OSDN Git Service

2004-02-19 Aldy Hernandez <aldyh@redhat.com>
[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, 2004 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 @smallexample
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 smallexample
196
197 @noindent
198 This can also be written using braced strings:
199
200 @smallexample
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 smallexample
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 lowercase).
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 uppercase).
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 uppercase).
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 w
1344 VFP floating-point register
1345
1346 @item F
1347 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1348 or 10.0
1349
1350 @item G
1351 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1352 were negated
1353
1354 @item I
1355 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1356 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1357 multiple of 2
1358
1359 @item J
1360 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1361
1362 @item K
1363 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1364
1365 @item L
1366 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1367
1368 @item M
1369 Integer in the range 0 to 32
1370
1371 @item Q
1372 A memory reference where the exact address is in a single register
1373 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1374
1375 @item R
1376 An item in the constant pool
1377
1378 @item S
1379 A symbol in the text segment of the current file
1380 @end table
1381
1382 @item U
1383 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1384
1385 @item AVR family---@file{avr.h}
1386 @table @code
1387 @item l
1388 Registers from r0 to r15
1389
1390 @item a
1391 Registers from r16 to r23
1392
1393 @item d
1394 Registers from r16 to r31
1395
1396 @item w
1397 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1398
1399 @item e
1400 Pointer register (r26--r31)
1401
1402 @item b
1403 Base pointer register (r28--r31)
1404
1405 @item q
1406 Stack pointer register (SPH:SPL)
1407
1408 @item t
1409 Temporary register r0
1410
1411 @item x
1412 Register pair X (r27:r26)
1413
1414 @item y
1415 Register pair Y (r29:r28)
1416
1417 @item z
1418 Register pair Z (r31:r30)
1419
1420 @item I
1421 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1422
1423 @item J
1424 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1425
1426 @item K
1427 Constant integer 2
1428
1429 @item L
1430 Constant integer 0
1431
1432 @item M
1433 Constant that fits in 8 bits
1434
1435 @item N
1436 Constant integer @minus{}1
1437
1438 @item O
1439 Constant integer 8, 16, or 24
1440
1441 @item P
1442 Constant integer 1
1443
1444 @item G
1445 A floating point constant 0.0
1446 @end table
1447
1448 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1449 @table @code
1450 @item b
1451 Address base register
1452
1453 @item f
1454 Floating point register
1455
1456 @item v
1457 Vector register
1458
1459 @item h
1460 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1461
1462 @item q
1463 @samp{MQ} register
1464
1465 @item c
1466 @samp{CTR} register
1467
1468 @item l
1469 @samp{LINK} register
1470
1471 @item x
1472 @samp{CR} register (condition register) number 0
1473
1474 @item y
1475 @samp{CR} register (condition register)
1476
1477 @item z
1478 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1479
1480 @item I
1481 Signed 16-bit constant
1482
1483 @item J
1484 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1485 @code{SImode} constants)
1486
1487 @item K
1488 Unsigned 16-bit constant
1489
1490 @item L
1491 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1492
1493 @item M
1494 Constant larger than 31
1495
1496 @item N
1497 Exact power of 2
1498
1499 @item O
1500 Zero
1501
1502 @item P
1503 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1504
1505 @item G
1506 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1507 instruction per word
1508
1509 @item Q
1510 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1511 for @code{asm} statements)
1512
1513 @item R
1514 AIX TOC entry
1515
1516 @item S
1517 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1518
1519 @item T
1520 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1521
1522 @item U
1523 System V Release 4 small data area reference
1524 @end table
1525
1526 @item Intel 386---@file{i386.h}
1527 @table @code
1528 @item q
1529 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register for the i386.
1530 For x86-64 it is equivalent to @samp{r} class. (for 8-bit instructions that
1531 do not use upper halves)
1532
1533 @item Q
1534 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register. (for 8-bit instructions,
1535 that do use upper halves)
1536
1537 @item R
1538 Legacy register---equivalent to @code{r} class in i386 mode.
1539 (for non-8-bit registers used together with 8-bit upper halves in a single
1540 instruction)
1541
1542 @item A
1543 Specifies the @samp{a} or @samp{d} registers.  This is primarily useful
1544 for 64-bit integer values (when in 32-bit mode) intended to be returned
1545 with the @samp{d} register holding the most significant bits and the
1546 @samp{a} register holding the least significant bits.
1547
1548 @item f
1549 Floating point register
1550
1551 @item t
1552 First (top of stack) floating point register
1553
1554 @item u
1555 Second floating point register
1556
1557 @item a
1558 @samp{a} register
1559
1560 @item b
1561 @samp{b} register
1562
1563 @item c
1564 @samp{c} register
1565
1566 @item C
1567 Specifies constant that can be easily constructed in SSE register without
1568 loading it from memory.
1569
1570 @item d
1571 @samp{d} register
1572
1573 @item D
1574 @samp{di} register
1575
1576 @item S
1577 @samp{si} register
1578
1579 @item x
1580 @samp{xmm} SSE register
1581
1582 @item y
1583 MMX register
1584
1585 @item I
1586 Constant in range 0 to 31 (for 32-bit shifts)
1587
1588 @item J
1589 Constant in range 0 to 63 (for 64-bit shifts)
1590
1591 @item K
1592 @samp{0xff}
1593
1594 @item L
1595 @samp{0xffff}
1596
1597 @item M
1598 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1599
1600 @item N
1601 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1602
1603 @item Z
1604 Constant in range 0 to @code{0xffffffff} or symbolic reference known to fit specified range.
1605 (for using immediates in zero extending 32-bit to 64-bit x86-64 instructions)
1606
1607 @item e
1608 Constant in range @minus{}2147483648 to 2147483647 or symbolic reference known to fit specified range.
1609 (for using immediates in 64-bit x86-64 instructions)
1610
1611 @item G
1612 Standard 80387 floating point constant
1613 @end table
1614
1615 @item Intel IA-64---@file{ia64.h}
1616 @table @code
1617 @item a
1618 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
1619
1620 @item b
1621 Branch register
1622
1623 @item c
1624 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
1625
1626 @item d
1627 Application register residing in M-unit
1628
1629 @item e
1630 Application register residing in I-unit
1631
1632 @item f
1633 Floating-point register
1634
1635 @item m
1636 Memory operand.
1637 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
1638 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
1639 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
1640
1641 @item G
1642 Floating-point constant 0.0 or 1.0
1643
1644 @item I
1645 14-bit signed integer constant
1646
1647 @item J
1648 22-bit signed integer constant
1649
1650 @item K
1651 8-bit signed integer constant for logical instructions
1652
1653 @item L
1654 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
1655
1656 @item M
1657 6-bit unsigned integer constant for shift counts
1658
1659 @item N
1660 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
1661
1662 @item O
1663 The constant zero
1664
1665 @item P
1666 0 or -1 for @code{dep} instruction
1667
1668 @item Q
1669 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
1670
1671 @item R
1672 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
1673
1674 @item S
1675 Memory operand except postincrement and postdecrement
1676 @end table
1677
1678 @item FRV---@file{frv.h}
1679 @table @code
1680 @item a
1681 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1682
1683 @item b
1684 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1685
1686 @item c
1687 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
1688 @code{icc0} to @code{icc3}).
1689
1690 @item d
1691 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1692
1693 @item e
1694 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1695 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
1696 mode larger than 4 bytes.
1697
1698 @item f
1699 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1700
1701 @item h
1702 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1703 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
1704 mode larger than 4 bytes.
1705
1706 @item l
1707 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
1708
1709 @item q
1710 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
1711 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
1712 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
1713
1714 @item t
1715 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
1716
1717 @item u
1718 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
1719
1720 @item v
1721 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
1722
1723 @item w
1724 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
1725
1726 @item x
1727 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1728 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
1729 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
1730
1731 @item z
1732 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
1733
1734 @item A
1735 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1736
1737 @item B
1738 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
1739
1740 @item C
1741 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
1742
1743 @item G
1744 Floating point constant zero
1745
1746 @item I
1747 6-bit signed integer constant
1748
1749 @item J
1750 10-bit signed integer constant
1751
1752 @item L
1753 16-bit signed integer constant
1754
1755 @item M
1756 16-bit unsigned integer constant
1757
1758 @item N
1759 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
1760 range of @minus{}2048 to @minus{}1
1761
1762 @item O
1763 Constant zero
1764
1765 @item P
1766 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
1767 range of 1 to 2047.
1768
1769 @end table
1770
1771 @item IP2K---@file{ip2k.h}
1772 @table @code
1773 @item a
1774 @samp{DP} or @samp{IP} registers (general address)
1775
1776 @item f
1777 @samp{IP} register
1778
1779 @item j
1780 @samp{IPL} register
1781
1782 @item k
1783 @samp{IPH} register
1784
1785 @item b
1786 @samp{DP} register
1787
1788 @item y
1789 @samp{DPH} register
1790
1791 @item z
1792 @samp{DPL} register
1793
1794 @item q
1795 @samp{SP} register
1796
1797 @item c
1798 @samp{DP} or @samp{SP} registers (offsettable address)
1799
1800 @item d
1801 Non-pointer registers (not @samp{SP}, @samp{DP}, @samp{IP})
1802
1803 @item u
1804 Non-SP registers (everything except @samp{SP})
1805
1806 @item R
1807 Indirect through @samp{IP} - Avoid this except for @code{QImode}, since we
1808 can't access extra bytes
1809
1810 @item S
1811 Indirect through @samp{SP} or @samp{DP} with short displacement (0..127)
1812
1813 @item T
1814 Data-section immediate value
1815
1816 @item I
1817 Integers from @minus{}255 to @minus{}1
1818
1819 @item J
1820 Integers from 0 to 7---valid bit number in a register
1821
1822 @item K
1823 Integers from 0 to 127---valid displacement for addressing mode
1824
1825 @item L
1826 Integers from 1 to 127
1827
1828 @item M
1829 Integer @minus{}1
1830
1831 @item N
1832 Integer 1
1833
1834 @item O
1835 Zero
1836
1837 @item P
1838 Integers from 0 to 255
1839 @end table
1840
1841 @item MIPS---@file{mips.h}
1842 @table @code
1843 @item d
1844 General-purpose integer register
1845
1846 @item f
1847 Floating-point register (if available)
1848
1849 @item h
1850 @samp{Hi} register
1851
1852 @item l
1853 @samp{Lo} register
1854
1855 @item x
1856 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
1857
1858 @item y
1859 General-purpose integer register
1860
1861 @item z
1862 Floating-point status register
1863
1864 @item I
1865 Signed 16-bit constant (for arithmetic instructions)
1866
1867 @item J
1868 Zero
1869
1870 @item K
1871 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
1872
1873 @item L
1874 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
1875
1876 @item M
1877 32-bit constant which requires two instructions to load (a constant
1878 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
1879
1880 @item N
1881 Negative 16-bit constant
1882
1883 @item O
1884 Exact power of two
1885
1886 @item P
1887 Positive 16-bit constant
1888
1889 @item G
1890 Floating point zero
1891
1892 @item Q
1893 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
1894 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1895
1896 @item R
1897 Memory reference that can be loaded with one instruction
1898 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1899
1900 @item S
1901 Memory reference in external OSF/rose PIC format
1902 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1903 @end table
1904
1905 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
1906 @table @code
1907 @item a
1908 Address register
1909
1910 @item d
1911 Data register
1912
1913 @item f
1914 68881 floating-point register, if available
1915
1916 @item I
1917 Integer in the range 1 to 8
1918
1919 @item J
1920 16-bit signed number
1921
1922 @item K
1923 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
1924
1925 @item L
1926 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
1927
1928 @item M
1929 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
1930
1931 @item G
1932 Floating point constant that is not a 68881 constant
1933 @end table
1934
1935 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{m68hc11.h}
1936 @table @code
1937 @item a
1938 Register 'a'
1939
1940 @item b
1941 Register 'b'
1942
1943 @item d
1944 Register 'd'
1945
1946 @item q
1947 An 8-bit register
1948
1949 @item t
1950 Temporary soft register _.tmp
1951
1952 @item u
1953 A soft register _.d1 to _.d31
1954
1955 @item w
1956 Stack pointer register
1957
1958 @item x
1959 Register 'x'
1960
1961 @item y
1962 Register 'y'
1963
1964 @item z
1965 Pseudo register 'z' (replaced by 'x' or 'y' at the end)
1966
1967 @item A
1968 An address register: x, y or z
1969
1970 @item B
1971 An address register: x or y
1972
1973 @item D
1974 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
1975
1976 @item L
1977 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
1978
1979 @item M
1980 Constants whose 16-bit low part is zero
1981
1982 @item N
1983 Constant integer 1 or @minus{}1
1984
1985 @item O
1986 Constant integer 16
1987
1988 @item P
1989 Constants in the range @minus{}8 to 2
1990
1991 @end table
1992
1993 @need 1000
1994 @item SPARC---@file{sparc.h}
1995 @table @code
1996 @item f
1997 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
1998 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
1999
2000 @item e
2001 Floating-point register. It is equivalent to @samp{f} on the
2002 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2003 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2004
2005 @item c
2006 Floating-point condition code register.
2007
2008 @item d
2009 Lower floating-point register. It is only valid on the SPARC-V9
2010 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2011
2012 @item b
2013 Floating-point register. It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2014 when the Visual Instruction Set is available.
