 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
5276 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
5277 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
5278 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
5280 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
5281 arithmetic terms are allowed in test expressions:
5283 @table @code
5284 @cindex @code{match_dup} and attributes
5285 @item (match_dup @var{n})
5286 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
5287 must be a @code{label_ref}.
5289 @cindex @code{pc} and attributes
5290 @item (pc)
5291 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
5292 been more consistent with other usage to make this the address of the
5293 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
5294 current insn is to be computed.
5295 @end table
5297 @cindex @code{addr_vec}, length of
5298 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
5299 For normal insns, the length will be determined by value of the
5300 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
5301 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
5302 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
5304 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
5306 The following macros can be used to refine the length computation:
5308 @table @code
5309 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
5310 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
5311 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
5312 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
5313 that contains the initially computed length of the insn and should be
5314 updated with the correct length of the insn.
5316 This macro will normally not be required.  A case in which it is
5317 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
5318 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
5319 may be required.
5320 @end table
5322 @findex get_attr_length
5323 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
5324 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
5325 determine the form of the branch instruction to be written, as the
5326 example below illustrates.
5328 As an example of the specification of variable-length branches, consider
5329 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
5330 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
5331 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
5332 sequence to load the address from memory and then branch to it.
5334 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
5335 as follows:
5337 @smallexample
5338 (define_insn "jump"
5339   [(set (pc)
5340         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
5341   ""
5343    return (get_attr_length (insn) == 4
5344            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
5346   [(set (attr "length")
5347         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
5348                       (const_int 4)
5349                       (const_int 6)))])
5350 @end smallexample
5352 @end ifset
5353 @ifset INTERNALS
5354 @node Constant Attributes
5355 @subsection Constant Attributes
5356 @cindex constant attributes
5358 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
5359 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
5360 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
5361 used to specify which variety of processor is used.  For example,
5363 @smallexample
5364 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
5365  (const
5366   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
5367          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
5368         (const_string "m88000"))))
5370 (define_attr "memory" "fast,slow"
5371  (const
5372   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
5373                 (const_string "fast")
5374                 (const_string "slow"))))
5375 @end smallexample
5377 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
5378 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
5379 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
5380 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
5381 forms involving insn attributes.
5383 @end ifset
5384 @ifset INTERNALS
5385 @node Delay Slots
5386 @subsection Delay Slot Scheduling
5387 @cindex delay slots, defining
5389 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
5390 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
5391 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
5392 after the instruction are executed as if they were located before it.
5393 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
5394 the following instruction before the branch or call is performed.
5396 On some machines, conditional branch instructions can optionally
5397 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
5398 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
5399 instructions that annul if the branch is true and instructions that
5400 annul if the branch is false are supported.
5402 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
5403 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
5404 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
5405 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
5406 instruction scheduling.
5408 @findex define_delay
5409 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
5410 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
5412 @smallexample
5413 (define_delay @var{test}
5414               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
5415                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
5416                @dots{}])
5417 @end smallexample
5419 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
5420 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
5421 required delay slots is determined by the length of the vector specified
5422 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
5423 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
5424 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
5425 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
5426 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
5427 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
5429 For example, in the common case where branch and call insns require
5430 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
5431 call, the following would be placed in the @file{md} file:
5433 @smallexample
5434 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
5435               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5436 @end smallexample
5438 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
5439 case, each such expression specifies different delay slot requirements
5440 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
5441 expressions are both true.
