OSDN Git Service

* configure.in: Fix typo.
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / doc / md.texi
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001,
2 @c 2002, 2003 Free Software Foundation, Inc.
3 @c This is part of the GCC manual.
4 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
5
6 @ifset INTERNALS
7 @node Machine Desc
8 @chapter Machine Descriptions
9 @cindex machine descriptions
10
11 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
12 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
13
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.
19
20 See the next chapter for information on the C header file.
21
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
49
50 @node Overview
51 @section Overview of How the Machine Description is Used
52
53 There are three main conversions that happen in the compiler:
54
55 @enumerate
56
57 @item
58 The front end reads the source code and builds a parse tree.
59
60 @item
61 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
62 instruction patterns.
63
64 @item
65 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
66 code.
67
68 @end enumerate
69
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.
78
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}.
87
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.
92
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.
97
98 @node Patterns
99 @section Everything about Instruction Patterns
100 @cindex patterns
101 @cindex instruction patterns
102
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.
108
109 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
110
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.
118
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.
123
124 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
125 effect; they are equivalent to no name at all.
126
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.
131
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.
138
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.
143
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.
149
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.
156
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.
164
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}.
169
170 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
171 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
172
173 @item
174 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
175 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
176 @end enumerate
177
178 @node Example
179 @section Example of @code{define_insn}
180 @cindex @code{define_insn} example
181
182 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
183
184 @example
185 (define_insn "tstsi"
186   [(set (cc0)
187         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
188   ""
189   "*
190 @{
191   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
192     return \"tstl %0\";
193   return \"cmpl #0,%0\";
194 @}")
195 @end example
196
197 @noindent
198 This can also be written using braced strings:
199
200 @example
201 (define_insn "tstsi"
202   [(set (cc0)
203         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
204   ""
205 @{
206   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
207     return "tstl %0";
208   return "cmpl #0,%0";
209 @})
210 @end example
211
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.
218
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.
222
223 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
224
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
232
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.
236
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.
242
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.
252
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.
260
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.
269
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}.
275
276 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
277 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
278
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.
283
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}.
289
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.
299
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.
307
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.
313
314 When matching patterns, this is equivalent to
315
316 @smallexample
317 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
318 @end smallexample
319
320 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
321 expression.
322
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}.
327
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.
333
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.
340
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.
350
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.
355
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}.
359
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.
363
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}:
367
368 @smallexample
369 int
370 commutative_operator (x, mode)
371      rtx x;
372      enum machine_mode mode;
373 @{
374   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
375   if (GET_MODE (x) != mode)
376     return 0;
377   return (GET_RTX_CLASS (code) == 'c'
378           || code == EQ || code == NE);
379 @}
380 @end smallexample
381
382 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
383 of a commutative operator applied to two general operands:
384
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
390
391 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
392 because the expressions to be matched all contain two operands.
393
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.
399
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.
404
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.
411
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.
417
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.
424
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.
434
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.
440
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}.
450
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,
454
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
465
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.
471
472 An insn that matches this pattern might look like:
473
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
486
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}.
491
492 @findex match_insn
493 @item (match_insn @var{predicate})
494 Match a complete insn.  Unlike the other @code{match_*} recognizers,
495 @code{match_insn} does not take an operand number.
496
497 The machine mode @var{m} of @code{match_insn} works like that of
498 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
499 predicate function, and that function is solely responsible for
500 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
501
502 @findex match_insn2
503 @item (match_insn2 @var{n} @var{predicate})
504 Match a complete insn.
505
506 The machine mode @var{m} of @code{match_insn2} works like that of
507 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
508 predicate function, and that function is solely responsible for
509 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
510
511 @end table
512
513 @node Output Template
514 @section Output Templates and Operand Substitution
515 @cindex output templates
516 @cindex operand substitution
517
518 @cindex @samp{%} in template
519 @cindex percent sign
520 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
521 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
522 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
523 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
524 identify places where different variants of the assembler require
525 different syntax.
526
527 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
528 operand @var{n} at that point in the string.
529
530 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
531 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
532 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
533 additional letters with nonstandard meanings.
534
535 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
536 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
537 operand.
538
539 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
540 the constant is negated before printing.
541
542 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
543 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
544 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
545 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
546 as if it were a memory reference.
547
548 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
549 instruction.
550
551 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
552 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
553 referred to more than once in a single template that generates multiple
554 assembler instructions.
555
556 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
557 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
558 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
559 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
560 which punctuation characters are valid with the
561 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
562
563 @cindex \
564 @cindex backslash
565 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
566 for the instructions, with @samp{\;} between them.
567
568 @cindex matching operands
569 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
570 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
571 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
572 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
573 operand.
574
575 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
576 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
577 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
578 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
579 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
580 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
581 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
582 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
583 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
584 it to do nothing.
585
586 @cindex @code{#} in template
587 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
588 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
589 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
590 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
591 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
592 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
593 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
594 instructions.
595
596 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
597 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
598 describe multiple variants of assembler language syntax.
599 @xref{Instruction Output}.
600
601 @node Output Statement
602 @section C Statements for Assembler Output
603 @cindex output statements
604 @cindex C statements for assembler output
605 @cindex generating assembler output
606
607 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
608 assembler code for all the cases that are recognized by a single
609 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
610 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
611 machine instructions.
612
613 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
614 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
615 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
616 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
617 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
618 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
619 might write this pattern:
620
621 @smallexample
622 (define_insn "addsi3"
623   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
624         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
625                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
626   ""
627   "@@
628    addr %2,%0
629    addm %2,%0")
630 @end smallexample
631
632 @cindex @code{*} in template
633 @cindex asterisk in template
634 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
635 output template but rather a piece of C program that should compute a
636 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
637 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
638 require doublequote characters to delimit them.  To include these
639 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
640
641 If the output control string is written as a brace block instead of a
642 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
643 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
644 doublequotes surrounding C string literals.
645
646 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
647 is @code{rtx []}.
648
649 It is very common to select different ways of generating assembler code
650 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
651 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
652 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
653 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
654 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
655 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
656 values of those bits.
657
658 @findex output_asm_insn
659 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
660 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
661 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
662 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
663 that you declare locally and initialize yourself.
664
665 @findex which_alternative
666 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
667 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
668 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
669 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
670 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
671 etc.).
672
673 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
674 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
675 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
676
677 @smallexample
678 (define_insn ""
679   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
680         (const_int 0))]
681   ""
682   @{
683   return (which_alternative == 0
684           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
685   @})
686 @end smallexample
687
688 The example above, where the assembler code to generate was
689 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
690 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
691
692 @smallexample
693 @group
694 (define_insn ""
695   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
696         (const_int 0))]
697   ""
698   "@@
699    clrreg %0
700    clrmem %0")
701 @end group
702 @end smallexample
703 @end ifset
704
705 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
706 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
707 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
708 @ifset INTERNALS
709 @node Constraints
710 @section Operand Constraints
711 @cindex operand constraints
712 @cindex constraints
713
714 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify a
715 constraint for the type of operands allowed.
716 @end ifset
717 @ifclear INTERNALS
718 @node Constraints
719 @section Constraints for @code{asm} Operands
720 @cindex operand constraints, @code{asm}
721 @cindex constraints, @code{asm}
722 @cindex @code{asm} constraints
723
724 Here are specific details on what constraint letters you can use with
725 @code{asm} operands.
726 @end ifclear
727 Constraints can say whether
728 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
729 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
730 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
731 have.  Constraints can also require two operands to match.
732
733 @ifset INTERNALS
734 @menu
735 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
736 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
737 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
738 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
739 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
740 @end menu
741 @end ifset
742
743 @ifclear INTERNALS
744 @menu
745 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
746 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
747 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
748 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
749 @end menu
750 @end ifclear
751
752 @node Simple Constraints
753 @subsection Simple Constraints
754 @cindex simple constraints
755
756 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
757 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
758 the letters that are allowed:
759
760 @table @asis
761 @item whitespace
762 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
763 except the first.  This enables each alternative for different operands to
764 be visually aligned in the machine description even if they have different
765 number of constraints and modifiers.
766
767 @cindex @samp{m} in constraint
768 @cindex memory references in constraints
769 @item @samp{m}
770 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
771 supports in general.
772
773 @cindex offsettable address
774 @cindex @samp{o} in constraint
775 @item @samp{o}
776 A memory operand is allowed, but only if the address is
777 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
778 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
779 may be added to the address and the result is also a valid memory
780 address.
781
782 @cindex autoincrement/decrement addressing
783 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
784 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
785 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
786 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
787 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
788 addresses may or may not be offsettable depending on the other
789 addressing modes that the machine supports.
790
791 Note that in an output operand which can be matched by another
792 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
793 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
794 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
795
796 @cindex @samp{V} in constraint
797 @item @samp{V}
798 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
799 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
800
801 @cindex @samp{<} in constraint
802 @item @samp{<}
803 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
804 postdecrement) is allowed.
805
806 @cindex @samp{>} in constraint
807 @item @samp{>}
808 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
809 postincrement) is allowed.
810
811 @cindex @samp{r} in constraint
812 @cindex registers in constraints
813 @item @samp{r}
814 A register operand is allowed provided that it is in a general
815 register.
816
817 @cindex constants in constraints
818 @cindex @samp{i} in constraint
819 @item @samp{i}
820 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
821 This includes symbolic constants whose values will be known only at
822 assembly time.
823
824 @cindex @samp{n} in constraint
825 @item @samp{n}
826 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
827 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
828 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
829 rather than @samp{i}.
830
831 @cindex @samp{I} in constraint
832 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
833 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
834 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
835 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
836 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
837 This is the range permitted as a shift count in the shift
838 instructions.
839
840 @cindex @samp{E} in constraint
841 @item @samp{E}
842 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
843 allowed, but only if the target floating point format is the same as
844 that of the host machine (on which the compiler is running).
845
846 @cindex @samp{F} in constraint
847 @item @samp{F}
848 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
849 @code{const_vector}) is allowed.
850
851 @cindex @samp{G} in constraint
852 @cindex @samp{H} in constraint
853 @item @samp{G}, @samp{H}
854 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
855 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
856
857 @cindex @samp{s} in constraint
858 @item @samp{s}
859 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
860 allowed.
861
862 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
863 value not known at compile time, it certainly must allow any known
864 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
865 better code to be generated.
866
867 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
868 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
869 and 127, better code results from loading the value into a register and
870 using the register.  This is because the load into the register can be
871 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
872 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
873 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
874 constraints.
875
876 @cindex @samp{g} in constraint
877 @item @samp{g}
878 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
879 registers that are not general registers.
880
881 @cindex @samp{X} in constraint
882 @item @samp{X}
883 @ifset INTERNALS
884 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
885 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
886 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
887 require a scratch register.
888 @end ifset
889 @ifclear INTERNALS
890 Any operand whatsoever is allowed.
891 @end ifclear
892
893 @cindex @samp{0} in constraint
894 @cindex digits in constraint
895 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
896 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
897 digit is used together with letters within the same alternative, the
898 digit should come last.
899
900 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
901 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
902 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
903 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
904 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
905 can use multiple alternatives instead.
906
907 @cindex matching constraint
908 @cindex constraint, matching
909 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
910 that the assembler has only a single operand that fills two roles
911 @ifset INTERNALS
912 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
913 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
914 @end ifset
915 @ifclear INTERNALS
916 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
917 two input operands and an output operand, but on most CISC
918 @end ifclear
919 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
920 input-output operand:
921
922 @smallexample
923 addl #35,r12
924 @end smallexample
925
926 Matching constraints are used in these circumstances.
927 More precisely, the two operands that match must include one input-only
928 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
929 smaller number than the number of the operand that uses it in the
930 constraint.
931
932 @ifset INTERNALS
933 For operands to match in a particular case usually means that they
934 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
935 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
936 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
937 For proper results in such cases, the output template should always
938 use the output-operand's number when printing the operand.
939 @end ifset
940
941 @cindex load address instruction
942 @cindex push address instruction
943 @cindex address constraints
944 @cindex @samp{p} in constraint
945 @item @samp{p}
946 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
947 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
948
949 @findex address_operand
950 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
951 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
952 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
953 reference for which the address would be valid.
954
955 @cindex other register constraints
956 @cindex extensible constraints
957 @item @var{other-letters}
958 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
959 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
960 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
961 for data, address and floating point registers.
962
963 @ifset INTERNALS
964 The machine description macro @code{REG_CLASS_FROM_LETTER} has first
965 cut at the otherwise unused letters.  If it evaluates to @code{NO_REGS},
966 then @code{EXTRA_CONSTRAINT} is evaluated.
967
968 A typical use for @code{EXTRA_CONSTRAINT} would be to distinguish certain
969 types of memory references that affect other insn operands.
970 @end ifset
971 @end table
972
973 @ifset INTERNALS
974 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
975 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
976 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
977 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
978 done by copying an operand into a register.
979
980 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
981
982 @smallexample
983 (define_insn ""
984   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
985         (plus:SI (match_dup 0)
986                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
987   ""
988   "@dots{}")
989 @end smallexample
990
991 @noindent
992 which has two operands, one of which must appear in two places, and
993
994 @smallexample
995 (define_insn ""
996   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
997         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
998                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
999   ""
1000   "@dots{}")
1001 @end smallexample
1002
1003 @noindent
1004 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1005 identical.  If we are considering an insn of the form
1006
1007 @smallexample
1008 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1009   (set (reg:SI 3)
1010        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1011   @dots{})
1012 @end smallexample
1013
1014 @noindent
1015 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1016 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1017 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
1018 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1019 is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
1020 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1021 results might look like this:
1022
1023 @smallexample
1024 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1025   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1026   @dots{})
1027
1028 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1029   (set (reg:SI 3)
1030        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1031   @dots{})
1032 @end smallexample
1033
1034 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1035 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1036 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1037 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1038 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1039 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1040 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1041 reloading any possible operand so that it will fit.
1042
1043 @itemize @bullet
1044 @item
1045 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1046 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1047
1048 For example, an operand whose constraints permit everything except
1049 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1050
1051 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1052 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1053 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1054 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1055 more selective.
1056
1057 @item
1058 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1059 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1060 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1061 compiler knows how to copy a register into another register of the
1062 proper class in order to make an instruction valid.
1063
1064 @cindex nonoffsettable memory reference
1065 @cindex memory reference, nonoffsettable
1066 @item
1067 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1068 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1069 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1070
1071 @item
1072 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1073 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1074 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1075 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1076
1077 @item
1078 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1079 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1080 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1081 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1082 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1083 objects allowed by the constraint.
1084 @end itemize
1085
1086 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1087 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1088 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1089 how to copy a register temporarily into memory.
1090
1091 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1092 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1093 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1094 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1095 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1096 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1097 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1098 @code{sign_extend}.
1099 @end ifset
1100
1101 @node Multi-Alternative
1102 @subsection Multiple Alternative Constraints
1103 @cindex multiple alternative constraints
1104
1105 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1106 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1107 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1108 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1109 another.
