Merge tag 'v9.0.0-rc3'
[qemu/ar7.git] / docs / devel / tcg-ops.rst
blobd46b625e0e89d5ed2623385dcc8eebffde542359
1 .. _tcg-ops-ref:
3 *******************************
4 TCG Intermediate Representation
5 *******************************
7 Introduction
8 ============
10 TCG (Tiny Code Generator) began as a generic backend for a C compiler.
11 It was simplified to be used in QEMU.  It also has its roots in the
12 QOP code generator written by Paul Brook.
14 Definitions
15 ===========
17 The TCG *target* is the architecture for which we generate the code.
18 It is of course not the same as the "target" of QEMU which is the
19 emulated architecture.  As TCG started as a generic C backend used
20 for cross compiling, the assumption was that TCG target might be
21 different from the host, although this is never the case for QEMU.
23 In this document, we use *guest* to specify what architecture we are
24 emulating; *target* always means the TCG target, the machine on which
25 we are running QEMU.
27 An operation with *undefined behavior* may result in a crash.
29 An operation with *unspecified behavior* shall not crash.  However,
30 the result may be one of several possibilities so may be considered
31 an *undefined result*.
33 Basic Blocks
34 ============
36 A TCG *basic block* is a single entry, multiple exit region which
37 corresponds to a list of instructions terminated by a label, or
38 any branch instruction.
40 A TCG *extended basic block* is a single entry, multiple exit region
41 which corresponds to a list of instructions terminated by a label or
42 an unconditional branch.  Specifically, an extended basic block is
43 a sequence of basic blocks connected by the fall-through paths of
44 zero or more conditional branch instructions.
46 Operations
47 ==========
49 TCG instructions or *ops* operate on TCG *variables*, both of which
50 are strongly typed.  Each instruction has a fixed number of output
51 variable operands, input variable operands and constant operands.
52 Vector instructions have a field specifying the element size within
53 the vector.  The notable exception is the call instruction which has
54 a variable number of outputs and inputs.
56 In the textual form, output operands usually come first, followed by
57 input operands, followed by constant operands. The output type is
58 included in the instruction name. Constants are prefixed with a '$'.
60 .. code-block:: none
62    add_i32 t0, t1, t2    /* (t0 <- t1 + t2) */
64 Variables
65 =========
67 * ``TEMP_FIXED``
69   There is one TCG *fixed global* variable, ``cpu_env``, which is
70   live in all translation blocks, and holds a pointer to ``CPUArchState``.
71   This variable is held in a host cpu register at all times in all
72   translation blocks.
74 * ``TEMP_GLOBAL``
76   A TCG *global* is a variable which is live in all translation blocks,
77   and corresponds to memory location that is within ``CPUArchState``.
78   These may be specified as an offset from ``cpu_env``, in which case
79   they are called *direct globals*, or may be specified as an offset
80   from a direct global, in which case they are called *indirect globals*.
81   Even indirect globals should still reference memory within
82   ``CPUArchState``.  All TCG globals are defined during
83   ``TCGCPUOps.initialize``, before any translation blocks are generated.
85 * ``TEMP_CONST``
87   A TCG *constant* is a variable which is live throughout the entire
88   translation block, and contains a constant value.  These variables
89   are allocated on demand during translation and are hashed so that
90   there is exactly one variable holding a given value.
92 * ``TEMP_TB``
94   A TCG *translation block temporary* is a variable which is live
95   throughout the entire translation block, but dies on any exit.
96   These temporaries are allocated explicitly during translation.
98 * ``TEMP_EBB``
100   A TCG *extended basic block temporary* is a variable which is live
101   throughout an extended basic block, but dies on any exit.
102   These temporaries are allocated explicitly during translation.
104 Types
105 =====
107 * ``TCG_TYPE_I32``
109   A 32-bit integer.
111 * ``TCG_TYPE_I64``
113   A 64-bit integer.  For 32-bit hosts, such variables are split into a pair
114   of variables with ``type=TCG_TYPE_I32`` and ``base_type=TCG_TYPE_I64``.
115   The ``temp_subindex`` for each indicates where it falls within the
116   host-endian representation.
118 * ``TCG_TYPE_PTR``
120   An alias for ``TCG_TYPE_I32`` or ``TCG_TYPE_I64``, depending on the size
121   of a pointer for the host.