5443 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
5444 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
5445 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
5446 branch is true, we might represent this as follows:
5448 @smallexample
5449 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
5450    [(eq_attr "type" "!branch,call")
5451     (eq_attr "type" "!branch,call")
5452     (nil)])
5454 (define_delay (eq_attr "type" "call")
5455               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
5456                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5457 @end smallexample
5458 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
5460 @end ifset
5461 @ifset INTERNALS
5462 @node Processor pipeline description
5463 @subsection Specifying processor pipeline description
5464 @cindex processor pipeline description
5465 @cindex processor functional units
5466 @cindex instruction latency time
5467 @cindex interlock delays
5468 @cindex data dependence delays
5469 @cindex reservation delays
5470 @cindex pipeline hazard recognizer
5471 @cindex automaton based pipeline description
5472 @cindex regular expressions
5473 @cindex deterministic finite state automaton
5474 @cindex automaton based scheduler
5475 @cindex RISC
5476 @cindex VLIW
5478 To achieve better performance, most modern processors
5479 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
5480 processors) have many @dfn{functional units} on which several
5481 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
5482 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
5483 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
5484 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
5485 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g. for some
5486 MIPS processors).
5488 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
5489 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
5490 latency time}.  The instruction execution is not started until all
5491 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
5492 complex cases when the instruction execution starts even when the data
5493 are not available but will be ready in given time after the
5494 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
5495 account is simple.  The data dependence (true, output, and
5496 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
5497 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
5498 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
5499 means that two instructions under execution will be in need of shared
5500 processors resources, i.e. buses, internal registers, and/or
5501 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
5502 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
5503 processors.
5505 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
5506 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
5507 instruction scheduler has to have an adequate description of the
5508 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  Currently GCC
5509 provides two alternative ways to describe processor parallelism,
5510 both described below.  The first method is outlined in the next section;
5511 it was once the only method provided by GCC, and thus is used in a number
5512 of exiting ports.  The second, and preferred method, specifies functional
5513 unit reservations for groups of instructions with the aid of @dfn{regular
5514 expressions}.  This is called the @dfn{automaton based description}.
5516 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
5517 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
5518 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
5519 automatically generated from the processor pipeline description.  The
5520 pipeline hazard recognizer generated from the automaton based
5521 description is more sophisticated and based on a deterministic finite
5522 state automaton (@acronym{DFA}) and therefore faster than one
5523 generated from the old description.  Furthermore, its speed is not dependent
5524 on processor complexity.  The instruction issue is possible if there is
5525 a transition from one automaton state to another one.
5527 You can use either model to describe processor pipeline
5528 characteristics or even mix them.  You could use the old description
5529 for some processor submodels and the @acronym{DFA}-based one for other
5530 processor submodels.
5532 In general, using the automaton based description is preferred.  Its
5533 model is richer and makes it possible to more accurately describe
5534 pipeline characteristics of processors, which results in improved
5535 code quality (although sometimes only marginally).  It will also be
5536 used as an infrastructure to implement sophisticated and practical
5537 instruction scheduling which will try many instruction sequences to
5538 choose the best one.
5541 @menu
5542 * Old pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
5543 * Automaton pipeline description:: Describing insn pipeline characteristics.
5544 * Comparison of the two descriptions:: Drawbacks of the old pipeline description
5545 @end menu
5547 @end ifset
5548 @ifset INTERNALS
5549 @node Old pipeline description
5550 @subsubsection Specifying Function Units
5551 @cindex old pipeline description
5552 @cindex function units, for scheduling
5554 On most @acronym{RISC} machines, there are instructions whose results
5555 are not available for a specific number of cycles.  Common cases are
5556 instructions that load data from memory.  On many machines, a pipeline
5557 stall will result if the data is referenced too soon after the load
5558 instruction.
5560 In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
5561 one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
5562 stalls when a result that is needed is not yet ready.
5564 The descriptions in this section allow the specification of how much
5565 time must elapse between the execution of an instruction and the time
5566 when its result is used.  It also allows specification of when the
5567 execution of an instruction will delay execution of similar instructions
5568 due to function unit conflicts.
5570 For the purposes of the specifications in this section, a machine is
5571 divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
5572 class of instructions in first-in-first-out order.  Function units
5573 that accept one instruction each cycle and allow a result to be used
5574 in the succeeding instruction (usually via forwarding) need not be
5575 specified.  Classic @acronym{RISC} microprocessors will normally have
5576 a single function unit, which we can call @samp{memory}.  The newer
5577 ``superscalar'' processors will often have function units for floating
5578 point operations, usually at least a floating point adder and
5579 multiplier.
