gcc/config/i386/driver-i386.c

   1 /* Subroutines for the gcc driver.
   2    Copyright (C) 2006, 2007, 2008, 2010 Free Software Foundation, Inc.
   3
   4 This file is part of GCC.
   5
   6 GCC is free software; you can redistribute it and/or modify
   7 it under the terms of the GNU General Public License as published by
   8 the Free Software Foundation; either version 3, or (at your option)
   9 any later version.
  10
  11 GCC is distributed in the hope that it will be useful,
  12 but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13 MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14 GNU General Public License for more details.
  15
  16 You should have received a copy of the GNU General Public License
  17 along with GCC; see the file COPYING3.  If not see
  18 <http://www.gnu.org/licenses/>.  */
  19
  20 #include "config.h"
  21 #include "system.h"
  22 #include "coretypes.h"
  23 #include "tm.h"
  24
  25 const char *host_detect_local_cpu (int argc, const char **argv);
  26
  27 #ifdef __GNUC__
  28 #include "cpuid.h"
  29
  30 struct cache_desc
  31 {
  32   unsigned sizekb;
  33   unsigned assoc;
  34   unsigned line;
  35 };
  36
  37 /* Returns command line parameters that describe size and
  38    cache line size of the processor caches.  */
  39
  40 static char *
  41 describe_cache (struct cache_desc level1, struct cache_desc level2)
  42 {
  43   char size[100], line[100], size2[100];
  44
  45   /* At the moment, gcc does not use the information
  46      about the associativity of the cache.  */
  47
  48   snprintf (size, sizeof (size),
  49             "--param l1-cache-size=%u ", level1.sizekb);
  50   snprintf (line, sizeof (line),
  51             "--param l1-cache-line-size=%u ", level1.line);
  52
  53   snprintf (size2, sizeof (size2),
  54             "--param l2-cache-size=%u ", level2.sizekb);
  55
  56   return concat (size, line, size2, NULL);
  57 }
  58
  59 /* Detect L2 cache parameters using CPUID extended function 0x80000006.  */
  60
  61 static void
  62 detect_l2_cache (struct cache_desc *level2)
  63 {
  64   unsigned eax, ebx, ecx, edx;
  65   unsigned assoc;
  66
  67   __cpuid (0x80000006, eax, ebx, ecx, edx);
  68
  69   level2->sizekb = (ecx >> 16) & 0xffff;
  70   level2->line = ecx & 0xff;
  71
  72   assoc = (ecx >> 12) & 0xf;
  73   if (assoc == 6)
  74     assoc = 8;
  75   else if (assoc == 8)
  76     assoc = 16;
  77   else if (assoc >= 0xa && assoc <= 0xc)
  78     assoc = 32 + (assoc - 0xa) * 16;
  79   else if (assoc >= 0xd && assoc <= 0xe)
  80     assoc = 96 + (assoc - 0xd) * 32;
  81
  82   level2->assoc = assoc;
  83 }
  84
  85 /* Returns the description of caches for an AMD processor.  */
  86
  87 static const char *
  88 detect_caches_amd (unsigned max_ext_level)
  89 {
  90   unsigned eax, ebx, ecx, edx;
  91
  92   struct cache_desc level1, level2 = {0, 0, 0};
  93
  94   if (max_ext_level < 0x80000005)
  95     return "";
  96
  97   __cpuid (0x80000005, eax, ebx, ecx, edx);
  98
  99   level1.sizekb = (ecx >> 24) & 0xff;
 100   level1.assoc = (ecx >> 16) & 0xff;
 101   level1.line = ecx & 0xff;
 102
 103   if (max_ext_level >= 0x80000006)
 104     detect_l2_cache (&level2);
 105
 106   return describe_cache (level1, level2);
 107 }
 108
 109 /* Decodes the size, the associativity and the cache line size of
 110    L1/L2 caches of an Intel processor.  Values are based on
 111    "Intel Processor Identification and the CPUID Instruction"
 112    [Application Note 485], revision -032, December 2007.  */
 113
 114 static void
 115 decode_caches_intel (unsigned reg, bool xeon_mp,
 116                      struct cache_desc *level1, struct cache_desc *level2)
 117 {
 118   int i;
 119
 120   for (i = 24; i >= 0; i -= 8)
 121     switch ((reg >> i) & 0xff)
 122       {
 123       case 0x0a:
 124         level1->sizekb = 8; level1->assoc = 2; level1->line = 32;
 125         break;