123 * ``TCG_TYPE_REG``
125   An alias for ``TCG_TYPE_I32`` or ``TCG_TYPE_I64``, depending on the size
126   of the integer registers for the host.  This may be larger
127   than ``TCG_TYPE_PTR`` depending on the host ABI.
129 * ``TCG_TYPE_I128``
131   A 128-bit integer.  For all hosts, such variables are split into a number
132   of variables with ``type=TCG_TYPE_REG`` and ``base_type=TCG_TYPE_I128``.
133   The ``temp_subindex`` for each indicates where it falls within the
134   host-endian representation.
136 * ``TCG_TYPE_V64``
138   A 64-bit vector.  This type is valid only if the TCG target
139   sets ``TCG_TARGET_HAS_v64``.
141 * ``TCG_TYPE_V128``
143   A 128-bit vector.  This type is valid only if the TCG target
144   sets ``TCG_TARGET_HAS_v128``.
146 * ``TCG_TYPE_V256``
148   A 256-bit vector.  This type is valid only if the TCG target
149   sets ``TCG_TARGET_HAS_v256``.
151 Helpers
152 =======
154 Helpers are registered in a guest-specific ``helper.h``,
155 which is processed to generate ``tcg_gen_helper_*`` functions.
156 With these functions it is possible to call a function taking
157 i32, i64, i128 or pointer types.
159 By default, before calling a helper, all globals are stored at their
160 canonical location.  By default, the helper is allowed to modify the
161 CPU state (including the state represented by tcg globals)
162 or may raise an exception.  This default can be overridden using the
163 following function modifiers:
165 * ``TCG_CALL_NO_WRITE_GLOBALS``
167   The helper does not modify any globals, but may read them.
168   Globals will be saved to their canonical location before calling helpers,
169   but need not be reloaded afterwards.
171 * ``TCG_CALL_NO_READ_GLOBALS``
173   The helper does not read globals, either directly or via an exception.
174   They will not be saved to their canonical locations before calling
175   the helper.  This implies ``TCG_CALL_NO_WRITE_GLOBALS``.
177 * ``TCG_CALL_NO_SIDE_EFFECTS``
179   The call to the helper function may be removed if the return value is
180   not used.  This means that it may not modify any CPU state nor may it
181   raise an exception.
183 Code Optimizations
184 ==================
186 When generating instructions, you can count on at least the following
187 optimizations:
189 - Single instructions are simplified, e.g.
191   .. code-block:: none
193      and_i32 t0, t0, $0xffffffff
195   is suppressed.
197 - A liveness analysis is done at the basic block level. The
198   information is used to suppress moves from a dead variable to
199   another one. It is also used to remove instructions which compute
200   dead results. The later is especially useful for condition code
201   optimization in QEMU.
203   In the following example:
205   .. code-block:: none
207      add_i32 t0, t1, t2
208      add_i32 t0, t0, $1
209      mov_i32 t0, $1
211   only the last instruction is kept.
214 Instruction Reference
215 =====================
217 Function call
218 -------------
220 .. list-table::
222    * - call *<ret>* *<params>* ptr
224      - |  call function 'ptr' (pointer type)
225        |
226        |  *<ret>* optional 32 bit or 64 bit return value
227        |  *<params>* optional 32 bit or 64 bit parameters
229 Jumps/Labels
230 ------------
232 .. list-table::
234    * - set_label $label
236      - | Define label 'label' at the current program point.
238    * - br $label
240      - | Jump to label.
242    * - brcond_i32/i64 *t0*, *t1*, *cond*, *label*
244      - | Conditional jump if *t0* *cond* *t1* is true. *cond* can be:
245        |
246        |   ``TCG_COND_EQ``
247        |   ``TCG_COND_NE``
248        |   ``TCG_COND_LT /* signed */``
249        |   ``TCG_COND_GE /* signed */``
250        |   ``TCG_COND_LE /* signed */``
251        |   ``TCG_COND_GT /* signed */``
252        |   ``TCG_COND_LTU /* unsigned */``
253        |   ``TCG_COND_GEU /* unsigned */``
254        |   ``TCG_COND_LEU /* unsigned */``
255        |   ``TCG_COND_GTU /* unsigned */``
256        |   ``TCG_COND_TSTEQ /* t1 & t2 == 0 */``
257        |   ``TCG_COND_TSTNE /* t1 & t2 != 0 */``
259 Arithmetic
260 ----------
262 .. list-table::
264    * - add_i32/i64 *t0*, *t1*, *t2*
266      - | *t0* = *t1* + *t2*
268    * - sub_i32/i64 *t0*, *t1*, *t2*
270      - | *t0* = *t1* - *t2*
272    * - neg_i32/i64 *t0*, *t1*
274      - | *t0* = -*t1* (two's complement)
276    * - mul_i32/i64 *t0*, *t1*, *t2*
278      - | *t0* = *t1* * *t2*
280    * - div_i32/i64 *t0*, *t1*, *t2*
282      - | *t0* = *t1* / *t2* (signed)
283        | Undefined behavior if division by zero or overflow.