5581 @findex define_function_unit
5582 Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
5583 @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
5585 @smallexample
5586 (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
5587                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
5588                      [@var{conflict-list}])
5589 @end smallexample
5591 @var{name} is a string giving the name of the function unit.
5593 @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
5594 units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
5595 be scheduled independently.  Only truly independent units should be
5596 counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
5597 only common example of a machine that has multiple function units for a
5598 single instruction class that are truly independent and not pipelined
5599 are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
5601 @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
5602 executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
5603 if the unit is pipelined and has no limit.
5605 All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
5606 @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
5607 @var{simultaneity}.
5609 @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
5610 in this definition.  Note that an insn may use more than one function
5611 unit and a function unit may be specified in more than one
5612 @code{define_function_unit}.
5614 @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5615 after which the result of the instruction can be used without
5616 introducing any stalls.
5618 @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5619 after the instruction matching the @var{test} expression begins using
5620 this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
5621 indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
5622 be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
5623 value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
5624 @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
5625 For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
5626 unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
5627 insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
5629 @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
5630 for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
5631 to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
5632 particular insn matching @var{test} that is already executing in
5633 @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
5634 conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
5635 specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
5636 function unit.
5638 Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
5639 pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
5640 where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
5642 As an example, consider a classic @acronym{RISC} machine where the
5643 result of a load instruction is not available for two cycles (a single
5644 ``delay'' instruction is required) and where only one load instruction
5645 can be executed simultaneously.  This would be specified as:
5647 @smallexample
5648 (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
5649 @end smallexample
5651 For the case of a floating point function unit that can pipeline either
5652 single or double precision, but not both, the following could be specified:
5654 @smallexample
5655 (define_function_unit
5656    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
5657 (define_function_unit
5658    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
5659 @end smallexample
5661 @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
5662 and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
5663 expression.  It has recently come to our attention that these
5664 specifications may not allow modeling of some of the newer
5665 ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
5666 units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
5667 used during their execution and there is no way of representing that
5668 conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
5669 in such processors and suggestions for their representation.
5671 @end ifset
5672 @ifset INTERNALS
5673 @node Automaton pipeline description
5674 @subsubsection Describing instruction pipeline characteristics
5675 @cindex automaton based pipeline description
5677 This section describes constructions of the automaton based processor
5678 pipeline description.  The order of constructions within the machine
5679 description file is not important.
5681 @findex define_automaton
5682 @cindex pipeline hazard recognizer
5683 The following optional construction describes names of automata
5684 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
5685 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
5686 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
5687 units to the automata, the total size of the automata is usually
5688 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
5689 construction, only one finite state automaton is generated.
5691 @smallexample
5692 (define_automaton @var{automata-names})
5693 @end smallexample
5695 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
5696 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
5697 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
5698 @code{define_query_cpu_unit}.
5700 @findex define_cpu_unit
5701 @cindex processor functional units
5702 Each processor functional unit used in the description of instruction
5703 reservations should be described by the following construction.
5705 @smallexample
5706 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5707 @end smallexample
5709 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
5710 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
5711 for other goals.
5713 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5714 which the unit is bound.  The automaton should be described in
5715 construction @code{define_automaton}.  You should give
5716 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
5718 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
5719 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
5720 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
5721 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
5722 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
5723 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
5724 description of the subsequent constructions.
5726 @findex define_query_cpu_unit
5727 @cindex querying function unit reservations
5728 The following construction describes CPU functional units analogously
5729 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
5730 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
5731 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
5732 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
5733 be used for future code generation goals (e.g. to generate
5734 @acronym{VLIW} insn templates).
5736 @smallexample
5737 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5738 @end smallexample
5740 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
5741 separated by commas.
5743 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5744 which the unit is bound.