 126       case 0x0c:
 127         level1->sizekb = 16; level1->assoc = 4; level1->line = 32;
 128         break;
 129       case 0x2c:
 130         level1->sizekb = 32; level1->assoc = 8; level1->line = 64;
 131         break;
 132       case 0x39:
 133         level2->sizekb = 128; level2->assoc = 4; level2->line = 64;
 134         break;
 135       case 0x3a:
 136         level2->sizekb = 192; level2->assoc = 6; level2->line = 64;
 137         break;
 138       case 0x3b:
 139         level2->sizekb = 128; level2->assoc = 2; level2->line = 64;
 140         break;
 141       case 0x3c:
 142         level2->sizekb = 256; level2->assoc = 4; level2->line = 64;
 143         break;
 144       case 0x3d:
 145         level2->sizekb = 384; level2->assoc = 6; level2->line = 64;
 146         break;
 147       case 0x3e:
 148         level2->sizekb = 512; level2->assoc = 4; level2->line = 64;
 149         break;
 150       case 0x41:
 151         level2->sizekb = 128; level2->assoc = 4; level2->line = 32;
 152         break;
 153       case 0x42:
 154         level2->sizekb = 256; level2->assoc = 4; level2->line = 32;
 155         break;
 156       case 0x43:
 157         level2->sizekb = 512; level2->assoc = 4; level2->line = 32;
 158         break;
 159       case 0x44:
 160         level2->sizekb = 1024; level2->assoc = 4; level2->line = 32;
 161         break;
 162       case 0x45:
 163         level2->sizekb = 2048; level2->assoc = 4; level2->line = 32;
 164         break;
 165       case 0x49:
 166         if (xeon_mp)
 167           break;
 168         level2->sizekb = 4096; level2->assoc = 16; level2->line = 64;
 169         break;
 170       case 0x4e:
 171         level2->sizekb = 6144; level2->assoc = 24; level2->line = 64;
 172         break;
 173       case 0x60:
 174         level1->sizekb = 16; level1->assoc = 8; level1->line = 64;
 175         break;
 176       case 0x66:
 177         level1->sizekb = 8; level1->assoc = 4; level1->line = 64;
 178         break;
 179       case 0x67:
 180         level1->sizekb = 16; level1->assoc = 4; level1->line = 64;
 181         break;
 182       case 0x68:
 183         level1->sizekb = 32; level1->assoc = 4; level1->line = 64;
 184         break;
 185       case 0x78:
 186         level2->sizekb = 1024; level2->assoc = 4; level2->line = 64;
 187         break;
 188       case 0x79:
 189         level2->sizekb = 128; level2->assoc = 8; level2->line = 64;
 190         break;
 191       case 0x7a:
 192         level2->sizekb = 256; level2->assoc = 8; level2->line = 64;
 193         break;
 194       case 0x7b:
 195         level2->sizekb = 512; level2->assoc = 8; level2->line = 64;
 196         break;
 197       case 0x7c:
 198         level2->sizekb = 1024; level2->assoc = 8; level2->line = 64;
 199         break;
 200       case 0x7d:
 201         level2->sizekb = 2048; level2->assoc = 8; level2->line = 64;
 202         break;
 203       case 0x7f:
 204         level2->sizekb = 512; level2->assoc = 2; level2->line = 64;
 205         break;
 206       case 0x82:
 207         level2->sizekb = 256; level2->assoc = 8; level2->line = 32;
 208         break;
 209       case 0x83:
 210         level2->sizekb = 512; level2->assoc = 8; level2->line = 32;
 211         break;
 212       case 0x84:
 213         level2->sizekb = 1024; level2->assoc = 8; level2->line = 32;
 214         break;
 215       case 0x85:
 216         level2->sizekb = 2048; level2->assoc = 8; level2->line = 32;
 217         break;
 218       case 0x86:
 219         level2->sizekb = 512; level2->assoc = 4; level2->line = 64;
 220         break;
 221       case 0x87:
 222         level2->sizekb = 1024; level2->assoc = 8; level2->line = 64;
 223
 224       default:
 225         break;
 226       }
 227 }
 228
 229 /* Detect cache parameters using CPUID function 2.  */
 230
 231 static void
 232 detect_caches_cpuid2 (bool xeon_mp,