285    * - divu_i32/i64 *t0*, *t1*, *t2*
287      - | *t0* = *t1* / *t2* (unsigned)
288        | Undefined behavior if division by zero.
290    * - rem_i32/i64 *t0*, *t1*, *t2*
292      - | *t0* = *t1* % *t2* (signed)
293        | Undefined behavior if division by zero or overflow.
295    * - remu_i32/i64 *t0*, *t1*, *t2*
297      - | *t0* = *t1* % *t2* (unsigned)
298        | Undefined behavior if division by zero.
301 Logical
302 -------
304 .. list-table::
306    * - and_i32/i64 *t0*, *t1*, *t2*
308      - | *t0* = *t1* & *t2*
310    * - or_i32/i64 *t0*, *t1*, *t2*
312      - | *t0* = *t1* | *t2*
314    * - xor_i32/i64 *t0*, *t1*, *t2*
316      - | *t0* = *t1* ^ *t2*
318    * - not_i32/i64 *t0*, *t1*
320      - | *t0* = ~\ *t1*
322    * - andc_i32/i64 *t0*, *t1*, *t2*
324      - | *t0* = *t1* & ~\ *t2*
326    * - eqv_i32/i64 *t0*, *t1*, *t2*
328      - | *t0* = ~(*t1* ^ *t2*), or equivalently, *t0* = *t1* ^ ~\ *t2*
330    * - nand_i32/i64 *t0*, *t1*, *t2*
332      - | *t0* = ~(*t1* & *t2*)
334    * - nor_i32/i64 *t0*, *t1*, *t2*
336      - | *t0* = ~(*t1* | *t2*)
338    * - orc_i32/i64 *t0*, *t1*, *t2*
340      - | *t0* = *t1* | ~\ *t2*
342    * - clz_i32/i64 *t0*, *t1*, *t2*
344      - | *t0* = *t1* ? clz(*t1*) : *t2*
346    * - ctz_i32/i64 *t0*, *t1*, *t2*
348      - | *t0* = *t1* ? ctz(*t1*) : *t2*
350    * - ctpop_i32/i64 *t0*, *t1*
352      - | *t0* = number of bits set in *t1*
353        |
354        | With *ctpop* short for "count population", matching
355        | the function name used in ``include/qemu/host-utils.h``.
358 Shifts/Rotates
359 --------------
361 .. list-table::
363    * - shl_i32/i64 *t0*, *t1*, *t2*
365      - | *t0* = *t1* << *t2*
366        | Unspecified behavior if *t2* < 0 or *t2* >= 32 (resp 64)
368    * - shr_i32/i64 *t0*, *t1*, *t2*
370      - | *t0* = *t1* >> *t2* (unsigned)
371        | Unspecified behavior if *t2* < 0 or *t2* >= 32 (resp 64)
373    * - sar_i32/i64 *t0*, *t1*, *t2*
375      - | *t0* = *t1* >> *t2* (signed)
376        | Unspecified behavior if *t2* < 0 or *t2* >= 32 (resp 64)
378    * - rotl_i32/i64 *t0*, *t1*, *t2*
380      - | Rotation of *t2* bits to the left
381        | Unspecified behavior if *t2* < 0 or *t2* >= 32 (resp 64)
383    * - rotr_i32/i64 *t0*, *t1*, *t2*
385      - | Rotation of *t2* bits to the right.
386        | Unspecified behavior if *t2* < 0 or *t2* >= 32 (resp 64)
389 Misc
390 ----
392 .. list-table::
394    * - mov_i32/i64 *t0*, *t1*
396      - | *t0* = *t1*
397        | Move *t1* to *t0* (both operands must have the same type).