5746 @findex define_insn_reservation
5747 @cindex instruction latency time
5748 @cindex regular expressions
5749 @cindex data bypass
5750 The following construction is the major one to describe pipeline
5751 characteristics of an instruction.
5753 @smallexample
5754 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
5755                          @var{condition} @var{regexp})
5756 @end smallexample
5758 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
5759 instruction.  There is an important difference between the old
5760 description and the automaton based pipeline description.  The latency
5761 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
5762 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
5763 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
5764 zero and the cost of output dependencies is the difference between
5765 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
5766 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
5767 change the default costs for any description by using the target hook
5768 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
5770 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
5771 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
5772 the automaton description file generated for debugging.  The internal
5773 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
5774 good practice to use insn classes described in the processor manual.
5776 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
5777 construction.  You should remember that you will be in trouble if
5778 @var{condition} for two or more different
5779 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
5780 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
5781 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
5782 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
5783 the same value is quite difficult (especially if the conditions
5784 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
5785 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
5786 recognizer considerably.
5788 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
5789 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
5790 expression according to the following syntax:
5792 @smallexample
5793        regexp = regexp "," oneof
5794               | oneof
5796        oneof = oneof "|" allof
5797              | allof
5799        allof = allof "+" repeat
5800              | repeat
5802        repeat = element "*" number
5803               | element
5805        element = cpu_function_unit_name
5806                | reservation_name
5807                | result_name
5808                | "nothing"
5809                | "(" regexp ")"
5810 @end smallexample
5812 @itemize @bullet
5813 @item
5814 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
5815 the reservation.
5817 @item
5818 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
5819 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
5820 regular expression @strong{or} etc.
5822 @item
5823 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
5824 regular expression @strong{and} a reservation described by the
5825 second regular expression @strong{and} etc.
5827 @item
5828 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
5829 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
5830 advancing (see @samp{,}).
5832 @item
5833 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
5834 functional unit.
5836 @item
5837 @samp{reservation_name} --- see description of construction
5838 @samp{define_reservation}.
5840 @item
5841 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
5842 @end itemize
5844 @findex define_reservation
5845 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
5846 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
5847 the common part by the following construction
5849 @smallexample
5850 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
5851 @end smallexample
5853 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
5854 Functional unit names and reservation names are in the same name
5855 space.  So the reservation names should be different from the
5856 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
5858 @findex define_bypass
5859 @cindex instruction latency time
5860 @cindex data bypass
5861 The following construction is used to describe exceptions in the
5862 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
5864 @smallexample
5865 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
5866                [@var{guard}])
5867 @end smallexample
5869 @var{number} defines when the result generated by the instructions
5870 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
5871 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
5872 the string are separated by commas.
5874 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
5875 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
5876 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
5877 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
5878 recognize complicated bypasses, e.g. when the consumer is only an address
5879 of insn @samp{store} (not a stored value).
5881 @findex exclusion_set
5882 @findex presence_set
5883 @findex final_presence_set
5884 @findex absence_set
5885 @findex final_absence_set
5886 @cindex VLIW
5887 @cindex RISC
5888 The following five constructions are usually used to describe
5889 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
5890 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
5891 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
5893 @smallexample
5894 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
5895 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5896 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5897 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5898 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5899 @end smallexample
5901 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
5902 separated by commas.
5904 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
5905 separated by comma.  Currently pattern is is one unit or units
5906 separated by white-spaces.
5908 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
5909 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
5910 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
5911 example, the construction is useful for describing processors
5912 (e.g. some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
5913 functional unit which can execute simultaneously only single floating
5914 point insns or only double floating point insns.
5916 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
5917 functional unit in the first string can not be reserved unless at
5918 least one of pattern of units whose names are in the second string is
5919 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
5920 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
5921 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
5922 construction
5924 @smallexample
5925 (presence_set "slot1" "slot0")
5926 @end smallexample
5928 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
5929 reservation.  In this case we could write
5931 @smallexample
5932 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
5933 @end smallexample
5935 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
5936 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
5937 done.  When an instruction is issued in given automaton state
5938 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
5939 state is changed.  The first state is a source state, the second one
5940 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
5941 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
5942 done on the result reservation.  This construction is useful to
5943 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
5944 For example, if we use
5946 @smallexample
5947 (presence_set "slot1" "slot0")
5948 @end smallexample
5950 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
5951 @samp{slot0} which is absent in the source state).
