OSDN Git Service

* config/host-hpux.c: Change copyright header to refer to version 3 of the GNU
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / config / sh / sh4.md
1 ;; DFA scheduling description for SH4.
2 ;; Copyright (C) 2004, 2006, 2007 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 ;; Load and store instructions save a cycle if they are aligned on a
21 ;; four byte boundary.  Using a function unit for stores encourages
22 ;; gcc to separate load and store instructions by one instruction,
23 ;; which makes it more likely that the linker will be able to word
24 ;; align them when relaxing.
25
26 ;; The following description models the SH4 pipeline using the DFA based
27 ;; scheduler.  The DFA based description is better way to model a
28 ;; superscalar pipeline as compared to function unit reservation model.
29 ;; 1. The function unit based model is oriented to describe at most one
30 ;;    unit reservation by each insn. It is difficult to model unit reservations
31 ;;    in multiple pipeline units by same insn.  This can be done using DFA
32 ;;    based description.
33 ;; 2. The execution performance of DFA based scheduler does not depend on
34 ;;    processor complexity.
35 ;; 3. Writing all unit reservations for an instruction class is a more natural
36 ;;    description of the pipeline and makes the interface to the hazard
37 ;;    recognizer simpler than the old function unit based model.
38 ;; 4. The DFA model is richer and is a part of greater overall framework
39 ;;    of RCSP.
40
41
42 ;; Two automata are defined to reduce number of states
43 ;; which a single large automaton will have. (Factoring)
44
45 (define_automaton "inst_pipeline,fpu_pipe")
46
47 ;; This unit is basically the decode unit of the processor.
48 ;; Since SH4 is a dual issue machine,it is as if there are two
49 ;; units so that any insn can be processed by either one
50 ;; of the decoding unit.
51
52 (define_cpu_unit "pipe_01,pipe_02" "inst_pipeline")
53
54
55 ;; The fixed point arithmetic calculator(?? EX Unit).
56
57 (define_cpu_unit  "int" "inst_pipeline")
58
59 ;; f1_1 and f1_2 are floating point units.Actually there is
60 ;; a f1 unit which can overlap with other f1 unit but
61 ;; not another F1 unit.It is as though there were two
62 ;; f1 units.
63
64 (define_cpu_unit "f1_1,f1_2" "fpu_pipe")
65
66 ;; The floating point units (except FS - F2 always precedes it.)
67
68 (define_cpu_unit "F0,F1,F2,F3" "fpu_pipe")
69
70 ;; This is basically the MA unit of SH4
71 ;; used in LOAD/STORE pipeline.
72
73 (define_cpu_unit "memory" "inst_pipeline")
74
75 ;; However, there are LS group insns that don't use it, even ones that
76 ;; complete in 0 cycles.  So we use an extra unit for the issue of LS insns.
77 (define_cpu_unit "load_store" "inst_pipeline")
78
79 ;; The address calculator used for branch instructions.
80 ;; This will be reserved after "issue" of branch instructions
81 ;; and this is to make sure that no two branch instructions
82 ;; can be issued in parallel.
83
84 (define_cpu_unit "pcr_addrcalc" "inst_pipeline")
85
86 ;; ----------------------------------------------------
87 ;; This reservation is to simplify the dual issue description.
88
89 (define_reservation  "issue"  "pipe_01|pipe_02")
90
91 ;; This is to express the locking of D stage.
92 ;; Note that the issue of a CO group insn also effectively locks the D stage.
93
94 (define_reservation  "d_lock" "pipe_01+pipe_02")
95
96 ;; Every FE instruction but fipr / ftrv starts with issue and this.
97 (define_reservation "F01" "F0+F1")
98
99 ;; This is to simplify description where F1,F2,FS
100 ;; are used simultaneously.
101
102 (define_reservation "fpu" "F1+F2")
103
104 ;; This is to highlight the fact that f1
105 ;; cannot overlap with F1.
106
107 (exclusion_set  "f1_1,f1_2" "F1")
108
109 (define_insn_reservation "nil" 0 (eq_attr "type" "nil") "nothing")
110
111 ;; Although reg moves have a latency of zero
112 ;; we need to highlight that they use D stage
113 ;; for one cycle.
114
115 ;; Group:       MT
116
117 (define_insn_reservation "reg_mov" 0
118   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
119        (eq_attr "type" "move"))
120   "issue")
121
122 ;; Group:       LS
123
124 (define_insn_reservation "freg_mov" 0
125   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
126        (eq_attr "type" "fmove"))
127   "issue+load_store")
128
129 ;; We don't model all pipeline stages; we model the issue ('D') stage
130 ;; inasmuch as we allow only two instructions to issue simultaneously,
131 ;; and CO instructions prevent any simultaneous issue of another instruction.