399    * - ext8s_i32/i64 *t0*, *t1*
401        ext8u_i32/i64 *t0*, *t1*
403        ext16s_i32/i64 *t0*, *t1*
405        ext16u_i32/i64 *t0*, *t1*
407        ext32s_i64 *t0*, *t1*
409        ext32u_i64 *t0*, *t1*
411      - | 8, 16 or 32 bit sign/zero extension (both operands must have the same type)
413    * - bswap16_i32/i64 *t0*, *t1*, *flags*
415      - | 16 bit byte swap on the low bits of a 32/64 bit input.
416        |
417        | If *flags* & ``TCG_BSWAP_IZ``, then *t1* is known to be zero-extended from bit 15.
418        | If *flags* & ``TCG_BSWAP_OZ``, then *t0* will be zero-extended from bit 15.
419        | If *flags* & ``TCG_BSWAP_OS``, then *t0* will be sign-extended from bit 15.
420        |
421        | If neither ``TCG_BSWAP_OZ`` nor ``TCG_BSWAP_OS`` are set, then the bits of *t0* above bit 15 may contain any value.
423    * - bswap32_i64 *t0*, *t1*, *flags*
425      - | 32 bit byte swap on a 64-bit value.  The flags are the same as for bswap16,
426          except they apply from bit 31 instead of bit 15.
428    * - bswap32_i32 *t0*, *t1*, *flags*
430        bswap64_i64 *t0*, *t1*, *flags*
432      - | 32/64 bit byte swap. The flags are ignored, but still present
433          for consistency with the other bswap opcodes.
435    * - discard_i32/i64 *t0*
437      - | Indicate that the value of *t0* won't be used later. It is useful to
438          force dead code elimination.
440    * - deposit_i32/i64 *dest*, *t1*, *t2*, *pos*, *len*
442      - | Deposit *t2* as a bitfield into *t1*, placing the result in *dest*.
443        |
444        | The bitfield is described by *pos*/*len*, which are immediate values:
445        |
446        |     *len* - the length of the bitfield
447        |     *pos* - the position of the first bit, counting from the LSB
448        |
449        | For example, "deposit_i32 dest, t1, t2, 8, 4" indicates a 4-bit field
450          at bit 8. This operation would be equivalent to
451        |
452        |     *dest* = (*t1* & ~0x0f00) | ((*t2* << 8) & 0x0f00)
454    * - extract_i32/i64 *dest*, *t1*, *pos*, *len*
456        sextract_i32/i64 *dest*, *t1*, *pos*, *len*
458      - | Extract a bitfield from *t1*, placing the result in *dest*.
459        |
460        | The bitfield is described by *pos*/*len*, which are immediate values,
461          as above for deposit.  For extract_*, the result will be extended
462          to the left with zeros; for sextract_*, the result will be extended
463          to the left with copies of the bitfield sign bit at *pos* + *len* - 1.
464        |
465        | For example, "sextract_i32 dest, t1, 8, 4" indicates a 4-bit field
466          at bit 8. This operation would be equivalent to
467        |
468        |    *dest* = (*t1* << 20) >> 28
469        |
470        | (using an arithmetic right shift).
472    * - extract2_i32/i64 *dest*, *t1*, *t2*, *pos*
474      - | For N = {32,64}, extract an N-bit quantity from the concatenation
475          of *t2*:*t1*, beginning at *pos*. The tcg_gen_extract2_{i32,i64} expander
476          accepts 0 <= *pos* <= N as inputs. The backend code generator will
477          not see either 0 or N as inputs for these opcodes.
479    * - extrl_i64_i32 *t0*, *t1*
481      - | For 64-bit hosts only, extract the low 32-bits of input *t1* and place it
482          into 32-bit output *t0*.  Depending on the host, this may be a simple move,
483          or may require additional canonicalization.
485    * - extrh_i64_i32 *t0*, *t1*
487      - | For 64-bit hosts only, extract the high 32-bits of input *t1* and place it
488          into 32-bit output *t0*.  Depending on the host, this may be a simple shift,
489          or may require additional canonicalization.
