OSDN Git Service

Index: gcc/ChangeLog
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / doc / md.texi
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002
2 @c Free Software Foundation, Inc.
3 @c This is part of the GCC manual.
4 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
5
6 @ifset INTERNALS
7 @node Machine Desc
8 @chapter Machine Descriptions
9 @cindex machine descriptions
10
11 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
12 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
13
14 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
15 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
16 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
17 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
18 is inside a quoted string.
19
20 See the next chapter for information on the C header file.
21
22 @menu
23 * Overview::            How the machine description is used.
24 * Patterns::            How to write instruction patterns.
25 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
26 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
27 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
28                           from such an insn.
29 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
30                           the assembler code.
31 * Constraints::         When not all operands are general operands.
32 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
33 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
34 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
35 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
36 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
37 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
38 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
39                           for a standard operation.
40 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
41 * Including Patterns::      Including Patterns in Machine Descriptions.
42 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
43 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
44 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
45                            predication.
46 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
47                         md file.
48 @end menu
49
50 @node Overview
51 @section Overview of How the Machine Description is Used
52
53 There are three main conversions that happen in the compiler:
54
55 @enumerate
56
57 @item
58 The front end reads the source code and builds a parse tree.
59
60 @item
61 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
62 instruction patterns.
63
64 @item
65 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
66 code.
67
68 @end enumerate
69
70 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
71 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
72 choose the pattern with the right name and apply the operands according
73 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
74 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
75 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
76 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
77 named pattern it needs, it will abort.
78
79 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
80 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
81 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
82 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
83 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
84 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
85 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
86 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
87
88 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
89 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
90 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
91 example.
92
93 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
94 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
95 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
96 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
97
98 @node Patterns
99 @section Everything about Instruction Patterns
100 @cindex patterns
101 @cindex instruction patterns
102
103 @findex define_insn
104 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
105 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
106 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
107 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
108
109 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
110
111 @enumerate
112 @item
113 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
114 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
115 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
116 the instruction patterns with those names, if the names are defined
117 in the machine description.
118
119 The absence of a name is indicated by writing an empty string
120 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
121 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
122 to be combined later on.
123
124 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
125 effect; they are equivalent to no name at all.
126
127 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
128 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
129 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
130 to having a nameless pattern for all other purposes.
131
132 @item
133 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
134 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
135 incomplete because it may contain @code{match_operand},
136 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
137 operands of the instruction.
138
139 If the vector has only one element, that element is the template for the
140 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
141 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
142 elements described.
143
144 @item
145 @cindex pattern conditions
146 @cindex conditions, in patterns
147 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
148 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
149
150 @cindex named patterns and conditions
151 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
152 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
153 flags.  The compiler needs to test these conditions during
154 initialization in order to learn exactly which named instructions are
155 available in a particular run.
156
157 @findex operands
158 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
159 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
160 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
161 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
162 can't be used to control register allocation, for example by excluding
163 certain hard registers or hard register combinations.
164
165 @item
166 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
167 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
168 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
169
170 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
171 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
172
173 @item
174 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
175 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
176 @end enumerate
177
178 @node Example
179 @section Example of @code{define_insn}
180 @cindex @code{define_insn} example
181
182 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
183
184 @example
185 (define_insn "tstsi"
186   [(set (cc0)
187         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
188   ""
189   "*
190 @{
191   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
192     return \"tstl %0\";
193   return \"cmpl #0,%0\";
194 @}")
195 @end example
196
197 @noindent
198 This can also be written using braced strings:
199
200 @example
201 (define_insn "tstsi"
202   [(set (cc0)
203         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
204   ""
205 @{
206   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
207     return "tstl %0";
208   return "cmpl #0,%0";
209 @})
210 @end example
211
212 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
213 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
214 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
215 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
216 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
217 can be constructed using this pattern.
218
219 The output control string is a piece of C code which chooses which
220 output template to return based on the kind of operand and the specific
221 type of CPU for which code is being generated.
222
223 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
224
225 @node RTL Template
226 @section RTL Template
227 @cindex RTL insn template
228 @cindex generating insns
229 @cindex insns, generating
230 @cindex recognizing insns
231 @cindex insns, recognizing
232
233 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
234 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
235 says how to construct an insn from specified operands.
236
237 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
238 template.  Matching involves determining the values that serve as the
239 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
240 controlled by special expression types that direct matching and
241 substitution of the operands.
242
243 @table @code
244 @findex match_operand
245 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
246 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
247 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
248 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
249 appears at this position in the insn will be taken as operand
250 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
251 pattern will not match at all.
252
253 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
254 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
255 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
256 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
257 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
258 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
259 other operand numbers.
260
261 @var{predicate} is a string that is the name of a C function that accepts two
262 arguments, an expression and a machine mode.  During matching, the
263 function will be called with the putative operand as the expression and
264 @var{m} as the mode argument (if @var{m} is not specified,
265 @code{VOIDmode} will be used, which normally causes @var{predicate} to accept
266 any mode).  If it returns zero, this instruction pattern fails to match.
267 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be done
268 on the operand, so anything which occurs in this position is valid.
269
270 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
271 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
272 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
273 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
274 @code{VOIDmode}.
275
276 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
277 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
278
279 People are often unclear on the difference between the constraint and the
280 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
281 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
282 controls various decisions in the case of an insn which does match.
283
284 @findex general_operand
285 On CISC machines, the most common @var{predicate} is
286 @code{"general_operand"}.  This function checks that the putative
287 operand is either a constant, a register or a memory reference, and that
288 it is valid for mode @var{m}.
289
290 @findex register_operand
291 For an operand that must be a register, @var{predicate} should be
292 @code{"register_operand"}.  Using @code{"general_operand"} would be
293 valid, since the reload pass would copy any non-register operands
294 through registers, but this would make GCC do extra work, it would
295 prevent invariant operands (such as constant) from being removed from
296 loops, and it would prevent the register allocator from doing the best
297 possible job.  On RISC machines, it is usually most efficient to allow
298 @var{predicate} to accept only objects that the constraints allow.
299
300 @findex immediate_operand
301 For an operand that must be a constant, you must be sure to either use
302 @code{"immediate_operand"} for @var{predicate}, or make the instruction
303 pattern's extra condition require a constant, or both.  You cannot
304 expect the constraints to do this work!  If the constraints allow only
305 constants, but the predicate allows something else, the compiler will
306 crash when that case arises.
307
308 @findex match_scratch
309 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
310 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
311 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
312 expression.
313
314 When matching patterns, this is equivalent to
315
316 @smallexample
317 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
318 @end smallexample
319
320 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
321 expression.
322
323 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
324 expressions whose operands are either a hard register or
325 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
326 necessary.  @xref{Side Effects}.
327
328 @findex match_dup
329 @item (match_dup @var{n})
330 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
331 It is used when the operand needs to appear more than once in the
332 insn.
333
334 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
335 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
336 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
337 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
338 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
339 identical-looking expression.
340
341 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
342 a particular register is being used for two operands (example:
343 @code{add} that adds one register to another; the second register is
344 both an input operand and the output operand).  Use a matching
345 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
346 operand is used in two places in the template, such as an instruction
347 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
348 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
349 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
350
351 @findex match_operator
352 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
353 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
354 code.
355
356 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
357 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
358 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
359
360 When matching an expression, it matches an expression if the function
361 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
362 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
363
364 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
365 follows, to match any expression whose operator is one of the
366 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
367
368 @smallexample
369 int
370 commutative_operator (x, mode)
371      rtx x;
372      enum machine_mode mode;
373 @{
374   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
375   if (GET_MODE (x) != mode)
376     return 0;
377   return (GET_RTX_CLASS (code) == 'c'
378           || code == EQ || code == NE);
379 @}
380 @end smallexample
381
382 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
383 of a commutative operator applied to two general operands:
384
385 @smallexample
386 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
387   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
388    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
389 @end smallexample
390
391 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
392 because the expressions to be matched all contain two operands.
393
394 When this pattern does match, the two operands of the commutative
395 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
396 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
397 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
398 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
399
400 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
401 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
402 predicate function, and that function is solely responsible for
403 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
404
405 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
406 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
407 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
408 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
409 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
410 only its expression code matters.
411
412 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
413 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
414 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
415 register allocation because the register allocator often looks at
416 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
417
418 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
419 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
420 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
421 However, if parts of its @var{operands} are matched by
422 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
423 their own.
424
425 @findex match_op_dup
426 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
427 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
428 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
429 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
430 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
431 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
432 recognition template, and it matches only an identical-looking
433 expression.
434
435 @findex match_parallel
436 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
437 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
438 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
439 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
440
441 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
442 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
443 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
444 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
445 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
446 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
447 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
448 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
449 those listed in the @code{match_parallel}.
450
451 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
452 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
453 in a @code{parallel}.  For example,
454
455 @smallexample
456 (define_insn ""
457   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
458      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
459            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
460       (use (reg:SI 179))
461       (clobber (reg:SI 179))])]
462   ""
463   "loadm 0,0,%1,%2")
464 @end smallexample
465
466 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
467 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
468 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
469 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
470 registers and memory locations.
471
472 An insn that matches this pattern might look like:
473
474 @smallexample
475 (parallel
476  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
477   (use (reg:SI 179))
478   (clobber (reg:SI 179))
479   (set (reg:SI 21)
480        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
481                         (const_int 4))))
482   (set (reg:SI 22)
483        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
484                         (const_int 8))))])
485 @end smallexample
486
487 @findex match_par_dup
488 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
489 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
490 @code{match_operator}.
491
492 @findex match_insn
493 @item (match_insn @var{predicate})
494 Match a complete insn.  Unlike the other @code{match_*} recognizers,
495 @code{match_insn} does not take an operand number.
496
497 The machine mode @var{m} of @code{match_insn} works like that of
498 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
499 predicate function, and that function is solely responsible for
500 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
501
502 @findex match_insn2
503 @item (match_insn2 @var{n} @var{predicate})
504 Match a complete insn.
505
506 The machine mode @var{m} of @code{match_insn2} works like that of
507 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
508 predicate function, and that function is solely responsible for
509 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
510
511 @end table
512
513 @node Output Template
514 @section Output Templates and Operand Substitution
515 @cindex output templates
516 @cindex operand substitution
517
518 @cindex @samp{%} in template
519 @cindex percent sign
520 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
521 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
522 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
523 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
524 identify places where different variants of the assembler require
525 different syntax.
526
527 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
528 operand @var{n} at that point in the string.
529
530 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
531 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
532 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
533 additional letters with nonstandard meanings.
534
535 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
536 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
537 operand.
538
539 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
540 the constant is negated before printing.
541
542 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
543 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
544 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
545 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
546 as if it were a memory reference.
547
548 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
549 instruction.
550
551 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
552 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
553 referred to more than once in a single template that generates multiple
554 assembler instructions.
555
556 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
557 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
558 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
559 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
560 which punctuation characters are valid with the
561 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
562
563 @cindex \
564 @cindex backslash
565 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
566 for the instructions, with @samp{\;} between them.
567
568 @cindex matching operands
569 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
570 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
571 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
572 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
573 operand.
574
575 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
576 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
577 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
578 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
579 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
580 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
581 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
582 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
583 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
584 it to do nothing.
585
586 @cindex @code{#} in template
587 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
588 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
589 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
590 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
591 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
592 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
593 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
594 instructions.
595
596 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
597 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
598 describe multiple variants of assembler language syntax.
599 @xref{Instruction Output}.
600
601 @node Output Statement
602 @section C Statements for Assembler Output
603 @cindex output statements
604 @cindex C statements for assembler output
605 @cindex generating assembler output
606
607 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
608 assembler code for all the cases that are recognized by a single
609 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
610 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
611 machine instructions.
612
613 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
614 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
615 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
616 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
617 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
618 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
619 might write this pattern:
620
621 @smallexample
622 (define_insn "addsi3"
623   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
624         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
625                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
626   ""
627   "@@
628    addr %2,%0
629    addm %2,%0")
630 @end smallexample
631
632 @cindex @code{*} in template
633 @cindex asterisk in template
634 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
635 output template but rather a piece of C program that should compute a
636 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
637 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
638 require doublequote characters to delimit them.  To include these
639 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
640
641 If the output control string is written as a brace block instead of a
642 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
643 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
644 doublequotes surrounding C string literals.
645
646 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
647 is @code{rtx []}.
648
649 It is very common to select different ways of generating assembler code
650 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
651 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
652 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
653 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
654 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
655 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
656 values of those bits.
657
658 @findex output_asm_insn
659 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
660 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
661 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
662 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
663 that you declare locally and initialize yourself.
664
665 @findex which_alternative
666 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
667 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
668 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
669 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
670 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
671 etc.).
672
673 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
674 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
675 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
676
677 @smallexample
678 (define_insn ""
679   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
680         (const_int 0))]
681   ""
682   @{
683   return (which_alternative == 0
684           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
685   @})
686 @end smallexample
687
688 The example above, where the assembler code to generate was
689 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
690 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
691
692 @smallexample
693 @group
694 (define_insn ""
695   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
696         (const_int 0))]
697   ""
698   "@@
699    clrreg %0
700    clrmem %0")
701 @end group
702 @end smallexample
703 @end ifset
704
705 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
706 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
707 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
708 @ifset INTERNALS
709 @node Constraints
710 @section Operand Constraints
711 @cindex operand constraints
712 @cindex constraints
713
714 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify a
715 constraint for the type of operands allowed.
716 @end ifset
717 @ifclear INTERNALS
718 @node Constraints
719 @section Constraints for @code{asm} Operands
720 @cindex operand constraints, @code{asm}
721 @cindex constraints, @code{asm}
722 @cindex @code{asm} constraints
723
724 Here are specific details on what constraint letters you can use with
725 @code{asm} operands.
726 @end ifclear
727 Constraints can say whether
728 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
729 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
730 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
731 have.  Constraints can also require two operands to match.
732
733 @ifset INTERNALS
734 @menu
735 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
736 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
737 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
738 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
739 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
740 @end menu
741 @end ifset
742
743 @ifclear INTERNALS
744 @menu
745 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
746 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
747 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
748 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
749 @end menu
750 @end ifclear
751
752 @node Simple Constraints
753 @subsection Simple Constraints
754 @cindex simple constraints
755
756 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
757 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
758 the letters that are allowed:
759
760 @table @asis
761 @item whitespace
762 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
763 except the first.  This enables each alternative for different operands to
764 be visually aligned in the machine description even if they have different
765 number of constraints and modifiers.
766
767 @cindex @samp{m} in constraint
768 @cindex memory references in constraints
769 @item @samp{m}
770 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
771 supports in general.
772
773 @cindex offsettable address
774 @cindex @samp{o} in constraint
775 @item @samp{o}
776 A memory operand is allowed, but only if the address is
777 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
778 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
779 may be added to the address and the result is also a valid memory
780 address.
781
782 @cindex autoincrement/decrement addressing
783 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
784 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
785 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
786 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
787 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
788 addresses may or may not be offsettable depending on the other
789 addressing modes that the machine supports.