132 ;; (This uses pipe_01 and pipe_02).
133 ;; Double issue of EX insns is prevented by using the int unit in the EX stage.
134 ;; Double issue of EX / BR insns is prevented by using the int unit /
135 ;; pcr_addrcalc unit in the EX stage.
136 ;; Double issue of BR / LS instructions is prevented by using the
137 ;; pcr_addrcalc / load_store unit in the issue cycle.
138 ;; Double issue of FE instructions is prevented by using F0 in the first
139 ;; pipeline stage after the first D stage.
140 ;; There is no need to describe the [ES]X / [MN]A / S stages after a D stage
141 ;; (except in the cases outlined above), nor to describe the FS stage after
142 ;; the F2 stage.
143
144 ;; Other MT  group instructions(1 step operations)
145 ;; Group:       MT
146 ;; Latency:     1
147 ;; Issue Rate:  1
148
149 (define_insn_reservation "mt" 1
150   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
151        (eq_attr "type" "mt_group"))
152   "issue")
153
154 ;; Fixed Point Arithmetic Instructions(1 step operations)
155 ;; Group:       EX
156 ;; Latency:     1
157 ;; Issue Rate:  1
158
159 (define_insn_reservation "sh4_simple_arith" 1
160   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
161        (eq_attr "insn_class" "ex_group"))
162   "issue,int")
163
164 ;; Load and store instructions have no alignment peculiarities for the SH4,
165 ;; but they use the load-store unit, which they share with the fmove type
166 ;; insns (fldi[01]; fmov frn,frm; flds; fsts; fabs; fneg) .
167 ;; Loads have a latency of two.
168 ;; However, call insns can only paired with a preceding insn, and have
169 ;; a delay slot, so that we want two more insns to be scheduled between the
170 ;; load of the function address and the call.  This is equivalent to a
171 ;; latency of three.
172 ;; ADJUST_COST can only properly handle reductions of the cost, so we
173 ;; use a latency of three here, which gets multiplied by 10 to yield 30.
174 ;; We only do this for SImode loads of general registers, to make the work
175 ;; for ADJUST_COST easier.
176
177 ;; Load Store instructions. (MOV.[BWL]@(d,GBR)
178 ;; Group:       LS
179 ;; Latency:     2
180 ;; Issue Rate:  1
181
182 (define_insn_reservation "sh4_load" 2
183   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
184        (eq_attr "type" "load,pcload"))
185   "issue+load_store,nothing,memory")
186
187 ;; calls / sfuncs need an extra instruction for their delay slot.
188 ;; Moreover, estimating the latency for SImode loads as 3 will also allow
189 ;; adjust_cost to meaningfully bump it back up to 3 if they load the shift
190 ;; count of a dynamic shift.
191 (define_insn_reservation "sh4_load_si" 3
192   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
193        (eq_attr "type" "load_si,pcload_si"))
194   "issue+load_store,nothing,memory")
195
196 ;; (define_bypass 2 "sh4_load_si" "!sh4_call")
197
198 ;; The load latency is upped to three higher if the dependent insn does
199 ;; double precision computation.  We want the 'default' latency to reflect
200 ;; that increased latency because otherwise the insn priorities won't
201 ;; allow proper scheduling.
202 (define_insn_reservation "sh4_fload" 3
203   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
204        (eq_attr "type" "fload,pcfload"))
205   "issue+load_store,nothing,memory")
206
207 ;; (define_bypass 2 "sh4_fload" "!")
208
209 (define_insn_reservation "sh4_store" 1
210   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
211        (eq_attr "type" "store,fstore"))
212   "issue+load_store,nothing,memory")
213
214 (define_insn_reservation "mac_mem" 1
215   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
216        (eq_attr "type" "mac_mem"))
217   "d_lock,nothing,memory")
218
219 ;; Load Store instructions.
220 ;; Group:       LS
221 ;; Latency:     1
222 ;; Issue Rate:  1
223
224 (define_insn_reservation "sh4_gp_fpul" 1
225   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
226        (eq_attr "type" "gp_fpul"))
227   "issue+load_store")
228
229 ;; Load Store instructions.
230 ;; Group:       LS
231 ;; Latency:     3
232 ;; Issue Rate:  1
233
234 (define_insn_reservation "sh4_fpul_gp" 3
235   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
236        (eq_attr "type" "fpul_gp"))
237   "issue+load_store")
238
239 ;; Branch (BF,BF/S,BT,BT/S,BRA)
240 ;; Group:       BR
241 ;; Latency when taken:  2 (or 1)
242 ;; Issue Rate:  1
243 ;; The latency is 1 when displacement is 0.
244 ;; We can't really do much with the latency, even if we could express it,
245 ;; but the pairing restrictions are useful to take into account.