 233                       struct cache_desc *level1, struct cache_desc *level2)
 234 {
 235   unsigned regs[4];
 236   int nreps, i;
 237
 238   __cpuid (2, regs[0], regs[1], regs[2], regs[3]);
 239
 240   nreps = regs[0] & 0x0f;
 241   regs[0] &= ~0x0f;
 242
 243   while (--nreps >= 0)
 244     {
 245       for (i = 0; i < 4; i++)
 246         if (regs[i] && !((regs[i] >> 31) & 1))
 247           decode_caches_intel (regs[i], xeon_mp, level1, level2);
 248
 249       if (nreps)
 250         __cpuid (2, regs[0], regs[1], regs[2], regs[3]);
 251     }
 252 }
 253
 254 /* Detect cache parameters using CPUID function 4. This
 255    method doesn't require hardcoded tables.  */
 256
 257 enum cache_type
 258 {
 259   CACHE_END = 0,
 260   CACHE_DATA = 1,
 261   CACHE_INST = 2,
 262   CACHE_UNIFIED = 3
 263 };
 264
 265 static void
 266 detect_caches_cpuid4 (struct cache_desc *level1, struct cache_desc *level2,
 267                       struct cache_desc *level3)
 268 {
 269   struct cache_desc *cache;
 270
 271   unsigned eax, ebx, ecx, edx;
 272   int count;
 273
 274   for (count = 0;; count++)
 275     {
 276       __cpuid_count(4, count, eax, ebx, ecx, edx);
 277       switch (eax & 0x1f)
 278         {
 279         case CACHE_END:
 280           return;
 281         case CACHE_DATA:
 282         case CACHE_UNIFIED:
 283           {
 284             switch ((eax >> 5) & 0x07)
 285               {
 286               case 1:
 287                 cache = level1;
 288                 break;
 289               case 2:
 290                 cache = level2;
 291                 break;
 292               case 3:
 293                 cache = level3;
 294                 break;
 295               default:
 296                 cache = NULL;
 297               }
 298
 299             if (cache)
 300               {
 301                 unsigned sets = ecx + 1;
 302                 unsigned part = ((ebx >> 12) & 0x03ff) + 1;
 303
 304                 cache->assoc = ((ebx >> 22) & 0x03ff) + 1;
 305                 cache->line = (ebx & 0x0fff) + 1;
 306
 307                 cache->sizekb = (cache->assoc * part
 308                                  * cache->line * sets) / 1024;
 309               }
 310           }
 311         default:
 312           break;
 313         }
 314     }
 315 }
 316
 317 /* Returns the description of caches for an Intel processor.  */
 318
 319 static const char *
 320 detect_caches_intel (bool xeon_mp, unsigned max_level,
 321                      unsigned max_ext_level, unsigned *l2sizekb)
 322 {
 323   struct cache_desc level1 = {0, 0, 0}, level2 = {0, 0, 0}, level3 = {0, 0, 0};
 324
 325   if (max_level >= 4)
 326     detect_caches_cpuid4 (&level1, &level2, &level3);
 327   else if (max_level >= 2)
 328     detect_caches_cpuid2 (xeon_mp, &level1, &level2);
 329   else
 330     return "";
 331
 332   if (level1.sizekb == 0)
 333     return "";
 334
 335   /* Let the L3 replace the L2. This assumes inclusive caches
 336      and single threaded program for now. */
 337   if (level3.sizekb)
 338     level2 = level3;
 339
 340   /* Intel CPUs are equipped with AMD style L2 cache info.  Try this
 341      method if other methods fail to provide L2 cache parameters.  */
 342   if (level2.sizekb == 0 && max_ext_level >= 0x80000006)
 343     detect_l2_cache (&level2);
 344
 345   *l2sizekb = level2.sizekb;
 346
 347   return describe_cache (level1, level2);
 348 }
 349
 350 enum vendor_signatures
 351 {
 352   SIG_INTEL =   0x756e6547 /* Genu */,
 353   SIG_AMD =     0x68747541 /* Auth */
 354 };
 355
 356 enum processor_signatures
 357 {
 358   SIG_GEODE =   0x646f6547 /* Geod */
 359 };
 360
 361 /* This will be called by the spec parser in gcc.c when it sees
 362    a %:local_cpu_detect(args) construct.  Currently it will be called
 363    with either "arch" or "tune" as argument depending on if -march=native
 364    or -mtune=native is to be substituted.