790
791 Note that in an output operand which can be matched by another
792 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
793 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
794 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
795
796 @cindex @samp{V} in constraint
797 @item @samp{V}
798 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
799 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
800
801 @cindex @samp{<} in constraint
802 @item @samp{<}
803 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
804 postdecrement) is allowed.
805
806 @cindex @samp{>} in constraint
807 @item @samp{>}
808 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
809 postincrement) is allowed.
810
811 @cindex @samp{r} in constraint
812 @cindex registers in constraints
813 @item @samp{r}
814 A register operand is allowed provided that it is in a general
815 register.
816
817 @cindex constants in constraints
818 @cindex @samp{i} in constraint
819 @item @samp{i}
820 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
821 This includes symbolic constants whose values will be known only at
822 assembly time.
823
824 @cindex @samp{n} in constraint
825 @item @samp{n}
826 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
827 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
828 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
829 rather than @samp{i}.
830
831 @cindex @samp{I} in constraint
832 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
833 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
834 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
835 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
836 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
837 This is the range permitted as a shift count in the shift
838 instructions.
839
840 @cindex @samp{E} in constraint
841 @item @samp{E}
842 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
843 allowed, but only if the target floating point format is the same as
844 that of the host machine (on which the compiler is running).
845
846 @cindex @samp{F} in constraint
847 @item @samp{F}
848 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
849 @code{const_vector}) is allowed.
850
851 @cindex @samp{G} in constraint
852 @cindex @samp{H} in constraint
853 @item @samp{G}, @samp{H}
854 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
855 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
856
857 @cindex @samp{s} in constraint
858 @item @samp{s}
859 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
860 allowed.
861
862 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
863 value not known at compile time, it certainly must allow any known
864 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
865 better code to be generated.
866
867 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
868 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
869 and 127, better code results from loading the value into a register and
870 using the register.  This is because the load into the register can be
871 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
872 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
873 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
874 constraints.
875
876 @cindex @samp{g} in constraint
877 @item @samp{g}
878 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
879 registers that are not general registers.
880
881 @cindex @samp{X} in constraint
882 @item @samp{X}
883 @ifset INTERNALS
884 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
885 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
886 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
887 require a scratch register.
888 @end ifset
889 @ifclear INTERNALS
890 Any operand whatsoever is allowed.
891 @end ifclear
892
893 @cindex @samp{0} in constraint
894 @cindex digits in constraint
895 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
896 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
897 digit is used together with letters within the same alternative, the
898 digit should come last.
899
900 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
901 digits are encountered consecutavely, 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_CONSTRANT} would be to distinguish certain
969 types of memory references that affect other insn operands.
970 @end ifset
971 @end table
972
973 @ifset INTERNALS
974 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
975 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
976 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
977 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
978 done by copying an operand into a register.
979
980 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
981
982 @smallexample
983 (define_insn ""
984   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
985         (plus:SI (match_dup 0)
986                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
987   ""
988   "@dots{}")
989 @end smallexample
990
991 @noindent
992 which has two operands, one of which must appear in two places, and
993
994 @smallexample
995 (define_insn ""
996   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
997         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
998                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
999   ""
1000   "@dots{}")
1001 @end smallexample
1002
1003 @noindent
1004 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1005 identical.  If we are considering an insn of the form
1006
1007 @smallexample
1008 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1009   (set (reg:SI 3)
1010        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1011   @dots{})
1012 @end smallexample
1013
1014 @noindent
1015 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1016 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1017 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
1018 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1019 is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
1020 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1021 results might look like this:
1022
1023 @smallexample
1024 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1025   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1026   @dots{})
1027
1028 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1029   (set (reg:SI 3)
1030        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1031   @dots{})
1032 @end smallexample
1033
1034 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1035 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1036 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1037 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1038 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1039 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1040 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1041 reloading any possible operand so that it will fit.
1042
1043 @itemize @bullet
1044 @item
1045 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1046 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1047
1048 For example, an operand whose constraints permit everything except
1049 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1050
1051 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1052 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1053 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1054 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1055 more selective.
1056
1057 @item
1058 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1059 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1060 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1061 compiler knows how to copy a register into another register of the
1062 proper class in order to make an instruction valid.
1063
1064 @cindex nonoffsettable memory reference
1065 @cindex memory reference, nonoffsettable
1066 @item
1067 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1068 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1069 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1070
1071 @item
1072 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1073 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1074 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1075 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1076
1077 @item
1078 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1079 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1080 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1081 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1082 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1083 objects allowed by the constraint.
1084 @end itemize
1085
1086 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1087 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1088 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1089 how to copy a register temporarily into memory.
1090
1091 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1092 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1093 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1094 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1095 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1096 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1097 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1098 @code{sign_extend}.
1099 @end ifset
1100
1101 @node Multi-Alternative
1102 @subsection Multiple Alternative Constraints
1103 @cindex multiple alternative constraints
1104
1105 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1106 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1107 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1108 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1109 another.
1110
1111 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1112 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1113 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1114 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1115 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1116 @ifset INTERNALS
1117 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1118
1119 @smallexample
1120 (define_insn "iorsi3"
1121   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1122         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1123                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1124   @dots{})
1125 @end smallexample
1126
1127 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1128 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1129 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1130 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1131 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1132 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1133 @end ifset
1134
1135 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1136 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1137 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1138 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1139 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1140 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1141 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1142
1143 @table @code
1144 @cindex @samp{?} in constraint
1145 @cindex question mark
1146 @item ?
1147 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1148 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1149 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1150 in it.
1151
1152 @cindex @samp{!} in constraint
1153 @cindex exclamation point
1154 @item !
1155 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1156 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1157 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1158 @end table
1159
1160 @ifset INTERNALS
1161 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1162 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1163 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1164 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1165 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1166 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1167 @end ifset
1168
1169 @ifset INTERNALS
1170 @node Class Preferences
1171 @subsection Register Class Preferences
1172 @cindex class preference constraints
1173 @cindex register class preference constraints
1174
1175 @cindex voting between constraint alternatives
1176 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1177 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1178 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1179 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1180 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1181 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1182 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1183 favor of a general register.  The machine description says which registers
1184 are considered general.
1185
1186 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1187 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1188 @end ifset
1189
1190 @node Modifiers
1191 @subsection Constraint Modifier Characters
1192 @cindex modifiers in constraints
1193 @cindex constraint modifier characters
1194
1195 @c prevent bad page break with this line
1196 Here are constraint modifier characters.
1197
1198 @table @samp
1199 @cindex @samp{=} in constraint
1200 @item =
1201 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1202 value is discarded and replaced by output data.
1203
1204 @cindex @samp{+} in constraint
1205 @item +
1206 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1207
1208 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1209 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1210 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1211 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1212 are assumed to be input only.
1213
1214 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1215 first character of the constraint string.
1216
1217 @cindex @samp{&} in constraint
1218 @cindex earlyclobber operand
1219 @item &
1220 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1221 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1222 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1223 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1224 address.
1225
1226 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1227 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1228 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1229 @samp{movdf} insn of the 68000.
1230
1231 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1232 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1233 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1234 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1235 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1236
1237 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1238
1239 @cindex @samp{%} in constraint
1240 @item %
1241 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1242 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1243 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1244 constraints.
1245 @ifset INTERNALS
1246 This is often used in patterns for addition instructions
1247 that really have only two operands: the result must go in one of the
1248 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1249 instruction is defined:
1250
1251 @smallexample
1252 (define_insn "addhi3"
1253   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1254      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1255               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1256   @dots{})
1257 @end smallexample
1258 @end ifset
1259 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more, 
1260 the compiler may fail.
1261
1262 @cindex @samp{#} in constraint
1263 @item #
1264 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1265 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1266 register preferences.
1267
1268 @cindex @samp{*} in constraint
1269 @item *
1270 Says that the following character should be ignored when choosing
1271 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1272 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1273
1274 @ifset INTERNALS
1275 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1276 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1277 copying it into an address register.  While either kind of register is
1278 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1279 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1280 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1281 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1282 register preferences.
1283
1284 @smallexample
1285 (define_insn "extendhisi2"
1286   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1287         (sign_extend:SI
1288          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1289   @dots{})
1290 @end smallexample
1291 @end ifset
1292 @end table
1293
1294 @node Machine Constraints
1295 @subsection Constraints for Particular Machines
1296 @cindex machine specific constraints
1297 @cindex constraints, machine specific
1298
1299 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1300 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1301 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1302 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1303 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1304 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1305 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1306 immediate-constant format.
1307
1308 For each machine architecture, the
1309 @file{config/@var{machine}/@var{machine}.h} file defines additional
1310 constraints.  These constraints are used by the compiler itself for
1311 instruction generation, as well as for @code{asm} statements; therefore,
1312 some of the constraints are not particularly interesting for @code{asm}.
1313 The constraints are defined through these macros:
1314
1315 @table @code
1316 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1317 Register class constraints (usually lower case).
1318
1319 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1320 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1321 word size or smaller precision (usually upper case).
1322
1323 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1324 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1325 constants of greater than word size precision (usually upper case).
1326
1327 @item EXTRA_CONSTRAINT
1328 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1329 is only defined for some machines.
1330 @end table
1331
1332 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1333 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1334 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1335 available on some particular machines.
1336
1337 @table @emph
1338 @item ARM family---@file{arm.h}
1339 @table @code
1340 @item f
1341 Floating-point register
1342
1343 @item F
1344 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1345 or 10.0
1346
1347 @item G
1348 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1349 were negated
1350
1351 @item I
1352 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1353 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1354 multiple of 2
1355
1356 @item J
1357 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1358
1359 @item K
1360 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1361
1362 @item L
1363 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1364
1365 @item M
1366 Integer in the range 0 to 32
1367
1368 @item Q
1369 A memory reference where the exact address is in a single register
1370 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1371
1372 @item R
1373 An item in the constant pool
1374
1375 @item S
1376 A symbol in the text segment of the current file
1377 @end table
1378
1379 @item AMD 29000 family---@file{a29k.h}
1380 @table @code
1381 @item l
1382 Local register 0
1383
1384 @item b
1385 Byte Pointer (@samp{BP}) register
1386
1387 @item q
1388 @samp{Q} register
1389
1390 @item h
1391 Special purpose register
1392
1393 @item A
1394 First accumulator register
1395
1396 @item a
1397 Other accumulator register
1398
1399 @item f
1400 Floating point register
1401
1402 @item I
1403 Constant greater than 0, less than 0x100
1404
1405 @item J
1406 Constant greater than 0, less than 0x10000
1407
1408 @item K
1409 Constant whose high 24 bits are on (1)
1410
1411 @item L
1412 16-bit constant whose high 8 bits are on (1)
1413
1414 @item M
1415 32-bit constant whose high 16 bits are on (1)
1416
1417 @item N
1418 32-bit negative constant that fits in 8 bits
1419
1420 @item O
1421 The constant 0x80000000 or, on the 29050, any 32-bit constant
1422 whose low 16 bits are 0.
1423
1424 @item P
1425 16-bit negative constant that fits in 8 bits
1426
1427 @item G
1428 @itemx H
1429 A floating point constant (in @code{asm} statements, use the machine
1430 independent @samp{E} or @samp{F} instead)
1431 @end table
1432
1433 @item AVR family---@file{avr.h}
1434 @table @code
1435 @item l
1436 Registers from r0 to r15
1437
1438 @item a
1439 Registers from r16 to r23
1440
1441 @item d
1442 Registers from r16 to r31
1443
1444 @item w
1445 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1446
1447 @item e
1448 Pointer register (r26--r31)
1449
1450 @item b
1451 Base pointer register (r28--r31)
1452
1453 @item q
1454 Stack pointer register (SPH:SPL)
1455
1456 @item t
1457 Temporary register r0
1458
1459 @item x
1460 Register pair X (r27:r26)
1461
1462 @item y
1463 Register pair Y (r29:r28)
1464
1465 @item z
1466 Register pair Z (r31:r30)
1467
1468 @item I
1469 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1470
1471 @item J
1472 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1473
1474 @item K
1475 Constant integer 2
1476
1477 @item L
1478 Constant integer 0
1479
1480 @item M
1481 Constant that fits in 8 bits
1482
1483 @item N
1484 Constant integer @minus{}1
1485
1486 @item O
1487 Constant integer 8, 16, or 24
1488
1489 @item P
1490 Constant integer 1
1491
1492 @item G
1493 A floating point constant 0.0
1494 @end table
1495
1496 @item IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1497 @table @code
1498 @item b
1499 Address base register
1500
1501 @item f
1502 Floating point register
1503
1504 @item h
1505 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1506
1507 @item q
1508 @samp{MQ} register
1509
1510 @item c
1511 @samp{CTR} register
1512
1513 @item l
1514 @samp{LINK} register
1515
1516 @item x
1517 @samp{CR} register (condition register) number 0
1518
1519 @item y
1520 @samp{CR} register (condition register)
1521
1522 @item z
1523 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1524
1525 @item I
1526 Signed 16-bit constant
1527
1528 @item J
1529 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1530 @code{SImode} constants)
1531
1532 @item K
1533 Unsigned 16-bit constant
1534
1535 @item L
1536 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1537
1538 @item M
1539 Constant larger than 31
1540
1541 @item N
1542 Exact power of 2
1543
1544 @item O
1545 Zero
1546
1547 @item P
1548 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1549
1550 @item G
1551 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1552 instruction per word
1553
1554 @item Q
1555 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1556 for @code{asm} statements)
1557
1558 @item R
1559 AIX TOC entry
1560
1561 @item S
1562 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1563
1564 @item T
1565 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1566
1567 @item U
1568 System V Release 4 small data area reference
1569 @end table
1570
1571 @item Intel 386---@file{i386.h}
1572 @table @code
1573 @item q
1574 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register for the i386.
1575 For x86-64 it is equivalent to @samp{r} class. (for 8-bit instructions that
1576 do not use upper halves)
1577
1578 @item Q
1579 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register. (for 8-bit instructions,
1580 that do use upper halves)
1581
1582 @item R
1583 Legacy register---equivalent to @code{r} class in i386 mode.
1584 (for non-8-bit registers used together with 8-bit upper halves in a single
1585 instruction)
1586
1587 @item A
1588 Specifies the @samp{a} or @samp{d} registers.  This is primarily useful
1589 for 64-bit integer values (when in 32-bit mode) intended to be returned
1590 with the @samp{d} register holding the most significant bits and the
1591 @samp{a} register holding the least significant bits.
1592
1593 @item f
1594 Floating point register
1595
1596 @item t
1597 First (top of stack) floating point register
1598
1599 @item u
1600 Second floating point register
1601
1602 @item a
1603 @samp{a} register
1604
1605 @item b
1606 @samp{b} register
1607
1608 @item c
1609 @samp{c} register
1610
1611 @item C
1612 Specifies constant that can be easilly constructed in SSE register without
1613 loading it from memory.