246 ;; ??? If the branch is likely, we might want to fill the delay slot;
247 ;; if the branch is likely, but not very likely, should we pretend to use
248 ;; a resource that CO instructions use, to get a pairable delay slot insn?
249
250 (define_insn_reservation "sh4_branch"  1
251   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
252        (eq_attr "type" "cbranch,jump"))
253   "issue+pcr_addrcalc")
254
255 ;; Branch Far (JMP,RTS,BRAF)
256 ;; Group:       CO
257 ;; Latency:     3
258 ;; Issue Rate:  2
259 ;; ??? Scheduling happens before branch shortening, and hence jmp and braf
260 ;; can't be distinguished from bra for the "jump" pattern.
261
262 (define_insn_reservation "sh4_return" 3
263   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
264        (eq_attr "type" "return,jump_ind"))
265          "d_lock*2")
266
267 ;; RTE
268 ;; Group:       CO
269 ;; Latency:     5
270 ;; Issue Rate:  5
271 ;; this instruction can be executed in any of the pipelines
272 ;; and blocks the pipeline for next 4 stages.
273
274 (define_insn_reservation "sh4_return_from_exp" 5
275   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
276        (eq_attr "type" "rte"))
277   "d_lock*5")
278
279 ;; OCBP, OCBWB
280 ;; Group:       CO
281 ;; Latency:     1-5
282 ;; Issue Rate:  1
283
284 ;; cwb is used for the sequence ocbwb @%0; extu.w %0,%2; or %1,%2; mov.l %0,@%2
285 ;; ocbwb on its own would be "d_lock,nothing,memory*5"
286 (define_insn_reservation "ocbwb"  6
287   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
288        (eq_attr "type" "cwb"))
289   "d_lock*2,(d_lock+memory)*3,issue+load_store+memory,memory*2")
290
291 ;; LDS to PR,JSR
292 ;; Group:       CO
293 ;; Latency:     3
294 ;; Issue Rate:  2
295 ;; The SX stage is blocked for last 2 cycles.
296 ;; OTOH, the only time that has an effect for insns generated by the compiler
297 ;; is when lds to PR is followed by sts from PR - and that is highly unlikely -
298 ;; or when we are doing a function call - and we don't do inter-function
299 ;; scheduling.  For the function call case, it's really best that we end with
300 ;; something that models an rts.
301
302 (define_insn_reservation "sh4_lds_to_pr" 3
303   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
304        (eq_attr "type" "prset") )
305   "d_lock*2")
306
307 ;; calls introduce a longisch delay that is likely to flush the pipelines
308 ;; of the caller's instructions.  Ordinary functions tend to end with a
309 ;; load to restore a register (in the delay slot of rts), while sfuncs
310 ;; tend to end with an EX or MT insn.  But that is not actually relevant,
311 ;; since there are no instructions that contend for memory access early.
312 ;; We could, of course, provide exact scheduling information for specific
313 ;; sfuncs, if that should prove useful.
314
315 (define_insn_reservation "sh4_call" 16
316   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
317        (eq_attr "type" "call,sfunc"))
318   "d_lock*16")
319
320 ;; LDS.L to PR
321 ;; Group:       CO
322 ;; Latency:     3
323 ;; Issue Rate:  2
324 ;; The SX unit is blocked for last 2 cycles.
325
326 (define_insn_reservation "ldsmem_to_pr"  3
327   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
328        (eq_attr "type" "pload"))
329   "d_lock*2")
330
331 ;; STS from PR
332 ;; Group:       CO
333 ;; Latency:     2
334 ;; Issue Rate:  2
335 ;; The SX unit in second and third cycles.
336
337 (define_insn_reservation "sts_from_pr" 2
338   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
339        (eq_attr "type" "prget"))
340   "d_lock*2")
341
342 ;; STS.L from PR
343 ;; Group:       CO
344 ;; Latency:     2
345 ;; Issue Rate:  2
346
347 (define_insn_reservation "sh4_prstore_mem" 2
348   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
349        (eq_attr "type" "pstore"))
350   "d_lock*2,nothing,memory")
351
352 ;; LDS to FPSCR
353 ;; Group:       CO
354 ;; Latency:     4
355 ;; Issue Rate:  1
356 ;; F1 is blocked for last three cycles.
357
358 (define_insn_reservation "fpscr_load" 4
359   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
360        (eq_attr "type" "gp_fpscr"))
361   "d_lock,nothing,F1*3")
362
363 ;; LDS.L to FPSCR
364 ;; Group:       CO
365 ;; Latency:     1 / 4
366 ;; Latency to update Rn is 1 and latency to update FPSCR is 4
367 ;; Issue Rate:  1
368 ;; F1 is blocked for last three cycles.