1110
1111 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1112 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1113 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1114 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1115 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1116 @ifset INTERNALS
1117 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1118
1119 @smallexample
1120 (define_insn "iorsi3"
1121   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1122         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1123                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1124   @dots{})
1125 @end smallexample
1126
1127 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1128 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1129 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1130 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1131 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1132 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1133 @end ifset
1134
1135 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1136 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1137 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1138 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1139 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1140 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1141 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1142
1143 @table @code
1144 @cindex @samp{?} in constraint
1145 @cindex question mark
1146 @item ?
1147 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1148 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1149 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1150 in it.
1151
1152 @cindex @samp{!} in constraint
1153 @cindex exclamation point
1154 @item !
1155 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1156 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1157 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1158 @end table
1159
1160 @ifset INTERNALS
1161 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1162 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1163 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1164 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1165 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1166 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1167 @end ifset
1168
1169 @ifset INTERNALS
1170 @node Class Preferences
1171 @subsection Register Class Preferences
1172 @cindex class preference constraints
1173 @cindex register class preference constraints
1174
1175 @cindex voting between constraint alternatives
1176 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1177 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1178 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1179 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1180 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1181 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1182 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1183 favor of a general register.  The machine description says which registers
1184 are considered general.
1185
1186 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1187 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1188 @end ifset
1189
1190 @node Modifiers
1191 @subsection Constraint Modifier Characters
1192 @cindex modifiers in constraints
1193 @cindex constraint modifier characters
1194
1195 @c prevent bad page break with this line
1196 Here are constraint modifier characters.
1197
1198 @table @samp
1199 @cindex @samp{=} in constraint
1200 @item =
1201 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1202 value is discarded and replaced by output data.
1203
1204 @cindex @samp{+} in constraint
1205 @item +
1206 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1207
1208 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1209 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1210 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1211 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1212 are assumed to be input only.
1213
1214 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1215 first character of the constraint string.
1216
1217 @cindex @samp{&} in constraint
1218 @cindex earlyclobber operand
1219 @item &
1220 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1221 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1222 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1223 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1224 address.
1225
1226 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1227 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1228 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1229 @samp{movdf} insn of the 68000.
1230
1231 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1232 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1233 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1234 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1235 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1236
1237 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1238
1239 @cindex @samp{%} in constraint
1240 @item %
1241 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1242 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1243 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1244 constraints.
1245 @ifset INTERNALS
1246 This is often used in patterns for addition instructions
1247 that really have only two operands: the result must go in one of the
1248 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1249 instruction is defined:
1250
1251 @smallexample
1252 (define_insn "addhi3"
1253   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1254      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1255               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1256   @dots{})
1257 @end smallexample
1258 @end ifset
1259 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more, 
1260 the compiler may fail.
1261
1262 @cindex @samp{#} in constraint
1263 @item #
1264 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1265 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1266 register preferences.
1267
1268 @cindex @samp{*} in constraint
1269 @item *
1270 Says that the following character should be ignored when choosing
1271 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1272 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1273
1274 @ifset INTERNALS
1275 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1276 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1277 copying it into an address register.  While either kind of register is
1278 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1279 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1280 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1281 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1282 register preferences.
1283
1284 @smallexample
1285 (define_insn "extendhisi2"
1286   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1287         (sign_extend:SI
1288          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1289   @dots{})
1290 @end smallexample
1291 @end ifset
1292 @end table
1293
1294 @node Machine Constraints
1295 @subsection Constraints for Particular Machines
1296 @cindex machine specific constraints
1297 @cindex constraints, machine specific
1298
1299 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1300 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1301 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1302 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1303 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1304 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1305 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1306 immediate-constant format.
1307
1308 For each machine architecture, the
1309 @file{config/@var{machine}/@var{machine}.h} file defines additional
1310 constraints.  These constraints are used by the compiler itself for
1311 instruction generation, as well as for @code{asm} statements; therefore,
1312 some of the constraints are not particularly interesting for @code{asm}.
1313 The constraints are defined through these macros:
1314
1315 @table @code
1316 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1317 Register class constraints (usually lower case).
1318
1319 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1320 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1321 word size or smaller precision (usually upper case).
1322
1323 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1324 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1325 constants of greater than word size precision (usually upper case).
1326
1327 @item EXTRA_CONSTRAINT
1328 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1329 is only defined for some machines.
1330 @end table
1331
1332 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1333 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1334 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1335 available on some particular machines.
1336
1337 @table @emph
1338 @item ARM family---@file{arm.h}
1339 @table @code
1340 @item f
1341 Floating-point register
1342
1343 @item F
1344 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1345 or 10.0
1346
1347 @item G
1348 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1349 were negated
1350
1351 @item I
1352 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1353 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1354 multiple of 2
1355
1356 @item J
1357 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1358
1359 @item K
1360 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1361
1362 @item L
1363 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1364
1365 @item M
1366 Integer in the range 0 to 32
1367
1368 @item Q
1369 A memory reference where the exact address is in a single register
1370 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1371
1372 @item R
1373 An item in the constant pool
1374
1375 @item S
1376 A symbol in the text segment of the current file
1377 @end table
1378
1379 @item AVR family---@file{avr.h}
1380 @table @code
1381 @item l
1382 Registers from r0 to r15
1383
1384 @item a
1385 Registers from r16 to r23
1386
1387 @item d
1388 Registers from r16 to r31
1389
1390 @item w
1391 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1392
1393 @item e
1394 Pointer register (r26--r31)
1395
1396 @item b
1397 Base pointer register (r28--r31)
1398
1399 @item q
1400 Stack pointer register (SPH:SPL)
1401
1402 @item t
1403 Temporary register r0
1404
1405 @item x
1406 Register pair X (r27:r26)
1407
1408 @item y
1409 Register pair Y (r29:r28)
1410
1411 @item z
1412 Register pair Z (r31:r30)
1413
1414 @item I
1415 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1416
1417 @item J
1418 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1419
1420 @item K
1421 Constant integer 2
1422
1423 @item L
1424 Constant integer 0
1425
1426 @item M
1427 Constant that fits in 8 bits
1428
1429 @item N
1430 Constant integer @minus{}1
1431
1432 @item O
1433 Constant integer 8, 16, or 24
1434
1435 @item P
1436 Constant integer 1
1437
1438 @item G
1439 A floating point constant 0.0
1440 @end table
1441
1442 @item IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1443 @table @code
1444 @item b
1445 Address base register
1446
1447 @item f
1448 Floating point register
1449
1450 @item h
1451 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1452
1453 @item q
1454 @samp{MQ} register
1455
1456 @item c
1457 @samp{CTR} register
1458
1459 @item l
1460 @samp{LINK} register
1461
1462 @item x
1463 @samp{CR} register (condition register) number 0
1464
1465 @item y
1466 @samp{CR} register (condition register)
1467
1468 @item z
1469 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1470
1471 @item I
1472 Signed 16-bit constant
1473
1474 @item J
1475 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1476 @code{SImode} constants)
1477
1478 @item K
1479 Unsigned 16-bit constant
1480
1481 @item L
1482 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1483
1484 @item M
1485 Constant larger than 31
1486
1487 @item N
1488 Exact power of 2
1489
1490 @item O
1491 Zero
1492
1493 @item P
1494 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1495
1496 @item G
1497 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1498 instruction per word
1499
1500 @item Q
1501 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1502 for @code{asm} statements)
1503
1504 @item R
1505 AIX TOC entry
1506
1507 @item S
1508 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1509
1510 @item T
1511 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1512
1513 @item U
1514 System V Release 4 small data area reference
1515 @end table
1516
1517 @item Intel 386---@file{i386.h}
1518 @table @code
1519 @item q
1520 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register for the i386.
1521 For x86-64 it is equivalent to @samp{r} class. (for 8-bit instructions that
1522 do not use upper halves)
1523
1524 @item Q
1525 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register. (for 8-bit instructions,
1526 that do use upper halves)
1527
1528 @item R
1529 Legacy register---equivalent to @code{r} class in i386 mode.
1530 (for non-8-bit registers used together with 8-bit upper halves in a single
1531 instruction)
1532
1533 @item A
1534 Specifies the @samp{a} or @samp{d} registers.  This is primarily useful
1535 for 64-bit integer values (when in 32-bit mode) intended to be returned
1536 with the @samp{d} register holding the most significant bits and the
1537 @samp{a} register holding the least significant bits.
1538
1539 @item f
1540 Floating point register
1541
1542 @item t
1543 First (top of stack) floating point register
1544
1545 @item u
1546 Second floating point register
1547
1548 @item a
1549 @samp{a} register
1550
1551 @item b
1552 @samp{b} register
1553
1554 @item c
1555 @samp{c} register
1556
1557 @item C
1558 Specifies constant that can be easily constructed in SSE register without
1559 loading it from memory.
1560
1561 @item d
1562 @samp{d} register
1563
1564 @item D
1565 @samp{di} register
1566
1567 @item S
1568 @samp{si} register
1569
1570 @item x
1571 @samp{xmm} SSE register
1572
1573 @item y
1574 MMX register
1575
1576 @item I
1577 Constant in range 0 to 31 (for 32-bit shifts)
1578
1579 @item J
1580 Constant in range 0 to 63 (for 64-bit shifts)
1581
1582 @item K
1583 @samp{0xff}
1584
1585 @item L
1586 @samp{0xffff}
1587
1588 @item M
1589 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1590
1591 @item N
1592 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1593
1594 @item Z
1595 Constant in range 0 to @code{0xffffffff} or symbolic reference known to fit specified range.
1596 (for using immediates in zero extending 32-bit to 64-bit x86-64 instructions)
1597
1598 @item e
1599 Constant in range @minus{}2147483648 to 2147483647 or symbolic reference known to fit specified range.
1600 (for using immediates in 64-bit x86-64 instructions)
1601
1602 @item G
1603 Standard 80387 floating point constant
1604 @end table
1605
1606 @item Intel 960---@file{i960.h}
1607 @table @code
1608 @item f
1609 Floating point register (@code{fp0} to @code{fp3})
1610
1611 @item l
1612 Local register (@code{r0} to @code{r15})
1613
1614 @item b
1615 Global register (@code{g0} to @code{g15})
1616
1617 @item d
1618 Any local or global register
1619
1620 @item I
1621 Integers from 0 to 31
1622
1623 @item J
1624 0
1625
1626 @item K
1627 Integers from @minus{}31 to 0
1628
1629 @item G
1630 Floating point 0
1631
1632 @item H
1633 Floating point 1
1634 @end table
1635
1636 @item Intel IA-64---@file{ia64.h}
1637 @table @code
1638 @item a
1639 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
1640
1641 @item b
1642 Branch register
1643
1644 @item c
1645 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
1646
1647 @item d
1648 Application register residing in M-unit
1649
1650 @item e
1651 Application register residing in I-unit
1652
1653 @item f
1654 Floating-point register
1655
1656 @item m
1657 Memory operand.
1658 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
1659 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
1660 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
1661
1662 @item G
1663 Floating-point constant 0.0 or 1.0
1664
1665 @item I
1666 14-bit signed integer constant
1667
1668 @item J
1669 22-bit signed integer constant
1670
1671 @item K
1672 8-bit signed integer constant for logical instructions
1673
1674 @item L
1675 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
1676
1677 @item M
1678 6-bit unsigned integer constant for shift counts
1679
1680 @item N
1681 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
1682
1683 @item O
1684 The constant zero
1685
1686 @item P
1687 0 or -1 for @code{dep} instruction
1688
1689 @item Q
1690 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
1691
1692 @item R
1693 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
1694
1695 @item S
1696 Memory operand except postincrement and postdecrement
1697 @end table
1698
1699 @item FRV---@file{frv.h}
1700 @table @code
1701 @item a
1702 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1703
1704 @item b
1705 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1706
1707 @item c
1708 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
1709 @code{icc0} to @code{icc3}).
1710
1711 @item d
1712 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1713
1714 @item e
1715 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1716 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
1717 mode larger than 4 bytes.
1718
1719 @item f
1720 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1721
1722 @item h
1723 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1724 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
1725 mode larger than 4 bytes.
1726
1727 @item l
1728 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
1729
1730 @item q
1731 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
1732 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
1733 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
1734
1735 @item t
1736 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
1737
1738 @item u
1739 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
1740
1741 @item v
1742 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
1743
1744 @item w
1745 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
1746
1747 @item x
1748 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1749 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
1750 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
1751
1752 @item z
1753 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
1754
1755 @item A
1756 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1757
1758 @item B
1759 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
1760
1761 @item C
1762 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
1763
1764 @item G
1765 Floating point constant zero
1766
1767 @item I
1768 6-bit signed integer constant
1769
1770 @item J
1771 10-bit signed integer constant
1772
1773 @item L
1774 16-bit signed integer constant
1775
1776 @item M
1777 16-bit unsigned integer constant
1778
1779 @item N
1780 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
1781 range of @minus{}2048 to @minus{}1
1782
1783 @item O
1784 Constant zero
1785
1786 @item P
1787 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
1788 range of 1 to 2047.