 365
 366    It returns a string containing new command line parameters to be
 367    put at the place of the above two options, depending on what CPU
 368    this is executed.  E.g. "-march=k8" on an AMD64 machine
 369    for -march=native.
 370
 371    ARGC and ARGV are set depending on the actual arguments given
 372    in the spec.  */
 373
 374 const char *host_detect_local_cpu (int argc, const char **argv)
 375 {
 376   enum processor_type processor = PROCESSOR_I386;
 377   const char *cpu = "i386";
 378
 379   const char *cache = "";
 380   const char *options = "";
 381
 382   unsigned int eax, ebx, ecx, edx;
 383
 384   unsigned int max_level, ext_level;
 385
 386   unsigned int vendor;
 387   unsigned int model, family;
 388
 389   unsigned int has_sse3, has_ssse3, has_cmpxchg16b;
 390   unsigned int has_cmpxchg8b, has_cmov, has_mmx, has_sse, has_sse2;
 391
 392   /* Extended features */
 393   unsigned int has_lahf_lm = 0, has_sse4a = 0;
 394   unsigned int has_longmode = 0, has_3dnowp = 0, has_3dnow = 0;
 395   unsigned int has_movbe = 0, has_sse4_1 = 0, has_sse4_2 = 0;
 396   unsigned int has_popcnt = 0, has_aes = 0, has_avx = 0;
 397   unsigned int has_pclmul = 0, has_abm = 0, has_lwp = 0;
 398   unsigned int has_fma4 = 0, has_xop = 0;
 399   unsigned int has_bmi = 0, has_tbm = 0;
 400
 401   bool arch;
 402
 403   unsigned int l2sizekb = 0;
 404
 405   if (argc < 1)
 406     return NULL;
 407
 408   arch = !strcmp (argv[0], "arch");
 409
 410   if (!arch && strcmp (argv[0], "tune"))
 411     return NULL;
 412
 413   max_level = __get_cpuid_max (0, &vendor);
 414   if (max_level < 1)
 415     goto done;
 416
 417   __cpuid (1, eax, ebx, ecx, edx);
 418
 419   model = (eax >> 4) & 0x0f;
 420   family = (eax >> 8) & 0x0f;
 421   if (vendor == SIG_INTEL)
 422     {
 423       unsigned int extended_model, extended_family;
 424
 425       extended_model = (eax >> 12) & 0xf0;
 426       extended_family = (eax >> 20) & 0xff;
 427       if (family == 0x0f)
 428         {
 429           family += extended_family;
 430           model += extended_model;
 431         }
 432       else if (family == 0x06)
 433         model += extended_model;
 434     }
 435
 436   has_sse3 = ecx & bit_SSE3;
 437   has_ssse3 = ecx & bit_SSSE3;
 438   has_sse4_1 = ecx & bit_SSE4_1;
 439   has_sse4_2 = ecx & bit_SSE4_2;
 440   has_avx = ecx & bit_AVX;
 441   has_cmpxchg16b = ecx & bit_CMPXCHG16B;
 442   has_movbe = ecx & bit_MOVBE;
 443   has_popcnt = ecx & bit_POPCNT;
 444   has_aes = ecx & bit_AES;
 445   has_pclmul = ecx & bit_PCLMUL;
 446
 447   has_cmpxchg8b = edx & bit_CMPXCHG8B;
 448   has_cmov = edx & bit_CMOV;
 449   has_mmx = edx & bit_MMX;
 450   has_sse = edx & bit_SSE;
 451   has_sse2 = edx & bit_SSE2;
 452
 453   /* Check cpuid level of extended features.  */
 454   __cpuid (0x80000000, ext_level, ebx, ecx, edx);
 455
 456   if (ext_level > 0x80000000)
 457     {
 458       __cpuid (0x80000001, eax, ebx, ecx, edx);
 459
 460       has_lahf_lm = ecx & bit_LAHF_LM;
 461       has_sse4a = ecx & bit_SSE4a;
 462       has_abm = ecx & bit_ABM;
 463       has_lwp = ecx & bit_LWP;
 464       has_fma4 = ecx & bit_FMA4;
 465       has_xop = ecx & bit_XOP;
 466       has_tbm = ecx & bit_TBM;
 467
 468       has_longmode = edx & bit_LM;
 469       has_3dnowp = edx & bit_3DNOWP;
 470       has_3dnow = edx & bit_3DNOW;
 471
 472       __cpuid (0x7, eax, ebx, ecx, edx);
 473
 474       has_bmi = ebx & bit_BMI;
 475     }
 476
 477   if (!arch)
 478     {
 479       if (vendor == SIG_AMD)
 480         cache = detect_caches_amd (ext_level);
 481       else if (vendor == SIG_INTEL)
 482         {
 483           bool xeon_mp = (family == 15 && model == 6);