369
370 (define_insn_reservation "fpscr_load_mem" 4
371   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
372        (eq_attr "type"  "mem_fpscr"))
373   "d_lock,nothing,(F1+memory),F1*2")
374
375 \f
376 ;; Fixed point multiplication (DMULS.L DMULU.L MUL.L MULS.W,MULU.W)
377 ;; Group:       CO
378 ;; Latency:     4 / 4
379 ;; Issue Rate:  2
380
381 (define_insn_reservation "multi" 4
382   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
383        (eq_attr "type" "smpy,dmpy"))
384   "d_lock,(d_lock+f1_1),(f1_1|f1_2)*3,F2")
385
386 ;; Fixed STS from, and LDS to MACL / MACH
387 ;; Group:       CO
388 ;; Latency:     3
389 ;; Issue Rate:  1
390
391 (define_insn_reservation "sh4_mac_gp" 3
392   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
393        (eq_attr "type" "mac_gp,gp_mac,mem_mac"))
394   "d_lock")
395
396
397 ;; Single precision floating point computation FCMP/EQ,
398 ;; FCMP/GT, FADD, FLOAT, FMAC, FMUL, FSUB, FTRC, FRCHG, FSCHG
399 ;; Group:       FE
400 ;; Latency:     3/4
401 ;; Issue Rate:  1
402
403 (define_insn_reservation "fp_arith"  3
404   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
405        (eq_attr "type" "fp,fp_cmp"))
406   "issue,F01,F2")
407
408 ;; We don't model the resource usage of this exactly because that would
409 ;; introduce a bogus latency.
410 (define_insn_reservation "sh4_fpscr_toggle"  1
411   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
412        (eq_attr "type" "fpscr_toggle"))
413   "issue")
414
415 (define_insn_reservation "fp_arith_ftrc"  3
416   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
417        (eq_attr "type" "ftrc_s"))
418   "issue,F01,F2")
419
420 (define_bypass 1 "fp_arith_ftrc" "sh4_fpul_gp")
421
422 ;; Single Precision FDIV/SQRT
423 ;; Group:       FE
424 ;; Latency:     12/13 (FDIV); 11/12 (FSQRT)
425 ;; Issue Rate:  1
426 ;; We describe fdiv here; fsqrt is actually one cycle faster.
427
428 (define_insn_reservation "fp_div" 12
429   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
430        (eq_attr "type" "fdiv"))
431   "issue,F01+F3,F2+F3,F3*7,F1+F3,F2")
432
433 ;; Double Precision floating point computation
434 ;; (FCNVDS, FCNVSD, FLOAT, FTRC)
435 ;; Group:       FE
436 ;; Latency:     (3,4)/5
437 ;; Issue Rate:  1
438
439 (define_insn_reservation "dp_float" 4
440   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
441        (eq_attr "type" "dfp_conv"))
442   "issue,F01,F1+F2,F2")
443
444 ;; Double-precision floating-point (FADD,FMUL,FSUB)
445 ;; Group:       FE
446 ;; Latency:     (7,8)/9
447 ;; Issue Rate:  1
448
449 (define_insn_reservation "fp_double_arith" 8
450   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
451        (eq_attr "type" "dfp_arith,dfp_mul"))
452   "issue,F01,F1+F2,fpu*4,F2")
453
454 ;; Double-precision FCMP (FCMP/EQ,FCMP/GT)
455 ;; Group:       CO
456 ;; Latency:     3/5
457 ;; Issue Rate:  2
458
459 (define_insn_reservation "fp_double_cmp" 3
460   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
461        (eq_attr "type" "dfp_cmp"))
462   "d_lock,(d_lock+F01),F1+F2,F2")
463
464 ;; Double precision FDIV/SQRT
465 ;; Group:       FE
466 ;; Latency:     (24,25)/26
467 ;; Issue Rate:  1
468
469 (define_insn_reservation "dp_div" 25
470   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
471        (eq_attr "type" "dfdiv"))
472   "issue,F01+F3,F1+F2+F3,F2+F3,F3*16,F1+F3,(fpu+F3)*2,F2")
473
474
475 ;; Use the branch-not-taken case to model arith3 insns.  For the branch taken
476 ;; case, we'd get a d_lock instead of issue at the end.
477 (define_insn_reservation "arith3" 3
478   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
479        (eq_attr "type" "arith3"))
480   "issue,d_lock+pcr_addrcalc,issue")
481
482 ;; arith3b insns schedule the same no matter if the branch is taken or not.
483 (define_insn_reservation "arith3b" 2
484   (and (eq_attr "pipe_model" "sh4")
485        (eq_attr "type" "arith3"))
486   "issue,d_lock+pcr_addrcalc")