2015
2016 @item h
2017 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2018
2019 @item I
2020 Signed 13-bit constant
2021
2022 @item J
2023 Zero
2024
2025 @item K
2026 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2027 loaded with the @code{sethi} instruction)
2028
2029 @item L
2030 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2031
2032 @item M
2033 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2034
2035 @item N
2036 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2037 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2038 modes wider than @code{SImode}
2039
2040 @item O
2041 The constant 4096
2042
2043 @item G
2044 Floating-point zero
2045
2046 @item H
2047 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2048
2049 @item Q
2050 Floating-point constant whose integral representation can
2051 be moved into an integer register using a single sethi
2052 instruction
2053
2054 @item R
2055 Floating-point constant whose integral representation can
2056 be moved into an integer register using a single mov
2057 instruction
2058
2059 @item S
2060 Floating-point constant whose integral representation can
2061 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2062 instruction sequence
2063
2064 @item T
2065 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2066
2067 @item U
2068 Even register
2069
2070 @item W
2071 Memory address for @samp{e} constraint registers.
2072
2073 @end table
2074
2075 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
2076 @table @code
2077 @item a
2078 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2079
2080 @item b
2081 Stack pointer register (sp)
2082
2083 @item c
2084 Standard (32-bit) precision integer register
2085
2086 @item f
2087 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2088
2089 @item k
2090 Block count register (bk)
2091
2092 @item q
2093 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2094
2095 @item t
2096 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2097
2098 @item u
2099 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2100
2101 @item v
2102 Repeat count register (rc)
2103
2104 @item x
2105 Index register (ir0-ir1)
2106
2107 @item y
2108 Status (condition code) register (st)
2109
2110 @item z
2111 Data page register (dp)
2112
2113 @item G
2114 Floating-point zero
2115
2116 @item H
2117 Immediate 16-bit floating-point constant
2118
2119 @item I
2120 Signed 16-bit constant
2121
2122 @item J
2123 Signed 8-bit constant
2124
2125 @item K
2126 Signed 5-bit constant
2127
2128 @item L
2129 Unsigned 16-bit constant
2130
2131 @item M
2132 Unsigned 8-bit constant
2133
2134 @item N
2135 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2136
2137 @item O
2138 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2139
2140 @item Q
2141 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2142
2143 @item R
2144 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2145
2146 @item S
2147 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2148
2149 @item T
2150 Direct memory reference
2151
2152 @item U
2153 Symbolic address
2154
2155 @end table
2156
2157 @item S/390 and zSeries---@file{s390.h}
2158 @table @code
2159 @item a
2160 Address register (general purpose register except r0)
2161
2162 @item d
2163 Data register (arbitrary general purpose register)
2164
2165 @item f
2166 Floating-point register
2167
2168 @item I
2169 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2170
2171 @item J
2172 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2173
2174 @item K
2175 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2176
2177 @item L
2178 Value appropriate as displacement.
2179 @table @code
2180        @item (0..4095)
2181        for short displacement
2182        @item (-524288..524287)
2183        for long displacement
2184 @end table
2185
2186 @item M
2187 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
2188
2189 @item N
2190 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
2191 @table @code
2192          @item 0..9:
2193          number of the part counting from most to least significant
2194          @item H,Q:
2195          mode of the part
2196          @item D,S,H:
2197          mode of the containing operand
2198          @item 0,F:
2199          value of the other parts (F - all bits set)
2200 @end table
2201 The constraint matches if the specified part of a constant
2202 has a value different from it's other parts.
2203
2204 @item Q
2205 Memory reference without index register and with short displacement.
2206
2207 @item R
2208 Memory reference with index register and short displacement.
2209
2210 @item S
2211 Memory reference without index register but with long displacement.
2212
2213 @item T
2214 Memory reference with index register and long displacement.
2215
2216 @item U
2217 Pointer with short displacement.
2218
2219 @item W
2220 Pointer with long displacement.
2221
2222 @item Y
2223 Shift count operand.
2224
2225 @end table
2226
2227 @item Xstormy16---@file{stormy16.h}
2228 @table @code
2229 @item a
2230 Register r0.
2231
2232 @item b
2233 Register r1.
2234
2235 @item c
2236 Register r2.
2237
2238 @item d
2239 Register r8.
2240
2241 @item e
2242 Registers r0 through r7.
2243
2244 @item t
2245 Registers r0 and r1.
2246
2247 @item y
2248 The carry register.
2249
2250 @item z
2251 Registers r8 and r9.
2252
2253 @item I
2254 A constant between 0 and 3 inclusive.
2255
2256 @item J
2257 A constant that has exactly one bit set.
2258
2259 @item K
2260 A constant that has exactly one bit clear.
2261
2262 @item L
2263 A constant between 0 and 255 inclusive.
2264
2265 @item M
2266 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2267
2268 @item N
2269 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2270
2271 @item O
2272 A constant between 1 and 4 inclusive.
2273
2274 @item P
2275 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2276
2277 @item Q
2278 A memory reference that is a stack push.
2279
2280 @item R
2281 A memory reference that is a stack pop.
2282
2283 @item S
2284 A memory reference that refers to a constant address of known value.
2285
2286 @item T
2287 The register indicated by Rx (not implemented yet).
2288
2289 @item U
2290 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
2291
2292 @item Z
2293 The constant 0.
2294
2295 @end table
2296
2297 @item Xtensa---@file{xtensa.h}
2298 @table @code
2299 @item a
2300 General-purpose 32-bit register
2301
2302 @item b
2303 One-bit boolean register
2304
2305 @item A
2306 MAC16 40-bit accumulator register
2307
2308 @item I
2309 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
2310
2311 @item J
2312 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
2313
2314 @item K
2315 Integer constant valid for BccI instructions
2316
2317 @item L
2318 Unsigned constant valid for BccUI instructions
2319
2320 @end table
2321
2322 @end table
2323
2324 @ifset INTERNALS
2325 @node Standard Names
2326 @section Standard Pattern Names For Generation
2327 @cindex standard pattern names
2328 @cindex pattern names
2329 @cindex names, pattern
2330
2331 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
2332 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
2333 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
2334 pattern to accomplish a certain task.
2335
2336 @table @asis
2337 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
2338 @item @samp{mov@var{m}}
2339 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
2340 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
2341 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
2342
2343 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
2344 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
2345 to store the specified value in the part of the register that corresponds
2346 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
2347 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
2348 outside the target word are left unchanged.
2349
2350 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
2351 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
2352 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
2353 If there are patterns accepting operands in larger modes,
2354 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
2355
2356 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
2357 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
2358 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
2359 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
2360 into a register.
2361
2362 @findex force_reg
2363 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
2364 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
2365 registers other than the operands.  For example, if you support the
2366 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
2367 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
2368 function which might generate new pseudo registers.
2369
2370 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
2371 fetching those modes from memory normally requires several insns and
2372 some temporary registers.
2373
2374 @findex change_address
2375 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
2376 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
2377 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
2378 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
2379 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
2380 an address into a valid address and no routine (such as
2381 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
2382 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
2383
2384 @findex reload_in_progress
2385 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
2386 declared if required) can be used to determine whether such special
2387 handling is required.
2388
2389 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
2390 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
2391 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
2392 machines explicit memory references will get optional reloads.
2393
2394 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
2395 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
2396
2397 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
2398 you must define @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and/or
2399 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
2400 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
2401 them.  @xref{Register Classes}.
2402
2403 @findex no_new_pseudos
2404 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
2405 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
2406 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
2407
2408 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
2409 register to any other hard register provided that
2410 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
2411 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
2412
2413 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
2414 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
2415 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
2416 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
2417 point members.
2418
2419 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
2420 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
2421 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
2422 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
2423 floating point registers, then the constraints of the fixed point
2424 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
2425 reload into a floating point register.
2426
2427 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
2428 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
2429 @item @samp{reload_in@var{m}}
2430 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
2431 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
2432 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
2433 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
2434 macro in @pxref{Register Classes}.
2435
2436 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
2437 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
2438 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
2439 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
2440 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
2441 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
2442 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
2443 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
2444 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
2445 for these patterns.
2446
2447 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
2448 @item @samp{movstrict@var{m}}
2449 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
2450 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
2451 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
2452 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
2453
2454 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
2455 @item @samp{load_multiple}
2456 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
2457 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
2458 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
2459 number of consecutive registers.
2460
2461 Define this only if the target machine really has such an instruction;
2462 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
2463 registers from memory is to do them one at a time.
2464
2465 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
2466 registers can be stored into memory, such as particular starting or
2467 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
2468 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2469 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
2470
2471 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
2472 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
2473 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
2474 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
2475 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
2476
2477 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
2478 @item @samp{store_multiple}
2479 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
2480 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
2481 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
2482 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
2483
2484 @cindex @code{push@var{m}} instruction pattern
2485 @item @samp{push@var{m}}
2486 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
2487 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
2488 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
2489 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
2490 method is deprecated.
2491
2492 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
2493 @item @samp{add@var{m}3}
2494 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
2495 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
2496 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
2497
2498 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
2499 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
2500 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
2501 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
2502 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
2503 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
2504 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
2505 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
2506 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
2507 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
2508 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
2509 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
2510 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
2511 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
2512 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
2513 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
2514 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
2515 Similar, for other arithmetic operations.
2516 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
2517 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
2518 @itemx @samp{min@var{m}3}, @samp{max@var{m}3}
2519 Floating point min and max operations.  If both operands are zeros,
2520 or if either operand is NaN, then it is unspecified which of the two
2521 operands is returned as the result.
2522
2523
2524 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
2525 @item @samp{mulhisi3}
2526 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
2527 a @code{SImode} product in operand 0.
2528
2529 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
2530 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
2531 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
2532 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
2533
2534 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
2535 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
2536 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
2537 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
2538 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
2539 multiplication.
2540
2541 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2542 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
2543 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
2544 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
2545 The least significant half of the product is discarded.
2546
2547 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2548 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
2549 Similar, but the multiplication is unsigned.
2550
2551 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
2552 @item @samp{divmod@var{m}4}
2553 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
2554 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
2555 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
2556
2557 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
2558 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
2559 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
2560 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
2561 and remainder are computed.
2562
2563 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
2564 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
2565 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
2566 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
2567 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
2568
2569 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
2570 @item @samp{udivmod@var{m}4}
2571 Similar, but does unsigned division.
2572
2573 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
2574 @item @samp{ashl@var{m}3}
2575 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
2576 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
2577 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
2578 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
2579 mode before generating the instruction.
2580
2581 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
2582 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
2583 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
2584 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
2585 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
2586 Other shift and rotate instructions, analogous to the
2587 @code{ashl@var{m}3} instructions.
2588
2589 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
2590 @item @samp{neg@var{m}2}
2591 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
2592
2593 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
2594 @item @samp{abs@var{m}2}
2595 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
2596
2597 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
2598 @item @samp{sqrt@var{m}2}
2599 Store the square root of operand 1 into operand 0.
2600
2601 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
2602 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
2603 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2604 type @code{float}.
2605
2606 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
2607 @item @samp{cos@var{m}2}
2608 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
2609
2610 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
2611 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
2612 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2613 type @code{float}.
2614
2615 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
2616 @item @samp{sin@var{m}2}
2617 Store the sine of operand 1 into operand 0.
2618
2619 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
2620 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
2621 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2622 type @code{float}.
2623
2624 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
2625 @item @samp{exp@var{m}2}
2626 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
2627
2628 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
2629 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
2630 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2631 type @code{float}.
2632
2633 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
2634 @item @samp{log@var{m}2}
2635 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
2636
2637 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
2638 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
2639 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2640 type @code{float}.
2641
2642 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
2643 @item @samp{pow@var{m}3}
2644 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
2645 into operand 0.