 484           cache = detect_caches_intel (xeon_mp, max_level,
 485                                        ext_level, &l2sizekb);
 486         }
 487     }
 488
 489   if (vendor == SIG_AMD)
 490     {
 491       unsigned int name;
 492
 493       /* Detect geode processor by its processor signature.  */
 494       if (ext_level > 0x80000001)
 495         __cpuid (0x80000002, name, ebx, ecx, edx);
 496       else
 497         name = 0;
 498
 499       if (name == SIG_GEODE)
 500         processor = PROCESSOR_GEODE;
 501       else if (has_xop)
 502         processor = PROCESSOR_BDVER1;
 503       else if (has_sse4a)
 504         processor = PROCESSOR_AMDFAM10;
 505       else if (has_sse2 || has_longmode)
 506         processor = PROCESSOR_K8;
 507       else if (has_3dnowp)
 508         processor = PROCESSOR_ATHLON;
 509       else if (has_mmx)
 510         processor = PROCESSOR_K6;
 511       else
 512         processor = PROCESSOR_PENTIUM;
 513     }
 514   else
 515     {
 516       switch (family)
 517         {
 518         case 4:
 519           processor = PROCESSOR_I486;
 520           break;
 521         case 5:
 522           processor = PROCESSOR_PENTIUM;
 523           break;
 524         case 6:
 525           processor = PROCESSOR_PENTIUMPRO;
 526           break;
 527         case 15:
 528           processor = PROCESSOR_PENTIUM4;
 529           break;
 530         default:
 531           /* We have no idea.  */
 532           processor = PROCESSOR_GENERIC32;
 533         }
 534     }
 535
 536   switch (processor)
 537     {
 538     case PROCESSOR_I386:
 539       /* Default.  */
 540       break;
 541     case PROCESSOR_I486:
 542       cpu = "i486";
 543       break;
 544     case PROCESSOR_PENTIUM:
 545       if (arch && has_mmx)
 546         cpu = "pentium-mmx";
 547       else
 548         cpu = "pentium";
 549       break;
 550     case PROCESSOR_PENTIUMPRO:
 551       switch (model)
 552         {
 553         case 0x1c:
 554         case 0x26:
 555           /* Atom.  */
 556           cpu = "atom";
 557           break;
 558         case 0x1a:
 559         case 0x1e:
 560         case 0x1f:
 561         case 0x2e:
 562           /* Nehalem.  */
 563           cpu = "corei7";
 564           break;
 565         case 0x25:
 566         case 0x2c:
 567         case 0x2f:
 568           /* Westmere.  */
 569           cpu = "corei7";
 570           break;
 571         case 0x2a:
 572           /* Sandy Bridge.  */
 573           cpu = "corei7-avx";
 574           break;
 575         case 0x17:
 576         case 0x1d:
 577           /* Penryn.  */
 578           cpu = "core2";
 579           break;
 580         case 0x0f:
 581           /* Merom.  */
 582           cpu = "core2";
 583           break;
 584         default:
 585           if (arch)
 586             {
 587               if (has_ssse3)
 588                 /* If it is an unknown CPU with SSSE3, assume Core 2.  */
 589                 cpu = "core2";
 590               else if (has_sse3)
 591                 /* It is Core Duo.  */
 592                 cpu = "pentium-m";
 593               else if (has_sse2)
 594                 /* It is Pentium M.  */
 595                 cpu = "pentium-m";
 596               else if (has_sse)
 597                 /* It is Pentium III.  */
 598                 cpu = "pentium3";
 599               else if (has_mmx)
 600                 /* It is Pentium II.  */
 601                 cpu = "pentium2";
 602               else
 603                 /* Default to Pentium Pro.  */
 604                 cpu = "pentiumpro";
 605             }
 606           else