1614
1615 @item d
1616 @samp{d} register
1617
1618 @item D
1619 @samp{di} register
1620
1621 @item S
1622 @samp{si} register
1623
1624 @item x
1625 @samp{xmm} SSE register
1626
1627 @item y
1628 MMX register
1629
1630 @item I
1631 Constant in range 0 to 31 (for 32-bit shifts)
1632
1633 @item J
1634 Constant in range 0 to 63 (for 64-bit shifts)
1635
1636 @item K
1637 @samp{0xff}
1638
1639 @item L
1640 @samp{0xffff}
1641
1642 @item M
1643 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1644
1645 @item N
1646 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1647
1648 @item Z
1649 Constant in range 0 to @code{0xffffffff} or symbolic reference known to fit specified range.
1650 (for using immediates in zero extending 32-bit to 64-bit x86-64 instructions)
1651
1652 @item e
1653 Constant in range @minus{}2147483648 to 2147483647 or symbolic reference known to fit specified range.
1654 (for using immediates in 64-bit x86-64 instructions)
1655
1656 @item G
1657 Standard 80387 floating point constant
1658 @end table
1659
1660 @item Intel 960---@file{i960.h}
1661 @table @code
1662 @item f
1663 Floating point register (@code{fp0} to @code{fp3})
1664
1665 @item l
1666 Local register (@code{r0} to @code{r15})
1667
1668 @item b
1669 Global register (@code{g0} to @code{g15})
1670
1671 @item d
1672 Any local or global register
1673
1674 @item I
1675 Integers from 0 to 31
1676
1677 @item J
1678 0
1679
1680 @item K
1681 Integers from @minus{}31 to 0
1682
1683 @item G
1684 Floating point 0
1685
1686 @item H
1687 Floating point 1
1688 @end table
1689
1690 @item Intel IA-64---@file{ia64.h}
1691 @table @code
1692 @item a
1693 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
1694
1695 @item b
1696 Branch register
1697
1698 @item c
1699 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
1700
1701 @item d
1702 Application register residing in M-unit
1703
1704 @item e
1705 Application register residing in I-unit
1706
1707 @item f
1708 Floating-point register
1709
1710 @item m
1711 Memory operand.
1712 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
1713 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
1714 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
1715
1716 @item G
1717 Floating-point constant 0.0 or 1.0
1718
1719 @item I
1720 14-bit signed integer constant
1721
1722 @item J
1723 22-bit signed integer constant
1724
1725 @item K
1726 8-bit signed integer constant for logical instructions
1727
1728 @item L
1729 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
1730
1731 @item M
1732 6-bit unsigned integer constant for shift counts
1733
1734 @item N
1735 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
1736
1737 @item O
1738 The constant zero
1739
1740 @item P
1741 0 or -1 for @code{dep} instruction
1742
1743 @item Q
1744 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
1745
1746 @item R
1747 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
1748
1749 @item S
1750 Memory operand except postincrement and postdecrement
1751 @end table
1752
1753 @item IP2K---@file{ip2k.h}
1754 @table @code
1755 @item a
1756 @samp{DP} or @samp{IP} registers (general address)
1757
1758 @item f
1759 @samp{IP} register
1760
1761 @item j
1762 @samp{IPL} register
1763
1764 @item k
1765 @samp{IPH} register
1766
1767 @item b
1768 @samp{DP} register
1769
1770 @item y
1771 @samp{DPH} register
1772
1773 @item z
1774 @samp{DPL} register
1775
1776 @item q
1777 @samp{SP} register
1778
1779 @item c
1780 @samp{DP} or @samp{SP} registers (offsettable address)
1781
1782 @item d
1783 Non-pointer registers (not @samp{SP}, @samp{DP}, @samp{IP})
1784
1785 @item u
1786 Non-SP registers (everything except @samp{SP})
1787
1788 @item R
1789 Indirect thru @samp{IP} - Avoid this except for @code{QImode}, since we
1790 can't access extra bytes
1791
1792 @item S
1793 Indirect thru @samp{SP} or @samp{DP} with short displacement (0..127)
1794
1795 @item T
1796 Data-section immediate value
1797
1798 @item I
1799 Integers from @minus{}255 to @minus{}1
1800
1801 @item J
1802 Integers from 0 to 7---valid bit number in a register
1803
1804 @item K
1805 Integers from 0 to 127---valid displacement for addressing mode
1806
1807 @item L
1808 Integers from 1 to 127
1809
1810 @item M
1811 Integer @minus{}1
1812
1813 @item N
1814 Integer 1
1815
1816 @item O
1817 Zero
1818
1819 @item P
1820 Integers from 0 to 255
1821 @end table
1822
1823 @item MIPS---@file{mips.h}
1824 @table @code
1825 @item d
1826 General-purpose integer register
1827
1828 @item f
1829 Floating-point register (if available)
1830
1831 @item h
1832 @samp{Hi} register
1833
1834 @item l
1835 @samp{Lo} register
1836
1837 @item x
1838 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
1839
1840 @item y
1841 General-purpose integer register
1842
1843 @item z
1844 Floating-point status register
1845
1846 @item I
1847 Signed 16-bit constant (for arithmetic instructions)
1848
1849 @item J
1850 Zero
1851
1852 @item K
1853 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
1854
1855 @item L
1856 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
1857
1858 @item M
1859 32-bit constant which requires two instructions to load (a constant
1860 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
1861
1862 @item N
1863 Negative 16-bit constant
1864
1865 @item O
1866 Exact power of two
1867
1868 @item P
1869 Positive 16-bit constant
1870
1871 @item G
1872 Floating point zero
1873
1874 @item Q
1875 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
1876 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1877
1878 @item R
1879 Memory reference that can be loaded with one instruction
1880 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1881
1882 @item S
1883 Memory reference in external OSF/rose PIC format
1884 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1885 @end table
1886
1887 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
1888 @table @code
1889 @item a
1890 Address register
1891
1892 @item d
1893 Data register
1894
1895 @item f
1896 68881 floating-point register, if available
1897
1898 @item x
1899 Sun FPA (floating-point) register, if available
1900
1901 @item y
1902 First 16 Sun FPA registers, if available
1903
1904 @item I
1905 Integer in the range 1 to 8
1906
1907 @item J
1908 16-bit signed number
1909
1910 @item K
1911 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
1912
1913 @item L
1914 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
1915
1916 @item M
1917 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
1918
1919 @item G
1920 Floating point constant that is not a 68881 constant
1921
1922 @item H
1923 Floating point constant that can be used by Sun FPA
1924 @end table
1925
1926 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{m68hc11.h}
1927 @table @code
1928 @item a
1929 Register 'a'
1930
1931 @item b
1932 Register 'b'
1933
1934 @item d
1935 Register 'd'
1936
1937 @item q
1938 An 8-bit register
1939
1940 @item t
1941 Temporary soft register _.tmp
1942
1943 @item u
1944 A soft register _.d1 to _.d31
1945
1946 @item w
1947 Stack pointer register
1948
1949 @item x
1950 Register 'x'
1951
1952 @item y
1953 Register 'y'
1954
1955 @item z
1956 Pseudo register 'z' (replaced by 'x' or 'y' at the end)
1957
1958 @item A
1959 An address register: x, y or z
1960
1961 @item B
1962 An address register: x or y
1963
1964 @item D
1965 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
1966
1967 @item L
1968 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
1969
1970 @item M
1971 Constants whose 16-bit low part is zero
1972
1973 @item N
1974 Constant integer 1 or @minus{}1
1975
1976 @item O
1977 Constant integer 16
1978
1979 @item P
1980 Constants in the range @minus{}8 to 2
1981
1982 @end table
1983
1984 @need 1000
1985 @item SPARC---@file{sparc.h}
1986 @table @code
1987 @item f
1988 Floating-point register that can hold 32- or 64-bit values.
1989
1990 @item e
1991 Floating-point register that can hold 64- or 128-bit values.
1992
1993 @item I
1994 Signed 13-bit constant
1995
1996 @item J
1997 Zero
1998
1999 @item K
2000 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2001 loaded with the @code{sethi} instruction)
2002
2003 @item L
2004 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2005
2006 @item M
2007 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2008
2009 @item N
2010 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2011 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2012 modes wider than @code{SImode}
2013
2014 @item G
2015 Floating-point zero
2016
2017 @item H
2018 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2019
2020 @item Q
2021 Floating-point constant whose integral representation can
2022 be moved into an integer register using a single sethi
2023 instruction
2024
2025 @item R
2026 Floating-point constant whose integral representation can
2027 be moved into an integer register using a single mov
2028 instruction
2029
2030 @item S
2031 Floating-point constant whose integral representation can
2032 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2033 instruction sequence
2034
2035 @item T
2036 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2037
2038 @item U
2039 Even register
2040
2041 @item W
2042 Memory address for @samp{e} constraint registers.
2043
2044 @end table
2045
2046 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
2047 @table @code
2048 @item a
2049 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2050
2051 @item b
2052 Stack pointer register (sp)
2053
2054 @item c
2055 Standard (32-bit) precision integer register
2056
2057 @item f
2058 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2059
2060 @item k
2061 Block count register (bk)
2062
2063 @item q
2064 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2065
2066 @item t
2067 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2068
2069 @item u
2070 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2071
2072 @item v
2073 Repeat count register (rc)
2074
2075 @item x
2076 Index register (ir0-ir1)
2077
2078 @item y
2079 Status (condition code) register (st)
2080
2081 @item z
2082 Data page register (dp)
2083
2084 @item G
2085 Floating-point zero
2086
2087 @item H
2088 Immediate 16-bit floating-point constant
2089
2090 @item I
2091 Signed 16-bit constant
2092
2093 @item J
2094 Signed 8-bit constant
2095
2096 @item K
2097 Signed 5-bit constant
2098
2099 @item L
2100 Unsigned 16-bit constant
2101
2102 @item M
2103 Unsigned 8-bit constant
2104
2105 @item N
2106 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2107
2108 @item O
2109 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2110
2111 @item Q
2112 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2113
2114 @item R
2115 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2116
2117 @item S
2118 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2119
2120 @item T
2121 Direct memory reference
2122
2123 @item U
2124 Symbolic address
2125
2126 @end table
2127
2128 @item S/390 and zSeries---@file{s390.h}
2129 @table @code
2130 @item a
2131 Address register (general purpose register except r0)
2132
2133 @item d
2134 Data register (arbitrary general purpose register)
2135
2136 @item f
2137 Floating-point register
2138
2139 @item I
2140 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2141
2142 @item J
2143 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2144
2145 @item K
2146 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2147
2148 @item L
2149 Unsigned 16-bit constant (0--65535)
2150
2151 @item Q
2152 Memory reference without index register
2153
2154 @item S
2155 Symbolic constant suitable for use with the @code{larl} instruction
2156
2157 @end table
2158
2159 @item Xstormy16---@file{stormy16.h}
2160 @table @code
2161 @item a
2162 Register r0.
2163
2164 @item b
2165 Register r1.
2166
2167 @item c
2168 Register r2.
2169
2170 @item d
2171 Register r8.
2172
2173 @item e
2174 Registers r0 through r7.
2175
2176 @item t
2177 Registers r0 and r1.
2178
2179 @item y
2180 The carry register.
2181
2182 @item z
2183 Registers r8 and r9.
2184
2185 @item I
2186 A constant between 0 and 3 inclusive.
2187
2188 @item J
2189 A constant that has exactly one bit set.
2190
2191 @item K
2192 A constant that has exactly one bit clear.
2193
2194 @item L
2195 A constant between 0 and 255 inclusive.
2196
2197 @item M
2198 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2199
2200 @item N
2201 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2202
2203 @item O
2204 A constant between 1 and 4 inclusive.
2205
2206 @item P
2207 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2208
2209 @item Q
2210 A memory reference that is a stack push.
2211
2212 @item R
2213 A memory reference that is a stack pop.
2214
2215 @item S
2216 A memory reference that refers to an constant address of known value.
2217
2218 @item T
2219 The register indicated by Rx (not implemented yet).
2220
2221 @item U
2222 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
2223
2224 @end table
2225
2226 @item Xtensa---@file{xtensa.h}
2227 @table @code
2228 @item a
2229 General-purpose 32-bit register
2230
2231 @item b
2232 One-bit boolean register
2233
2234 @item A
2235 MAC16 40-bit accumulator register
2236
2237 @item I
2238 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
2239
2240 @item J
2241 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
2242
2243 @item K
2244 Integer constant valid for BccI instructions
2245
2246 @item L
2247 Unsigned constant valid for BccUI instructions
2248
2249 @end table
2250
2251 @end table
2252
2253 @ifset INTERNALS
2254 @node Standard Names
2255 @section Standard Pattern Names For Generation
2256 @cindex standard pattern names
2257 @cindex pattern names
2258 @cindex names, pattern
2259
2260 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
2261 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
2262 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
2263 pattern to accomplish a certain task.
2264
2265 @table @asis
2266 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
2267 @item @samp{mov@var{m}}
2268 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lower case.
2269 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
2270 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
2271
2272 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
2273 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
2274 to store the specified value in the part of the register that corresponds
2275 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
2276 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
2277 outside the target word are left unchanged.
2278
2279 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
2280 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
2281 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
2282 If there are patterns accepting operands in larger modes,
2283 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
2284
2285 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
2286 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
2287 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
2288 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
2289 into a register.
2290
2291 @findex force_reg
2292 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
2293 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
2294 registers other than the operands.  For example, if you support the
2295 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
2296 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
2297 function which might generate new pseudo registers.
2298
2299 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
2300 fetching those modes from memory normally requires several insns and
2301 some temporary registers.
2302
2303 @findex change_address
2304 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
2305 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
2306 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
2307 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
2308 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
2309 an address into a valid address and no routine (such as
2310 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
2311 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
2312
2313 @findex reload_in_progress
2314 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
2315 declared if required) can be used to determine whether such special
2316 handling is required.
2317
2318 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
2319 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
2320 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
2321 machines explicit memory references will get optional reloads.
2322
2323 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
2324 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
2325
2326 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
2327 you must define @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and/or
2328 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
2329 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
2330 them.  @xref{Register Classes}.
2331
2332 @findex no_new_pseudos
2333 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
2334 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
2335 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
2336
2337 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
2338 register to any other hard register provided that
2339 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
2340 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
2341
2342 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
2343 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
2344 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
2345 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
2346 point members.
2347
2348 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
2349 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
2350 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
2351 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
2352 floating point registers, then the constraints of the fixed point
2353 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
2354 reload into a floating point register.
2355
2356 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
2357 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
2358 @item @samp{reload_in@var{m}}
2359 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
2360 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
2361 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
2362 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
2363 macro in @pxref{Register Classes}.
2364
2365 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
2366 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
2367 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
2368 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
2369 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
2370 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
2371 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
2372 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
2373 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
2374 for these patterns.
2375
2376 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
2377 @item @samp{movstrict@var{m}}
2378 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
2379 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
2380 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
2381 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
2382
2383 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
2384 @item @samp{load_multiple}
2385 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
2386 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
2387 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
2388 number of consecutive registers.
2389
2390 Define this only if the target machine really has such an instruction;
2391 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
2392 registers from memory is to do them one at a time.
2393
2394 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
2395 registers can be stored into memory, such as particular starting or
2396 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
2397 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2398 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
2399
2400 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
2401 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
2402 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
2403 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
2404 @file{a29k.md} and @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn
2405 pattern.
2406
2407 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
2408 @item @samp{store_multiple}
2409 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
2410 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
2411 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
2412 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
2413
2414 @cindex @code{push@var{m}} instruction pattern
2415 @item @samp{push@var{m}}
2416 Output an push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
2417 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
2418 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
2419 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
2420 method is deprecated.