2646
2647 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
2648 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
2649 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2650 type @code{float}.
2651
2652 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
2653 @item @samp{atan2@var{m}3}
2654 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
2655 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
2656 determine the quadrant of the result.
2657
2658 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
2659 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
2660 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2661 type @code{float}.
2662
2663 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
2664 @item @samp{floor@var{m}2}
2665 Store the largest integral value not greater than argument.
2666
2667 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
2668 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
2669 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2670 type @code{float}.
2671
2672 @cindex @code{trunc@var{m}2} instruction pattern
2673 @item @samp{trunc@var{m}2}
2674 Store the argument rounded to integer towards zero.
2675
2676 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
2677 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
2678 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2679 type @code{float}.
2680
2681 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
2682 @item @samp{round@var{m}2}
2683 Store the argument rounded to integer away from zero.
2684
2685 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
2686 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
2687 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2688 type @code{float}.
2689
2690 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
2691 @item @samp{ceil@var{m}2}
2692 Store the argument rounded to integer away from zero.
2693
2694 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
2695 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
2696 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2697 type @code{float}.
2698
2699 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
2700 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
2701 Store the argument rounded according to the default rounding mode
2702
2703 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
2704 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
2705 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2706 type @code{float}.
2707
2708 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
2709 @item @samp{ffs@var{m}2}
2710 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
2711 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
2712 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2713 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2714 generating the instruction.
2715
2716 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
2717 corresponds to the C data type @code{int}.
2718
2719 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
2720 @item @samp{clz@var{m}2}
2721 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
2722 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
2723 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
2724 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
2725 operand to that mode before generating the instruction.
2726
2727 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
2728 @item @samp{ctz@var{m}2}
2729 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
2730 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
2731 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
2732 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
2733 operand to that mode before generating the instruction.
2734
2735 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
2736 @item @samp{popcount@var{m}2}
2737 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
2738 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2739 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2740 generating the instruction.
2741
2742 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
2743 @item @samp{parity@var{m}2}
2744 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.@:e. the number of 1-bits
2745 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
2746 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
2747 the operand to that mode before generating the instruction.
2748
2749 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
2750 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
2751 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
2752
2753 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
2754 @item @samp{cmp@var{m}}
2755 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
2756 The RTL pattern should look like this:
2757
2758 @smallexample
2759 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2760                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
2761 @end smallexample
2762
2763 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
2764 @item @samp{tst@var{m}}
2765 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
2766 The RTL pattern should look like this:
2767
2768 @smallexample
2769 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
2770 @end smallexample
2771
2772 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
2773 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
2774 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
2775 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
2776
2777 @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
2778 @item @samp{movstr@var{m}}
2779 Block move instruction.  The addresses of the destination and source
2780 strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
2781
2782 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
2783 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
2784 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
2785 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
2786 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
2787 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
2788 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
2789
2790 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
2791 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
2792 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
2793 it may provide the value 4 for this operand.
2794
2795 Descriptions of multiple @code{movstr@var{m}} patterns can only be
2796 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
2797 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
2798 in @code{movstr@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
2799 individually moved data units in the block.
2800
2801 These patterns need not give special consideration to the possibility
2802 that the source and destination strings might overlap.
2803
2804 @cindex @code{clrstr@var{m}} instruction pattern
2805 @item @samp{clrstr@var{m}}
2806 Block clear instruction.  The addresses of the destination string is the
2807 first operand, in mode @code{Pmode}.  The number of bytes to clear is
2808 the second operand, in mode @var{m}.  See @samp{movstr@var{m}} for
2809 a discussion of the choice of mode.
2810
2811 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
2812 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
2813 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
2814 operand.
2815
2816 The use for multiple @code{clrstr@var{m}} is as for @code{movstr@var{m}}.
2817
2818 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
2819 @item @samp{cmpstr@var{m}}
2820 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
2821 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
2822 of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2823 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
2824 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
2825 at a time since either string may end in the first byte and reading past
2826 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
2827 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
2828 indicates the result of the comparison.
2829
2830 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
2831 @item @samp{cmpmem@var{m}}
2832 Block compare instruction, with five operands like the operands
2833 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2834 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
2835 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
2836 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
2837 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
2838 comparison.
2839
2840 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
2841 @item @samp{strlen@var{m}}
2842 Compute the length of a string, with three operands.
2843 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
2844 a @code{mem} referring to the first character of the string,
2845 operand 2 is the character to search for (normally zero),
2846 and operand 3 is a constant describing the known alignment
2847 of the beginning of the string.
2848
2849 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
2850 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
2851 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
2852 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2853 @var{n}).
2854
2855 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
2856 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
2857 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
2858 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2859 @var{n}).
2860
2861 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2862 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2863 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2864 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2865 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2866 the value of operand 1 is an integer.
2867
2868 If the machine description defines this pattern, it also needs to
2869 define the @code{ftrunc} pattern.
2870
2871 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2872 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2873 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2874 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2875 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2876 value of operand 1 is an integer.
2877
2878 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2879 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2880 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2881 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2882 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2883
2884 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2885 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2886 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2887 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2888
2889 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2890 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2891 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2892 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2893
2894 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2895 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2896 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2897 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2898 point or both floating point.
2899
2900 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
2901 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2902 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2903 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2904 point or both floating point.
2905
2906 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2907 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2908 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2909 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2910 point.
2911
2912 @cindex @code{extv} instruction pattern
2913 @item @samp{extv}
2914 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
2915 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2916 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2917 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2918 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2919 be valid for @code{word_mode}.
2920
2921 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2922 for operands 2 and 3.
2923
2924 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2925 before it is stored in operand 0.
2926
2927 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2928 @item @samp{extzv}
2929 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2930
2931 @cindex @code{insv} instruction pattern
2932 @item @samp{insv}
2933 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
2934 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2935 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2936 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2937 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2938
2939 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2940 for operands 1 and 2.
2941
2942 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2943 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2944 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2945 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2946 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2947
2948 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2949 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2950 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2951 codes and vice versa.
2952
2953 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2954 define these patterns.
2955
2956 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
2957 @item @samp{add@var{mode}cc}
2958 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
2959 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
2960 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
2961 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
2962
2963 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2964 @item @samp{s@var{cond}}
2965 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2966 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2967 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2968 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2969
2970 You specify the mode that the operand must have when you write the
2971 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2972 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2973
2974 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2975 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2976 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2977 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2978 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2979 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2980 should omit those operations from the machine description.
2981
2982 These operations may fail, but should do so only in relatively
2983 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2984 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2985
2986 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2987 that copies the constant one to the target and branches around an
2988 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
2989 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
2990 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
2991 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
2992 the machine description.
2993
2994 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
2995 @item @samp{b@var{cond}}
2996 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
2997 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
2998 condition @var{cond}.
2999
3000 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
3001 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
3002 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
3003 simply store the operands away and generate all the required insns in a
3004 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
3005 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
3006 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
3007 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
3008
3009 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
3010 where the mode used for the comparison depends on the condition being
3011 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
3012
3013 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
3014 @samp{s@var{cond}} patterns.
3015
3016 @cindex @code{jump} instruction pattern
3017 @item @samp{jump}
3018 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
3019 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
3020 on all machines.
3021
3022 @cindex @code{call} instruction pattern
3023 @item @samp{call}
3024 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
3025 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
3026 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
3027 operands.
3028
3029 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
3030 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
3031 to put this information into the assembler code; they can put it in
3032 the RTL instead of operand 1.
3033
3034 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
3035 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
3036 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
3037 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
3038 instruction, the pattern for this operation should be a
3039 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
3040 address into a register and uses that register in the call instruction.
3041
3042 @cindex @code{call_value} instruction pattern
3043 @item @samp{call_value}
3044 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
3045 register in which the value is returned.  There are three more
3046 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
3047 instruction (but with numbers increased by one).
3048
3049 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
3050 insn.
3051
3052 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
3053 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
3054 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
3055 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
3056 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
3057 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
3058 adjustment made to the frame pointer.
3059
3060 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
3061 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
3062 can be eliminated, if desired.
3063
3064 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
3065 @item @samp{untyped_call}
3066 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
3067 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
3068 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
3069 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3070 the saving of a function return value into the result block.
3071
3072 This instruction pattern should be defined to support
3073 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
3074 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
3075 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
3076 multiple registers that can hold a return value
3077 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
3078
3079 @cindex @code{return} instruction pattern
3080 @item @samp{return}
3081 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
3082 defined only if a single instruction can do all the work of returning
3083 from a function.
3084
3085 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
3086 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
3087 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
3088 some class of functions only requires one instruction to implement a
3089 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
3090 to save any registers or allocate stack space.
3091
3092 @findex reload_completed
3093 @findex leaf_function_p
3094 For such machines, the condition specified in this pattern should only
3095 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
3096 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
3097 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
3098 a register window push is required.
3099
3100 Machines that have conditional return instructions should define patterns
3101 such as
3102
3103 @smallexample
3104 (define_insn ""
3105   [(set (pc)
3106         (if_then_else (match_operator
3107                          0 "comparison_operator"
3108                          [(cc0) (const_int 0)])
3109                       (return)
3110                       (pc)))]
3111   "@var{condition}"
3112   "@dots{}")
3113 @end smallexample
3114
3115 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
3116 named @samp{return} pattern.
3117
3118 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
3119 @item @samp{untyped_return}
3120 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
3121 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
3122 instructions are needed to return a value of any type.
3123
3124 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
3125 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
3126 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3127 the restoring of a function return value from the result block.
3128
3129 @cindex @code{nop} instruction pattern
3130 @item @samp{nop}
3131 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
3132 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
3133 RTL pattern.
3134
3135 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
3136 @item @samp{indirect_jump}
3137 An instruction to jump to an address which is operand zero.
3138 This pattern name is mandatory on all machines.
3139
3140 @cindex @code{casesi} instruction pattern
3141 @item @samp{casesi}
3142 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
3143 This instruction takes five operands:
3144
3145 @enumerate
3146 @item
3147 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
3148
3149 @item
3150 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
3151
3152 @item
3153 The total range of indices in the table---the largest index
3154 minus the smallest one (both inclusive).
3155
3156 @item
3157 A label that precedes the table itself.
3158
3159 @item
3160 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
3161 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
3162 then an out-of-bounds index drops through to the code following
3163 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
3164 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
3165 but it is always provided as an operand.)
3166 @end enumerate
3167
3168 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
3169 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
3170 difference between the upper bound and the lower bound.
3171
3172 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
3173 @item @samp{tablejump}
3174 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
3175 capability which can be used to implement a dispatch table when there
3176 is no @samp{casesi} pattern.
3177
3178 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
3179 which should immediately precede the jump table.  If the macro
3180 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
3181 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
3182 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
3183 mode @code{Pmode}.
3184
3185 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
3186 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
3187 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
3188 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
3189
3190
3191 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
3192 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
3193 Conditional branch instruction that decrements a register and
3194 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
3195 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
3196 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
3197
3198 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
3199 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
3200 reduction is enabled.
3201
3202 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
3203 @item @samp{doloop_end}
3204 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
3205 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
3206 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
3207 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
3208 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
3209 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
3210 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
3211 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
3212 @xref{Looping Patterns}.
3213
3214 This optional instruction pattern should be defined for machines with
3215 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
3216 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
3217 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3218 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
3219 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
3220 too large for this instruction, make it fail.
3221
3222 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
3223 @item @samp{doloop_begin}
3224 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
3225 need to perform some initialization, such as loading special registers
3226 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
3227 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
3228 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
3229
3230
3231 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
3232 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
3233 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
3234 into operand 0.
3235
3236 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
3237 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
3238 and also has mode @code{Pmode}.
3239
3240 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
3241 the address of the function which would be called if the function
3242 pointer were used in an indirect call.
3243
3244 Only define this pattern if function pointers on the target machine
3245 can have different values but still call the same function when
3246 used in an indirect call.
3247
3248 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
3249 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
3250 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
3251 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
3252 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
3253 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
3254 @item @samp{save_stack_block}
3255 @itemx @samp{save_stack_function}
3256 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
3257 @itemx @samp{restore_stack_block}
3258 @itemx @samp{restore_stack_function}
3259 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
3260 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
3261 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
3262 such machines.
3263
3264 Some machines require special handling for stack pointer saves and
3265 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
3266 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
3267 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
3268 saves and restores are:
3269
3270 @enumerate
3271 @item
3272 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
3273 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
3274 restores the stack pointer when the block is exited.
3275
3276 @item
3277 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
3278 similar job for the outermost block of a function and are used when the
3279 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
3280 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
3281 restore sequence on some machines.