5953 @smallexample
5954 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
5955 @end smallexample
5957 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
5959 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
5960 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
5961 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
5962 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
5963 this one but it is symmetric).  For example, it is useful for
5964 description that @acronym{VLIW} @samp{slot0} can not be reserved after
5965 @samp{slot1} or @samp{slot2} reservation.  We could describe it by the
5966 following construction
5968 @smallexample
5969 (absence_set "slot2" "slot0, slot1")
5970 @end smallexample
5972 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
5973 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
5974 this case we could write
5976 @smallexample
5977 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
5978 @end smallexample
5980 All functional units mentioned in a set should belong to the same
5981 automaton.
5983 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
5984 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
5985 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
5987 @findex automata_option
5988 @cindex deterministic finite state automaton
5989 @cindex nondeterministic finite state automaton
5990 @cindex finite state automaton minimization
5991 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
5992 the following construction.
5994 @smallexample
5995 (automata_option @var{options})
5996 @end smallexample
5998 @var{options} is a string giving options which affect the generated
5999 code.  Currently there are the following options:
6001 @itemize @bullet
6002 @item
6003 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
6004 only worth to do when we are debugging the description and need to
6005 look more accurately at reservations of states.
6007 @item
6008 @dfn{time} means printing additional time statistics about
6009 generation of automata.
6011 @item
6012 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
6013 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
6014 verification and debugging.
6016 @item
6017 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
6018 non-critical errors.
6020 @item
6021 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
6022 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
6023 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
6024 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
6025 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
6026 may be rejected by reservations in the subsequent insns.  You can not
6027 query functional unit reservations in nondeterministic automaton
6028 states.
6030 @item
6031 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
6032 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
6033 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
6034 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
6035 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
6036 huge automaton.
6037 @end itemize
6039 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
6040 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
6041 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
6042 the following functional units.
6044 @smallexample
6045 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
6046 (define_cpu_unit "port0, port1")
6047 @end smallexample
6049 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
6050 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
6051 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
6052 are issued into the second pipeline.  Integer division and
6053 multiplication insns can be executed only in the second integer
6054 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
6055 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e. the subsequent
6056 integer division insn can not be issued until the current division
6057 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
6058 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
6059 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
6060 incurred.  To describe all of this we could specify
6062 @smallexample
6063 (define_cpu_unit "div")
6065 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
6066                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
6068 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
6069                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
6071 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
6072                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
6074 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
6075                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
6077 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
6078 @end smallexample
6080 To simplify the description we could describe the following reservation
6082 @smallexample
6083 (define_reservation "finish" "port0|port1")
6084 @end smallexample
6086 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
6087 construction
6089 @smallexample
6090 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
6091                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
6092 @end smallexample
6095 @end ifset
6096 @ifset INTERNALS
6097 @node Comparison of the two descriptions
6098 @subsubsection Drawbacks of the old pipeline description
6099 @cindex old pipeline description
6100 @cindex automaton based pipeline description
6101 @cindex processor functional units
6102 @cindex interlock delays
6103 @cindex instruction latency time
6104 @cindex pipeline hazard recognizer
6105 @cindex data bypass
6107 The old instruction level parallelism description and the pipeline
6108 hazards recognizer based on it have the following drawbacks in
6109 comparison with the @acronym{DFA}-based ones:
6111 @itemize @bullet
6112 @item
6113 Each functional unit is believed to be reserved at the instruction
6114 execution start.  This is a very inaccurate model for modern
6115 processors.
6117 @item
6118 An inadequate description of instruction latency times.  The latency
6119 time is bound with a functional unit reserved by an instruction not
6120 with the instruction itself.  In other words, the description is
6121 oriented to describe at most one unit reservation by each instruction.