1789
1790 @end table
1791
1792 @item IP2K---@file{ip2k.h}
1793 @table @code
1794 @item a
1795 @samp{DP} or @samp{IP} registers (general address)
1796
1797 @item f
1798 @samp{IP} register
1799
1800 @item j
1801 @samp{IPL} register
1802
1803 @item k
1804 @samp{IPH} register
1805
1806 @item b
1807 @samp{DP} register
1808
1809 @item y
1810 @samp{DPH} register
1811
1812 @item z
1813 @samp{DPL} register
1814
1815 @item q
1816 @samp{SP} register
1817
1818 @item c
1819 @samp{DP} or @samp{SP} registers (offsettable address)
1820
1821 @item d
1822 Non-pointer registers (not @samp{SP}, @samp{DP}, @samp{IP})
1823
1824 @item u
1825 Non-SP registers (everything except @samp{SP})
1826
1827 @item R
1828 Indirect thru @samp{IP} - Avoid this except for @code{QImode}, since we
1829 can't access extra bytes
1830
1831 @item S
1832 Indirect thru @samp{SP} or @samp{DP} with short displacement (0..127)
1833
1834 @item T
1835 Data-section immediate value
1836
1837 @item I
1838 Integers from @minus{}255 to @minus{}1
1839
1840 @item J
1841 Integers from 0 to 7---valid bit number in a register
1842
1843 @item K
1844 Integers from 0 to 127---valid displacement for addressing mode
1845
1846 @item L
1847 Integers from 1 to 127
1848
1849 @item M
1850 Integer @minus{}1
1851
1852 @item N
1853 Integer 1
1854
1855 @item O
1856 Zero
1857
1858 @item P
1859 Integers from 0 to 255
1860 @end table
1861
1862 @item MIPS---@file{mips.h}
1863 @table @code
1864 @item d
1865 General-purpose integer register
1866
1867 @item f
1868 Floating-point register (if available)
1869
1870 @item h
1871 @samp{Hi} register
1872
1873 @item l
1874 @samp{Lo} register
1875
1876 @item x
1877 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
1878
1879 @item y
1880 General-purpose integer register
1881
1882 @item z
1883 Floating-point status register
1884
1885 @item I
1886 Signed 16-bit constant (for arithmetic instructions)
1887
1888 @item J
1889 Zero
1890
1891 @item K
1892 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
1893
1894 @item L
1895 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
1896
1897 @item M
1898 32-bit constant which requires two instructions to load (a constant
1899 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
1900
1901 @item N
1902 Negative 16-bit constant
1903
1904 @item O
1905 Exact power of two
1906
1907 @item P
1908 Positive 16-bit constant
1909
1910 @item G
1911 Floating point zero
1912
1913 @item Q
1914 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
1915 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1916
1917 @item R
1918 Memory reference that can be loaded with one instruction
1919 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1920
1921 @item S
1922 Memory reference in external OSF/rose PIC format
1923 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1924 @end table
1925
1926 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
1927 @table @code
1928 @item a
1929 Address register
1930
1931 @item d
1932 Data register
1933
1934 @item f
1935 68881 floating-point register, if available
1936
1937 @item x
1938 Sun FPA (floating-point) register, if available
1939
1940 @item y
1941 First 16 Sun FPA registers, if available
1942
1943 @item I
1944 Integer in the range 1 to 8
1945
1946 @item J
1947 16-bit signed number
1948
1949 @item K
1950 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
1951
1952 @item L
1953 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
1954
1955 @item M
1956 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
1957
1958 @item G
1959 Floating point constant that is not a 68881 constant
1960
1961 @item H
1962 Floating point constant that can be used by Sun FPA
1963 @end table
1964
1965 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{m68hc11.h}
1966 @table @code
1967 @item a
1968 Register 'a'
1969
1970 @item b
1971 Register 'b'
1972
1973 @item d
1974 Register 'd'
1975
1976 @item q
1977 An 8-bit register
1978
1979 @item t
1980 Temporary soft register _.tmp
1981
1982 @item u
1983 A soft register _.d1 to _.d31
1984
1985 @item w
1986 Stack pointer register
1987
1988 @item x
1989 Register 'x'
1990
1991 @item y
1992 Register 'y'
1993
1994 @item z
1995 Pseudo register 'z' (replaced by 'x' or 'y' at the end)
1996
1997 @item A
1998 An address register: x, y or z
1999
2000 @item B
2001 An address register: x or y
2002
2003 @item D
2004 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2005
2006 @item L
2007 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2008
2009 @item M
2010 Constants whose 16-bit low part is zero
2011
2012 @item N
2013 Constant integer 1 or @minus{}1
2014
2015 @item O
2016 Constant integer 16
2017
2018 @item P
2019 Constants in the range @minus{}8 to 2
2020
2021 @end table
2022
2023 @need 1000
2024 @item SPARC---@file{sparc.h}
2025 @table @code
2026 @item f
2027 Floating-point register that can hold 32- or 64-bit values.
2028
2029 @item e
2030 Floating-point register that can hold 64- or 128-bit values.
2031
2032 @item I
2033 Signed 13-bit constant
2034
2035 @item J
2036 Zero
2037
2038 @item K
2039 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2040 loaded with the @code{sethi} instruction)
2041
2042 @item L
2043 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2044
2045 @item M
2046 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2047
2048 @item N
2049 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2050 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2051 modes wider than @code{SImode}
2052
2053 @item G
2054 Floating-point zero
2055
2056 @item H
2057 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2058
2059 @item Q
2060 Floating-point constant whose integral representation can
2061 be moved into an integer register using a single sethi
2062 instruction
2063
2064 @item R
2065 Floating-point constant whose integral representation can
2066 be moved into an integer register using a single mov
2067 instruction
2068
2069 @item S
2070 Floating-point constant whose integral representation can
2071 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2072 instruction sequence
2073
2074 @item T
2075 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2076
2077 @item U
2078 Even register
2079
2080 @item W
2081 Memory address for @samp{e} constraint registers.
2082
2083 @end table
2084
2085 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
2086 @table @code
2087 @item a
2088 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2089
2090 @item b
2091 Stack pointer register (sp)
2092
2093 @item c
2094 Standard (32-bit) precision integer register
2095
2096 @item f
2097 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2098
2099 @item k
2100 Block count register (bk)
2101
2102 @item q
2103 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2104
2105 @item t
2106 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2107
2108 @item u
2109 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2110
2111 @item v
2112 Repeat count register (rc)
2113
2114 @item x
2115 Index register (ir0-ir1)
2116
2117 @item y
2118 Status (condition code) register (st)
2119
2120 @item z
2121 Data page register (dp)
2122
2123 @item G
2124 Floating-point zero
2125
2126 @item H
2127 Immediate 16-bit floating-point constant
2128
2129 @item I
2130 Signed 16-bit constant
2131
2132 @item J
2133 Signed 8-bit constant
2134
2135 @item K
2136 Signed 5-bit constant
2137
2138 @item L
2139 Unsigned 16-bit constant
2140
2141 @item M
2142 Unsigned 8-bit constant
2143
2144 @item N
2145 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2146
2147 @item O
2148 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2149
2150 @item Q
2151 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2152
2153 @item R
2154 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2155
2156 @item S
2157 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2158
2159 @item T
2160 Direct memory reference
2161
2162 @item U
2163 Symbolic address
2164
2165 @end table
2166
2167 @item S/390 and zSeries---@file{s390.h}
2168 @table @code
2169 @item a
2170 Address register (general purpose register except r0)
2171
2172 @item d
2173 Data register (arbitrary general purpose register)
2174
2175 @item f
2176 Floating-point register
2177
2178 @item I
2179 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2180
2181 @item J
2182 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2183
2184 @item K
2185 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2186
2187 @item L
2188 Unsigned 16-bit constant (0--65535)
2189
2190 @item Q
2191 Memory reference without index register
2192
2193 @item S
2194 Symbolic constant suitable for use with the @code{larl} instruction
2195
2196 @end table
2197
2198 @item Xstormy16---@file{stormy16.h}
2199 @table @code
2200 @item a
2201 Register r0.
2202
2203 @item b
2204 Register r1.
2205
2206 @item c
2207 Register r2.
2208
2209 @item d
2210 Register r8.
2211
2212 @item e
2213 Registers r0 through r7.
2214
2215 @item t
2216 Registers r0 and r1.
2217
2218 @item y
2219 The carry register.
2220
2221 @item z
2222 Registers r8 and r9.
2223
2224 @item I
2225 A constant between 0 and 3 inclusive.
2226
2227 @item J
2228 A constant that has exactly one bit set.
2229
2230 @item K
2231 A constant that has exactly one bit clear.
2232
2233 @item L
2234 A constant between 0 and 255 inclusive.
2235
2236 @item M
2237 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2238
2239 @item N
2240 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2241
2242 @item O
2243 A constant between 1 and 4 inclusive.
2244
2245 @item P
2246 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2247
2248 @item Q
2249 A memory reference that is a stack push.
2250
2251 @item R
2252 A memory reference that is a stack pop.
2253
2254 @item S
2255 A memory reference that refers to an constant address of known value.
2256
2257 @item T
2258 The register indicated by Rx (not implemented yet).
2259
2260 @item U
2261 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
2262
2263 @end table
2264
2265 @item Xtensa---@file{xtensa.h}
2266 @table @code
2267 @item a
2268 General-purpose 32-bit register
2269
2270 @item b
2271 One-bit boolean register
2272
2273 @item A
2274 MAC16 40-bit accumulator register
2275
2276 @item I
2277 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
2278
2279 @item J
2280 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
2281
2282 @item K
2283 Integer constant valid for BccI instructions
2284
2285 @item L
2286 Unsigned constant valid for BccUI instructions
2287
2288 @end table
2289
2290 @end table
2291
2292 @ifset INTERNALS
2293 @node Standard Names
2294 @section Standard Pattern Names For Generation
2295 @cindex standard pattern names
2296 @cindex pattern names
2297 @cindex names, pattern
2298
2299 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
2300 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
2301 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
2302 pattern to accomplish a certain task.
2303
2304 @table @asis
2305 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
2306 @item @samp{mov@var{m}}
2307 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lower case.
2308 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
2309 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
2310
2311 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
2312 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
2313 to store the specified value in the part of the register that corresponds
2314 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
2315 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
2316 outside the target word are left unchanged.
2317
2318 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
2319 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
2320 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
2321 If there are patterns accepting operands in larger modes,
2322 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
2323
2324 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
2325 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
2326 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
2327 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
2328 into a register.
2329
2330 @findex force_reg
2331 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
2332 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
2333 registers other than the operands.  For example, if you support the
2334 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
2335 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
2336 function which might generate new pseudo registers.
2337
2338 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
2339 fetching those modes from memory normally requires several insns and
2340 some temporary registers.
2341
2342 @findex change_address
2343 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
2344 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
2345 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
2346 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
2347 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
2348 an address into a valid address and no routine (such as
2349 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
2350 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
2351
2352 @findex reload_in_progress
2353 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
2354 declared if required) can be used to determine whether such special
2355 handling is required.
2356
2357 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
2358 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
2359 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
2360 machines explicit memory references will get optional reloads.
2361
2362 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
2363 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
2364
2365 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
2366 you must define @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and/or
2367 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
2368 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
2369 them.  @xref{Register Classes}.
2370
2371 @findex no_new_pseudos
2372 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
2373 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
2374 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
2375
2376 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
2377 register to any other hard register provided that
2378 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
2379 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
2380
2381 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
2382 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
2383 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
2384 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
2385 point members.
2386
2387 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
2388 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
2389 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
2390 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
2391 floating point registers, then the constraints of the fixed point
2392 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
2393 reload into a floating point register.
2394
2395 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
2396 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
2397 @item @samp{reload_in@var{m}}
2398 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
2399 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
2400 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
2401 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
2402 macro in @pxref{Register Classes}.
2403
2404 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
2405 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
2406 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
2407 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
2408 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
2409 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
2410 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
2411 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
2412 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
2413 for these patterns.
2414
2415 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
2416 @item @samp{movstrict@var{m}}
2417 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
2418 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
2419 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
2420 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
2421
2422 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
2423 @item @samp{load_multiple}
2424 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
2425 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
2426 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
2427 number of consecutive registers.
2428
2429 Define this only if the target machine really has such an instruction;
2430 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
2431 registers from memory is to do them one at a time.
2432
2433 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
2434 registers can be stored into memory, such as particular starting or
2435 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
2436 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2437 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
2438
2439 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
2440 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
2441 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
2442 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
2443 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
2444
2445 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
2446 @item @samp{store_multiple}
2447 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
2448 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
2449 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
2450 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
2451
2452 @cindex @code{push@var{m}} instruction pattern
2453 @item @samp{push@var{m}}
2454 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
2455 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
2456 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
2457 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
2458 method is deprecated.
2459
2460 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
2461 @item @samp{add@var{m}3}
2462 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
2463 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
2464 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
2465
2466 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
2467 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
2468 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
2469 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
2470 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
2471 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
2472 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
2473 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
2474 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
2475 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
2476 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
2477 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
2478 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
2479 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
2480 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
2481 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
2482 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
2483 Similar, for other arithmetic operations.
2484 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
2485 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
2486 @itemx @samp{min@var{m}3}, @samp{max@var{m}3}
2487 Floating point min and max operations.  If both operands are zeros,
2488 or if either operand is NaN, then it is unspecified which of the two
2489 operands is returned as the result.
2490
2491
2492 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
2493 @item @samp{mulhisi3}
2494 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
2495 a @code{SImode} product in operand 0.
2496
2497 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
2498 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
2499 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
2500 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
2501
2502 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
2503 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
2504 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
2505 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
2506 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
2507 multiplication.
2508
2509 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2510 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
2511 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
2512 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
2513 The least significant half of the product is discarded.
2514
2515 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2516 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
2517 Similar, but the multiplication is unsigned.
2518
2519 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
2520 @item @samp{divmod@var{m}4}
2521 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
2522 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
2523 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
2524
2525 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
2526 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
2527 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
2528 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
2529 and remainder are computed.
2530
2531 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
2532 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
2533 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
2534 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
2535 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
2536
2537 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
2538 @item @samp{udivmod@var{m}4}
2539 Similar, but does unsigned division.
2540
2541 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
2542 @item @samp{ashl@var{m}3}
2543 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
2544 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
2545 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
2546 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
2547 mode before generating the instruction.
2548
2549 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
2550 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
2551 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
2552 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
2553 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
2554 Other shift and rotate instructions, analogous to the
2555 @code{ashl@var{m}3} instructions.
2556
2557 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
2558 @item @samp{neg@var{m}2}
2559 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
2560
2561 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
2562 @item @samp{abs@var{m}2}
2563 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
2564
2565 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
2566 @item @samp{sqrt@var{m}2}
2567 Store the square root of operand 1 into operand 0.
2568
2569 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
2570 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
2571 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2572 type @code{float}.
2573
2574 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
2575 @item @samp{cos@var{m}2}
2576 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
2577
2578 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
2579 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
2580 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2581 type @code{float}.
2582
2583 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
2584 @item @samp{sin@var{m}2}
2585 Store the sine of operand 1 into operand 0.
2586
2587 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
2588 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
2589 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2590 type @code{float}.
2591
2592 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
2593 @item @samp{exp@var{m}2}
2594 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
2595
2596 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
2597 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
2598 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2599 type @code{float}.
2600
2601 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
2602 @item @samp{log@var{m}2}
2603 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
2604
2605 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
2606 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
2607 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2608 type @code{float}.
2609
2610 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
2611 @item @samp{pow@var{m}3}
2612 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
2613 into operand 0.
2614
2615 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
2616 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
2617 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2618 type @code{float}.
2619
2620 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
2621 @item @samp{atan2@var{m}3}
2622 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
2623 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
2624 determine the quadrant of the result.
2625
2626 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
2627 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
2628 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2629 type @code{float}.
2630
2631 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
2632 @item @samp{floor@var{m}2}
2633 Store the largest integral value not greater than argument.
2634
2635 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
2636 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
2637 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2638 type @code{float}.
2639
2640 @cindex @code{trunc@var{m}2} instruction pattern
2641 @item @samp{trunc@var{m}2}
2642 Store the argument rounded to integer towards zero.
2643
2644 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
2645 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
2646 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2647 type @code{float}.
2648
2649 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
2650 @item @samp{round@var{m}2}
2651 Store the argument rounded to integer away from zero.
2652
2653 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
2654 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
2655 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2656 type @code{float}.
2657
2658 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
2659 @item @samp{ceil@var{m}2}
2660 Store the argument rounded to integer away from zero.
2661
2662 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
2663 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
2664 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2665 type @code{float}.