3282
3283 @item
3284 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
3285 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
3286 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
3287 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
3288 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
3289 and restoring additional data such as register window information or
3290 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
3291 such required data.
3292 @end enumerate
3293
3294 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
3295 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
3296 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
3297 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
3298 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
3299 for a particular type of save (either because no save is needed or
3300 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
3301 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
3302 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
3303 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
3304
3305 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
3306 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
3307 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
3308
3309 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
3310 @item @samp{allocate_stack}
3311 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
3312 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
3313
3314 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
3315 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
3316 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
3317 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
3318 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
3319 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
3320 stack is free.
3321
3322 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
3323 Some machines require other operations such as stack probes or
3324 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
3325 operations in addition to updating the stack pointer.
3326
3327 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
3328 @item @samp{check_stack}
3329 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
3330 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
3331 to perform the needed check and signaling an error if the stack
3332 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
3333 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
3334 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
3335 limit from a global or thread-specific variable or register.
3336
3337 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
3338 @item @samp{nonlocal_goto}
3339 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
3340 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
3341 each representing a value to be used in the jump.  The first
3342 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
3343 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
3344 the third is the address of a location where the stack is saved,
3345 and the last is the address of the label, to be placed in the
3346 location for the incoming static chain.
3347
3348 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
3349 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
3350 and static chain, restore the stack (using the
3351 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
3352 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
3353 not work on your machine.
3354
3355 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
3356 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
3357 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
3358 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
3359 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
3360 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
3361 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
3362 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
3363 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
3364 There are no arguments.
3365
3366 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
3367 @item @samp{exception_receiver}
3368 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3369 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3370 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3371 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3372 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
3373 an exception.  There are no arguments.
3374
3375 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
3376 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
3377 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
3378 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
3379 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
3380 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
3381 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
3382 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
3383 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
3384 the first three are normally used by the generic mechanism.
3385
3386 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
3387 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
3388 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3389 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3390 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3391 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3392 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
3393 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
3394 at a small offset from that label.
3395
3396 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
3397 @item @samp{builtin_longjmp}
3398 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
3399 You will not normally need to define this pattern unless you also define
3400 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
3401 @code{jmp_buf}.
3402
3403 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
3404 @item @samp{eh_return}
3405 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
3406 and thence the call frame exception handling library routines, are
3407 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
3408 the abnormal return path.
3409
3410 The address of the exception handler to which the function should return
3411 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
3412 the pattern to some special register or memory location.
3413 If the pattern needs to determine the location of the target call
3414 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
3415 if defined; it will have already been assigned.
3416
3417 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
3418 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
3419 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
3420 handling is to be used.
3421
3422 @cindex @code{prologue} instruction pattern
3423 @anchor{prologue instruction pattern}
3424 @item @samp{prologue}
3425 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
3426 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
3427 pointer register, saving callee saved registers, etc.
3428
3429 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
3430 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
3431
3432 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
3433 instruction scheduling.
3434
3435 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
3436 @anchor{epilogue instruction pattern}
3437 @item @samp{epilogue}
3438 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
3439 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
3440 registers and emitting the return instruction.
3441
3442 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
3443 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
3444
3445 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
3446 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
3447
3448 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
3449 @item @samp{sibcall_epilogue}
3450 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
3451 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
3452 sibling call (aka tail call) sites.
3453
3454 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
3455 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
3456 function.
3457
3458 @cindex @code{trap} instruction pattern
3459 @item @samp{trap}
3460 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
3461 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
3462 front end to signal `invalid array index' exceptions.
3463
3464 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
3465 @item @samp{conditional_trap}
3466 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
3467 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
3468
3469 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
3470
3471 @smallexample
3472 (define_insn "conditional_trap"
3473   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
3474              [(cc0) (const_int 0)])
3475             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
3476   ""
3477   "@dots{}")
3478 @end smallexample
3479
3480 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
3481 @item @samp{prefetch}
3482
3483 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
3484 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
3485 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
3486 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
3487 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
3488 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
3489 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
3490 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
3491 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
3492
3493 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
3494 the values of operands 1 and 2.
3495
3496 @end table
3497
3498 @node Pattern Ordering
3499 @section When the Order of Patterns Matters
3500 @cindex Pattern Ordering
3501 @cindex Ordering of Patterns
3502
3503 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
3504 pattern that appears first in the machine description is the one used.
3505 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
3506 and faster instructions (those that will produce better code when they
3507 do match) should usually go first in the description.
3508
3509 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
3510 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
3511 instruction for converting a fullword to floating point and another
3512 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
3513 an integer to floating point could match either one.  We put the
3514 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
3515 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
3516 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
3517 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
3518 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
3519 constant value.
3520
3521 @node Dependent Patterns
3522 @section Interdependence of Patterns
3523 @cindex Dependent Patterns
3524 @cindex Interdependence of Patterns
3525
3526 Every machine description must have a named pattern for each of the
3527 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
3528 must always have the form
3529
3530 @smallexample
3531 (set (pc)
3532      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3533                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
3534                    (pc)))
3535 @end smallexample
3536
3537 @noindent
3538 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
3539 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
3540 look like
3541
3542 @smallexample
3543 (set (pc)
3544      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3545                    (pc)
3546                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
3547 @end smallexample
3548
3549 @noindent
3550 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
3551 branches into reverse-conditional branches.
3552
3553 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
3554 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
3555 example,
3556
3557 @smallexample
3558 (define_insn ""
3559   [(set (pc)
3560         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
3561                                       [(cc0) (const_int 0)])
3562                       (pc)
3563                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
3564   "@var{condition}"
3565   "@dots{}")
3566 @end smallexample
3567
3568 In some cases machines support instructions identical except for the
3569 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
3570 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
3571 patterns are
3572
3573 @smallexample
3574 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3575      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
3576
3577 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3578      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
3579 @end smallexample
3580
3581 @noindent
3582 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
3583 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
3584 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
3585 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
3586 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
3587 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
3588
3589 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
3590 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
3591 compilations.
3592
3593 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
3594 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
3595 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
3596 you should not provide separate patterns for increment and decrement
3597 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
3598 that supports register-register add insns by examining the operands and
3599 generating the appropriate machine instruction.
3600
3601 @node Jump Patterns
3602 @section Defining Jump Instruction Patterns
3603 @cindex jump instruction patterns
3604 @cindex defining jump instruction patterns
3605
3606 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
3607 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
3608 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
3609 insn tests the condition code and branches or not according its value.
3610 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
3611 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
3612 way.
3613
3614 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
3615 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
3616 these machines is to treat them just like the others until the final stage
3617 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
3618 compare instruction, peek ahead at the following branch using
3619 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
3620 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
3621 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
3622 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
3623 can treat signed and unsigned branches identically.
3624
3625 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
3626 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
3627 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
3628 until the end.
3629
3630 To go with this technique, you must define the machine-description macro
3631 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
3632 compare instruction is superfluous.
3633
3634 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
3635 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
3636 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
3637 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
3638 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
3639
3640 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
3641 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
3642 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
3643 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
3644 above in addition to any special patterns you define.
3645
3646 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
3647 code and there may not even be a separate condition code register.  On
3648 these machines, the restriction that the definition and use of the
3649 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
3650 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
3651 delay for taken branches unless the condition code register is set three
3652 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
3653 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
3654 separate the definition and use of the condition code register.
3655
3656 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
3657 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
3658 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
3659 comparison result can be placed in any general register, or if there are
3660 multiple condition registers, use a pseudo register.
3661
3662 @findex prev_cc0_setter
3663 @findex next_cc0_user
3664 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
3665 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
3666 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
3667 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
3668 instruction does, so a different branch instruction must be used for
3669 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
3670 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
3671 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
3672 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
3673 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
3674 and @code{next_cc0_user}.
3675
3676 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
3677 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
3678 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
3679 we use the machine mode of the condition code register to record
3680 different formats of the condition code register.
3681
3682 Registers used to store the condition code value should have a mode that
3683 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
3684 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
3685 the SPARC), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
3686 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
3687 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
3688
3689 If it is known during RTL generation that a different mode will be
3690 required (for example, if the machine has separate compare instructions
3691 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
3692 be specified at that time.
3693
3694 If the cases that require different modes would be made by instruction
3695 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
3696 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
3697 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
3698 discussed above, we have the pattern
3699
3700 @smallexample
3701 (define_insn ""
3702   [(set (reg:CC_NOOV 0)
3703         (compare:CC_NOOV
3704           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
3705                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
3706           (const_int 0)))]
3707   ""
3708   "@dots{}")
3709 @end smallexample
3710
3711 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
3712 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
3713
3714 @node Looping Patterns
3715 @section Defining Looping Instruction Patterns
3716 @cindex looping instruction patterns
3717 @cindex defining looping instruction patterns
3718
3719 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
3720 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
3721 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
3722 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
3723 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
3724 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
3725 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
3726 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
3727 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
3728 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
3729 the jump.
3730
3731 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
3732 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
3733 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
3734 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
3735 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
3736 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
3737 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
3738 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
3739 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
3740 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
3741 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
3742 following for its @code{dbra} instruction:
3743
3744 @smallexample
3745 @group
3746 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3747   [(set (pc)
3748         (if_then_else
3749           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3750                        (const_int -1))
3751               (const_int 0))
3752           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3753           (pc)))
3754    (set (match_dup 0)
3755         (plus:SI (match_dup 0)
3756                  (const_int -1)))]
3757   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3758   "@dots{}")
3759 @end group
3760 @end smallexample
3761
3762 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
3763 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
3764 since this insn is generated by the instruction combination phase
3765 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
3766 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
3767 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
3768 pattern will not be matched by the combiner.
3769
3770 @smallexample
3771 @group
3772 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3773   [(set (pc)
3774         (if_then_else
3775           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3776               (const_int 1))
3777           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3778           (pc)))
3779    (set (match_dup 0)
3780         (plus:SI (match_dup 0)
3781                  (const_int -1)))]
3782   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3783   "@dots{}")
3784 @end group
3785 @end smallexample
3786
3787 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
3788 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
3789 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
3790 information collected during strength reduction.
3791
3792 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
3793 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
3794 is an optional companion pattern that can be used for initialization
3795 needed for some low-overhead looping instructions.
3796
3797 Note that some machines require the actual looping instruction to be
3798 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
3799 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
3800 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
3801 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
3802 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
3803 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
3804 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
3805 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
3806 desired special iteration counter register was not allocated, this
3807 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
3808 instruction pair.
3809
3810 The essential difference between the
3811 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
3812 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
3813 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
3814 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
3815 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
3816 may become redundant and removed by the flow pass.
3817
3818
3819 @node Insn Canonicalizations
3820 @section Canonicalization of Instructions
3821 @cindex canonicalization of instructions
3822 @cindex insn canonicalization
3823
3824 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
3825 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
3826 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
3827 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
3828 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
3829 number of insn patterns required.
3830
3831 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
3832 are performed:
3833
3834 @itemize @bullet
3835 @item
3836 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
3837 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
3838 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
3839 be supplied.
3840
3841 @item
3842 For associative operators, a sequence of operators will always chain
3843 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
3844 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
3845 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
3846 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
3847 floating-point.
3848
3849 @item
3850 @cindex @code{neg}, canonicalization of
3851 @cindex @code{not}, canonicalization of
3852 @cindex @code{mult}, canonicalization of
3853 @cindex @code{plus}, canonicalization of
3854 @cindex @code{minus}, canonicalization of
3855 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
3856 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
3857 first operand.
3858
3859 @item
3860 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
3861 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
3862 the operations as far as possible.  For instance,
3863 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
3864 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
3865 @code{(minus A (mult B C))}.
3866
3867 @cindex @code{compare}, canonicalization of
3868 @item
3869 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
3870 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
3871 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
3872 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
3873 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
3874 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
3875 such an instruction.
3876
3877 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
3878 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
3879 above.
3880
3881 @item
3882 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
3883 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
3884
3885 @item
3886 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
3887 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
3888
3889 @cindex @code{ior}, canonicalization of
3890 @cindex @code{and}, canonicalization of
3891 @cindex De Morgan's law
3892 @item
3893 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
3894 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
3895 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
3896
3897 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
3898 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
3899 for that instruction as
3900
3901 @smallexample
3902 (define_insn ""
3903   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3904         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3905                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
3906   "@dots{}"
3907   "@dots{}")
3908 @end smallexample
3909
3910 @noindent
3911 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
3912
3913 @smallexample
3914 (define_insn ""
3915   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3916         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3917                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
3918   "@dots{}"
3919   "@dots{}")
3920 @end smallexample
3921
3922 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
3923 logically equivalent RTL expressions.