2421
2422 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
2423 @item @samp{add@var{m}3}
2424 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
2425 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
2426 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
2427
2428 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
2429 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
2430 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
2431 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
2432 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
2433 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
2434 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
2435 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
2436 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
2437 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
2438 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
2439 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
2440 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
2441 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
2442 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
2443 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
2444 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
2445 Similar, for other arithmetic operations.
2446 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
2447 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
2448 @itemx @samp{min@var{m}3}, @samp{max@var{m}3}
2449 Floating point min and max operations.  If both operands are zeros,
2450 or if either operand is NaN, then it is unspecified which of the two
2451 operands is returned as the result.
2452
2453
2454 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
2455 @item @samp{mulhisi3}
2456 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
2457 a @code{SImode} product in operand 0.
2458
2459 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
2460 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
2461 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
2462 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
2463
2464 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
2465 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
2466 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
2467 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
2468 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
2469 multiplication.
2470
2471 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2472 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
2473 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
2474 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
2475 The least significant half of the product is discarded.
2476
2477 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2478 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
2479 Similar, but the multiplication is unsigned.
2480
2481 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
2482 @item @samp{divmod@var{m}4}
2483 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
2484 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
2485 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
2486
2487 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
2488 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
2489 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
2490 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
2491 and remainder are computed.
2492
2493 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
2494 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
2495 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
2496 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
2497 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
2498
2499 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
2500 @item @samp{udivmod@var{m}4}
2501 Similar, but does unsigned division.
2502
2503 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
2504 @item @samp{ashl@var{m}3}
2505 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
2506 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
2507 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
2508 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
2509 mode before generating the instruction.
2510
2511 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
2512 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
2513 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
2514 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
2515 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
2516 Other shift and rotate instructions, analogous to the
2517 @code{ashl@var{m}3} instructions.
2518
2519 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
2520 @item @samp{neg@var{m}2}
2521 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
2522
2523 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
2524 @item @samp{abs@var{m}2}
2525 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
2526
2527 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
2528 @item @samp{sqrt@var{m}2}
2529 Store the square root of operand 1 into operand 0.
2530
2531 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
2532 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
2533 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2534 type @code{float}.
2535
2536 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
2537 @item @samp{cos@var{m}2}
2538 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
2539
2540 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
2541 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
2542 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2543 type @code{float}.
2544
2545 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
2546 @item @samp{sin@var{m}2}
2547 Store the sine of operand 1 into operand 0.
2548
2549 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
2550 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
2551 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2552 type @code{float}.
2553
2554 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
2555 @item @samp{exp@var{m}2}
2556 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
2557
2558 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
2559 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
2560 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2561 type @code{float}.
2562
2563 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
2564 @item @samp{log@var{m}2}
2565 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
2566
2567 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
2568 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
2569 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2570 type @code{float}.
2571
2572 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
2573 @item @samp{ffs@var{m}2}
2574 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
2575 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
2576 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2577 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2578 generating the instruction.
2579
2580 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
2581 corresponds to the C data type @code{int}.
2582
2583 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
2584 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
2585 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
2586
2587 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
2588 @item @samp{cmp@var{m}}
2589 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
2590 The RTL pattern should look like this:
2591
2592 @smallexample
2593 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2594                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
2595 @end smallexample
2596
2597 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
2598 @item @samp{tst@var{m}}
2599 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
2600 The RTL pattern should look like this:
2601
2602 @smallexample
2603 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
2604 @end smallexample
2605
2606 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
2607 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
2608 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
2609 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
2610
2611 @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
2612 @item @samp{movstr@var{m}}
2613 Block move instruction.  The addresses of the destination and source
2614 strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
2615
2616 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
2617 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
2618 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
2619 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
2620 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
2621 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
2622 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
2623
2624 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
2625 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
2626 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
2627 it may provide the value 4 for this operand.
2628
2629 Descriptions of multiple @code{movstr@var{m}} patterns can only be
2630 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
2631 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
2632 in @code{movstr@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
2633 individually moved data units in the block.
2634
2635 These patterns need not give special consideration to the possibility
2636 that the source and destination strings might overlap.
2637
2638 @cindex @code{clrstr@var{m}} instruction pattern
2639 @item @samp{clrstr@var{m}}
2640 Block clear instruction.  The addresses of the destination string is the
2641 first operand, in mode @code{Pmode}.  The number of bytes to clear is
2642 the second operand, in mode @var{m}.  See @samp{movstr@var{m}} for
2643 a discussion of the choice of mode.
2644
2645 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
2646 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
2647 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
2648 operand.
2649
2650 The use for multiple @code{clrstr@var{m}} is as for @code{movstr@var{m}}.
2651
2652 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
2653 @item @samp{cmpstr@var{m}}
2654 Block compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
2655 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
2656 of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2657 byte by byte in lexicographic order.  The effect of the instruction is
2658 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
2659 comparison.
2660
2661 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
2662 @item @samp{strlen@var{m}}
2663 Compute the length of a string, with three operands.
2664 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
2665 a @code{mem} referring to the first character of the string,
2666 operand 2 is the character to search for (normally zero),
2667 and operand 3 is a constant describing the known alignment
2668 of the beginning of the string.
2669
2670 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
2671 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
2672 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
2673 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2674 @var{n}).
2675
2676 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
2677 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
2678 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
2679 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2680 @var{n}).
2681
2682 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2683 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2684 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2685 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2686 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2687 the value of operand 1 is an integer.
2688
2689 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2690 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2691 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2692 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2693 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2694 value of operand 1 is an integer.
2695
2696 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2697 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2698 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2699 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2700 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2701
2702 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2703 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2704 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2705 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2706
2707 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2708 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2709 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2710 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2711
2712 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2713 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2714 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2715 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2716 point or both floating point.
2717
2718 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
2719 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2720 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2721 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2722 point or both floating point.
2723
2724 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2725 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2726 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2727 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2728 point.
2729
2730 @cindex @code{extv} instruction pattern
2731 @item @samp{extv}
2732 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
2733 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2734 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2735 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2736 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2737 be valid for @code{word_mode}.
2738
2739 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2740 for operands 2 and 3.
2741
2742 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2743 before it is stored in operand 0.
2744
2745 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2746 @item @samp{extzv}
2747 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2748
2749 @cindex @code{insv} instruction pattern
2750 @item @samp{insv}
2751 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
2752 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2753 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2754 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2755 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2756
2757 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2758 for operands 1 and 2.
2759
2760 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2761 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2762 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2763 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2764 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2765
2766 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2767 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2768 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2769 codes and vice versa.
2770
2771 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2772 define these patterns.
2773
2774 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2775 @item @samp{s@var{cond}}
2776 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2777 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2778 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2779 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2780
2781 You specify the mode that the operand must have when you write the
2782 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2783 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2784
2785 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2786 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2787 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2788 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2789 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2790 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2791 should omit those operations from the machine description.
2792
2793 These operations may fail, but should do so only in relatively
2794 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2795 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2796
2797 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2798 that copies the constant one to the target and branches around an
2799 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
2800 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
2801 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
2802 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
2803 the machine description.
2804
2805 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
2806 @item @samp{b@var{cond}}
2807 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
2808 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
2809 condition @var{cond}.
2810
2811 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
2812 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
2813 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
2814 simply store the operands away and generate all the required insns in a
2815 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
2816 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
2817 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
2818 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
2819
2820 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
2821 where the mode used for the comparison depends on the condition being
2822 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
2823
2824 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
2825 @samp{s@var{cond}} patterns.
2826
2827 @cindex @code{jump} instruction pattern
2828 @item @samp{jump}
2829 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
2830 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
2831 on all machines.
2832
2833 @cindex @code{call} instruction pattern
2834 @item @samp{call}
2835 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
2836 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
2837 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
2838 operands.
2839
2840 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
2841 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
2842 to put this information into the assembler code; they can put it in
2843 the RTL instead of operand 1.
2844
2845 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
2846 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
2847 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
2848 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
2849 instruction, the pattern for this operation should be a
2850 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
2851 address into a register and uses that register in the call instruction.
2852
2853 @cindex @code{call_value} instruction pattern
2854 @item @samp{call_value}
2855 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
2856 register in which the value is returned.  There are three more
2857 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
2858 instruction (but with numbers increased by one).
2859
2860 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
2861 insn.
2862
2863 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
2864 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
2865 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
2866 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
2867 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
2868 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
2869 adjustment made to the frame pointer.
2870
2871 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
2872 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
2873 can be eliminated, if desired.
2874
2875 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
2876 @item @samp{untyped_call}
2877 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
2878 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
2879 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
2880 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2881 the saving of a function return value into the result block.
2882
2883 This instruction pattern should be defined to support
2884 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
2885 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
2886 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
2887 multiple registers that can hold a return value
2888 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
2889
2890 @cindex @code{return} instruction pattern
2891 @item @samp{return}
2892 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
2893 defined only if a single instruction can do all the work of returning
2894 from a function.
2895
2896 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
2897 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
2898 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
2899 some class of functions only requires one instruction to implement a
2900 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
2901 to save any registers or allocate stack space.
2902
2903 @findex reload_completed
2904 @findex leaf_function_p
2905 For such machines, the condition specified in this pattern should only
2906 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
2907 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
2908 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
2909 a register window push is required.
2910
2911 Machines that have conditional return instructions should define patterns
2912 such as
2913
2914 @smallexample
2915 (define_insn ""
2916   [(set (pc)
2917         (if_then_else (match_operator
2918                          0 "comparison_operator"
2919                          [(cc0) (const_int 0)])
2920                       (return)
2921                       (pc)))]
2922   "@var{condition}"
2923   "@dots{}")
2924 @end smallexample
2925
2926 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
2927 named @samp{return} pattern.
2928
2929 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
2930 @item @samp{untyped_return}
2931 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
2932 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
2933 instructions are needed to return a value of any type.
2934
2935 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
2936 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
2937 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2938 the restoring of a function return value from the result block.
2939
2940 @cindex @code{nop} instruction pattern
2941 @item @samp{nop}
2942 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
2943 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
2944 RTL pattern.
2945
2946 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
2947 @item @samp{indirect_jump}
2948 An instruction to jump to an address which is operand zero.
2949 This pattern name is mandatory on all machines.
2950
2951 @cindex @code{casesi} instruction pattern
2952 @item @samp{casesi}
2953 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
2954 This instruction takes five operands:
2955
2956 @enumerate
2957 @item
2958 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
2959
2960 @item
2961 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
2962
2963 @item
2964 The total range of indices in the table---the largest index
2965 minus the smallest one (both inclusive).
2966
2967 @item
2968 A label that precedes the table itself.
2969
2970 @item
2971 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
2972 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
2973 then an out-of-bounds index drops through to the code following
2974 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
2975 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
2976 but it is always provided as an operand.)
2977 @end enumerate
2978
2979 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
2980 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
2981 difference between the upper bound and the lower bound.
2982
2983 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
2984 @item @samp{tablejump}
2985 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
2986 capability which can be used to implement a dispatch table when there
2987 is no @samp{casesi} pattern.
2988
2989 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
2990 which should immediately precede the jump table.  If the macro
2991 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
2992 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
2993 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
2994 mode @code{Pmode}.
2995
2996 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
2997 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
2998 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
2999 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
3000
3001
3002 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
3003 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
3004 Conditional branch instruction that decrements a register and
3005 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
3006 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
3007 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
3008
3009 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
3010 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
3011 reduction is enabled.
3012
3013 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
3014 @item @samp{doloop_end}
3015 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
3016 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
3017 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
3018 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
3019 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
3020 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
3021 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
3022 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
3023 @xref{Looping Patterns}.
3024
3025 This optional instruction pattern should be defined for machines with
3026 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
3027 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
3028 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3029 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
3030 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
3031 too large for this instruction, make it fail.
3032
3033 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
3034 @item @samp{doloop_begin}
3035 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
3036 need to perform some initialization, such as loading special registers
3037 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
3038 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
3039 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
3040
3041
3042 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
3043 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
3044 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
3045 into operand 0.
3046
3047 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
3048 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
3049 and also has mode @code{Pmode}.
3050
3051 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
3052 the address of the function which would be called if the function
3053 pointer were used in an indirect call.
3054
3055 Only define this pattern if function pointers on the target machine
3056 can have different values but still call the same function when
3057 used in an indirect call.
3058
3059 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
3060 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
3061 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
3062 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
3063 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
3064 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
3065 @item @samp{save_stack_block}
3066 @itemx @samp{save_stack_function}
3067 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
3068 @itemx @samp{restore_stack_block}
3069 @itemx @samp{restore_stack_function}
3070 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
3071 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
3072 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
3073 such machines.
3074
3075 Some machines require special handling for stack pointer saves and
3076 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
3077 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
3078 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
3079 saves and restores are:
3080
3081 @enumerate
3082 @item
3083 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
3084 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
3085 restores the stack pointer when the block is exited.
3086
3087 @item
3088 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
3089 similar job for the outermost block of a function and are used when the
3090 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
3091 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
3092 restore sequence on some machines.
3093
3094 @item
3095 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
3096 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
3097 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
3098 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
3099 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
3100 and restoring additional data such as register window information or
3101 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
3102 such required data.
3103 @end enumerate
3104
3105 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
3106 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
3107 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
3108 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
3109 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
3110 for a particular type of save (either because no save is needed or
3111 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
3112 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
3113 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
3114 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
3115
3116 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
3117 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
3118 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
3119
3120 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
3121 @item @samp{allocate_stack}
3122 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
3123 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
3124
3125 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
3126 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
3127 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
3128 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
3129 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
3130 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
3131 stack is free.
3132
3133 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
3134 Some machines require other operations such as stack probes or
3135 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
3136 operations in addition to updating the stack pointer.
3137
3138 @cindex @code{probe} instruction pattern
3139 @item @samp{probe}
3140 Some machines require instructions to be executed after space is
3141 allocated from the stack, for example to generate a reference at
3142 the bottom of the stack.
3143
3144 If you need to emit instructions before the stack has been adjusted,
3145 put them into the @samp{allocate_stack} pattern.  Otherwise, define
3146 this pattern to emit the required instructions.
3147
3148 No operands are provided.
3149
3150 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
3151 @item @samp{check_stack}
3152 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
3153 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
3154 to perform the needed check and signaling an error if the stack
3155 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
3156 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
3157 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
3158 limit from a global or thread-specific variable or register.
3159
3160 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
3161 @item @samp{nonlocal_goto}
3162 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
3163 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
3164 each representing a value to be used in the jump.  The first
3165 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
3166 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
3167 the third is the address of a location where the stack is saved,
3168 and the last is the address of the label, to be placed in the
3169 location for the incoming static chain.
3170
3171 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
3172 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
3173 and static chain, restore the stack (using the
3174 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
3175 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
3176 not work on your machine.
3177
3178 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
3179 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
3180 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
3181 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
3182 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
3183 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
3184 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
3185 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
3186 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
3187 There are no arguments.
3188
3189 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
3190 @item @samp{exception_receiver}
3191 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3192 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3193 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3194 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3195 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
3196 an exception.  There are no arguments.