2666
2667 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
2668 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
2669 Store the argument rounded according to the default rounding mode
2670
2671 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
2672 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
2673 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2674 type @code{float}.
2675
2676 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
2677 @item @samp{ffs@var{m}2}
2678 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
2679 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
2680 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2681 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2682 generating the instruction.
2683
2684 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
2685 corresponds to the C data type @code{int}.
2686
2687 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
2688 @item @samp{clz@var{m}2}
2689 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
2690 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
2691 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
2692 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
2693 operand to that mode before generating the instruction.
2694
2695 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
2696 @item @samp{ctz@var{m}2}
2697 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
2698 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
2699 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
2700 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
2701 operand to that mode before generating the instruction.
2702
2703 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
2704 @item @samp{popcount@var{m}2}
2705 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
2706 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2707 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2708 generating the instruction.
2709
2710 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
2711 @item @samp{parity@var{m}2}
2712 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.@:e. the number of 1-bits
2713 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
2714 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
2715 the operand to that mode before generating the instruction.
2716
2717 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
2718 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
2719 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
2720
2721 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
2722 @item @samp{cmp@var{m}}
2723 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
2724 The RTL pattern should look like this:
2725
2726 @smallexample
2727 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2728                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
2729 @end smallexample
2730
2731 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
2732 @item @samp{tst@var{m}}
2733 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
2734 The RTL pattern should look like this:
2735
2736 @smallexample
2737 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
2738 @end smallexample
2739
2740 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
2741 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
2742 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
2743 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
2744
2745 @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
2746 @item @samp{movstr@var{m}}
2747 Block move instruction.  The addresses of the destination and source
2748 strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
2749
2750 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
2751 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
2752 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
2753 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
2754 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
2755 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
2756 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
2757
2758 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
2759 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
2760 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
2761 it may provide the value 4 for this operand.
2762
2763 Descriptions of multiple @code{movstr@var{m}} patterns can only be
2764 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
2765 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
2766 in @code{movstr@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
2767 individually moved data units in the block.
2768
2769 These patterns need not give special consideration to the possibility
2770 that the source and destination strings might overlap.
2771
2772 @cindex @code{clrstr@var{m}} instruction pattern
2773 @item @samp{clrstr@var{m}}
2774 Block clear instruction.  The addresses of the destination string is the
2775 first operand, in mode @code{Pmode}.  The number of bytes to clear is
2776 the second operand, in mode @var{m}.  See @samp{movstr@var{m}} for
2777 a discussion of the choice of mode.
2778
2779 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
2780 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
2781 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
2782 operand.
2783
2784 The use for multiple @code{clrstr@var{m}} is as for @code{movstr@var{m}}.
2785
2786 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
2787 @item @samp{cmpstr@var{m}}
2788 Block compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
2789 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
2790 of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2791 byte by byte in lexicographic order.  The effect of the instruction is
2792 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
2793 comparison.
2794
2795 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
2796 @item @samp{strlen@var{m}}
2797 Compute the length of a string, with three operands.
2798 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
2799 a @code{mem} referring to the first character of the string,
2800 operand 2 is the character to search for (normally zero),
2801 and operand 3 is a constant describing the known alignment
2802 of the beginning of the string.
2803
2804 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
2805 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
2806 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
2807 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2808 @var{n}).
2809
2810 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
2811 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
2812 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
2813 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2814 @var{n}).
2815
2816 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2817 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2818 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2819 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2820 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2821 the value of operand 1 is an integer.
2822
2823 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2824 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2825 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2826 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2827 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2828 value of operand 1 is an integer.
2829
2830 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2831 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2832 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2833 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2834 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2835
2836 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2837 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2838 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2839 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2840
2841 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2842 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2843 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2844 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2845
2846 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2847 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2848 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2849 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2850 point or both floating point.
2851
2852 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
2853 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2854 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2855 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2856 point or both floating point.
2857
2858 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2859 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2860 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2861 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2862 point.
2863
2864 @cindex @code{extv} instruction pattern
2865 @item @samp{extv}
2866 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
2867 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2868 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2869 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2870 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2871 be valid for @code{word_mode}.
2872
2873 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2874 for operands 2 and 3.
2875
2876 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2877 before it is stored in operand 0.
2878
2879 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2880 @item @samp{extzv}
2881 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2882
2883 @cindex @code{insv} instruction pattern
2884 @item @samp{insv}
2885 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
2886 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2887 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2888 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2889 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2890
2891 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2892 for operands 1 and 2.
2893
2894 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2895 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2896 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2897 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2898 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2899
2900 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2901 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2902 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2903 codes and vice versa.
2904
2905 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2906 define these patterns.
2907
2908 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
2909 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2910 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
2911 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
2912 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
2913 operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2914
2915 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2916 @item @samp{s@var{cond}}
2917 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2918 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2919 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2920 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2921
2922 You specify the mode that the operand must have when you write the
2923 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2924 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2925
2926 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2927 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2928 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2929 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2930 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2931 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2932 should omit those operations from the machine description.
2933
2934 These operations may fail, but should do so only in relatively
2935 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2936 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2937
2938 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2939 that copies the constant one to the target and branches around an
2940 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
2941 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
2942 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
2943 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
2944 the machine description.
2945
2946 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
2947 @item @samp{b@var{cond}}
2948 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
2949 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
2950 condition @var{cond}.
2951
2952 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
2953 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
2954 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
2955 simply store the operands away and generate all the required insns in a
2956 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
2957 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
2958 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
2959 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
2960
2961 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
2962 where the mode used for the comparison depends on the condition being
2963 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
2964
2965 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
2966 @samp{s@var{cond}} patterns.
2967
2968 @cindex @code{jump} instruction pattern
2969 @item @samp{jump}
2970 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
2971 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
2972 on all machines.
2973
2974 @cindex @code{call} instruction pattern
2975 @item @samp{call}
2976 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
2977 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
2978 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
2979 operands.
2980
2981 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
2982 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
2983 to put this information into the assembler code; they can put it in
2984 the RTL instead of operand 1.
2985
2986 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
2987 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
2988 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
2989 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
2990 instruction, the pattern for this operation should be a
2991 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
2992 address into a register and uses that register in the call instruction.
2993
2994 @cindex @code{call_value} instruction pattern
2995 @item @samp{call_value}
2996 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
2997 register in which the value is returned.  There are three more
2998 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
2999 instruction (but with numbers increased by one).
3000
3001 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
3002 insn.
3003
3004 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
3005 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
3006 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
3007 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
3008 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
3009 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
3010 adjustment made to the frame pointer.
3011
3012 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
3013 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
3014 can be eliminated, if desired.
3015
3016 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
3017 @item @samp{untyped_call}
3018 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
3019 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
3020 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
3021 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3022 the saving of a function return value into the result block.
3023
3024 This instruction pattern should be defined to support
3025 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
3026 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
3027 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
3028 multiple registers that can hold a return value
3029 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
3030
3031 @cindex @code{return} instruction pattern
3032 @item @samp{return}
3033 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
3034 defined only if a single instruction can do all the work of returning
3035 from a function.
3036
3037 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
3038 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
3039 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
3040 some class of functions only requires one instruction to implement a
3041 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
3042 to save any registers or allocate stack space.
3043
3044 @findex reload_completed
3045 @findex leaf_function_p
3046 For such machines, the condition specified in this pattern should only
3047 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
3048 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
3049 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
3050 a register window push is required.
3051
3052 Machines that have conditional return instructions should define patterns
3053 such as
3054
3055 @smallexample
3056 (define_insn ""
3057   [(set (pc)
3058         (if_then_else (match_operator
3059                          0 "comparison_operator"
3060                          [(cc0) (const_int 0)])
3061                       (return)
3062                       (pc)))]
3063   "@var{condition}"
3064   "@dots{}")
3065 @end smallexample
3066
3067 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
3068 named @samp{return} pattern.
3069
3070 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
3071 @item @samp{untyped_return}
3072 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
3073 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
3074 instructions are needed to return a value of any type.
3075
3076 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
3077 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
3078 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3079 the restoring of a function return value from the result block.
3080
3081 @cindex @code{nop} instruction pattern
3082 @item @samp{nop}
3083 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
3084 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
3085 RTL pattern.
3086
3087 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
3088 @item @samp{indirect_jump}
3089 An instruction to jump to an address which is operand zero.
3090 This pattern name is mandatory on all machines.
3091
3092 @cindex @code{casesi} instruction pattern
3093 @item @samp{casesi}
3094 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
3095 This instruction takes five operands:
3096
3097 @enumerate
3098 @item
3099 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
3100
3101 @item
3102 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
3103
3104 @item
3105 The total range of indices in the table---the largest index
3106 minus the smallest one (both inclusive).
3107
3108 @item
3109 A label that precedes the table itself.
3110
3111 @item
3112 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
3113 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
3114 then an out-of-bounds index drops through to the code following
3115 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
3116 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
3117 but it is always provided as an operand.)
3118 @end enumerate
3119
3120 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
3121 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
3122 difference between the upper bound and the lower bound.
3123
3124 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
3125 @item @samp{tablejump}
3126 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
3127 capability which can be used to implement a dispatch table when there
3128 is no @samp{casesi} pattern.
3129
3130 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
3131 which should immediately precede the jump table.  If the macro
3132 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
3133 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
3134 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
3135 mode @code{Pmode}.
3136
3137 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
3138 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
3139 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
3140 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
3141
3142
3143 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
3144 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
3145 Conditional branch instruction that decrements a register and
3146 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
3147 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
3148 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
3149
3150 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
3151 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
3152 reduction is enabled.
3153
3154 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
3155 @item @samp{doloop_end}
3156 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
3157 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
3158 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
3159 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
3160 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
3161 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
3162 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
3163 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
3164 @xref{Looping Patterns}.
3165
3166 This optional instruction pattern should be defined for machines with
3167 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
3168 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
3169 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3170 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
3171 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
3172 too large for this instruction, make it fail.
3173
3174 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
3175 @item @samp{doloop_begin}
3176 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
3177 need to perform some initialization, such as loading special registers
3178 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
3179 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
3180 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
3181
3182
3183 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
3184 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
3185 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
3186 into operand 0.
3187
3188 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
3189 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
3190 and also has mode @code{Pmode}.
3191
3192 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
3193 the address of the function which would be called if the function
3194 pointer were used in an indirect call.
3195
3196 Only define this pattern if function pointers on the target machine
3197 can have different values but still call the same function when
3198 used in an indirect call.
3199
3200 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
3201 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
3202 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
3203 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
3204 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
3205 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
3206 @item @samp{save_stack_block}
3207 @itemx @samp{save_stack_function}
3208 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
3209 @itemx @samp{restore_stack_block}
3210 @itemx @samp{restore_stack_function}
3211 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
3212 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
3213 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
3214 such machines.
3215
3216 Some machines require special handling for stack pointer saves and
3217 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
3218 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
3219 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
3220 saves and restores are:
3221
3222 @enumerate
3223 @item
3224 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
3225 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
3226 restores the stack pointer when the block is exited.
3227
3228 @item
3229 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
3230 similar job for the outermost block of a function and are used when the
3231 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
3232 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
3233 restore sequence on some machines.
3234
3235 @item
3236 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
3237 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
3238 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
3239 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
3240 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
3241 and restoring additional data such as register window information or
3242 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
3243 such required data.
3244 @end enumerate
3245
3246 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
3247 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
3248 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
3249 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
3250 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
3251 for a particular type of save (either because no save is needed or
3252 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
3253 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
3254 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
3255 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
3256
3257 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
3258 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
3259 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
3260
3261 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
3262 @item @samp{allocate_stack}
3263 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
3264 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
3265
3266 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
3267 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
3268 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
3269 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
3270 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
3271 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
3272 stack is free.
3273
3274 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
3275 Some machines require other operations such as stack probes or
3276 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
3277 operations in addition to updating the stack pointer.
3278
3279 @cindex @code{probe} instruction pattern
3280 @item @samp{probe}
3281 Some machines require instructions to be executed after space is
3282 allocated from the stack, for example to generate a reference at
3283 the bottom of the stack.
3284
3285 If you need to emit instructions before the stack has been adjusted,
3286 put them into the @samp{allocate_stack} pattern.  Otherwise, define
3287 this pattern to emit the required instructions.
3288
3289 No operands are provided.
3290
3291 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
3292 @item @samp{check_stack}
3293 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
3294 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
3295 to perform the needed check and signaling an error if the stack
3296 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
3297 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
3298 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
3299 limit from a global or thread-specific variable or register.
3300
3301 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
3302 @item @samp{nonlocal_goto}
3303 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
3304 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
3305 each representing a value to be used in the jump.  The first
3306 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
3307 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
3308 the third is the address of a location where the stack is saved,
3309 and the last is the address of the label, to be placed in the
3310 location for the incoming static chain.
3311
3312 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
3313 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
3314 and static chain, restore the stack (using the
3315 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
3316 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
3317 not work on your machine.
3318
3319 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
3320 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
3321 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
3322 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
3323 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
3324 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
3325 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
3326 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
3327 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
3328 There are no arguments.
3329
3330 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
3331 @item @samp{exception_receiver}
3332 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3333 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3334 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3335 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3336 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
3337 an exception.  There are no arguments.
3338
3339 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
3340 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
3341 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
3342 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
3343 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
3344 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
3345 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
3346 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
3347 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
3348 the first three are normally used by the generic mechanism.
3349
3350 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
3351 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
3352 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3353 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3354 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3355 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3356 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
3357 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
3358 at a small offset from that label.
3359
3360 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
3361 @item @samp{builtin_longjmp}
3362 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
3363 You will not normally need to define this pattern unless you also define
3364 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
3365 @code{jmp_buf}.
3366
3367 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
3368 @item @samp{eh_return}
3369 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
3370 and thence the call frame exception handling library routines, are
3371 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
3372 the abnormal return path.
3373
3374 The pattern takes two arguments.  The first is an offset to be applied
3375 to the stack pointer.  It will have been copied to some appropriate
3376 location (typically @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX}) which will survive
3377 until after reload to when the normal epilogue is generated.
3378 The second argument is the address of the exception handler to which
3379 the function should return.  This will normally need to copied by the
3380 pattern to some special register or memory location.
3381
3382 This pattern only needs to be defined if call frame exception handling
3383 is to be used, and simple moves involving @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX}
3384 and @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX} are not sufficient.
3385
3386 @cindex @code{prologue} instruction pattern
3387 @anchor{prologue instruction pattern}
3388 @item @samp{prologue}
3389 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
3390 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
3391 pointer register, saving callee saved registers, etc.
3392
3393 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
3394 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
3395
3396 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
3397 instruction scheduling.
3398
3399 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
3400 @anchor{epilogue instruction pattern}
3401 @item @samp{epilogue}
3402 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
3403 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
3404 registers and emitting the return instruction.
3405
3406 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
3407 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
3408
3409 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
3410 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
3411
3412 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
3413 @item @samp{sibcall_epilogue}
3414 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
3415 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
3416 sibling call (aka tail call) sites.