3924
3925 @cindex @code{xor}, canonicalization of
3926 @item
3927 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
3928 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
3929 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
3930
3931 @item
3932 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
3933 the form
3934
3935 @smallexample
3936 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
3937 @end smallexample
3938
3939 @item
3940 On machines that do not use @code{cc0},
3941 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
3942 @var{x}.
3943
3944 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
3945 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
3946 @item
3947 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
3948 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
3949 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
3950
3951 @end itemize
3952
3953 @node Expander Definitions
3954 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
3955 @cindex expander definitions
3956 @cindex code generation RTL sequences
3957 @cindex defining RTL sequences for code generation
3958
3959 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
3960 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
3961 represent them.  For these target machines, you can write a
3962 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
3963
3964 @findex define_expand
3965 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
3966 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
3967 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
3968
3969 A @code{define_expand} RTX has four operands:
3970
3971 @itemize @bullet
3972 @item
3973 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
3974 use for it is to refer to it by name.
3975
3976 @item
3977 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
3978 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
3979 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
3980
3981 @item
3982 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
3983 used to express how the availability of this pattern depends on
3984 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
3985 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
3986 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
3987 depend on the data in the insn being matched, but only the
3988 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
3989 during initialization in order to learn exactly which named instructions
3990 are available in a particular run.
3991
3992 @item
3993 The preparation statements, a string containing zero or more C
3994 statements which are to be executed before RTL code is generated from
3995 the RTL template.
3996
3997 Usually these statements prepare temporary registers for use as
3998 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
3999 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
4000 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
4001 @end itemize
4002
4003 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
4004 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
4005 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
4006 it.
4007
4008 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
4009 also describes the operands that need to be specified when this pattern
4010 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
4011
4012 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
4013 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
4014 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
4015 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
4016 information to preload the operand into a register if that is required for
4017 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
4018 references should use @code{match_dup}.
4019
4020 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
4021 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
4022 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
4023 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
4024 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
4025 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
4026 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
4027 compute the values and store them into the appropriate elements of
4028 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
4029
4030 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
4031 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
4032 as a statement.
4033
4034 @table @code
4035
4036 @findex DONE
4037 @item DONE
4038 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
4039 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
4040 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
4041 preparation statements; the RTL template will not be generated.
4042
4043 @findex FAIL
4044 @item FAIL
4045 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
4046 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
4047 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
4048
4049 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
4050 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
4051 operations.
4052 @end table
4053
4054 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
4055 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
4056 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
4057 insn.
4058
4059 The RTL template is not used for matching, only for generating the
4060 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
4061 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
4062 list of operands, such as this example:
4063
4064 @smallexample
4065 @group
4066 (define_expand "addsi3"
4067   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4068    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4069    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
4070 @end group
4071 @group
4072   ""
4073   "
4074 @{
4075   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
4076   DONE;
4077 @}")
4078 @end group
4079 @end smallexample
4080
4081 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
4082
4083 @smallexample
4084 @group
4085 (define_expand "ashlsi3"
4086   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4087         (ashift:SI
4088 @end group
4089 @group
4090           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4091           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
4092   ""
4093   "
4094 @end group
4095 @end smallexample
4096
4097 @smallexample
4098 @group
4099 @{
4100   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
4101       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
4102     FAIL;
4103 @}")
4104 @end group
4105 @end smallexample
4106
4107 @noindent
4108 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
4109 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
4110 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
4111 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
4112 library call).
4113
4114 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
4115 patterns with names, then it would be possible to use a
4116 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
4117 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
4118
4119 @smallexample
4120 (define_expand "zero_extendhisi2"
4121   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
4122         (const_int 0))
4123    (set (strict_low_part
4124           (subreg:HI
4125             (match_dup 0)
4126             0))
4127         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
4128   ""
4129   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
4130 @end smallexample
4131
4132 @noindent
4133 @findex make_safe_from
4134 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
4135 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
4136 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
4137 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
4138 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
4139 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
4140 by emitting another RTL insn.
4141
4142 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
4143 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
4144 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
4145 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
4146 on this machine.  So it must be copied into a register with
4147 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
4148
4149 @smallexample
4150 (define_expand "zero_extendhisi2"
4151   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4152         (and:SI (subreg:SI
4153                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
4154                   0)
4155                 (match_dup 2)))]
4156   ""
4157   "operands[2]
4158      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
4159 @end smallexample
4160
4161 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
4162 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
4163 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
4164 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
4165 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
4166 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
4167 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
4168 in the compiler.
4169
4170 @node Insn Splitting
4171 @section Defining How to Split Instructions
4172 @cindex insn splitting
4173 @cindex instruction splitting
4174 @cindex splitting instructions
4175
4176 There are two cases where you should specify how to split a pattern
4177 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
4178 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
4179 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
4180 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
4181 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
4182 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
4183 cannot be placed into a delay slot.
4184
4185 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
4186 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
4187 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
4188 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
4189 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
4190 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
4191 scheduling.
4192
4193 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
4194 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
4195 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
4196 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
4197 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
4198 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
4199 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
4200 split the addition into two insns is machine-dependent.
4201
4202 @findex define_split
4203 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
4204 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
4205
4206 @smallexample
4207 (define_split
4208   [@var{insn-pattern}]
4209   "@var{condition}"
4210   [@var{new-insn-pattern-1}
4211    @var{new-insn-pattern-2}
4212    @dots{}]
4213   "@var{preparation-statements}")
4214 @end smallexample
4215
4216 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
4217 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
4218 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
4219 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
4220 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
4221 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
4222
4223 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
4224 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4225 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
4226 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
4227 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
4228 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
4229 must not allocate any space in the stack frame.
4230
4231 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
4232 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
4233 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
4234 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
4235 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
4236 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
4237 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
4238 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
4239 of those definitions.
4240
4241 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
4242 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
4243 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
4244
4245 @smallexample
4246 (define_split
4247   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4248         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
4249   ""
4250   [(set (match_dup 0)
4251         (ashift:SI (match_dup 1)
4252                    (const_int 16)))
4253    (set (match_dup 0)
4254         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
4255                      (const_int 16)))]
4256   "
4257 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
4258 @end smallexample
4259
4260 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
4261 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
4262 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
4263 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
4264 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
4265 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
4266 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
4267 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
4268 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
4269 @code{define_split} that will never produce insns that match).
4270
4271 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
4272 @file{rs6000.md}:
4273
4274 @smallexample
4275 (define_split
4276   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4277         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4278                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
4279   ""
4280   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
4281    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
4282 "
4283 @{
4284   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
4285   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
4286
4287   if (low & 0x8000)
4288     high++, low |= 0xffff0000;
4289
4290   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
4291   operands[4] = GEN_INT (low);
4292 @}")
4293 @end smallexample
4294
4295 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
4296 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
4297 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
4298 can be substituted into the address of a subsequent operation.
4299
4300 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
4301 an equality comparison of a register and a large constant:
4302
4303 @smallexample
4304 (define_split
4305   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
4306         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4307                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
4308    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
4309   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
4310    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
4311        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
4312   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
4313    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
4314   "
4315 @{
4316   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
4317      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
4318      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
4319
4320   int c = INTVAL (operands[2]);
4321   int sextc = (c << 16) >> 16;
4322   int xorv = c ^ sextc;
4323
4324   operands[4] = GEN_INT (xorv);
4325   operands[5] = GEN_INT (sextc);
4326 @}")
4327 @end smallexample
4328
4329 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
4330 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
4331 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
4332 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
4333 are not valid.
4334
4335 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
4336 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
4337 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
4338 several restriction apply.
4339
4340 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
4341 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
4342 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
4343 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
4344 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
4345 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
4346 @code{split_branch_probability} hold the probability of original branch in case
4347 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
4348 recomputing of edge frequencies, new sequence is required to have only
4349 forward jumps to the newly created labels.
4350
4351 @findex define_insn_and_split
4352 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
4353 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
4354 this:
4355
4356 @smallexample
4357 (define_insn_and_split
4358   [@var{insn-pattern}]
4359   "@var{condition}"
4360   "@var{output-template}"
4361   "@var{split-condition}"
4362   [@var{new-insn-pattern-1}
4363    @var{new-insn-pattern-2}
4364    @dots{}]
4365   "@var{preparation-statements}"
4366   [@var{insn-attributes}])
4367
4368 @end smallexample
4369
4370 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
4371 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
4372 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
4373 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
4374 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
4375 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
4376 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
4377 from i386.md:
4378
4379 @smallexample
4380 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
4381   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
4382      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
4383    (clobber (reg:CC 17))]
4384   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
4385   "#"
4386   "&& reload_completed"
4387   [(parallel [(set (match_dup 0)
4388                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
4389               (clobber (reg:CC 17))])]
4390   ""
4391   [(set_attr "type" "alu1")])
4392
4393 @end smallexample
4394
4395 In this case, the actual split condition will be
4396 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
4397
4398 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
4399 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
4400 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
4401 having to ensure the two patterns' templates match.
4402
4403 @node Including Patterns
4404 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
4405 @cindex insn includes
4406
4407 @findex include
4408 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
4409 look for patterns that are in files other than in the file
4410 @file{.md}. This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
4411
4412 It looks like:
4413
4414 @smallexample
4415
4416 (include
4417   @var{pathname})
4418 @end smallexample
4419
4420 For example:
4421
4422 @smallexample
4423
4424 (include "filestuff")
4425
4426 @end smallexample
4427
4428 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
4429 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}. The
4430 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
4431
4432
4433 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
4434 and placed into subdirectories.
4435
4436 By specifying:
4437
4438 @smallexample
4439
4440 (include "BOGUS/filestuff")
4441
4442 @end smallexample
4443
4444 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
4445
4446 Specifying an absolute path for the include file such as;
4447 @smallexample
4448
4449 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
4450
4451 @end smallexample
4452 is permitted but is not encouraged.
4453
4454 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
4455 @cindex directory options .md
4456 @cindex options, directory search
4457 @cindex search options
4458
4459 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
4460 For example:
4461
4462 @smallexample
4463
4464 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
4465
4466 @end smallexample
4467
4468
4469 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
4470 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
4471 file, substituting your own version, since these directories are
4472 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
4473 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
4474 order; the standard default directory come after.
4475
4476
4477 @node Peephole Definitions
4478 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
4479 @cindex peephole optimizer definitions
4480 @cindex defining peephole optimizers
4481
4482 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
4483 definitions of machine-specific peephole optimizations.
4484
4485 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
4486 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
4487 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
4488 though the second one does not appear to use a register computed in the
4489 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
4490 opportunities.
4491
4492 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
4493 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
4494 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
4495 is deprecated.
4496
4497 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
4498 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
4499 but before scheduling, which may result in much better code for
4500 targets that do scheduling.
4501
4502 @menu
4503 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
4504 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
4505 @end menu
4506
4507 @node define_peephole
4508 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
4509 @findex define_peephole
4510
4511 @need 1000
4512 A definition looks like this:
4513
4514 @smallexample
4515 (define_peephole
4516   [@var{insn-pattern-1}
4517    @var{insn-pattern-2}
4518    @dots{}]
4519   "@var{condition}"
4520   "@var{template}"
4521   "@var{optional-insn-attributes}")
4522 @end smallexample
4523
4524 @noindent
4525 The last string operand may be omitted if you are not using any
4526 machine-specific information in this machine description.  If present,
4527 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
4528
4529 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
4530 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
4531 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
4532 the next, and so on.
4533
4534 Each of the insns matched by a peephole must also match a
4535 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
4536 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
4537 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
4538 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
4539 stages.
4540
4541 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
4542 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
4543 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
4544 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
4545 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
4546 other.
4547
4548 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
4549 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
4550 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
4551 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
4552 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
4553
4554 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
4555 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
4556 previously tested.
4557
4558 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
4559 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
4560 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
4561 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
4562 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
4563 patterns.
4564
4565 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
4566 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
4567 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
4568 the operands.
4569
4570 @findex prev_active_insn
4571 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
4572 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
4573 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
4574 to refer to the last of the insns being matched; use
4575 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
4576
4577 @findex dead_or_set_p
4578 When optimizing computations with intermediate results, you can use
4579 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
4580 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
4581 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
4582 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
4583 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
4584 value (from @code{operands[@var{i}]}).
4585
4586 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
4587 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
4588 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
4589 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
4590 used in matching the original sequence of insns.
4591
4592 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
4593 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
4594 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
4595 as the insn pattern to control how the insn is output.