6122 It also does not permit to describe special bypasses between
6123 instruction pairs.
6125 @item
6126 The implementation of the pipeline hazard recognizer interface has
6127 constraints on number of functional units.  This is a number of bits
6128 in integer on the host machine.
6130 @item
6131 The interface to the pipeline hazard recognizer is more complex than
6132 one to the automaton based pipeline recognizer.
6134 @item
6135 An unnatural description when you write a unit and a condition which
6136 selects instructions using the unit.  Writing all unit reservations
6137 for an instruction (an instruction class) is more natural.
6139 @item
6140 The recognition of the interlock delays has a slow implementation.  The GCC
6141 scheduler supports structures which describe the unit reservations.
6142 The more functional units a processor has, the slower its pipeline hazard
6143 recognizer will be.  Such an implementation would become even slower when we
6144 allowed to
6145 reserve functional units not only at the instruction execution start.
6146 In an automaton based pipeline hazard recognizer, speed is not dependent
6147 on processor complexity.
6148 @end itemize
6150 @end ifset
6151 @ifset INTERNALS
6152 @node Conditional Execution
6153 @section Conditional Execution
6154 @cindex conditional execution
6155 @cindex predication
6157 A number of architectures provide for some form of conditional
6158 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
6159 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
6160 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
6161 can be quite tedious to describe these forms directly in the
6162 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
6164 @findex define_cond_exec
6165 @smallexample
6166 (define_cond_exec
6167   [@var{predicate-pattern}]
6168   "@var{condition}"
6169   "@var{output-template}")
6170 @end smallexample
6172 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
6173 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
6174 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
6175 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
6176 alternative.
6178 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
6179 pattern to match.
6181 @findex current_insn_predicate
6182 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
6183 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
6184 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
6185 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
6186 In order to handle the general case, there is a global variable
6187 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
6188 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
6190 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
6191 the @code{predicable} instruction attribute is made.
6192 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
6193 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
6194 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
6195 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
6196 alternative or anything else.
6198 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
6199 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
6200 generated that matches a predicated version of the instruction.
6201 For example,
6203 @smallexample
6204 (define_insn "addsi"
6205   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6206         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6207                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
6208   "@var{test1}"
6209   "add %2,%1,%0")
6211 (define_cond_exec
6212   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
6213        (const_int 0))]
6214   "@var{test2}"
6215   "(%0)")
6216 @end smallexample
6218 @noindent
6219 generates a new pattern
6221 @smallexample
6222 (define_insn ""
6223   [(cond_exec
6224      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
6225      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6226           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6227                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
6228   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
6229   "(%3) add %2,%1,%0")
6230 @end smallexample
6232 @end ifset
6233 @ifset INTERNALS
6234 @node Constant Definitions
6235 @section Constant Definitions
6236 @cindex constant definitions
6237 @findex define_constants
6239 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
6240 can be a maintenance problem.
6242 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
6243 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
6244 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
6245 if the corresponding value had been written instead.  You may use
6246 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
6247 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
6248 a different value.
6250 To come back to the a29k load multiple example, instead of
6252 @smallexample
6253 (define_insn ""
6254   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6255      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6256            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6257       (use (reg:SI 179))
6258       (clobber (reg:SI 179))])]
6259   ""
6260   "loadm 0,0,%1,%2")
6261 @end smallexample
6263 You could write:
6265 @smallexample
6266 (define_constants [
6267     (R_BP 177)
6268     (R_FC 178)
6269     (R_CR 179)
6270     (R_Q  180)
6273 (define_insn ""
6274   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6275      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6276            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6277       (use (reg:SI R_CR))
6278       (clobber (reg:SI R_CR))])]
6279   ""
6280   "loadm 0,0,%1,%2")
6281 @end smallexample
6283 The constants that are defined with a define_constant are also output
6284 in the insn-codes.h header file as #defines.
6285 @end ifset