3417
3418 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
3419 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
3420 function.
3421
3422 @cindex @code{trap} instruction pattern
3423 @item @samp{trap}
3424 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
3425 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
3426 front end to signal `invalid array index' exceptions.
3427
3428 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
3429 @item @samp{conditional_trap}
3430 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
3431 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
3432
3433 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
3434
3435 @smallexample
3436 (define_insn "conditional_trap"
3437   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
3438              [(cc0) (const_int 0)])
3439             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
3440   ""
3441   "@dots{}")
3442 @end smallexample
3443
3444 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
3445 @item @samp{prefetch}
3446
3447 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
3448 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
3449 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
3450 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
3451 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
3452 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
3453 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
3454 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
3455 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
3456
3457 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
3458 the values of operands 1 and 2.
3459
3460 @end table
3461
3462 @node Pattern Ordering
3463 @section When the Order of Patterns Matters
3464 @cindex Pattern Ordering
3465 @cindex Ordering of Patterns
3466
3467 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
3468 pattern that appears first in the machine description is the one used.
3469 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
3470 and faster instructions (those that will produce better code when they
3471 do match) should usually go first in the description.
3472
3473 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
3474 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
3475 instruction for converting a fullword to floating point and another
3476 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
3477 an integer to floating point could match either one.  We put the
3478 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
3479 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
3480 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
3481 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
3482 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
3483 constant value.
3484
3485 @node Dependent Patterns
3486 @section Interdependence of Patterns
3487 @cindex Dependent Patterns
3488 @cindex Interdependence of Patterns
3489
3490 Every machine description must have a named pattern for each of the
3491 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
3492 must always have the form
3493
3494 @example
3495 (set (pc)
3496      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3497                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
3498                    (pc)))
3499 @end example
3500
3501 @noindent
3502 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
3503 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
3504 look like
3505
3506 @example
3507 (set (pc)
3508      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3509                    (pc)
3510                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
3511 @end example
3512
3513 @noindent
3514 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
3515 branches into reverse-conditional branches.
3516
3517 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
3518 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
3519 example,
3520
3521 @example
3522 (define_insn ""
3523   [(set (pc)
3524         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
3525                                       [(cc0) (const_int 0)])
3526                       (pc)
3527                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
3528   "@var{condition}"
3529   "@dots{}")
3530 @end example
3531
3532 In some cases machines support instructions identical except for the
3533 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
3534 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
3535 patterns are
3536
3537 @example
3538 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3539      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
3540
3541 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3542      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
3543 @end example
3544
3545 @noindent
3546 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
3547 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
3548 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
3549 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
3550 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
3551 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
3552
3553 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
3554 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
3555 compilations.
3556
3557 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
3558 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
3559 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
3560 you should not provide separate patterns for increment and decrement
3561 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
3562 that supports register-register add insns by examining the operands and
3563 generating the appropriate machine instruction.
3564
3565 @node Jump Patterns
3566 @section Defining Jump Instruction Patterns
3567 @cindex jump instruction patterns
3568 @cindex defining jump instruction patterns
3569
3570 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
3571 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
3572 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
3573 insn tests the condition code and branches or not according its value.
3574 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
3575 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
3576 way.
3577
3578 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
3579 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
3580 these machines is to treat them just like the others until the final stage
3581 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
3582 compare instruction, peek ahead at the following branch using
3583 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
3584 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
3585 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
3586 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
3587 can treat signed and unsigned branches identically.
3588
3589 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
3590 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
3591 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
3592 until the end.
3593
3594 To go with this technique, you must define the machine-description macro
3595 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
3596 compare instruction is superfluous.
3597
3598 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
3599 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
3600 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
3601 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
3602 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
3603
3604 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
3605 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
3606 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
3607 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
3608 above in addition to any special patterns you define.
3609
3610 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
3611 code and there may not even be a separate condition code register.  On
3612 these machines, the restriction that the definition and use of the
3613 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
3614 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
3615 delay for taken branches unless the condition code register is set three
3616 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
3617 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
3618 separate the definition and use of the condition code register.
3619
3620 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
3621 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
3622 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
3623 comparison result can be placed in any general register, or if there are
3624 multiple condition registers, use a pseudo register.
3625
3626 @findex prev_cc0_setter
3627 @findex next_cc0_user
3628 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
3629 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
3630 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
3631 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
3632 instruction does, so a different branch instruction must be used for
3633 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
3634 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
3635 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
3636 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
3637 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
3638 and @code{next_cc0_user}.
3639
3640 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
3641 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
3642 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
3643 we use the machine mode of the condition code register to record
3644 different formats of the condition code register.
3645
3646 Registers used to store the condition code value should have a mode that
3647 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
3648 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
3649 the SPARC), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
3650 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
3651 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
3652
3653 If it is known during RTL generation that a different mode will be
3654 required (for example, if the machine has separate compare instructions
3655 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
3656 be specified at that time.
3657
3658 If the cases that require different modes would be made by instruction
3659 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
3660 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
3661 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
3662 discussed above, we have the pattern
3663
3664 @smallexample
3665 (define_insn ""
3666   [(set (reg:CC_NOOV 0)
3667         (compare:CC_NOOV
3668           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
3669                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
3670           (const_int 0)))]
3671   ""
3672   "@dots{}")
3673 @end smallexample
3674
3675 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
3676 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
3677
3678 @node Looping Patterns
3679 @section Defining Looping Instruction Patterns
3680 @cindex looping instruction patterns
3681 @cindex defining looping instruction patterns
3682
3683 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
3684 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
3685 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
3686 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
3687 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
3688 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
3689 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
3690 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
3691 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
3692 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
3693 the jump.
3694
3695 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
3696 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
3697 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
3698 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
3699 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
3700 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
3701 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
3702 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
3703 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
3704 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
3705 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
3706 following for its @code{dbra} instruction:
3707
3708 @smallexample
3709 @group
3710 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3711   [(set (pc)
3712         (if_then_else
3713           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3714                        (const_int -1))
3715               (const_int 0))
3716           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3717           (pc)))
3718    (set (match_dup 0)
3719         (plus:SI (match_dup 0)
3720                  (const_int -1)))]
3721   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3722   "@dots{}")
3723 @end group
3724 @end smallexample
3725
3726 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
3727 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
3728 since this insn is generated by the instruction combination phase
3729 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
3730 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
3731 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
3732 pattern will not be matched by the combiner.
3733
3734 @smallexample
3735 @group
3736 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3737   [(set (pc)
3738         (if_then_else
3739           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3740               (const_int 1))
3741           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3742           (pc)))
3743    (set (match_dup 0)
3744         (plus:SI (match_dup 0)
3745                  (const_int -1)))]
3746   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3747   "@dots{}")
3748 @end group
3749 @end smallexample
3750
3751 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
3752 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
3753 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
3754 information collected during strength reduction.
3755
3756 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
3757 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
3758 is an optional companion pattern that can be used for initialization
3759 needed for some low-overhead looping instructions.
3760
3761 Note that some machines require the actual looping instruction to be
3762 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
3763 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
3764 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
3765 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
3766 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
3767 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
3768 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
3769 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
3770 desired special iteration counter register was not allocated, this
3771 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
3772 instruction pair.
3773
3774 The essential difference between the
3775 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
3776 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
3777 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
3778 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
3779 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
3780 may become redundant and removed by the flow pass.
3781
3782
3783 @node Insn Canonicalizations
3784 @section Canonicalization of Instructions
3785 @cindex canonicalization of instructions
3786 @cindex insn canonicalization
3787
3788 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
3789 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
3790 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
3791 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
3792 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
3793 number of insn patterns required.
3794
3795 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
3796 are performed:
3797
3798 @itemize @bullet
3799 @item
3800 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
3801 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
3802 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
3803 be supplied.
3804
3805 @cindex @code{neg}, canonicalization of
3806 @cindex @code{not}, canonicalization of
3807 @cindex @code{mult}, canonicalization of
3808 @cindex @code{plus}, canonicalization of
3809 @cindex @code{minus}, canonicalization of
3810 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
3811 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
3812 first operand.
3813
3814 @item
3815 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
3816 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
3817 the operations as far as possible.  For instance, 
3818 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
3819 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
3820 @code{(minus A (mult B C))}.
3821
3822 @cindex @code{compare}, canonicalization of
3823 @item
3824 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
3825 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
3826 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
3827 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
3828 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
3829 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
3830 such an instruction.
3831
3832 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
3833 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
3834 above.
3835
3836 @item
3837 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
3838 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
3839
3840 @item
3841 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
3842 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
3843
3844 @cindex @code{ior}, canonicalization of
3845 @cindex @code{and}, canonicalization of
3846 @cindex De Morgan's law
3847 @item
3848 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
3849 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
3850 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
3851
3852 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
3853 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
3854 for that instruction as
3855
3856 @example
3857 (define_insn ""
3858   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3859         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3860                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
3861   "@dots{}"
3862   "@dots{}")
3863 @end example
3864
3865 @noindent
3866 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
3867
3868 @example
3869 (define_insn ""
3870   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3871         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3872                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
3873   "@dots{}"
3874   "@dots{}")
3875 @end example
3876
3877 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
3878 logically equivalent RTL expressions.
3879
3880 @cindex @code{xor}, canonicalization of
3881 @item
3882 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
3883 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
3884 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
3885
3886 @item
3887 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
3888 the form
3889
3890 @example
3891 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
3892 @end example
3893
3894 @item
3895 On machines that do not use @code{cc0},
3896 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
3897 @var{x}.
3898
3899 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
3900 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
3901 @item
3902 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
3903 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
3904 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
3905
3906 @end itemize
3907
3908 @node Expander Definitions
3909 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
3910 @cindex expander definitions
3911 @cindex code generation RTL sequences
3912 @cindex defining RTL sequences for code generation
3913
3914 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
3915 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
3916 represent them.  For these target machines, you can write a
3917 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
3918
3919 @findex define_expand
3920 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
3921 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
3922 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
3923
3924 A @code{define_expand} RTX has four operands:
3925
3926 @itemize @bullet
3927 @item
3928 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
3929 use for it is to refer to it by name.
3930
3931 @item
3932 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
3933 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
3934 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
3935
3936 @item
3937 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
3938 used to express how the availability of this pattern depends on
3939 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
3940 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
3941 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
3942 depend on the data in the insn being matched, but only the
3943 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
3944 during initialization in order to learn exactly which named instructions
3945 are available in a particular run.
3946
3947 @item
3948 The preparation statements, a string containing zero or more C
3949 statements which are to be executed before RTL code is generated from
3950 the RTL template.
3951
3952 Usually these statements prepare temporary registers for use as
3953 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
3954 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
3955 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
3956 @end itemize
3957
3958 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
3959 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
3960 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
3961 it.
3962
3963 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
3964 also describes the operands that need to be specified when this pattern
3965 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
3966
3967 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
3968 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
3969 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
3970 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
3971 information to preload the operand into a register if that is required for
3972 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
3973 references should use @code{match_dup}.
3974
3975 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
3976 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
3977 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
3978 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
3979 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
3980 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
3981 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
3982 compute the values and store them into the appropriate elements of
3983 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
3984
3985 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
3986 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
3987 as a statement.
3988
3989 @table @code
3990
3991 @findex DONE
3992 @item DONE
3993 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
3994 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
3995 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
3996 preparation statements; the RTL template will not be generated.
3997
3998 @findex FAIL
3999 @item FAIL
4000 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
4001 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
4002 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
4003
4004 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
4005 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
4006 operations.
4007 @end table
4008
4009 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
4010 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
4011 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
4012 insn.
4013
4014 The RTL template is not used for matching, only for generating the
4015 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
4016 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
4017 list of operands, such as this example:
4018
4019 @smallexample
4020 @group
4021 (define_expand "addsi3"
4022   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4023    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4024    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
4025 @end group
4026 @group
4027   ""
4028   "
4029 @{
4030   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
4031   DONE;
4032 @}")
4033 @end group
4034 @end smallexample
4035
4036 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
4037
4038 @smallexample
4039 @group
4040 (define_expand "ashlsi3"
4041   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4042         (ashift:SI
4043 @end group
4044 @group
4045           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4046           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
4047   ""
4048   "
4049 @end group
4050 @end smallexample
4051
4052 @smallexample
4053 @group
4054 @{
4055   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
4056       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
4057     FAIL;
4058 @}")
4059 @end group
4060 @end smallexample
4061
4062 @noindent
4063 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
4064 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
4065 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
4066 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
4067 library call).
4068
4069 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
4070 patterns with names, then it would be possible to use a
4071 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
4072 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
4073
4074 @smallexample
4075 (define_expand "zero_extendhisi2"
4076   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
4077         (const_int 0))
4078    (set (strict_low_part
4079           (subreg:HI
4080             (match_dup 0)
4081             0))
4082         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
4083   ""
4084   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
4085 @end smallexample
4086
4087 @noindent
4088 @findex make_safe_from
4089 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
4090 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
4091 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
4092 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
4093 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
4094 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
4095 by emitting another RTL insn.
4096
4097 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
4098 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
4099 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
4100 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
4101 on this machine.  So it must be copied into a register with
4102 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
4103
4104 @smallexample
4105 (define_expand "zero_extendhisi2"
4106   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4107         (and:SI (subreg:SI
4108                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
4109                   0)
4110                 (match_dup 2)))]
4111   ""
4112   "operands[2]
4113      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
4114 @end smallexample
4115
4116 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
4117 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
4118 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
4119 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
4120 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
4121 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
4122 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
4123 in the compiler.
4124
4125 @node Insn Splitting
4126 @section Defining How to Split Instructions
4127 @cindex insn splitting
4128 @cindex instruction splitting
4129 @cindex splitting instructions
4130
4131 There are two cases where you should specify how to split a pattern
4132 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
4133 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
4134 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
4135 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
4136 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
4137 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
4138 cannot be placed into a delay slot.
4139
4140 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
4141 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
4142 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
4143 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
4144 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
4145 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
4146 scheduling.
4147
4148 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
4149 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
4150 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
4151 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
4152 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
4153 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
4154 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
4155 split the addition into two insns is machine-dependent.
4156
4157 @findex define_split
4158 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
4159 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
4160
4161 @smallexample
4162 (define_split
4163   [@var{insn-pattern}]
4164   "@var{condition}"
4165   [@var{new-insn-pattern-1}
4166    @var{new-insn-pattern-2}
4167    @dots{}]
4168   "@var{preparation-statements}")
4169 @end smallexample
4170
4171 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
4172 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
4173 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
4174 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
4175 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
4176 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
4177
4178 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
4179 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4180 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
4181 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
4182 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
4183 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
4184 must not allocate any space in the stack frame.
4185
4186 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
4187 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
4188 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
4189 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
4190 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
4191 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
4192 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
4193 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
4194 of those definitions.