3197
3198 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
3199 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
3200 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
3201 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
3202 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
3203 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
3204 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
3205 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
3206 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
3207 the first three are normally used by the generic mechanism.
3208
3209 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
3210 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
3211 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3212 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3213 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3214 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3215 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
3216 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
3217 at a small offset from that label.
3218
3219 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
3220 @item @samp{builtin_longjmp}
3221 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
3222 You will not normally need to define this pattern unless you also define
3223 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
3224 @code{jmp_buf}.
3225
3226 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
3227 @item @samp{eh_return}
3228 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
3229 and thence the call frame exception handling library routines, are
3230 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
3231 the abnormal return path.
3232
3233 The pattern takes two arguments.  The first is an offset to be applied
3234 to the stack pointer.  It will have been copied to some appropriate
3235 location (typically @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX}) which will survive
3236 until after reload to when the normal epilogue is generated.
3237 The second argument is the address of the exception handler to which
3238 the function should return.  This will normally need to copied by the
3239 pattern to some special register or memory location.
3240
3241 This pattern only needs to be defined if call frame exception handling
3242 is to be used, and simple moves involving @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX}
3243 and @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX} are not sufficient.
3244
3245 @cindex @code{prologue} instruction pattern
3246 @anchor{prologue instruction pattern}
3247 @item @samp{prologue}
3248 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
3249 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
3250 pointer register, saving callee saved registers, etc.
3251
3252 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
3253 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
3254
3255 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
3256 instruction scheduling.
3257
3258 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
3259 @anchor{epilogue instruction pattern}
3260 @item @samp{epilogue}
3261 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
3262 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
3263 registers and emitting the return instruction.
3264
3265 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
3266 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
3267
3268 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
3269 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
3270
3271 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
3272 @item @samp{sibcall_epilogue}
3273 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
3274 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
3275 sibling call (aka tail call) sites.
3276
3277 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
3278 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
3279 function.
3280
3281 @cindex @code{trap} instruction pattern
3282 @item @samp{trap}
3283 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
3284 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
3285 front end to signal `invalid array index' exceptions.
3286
3287 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
3288 @item @samp{conditional_trap}
3289 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
3290 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
3291
3292 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
3293
3294 @smallexample
3295 (define_insn "conditional_trap"
3296   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
3297              [(cc0) (const_int 0)])
3298             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
3299   ""
3300   "@dots{}")
3301 @end smallexample
3302
3303 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
3304 @item @samp{prefetch}
3305
3306 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
3307 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
3308 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
3309 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
3310 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
3311 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
3312 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
3313 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
3314 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
3315
3316 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
3317 the values of operands 1 and 2.
3318
3319 @end table
3320
3321 @node Pattern Ordering
3322 @section When the Order of Patterns Matters
3323 @cindex Pattern Ordering
3324 @cindex Ordering of Patterns
3325
3326 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
3327 pattern that appears first in the machine description is the one used.
3328 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
3329 and faster instructions (those that will produce better code when they
3330 do match) should usually go first in the description.
3331
3332 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
3333 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
3334 instruction for converting a fullword to floating point and another
3335 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
3336 an integer to floating point could match either one.  We put the
3337 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
3338 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
3339 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
3340 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
3341 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
3342 constant value.
3343
3344 @node Dependent Patterns
3345 @section Interdependence of Patterns
3346 @cindex Dependent Patterns
3347 @cindex Interdependence of Patterns
3348
3349 Every machine description must have a named pattern for each of the
3350 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
3351 must always have the form
3352
3353 @example
3354 (set (pc)
3355      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3356                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
3357                    (pc)))
3358 @end example
3359
3360 @noindent
3361 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
3362 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
3363 look like
3364
3365 @example
3366 (set (pc)
3367      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3368                    (pc)
3369                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
3370 @end example
3371
3372 @noindent
3373 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
3374 branches into reverse-conditional branches.
3375
3376 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
3377 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
3378 example,
3379
3380 @example
3381 (define_insn ""
3382   [(set (pc)
3383         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
3384                                       [(cc0) (const_int 0)])
3385                       (pc)
3386                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
3387   "@var{condition}"
3388   "@dots{}")
3389 @end example
3390
3391 In some cases machines support instructions identical except for the
3392 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
3393 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
3394 patterns are
3395
3396 @example
3397 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3398      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
3399
3400 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3401      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
3402 @end example
3403
3404 @noindent
3405 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
3406 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
3407 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
3408 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
3409 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
3410 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
3411
3412 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
3413 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
3414 compilations.
3415
3416 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
3417 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
3418 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
3419 you should not provide separate patterns for increment and decrement
3420 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
3421 that supports register-register add insns by examining the operands and
3422 generating the appropriate machine instruction.
3423
3424 @node Jump Patterns
3425 @section Defining Jump Instruction Patterns
3426 @cindex jump instruction patterns
3427 @cindex defining jump instruction patterns
3428
3429 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
3430 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
3431 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
3432 insn tests the condition code and branches or not according its value.
3433 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
3434 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
3435 way.
3436
3437 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
3438 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
3439 these machines is to treat them just like the others until the final stage
3440 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
3441 compare instruction, peek ahead at the following branch using
3442 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
3443 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
3444 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
3445 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
3446 can treat signed and unsigned branches identically.
3447
3448 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
3449 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
3450 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
3451 until the end.
3452
3453 To go with this technique, you must define the machine-description macro
3454 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
3455 compare instruction is superfluous.
3456
3457 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
3458 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
3459 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
3460 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
3461 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
3462
3463 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
3464 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
3465 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
3466 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
3467 above in addition to any special patterns you define.
3468
3469 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
3470 code and there may not even be a separate condition code register.  On
3471 these machines, the restriction that the definition and use of the
3472 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
3473 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
3474 delay for taken branches unless the condition code register is set three
3475 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
3476 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
3477 separate the definition and use of the condition code register.
3478
3479 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
3480 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
3481 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
3482 comparison result can be placed in any general register, or if there are
3483 multiple condition registers, use a pseudo register.
3484
3485 @findex prev_cc0_setter
3486 @findex next_cc0_user
3487 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
3488 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
3489 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
3490 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
3491 instruction does, so a different branch instruction must be used for
3492 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
3493 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
3494 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
3495 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
3496 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
3497 and @code{next_cc0_user}.
3498
3499 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
3500 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
3501 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
3502 we use the machine mode of the condition code register to record
3503 different formats of the condition code register.
3504
3505 Registers used to store the condition code value should have a mode that
3506 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
3507 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
3508 the SPARC), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
3509 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
3510 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
3511
3512 If it is known during RTL generation that a different mode will be
3513 required (for example, if the machine has separate compare instructions
3514 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
3515 be specified at that time.
3516
3517 If the cases that require different modes would be made by instruction
3518 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
3519 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
3520 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
3521 discussed above, we have the pattern
3522
3523 @smallexample
3524 (define_insn ""
3525   [(set (reg:CC_NOOV 0)
3526         (compare:CC_NOOV
3527           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
3528                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
3529           (const_int 0)))]
3530   ""
3531   "@dots{}")
3532 @end smallexample
3533
3534 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
3535 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
3536
3537 @node Looping Patterns
3538 @section Defining Looping Instruction Patterns
3539 @cindex looping instruction patterns
3540 @cindex defining looping instruction patterns
3541
3542 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
3543 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
3544 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
3545 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
3546 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
3547 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
3548 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
3549 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
3550 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
3551 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
3552 the jump.
3553
3554 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
3555 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
3556 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
3557 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
3558 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
3559 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
3560 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
3561 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
3562 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
3563 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
3564 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
3565 following for its @code{dbra} instruction:
3566
3567 @smallexample
3568 @group
3569 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3570   [(set (pc)
3571         (if_then_else
3572           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3573                        (const_int -1))
3574               (const_int 0))
3575           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3576           (pc)))
3577    (set (match_dup 0)
3578         (plus:SI (match_dup 0)
3579                  (const_int -1)))]
3580   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3581   "@dots{}")
3582 @end group
3583 @end smallexample
3584
3585 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
3586 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
3587 since this insn is generated by the instruction combination phase
3588 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
3589 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
3590 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
3591 pattern will not be matched by the combiner.
3592
3593 @smallexample
3594 @group
3595 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3596   [(set (pc)
3597         (if_then_else
3598           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3599               (const_int 1))
3600           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3601           (pc)))
3602    (set (match_dup 0)
3603         (plus:SI (match_dup 0)
3604                  (const_int -1)))]
3605   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3606   "@dots{}")
3607 @end group
3608 @end smallexample
3609
3610 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
3611 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
3612 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
3613 information collected during strength reduction.
3614
3615 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
3616 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
3617 is an optional companion pattern that can be used for initialization
3618 needed for some low-overhead looping instructions.
3619
3620 Note that some machines require the actual looping instruction to be
3621 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
3622 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
3623 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
3624 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
3625 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
3626 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
3627 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
3628 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
3629 desired special iteration counter register was not allocated, this
3630 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
3631 instruction pair.
3632
3633 The essential difference between the
3634 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
3635 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
3636 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
3637 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
3638 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
3639 may become redundant and removed by the flow pass.
3640
3641
3642 @node Insn Canonicalizations
3643 @section Canonicalization of Instructions
3644 @cindex canonicalization of instructions
3645 @cindex insn canonicalization
3646
3647 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
3648 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
3649 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
3650 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
3651 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
3652 number of insn patterns required.
3653
3654 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
3655 are performed:
3656
3657 @itemize @bullet
3658 @item
3659 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
3660 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
3661 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
3662 be supplied.
3663
3664 @cindex @code{neg}, canonicalization of
3665 @cindex @code{not}, canonicalization of
3666 @cindex @code{mult}, canonicalization of
3667 @cindex @code{plus}, canonicalization of
3668 @cindex @code{minus}, canonicalization of
3669 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
3670 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
3671 first operand.
3672
3673 @item
3674 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
3675 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
3676 the operations as far as possible.  For instance, 
3677 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
3678 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
3679 @code{(minus A (mult B C))}.
3680
3681 @cindex @code{compare}, canonicalization of
3682 @item
3683 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
3684 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
3685 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
3686 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
3687 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
3688 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
3689 such an instruction.
3690
3691 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
3692 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
3693 above.
3694
3695 @item
3696 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
3697 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
3698
3699 @item
3700 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
3701 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
3702
3703 @cindex @code{ior}, canonicalization of
3704 @cindex @code{and}, canonicalization of
3705 @cindex De Morgan's law
3706 @item
3707 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
3708 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
3709 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
3710
3711 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
3712 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
3713 for that instruction as
3714
3715 @example
3716 (define_insn ""
3717   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3718         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3719                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
3720   "@dots{}"
3721   "@dots{}")
3722 @end example
3723
3724 @noindent
3725 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
3726
3727 @example
3728 (define_insn ""
3729   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3730         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3731                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
3732   "@dots{}"
3733   "@dots{}")
3734 @end example
3735
3736 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
3737 logically equivalent RTL expressions.
3738
3739 @cindex @code{xor}, canonicalization of
3740 @item
3741 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
3742 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
3743 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
3744
3745 @item
3746 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
3747 the form
3748
3749 @example
3750 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
3751 @end example
3752
3753 @item
3754 On machines that do not use @code{cc0},
3755 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
3756 @var{x}.
3757
3758 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
3759 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
3760 @item
3761 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
3762 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
3763 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
3764
3765 @end itemize
3766
3767 @node Expander Definitions
3768 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
3769 @cindex expander definitions
3770 @cindex code generation RTL sequences
3771 @cindex defining RTL sequences for code generation
3772
3773 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
3774 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
3775 represent them.  For these target machines, you can write a
3776 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
3777
3778 @findex define_expand
3779 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
3780 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
3781 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
3782
3783 A @code{define_expand} RTX has four operands:
3784
3785 @itemize @bullet
3786 @item
3787 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
3788 use for it is to refer to it by name.
3789
3790 @item
3791 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
3792 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
3793 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
3794
3795 @item
3796 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
3797 used to express how the availability of this pattern depends on
3798 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
3799 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
3800 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
3801 depend on the data in the insn being matched, but only the
3802 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
3803 during initialization in order to learn exactly which named instructions
3804 are available in a particular run.
3805
3806 @item
3807 The preparation statements, a string containing zero or more C
3808 statements which are to be executed before RTL code is generated from
3809 the RTL template.
3810
3811 Usually these statements prepare temporary registers for use as
3812 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
3813 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
3814 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
3815 @end itemize
3816
3817 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
3818 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
3819 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
3820 it.
3821
3822 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
3823 also describes the operands that need to be specified when this pattern
3824 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
3825
3826 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
3827 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
3828 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
3829 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
3830 information to preload the operand into a register if that is required for
3831 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
3832 references should use @code{match_dup}.
3833
3834 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
3835 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
3836 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
3837 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
3838 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
3839 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
3840 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
3841 compute the values and store them into the appropriate elements of
3842 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
3843
3844 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
3845 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
3846 as a statement.
3847
3848 @table @code
3849
3850 @findex DONE
3851 @item DONE
3852 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
3853 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
3854 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
3855 preparation statements; the RTL template will not be generated.
3856
3857 @findex FAIL
3858 @item FAIL
3859 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
3860 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
3861 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
3862
3863 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
3864 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
3865 operations.
3866 @end table
3867
3868 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
3869 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
3870 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
3871 insn.
3872
3873 The RTL template is not used for matching, only for generating the
3874 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
3875 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
3876 list of operands, such as this example:
3877
3878 @smallexample
3879 @group
3880 (define_expand "addsi3"
3881   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3882    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3883    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
3884 @end group
3885 @group
3886   ""
3887   "
3888 @{
3889   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
3890   DONE;
3891 @}")
3892 @end group
3893 @end smallexample
3894
3895 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
3896
3897 @smallexample
3898 @group
3899 (define_expand "ashlsi3"
3900   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3901         (ashift:SI
3902 @end group
3903 @group
3904           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3905           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
3906   ""
3907   "
3908 @end group
3909 @end smallexample
3910
3911 @smallexample
3912 @group
3913 @{
3914   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
3915       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
3916     FAIL;
3917 @}")
3918 @end group
3919 @end smallexample
3920
3921 @noindent
3922 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
3923 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
3924 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
3925 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
3926 library call).
3927
3928 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
3929 patterns with names, then it would be possible to use a
3930 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
3931 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
3932
3933 @smallexample
3934 (define_expand "zero_extendhisi2"
3935   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
3936         (const_int 0))
3937    (set (strict_low_part
3938           (subreg:HI
3939             (match_dup 0)
3940             0))
3941         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
3942   ""
3943   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
3944 @end smallexample
3945
3946 @noindent
3947 @findex make_safe_from
3948 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
3949 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
3950 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
3951 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
3952 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
3953 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
3954 by emitting another RTL insn.
3955
3956 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
3957 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
3958 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
3959 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
3960 on this machine.  So it must be copied into a register with
3961 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
3962
3963 @smallexample
3964 (define_expand "zero_extendhisi2"
3965   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3966         (and:SI (subreg:SI
3967                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
3968                   0)
3969                 (match_dup 2)))]
3970   ""
3971   "operands[2]
3972      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
3973 @end smallexample
3974
3975 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
3976 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
3977 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
3978 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
3979 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
3980 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
3981 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
3982 in the compiler.