4596
4597 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
4598 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
4599
4600 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
4601
4602 @smallexample
4603 (define_peephole
4604   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
4605    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
4606         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
4607   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
4608 @{
4609   rtx xoperands[2];
4610   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
4611 #ifdef MOTOROLA
4612   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
4613   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
4614   return "fmove.d (sp)+,%0";
4615 #else
4616   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
4617   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
4618   return "fmoved sp@@+,%0";
4619 #endif
4620 @})
4621 @end smallexample
4622
4623 @need 1000
4624 The effect of this optimization is to change
4625
4626 @smallexample
4627 @group
4628 jbsr _foobar
4629 addql #4,sp
4630 movel d1,sp@@-
4631 movel d0,sp@@-
4632 fmoved sp@@+,fp0
4633 @end group
4634 @end smallexample
4635
4636 @noindent
4637 into
4638
4639 @smallexample
4640 @group
4641 jbsr _foobar
4642 movel d1,sp@@
4643 movel d0,sp@@-
4644 fmoved sp@@+,fp0
4645 @end group
4646 @end smallexample
4647
4648 @ignore
4649 @findex CC_REVERSED
4650 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
4651 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
4652 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
4653 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
4654 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
4655 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
4656 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
4657 and in this C code check the condition code status flags and change the
4658 assembler code as appropriate.
4659 @end ignore
4660
4661 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
4662 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
4663 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
4664 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
4665 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
4666 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
4667 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
4668 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
4669 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
4670
4671 @smallexample
4672 (define_insn "divmodsi4"
4673   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4674         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4675                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4676    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4677         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
4678   "TARGET_68020"
4679   "divsl%.l %2,%3:%0")
4680 @end smallexample
4681
4682 @noindent
4683 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
4684
4685 @smallexample
4686 (define_peephole
4687   [@dots{}
4688    (parallel
4689     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4690           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4691                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4692      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4693           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
4694    @dots{}]
4695   @dots{})
4696 @end smallexample
4697
4698 @node define_peephole2
4699 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
4700 @findex define_peephole2
4701
4702 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
4703 substitute one sequence of instructions for another sequence,
4704 what additional scratch registers may be needed and what their
4705 lifetimes must be.
4706
4707 @smallexample
4708 (define_peephole2
4709   [@var{insn-pattern-1}
4710    @var{insn-pattern-2}
4711    @dots{}]
4712   "@var{condition}"
4713   [@var{new-insn-pattern-1}
4714    @var{new-insn-pattern-2}
4715    @dots{}]
4716   "@var{preparation-statements}")
4717 @end smallexample
4718
4719 The definition is almost identical to @code{define_split}
4720 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
4721 single instruction, but a sequence of instructions.
4722
4723 It is possible to request additional scratch registers for use in the
4724 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
4725 will simply not match.
4726
4727 @findex match_scratch
4728 @findex match_dup
4729 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
4730 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
4731 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
4732 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
4733 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
4734 at which the register must be available.
4735
4736 Here is an example from the IA-32 machine description:
4737
4738 @smallexample
4739 (define_peephole2
4740   [(match_scratch:SI 2 "r")
4741    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4742                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
4743                      [(match_dup 0)
4744                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
4745               (clobber (reg:CC 17))])]
4746   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
4747   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
4748    (parallel [(set (match_dup 0)
4749                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
4750               (clobber (reg:CC 17))])]
4751   "")
4752 @end smallexample
4753
4754 @noindent
4755 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
4756 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
4757 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
4758 to be live only at the point just before the arithmetic.
4759
4760 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
4761 so here's a silly made-up example:
4762
4763 @smallexample
4764 (define_peephole2
4765   [(match_scratch:SI 4 "r")
4766    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
4767    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
4768    (match_dup 4)
4769    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
4770   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
4771   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
4772    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
4773    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
4774    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
4775   "")
4776 @end smallexample
4777
4778 @noindent
4779 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
4780 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
4781 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
4782
4783 @node Insn Attributes
4784 @section Instruction Attributes
4785 @cindex insn attributes
4786 @cindex instruction attributes
4787
4788 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
4789 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
4790 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
4791 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
4792 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
4793 to track the condition codes.
4794
4795 @menu
4796 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
4797 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
4798 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
4799 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
4800 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
4801 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
4802 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
4803 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
4804 @end menu
4805
4806 @node Defining Attributes
4807 @subsection Defining Attributes and their Values
4808 @cindex defining attributes and their values
4809 @cindex attributes, defining
4810
4811 @findex define_attr
4812 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
4813 by the target machine.  It looks like:
4814
4815 @smallexample
4816 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
4817 @end smallexample
4818
4819 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
4820
4821 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
4822 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
4823 indicate that the attribute takes numeric values.
4824
4825 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
4826 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
4827 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
4828 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
4829 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
4830
4831 @findex insn-attr.h
4832 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
4833 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
4834 specified for an attribute, the following are defined:
4835
4836 @itemize @bullet
4837 @item
4838 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
4839
4840 @item
4841 An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
4842 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
4843 the attribute name and value are first converted to uppercase.
4844
4845 @item
4846 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
4847 returns the attribute value for that insn.
4848 @end itemize
4849
4850 For example, if the following is present in the @file{md} file:
4851
4852 @smallexample
4853 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
4854 @end smallexample
4855
4856 @noindent
4857 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
4858
4859 @smallexample
4860 #define HAVE_ATTR_type
4861 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
4862                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
4863 extern enum attr_type get_attr_type ();
4864 @end smallexample
4865
4866 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
4867 defined and the function to obtain the attribute's value will return
4868 @code{int}.
4869
4870 @node Expressions
4871 @subsection Attribute Expressions
4872 @cindex attribute expressions
4873
4874 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
4875 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
4876 Attribute value expressions must have one of the following forms:
4877
4878 @table @code
4879 @cindex @code{const_int} and attributes
4880 @item (const_int @var{i})
4881 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
4882 must be non-negative.
4883
4884 The value of a numeric attribute can be specified either with a
4885 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
4886 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
4887 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
4888 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
4889
4890 @cindex @code{const_string} and attributes
4891 @item (const_string @var{value})
4892 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
4893 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
4894 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
4895 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
4896 of a @code{define_attr}.
4897
4898 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
4899 must be a string containing a non-negative integer (normally
4900 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
4901 contain one of the valid values for the attribute.
4902
4903 @cindex @code{if_then_else} and attributes
4904 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
4905 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
4906 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
4907 otherwise it is @var{false-value}.
4908
4909 @cindex @code{cond} and attributes
4910 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
4911 The first operand of this expression is a vector containing an even
4912 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
4913 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
4914 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
4915 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
4916 expression is that of the @var{default} expression.
4917 @end table
4918
4919 @var{test} expressions can have one of the following forms:
4920
4921 @table @code
4922 @cindex @code{const_int} and attribute tests
4923 @item (const_int @var{i})
4924 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
4925
4926 @cindex @code{not} and attributes
4927 @cindex @code{ior} and attributes
4928 @cindex @code{and} and attributes
4929 @item (not @var{test})
4930 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
4931 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
4932 These tests are true if the indicated logical function is true.
4933
4934 @cindex @code{match_operand} and attributes
4935 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
4936 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
4937 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
4938 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
4939 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
4940 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
4941 string).
4942
4943 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
4944
4945 @cindex @code{le} and attributes
4946 @cindex @code{leu} and attributes
4947 @cindex @code{lt} and attributes
4948 @cindex @code{gt} and attributes
4949 @cindex @code{gtu} and attributes
4950 @cindex @code{ge} and attributes
4951 @cindex @code{geu} and attributes
4952 @cindex @code{ne} and attributes
4953 @cindex @code{eq} and attributes
4954 @cindex @code{plus} and attributes
4955 @cindex @code{minus} and attributes
4956 @cindex @code{mult} and attributes
4957 @cindex @code{div} and attributes
4958 @cindex @code{mod} and attributes
4959 @cindex @code{abs} and attributes
4960 @cindex @code{neg} and attributes
4961 @cindex @code{ashift} and attributes
4962 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
4963 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
4964 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
4965 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
4966 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
4967 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
4968 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
4969 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
4970 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
4971 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
4972 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
4973 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
4974 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
4975 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
4976 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
4977 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
4978 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
4979
4980 @findex get_attr
4981 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
4982 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
4983 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
4984 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
4985 variable.
4986
4987 @findex eq_attr
4988 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
4989 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
4990
4991 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
4992 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
4993 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
4994 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
4995 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
4996 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
4997 @emph{not} in the specified list.
4998
4999 For example,
5000
5001 @smallexample
5002 (eq_attr "type" "load,store")
5003 @end smallexample
5004
5005 @noindent
5006 is equivalent to
5007
5008 @smallexample
5009 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
5010 @end smallexample
5011
5012 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
5013 value of the compiler variable @code{which_alternative}
5014 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
5015 example,
5016
5017 @smallexample
5018 (eq_attr "alternative" "2,3")
5019 @end smallexample
5020
5021 @noindent
5022 is equivalent to
5023
5024 @smallexample
5025 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
5026      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
5027 @end smallexample
5028
5029 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
5030 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
5031 a particular pattern.  This is by far the most common case.
5032
5033 @findex attr_flag
5034 @item (attr_flag @var{name})
5035 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
5036 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
5037 scheduled.
5038
5039 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
5040 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
5041 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
5042 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
5043 if a conditional branch is expected to be taken.
5044
5045 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
5046 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
5047
5048 This example describes a conditional branch delay slot which
5049 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
5050 for backward branches which are not taken (annul-false).
5051
5052 @smallexample
5053 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
5054   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
5055    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5056         (attr_flag "forward"))
5057    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5058         (attr_flag "backward"))])
5059 @end smallexample
5060
5061 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
5062 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5063
5064 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
5065 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5066 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
5067 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5068
5069 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
5070 meaning to other passes of the compiler.
5071
5072 @findex attr
5073 @item (attr @var{name})
5074 The value of another attribute is returned.  This is most useful
5075 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
5076 produce more efficient code for non-numeric attributes.
5077 @end table
5078
5079 @node Tagging Insns
5080 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
5081 @cindex tagging insns
5082 @cindex assigning attribute values to insns
5083
5084 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
5085 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
5086 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
5087 have an optional last argument to specify the values of attributes for
5088 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
5089 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
5090 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
5091 permits the specification of the values for only one or two attributes
5092 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
5093 next section.
5094
5095 The optional last argument of @code{define_insn} and
5096 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
5097 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
5098 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
5099 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
5100 second operand of the @code{set} is an attribute expression
5101 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
5102
5103 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
5104 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
5105 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
5106 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
5107 each alternative.
5108
5109 @findex set_attr
5110 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
5111 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
5112 specifying a string giving either a single attribute value or a list
5113 of attribute values, one for each alternative.
5114
5115 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
5116 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
5117
5118 @table @code
5119 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
5120 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
5121 or a string containing a comma-separated list giving the values for
5122 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
5123 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
5124
5125 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
5126 which case the attribute will assume its default value for insns matching
5127 that alternative.
5128
5129 @findex set_attr_alternative
5130 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
5131 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
5132 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
5133 tests on the @samp{alternative} attribute.
5134
5135 @findex attr
5136 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
5137 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
5138 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
5139 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
5140 @end table
5141
5142 The following shows three different ways of representing the same
5143 attribute value specification:
5144
5145 @smallexample
5146 (set_attr "type" "load,store,arith")
5147
5148 (set_attr_alternative "type"
5149                       [(const_string "load") (const_string "store")
5150                        (const_string "arith")])
5151
5152 (set (attr "type")
5153      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
5154             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
5155            (const_string "arith")))
5156 @end smallexample
5157
5158 @need 1000
5159 @findex define_asm_attributes
5160 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
5161 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
5162 statement.  It has the form:
5163
5164 @smallexample
5165 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
5166 @end smallexample
5167
5168 @noindent
5169 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
5170 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
5171
5172 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
5173 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
5174
5175 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
5176 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
5177 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
5178 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
5179 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
5180 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
5181 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
5182 of a single machine instruction.
5183
5184 @node Attr Example
5185 @subsection Example of Attribute Specifications
5186 @cindex attribute specifications example
5187 @cindex attribute specifications
5188
5189 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
5190 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
5191 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
5192 value.  This attribute is normally used only to define the default value
5193 for other attributes.  An example will clarify this usage.
5194
5195 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
5196 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
5197 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
5198 operations, floating point operations, and branches.