4195
4196 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
4197 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
4198 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
4199
4200 @smallexample
4201 (define_split
4202   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4203         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
4204   ""
4205   [(set (match_dup 0)
4206         (ashift:SI (match_dup 1)
4207                    (const_int 16)))
4208    (set (match_dup 0)
4209         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
4210                      (const_int 16)))]
4211   "
4212 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
4213 @end smallexample
4214
4215 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
4216 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
4217 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
4218 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
4219 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
4220 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
4221 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
4222 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
4223 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
4224 @code{define_split} that will never produce insns that match).
4225
4226 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
4227 @file{rs6000.md}:
4228
4229 @smallexample
4230 (define_split
4231   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4232         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4233                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
4234   ""
4235   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
4236    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
4237 "
4238 @{
4239   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
4240   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
4241
4242   if (low & 0x8000)
4243     high++, low |= 0xffff0000;
4244
4245   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
4246   operands[4] = GEN_INT (low);
4247 @}")
4248 @end smallexample
4249
4250 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
4251 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
4252 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
4253 can be substituted into the address of a subsequent operation.
4254
4255 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
4256 an equality comparison of a register and a large constant:
4257
4258 @smallexample
4259 (define_split
4260   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
4261         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4262                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
4263    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
4264   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
4265    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
4266        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
4267   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
4268    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
4269   "
4270 @{
4271   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
4272      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
4273      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
4274
4275   int c = INTVAL (operands[2]);
4276   int sextc = (c << 16) >> 16;
4277   int xorv = c ^ sextc;
4278
4279   operands[4] = GEN_INT (xorv);
4280   operands[5] = GEN_INT (sextc);
4281 @}")
4282 @end smallexample
4283
4284 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
4285 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
4286 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
4287 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
4288 are not valid.
4289
4290 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
4291 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
4292 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
4293 several restriction apply.
4294
4295 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
4296 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
4297 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
4298 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
4299 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
4300 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump. An global variable
4301 @code{split_branch_probability} hold the probability of original branch in case
4302 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
4303 recomputing of edge frequencies, new sequence is required to have only
4304 forward jumps to the newly created labels.
4305
4306 @findex define_insn_and_split
4307 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
4308 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
4309 this:
4310
4311 @smallexample
4312 (define_insn_and_split
4313   [@var{insn-pattern}]
4314   "@var{condition}"
4315   "@var{output-template}"
4316   "@var{split-condition}"
4317   [@var{new-insn-pattern-1}
4318    @var{new-insn-pattern-2}
4319    @dots{}]
4320   "@var{preparation-statements}"
4321   [@var{insn-attributes}])
4322
4323 @end smallexample
4324
4325 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
4326 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
4327 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
4328 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
4329 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
4330 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
4331 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
4332 from i386.md:
4333
4334 @smallexample
4335 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
4336   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
4337      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
4338    (clobber (reg:CC 17))]
4339   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
4340   "#"
4341   "&& reload_completed"
4342   [(parallel [(set (match_dup 0)
4343                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
4344               (clobber (reg:CC 17))])]
4345   ""
4346   [(set_attr "type" "alu1")])
4347
4348 @end smallexample
4349
4350 In this case, the actual split condition will be
4351 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
4352
4353 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
4354 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
4355 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
4356 having to ensure the two patterns' templates match.
4357
4358 @node Including Patterns
4359 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
4360 @cindex insn includes
4361
4362 @findex include
4363 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
4364 look for patterns that are in files other than in the file
4365 @file{.md}. This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
4366
4367 It looks like:
4368
4369 @smallexample
4370
4371 (include
4372   @var{pathname})
4373 @end smallexample
4374
4375 For example:
4376
4377 @smallexample
4378
4379 (include "filestuff")
4380
4381 @end smallexample
4382
4383 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
4384 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}. The
4385 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
4386
4387
4388 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
4389 and placed into subdirectories.
4390
4391 By specifying:
4392
4393 @smallexample
4394
4395 (include "BOGUS/filestuff")
4396
4397 @end smallexample
4398
4399 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
4400
4401 Specifying an absolute path for the include file such as;
4402 @smallexample
4403
4404 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
4405
4406 @end smallexample
4407 is permitted but is not encouraged.
4408
4409 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
4410 @cindex directory options .md
4411 @cindex options, directory search
4412 @cindex search options
4413
4414 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
4415 For example:
4416
4417 @smallexample
4418
4419 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
4420
4421 @end smallexample
4422
4423
4424 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
4425 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
4426 file, substituting your own version, since these directories are
4427 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
4428 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
4429 order; the standard default directory come after.
4430
4431
4432 @node Peephole Definitions
4433 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
4434 @cindex peephole optimizer definitions
4435 @cindex defining peephole optimizers
4436
4437 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
4438 definitions of machine-specific peephole optimizations.
4439
4440 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
4441 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
4442 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
4443 though the second one does not appear to use a register computed in the
4444 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
4445 opportunities.
4446
4447 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
4448 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
4449 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
4450 is deprecated.
4451
4452 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
4453 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
4454 but before scheduling, which may result in much better code for
4455 targets that do scheduling.
4456
4457 @menu
4458 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
4459 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
4460 @end menu
4461
4462 @node define_peephole
4463 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
4464 @findex define_peephole
4465
4466 @need 1000
4467 A definition looks like this:
4468
4469 @smallexample
4470 (define_peephole
4471   [@var{insn-pattern-1}
4472    @var{insn-pattern-2}
4473    @dots{}]
4474   "@var{condition}"
4475   "@var{template}"
4476   "@var{optional-insn-attributes}")
4477 @end smallexample
4478
4479 @noindent
4480 The last string operand may be omitted if you are not using any
4481 machine-specific information in this machine description.  If present,
4482 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
4483
4484 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
4485 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
4486 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
4487 the next, and so on.
4488
4489 Each of the insns matched by a peephole must also match a
4490 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
4491 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
4492 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
4493 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
4494 stages.
4495
4496 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
4497 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
4498 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
4499 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
4500 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
4501 other.
4502
4503 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
4504 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
4505 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
4506 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
4507 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
4508
4509 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
4510 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
4511 previously tested.
4512
4513 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
4514 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
4515 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
4516 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
4517 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
4518 patterns.
4519
4520 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
4521 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
4522 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
4523 the operands.
4524
4525 @findex prev_active_insn
4526 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
4527 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
4528 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
4529 to refer to the last of the insns being matched; use
4530 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
4531
4532 @findex dead_or_set_p
4533 When optimizing computations with intermediate results, you can use
4534 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
4535 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
4536 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
4537 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
4538 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
4539 value (from @code{operands[@var{i}]}).
4540
4541 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
4542 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
4543 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
4544 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
4545 used in matching the original sequence of insns.
4546
4547 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
4548 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
4549 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
4550 as the insn pattern to control how the insn is output.
4551
4552 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
4553 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
4554
4555 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
4556
4557 @smallexample
4558 (define_peephole
4559   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
4560    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
4561         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
4562   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
4563 @{
4564   rtx xoperands[2];
4565   xoperands[1] = gen_rtx (REG, SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
4566 #ifdef MOTOROLA
4567   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
4568   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
4569   return "fmove.d (sp)+,%0";
4570 #else
4571   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
4572   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
4573   return "fmoved sp@@+,%0";
4574 #endif
4575 @})
4576 @end smallexample
4577
4578 @need 1000
4579 The effect of this optimization is to change
4580
4581 @smallexample
4582 @group
4583 jbsr _foobar
4584 addql #4,sp
4585 movel d1,sp@@-
4586 movel d0,sp@@-
4587 fmoved sp@@+,fp0
4588 @end group
4589 @end smallexample
4590
4591 @noindent
4592 into
4593
4594 @smallexample
4595 @group
4596 jbsr _foobar
4597 movel d1,sp@@
4598 movel d0,sp@@-
4599 fmoved sp@@+,fp0
4600 @end group
4601 @end smallexample
4602
4603 @ignore
4604 @findex CC_REVERSED
4605 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
4606 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
4607 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
4608 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
4609 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
4610 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
4611 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
4612 and in this C code check the condition code status flags and change the
4613 assembler code as appropriate.
4614 @end ignore
4615
4616 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
4617 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
4618 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
4619 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
4620 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
4621 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
4622 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
4623 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
4624 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
4625
4626 @smallexample
4627 (define_insn "divmodsi4"
4628   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4629         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4630                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4631    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4632         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
4633   "TARGET_68020"
4634   "divsl%.l %2,%3:%0")
4635 @end smallexample
4636
4637 @noindent
4638 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
4639
4640 @smallexample
4641 (define_peephole
4642   [@dots{}
4643    (parallel
4644     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4645           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4646                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4647      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4648           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
4649    @dots{}]
4650   @dots{})
4651 @end smallexample
4652
4653 @node define_peephole2
4654 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
4655 @findex define_peephole2
4656
4657 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
4658 substitute one sequence of instructions for another sequence,
4659 what additional scratch registers may be needed and what their
4660 lifetimes must be.
4661
4662 @smallexample
4663 (define_peephole2
4664   [@var{insn-pattern-1}
4665    @var{insn-pattern-2}
4666    @dots{}]
4667   "@var{condition}"
4668   [@var{new-insn-pattern-1}
4669    @var{new-insn-pattern-2}
4670    @dots{}]
4671   "@var{preparation-statements}")
4672 @end smallexample
4673
4674 The definition is almost identical to @code{define_split}
4675 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
4676 single instruction, but a sequence of instructions.
4677
4678 It is possible to request additional scratch registers for use in the
4679 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
4680 will simply not match.
4681
4682 @findex match_scratch
4683 @findex match_dup
4684 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
4685 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
4686 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
4687 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
4688 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
4689 at which the register must be available.
4690
4691 Here is an example from the IA-32 machine description:
4692
4693 @smallexample
4694 (define_peephole2
4695   [(match_scratch:SI 2 "r")
4696    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4697                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
4698                      [(match_dup 0)
4699                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
4700               (clobber (reg:CC 17))])]
4701   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
4702   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
4703    (parallel [(set (match_dup 0)
4704                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
4705               (clobber (reg:CC 17))])]
4706   "")
4707 @end smallexample
4708
4709 @noindent
4710 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
4711 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
4712 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
4713 to be live only at the point just before the arithmetic.
4714
4715 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
4716 so here's a silly made-up example:
4717
4718 @smallexample
4719 (define_peephole2
4720   [(match_scratch:SI 4 "r")
4721    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
4722    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
4723    (match_dup 4)
4724    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
4725   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
4726   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
4727    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
4728    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
4729    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
4730   "")
4731 @end smallexample
4732
4733 @noindent
4734 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
4735 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
4736 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
4737
4738 @node Insn Attributes
4739 @section Instruction Attributes
4740 @cindex insn attributes
4741 @cindex instruction attributes
4742
4743 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
4744 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
4745 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
4746 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
4747 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
4748 to track the condition codes.
4749
4750 @menu
4751 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
4752 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
4753 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
4754 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
4755 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
4756 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
4757 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
4758 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
4759 @end menu
4760
4761 @node Defining Attributes
4762 @subsection Defining Attributes and their Values
4763 @cindex defining attributes and their values
4764 @cindex attributes, defining
4765
4766 @findex define_attr
4767 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
4768 by the target machine.  It looks like:
4769
4770 @smallexample
4771 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
4772 @end smallexample
4773
4774 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
4775
4776 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
4777 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
4778 indicate that the attribute takes numeric values.
4779
4780 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
4781 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
4782 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
4783 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
4784 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
4785
4786 @findex insn-attr.h
4787 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
4788 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
4789 specified for an attribute, the following are defined:
4790
4791 @itemize @bullet
4792 @item
4793 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
4794
4795 @item
4796 An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
4797 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
4798 the attribute name and value are first converted to upper case.
4799
4800 @item
4801 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
4802 returns the attribute value for that insn.
4803 @end itemize
4804
4805 For example, if the following is present in the @file{md} file:
4806
4807 @smallexample
4808 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
4809 @end smallexample
4810
4811 @noindent
4812 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
4813
4814 @smallexample
4815 #define HAVE_ATTR_type
4816 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
4817                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
4818 extern enum attr_type get_attr_type ();
4819 @end smallexample
4820
4821 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
4822 defined and the function to obtain the attribute's value will return
4823 @code{int}.
4824
4825 @node Expressions
4826 @subsection Attribute Expressions
4827 @cindex attribute expressions
4828
4829 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
4830 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
4831 Attribute value expressions must have one of the following forms:
4832
4833 @table @code
4834 @cindex @code{const_int} and attributes
4835 @item (const_int @var{i})
4836 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
4837 must be non-negative.
4838
4839 The value of a numeric attribute can be specified either with a
4840 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
4841 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
4842 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
4843 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
4844
4845 @cindex @code{const_string} and attributes
4846 @item (const_string @var{value})
4847 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
4848 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
4849 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
4850 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
4851 of a @code{define_attr}.
4852
4853 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
4854 must be a string containing a non-negative integer (normally
4855 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
4856 contain one of the valid values for the attribute.
4857
4858 @cindex @code{if_then_else} and attributes
4859 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
4860 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
4861 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
4862 otherwise it is @var{false-value}.
4863
4864 @cindex @code{cond} and attributes
4865 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
4866 The first operand of this expression is a vector containing an even
4867 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
4868 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
4869 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
4870 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
4871 expression is that of the @var{default} expression.
4872 @end table
4873
4874 @var{test} expressions can have one of the following forms:
4875
4876 @table @code
4877 @cindex @code{const_int} and attribute tests
4878 @item (const_int @var{i})
4879 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
4880
4881 @cindex @code{not} and attributes
4882 @cindex @code{ior} and attributes
4883 @cindex @code{and} and attributes
4884 @item (not @var{test})
4885 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
4886 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
4887 These tests are true if the indicated logical function is true.
4888
4889 @cindex @code{match_operand} and attributes
4890 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
4891 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
4892 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
4893 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
4894 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
4895 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
4896 string).
4897
4898 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
4899
4900 @cindex @code{le} and attributes
4901 @cindex @code{leu} and attributes
4902 @cindex @code{lt} and attributes
4903 @cindex @code{gt} and attributes
4904 @cindex @code{gtu} and attributes
4905 @cindex @code{ge} and attributes
4906 @cindex @code{geu} and attributes
4907 @cindex @code{ne} and attributes
4908 @cindex @code{eq} and attributes
4909 @cindex @code{plus} and attributes
4910 @cindex @code{minus} and attributes
4911 @cindex @code{mult} and attributes
4912 @cindex @code{div} and attributes
4913 @cindex @code{mod} and attributes
4914 @cindex @code{abs} and attributes
4915 @cindex @code{neg} and attributes
4916 @cindex @code{ashift} and attributes
4917 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
4918 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
4919 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
4920 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
4921 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
4922 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
4923 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
4924 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
4925 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
4926 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
4927 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
4928 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
4929 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
4930 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
4931 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
4932 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
4933 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
4934
4935 @findex get_attr
4936 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
4937 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
4938 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
4939 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
4940 variable.