492 Conditional moves
493 -----------------
495 .. list-table::
497    * - setcond_i32/i64 *dest*, *t1*, *t2*, *cond*
499      - | *dest* = (*t1* *cond* *t2*)
500        |
501        | Set *dest* to 1 if (*t1* *cond* *t2*) is true, otherwise set to 0.
503    * - negsetcond_i32/i64 *dest*, *t1*, *t2*, *cond*
505      - | *dest* = -(*t1* *cond* *t2*)
506        |
507        | Set *dest* to -1 if (*t1* *cond* *t2*) is true, otherwise set to 0.
509    * - movcond_i32/i64 *dest*, *c1*, *c2*, *v1*, *v2*, *cond*
511      - | *dest* = (*c1* *cond* *c2* ? *v1* : *v2*)
512        |
513        | Set *dest* to *v1* if (*c1* *cond* *c2*) is true, otherwise set to *v2*.
516 Type conversions
517 ----------------
519 .. list-table::
521    * - ext_i32_i64 *t0*, *t1*
523      - | Convert *t1* (32 bit) to *t0* (64 bit) and does sign extension
525    * - extu_i32_i64 *t0*, *t1*
527      - | Convert *t1* (32 bit) to *t0* (64 bit) and does zero extension
529    * - trunc_i64_i32 *t0*, *t1*
531      - | Truncate *t1* (64 bit) to *t0* (32 bit)
533    * - concat_i32_i64 *t0*, *t1*, *t2*
535      - | Construct *t0* (64-bit) taking the low half from *t1* (32 bit) and the high half
536          from *t2* (32 bit).
538    * - concat32_i64 *t0*, *t1*, *t2*
540      - | Construct *t0* (64-bit) taking the low half from *t1* (64 bit) and the high half
541          from *t2* (64 bit).
544 Load/Store
545 ----------
547 .. list-table::
549    * - ld_i32/i64 *t0*, *t1*, *offset*
551        ld8s_i32/i64 *t0*, *t1*, *offset*
553        ld8u_i32/i64 *t0*, *t1*, *offset*
555        ld16s_i32/i64 *t0*, *t1*, *offset*
557        ld16u_i32/i64 *t0*, *t1*, *offset*
559        ld32s_i64 t0, *t1*, *offset*
561        ld32u_i64 t0, *t1*, *offset*
563      - | *t0* = read(*t1* + *offset*)
564        |
565        | Load 8, 16, 32 or 64 bits with or without sign extension from host memory.
566          *offset* must be a constant.
568    * - st_i32/i64 *t0*, *t1*, *offset*
570        st8_i32/i64 *t0*, *t1*, *offset*
572        st16_i32/i64 *t0*, *t1*, *offset*
574        st32_i64 *t0*, *t1*, *offset*
576      - | write(*t0*, *t1* + *offset*)
577        |
578        | Write 8, 16, 32 or 64 bits to host memory.
580 All this opcodes assume that the pointed host memory doesn't correspond
581 to a global. In the latter case the behaviour is unpredictable.
584 Multiword arithmetic support
585 ----------------------------
587 .. list-table::
589    * - add2_i32/i64 *t0_low*, *t0_high*, *t1_low*, *t1_high*, *t2_low*, *t2_high*
591        sub2_i32/i64 *t0_low*, *t0_high*, *t1_low*, *t1_high*, *t2_low*, *t2_high*
593      - | Similar to add/sub, except that the double-word inputs *t1* and *t2* are
594          formed from two single-word arguments, and the double-word output *t0*
595          is returned in two single-word outputs.
597    * - mulu2_i32/i64 *t0_low*, *t0_high*, *t1*, *t2*
599      - | Similar to mul, except two unsigned inputs *t1* and *t2* yielding the full
600          double-word product *t0*. The latter is returned in two single-word outputs.
602    * - muls2_i32/i64 *t0_low*, *t0_high*, *t1*, *t2*
604      - | Similar to mulu2, except the two inputs *t1* and *t2* are signed.
606    * - mulsh_i32/i64 *t0*, *t1*, *t2*
608        muluh_i32/i64 *t0*, *t1*, *t2*
610      - | Provide the high part of a signed or unsigned multiply, respectively.
611        |
612        | If mulu2/muls2 are not provided by the backend, the tcg-op generator
613          can obtain the same results by emitting a pair of opcodes, mul + muluh/mulsh.