3983
3984 @node Insn Splitting
3985 @section Defining How to Split Instructions
3986 @cindex insn splitting
3987 @cindex instruction splitting
3988 @cindex splitting instructions
3989
3990 There are two cases where you should specify how to split a pattern
3991 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
3992 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
3993 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
3994 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
3995 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
3996 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
3997 cannot be placed into a delay slot.
3998
3999 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
4000 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
4001 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
4002 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
4003 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
4004 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
4005 scheduling.
4006
4007 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
4008 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
4009 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
4010 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
4011 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
4012 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
4013 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
4014 split the addition into two insns is machine-dependent.
4015
4016 @findex define_split
4017 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
4018 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
4019
4020 @smallexample
4021 (define_split
4022   [@var{insn-pattern}]
4023   "@var{condition}"
4024   [@var{new-insn-pattern-1}
4025    @var{new-insn-pattern-2}
4026    @dots{}]
4027   "@var{preparation-statements}")
4028 @end smallexample
4029
4030 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
4031 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
4032 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
4033 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
4034 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
4035 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
4036
4037 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
4038 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4039 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
4040 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
4041 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
4042 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
4043 must not allocate any space in the stack frame.
4044
4045 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
4046 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
4047 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
4048 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
4049 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
4050 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
4051 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
4052 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
4053 of those definitions.
4054
4055 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
4056 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
4057 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
4058
4059 @smallexample
4060 (define_split
4061   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4062         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
4063   ""
4064   [(set (match_dup 0)
4065         (ashift:SI (match_dup 1)
4066                    (const_int 16)))
4067    (set (match_dup 0)
4068         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
4069                      (const_int 16)))]
4070   "
4071 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
4072 @end smallexample
4073
4074 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
4075 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
4076 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
4077 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
4078 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
4079 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
4080 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
4081 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
4082 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
4083 @code{define_split} that will never produce insns that match).
4084
4085 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
4086 @file{rs6000.md}:
4087
4088 @smallexample
4089 (define_split
4090   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4091         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4092                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
4093   ""
4094   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
4095    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
4096 "
4097 @{
4098   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
4099   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
4100
4101   if (low & 0x8000)
4102     high++, low |= 0xffff0000;
4103
4104   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
4105   operands[4] = GEN_INT (low);
4106 @}")
4107 @end smallexample
4108
4109 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
4110 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
4111 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
4112 can be substituted into the address of a subsequent operation.
4113
4114 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
4115 an equality comparison of a register and a large constant:
4116
4117 @smallexample
4118 (define_split
4119   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
4120         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4121                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
4122    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
4123   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
4124    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
4125        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
4126   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
4127    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
4128   "
4129 @{
4130   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
4131      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
4132      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
4133
4134   int c = INTVAL (operands[2]);
4135   int sextc = (c << 16) >> 16;
4136   int xorv = c ^ sextc;
4137
4138   operands[4] = GEN_INT (xorv);
4139   operands[5] = GEN_INT (sextc);
4140 @}")
4141 @end smallexample
4142
4143 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
4144 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
4145 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
4146 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
4147 are not valid.
4148
4149 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
4150 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
4151 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
4152 several restriction apply.
4153
4154 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
4155 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
4156 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
4157 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
4158 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
4159 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump. An global variable
4160 @code{split_branch_probability} hold the probability of original branch in case
4161 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
4162 recomputing of edge frequencies, new sequence is required to have only
4163 forward jumps to the newly created labels.
4164
4165 @findex define_insn_and_split
4166 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
4167 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
4168 this:
4169
4170 @smallexample
4171 (define_insn_and_split
4172   [@var{insn-pattern}]
4173   "@var{condition}"
4174   "@var{output-template}"
4175   "@var{split-condition}"
4176   [@var{new-insn-pattern-1}
4177    @var{new-insn-pattern-2}
4178    @dots{}]
4179   "@var{preparation-statements}"
4180   [@var{insn-attributes}])
4181
4182 @end smallexample
4183
4184 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
4185 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
4186 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
4187 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
4188 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
4189 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
4190 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
4191 from i386.md:
4192
4193 @smallexample
4194 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
4195   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
4196      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
4197    (clobber (reg:CC 17))]
4198   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
4199   "#"
4200   "&& reload_completed"
4201   [(parallel [(set (match_dup 0)
4202                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
4203               (clobber (reg:CC 17))])]
4204   ""
4205   [(set_attr "type" "alu1")])
4206
4207 @end smallexample
4208
4209 In this case, the actual split condition will be
4210 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
4211
4212 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
4213 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
4214 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
4215 having to ensure the two patterns' templates match.
4216
4217 @node Including Patterns
4218 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
4219 @cindex insn includes
4220
4221 @findex include
4222 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
4223 look for patterns that are in files other than in the file
4224 @file{.md}. This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
4225
4226 It looks like:
4227
4228 @smallexample
4229
4230 (include
4231   @var{pathname})
4232 @end smallexample
4233
4234 For example:
4235
4236 @smallexample
4237
4238 (include "filestuff")
4239
4240 @end smallexample
4241
4242 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
4243 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}. The
4244 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
4245
4246
4247 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
4248 and placed into subdirectories.
4249
4250 By specifying:
4251
4252 @smallexample
4253
4254 (include "BOGUS/filestuff")
4255
4256 @end smallexample
4257
4258 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
4259
4260 Specifying an absolute path for the include file such as;
4261 @smallexample
4262
4263 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
4264
4265 @end smallexample
4266 is permitted but is not encouraged.
4267
4268 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
4269 @cindex directory options .md
4270 @cindex options, directory search
4271 @cindex search options
4272
4273 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
4274 For example:
4275
4276 @smallexample
4277
4278 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
4279
4280 @end smallexample
4281
4282
4283 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
4284 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
4285 file, substituting your own version, since these directories are
4286 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
4287 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
4288 order; the standard default directory come after.
4289
4290
4291 @node Peephole Definitions
4292 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
4293 @cindex peephole optimizer definitions
4294 @cindex defining peephole optimizers
4295
4296 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
4297 definitions of machine-specific peephole optimizations.
4298
4299 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
4300 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
4301 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
4302 though the second one does not appear to use a register computed in the
4303 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
4304 opportunities.
4305
4306 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
4307 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
4308 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
4309 is deprecated.
4310
4311 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
4312 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
4313 but before scheduling, which may result in much better code for
4314 targets that do scheduling.
4315
4316 @menu
4317 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
4318 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
4319 @end menu
4320
4321 @node define_peephole
4322 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
4323 @findex define_peephole
4324
4325 @need 1000
4326 A definition looks like this:
4327
4328 @smallexample
4329 (define_peephole
4330   [@var{insn-pattern-1}
4331    @var{insn-pattern-2}
4332    @dots{}]
4333   "@var{condition}"
4334   "@var{template}"
4335   "@var{optional-insn-attributes}")
4336 @end smallexample
4337
4338 @noindent
4339 The last string operand may be omitted if you are not using any
4340 machine-specific information in this machine description.  If present,
4341 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
4342
4343 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
4344 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
4345 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
4346 the next, and so on.
4347
4348 Each of the insns matched by a peephole must also match a
4349 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
4350 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
4351 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
4352 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
4353 stages.
4354
4355 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
4356 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
4357 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
4358 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
4359 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
4360 other.
4361
4362 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
4363 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
4364 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
4365 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
4366 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
4367
4368 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
4369 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
4370 previously tested.
4371
4372 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
4373 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
4374 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
4375 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
4376 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
4377 patterns.
4378
4379 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
4380 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
4381 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
4382 the operands.
4383
4384 @findex prev_active_insn
4385 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
4386 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
4387 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
4388 to refer to the last of the insns being matched; use
4389 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
4390
4391 @findex dead_or_set_p
4392 When optimizing computations with intermediate results, you can use
4393 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
4394 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
4395 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
4396 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
4397 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
4398 value (from @code{operands[@var{i}]}).
4399
4400 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
4401 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
4402 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
4403 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
4404 used in matching the original sequence of insns.
4405
4406 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
4407 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
4408 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
4409 as the insn pattern to control how the insn is output.
4410
4411 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
4412 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
4413
4414 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
4415
4416 @smallexample
4417 (define_peephole
4418   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
4419    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
4420         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
4421   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
4422 @{
4423   rtx xoperands[2];
4424   xoperands[1] = gen_rtx (REG, SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
4425 #ifdef MOTOROLA
4426   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
4427   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
4428   return "fmove.d (sp)+,%0";
4429 #else
4430   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
4431   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
4432   return "fmoved sp@@+,%0";
4433 #endif
4434 @})
4435 @end smallexample
4436
4437 @need 1000
4438 The effect of this optimization is to change
4439
4440 @smallexample
4441 @group
4442 jbsr _foobar
4443 addql #4,sp
4444 movel d1,sp@@-
4445 movel d0,sp@@-
4446 fmoved sp@@+,fp0
4447 @end group
4448 @end smallexample
4449
4450 @noindent
4451 into
4452
4453 @smallexample
4454 @group
4455 jbsr _foobar
4456 movel d1,sp@@
4457 movel d0,sp@@-
4458 fmoved sp@@+,fp0
4459 @end group
4460 @end smallexample
4461
4462 @ignore
4463 @findex CC_REVERSED
4464 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
4465 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
4466 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
4467 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
4468 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
4469 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
4470 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
4471 and in this C code check the condition code status flags and change the
4472 assembler code as appropriate.
4473 @end ignore
4474
4475 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
4476 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
4477 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
4478 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
4479 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
4480 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
4481 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
4482 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
4483 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
4484
4485 @smallexample
4486 (define_insn "divmodsi4"
4487   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4488         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4489                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4490    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4491         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
4492   "TARGET_68020"
4493   "divsl%.l %2,%3:%0")
4494 @end smallexample
4495
4496 @noindent
4497 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
4498
4499 @smallexample
4500 (define_peephole
4501   [@dots{}
4502    (parallel
4503     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4504           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4505                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4506      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4507           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
4508    @dots{}]
4509   @dots{})
4510 @end smallexample
4511
4512 @node define_peephole2
4513 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
4514 @findex define_peephole2
4515
4516 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
4517 substitute one sequence of instructions for another sequence,
4518 what additional scratch registers may be needed and what their
4519 lifetimes must be.
4520
4521 @smallexample
4522 (define_peephole2
4523   [@var{insn-pattern-1}
4524    @var{insn-pattern-2}
4525    @dots{}]
4526   "@var{condition}"
4527   [@var{new-insn-pattern-1}
4528    @var{new-insn-pattern-2}
4529    @dots{}]
4530   "@var{preparation-statements}")
4531 @end smallexample
4532
4533 The definition is almost identical to @code{define_split}
4534 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
4535 single instruction, but a sequence of instructions.
4536
4537 It is possible to request additional scratch registers for use in the
4538 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
4539 will simply not match.
4540
4541 @findex match_scratch
4542 @findex match_dup
4543 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
4544 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
4545 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
4546 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
4547 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
4548 at which the register must be available.
4549
4550 Here is an example from the IA-32 machine description:
4551
4552 @smallexample
4553 (define_peephole2
4554   [(match_scratch:SI 2 "r")
4555    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4556                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
4557                      [(match_dup 0)
4558                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
4559               (clobber (reg:CC 17))])]
4560   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
4561   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
4562    (parallel [(set (match_dup 0)
4563                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
4564               (clobber (reg:CC 17))])]
4565   "")
4566 @end smallexample
4567
4568 @noindent
4569 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
4570 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
4571 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
4572 to be live only at the point just before the arithmetic.
4573
4574 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
4575 so here's a silly made-up example:
4576
4577 @smallexample
4578 (define_peephole2
4579   [(match_scratch:SI 4 "r")
4580    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
4581    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
4582    (match_dup 4)
4583    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
4584   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
4585   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
4586    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
4587    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
4588    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
4589   "")
4590 @end smallexample
4591
4592 @noindent
4593 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
4594 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
4595 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
4596
4597 @node Insn Attributes
4598 @section Instruction Attributes
4599 @cindex insn attributes
4600 @cindex instruction attributes
4601
4602 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
4603 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
4604 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
4605 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
4606 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
4607 to track the condition codes.
4608
4609 @menu
4610 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
4611 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
4612 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
4613 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
4614 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
4615 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
4616 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
4617 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
4618 @end menu
4619
4620 @node Defining Attributes
4621 @subsection Defining Attributes and their Values
4622 @cindex defining attributes and their values
4623 @cindex attributes, defining
4624
4625 @findex define_attr
4626 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
4627 by the target machine.  It looks like:
4628
4629 @smallexample
4630 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
4631 @end smallexample
4632
4633 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
4634
4635 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
4636 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
4637 indicate that the attribute takes numeric values.
4638
4639 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
4640 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
4641 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
4642 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
4643 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
4644
4645 @findex insn-attr.h
4646 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
4647 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
4648 specified for an attribute, the following are defined:
4649
4650 @itemize @bullet
4651 @item
4652 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
4653
4654 @item
4655 An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
4656 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
4657 the attribute name and value are first converted to upper case.
4658
4659 @item
4660 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
4661 returns the attribute value for that insn.
4662 @end itemize
4663
4664 For example, if the following is present in the @file{md} file:
4665
4666 @smallexample
4667 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
4668 @end smallexample
4669
4670 @noindent
4671 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
4672
4673 @smallexample
4674 #define HAVE_ATTR_type
4675 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
4676                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
4677 extern enum attr_type get_attr_type ();
4678 @end smallexample
4679
4680 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
4681 defined and the function to obtain the attribute's value will return
4682 @code{int}.
4683
4684 @node Expressions
4685 @subsection Attribute Expressions
4686 @cindex attribute expressions
4687
4688 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
4689 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
4690 Attribute value expressions must have one of the following forms:
4691
4692 @table @code
4693 @cindex @code{const_int} and attributes
4694 @item (const_int @var{i})
4695 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
4696 must be non-negative.
4697
4698 The value of a numeric attribute can be specified either with a
4699 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
4700 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
4701 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
4702 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
4703
4704 @cindex @code{const_string} and attributes
4705 @item (const_string @var{value})
4706 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
4707 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
4708 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
4709 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
4710 of a @code{define_attr}.
4711
4712 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
4713 must be a string containing a non-negative integer (normally
4714 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
4715 contain one of the valid values for the attribute.
4716
4717 @cindex @code{if_then_else} and attributes
4718 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
4719 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
4720 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
4721 otherwise it is @var{false-value}.
4722
4723 @cindex @code{cond} and attributes
4724 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
4725 The first operand of this expression is a vector containing an even
4726 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
4727 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
4728 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
4729 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
4730 expression is that of the @var{default} expression.
4731 @end table
4732
4733 @var{test} expressions can have one of the following forms:
4734
4735 @table @code
4736 @cindex @code{const_int} and attribute tests
4737 @item (const_int @var{i})
4738 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
4739
4740 @cindex @code{not} and attributes
4741 @cindex @code{ior} and attributes
4742 @cindex @code{and} and attributes
4743 @item (not @var{test})
4744 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
4745 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
4746 These tests are true if the indicated logical function is true.
4747
4748 @cindex @code{match_operand} and attributes
4749 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
4750 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
4751 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
4752 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
4753 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
4754 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
4755 string).