4941
4942 @findex eq_attr
4943 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
4944 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
4945
4946 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
4947 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
4948 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
4949 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
4950 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
4951 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
4952 @emph{not} in the specified list.
4953
4954 For example,
4955
4956 @smallexample
4957 (eq_attr "type" "load,store")
4958 @end smallexample
4959
4960 @noindent
4961 is equivalent to
4962
4963 @smallexample
4964 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
4965 @end smallexample
4966
4967 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
4968 value of the compiler variable @code{which_alternative}
4969 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
4970 example,
4971
4972 @smallexample
4973 (eq_attr "alternative" "2,3")
4974 @end smallexample
4975
4976 @noindent
4977 is equivalent to
4978
4979 @smallexample
4980 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
4981      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
4982 @end smallexample
4983
4984 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
4985 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
4986 a particular pattern.  This is by far the most common case.
4987
4988 @findex attr_flag
4989 @item (attr_flag @var{name})
4990 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
4991 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
4992 scheduled.
4993
4994 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
4995 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
4996 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
4997 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
4998 if a conditional branch is expected to be taken.
4999
5000 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
5001 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
5002
5003 This example describes a conditional branch delay slot which
5004 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
5005 for backward branches which are not taken (annul-false).
5006
5007 @smallexample
5008 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
5009   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
5010    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5011         (attr_flag "forward"))
5012    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5013         (attr_flag "backward"))])
5014 @end smallexample
5015
5016 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
5017 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5018
5019 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
5020 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5021 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
5022 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5023
5024 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
5025 meaning to other passes of the compiler.
5026
5027 @findex attr
5028 @item (attr @var{name})
5029 The value of another attribute is returned.  This is most useful
5030 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
5031 produce more efficient code for non-numeric attributes.
5032 @end table
5033
5034 @node Tagging Insns
5035 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
5036 @cindex tagging insns
5037 @cindex assigning attribute values to insns
5038
5039 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
5040 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
5041 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
5042 have an optional last argument to specify the values of attributes for
5043 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
5044 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
5045 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
5046 permits the specification of the values for only one or two attributes
5047 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
5048 next section.
5049
5050 The optional last argument of @code{define_insn} and
5051 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
5052 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
5053 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
5054 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
5055 second operand of the @code{set} is an attribute expression
5056 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
5057
5058 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
5059 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
5060 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
5061 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
5062 each alternative.
5063
5064 @findex set_attr
5065 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
5066 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
5067 specifying a string giving either a single attribute value or a list
5068 of attribute values, one for each alternative.
5069
5070 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
5071 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
5072
5073 @table @code
5074 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
5075 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
5076 or a string containing a comma-separated list giving the values for
5077 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
5078 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
5079
5080 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
5081 which case the attribute will assume its default value for insns matching
5082 that alternative.
5083
5084 @findex set_attr_alternative
5085 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
5086 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
5087 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
5088 tests on the @samp{alternative} attribute.
5089
5090 @findex attr
5091 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
5092 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
5093 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
5094 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
5095 @end table
5096
5097 The following shows three different ways of representing the same
5098 attribute value specification:
5099
5100 @smallexample
5101 (set_attr "type" "load,store,arith")
5102
5103 (set_attr_alternative "type"
5104                       [(const_string "load") (const_string "store")
5105                        (const_string "arith")])
5106
5107 (set (attr "type")
5108      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
5109             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
5110            (const_string "arith")))
5111 @end smallexample
5112
5113 @need 1000
5114 @findex define_asm_attributes
5115 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
5116 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
5117 statement.  It has the form:
5118
5119 @smallexample
5120 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
5121 @end smallexample
5122
5123 @noindent
5124 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
5125 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
5126
5127 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
5128 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
5129
5130 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
5131 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
5132 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
5133 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
5134 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
5135 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
5136 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
5137 of a single machine instruction.
5138
5139 @node Attr Example
5140 @subsection Example of Attribute Specifications
5141 @cindex attribute specifications example
5142 @cindex attribute specifications
5143
5144 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
5145 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
5146 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
5147 value.  This attribute is normally used only to define the default value
5148 for other attributes.  An example will clarify this usage.
5149
5150 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
5151 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
5152 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
5153 operations, floating point operations, and branches.
5154
5155 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
5156 the condition code and will limit ourselves to the following possible
5157 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
5158 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
5159 changed if the item previously set into the condition code has been
5160 modified.
5161
5162 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
5163
5164 @smallexample
5165 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
5166
5167 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
5168              (cond [(eq_attr "type" "load")
5169                         (const_string "change0")
5170                     (eq_attr "type" "store,branch")
5171                         (const_string "unchanged")
5172                     (eq_attr "type" "arith")
5173                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
5174                                       (const_string "set")
5175                                       (const_string "clobber"))]
5176                    (const_string "clobber")))
5177
5178 (define_insn ""
5179   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
5180         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
5181   ""
5182   "@@
5183    move %0,%1
5184    load %0,%1
5185    store %0,%1"
5186   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
5187 @end smallexample
5188
5189 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
5190 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
5191 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
5192 full-word result.
5193
5194 @node Insn Lengths
5195 @subsection Computing the Length of an Insn
5196 @cindex insn lengths, computing
5197 @cindex computing the length of an insn
5198
5199 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
5200 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
5201 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
5202 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
5203 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
5204 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
5205
5206 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
5207 arithmetic terms are allowed in test expressions:
5208
5209 @table @code
5210 @cindex @code{match_dup} and attributes
5211 @item (match_dup @var{n})
5212 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
5213 must be a @code{label_ref}.
5214
5215 @cindex @code{pc} and attributes
5216 @item (pc)
5217 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
5218 been more consistent with other usage to make this the address of the
5219 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
5220 current insn is to be computed.
5221 @end table
5222
5223 @cindex @code{addr_vec}, length of
5224 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
5225 For normal insns, the length will be determined by value of the
5226 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
5227 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
5228 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
5229
5230 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
5231
5232 The following macros can be used to refine the length computation:
5233
5234 @table @code
5235 @findex FIRST_INSN_ADDRESS
5236 @item FIRST_INSN_ADDRESS
5237 When the @code{length} insn attribute is used, this macro specifies the
5238 value to be assigned to the address of the first insn in a function.  If
5239 not specified, 0 is used.
5240
5241 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
5242 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
5243 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
5244 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
5245 that contains the initially computed length of the insn and should be
5246 updated with the correct length of the insn.
5247
5248 This macro will normally not be required.  A case in which it is
5249 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
5250 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
5251 may be required.
5252 @end table
5253
5254 @findex get_attr_length
5255 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
5256 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
5257 determine the form of the branch instruction to be written, as the
5258 example below illustrates.
5259
5260 As an example of the specification of variable-length branches, consider
5261 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
5262 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
5263 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
5264 sequence to load the address from memory and then branch to it.
5265
5266 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
5267 as follows:
5268
5269 @smallexample
5270 (define_insn "jump"
5271   [(set (pc)
5272         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
5273   ""
5274 @{
5275    return (get_attr_length (insn) == 4
5276            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
5277 @}
5278   [(set (attr "length")
5279         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
5280                       (const_int 4)
5281                       (const_int 6)))])
5282 @end smallexample
5283
5284 @node Constant Attributes
5285 @subsection Constant Attributes
5286 @cindex constant attributes
5287
5288 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
5289 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
5290 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
5291 used to specify which variety of processor is used.  For example,
5292
5293 @smallexample
5294 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
5295  (const
5296   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
5297          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
5298         (const_string "m88000"))))
5299
5300 (define_attr "memory" "fast,slow"
5301  (const
5302   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
5303                 (const_string "fast")
5304                 (const_string "slow"))))
5305 @end smallexample
5306
5307 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
5308 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
5309 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
5310 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
5311 forms involving insn attributes.
5312
5313 @node Delay Slots
5314 @subsection Delay Slot Scheduling
5315 @cindex delay slots, defining
5316
5317 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
5318 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
5319 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
5320 after the instruction are executed as if they were located before it.
5321 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
5322 the following instruction before the branch or call is performed.
5323
5324 On some machines, conditional branch instructions can optionally
5325 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
5326 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
5327 instructions that annul if the branch is true and instructions that
5328 annul if the branch is false are supported.
5329
5330 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
5331 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
5332 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
5333 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
5334 instruction scheduling.
5335
5336 @findex define_delay
5337 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
5338 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
5339
5340 @smallexample
5341 (define_delay @var{test}
5342               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
5343                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
5344                @dots{}])
5345 @end smallexample
5346
5347 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
5348 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
5349 required delay slots is determined by the length of the vector specified
5350 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
5351 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
5352 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
5353 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
5354 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
5355 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
5356
5357 For example, in the common case where branch and call insns require
5358 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
5359 call, the following would be placed in the @file{md} file:
5360
5361 @smallexample
5362 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
5363               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5364 @end smallexample
5365
5366 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
5367 case, each such expression specifies different delay slot requirements
5368 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
5369 expressions are both true.
5370
5371 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
5372 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
5373 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
5374 branch is true, we might represent this as follows:
5375
5376 @smallexample
5377 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
5378    [(eq_attr "type" "!branch,call")
5379     (eq_attr "type" "!branch,call")
5380     (nil)])
5381
5382 (define_delay (eq_attr "type" "call")
5383               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
5384                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5385 @end smallexample
5386 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
5387
5388 @node Processor pipeline description
5389 @subsection Specifying processor pipeline description
5390 @cindex processor pipeline description
5391 @cindex processor functional units
5392 @cindex instruction latency time
5393 @cindex interlock delays
5394 @cindex data dependence delays
5395 @cindex reservation delays
5396 @cindex pipeline hazard recognizer
5397 @cindex automaton based pipeline description
5398 @cindex regular expressions
5399 @cindex deterministic finite state automaton
5400 @cindex automaton based scheduler
5401 @cindex RISC
5402 @cindex VLIW
5403
5404 To achieve better performance, most modern processors
5405 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
5406 processors) have many @dfn{functional units} on which several
5407 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
5408 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
5409 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
5410 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
5411 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g. for some
5412 MIPS processors).
5413
5414 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
5415 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
5416 latency time}.  The instruction execution is not started until all
5417 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
5418 complex cases when the instruction execution starts even when the data
5419 are not available but will be ready in given time after the
5420 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
5421 account is simple.  The data dependence (true, output, and
5422 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
5423 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
5424 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
5425 means that two instructions under execution will be in need of shared
5426 processors resources, i.e. buses, internal registers, and/or
5427 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
5428 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
5429 processors.
5430
5431 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
5432 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
5433 instruction scheduler has to have an adequate description of the
5434 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  Currently GCC 
5435 provides two alternative ways to describe processor parallelism,
5436 both described below.  The first method is outlined in the next section;
5437 it was once the only method provided by GCC, and thus is used in a number
5438 of exiting ports.  The second, and preferred method, specifies functional
5439 unit reservations for groups of instructions with the aid of @dfn{regular
5440 expressions}.  This is called the @dfn{automaton based description}.    
5441
5442 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
5443 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
5444 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
5445 automatically generated from the processor pipeline description.  The
5446 pipeline hazard recognizer generated from the automaton based
5447 description is more sophisticated and based on a deterministic finite
5448 state automaton (@acronym{DFA}) and therefore faster than one
5449 generated from the old description.  Furthermore, its speed is not dependent
5450 on processor complexity.  The instruction issue is possible if there is
5451 a transition from one automaton state to another one.
5452
5453 You can use any model to describe processor pipeline characteristics
5454 or even a mix of them.  You could use the old description for some
5455 processor submodels and the @acronym{DFA}-based one for the rest
5456 processor submodels.
5457
5458 In general, the usage of the automaton based description is more
5459 preferable.  Its model is more rich.  It permits to describe more
5460 accurately pipeline characteristics of processors which results in
5461 improving code quality (although sometimes only on several percent
5462 fractions).  It will be also used as an infrastructure to implement
5463 sophisticated and practical insn scheduling which will try many
5464 instruction sequences to choose the best one.
5465
5466
5467 @menu
5468 * Old pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
5469 * Automaton pipeline description:: Describing insn pipeline characteristics.
5470 * Comparison of the two descriptions:: Drawbacks of the old pipeline description
5471 @end menu
5472
5473 @node Old pipeline description
5474 @subsubsection Specifying Function Units
5475 @cindex old pipeline description
5476 @cindex function units, for scheduling
5477
5478 On most @acronym{RISC} machines, there are instructions whose results
5479 are not available for a specific number of cycles.  Common cases are
5480 instructions that load data from memory.  On many machines, a pipeline
5481 stall will result if the data is referenced too soon after the load
5482 instruction.
5483
5484 In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
5485 one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
5486 stalls when a result that is needed is not yet ready.
5487
5488 The descriptions in this section allow the specification of how much
5489 time must elapse between the execution of an instruction and the time
5490 when its result is used.  It also allows specification of when the
5491 execution of an instruction will delay execution of similar instructions
5492 due to function unit conflicts.
5493
5494 For the purposes of the specifications in this section, a machine is
5495 divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
5496 class of instructions in first-in-first-out order.  Function units
5497 that accept one instruction each cycle and allow a result to be used
5498 in the succeeding instruction (usually via forwarding) need not be
5499 specified.  Classic @acronym{RISC} microprocessors will normally have
5500 a single function unit, which we can call @samp{memory}.  The newer
5501 ``superscalar'' processors will often have function units for floating
5502 point operations, usually at least a floating point adder and
5503 multiplier.
5504
5505 @findex define_function_unit
5506 Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
5507 @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
5508
5509 @smallexample
5510 (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
5511                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
5512                      [@var{conflict-list}])
5513 @end smallexample
5514
5515 @var{name} is a string giving the name of the function unit.
5516
5517 @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
5518 units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
5519 be scheduled independently.  Only truly independent units should be
5520 counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
5521 only common example of a machine that has multiple function units for a
5522 single instruction class that are truly independent and not pipelined
5523 are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
5524
5525 @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
5526 executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
5527 if the unit is pipelined and has no limit.
5528
5529 All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
5530 @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
5531 @var{simultaneity}.
5532
5533 @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
5534 in this definition.  Note that an insn may use more than one function
5535 unit and a function unit may be specified in more than one
5536 @code{define_function_unit}.
5537
5538 @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5539 after which the result of the instruction can be used without
5540 introducing any stalls.
5541
5542 @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5543 after the instruction matching the @var{test} expression begins using
5544 this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
5545 indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
5546 be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
5547 value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
5548 @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
5549 For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
5550 unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
5551 insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
5552
5553 @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
5554 for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
5555 to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
5556 particular insn matching @var{test} that is already executing in
5557 @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
5558 conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
5559 specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
5560 function unit.