 607             /* For -mtune, we default to -mtune=generic.  */
 608             cpu = "generic";
 609           break;
 610         }
 611       break;
 612     case PROCESSOR_PENTIUM4:
 613       if (has_sse3)
 614         {
 615           if (has_longmode)
 616             cpu = "nocona";
 617           else
 618             cpu = "prescott";
 619         }
 620       else
 621         cpu = "pentium4";
 622       break;
 623     case PROCESSOR_GEODE:
 624       cpu = "geode";
 625       break;
 626     case PROCESSOR_K6:
 627       if (arch && has_3dnow)
 628         cpu = "k6-3";
 629       else
 630         cpu = "k6";
 631       break;
 632     case PROCESSOR_ATHLON:
 633       if (arch && has_sse)
 634         cpu = "athlon-4";
 635       else
 636         cpu = "athlon";
 637       break;
 638     case PROCESSOR_K8:
 639       if (arch && has_sse3)
 640         cpu = "k8-sse3";
 641       else
 642         cpu = "k8";
 643       break;
 644     case PROCESSOR_AMDFAM10:
 645       cpu = "amdfam10";
 646       break;
 647     case PROCESSOR_BDVER1:
 648       cpu = "bdver1";
 649       break;
 650
 651     default:
 652       /* Use something reasonable.  */
 653       if (arch)
 654         {
 655           if (has_ssse3)
 656             cpu = "core2";
 657           else if (has_sse3)
 658             {
 659               if (has_longmode)
 660                 cpu = "nocona";
 661               else
 662                 cpu = "prescott";
 663             }
 664           else if (has_sse2)
 665             cpu = "pentium4";
 666           else if (has_cmov)
 667             cpu = "pentiumpro";
 668           else if (has_mmx)
 669             cpu = "pentium-mmx";
 670           else if (has_cmpxchg8b)
 671             cpu = "pentium";
 672         }
 673       else
 674         cpu = "generic";
 675     }
 676
 677   if (arch)
 678     {
 679       if (has_cmpxchg16b)
 680         options = concat (options, " -mcx16", NULL);
 681       if (has_lahf_lm)
 682         options = concat (options, " -msahf", NULL);
 683       if (has_movbe)
 684         options = concat (options, " -mmovbe", NULL);
 685       if (has_aes)
 686         options = concat (options, " -maes", NULL);
 687       if (has_pclmul)
 688         options = concat (options, " -mpclmul", NULL);
 689       if (has_popcnt)
 690         options = concat (options, " -mpopcnt", NULL);
 691       if (has_abm)
 692         options = concat (options, " -mabm", NULL);
 693       if (has_lwp)
 694         options = concat (options, " -mlwp", NULL);
 695       if (has_fma4)
 696         options = concat (options, " -mfma4", NULL);
 697       if (has_xop)
 698         options = concat (options, " -mxop", NULL);
 699       if (has_bmi)
 700         options = concat (options, " -mbmi", NULL);
 701       if (has_tbm)
 702         options = concat (options, " -mtbm", NULL);
 703
 704       if (has_avx)
 705         options = concat (options, " -mavx", NULL);
 706       else if (has_sse4_2)
 707         options = concat (options, " -msse4.2", NULL);
 708       else if (has_sse4_1)
 709         options = concat (options, " -msse4.1", NULL);
 710     }
 711
 712 done:
 713   return concat (cache, "-m", argv[0], "=", cpu, options, NULL);
 714 }
 715 #else
 716
 717 /* If we aren't compiling with GCC then the driver will just ignore
 718    -march and -mtune "native" target and will leave to the newly
 719    built compiler to generate code for its default target.  */
 720
 721 const char *host_detect_local_cpu (int argc ATTRIBUTE_UNUSED,
 722                                    const char **argv ATTRIBUTE_UNUSED)
 723 {
 724   return NULL;
 725 }
 726 #endif /* __GNUC__ */