616 Memory Barrier support
617 ----------------------
619 .. list-table::
621    * - mb *<$arg>*
623      - | Generate a target memory barrier instruction to ensure memory ordering
624          as being  enforced by a corresponding guest memory barrier instruction.
625        |
626        | The ordering enforced by the backend may be stricter than the ordering
627          required by the guest. It cannot be weaker. This opcode takes a constant
628          argument which is required to generate the appropriate barrier
629          instruction. The backend should take care to emit the target barrier
630          instruction only when necessary i.e., for SMP guests and when MTTCG is
631          enabled.
632        |
633        | The guest translators should generate this opcode for all guest instructions
634          which have ordering side effects.
635        |
636        | Please see :ref:`atomics-ref` for more information on memory barriers.
639 64-bit guest on 32-bit host support
640 -----------------------------------
642 The following opcodes are internal to TCG.  Thus they are to be implemented by
643 32-bit host code generators, but are not to be emitted by guest translators.
644 They are emitted as needed by inline functions within ``tcg-op.h``.
646 .. list-table::
648    * - brcond2_i32 *t0_low*, *t0_high*, *t1_low*, *t1_high*, *cond*, *label*
650      - | Similar to brcond, except that the 64-bit values *t0* and *t1*
651          are formed from two 32-bit arguments.
653    * - setcond2_i32 *dest*, *t1_low*, *t1_high*, *t2_low*, *t2_high*, *cond*
655      - | Similar to setcond, except that the 64-bit values *t1* and *t2* are
656          formed from two 32-bit arguments. The result is a 32-bit value.
659 QEMU specific operations
660 ------------------------
662 .. list-table::
664    * - exit_tb *t0*
666      - | Exit the current TB and return the value *t0* (word type).
668    * - goto_tb *index*
670      - | Exit the current TB and jump to the TB index *index* (constant) if the
671          current TB was linked to this TB. Otherwise execute the next
672          instructions. Only indices 0 and 1 are valid and tcg_gen_goto_tb may be issued
673          at most once with each slot index per TB.
675    * - lookup_and_goto_ptr *tb_addr*
677      - | Look up a TB address *tb_addr* and jump to it if valid. If not valid,
678          jump to the TCG epilogue to go back to the exec loop.
679        |
680        | This operation is optional. If the TCG backend does not implement the
681          goto_ptr opcode, emitting this op is equivalent to emitting exit_tb(0).
683    * - qemu_ld_i32/i64/i128 *t0*, *t1*, *flags*, *memidx*
685        qemu_st_i32/i64/i128 *t0*, *t1*, *flags*, *memidx*
687        qemu_st8_i32 *t0*, *t1*, *flags*, *memidx*
689      - | Load data at the guest address *t1* into *t0*, or store data in *t0* at guest
690          address *t1*.  The _i32/_i64/_i128 size applies to the size of the input/output
691          register *t0* only.  The address *t1* is always sized according to the guest,
692          and the width of the memory operation is controlled by *flags*.
693        |
694        | Both *t0* and *t1* may be split into little-endian ordered pairs of registers
695          if dealing with 64-bit quantities on a 32-bit host, or 128-bit quantities on
696          a 64-bit host.
697        |
698        | The *memidx* selects the qemu tlb index to use (e.g. user or kernel access).
699          The flags are the MemOp bits, selecting the sign, width, and endianness
700          of the memory access.
701        |
702        | For a 32-bit host, qemu_ld/st_i64 is guaranteed to only be used with a
703          64-bit memory access specified in *flags*.
704        |
705        | For qemu_ld/st_i128, these are only supported for a 64-bit host.
706        |
707        | For i386, qemu_st8_i32 is exactly like qemu_st_i32, except the size of
708          the memory operation is known to be 8-bit.  This allows the backend to
709          provide a different set of register constraints.
712 Host vector operations
713 ----------------------
715 All of the vector ops have two parameters, ``TCGOP_VECL`` & ``TCGOP_VECE``.
716 The former specifies the length of the vector in log2 64-bit units; the
717 latter specifies the length of the element (if applicable) in log2 8-bit units.
718 E.g. VECL = 1 -> 64 << 1 -> v128, and VECE = 2 -> 1 << 2 -> i32.
720 .. list-table::
722    * - mov_vec *v0*, *v1*
724        ld_vec *v0*, *t1*
726        st_vec *v0*, *t1*
728      - | Move, load and store.