5199
5200 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
5201 the condition code and will limit ourselves to the following possible
5202 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
5203 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
5204 changed if the item previously set into the condition code has been
5205 modified.
5206
5207 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
5208
5209 @smallexample
5210 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
5211
5212 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
5213              (cond [(eq_attr "type" "load")
5214                         (const_string "change0")
5215                     (eq_attr "type" "store,branch")
5216                         (const_string "unchanged")
5217                     (eq_attr "type" "arith")
5218                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
5219                                       (const_string "set")
5220                                       (const_string "clobber"))]
5221                    (const_string "clobber")))
5222
5223 (define_insn ""
5224   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
5225         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
5226   ""
5227   "@@
5228    move %0,%1
5229    load %0,%1
5230    store %0,%1"
5231   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
5232 @end smallexample
5233
5234 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
5235 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
5236 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
5237 full-word result.
5238
5239 @node Insn Lengths
5240 @subsection Computing the Length of an Insn
5241 @cindex insn lengths, computing
5242 @cindex computing the length of an insn
5243
5244 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
5245 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
5246 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
5247 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
5248 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
5249 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
5250
5251 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
5252 arithmetic terms are allowed in test expressions:
5253
5254 @table @code
5255 @cindex @code{match_dup} and attributes
5256 @item (match_dup @var{n})
5257 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
5258 must be a @code{label_ref}.
5259
5260 @cindex @code{pc} and attributes
5261 @item (pc)
5262 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
5263 been more consistent with other usage to make this the address of the
5264 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
5265 current insn is to be computed.
5266 @end table
5267
5268 @cindex @code{addr_vec}, length of
5269 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
5270 For normal insns, the length will be determined by value of the
5271 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
5272 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
5273 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
5274
5275 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
5276
5277 The following macros can be used to refine the length computation:
5278
5279 @table @code
5280 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
5281 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
5282 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
5283 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
5284 that contains the initially computed length of the insn and should be
5285 updated with the correct length of the insn.
5286
5287 This macro will normally not be required.  A case in which it is
5288 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
5289 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
5290 may be required.
5291 @end table
5292
5293 @findex get_attr_length
5294 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
5295 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
5296 determine the form of the branch instruction to be written, as the
5297 example below illustrates.
5298
5299 As an example of the specification of variable-length branches, consider
5300 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
5301 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
5302 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
5303 sequence to load the address from memory and then branch to it.
5304
5305 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
5306 as follows:
5307
5308 @smallexample
5309 (define_insn "jump"
5310   [(set (pc)
5311         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
5312   ""
5313 @{
5314    return (get_attr_length (insn) == 4
5315            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
5316 @}
5317   [(set (attr "length")
5318         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
5319                       (const_int 4)
5320                       (const_int 6)))])
5321 @end smallexample
5322
5323 @node Constant Attributes
5324 @subsection Constant Attributes
5325 @cindex constant attributes
5326
5327 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
5328 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
5329 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
5330 used to specify which variety of processor is used.  For example,
5331
5332 @smallexample
5333 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
5334  (const
5335   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
5336          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
5337         (const_string "m88000"))))
5338
5339 (define_attr "memory" "fast,slow"
5340  (const
5341   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
5342                 (const_string "fast")
5343                 (const_string "slow"))))
5344 @end smallexample
5345
5346 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
5347 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
5348 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
5349 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
5350 forms involving insn attributes.
5351
5352 @node Delay Slots
5353 @subsection Delay Slot Scheduling
5354 @cindex delay slots, defining
5355
5356 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
5357 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
5358 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
5359 after the instruction are executed as if they were located before it.
5360 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
5361 the following instruction before the branch or call is performed.
5362
5363 On some machines, conditional branch instructions can optionally
5364 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
5365 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
5366 instructions that annul if the branch is true and instructions that
5367 annul if the branch is false are supported.
5368
5369 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
5370 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
5371 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
5372 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
5373 instruction scheduling.
5374
5375 @findex define_delay
5376 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
5377 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
5378
5379 @smallexample
5380 (define_delay @var{test}
5381               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
5382                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
5383                @dots{}])
5384 @end smallexample
5385
5386 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
5387 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
5388 required delay slots is determined by the length of the vector specified
5389 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
5390 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
5391 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
5392 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
5393 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
5394 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
5395
5396 For example, in the common case where branch and call insns require
5397 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
5398 call, the following would be placed in the @file{md} file:
5399
5400 @smallexample
5401 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
5402               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5403 @end smallexample
5404
5405 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
5406 case, each such expression specifies different delay slot requirements
5407 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
5408 expressions are both true.
5409
5410 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
5411 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
5412 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
5413 branch is true, we might represent this as follows:
5414
5415 @smallexample
5416 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
5417    [(eq_attr "type" "!branch,call")
5418     (eq_attr "type" "!branch,call")
5419     (nil)])
5420
5421 (define_delay (eq_attr "type" "call")
5422               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
5423                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5424 @end smallexample
5425 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
5426
5427 @node Processor pipeline description
5428 @subsection Specifying processor pipeline description
5429 @cindex processor pipeline description
5430 @cindex processor functional units
5431 @cindex instruction latency time
5432 @cindex interlock delays
5433 @cindex data dependence delays
5434 @cindex reservation delays
5435 @cindex pipeline hazard recognizer
5436 @cindex automaton based pipeline description
5437 @cindex regular expressions
5438 @cindex deterministic finite state automaton
5439 @cindex automaton based scheduler
5440 @cindex RISC
5441 @cindex VLIW
5442
5443 To achieve better performance, most modern processors
5444 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
5445 processors) have many @dfn{functional units} on which several
5446 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
5447 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
5448 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
5449 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
5450 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g. for some
5451 MIPS processors).
5452
5453 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
5454 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
5455 latency time}.  The instruction execution is not started until all
5456 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
5457 complex cases when the instruction execution starts even when the data
5458 are not available but will be ready in given time after the
5459 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
5460 account is simple.  The data dependence (true, output, and
5461 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
5462 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
5463 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
5464 means that two instructions under execution will be in need of shared
5465 processors resources, i.e. buses, internal registers, and/or
5466 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
5467 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
5468 processors.
5469
5470 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
5471 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
5472 instruction scheduler has to have an adequate description of the
5473 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  Currently GCC
5474 provides two alternative ways to describe processor parallelism,
5475 both described below.  The first method is outlined in the next section;
5476 it was once the only method provided by GCC, and thus is used in a number
5477 of exiting ports.  The second, and preferred method, specifies functional
5478 unit reservations for groups of instructions with the aid of @dfn{regular
5479 expressions}.  This is called the @dfn{automaton based description}.
5480
5481 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
5482 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
5483 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
5484 automatically generated from the processor pipeline description.  The
5485 pipeline hazard recognizer generated from the automaton based
5486 description is more sophisticated and based on a deterministic finite
5487 state automaton (@acronym{DFA}) and therefore faster than one
5488 generated from the old description.  Furthermore, its speed is not dependent
5489 on processor complexity.  The instruction issue is possible if there is
5490 a transition from one automaton state to another one.
5491
5492 You can use either model to describe processor pipeline
5493 characteristics or even mix them.  You could use the old description
5494 for some processor submodels and the @acronym{DFA}-based one for other
5495 processor submodels.
5496
5497 In general, using the automaton based description is preferred.  Its
5498 model is richer and makes it possible to more accurately describe
5499 pipeline characteristics of processors, which results in improved
5500 code quality (although sometimes only marginally).  It will also be
5501 used as an infrastructure to implement sophisticated and practical
5502 instruction scheduling which will try many instruction sequences to
5503 choose the best one.
5504
5505
5506 @menu
5507 * Old pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
5508 * Automaton pipeline description:: Describing insn pipeline characteristics.
5509 * Comparison of the two descriptions:: Drawbacks of the old pipeline description
5510 @end menu
5511
5512 @node Old pipeline description
5513 @subsubsection Specifying Function Units
5514 @cindex old pipeline description
5515 @cindex function units, for scheduling
5516
5517 On most @acronym{RISC} machines, there are instructions whose results
5518 are not available for a specific number of cycles.  Common cases are
5519 instructions that load data from memory.  On many machines, a pipeline
5520 stall will result if the data is referenced too soon after the load
5521 instruction.
5522
5523 In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
5524 one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
5525 stalls when a result that is needed is not yet ready.
5526
5527 The descriptions in this section allow the specification of how much
5528 time must elapse between the execution of an instruction and the time
5529 when its result is used.  It also allows specification of when the
5530 execution of an instruction will delay execution of similar instructions
5531 due to function unit conflicts.
5532
5533 For the purposes of the specifications in this section, a machine is
5534 divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
5535 class of instructions in first-in-first-out order.  Function units
5536 that accept one instruction each cycle and allow a result to be used
5537 in the succeeding instruction (usually via forwarding) need not be
5538 specified.  Classic @acronym{RISC} microprocessors will normally have
5539 a single function unit, which we can call @samp{memory}.  The newer
5540 ``superscalar'' processors will often have function units for floating
5541 point operations, usually at least a floating point adder and
5542 multiplier.
5543
5544 @findex define_function_unit
5545 Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
5546 @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
5547
5548 @smallexample
5549 (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
5550                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
5551                      [@var{conflict-list}])
5552 @end smallexample
5553
5554 @var{name} is a string giving the name of the function unit.
5555
5556 @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
5557 units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
5558 be scheduled independently.  Only truly independent units should be
5559 counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
5560 only common example of a machine that has multiple function units for a
5561 single instruction class that are truly independent and not pipelined
5562 are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
5563
5564 @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
5565 executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
5566 if the unit is pipelined and has no limit.
5567
5568 All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
5569 @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
5570 @var{simultaneity}.
5571
5572 @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
5573 in this definition.  Note that an insn may use more than one function
5574 unit and a function unit may be specified in more than one
5575 @code{define_function_unit}.
5576
5577 @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5578 after which the result of the instruction can be used without
5579 introducing any stalls.
5580
5581 @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5582 after the instruction matching the @var{test} expression begins using
5583 this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
5584 indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
5585 be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
5586 value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
5587 @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
5588 For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
5589 unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
5590 insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
5591
5592 @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
5593 for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
5594 to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
5595 particular insn matching @var{test} that is already executing in
5596 @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
5597 conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
5598 specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
5599 function unit.
5600
5601 Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
5602 pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
5603 where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
5604
5605 As an example, consider a classic @acronym{RISC} machine where the
5606 result of a load instruction is not available for two cycles (a single
5607 ``delay'' instruction is required) and where only one load instruction
5608 can be executed simultaneously.  This would be specified as:
5609
5610 @smallexample
5611 (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
5612 @end smallexample
5613
5614 For the case of a floating point function unit that can pipeline either
5615 single or double precision, but not both, the following could be specified:
5616
5617 @smallexample
5618 (define_function_unit
5619    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
5620 (define_function_unit
5621    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
5622 @end smallexample
5623
5624 @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
5625 and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
5626 expression.  It has recently come to our attention that these
5627 specifications may not allow modeling of some of the newer
5628 ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
5629 units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
5630 used during their execution and there is no way of representing that
5631 conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
5632 in such processors and suggestions for their representation.
5633
5634 @node Automaton pipeline description
5635 @subsubsection Describing instruction pipeline characteristics
5636 @cindex automaton based pipeline description
5637
5638 This section describes constructions of the automaton based processor
5639 pipeline description.  The order of constructions within the machine
5640 description file is not important.
5641
5642 @findex define_automaton
5643 @cindex pipeline hazard recognizer
5644 The following optional construction describes names of automata
5645 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
5646 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
5647 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
5648 units to the automata, the total size of the automata is usually
5649 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
5650 construction, only one finite state automaton is generated.
5651
5652 @smallexample
5653 (define_automaton @var{automata-names})
5654 @end smallexample
5655
5656 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
5657 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
5658 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
5659 @code{define_query_cpu_unit}.
5660
5661 @findex define_cpu_unit
5662 @cindex processor functional units
5663 Each processor functional unit used in the description of instruction
5664 reservations should be described by the following construction.
5665
5666 @smallexample
5667 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5668 @end smallexample
5669
5670 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
5671 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
5672 for other goals.
5673
5674 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5675 which the unit is bound.  The automaton should be described in
5676 construction @code{define_automaton}.  You should give
5677 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
5678
5679 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
5680 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
5681 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
5682 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
5683 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
5684 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
5685 description of the subsequent constructions.
5686
5687 @findex define_query_cpu_unit
5688 @cindex querying function unit reservations
5689 The following construction describes CPU functional units analogously
5690 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
5691 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
5692 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
5693 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
5694 be used for future code generation goals (e.g. to generate
5695 @acronym{VLIW} insn templates).