5561
5562 Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
5563 pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
5564 where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
5565
5566 As an example, consider a classic @acronym{RISC} machine where the
5567 result of a load instruction is not available for two cycles (a single
5568 ``delay'' instruction is required) and where only one load instruction
5569 can be executed simultaneously.  This would be specified as:
5570
5571 @smallexample
5572 (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
5573 @end smallexample
5574
5575 For the case of a floating point function unit that can pipeline either
5576 single or double precision, but not both, the following could be specified:
5577
5578 @smallexample
5579 (define_function_unit
5580    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
5581 (define_function_unit
5582    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
5583 @end smallexample
5584
5585 @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
5586 and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
5587 expression.  It has recently come to our attention that these
5588 specifications may not allow modeling of some of the newer
5589 ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
5590 units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
5591 used during their execution and there is no way of representing that
5592 conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
5593 in such processors and suggestions for their representation.
5594
5595 @node Automaton pipeline description
5596 @subsubsection Describing instruction pipeline characteristics
5597 @cindex automaton based pipeline description
5598
5599 This section describes constructions of the automaton based processor
5600 pipeline description.  The order of all mentioned below constructions
5601 in the machine description file is not important.
5602
5603 @findex define_automaton
5604 @cindex pipeline hazard recognizer
5605 The following optional construction describes names of automata
5606 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
5607 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
5608 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
5609 units to the automata, the summary size of the automata usually is
5610 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
5611 construction, only one finite state automaton is generated.
5612
5613 @smallexample
5614 (define_automaton @var{automata-names})
5615 @end smallexample
5616
5617 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
5618 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
5619 The automaton name is used in construction @code{define_cpu_unit} and
5620 @code{define_query_cpu_unit}.
5621
5622 @findex define_cpu_unit
5623 @cindex processor functional units
5624 Each processor functional unit used in description of instruction
5625 reservations should be described by the following construction.
5626
5627 @smallexample
5628 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5629 @end smallexample
5630
5631 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
5632 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
5633 for other goals.
5634
5635 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5636 which the unit is bound.  The automaton should be described in
5637 construction @code{define_automaton}.  You should give
5638 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
5639
5640 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
5641 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
5642 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
5643 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
5644 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
5645 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
5646 description of the subsequent constructions.
5647
5648 @findex define_query_cpu_unit
5649 @cindex querying function unit reservations
5650 The following construction describes CPU functional units analogously
5651 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
5652 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
5653 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
5654 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
5655 be used for future code generation goals (e.g. to generate
5656 @acronym{VLIW} insn templates).
5657
5658 @smallexample
5659 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5660 @end smallexample
5661
5662 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
5663 separated by commas.
5664
5665 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5666 which the unit is bound.
5667
5668 @findex define_insn_reservation
5669 @cindex instruction latency time
5670 @cindex regular expressions
5671 @cindex data bypass
5672 The following construction is the major one to describe pipeline
5673 characteristics of an instruction.
5674
5675 @smallexample
5676 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
5677                          @var{condition} @var{regexp})
5678 @end smallexample
5679
5680 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
5681 instruction.  There is an important difference between the old
5682 description and the automaton based pipeline description.  The latency
5683 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
5684 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
5685 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
5686 zero and the cost of output dependencies is the difference between
5687 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
5688 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
5689 change the default costs for any description by using the target hook
5690 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
5691
5692 @var{insn-names} is a string giving the internal name of the insn.  The
5693 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
5694 the automaton description file generated for debugging.  The internal
5695 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
5696 good practice to use insn classes described in the processor manual.
5697
5698 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
5699 construction.  You should remember that you will be in trouble if
5700 @var{condition} for two or more different
5701 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
5702 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
5703 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
5704 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
5705 the same value is quite difficult (especially if the conditions
5706 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
5707 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
5708 recognizer considerably.
5709
5710 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
5711 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
5712 expression according to the following syntax:
5713
5714 @smallexample
5715        regexp = regexp "," oneof
5716               | oneof
5717
5718        oneof = oneof "|" allof
5719              | allof
5720
5721        allof = allof "+" repeat
5722              | repeat
5723  
5724        repeat = element "*" number
5725               | element
5726
5727        element = cpu_function_unit_name
5728                | reservation_name
5729                | result_name
5730                | "nothing"
5731                | "(" regexp ")"
5732 @end smallexample
5733
5734 @itemize @bullet
5735 @item
5736 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
5737 the reservation.
5738
5739 @item
5740 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
5741 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
5742 regular expression @strong{or} etc.
5743
5744 @item
5745 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
5746 regular expression @strong{and} a reservation described by the
5747 second regular expression @strong{and} etc.
5748
5749 @item
5750 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
5751 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
5752 advancing (see @samp{,}).
5753
5754 @item
5755 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
5756 functional unit.
5757
5758 @item
5759 @samp{reservation_name} --- see description of construction
5760 @samp{define_reservation}.
5761
5762 @item
5763 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
5764 @end itemize
5765
5766 @findex define_reservation
5767 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
5768 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
5769 the common part by the following construction
5770
5771 @smallexample
5772 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
5773 @end smallexample
5774
5775 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
5776 Functional unit names and reservation names are in the same name
5777 space.  So the reservation names should be different from the
5778 functional unit names and can not be reserved name @samp{nothing}.
5779
5780 @findex define_bypass
5781 @cindex instruction latency time
5782 @cindex data bypass
5783 The following construction is used to describe exceptions in the
5784 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
5785
5786 @smallexample
5787 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
5788                [@var{guard}])
5789 @end smallexample
5790
5791 @var{number} defines when the result generated by the instructions
5792 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
5793 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
5794 the string are separated by commas.
5795
5796 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
5797 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
5798 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
5799 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
5800 recognize complicated bypasses, e.g. when the consumer is only an address
5801 of insn @samp{store} (not a stored value).
5802
5803 @findex exclusion_set
5804 @findex presence_set
5805 @findex final_presence_set
5806 @findex absence_set
5807 @findex final_absence_set
5808 @cindex VLIW
5809 @cindex RISC
5810 Usually the following three constructions are used to describe
5811 @acronym{VLIW} processors (more correctly to describe a placement of
5812 small insns into @acronym{VLIW} insn slots).  Although they can be
5813 used for @acronym{RISC} processors too.
5814
5815 @smallexample
5816 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
5817 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5818 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5819 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5820 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5821 @end smallexample
5822
5823 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
5824 separated by commas.
5825
5826 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
5827 separated by comma.  Currently pattern is is one unit or units
5828 separated by white-spaces.
5829
5830 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
5831 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
5832 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
5833 example, the construction is useful for describing processors
5834 (e.g. some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
5835 functional unit which can execute simultaneously only single floating
5836 point insns or only double floating point insns.
5837
5838 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
5839 functional unit in the first string can not be reserved unless at
5840 least one of pattern of units whose names are in the second string is
5841 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
5842 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
5843 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
5844 construction
5845
5846 @smallexample
5847 (presence_set "slot1" "slot0")
5848 @end smallexample
5849
5850 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
5851 reservation.  In this case we could write
5852
5853 @smallexample
5854 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
5855 @end smallexample
5856
5857 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
5858 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
5859 done.  When an instruction is issued in given automaton state
5860 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
5861 state is changed.  The first state is a source state, the second one
5862 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
5863 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
5864 done on the result reservation.  This construction is useful to
5865 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
5866 For example, if we use
5867
5868 @smallexample
5869 (presence_set "slot1" "slot0")
5870 @end smallexample
5871
5872 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
5873 @samp{slot0} which is absent in the source state).
5874
5875 @smallexample
5876 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
5877 @end smallexample
5878
5879 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
5880
5881 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
5882 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
5883 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
5884 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
5885 this one but it is symmetric).  For example, it is useful for
5886 description that @acronym{VLIW} @samp{slot0} can not be reserved after
5887 @samp{slot1} or @samp{slot2} reservation.  We could describe it by the
5888 following construction
5889
5890 @smallexample
5891 (absence_set "slot2" "slot0, slot1")
5892 @end smallexample
5893
5894 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
5895 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
5896 this case we could write
5897
5898 @smallexample
5899 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
5900 @end smallexample
5901
5902 All functional units mentioned in a set should belong to the same
5903 automaton.
5904
5905 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
5906 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
5907 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
5908
5909 @findex automata_option
5910 @cindex deterministic finite state automaton
5911 @cindex nondeterministic finite state automaton
5912 @cindex finite state automaton minimization
5913 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
5914 the following construction.
5915
5916 @smallexample
5917 (automata_option @var{options})
5918 @end smallexample
5919
5920 @var{options} is a string giving options which affect the generated
5921 code.  Currently there are the following options:
5922
5923 @itemize @bullet
5924 @item
5925 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
5926 only worth to do when we are debugging the description and need to
5927 look more accurately at reservations of states.
5928
5929 @item
5930 @dfn{time} means printing additional time statistics about
5931 generation of automata.
5932
5933 @item
5934 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
5935 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
5936 verification and debugging.
5937
5938 @item
5939 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
5940 non-critical errors.
5941
5942 @item
5943 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
5944 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
5945 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
5946 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
5947 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
5948 may be rejected by reservations in the subsequent insns.  You can not
5949 query functional unit reservations in nondeterministic automaton
5950 states.
5951 @end itemize
5952
5953 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
5954 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
5955 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
5956 the following functional units.
5957
5958 @smallexample
5959 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
5960 (define_cpu_unit "port0, port1")
5961 @end smallexample
5962
5963 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
5964 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
5965 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
5966 are issued into the second pipeline.  Integer division and
5967 multiplication insns can be executed only in the second integer
5968 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
5969 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e. the subsequent
5970 integer division insn can not be issued until the current division
5971 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
5972 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
5973 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
5974 incurred.  To describe all of this we could specify
5975
5976 @smallexample
5977 (define_cpu_unit "div")
5978
5979 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "cpu" "int")
5980                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
5981
5982 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "cpu" "mult")
5983                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
5984
5985 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "cpu" "div")
5986                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
5987
5988 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "cpu" "float")
5989                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
5990
5991 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
5992 @end smallexample
5993
5994 To simplify the description we could describe the following reservation
5995
5996 @smallexample
5997 (define_reservation "finish" "port0|port1")
5998 @end smallexample
5999
6000 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
6001 construction
6002
6003 @smallexample
6004 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "cpu" "int")
6005                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
6006 @end smallexample
6007
6008
6009 @node Comparison of the two descriptions
6010 @subsubsection Drawbacks of the old pipeline description
6011 @cindex old pipeline description
6012 @cindex automaton based pipeline description
6013 @cindex processor functional units
6014 @cindex interlock delays
6015 @cindex instruction latency time
6016 @cindex pipeline hazard recognizer
6017 @cindex data bypass
6018
6019 The old instruction level parallelism description and the pipeline
6020 hazards recognizer based on it have the following drawbacks in
6021 comparison with the @acronym{DFA}-based ones:
6022   
6023 @itemize @bullet
6024 @item
6025 Each functional unit is believed to be reserved at the instruction
6026 execution start.  This is a very inaccurate model for modern
6027 processors.
6028
6029 @item
6030 An inadequate description of instruction latency times.  The latency
6031 time is bound with a functional unit reserved by an instruction not
6032 with the instruction itself.  In other words, the description is
6033 oriented to describe at most one unit reservation by each instruction.
6034 It also does not permit to describe special bypasses between
6035 instruction pairs.
6036
6037 @item
6038 The implementation of the pipeline hazard recognizer interface has
6039 constraints on number of functional units.  This is a number of bits
6040 in integer on the host machine.
6041
6042 @item
6043 The interface to the pipeline hazard recognizer is more complex than
6044 one to the automaton based pipeline recognizer.
6045
6046 @item
6047 An unnatural description when you write a unit and a condition which
6048 selects instructions using the unit.  Writing all unit reservations
6049 for an instruction (an instruction class) is more natural.
6050
6051 @item
6052 The recognition of the interlock delays has a slow implementation.  The GCC
6053 scheduler supports structures which describe the unit reservations.
6054 The more functional units a processor has, the slower its pipeline hazard
6055 recognizer will be.  Such an implementation would become even slower when we
6056 allowed to
6057 reserve functional units not only at the instruction execution start.
6058 In an automaton based pipeline hazard recognizer, speed is not dependent
6059 on processor complexity.
6060 @end itemize
6061
6062 @node Conditional Execution
6063 @section Conditional Execution
6064 @cindex conditional execution
6065 @cindex predication
6066
6067 A number of architectures provide for some form of conditional
6068 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
6069 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
6070 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
6071 can be quite tedious to describe these forms directly in the
6072 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
6073
6074 @findex define_cond_exec
6075 @smallexample
6076 (define_cond_exec
6077   [@var{predicate-pattern}]
6078   "@var{condition}"
6079   "@var{output-template}")
6080 @end smallexample
6081
6082 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
6083 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
6084 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
6085 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
6086 alternative.
6087
6088 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
6089 pattern to match.
6090
6091 @findex current_insn_predicate
6092 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
6093 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
6094 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
6095 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
6096 In order to handle the general case, there is a global variable
6097 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
6098 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
6099
6100 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
6101 the @code{predicable} instruction attribute is made.
6102 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
6103 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
6104 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
6105 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
6106 alternative or anything else.
6107
6108 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
6109 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
6110 generated that matches a predicated version of the instruction.
6111 For example,
6112
6113 @smallexample
6114 (define_insn "addsi"
6115   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6116         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6117                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
6118   "@var{test1}"
6119   "add %2,%1,%0")
6120
6121 (define_cond_exec
6122   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
6123        (const_int 0))]
6124   "@var{test2}"
6125   "(%0)")
6126 @end smallexample
6127
6128 @noindent
6129 generates a new pattern
6130
6131 @smallexample
6132 (define_insn ""
6133   [(cond_exec
6134      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
6135      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6136           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6137                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
6138   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
6139   "(%3) add %2,%1,%0")
6140 @end smallexample
6141
6142 @node Constant Definitions
6143 @section Constant Definitions
6144 @cindex constant definitions
6145 @findex define_constants
6146
6147 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
6148 can be a maintenance problem.
6149
6150 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
6151 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
6152 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
6153 if the corresponding value had been written instead.  You may use
6154 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
6155 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
6156 a different value.
6157
6158 To come back to the a29k load multiple example, instead of
6159
6160 @smallexample
6161 (define_insn ""
6162   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6163      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6164            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6165       (use (reg:SI 179))
6166       (clobber (reg:SI 179))])]
6167   ""
6168   "loadm 0,0,%1,%2")
6169 @end smallexample
6170
6171 You could write:
6172
6173 @smallexample
6174 (define_constants [
6175     (R_BP 177)
6176     (R_FC 178)
6177     (R_CR 179)
6178     (R_Q  180)
6179 ])
6180
6181 (define_insn ""
6182   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6183      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6184            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6185       (use (reg:SI R_CR))
6186       (clobber (reg:SI R_CR))])]
6187   ""
6188   "loadm 0,0,%1,%2")
6189 @end smallexample
6190
6191 The constants that are defined with a define_constant are also output
6192 in the insn-codes.h header file as #defines.
6193 @end ifset