730    * - dup_vec *v0*, *r1*
732      - | Duplicate the low N bits of *r1* into VECL/VECE copies across *v0*.
734    * - dupi_vec *v0*, *c*
736      - | Similarly, for a constant.
737        | Smaller values will be replicated to host register size by the expanders.
739    * - dup2_vec *v0*, *r1*, *r2*
741      - | Duplicate *r2*:*r1* into VECL/64 copies across *v0*. This opcode is
742          only present for 32-bit hosts.
744    * - add_vec *v0*, *v1*, *v2*
746      - | *v0* = *v1* + *v2*, in elements across the vector.
748    * - sub_vec *v0*, *v1*, *v2*
750      - | Similarly, *v0* = *v1* - *v2*.
752    * - mul_vec *v0*, *v1*, *v2*
754      - | Similarly, *v0* = *v1* * *v2*.
756    * - neg_vec *v0*, *v1*
758      - | Similarly, *v0* = -*v1*.
760    * - abs_vec *v0*, *v1*
762      - | Similarly, *v0* = *v1* < 0 ? -*v1* : *v1*, in elements across the vector.
764    * - smin_vec *v0*, *v1*, *v2*
766        umin_vec *v0*, *v1*, *v2*
768      - | Similarly, *v0* = MIN(*v1*, *v2*), for signed and unsigned element types.
770    * - smax_vec *v0*, *v1*, *v2*
772        umax_vec *v0*, *v1*, *v2*
774      - | Similarly, *v0* = MAX(*v1*, *v2*), for signed and unsigned element types.
776    * - ssadd_vec *v0*, *v1*, *v2*
778        sssub_vec *v0*, *v1*, *v2*
780        usadd_vec *v0*, *v1*, *v2*
782        ussub_vec *v0*, *v1*, *v2*
784      - | Signed and unsigned saturating addition and subtraction.
785        |
786        | If the true result is not representable within the element type, the
787          element is set to the minimum or maximum value for the type.
789    * - and_vec *v0*, *v1*, *v2*
791        or_vec *v0*, *v1*, *v2*
793        xor_vec *v0*, *v1*, *v2*
795        andc_vec *v0*, *v1*, *v2*
797        orc_vec *v0*, *v1*, *v2*
799        not_vec *v0*, *v1*
801      - | Similarly, logical operations with and without complement.
802        |
803        | Note that VECE is unused.
805    * - shli_vec *v0*, *v1*, *i2*
807        shls_vec *v0*, *v1*, *s2*
809      - | Shift all elements from v1 by a scalar *i2*/*s2*. I.e.
811        .. code-block:: c
813           for (i = 0; i < VECL/VECE; ++i) {
814               v0[i] = v1[i] << s2;
815           }
817    * - shri_vec *v0*, *v1*, *i2*
819        sari_vec *v0*, *v1*, *i2*
821        rotli_vec *v0*, *v1*, *i2*
823        shrs_vec *v0*, *v1*, *s2*
825        sars_vec *v0*, *v1*, *s2*
827      - | Similarly for logical and arithmetic right shift, and left rotate.
829    * - shlv_vec *v0*, *v1*, *v2*
831      - | Shift elements from *v1* by elements from *v2*. I.e.
833        .. code-block:: c
835           for (i = 0; i < VECL/VECE; ++i) {
836               v0[i] = v1[i] << v2[i];
837           }
839    * - shrv_vec *v0*, *v1*, *v2*
841        sarv_vec *v0*, *v1*, *v2*
843        rotlv_vec *v0*, *v1*, *v2*
845        rotrv_vec *v0*, *v1*, *v2*
847      - | Similarly for logical and arithmetic right shift, and rotates.
849    * - cmp_vec *v0*, *v1*, *v2*, *cond*
851      - | Compare vectors by element, storing -1 for true and 0 for false.
853    * - bitsel_vec *v0*, *v1*, *v2*, *v3*
855      - | Bitwise select, *v0* = (*v2* & *v1*) | (*v3* & ~\ *v1*), across the entire vector.
857    * - cmpsel_vec *v0*, *c1*, *c2*, *v3*, *v4*, *cond*
859      - | Select elements based on comparison results:
861        .. code-block:: c
863           for (i = 0; i < n; ++i) {
864               v0[i] = (c1[i] cond c2[i]) ? v3[i] : v4[i].