4756
4757 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
4758
4759 @cindex @code{le} and attributes
4760 @cindex @code{leu} and attributes
4761 @cindex @code{lt} and attributes
4762 @cindex @code{gt} and attributes
4763 @cindex @code{gtu} and attributes
4764 @cindex @code{ge} and attributes
4765 @cindex @code{geu} and attributes
4766 @cindex @code{ne} and attributes
4767 @cindex @code{eq} and attributes
4768 @cindex @code{plus} and attributes
4769 @cindex @code{minus} and attributes
4770 @cindex @code{mult} and attributes
4771 @cindex @code{div} and attributes
4772 @cindex @code{mod} and attributes
4773 @cindex @code{abs} and attributes
4774 @cindex @code{neg} and attributes
4775 @cindex @code{ashift} and attributes
4776 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
4777 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
4778 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
4779 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
4780 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
4781 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
4782 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
4783 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
4784 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
4785 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
4786 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
4787 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
4788 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
4789 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
4790 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
4791 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
4792 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
4793
4794 @findex get_attr
4795 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
4796 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
4797 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
4798 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
4799 variable.
4800
4801 @findex eq_attr
4802 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
4803 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
4804
4805 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
4806 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
4807 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
4808 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
4809 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
4810 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
4811 @emph{not} in the specified list.
4812
4813 For example,
4814
4815 @smallexample
4816 (eq_attr "type" "load,store")
4817 @end smallexample
4818
4819 @noindent
4820 is equivalent to
4821
4822 @smallexample
4823 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
4824 @end smallexample
4825
4826 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
4827 value of the compiler variable @code{which_alternative}
4828 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
4829 example,
4830
4831 @smallexample
4832 (eq_attr "alternative" "2,3")
4833 @end smallexample
4834
4835 @noindent
4836 is equivalent to
4837
4838 @smallexample
4839 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
4840      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
4841 @end smallexample
4842
4843 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
4844 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
4845 a particular pattern.  This is by far the most common case.
4846
4847 @findex attr_flag
4848 @item (attr_flag @var{name})
4849 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
4850 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
4851 scheduled.
4852
4853 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
4854 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
4855 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
4856 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
4857 if a conditional branch is expected to be taken.
4858
4859 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
4860 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
4861
4862 This example describes a conditional branch delay slot which
4863 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
4864 for backward branches which are not taken (annul-false).
4865
4866 @smallexample
4867 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
4868   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
4869    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4870         (attr_flag "forward"))
4871    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4872         (attr_flag "backward"))])
4873 @end smallexample
4874
4875 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
4876 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4877
4878 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
4879 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4880 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
4881 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4882
4883 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
4884 meaning to other passes of the compiler.
4885
4886 @findex attr
4887 @item (attr @var{name})
4888 The value of another attribute is returned.  This is most useful
4889 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
4890 produce more efficient code for non-numeric attributes.
4891 @end table
4892
4893 @node Tagging Insns
4894 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
4895 @cindex tagging insns
4896 @cindex assigning attribute values to insns
4897
4898 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
4899 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
4900 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
4901 have an optional last argument to specify the values of attributes for
4902 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
4903 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
4904 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
4905 permits the specification of the values for only one or two attributes
4906 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
4907 next section.
4908
4909 The optional last argument of @code{define_insn} and
4910 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
4911 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
4912 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
4913 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
4914 second operand of the @code{set} is an attribute expression
4915 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
4916
4917 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
4918 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
4919 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
4920 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
4921 each alternative.
4922
4923 @findex set_attr
4924 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
4925 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
4926 specifying a string giving either a single attribute value or a list
4927 of attribute values, one for each alternative.
4928
4929 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
4930 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
4931
4932 @table @code
4933 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
4934 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
4935 or a string containing a comma-separated list giving the values for
4936 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
4937 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
4938
4939 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
4940 which case the attribute will assume its default value for insns matching
4941 that alternative.
4942
4943 @findex set_attr_alternative
4944 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
4945 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
4946 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
4947 tests on the @samp{alternative} attribute.
4948
4949 @findex attr
4950 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
4951 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
4952 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
4953 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
4954 @end table
4955
4956 The following shows three different ways of representing the same
4957 attribute value specification:
4958
4959 @smallexample
4960 (set_attr "type" "load,store,arith")
4961
4962 (set_attr_alternative "type"
4963                       [(const_string "load") (const_string "store")
4964                        (const_string "arith")])
4965
4966 (set (attr "type")
4967      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
4968             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
4969            (const_string "arith")))
4970 @end smallexample
4971
4972 @need 1000
4973 @findex define_asm_attributes
4974 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
4975 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
4976 statement.  It has the form:
4977
4978 @smallexample
4979 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
4980 @end smallexample
4981
4982 @noindent
4983 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
4984 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
4985
4986 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
4987 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
4988
4989 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
4990 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
4991 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
4992 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
4993 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
4994 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
4995 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
4996 of a single machine instruction.
4997
4998 @node Attr Example
4999 @subsection Example of Attribute Specifications
5000 @cindex attribute specifications example
5001 @cindex attribute specifications
5002
5003 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
5004 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
5005 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
5006 value.  This attribute is normally used only to define the default value
5007 for other attributes.  An example will clarify this usage.
5008
5009 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
5010 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
5011 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
5012 operations, floating point operations, and branches.
5013
5014 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
5015 the condition code and will limit ourselves to the following possible
5016 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
5017 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
5018 changed if the item previously set into the condition code has been
5019 modified.
5020
5021 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
5022
5023 @smallexample
5024 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
5025
5026 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
5027              (cond [(eq_attr "type" "load")
5028                         (const_string "change0")
5029                     (eq_attr "type" "store,branch")
5030                         (const_string "unchanged")
5031                     (eq_attr "type" "arith")
5032                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
5033                                       (const_string "set")
5034                                       (const_string "clobber"))]
5035                    (const_string "clobber")))
5036
5037 (define_insn ""
5038   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
5039         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
5040   ""
5041   "@@
5042    move %0,%1
5043    load %0,%1
5044    store %0,%1"
5045   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
5046 @end smallexample
5047
5048 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
5049 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
5050 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
5051 full-word result.
5052
5053 @node Insn Lengths
5054 @subsection Computing the Length of an Insn
5055 @cindex insn lengths, computing
5056 @cindex computing the length of an insn
5057
5058 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
5059 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
5060 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
5061 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
5062 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
5063 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
5064
5065 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
5066 arithmetic terms are allowed in test expressions:
5067
5068 @table @code
5069 @cindex @code{match_dup} and attributes
5070 @item (match_dup @var{n})
5071 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
5072 must be a @code{label_ref}.
5073
5074 @cindex @code{pc} and attributes
5075 @item (pc)
5076 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
5077 been more consistent with other usage to make this the address of the
5078 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
5079 current insn is to be computed.
5080 @end table
5081
5082 @cindex @code{addr_vec}, length of
5083 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
5084 For normal insns, the length will be determined by value of the
5085 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
5086 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
5087 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
5088
5089 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
5090
5091 The following macros can be used to refine the length computation:
5092
5093 @table @code
5094 @findex FIRST_INSN_ADDRESS
5095 @item FIRST_INSN_ADDRESS
5096 When the @code{length} insn attribute is used, this macro specifies the
5097 value to be assigned to the address of the first insn in a function.  If
5098 not specified, 0 is used.
5099
5100 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
5101 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
5102 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
5103 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
5104 that contains the initially computed length of the insn and should be
5105 updated with the correct length of the insn.
5106
5107 This macro will normally not be required.  A case in which it is
5108 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
5109 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
5110 may be required.
5111 @end table
5112
5113 @findex get_attr_length
5114 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
5115 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
5116 determine the form of the branch instruction to be written, as the
5117 example below illustrates.
5118
5119 As an example of the specification of variable-length branches, consider
5120 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
5121 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
5122 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
5123 sequence to load the address from memory and then branch to it.
5124
5125 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
5126 as follows:
5127
5128 @smallexample
5129 (define_insn "jump"
5130   [(set (pc)
5131         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
5132   ""
5133 @{
5134    return (get_attr_length (insn) == 4
5135            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
5136 @}
5137   [(set (attr "length")
5138         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
5139                       (const_int 4)
5140                       (const_int 6)))])
5141 @end smallexample
5142
5143 @node Constant Attributes
5144 @subsection Constant Attributes
5145 @cindex constant attributes
5146
5147 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
5148 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
5149 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
5150 used to specify which variety of processor is used.  For example,
5151
5152 @smallexample
5153 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
5154  (const
5155   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
5156          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
5157         (const_string "m88000"))))
5158
5159 (define_attr "memory" "fast,slow"
5160  (const
5161   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
5162                 (const_string "fast")
5163                 (const_string "slow"))))
5164 @end smallexample
5165
5166 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
5167 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
5168 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
5169 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
5170 forms involving insn attributes.
5171
5172 @node Delay Slots
5173 @subsection Delay Slot Scheduling
5174 @cindex delay slots, defining
5175
5176 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
5177 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
5178 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
5179 after the instruction are executed as if they were located before it.
5180 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
5181 the following instruction before the branch or call is performed.
5182
5183 On some machines, conditional branch instructions can optionally
5184 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
5185 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
5186 instructions that annul if the branch is true and instructions that
5187 annul if the branch is false are supported.
5188
5189 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
5190 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
5191 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
5192 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
5193 instruction scheduling.
5194
5195 @findex define_delay
5196 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
5197 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
5198
5199 @smallexample
5200 (define_delay @var{test}
5201               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
5202                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
5203                @dots{}])
5204 @end smallexample
5205
5206 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
5207 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
5208 required delay slots is determined by the length of the vector specified
5209 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
5210 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
5211 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
5212 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
5213 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
5214 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
5215
5216 For example, in the common case where branch and call insns require
5217 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
5218 call, the following would be placed in the @file{md} file:
5219
5220 @smallexample
5221 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
5222               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5223 @end smallexample
5224
5225 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
5226 case, each such expression specifies different delay slot requirements
5227 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
5228 expressions are both true.
5229
5230 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
5231 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
5232 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
5233 branch is true, we might represent this as follows:
5234
5235 @smallexample
5236 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
5237    [(eq_attr "type" "!branch,call")
5238     (eq_attr "type" "!branch,call")
5239     (nil)])
5240
5241 (define_delay (eq_attr "type" "call")
5242               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
5243                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5244 @end smallexample
5245 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
5246
5247 @node Processor pipeline description
5248 @subsection Specifying processor pipeline description
5249 @cindex processor pipeline description
5250 @cindex processor functional units
5251 @cindex instruction latency time
5252 @cindex interlock delays
5253 @cindex data dependence delays
5254 @cindex reservation delays
5255 @cindex pipeline hazard recognizer
5256 @cindex automaton based pipeline description
5257 @cindex regular expressions
5258 @cindex deterministic finite state automaton
5259 @cindex automaton based scheduler
5260 @cindex RISC
5261 @cindex VLIW
5262
5263 To achieve better performance, most modern processors
5264 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
5265 processors) have many @dfn{functional units} on which several
5266 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
5267 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
5268 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
5269 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
5270 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g. for some
5271 MIPS processors).
5272
5273 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
5274 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
5275 latency time}.  The instruction execution is not started until all
5276 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
5277 complex cases when the instruction execution starts even when the data
5278 are not availaible but will be ready in given time after the
5279 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
5280 account is simple.  The data dependence (true, output, and
5281 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
5282 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
5283 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
5284 means that two instructions under execution will be in need of shared
5285 processors resources, i.e. buses, internal registers, and/or
5286 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
5287 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
5288 processors.
5289
5290 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
5291 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
5292 instruction scheduler has to have an adequate description of the
5293 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  Currently GCC 
5294 provides two alternative ways to describe processor parallelism,
5295 both described below.  The first method is outlined in the next section;
5296 it was once the only method provided by GCC, and thus is used in a number
5297 of exiting ports.  The second, and preferred method, specifies functional
5298 unit reservations for groups of instructions with the aid of @dfn{regular
5299 expressions}.  This is called the @dfn{automaton based description}.    
5300
5301 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
5302 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
5303 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
5304 automatically generated from the processor pipeline description.  The
5305 pipeline hazard recognizer generated from the automaton based
5306 description is more sophisticated and based on a deterministic finite
5307 state automaton (@acronym{DFA}) and therefore faster than one
5308 generated from the old description.  Furthermore, its speed is not dependent
5309 on processor complexity.  The instruction issue is possible if there is
5310 a transition from one automaton state to another one.
5311
5312 You can use any model to describe processor pipeline characteristics
5313 or even a mix of them.  You could use the old description for some
5314 processor submodels and the @acronym{DFA}-based one for the rest
5315 processor submodels.
5316
5317 In general, the usage of the automaton based description is more
5318 preferable.  Its model is more rich.  It permits to describe more
5319 accurately pipeline characteristics of processors which results in
5320 improving code quality (although sometimes only on several percent
5321 fractions).  It will be also used as an infrastructure to implement
5322 sophisticated and practical insn scheduling which will try many
5323 instruction sequences to choose the best one.
5324
5325
5326 @menu
5327 * Old pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
5328 * Automaton pipeline description:: Describing insn pipeline characteristics.
5329 * Comparison of the two descriptions:: Drawbacks of the old pipeline description
5330 @end menu
5331
5332 @node Old pipeline description
5333 @subsubsection Specifying Function Units
5334 @cindex old pipeline description
5335 @cindex function units, for scheduling
5336
5337 On most @acronym{RISC} machines, there are instructions whose results
5338 are not available for a specific number of cycles.  Common cases are
5339 instructions that load data from memory.  On many machines, a pipeline
5340 stall will result if the data is referenced too soon after the load
5341 instruction.
5342
5343 In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
5344 one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
5345 stalls when a result that is needed is not yet ready.
5346
5347 The descriptions in this section allow the specification of how much
5348 time must elapse between the execution of an instruction and the time
5349 when its result is used.  It also allows specification of when the
5350 execution of an instruction will delay execution of similar instructions
5351 due to function unit conflicts.
5352
5353 For the purposes of the specifications in this section, a machine is
5354 divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
5355 class of instructions in first-in-first-out order.  Function units
5356 that accept one instruction each cycle and allow a result to be used
5357 in the succeeding instruction (usually via forwarding) need not be
5358 specified.  Classic @acronym{RISC} microprocessors will normally have
5359 a single function unit, which we can call @samp{memory}.  The newer
5360 ``superscalar'' processors will often have function units for floating
5361 point operations, usually at least a floating point adder and
5362 multiplier.
5363
5364 @findex define_function_unit
5365 Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
5366 @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
5367
5368 @smallexample
5369 (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
5370                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
5371                      [@var{conflict-list}])
5372 @end smallexample
5373
5374 @var{name} is a string giving the name of the function unit.