5696
5697 @smallexample
5698 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5699 @end smallexample
5700
5701 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
5702 separated by commas.
5703
5704 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5705 which the unit is bound.
5706
5707 @findex define_insn_reservation
5708 @cindex instruction latency time
5709 @cindex regular expressions
5710 @cindex data bypass
5711 The following construction is the major one to describe pipeline
5712 characteristics of an instruction.
5713
5714 @smallexample
5715 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
5716                          @var{condition} @var{regexp})
5717 @end smallexample
5718
5719 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
5720 instruction.  There is an important difference between the old
5721 description and the automaton based pipeline description.  The latency
5722 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
5723 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
5724 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
5725 zero and the cost of output dependencies is the difference between
5726 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
5727 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
5728 change the default costs for any description by using the target hook
5729 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
5730
5731 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
5732 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
5733 the automaton description file generated for debugging.  The internal
5734 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
5735 good practice to use insn classes described in the processor manual.
5736
5737 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
5738 construction.  You should remember that you will be in trouble if
5739 @var{condition} for two or more different
5740 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
5741 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
5742 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
5743 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
5744 the same value is quite difficult (especially if the conditions
5745 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
5746 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
5747 recognizer considerably.
5748
5749 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
5750 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
5751 expression according to the following syntax:
5752
5753 @smallexample
5754        regexp = regexp "," oneof
5755               | oneof
5756
5757        oneof = oneof "|" allof
5758              | allof
5759
5760        allof = allof "+" repeat
5761              | repeat
5762
5763        repeat = element "*" number
5764               | element
5765
5766        element = cpu_function_unit_name
5767                | reservation_name
5768                | result_name
5769                | "nothing"
5770                | "(" regexp ")"
5771 @end smallexample
5772
5773 @itemize @bullet
5774 @item
5775 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
5776 the reservation.
5777
5778 @item
5779 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
5780 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
5781 regular expression @strong{or} etc.
5782
5783 @item
5784 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
5785 regular expression @strong{and} a reservation described by the
5786 second regular expression @strong{and} etc.
5787
5788 @item
5789 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
5790 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
5791 advancing (see @samp{,}).
5792
5793 @item
5794 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
5795 functional unit.
5796
5797 @item
5798 @samp{reservation_name} --- see description of construction
5799 @samp{define_reservation}.
5800
5801 @item
5802 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
5803 @end itemize
5804
5805 @findex define_reservation
5806 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
5807 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
5808 the common part by the following construction
5809
5810 @smallexample
5811 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
5812 @end smallexample
5813
5814 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
5815 Functional unit names and reservation names are in the same name
5816 space.  So the reservation names should be different from the
5817 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
5818
5819 @findex define_bypass
5820 @cindex instruction latency time
5821 @cindex data bypass
5822 The following construction is used to describe exceptions in the
5823 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
5824
5825 @smallexample
5826 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
5827                [@var{guard}])
5828 @end smallexample
5829
5830 @var{number} defines when the result generated by the instructions
5831 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
5832 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
5833 the string are separated by commas.
5834
5835 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
5836 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
5837 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
5838 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
5839 recognize complicated bypasses, e.g. when the consumer is only an address
5840 of insn @samp{store} (not a stored value).
5841
5842 @findex exclusion_set
5843 @findex presence_set
5844 @findex final_presence_set
5845 @findex absence_set
5846 @findex final_absence_set
5847 @cindex VLIW
5848 @cindex RISC
5849 The following five constructions are usually used to describe
5850 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
5851 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
5852 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
5853
5854 @smallexample
5855 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
5856 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5857 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5858 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5859 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
5860 @end smallexample
5861
5862 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
5863 separated by commas.
5864
5865 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
5866 separated by comma.  Currently pattern is is one unit or units
5867 separated by white-spaces.
5868
5869 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
5870 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
5871 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
5872 example, the construction is useful for describing processors
5873 (e.g. some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
5874 functional unit which can execute simultaneously only single floating
5875 point insns or only double floating point insns.
5876
5877 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
5878 functional unit in the first string can not be reserved unless at
5879 least one of pattern of units whose names are in the second string is
5880 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
5881 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
5882 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
5883 construction
5884
5885 @smallexample
5886 (presence_set "slot1" "slot0")
5887 @end smallexample
5888
5889 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
5890 reservation.  In this case we could write
5891
5892 @smallexample
5893 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
5894 @end smallexample
5895
5896 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
5897 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
5898 done.  When an instruction is issued in given automaton state
5899 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
5900 state is changed.  The first state is a source state, the second one
5901 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
5902 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
5903 done on the result reservation.  This construction is useful to
5904 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
5905 For example, if we use
5906
5907 @smallexample
5908 (presence_set "slot1" "slot0")
5909 @end smallexample
5910
5911 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
5912 @samp{slot0} which is absent in the source state).
5913
5914 @smallexample
5915 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
5916 @end smallexample
5917
5918 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
5919
5920 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
5921 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
5922 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
5923 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
5924 this one but it is symmetric).  For example, it is useful for
5925 description that @acronym{VLIW} @samp{slot0} can not be reserved after
5926 @samp{slot1} or @samp{slot2} reservation.  We could describe it by the
5927 following construction
5928
5929 @smallexample
5930 (absence_set "slot2" "slot0, slot1")
5931 @end smallexample
5932
5933 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
5934 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
5935 this case we could write
5936
5937 @smallexample
5938 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
5939 @end smallexample
5940
5941 All functional units mentioned in a set should belong to the same
5942 automaton.
5943
5944 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
5945 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
5946 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
5947
5948 @findex automata_option
5949 @cindex deterministic finite state automaton
5950 @cindex nondeterministic finite state automaton
5951 @cindex finite state automaton minimization
5952 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
5953 the following construction.
5954
5955 @smallexample
5956 (automata_option @var{options})
5957 @end smallexample
5958
5959 @var{options} is a string giving options which affect the generated
5960 code.  Currently there are the following options:
5961
5962 @itemize @bullet
5963 @item
5964 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
5965 only worth to do when we are debugging the description and need to
5966 look more accurately at reservations of states.
5967
5968 @item
5969 @dfn{time} means printing additional time statistics about
5970 generation of automata.
5971
5972 @item
5973 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
5974 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
5975 verification and debugging.
5976
5977 @item
5978 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
5979 non-critical errors.
5980
5981 @item
5982 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
5983 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
5984 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
5985 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
5986 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
5987 may be rejected by reservations in the subsequent insns.  You can not
5988 query functional unit reservations in nondeterministic automaton
5989 states.
5990
5991 @item
5992 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
5993 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
5994 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
5995 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
5996 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
5997 huge automaton.
5998 @end itemize
5999
6000 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
6001 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
6002 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
6003 the following functional units.
6004
6005 @smallexample
6006 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
6007 (define_cpu_unit "port0, port1")
6008 @end smallexample
6009
6010 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
6011 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
6012 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
6013 are issued into the second pipeline.  Integer division and
6014 multiplication insns can be executed only in the second integer
6015 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
6016 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e. the subsequent
6017 integer division insn can not be issued until the current division
6018 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
6019 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
6020 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
6021 incurred.  To describe all of this we could specify
6022
6023 @smallexample
6024 (define_cpu_unit "div")
6025
6026 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
6027                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
6028
6029 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
6030                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
6031
6032 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
6033                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
6034
6035 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
6036                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
6037
6038 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
6039 @end smallexample
6040
6041 To simplify the description we could describe the following reservation
6042
6043 @smallexample
6044 (define_reservation "finish" "port0|port1")
6045 @end smallexample
6046
6047 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
6048 construction
6049
6050 @smallexample
6051 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
6052                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
6053 @end smallexample
6054
6055
6056 @node Comparison of the two descriptions
6057 @subsubsection Drawbacks of the old pipeline description
6058 @cindex old pipeline description
6059 @cindex automaton based pipeline description
6060 @cindex processor functional units
6061 @cindex interlock delays
6062 @cindex instruction latency time
6063 @cindex pipeline hazard recognizer
6064 @cindex data bypass
6065
6066 The old instruction level parallelism description and the pipeline
6067 hazards recognizer based on it have the following drawbacks in
6068 comparison with the @acronym{DFA}-based ones:
6069
6070 @itemize @bullet
6071 @item
6072 Each functional unit is believed to be reserved at the instruction
6073 execution start.  This is a very inaccurate model for modern
6074 processors.
6075
6076 @item
6077 An inadequate description of instruction latency times.  The latency
6078 time is bound with a functional unit reserved by an instruction not
6079 with the instruction itself.  In other words, the description is
6080 oriented to describe at most one unit reservation by each instruction.
6081 It also does not permit to describe special bypasses between
6082 instruction pairs.
6083
6084 @item
6085 The implementation of the pipeline hazard recognizer interface has
6086 constraints on number of functional units.  This is a number of bits
6087 in integer on the host machine.
6088
6089 @item
6090 The interface to the pipeline hazard recognizer is more complex than
6091 one to the automaton based pipeline recognizer.
6092
6093 @item
6094 An unnatural description when you write a unit and a condition which
6095 selects instructions using the unit.  Writing all unit reservations
6096 for an instruction (an instruction class) is more natural.
6097
6098 @item
6099 The recognition of the interlock delays has a slow implementation.  The GCC
6100 scheduler supports structures which describe the unit reservations.
6101 The more functional units a processor has, the slower its pipeline hazard
6102 recognizer will be.  Such an implementation would become even slower when we
6103 allowed to
6104 reserve functional units not only at the instruction execution start.
6105 In an automaton based pipeline hazard recognizer, speed is not dependent
6106 on processor complexity.
6107 @end itemize
6108
6109 @node Conditional Execution
6110 @section Conditional Execution
6111 @cindex conditional execution
6112 @cindex predication
6113
6114 A number of architectures provide for some form of conditional
6115 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
6116 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
6117 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
6118 can be quite tedious to describe these forms directly in the
6119 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
6120
6121 @findex define_cond_exec
6122 @smallexample
6123 (define_cond_exec
6124   [@var{predicate-pattern}]
6125   "@var{condition}"
6126   "@var{output-template}")
6127 @end smallexample
6128
6129 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
6130 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
6131 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
6132 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
6133 alternative.
6134
6135 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
6136 pattern to match.
6137
6138 @findex current_insn_predicate
6139 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
6140 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
6141 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
6142 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
6143 In order to handle the general case, there is a global variable
6144 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
6145 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
6146
6147 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
6148 the @code{predicable} instruction attribute is made.
6149 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
6150 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
6151 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
6152 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
6153 alternative or anything else.
6154
6155 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
6156 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
6157 generated that matches a predicated version of the instruction.
6158 For example,
6159
6160 @smallexample
6161 (define_insn "addsi"
6162   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6163         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6164                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
6165   "@var{test1}"
6166   "add %2,%1,%0")
6167
6168 (define_cond_exec
6169   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
6170        (const_int 0))]
6171   "@var{test2}"
6172   "(%0)")
6173 @end smallexample
6174
6175 @noindent
6176 generates a new pattern
6177
6178 @smallexample
6179 (define_insn ""
6180   [(cond_exec
6181      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
6182      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6183           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6184                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
6185   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
6186   "(%3) add %2,%1,%0")
6187 @end smallexample
6188
6189 @node Constant Definitions
6190 @section Constant Definitions
6191 @cindex constant definitions
6192 @findex define_constants
6193
6194 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
6195 can be a maintenance problem.
6196
6197 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
6198 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
6199 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
6200 if the corresponding value had been written instead.  You may use
6201 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
6202 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
6203 a different value.
6204
6205 To come back to the a29k load multiple example, instead of
6206
6207 @smallexample
6208 (define_insn ""
6209   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6210      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6211            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6212       (use (reg:SI 179))
6213       (clobber (reg:SI 179))])]
6214   ""
6215   "loadm 0,0,%1,%2")
6216 @end smallexample
6217
6218 You could write:
6219
6220 @smallexample
6221 (define_constants [
6222     (R_BP 177)
6223     (R_FC 178)
6224     (R_CR 179)
6225     (R_Q  180)
6226 ])
6227
6228 (define_insn ""
6229   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6230      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6231            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6232       (use (reg:SI R_CR))
6233       (clobber (reg:SI R_CR))])]
6234   ""
6235   "loadm 0,0,%1,%2")
6236 @end smallexample
6237
6238 The constants that are defined with a define_constant are also output
6239 in the insn-codes.h header file as #defines.
6240 @end ifset