865           }
867 **Note 1**: Some shortcuts are defined when the last operand is known to be
868 a constant (e.g. addi for add, movi for mov).
870 **Note 2**: When using TCG, the opcodes must never be generated directly
871 as some of them may not be available as "real" opcodes. Always use the
872 function tcg_gen_xxx(args).
875 Backend
876 =======
878 ``tcg-target.h`` contains the target specific definitions. ``tcg-target.c.inc``
879 contains the target specific code; it is #included by ``tcg/tcg.c``, rather
880 than being a standalone C file.
882 Assumptions
883 -----------
885 The target word size (``TCG_TARGET_REG_BITS``) is expected to be 32 bit or
886 64 bit. It is expected that the pointer has the same size as the word.
888 On a 32 bit target, all 64 bit operations are converted to 32 bits. A
889 few specific operations must be implemented to allow it (see add2_i32,
890 sub2_i32, brcond2_i32).
892 On a 64 bit target, the values are transferred between 32 and 64-bit
893 registers using the following ops:
895 - extrl_i64_i32
896 - extrh_i64_i32
897 - ext_i32_i64
898 - extu_i32_i64
900 They ensure that the values are correctly truncated or extended when
901 moved from a 32-bit to a 64-bit register or vice-versa. Note that the
902 extrl_i64_i32 and extrh_i64_i32 are optional ops. It is not necessary
903 to implement them if all the following conditions are met:
905 - 64-bit registers can hold 32-bit values
906 - 32-bit values in a 64-bit register do not need to stay zero or
907   sign extended
908 - all 32-bit TCG ops ignore the high part of 64-bit registers
910 Floating point operations are not supported in this version. A
911 previous incarnation of the code generator had full support of them,
912 but it is better to concentrate on integer operations first.
914 Constraints
915 ----------------
917 GCC like constraints are used to define the constraints of every
918 instruction. Memory constraints are not supported in this
919 version. Aliases are specified in the input operands as for GCC.
921 The same register may be used for both an input and an output, even when
922 they are not explicitly aliased.  If an op expands to multiple target
923 instructions then care must be taken to avoid clobbering input values.
924 GCC style "early clobber" outputs are supported, with '``&``'.
926 A target can define specific register or constant constraints. If an
927 operation uses a constant input constraint which does not allow all
928 constants, it must also accept registers in order to have a fallback.
929 The constraint '``i``' is defined generically to accept any constant.
930 The constraint '``r``' is not defined generically, but is consistently
931 used by each backend to indicate all registers.
933 The movi_i32 and movi_i64 operations must accept any constants.
935 The mov_i32 and mov_i64 operations must accept any registers of the
936 same type.
938 The ld/st/sti instructions must accept signed 32 bit constant offsets.
939 This can be implemented by reserving a specific register in which to
940 compute the address if the offset is too big.
942 The ld/st instructions must accept any destination (ld) or source (st)
943 register.
945 The sti instruction may fail if it cannot store the given constant.
947 Function call assumptions
948 -------------------------
950 - The only supported types for parameters and return value are: 32 and
951   64 bit integers and pointer.
952 - The stack grows downwards.
953 - The first N parameters are passed in registers.
954 - The next parameters are passed on the stack by storing them as words.
955 - Some registers are clobbered during the call.
956 - The function can return 0 or 1 value in registers. On a 32 bit
957   target, functions must be able to return 2 values in registers for
958   64 bit return type.
961 Recommended coding rules for best performance
962 =============================================
964 - Use globals to represent the parts of the QEMU CPU state which are
965   often modified, e.g. the integer registers and the condition
966   codes. TCG will be able to use host registers to store them.
968 - Don't hesitate to use helpers for complicated or seldom used guest
969   instructions. There is little performance advantage in using TCG to
970   implement guest instructions taking more than about twenty TCG
971   instructions. Note that this rule of thumb is more applicable to
972   helpers doing complex logic or arithmetic, where the C compiler has
973   scope to do a good job of optimisation; it is less relevant where
974   the instruction is mostly doing loads and stores, and in those cases
975   inline TCG may still be faster for longer sequences.
977 - Use the 'discard' instruction if you know that TCG won't be able to
978   prove that a given global is "dead" at a given program point. The
979   x86 guest uses it to improve the condition codes optimisation.