5375
5376 @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
5377 units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
5378 be scheduled independently.  Only truly independent units should be
5379 counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
5380 only common example of a machine that has multiple function units for a
5381 single instruction class that are truly independent and not pipelined
5382 are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
5383
5384 @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
5385 executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
5386 if the unit is pipelined and has no limit.
5387
5388 All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
5389 @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
5390 @var{simultaneity}.
5391
5392 @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
5393 in this definition.  Note that an insn may use more than one function
5394 unit and a function unit may be specified in more than one
5395 @code{define_function_unit}.
5396
5397 @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5398 after which the result of the instruction can be used without
5399 introducing any stalls.
5400
5401 @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5402 after the instruction matching the @var{test} expression begins using
5403 this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
5404 indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
5405 be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
5406 value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
5407 @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
5408 For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
5409 unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
5410 insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
5411
5412 @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
5413 for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
5414 to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
5415 particular insn matching @var{test} that is already executing in
5416 @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
5417 conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
5418 specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
5419 function unit.
5420
5421 Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
5422 pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
5423 where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
5424
5425 As an example, consider a classic @acronym{RISC} machine where the
5426 result of a load instruction is not available for two cycles (a single
5427 ``delay'' instruction is required) and where only one load instruction
5428 can be executed simultaneously.  This would be specified as:
5429
5430 @smallexample
5431 (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
5432 @end smallexample
5433
5434 For the case of a floating point function unit that can pipeline either
5435 single or double precision, but not both, the following could be specified:
5436
5437 @smallexample
5438 (define_function_unit
5439    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
5440 (define_function_unit
5441    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
5442 @end smallexample
5443
5444 @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
5445 and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
5446 expression.  It has recently come to our attention that these
5447 specifications may not allow modeling of some of the newer
5448 ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
5449 units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
5450 used during their execution and there is no way of representing that
5451 conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
5452 in such processors and suggestions for their representation.
5453
5454 @node Automaton pipeline description
5455 @subsubsection Describing instruction pipeline characteristics
5456 @cindex automaton based pipeline description
5457
5458 This section describes constructions of the automaton based processor
5459 pipeline description.  The order of all mentioned below constructions
5460 in the machine description file is not important.
5461
5462 @findex define_automaton
5463 @cindex pipeline hazard recognizer
5464 The following optional construction describes names of automata
5465 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
5466 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
5467 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
5468 units to the automata, the summary size of the automata usually is
5469 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
5470 construction, only one finite state automaton is generated.
5471
5472 @smallexample
5473 (define_automaton @var{automata-names})
5474 @end smallexample
5475
5476 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
5477 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
5478 The automaton name is used in construction @code{define_cpu_unit} and
5479 @code{define_query_cpu_unit}.
5480
5481 @findex define_cpu_unit
5482 @cindex processor functional units
5483 Each processor functional unit used in description of instruction
5484 reservations should be described by the following construction.
5485
5486 @smallexample
5487 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5488 @end smallexample
5489
5490 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
5491 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
5492 for other goals.
5493
5494 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5495 which the unit is bound.  The automaton should be described in
5496 construction @code{define_automaton}.  You should give
5497 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
5498
5499 @findex define_query_cpu_unit
5500 @cindex querying function unit reservations
5501 The following construction describes CPU functional units analogously
5502 to @code{define_cpu_unit}.  If we use automata without their
5503 minimization, the reservation of such units can be queried for an
5504 automaton state.  The instruction scheduler never queries reservation
5505 of functional units for given automaton state.  So as a rule, you
5506 don't need this construction.  This construction could be used for
5507 future code generation goals (e.g. to generate @acronym{VLIW} insn
5508 templates).
5509
5510 @smallexample
5511 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5512 @end smallexample
5513
5514 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
5515 separated by commas.
5516
5517 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5518 which the unit is bound.
5519
5520 @findex define_insn_reservation
5521 @cindex instruction latency time
5522 @cindex regular expressions
5523 @cindex data bypass
5524 The following construction is the major one to describe pipeline
5525 characteristics of an instruction.
5526
5527 @smallexample
5528 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
5529                          @var{condition} @var{regexp})
5530 @end smallexample
5531
5532 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
5533 instruction.  There is an important difference between the old
5534 description and the automaton based pipeline description.  The latency
5535 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
5536 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
5537 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
5538 zero and the cost of output dependencies is the difference between
5539 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
5540 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
5541 change the default costs for any description by using the target hook
5542 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
5543
5544 @var{insn-names} is a string giving the internal name of the insn.  The
5545 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
5546 the automaton description file generated for debugging.  The internal
5547 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
5548 good practice to use insn classes described in the processor manual.
5549
5550 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
5551 construction.  You should remember that you will be in trouble if
5552 @var{condition} for two or more different
5553 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
5554 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
5555 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
5556 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
5557 the same value is quite difficult (especially if the conditions
5558 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
5559 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
5560 recognizer considerably.
5561
5562 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
5563 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
5564 expression according to the following syntax:
5565
5566 @smallexample
5567        regexp = regexp "," oneof
5568               | oneof
5569
5570        oneof = oneof "|" allof
5571              | allof
5572
5573        allof = allof "+" repeat
5574              | repeat
5575  
5576        repeat = element "*" number
5577               | element
5578
5579        element = cpu_function_unit_name
5580                | reservation_name
5581                | result_name
5582                | "nothing"
5583                | "(" regexp ")"
5584 @end smallexample
5585
5586 @itemize @bullet
5587 @item
5588 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
5589 the reservation.
5590
5591 @item
5592 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
5593 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
5594 regular expression @strong{or} etc.
5595
5596 @item
5597 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
5598 regular expression @strong{and} a reservation described by the
5599 second regular expression @strong{and} etc.
5600
5601 @item
5602 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
5603 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
5604 advancing (see @samp{,}).
5605
5606 @item
5607 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
5608 functional unit.
5609
5610 @item
5611 @samp{reservation_name} --- see description of construction
5612 @samp{define_reservation}.
5613
5614 @item
5615 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
5616 @end itemize
5617
5618 @findex define_reservation
5619 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
5620 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
5621 the common part by the following construction
5622
5623 @smallexample
5624 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
5625 @end smallexample
5626
5627 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
5628 Functional unit names and reservation names are in the same name
5629 space.  So the reservation names should be different from the
5630 functional unit names and can not be reserved name @samp{nothing}.
5631
5632 @findex define_bypass
5633 @cindex instruction latency time
5634 @cindex data bypass
5635 The following construction is used to describe exceptions in the
5636 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
5637
5638 @smallexample
5639 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
5640                [@var{guard}])
5641 @end smallexample
5642
5643 @var{number} defines when the result generated by the instructions
5644 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
5645 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
5646 the string are separated by commas.
5647
5648 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
5649 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
5650 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
5651 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
5652 recognize complicated bypasses, e.g. when the consumer is only an address
5653 of insn @samp{store} (not a stored value).
5654
5655 @findex exclusion_set
5656 @findex presence_set
5657 @findex absence_set
5658 @cindex VLIW
5659 @cindex RISC
5660 Usually the following three constructions are used to describe
5661 @acronym{VLIW} processors (more correctly to describe a placement of
5662 small insns into @acronym{VLIW} insn slots).  Although they can be
5663 used for @acronym{RISC} processors too.
5664
5665 @smallexample
5666 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
5667 (presence_set @var{unit-names} @var{unit-names})
5668 (absence_set @var{unit-names} @var{unit-names})
5669 @end smallexample
5670
5671 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
5672 separated by commas.
5673
5674 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
5675 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
5676 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
5677 example, the construction is useful for describing processors
5678 (e.g. some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
5679 functional unit which can execute simultaneously only single floating
5680 point insns or only double floating point insns.
5681
5682 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
5683 functional unit in the first string can not be reserved unless at
5684 least one of units whose names are in the second string is reserved.
5685 This is an asymmetric relation.  For example, it is useful for
5686 description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
5687 @samp{slot0} reservation.
5688
5689 The third construction (@samp{absence_set}) means that each functional
5690 unit in the first string can be reserved only if each unit whose name
5691 is in the second string is not reserved.  This is an asymmetric
5692 relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to this one but
5693 it is symmetric).  For example, it is useful for description that
5694 @acronym{VLIW} @samp{slot0} can not be reserved after @samp{slot1} or
5695 @samp{slot2} reservation.
5696
5697 All functional units mentioned in a set should belong to the same
5698 automaton.
5699
5700 @findex automata_option
5701 @cindex deterministic finite state automaton
5702 @cindex nondeterministic finite state automaton
5703 @cindex finite state automaton minimization
5704 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
5705 the following construction.
5706
5707 @smallexample
5708 (automata_option @var{options})
5709 @end smallexample
5710
5711 @var{options} is a string giving options which affect the generated
5712 code.  Currently there are the following options:
5713
5714 @itemize @bullet
5715 @item
5716 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
5717 only worth to do when we are going to query CPU functional unit
5718 reservations in an automaton state.
5719
5720 @item
5721 @dfn{time} means printing additional time statistics about
5722 generation of automata.
5723
5724 @item
5725 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
5726 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
5727 verification and debugging.
5728
5729 @item
5730 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
5731 non-critical errors.
5732
5733 @item
5734 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
5735 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
5736 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
5737 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
5738 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
5739 may be rejected by reservations in the subsequent insns.  You can not
5740 query functional unit reservations in nondeterministic automaton
5741 states.
5742 @end itemize
5743
5744 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
5745 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
5746 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
5747 the following functional units.
5748
5749 @smallexample
5750 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
5751 (define_cpu_unit "port0, port1")
5752 @end smallexample
5753
5754 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
5755 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
5756 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
5757 are issued into the second pipeline.  Integer division and
5758 multiplication insns can be executed only in the second integer
5759 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
5760 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e. the subsequent
5761 integer division insn can not be issued until the current division
5762 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
5763 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
5764 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
5765 incurred.  To describe all of this we could specify
5766
5767 @smallexample
5768 (define_cpu_unit "div")
5769
5770 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "cpu" "int")
5771                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
5772
5773 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "cpu" "mult")
5774                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
5775
5776 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "cpu" "div")
5777                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
5778
5779 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "cpu" "float")
5780                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
5781
5782 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
5783 @end smallexample
5784
5785 To simplify the description we could describe the following reservation
5786
5787 @smallexample
5788 (define_reservation "finish" "port0|port1")
5789 @end smallexample
5790
5791 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
5792 construction
5793
5794 @smallexample
5795 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "cpu" "int")
5796                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
5797 @end smallexample
5798
5799
5800 @node Comparison of the two descriptions
5801 @subsubsection Drawbacks of the old pipeline description
5802 @cindex old pipeline description
5803 @cindex automaton based pipeline description
5804 @cindex processor functional units
5805 @cindex interlock delays
5806 @cindex instruction latency time
5807 @cindex pipeline hazard recognizer
5808 @cindex data bypass
5809
5810 The old instruction level parallelism description and the pipeline
5811 hazards recognizer based on it have the following drawbacks in
5812 comparison with the @acronym{DFA}-based ones:
5813   
5814 @itemize @bullet
5815 @item
5816 Each functional unit is believed to be reserved at the instruction
5817 execution start.  This is a very inaccurate model for modern
5818 processors.
5819
5820 @item
5821 An inadequate description of instruction latency times.  The latency
5822 time is bound with a functional unit reserved by an instruction not
5823 with the instruction itself.  In other words, the description is
5824 oriented to describe at most one unit reservation by each instruction.
5825 It also does not permit to describe special bypasses between
5826 instruction pairs.
5827
5828 @item
5829 The implementation of the pipeline hazard recognizer interface has
5830 constraints on number of functional units.  This is a number of bits
5831 in integer on the host machine.
5832
5833 @item
5834 The interface to the pipeline hazard recognizer is more complex than
5835 one to the automaton based pipeline recognizer.
5836
5837 @item
5838 An unnatural description when you write a unit and a condition which
5839 selects instructions using the unit.  Writing all unit reservations
5840 for an instruction (an instruction class) is more natural.
5841
5842 @item
5843 The recognition of the interlock delays has a slow implementation.  The GCC
5844 scheduler supports structures which describe the unit reservations.
5845 The more functional units a processor has, the slower its pipeline hazard
5846 recognizer will be.  Such an implementation would become even slower when we
5847 allowed to
5848 reserve functional units not only at the instruction execution start.
5849 In an automaton based pipeline hazard recognizer, speed is not dependent
5850 on processor complexity.
5851 @end itemize
5852
5853 @node Conditional Execution
5854 @section Conditional Execution
5855 @cindex conditional execution
5856 @cindex predication
5857
5858 A number of architectures provide for some form of conditional
5859 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
5860 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
5861 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
5862 can be quite tedious to describe these forms directly in the
5863 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
5864
5865 @findex define_cond_exec
5866 @smallexample
5867 (define_cond_exec
5868   [@var{predicate-pattern}]
5869   "@var{condition}"
5870   "@var{output-template}")
5871 @end smallexample
5872
5873 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
5874 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
5875 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
5876 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
5877 alternative.
5878
5879 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
5880 pattern to match.
5881
5882 @findex current_insn_predicate
5883 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
5884 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
5885 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
5886 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
5887 In order to handle the general case, there is a global variable
5888 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
5889 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
5890
5891 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
5892 the @code{predicable} instruction attribute is made.
5893 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
5894 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
5895 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
5896 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
5897 alternative or anything else.
5898
5899 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
5900 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
5901 generated that matches a predicated version of the instruction.
5902 For example,
5903
5904 @smallexample
5905 (define_insn "addsi"
5906   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
5907         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
5908                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
5909   "@var{test1}"
5910   "add %2,%1,%0")
5911
5912 (define_cond_exec
5913   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
5914        (const_int 0))]
5915   "@var{test2}"
5916   "(%0)")
5917 @end smallexample
5918
5919 @noindent
5920 generates a new pattern
5921
5922 @smallexample
5923 (define_insn ""
5924   [(cond_exec
5925      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
5926      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
5927           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
5928                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
5929   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
5930   "(%3) add %2,%1,%0")
5931 @end smallexample
5932
5933 @node Constant Definitions
5934 @section Constant Definitions
5935 @cindex constant definitions
5936 @findex define_constants
5937
5938 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
5939 can be a maintenance problem.
5940
5941 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
5942 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
5943 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
5944 if the corresponding value had been written instead.  You may use
5945 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
5946 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
5947 a different value.
5948
5949 To come back to the a29k load multiple example, instead of
5950
5951 @smallexample
5952 (define_insn ""
5953   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
5954      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
5955            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
5956       (use (reg:SI 179))
5957       (clobber (reg:SI 179))])]
5958   ""
5959   "loadm 0,0,%1,%2")
5960 @end smallexample
5961
5962 You could write:
5963
5964 @smallexample
5965 (define_constants [
5966     (R_BP 177)
5967     (R_FC 178)
5968     (R_CR 179)
5969     (R_Q  180)
5970 ])
5971
5972 (define_insn ""
5973   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
5974      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
5975            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
5976       (use (reg:SI R_CR))
5977       (clobber (reg:SI R_CR))])]
5978   ""
5979   "loadm 0,0,%1,%2")
5980 @end smallexample
5981
5982 The constants that are defined with a define_constant are also output
5983 in the insn-codes.h header file as #defines.
5984 @end ifset