OSDN Git Service

2002-09-10 Frank Ch. Eigler <fche@redhat.com>
[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
1260 @cindex @samp{#} in constraint
1261 @item #
1262 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1263 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1264 register preferences.
1265
1266 @cindex @samp{*} in constraint
1267 @item *
1268 Says that the following character should be ignored when choosing
1269 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1270 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1271
1272 @ifset INTERNALS
1273 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1274 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1275 copying it into an address register.  While either kind of register is
1276 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1277 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1278 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1279 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1280 register preferences.
1281
1282 @smallexample
1283 (define_insn "extendhisi2"
1284   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1285         (sign_extend:SI
1286          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1287   @dots{})
1288 @end smallexample
1289 @end ifset
1290 @end table
1291
1292 @node Machine Constraints
1293 @subsection Constraints for Particular Machines
1294 @cindex machine specific constraints
1295 @cindex constraints, machine specific
1296
1297 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1298 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1299 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1300 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1301 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1302 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1303 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1304 immediate-constant format.
1305
1306 For each machine architecture, the
1307 @file{config/@var{machine}/@var{machine}.h} file defines additional
1308 constraints.  These constraints are used by the compiler itself for
1309 instruction generation, as well as for @code{asm} statements; therefore,
1310 some of the constraints are not particularly interesting for @code{asm}.
1311 The constraints are defined through these macros:
1312
1313 @table @code
1314 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1315 Register class constraints (usually lower case).
1316
1317 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1318 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1319 word size or smaller precision (usually upper case).
1320
1321 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1322 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1323 constants of greater than word size precision (usually upper case).
1324
1325 @item EXTRA_CONSTRAINT
1326 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1327 is only defined for some machines.
1328 @end table
1329
1330 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1331 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1332 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1333 available on some particular machines.
1334
1335 @table @emph
1336 @item ARM family---@file{arm.h}
1337 @table @code
1338 @item f
1339 Floating-point register
1340
1341 @item F
1342 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1343 or 10.0
1344
1345 @item G
1346 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1347 were negated
1348
1349 @item I
1350 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1351 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1352 multiple of 2
1353
1354 @item J
1355 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1356
1357 @item K
1358 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1359
1360 @item L
1361 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1362
1363 @item M
1364 Integer in the range 0 to 32
1365
1366 @item Q
1367 A memory reference where the exact address is in a single register
1368 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1369
1370 @item R
1371 An item in the constant pool
1372
1373 @item S
1374 A symbol in the text segment of the current file
1375 @end table
1376
1377 @item AMD 29000 family---@file{a29k.h}
1378 @table @code
1379 @item l
1380 Local register 0
1381
1382 @item b
1383 Byte Pointer (@samp{BP}) register
1384
1385 @item q
1386 @samp{Q} register
1387
1388 @item h
1389 Special purpose register
1390
1391 @item A
1392 First accumulator register
1393
1394 @item a
1395 Other accumulator register
1396
1397 @item f
1398 Floating point register
1399
1400 @item I
1401 Constant greater than 0, less than 0x100
1402
1403 @item J
1404 Constant greater than 0, less than 0x10000
1405
1406 @item K
1407 Constant whose high 24 bits are on (1)
1408
1409 @item L
1410 16-bit constant whose high 8 bits are on (1)
1411
1412 @item M
1413 32-bit constant whose high 16 bits are on (1)
1414
1415 @item N
1416 32-bit negative constant that fits in 8 bits
1417
1418 @item O
1419 The constant 0x80000000 or, on the 29050, any 32-bit constant
1420 whose low 16 bits are 0.
1421
1422 @item P
1423 16-bit negative constant that fits in 8 bits
1424
1425 @item G
1426 @itemx H
1427 A floating point constant (in @code{asm} statements, use the machine
1428 independent @samp{E} or @samp{F} instead)
1429 @end table
1430
1431 @item AVR family---@file{avr.h}
1432 @table @code
1433 @item l
1434 Registers from r0 to r15
1435
1436 @item a
1437 Registers from r16 to r23
1438
1439 @item d
1440 Registers from r16 to r31
1441
1442 @item w
1443 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1444
1445 @item e
1446 Pointer register (r26--r31)
1447
1448 @item b
1449 Base pointer register (r28--r31)
1450
1451 @item q
1452 Stack pointer register (SPH:SPL)
1453
1454 @item t
1455 Temporary register r0
1456
1457 @item x
1458 Register pair X (r27:r26)
1459
1460 @item y
1461 Register pair Y (r29:r28)
1462
1463 @item z
1464 Register pair Z (r31:r30)
1465
1466 @item I
1467 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1468
1469 @item J
1470 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1471
1472 @item K
1473 Constant integer 2
1474
1475 @item L
1476 Constant integer 0
1477
1478 @item M
1479 Constant that fits in 8 bits
1480
1481 @item N
1482 Constant integer @minus{}1
1483
1484 @item O
1485 Constant integer 8, 16, or 24
1486
1487 @item P
1488 Constant integer 1
1489
1490 @item G
1491 A floating point constant 0.0
1492 @end table
1493
1494 @item IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1495 @table @code
1496 @item b
1497 Address base register
1498
1499 @item f
1500 Floating point register
1501
1502 @item h
1503 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1504
1505 @item q
1506 @samp{MQ} register
1507
1508 @item c
1509 @samp{CTR} register
1510
1511 @item l
1512 @samp{LINK} register
1513
1514 @item x
1515 @samp{CR} register (condition register) number 0
1516
1517 @item y
1518 @samp{CR} register (condition register)
1519
1520 @item z
1521 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1522
1523 @item I
1524 Signed 16-bit constant
1525
1526 @item J
1527 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1528 @code{SImode} constants)
1529
1530 @item K
1531 Unsigned 16-bit constant
1532
1533 @item L
1534 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1535
1536 @item M
1537 Constant larger than 31
1538
1539 @item N
1540 Exact power of 2
1541
1542 @item O
1543 Zero
1544
1545 @item P
1546 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1547
1548 @item G
1549 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1550 instruction per word
1551
1552 @item Q
1553 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1554 for @code{asm} statements)
1555
1556 @item R
1557 AIX TOC entry
1558
1559 @item S
1560 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1561
1562 @item T
1563 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1564
1565 @item U
1566 System V Release 4 small data area reference
1567 @end table
1568
1569 @item Intel 386---@file{i386.h}
1570 @table @code
1571 @item q
1572 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register for the i386.
1573 For x86-64 it is equivalent to @samp{r} class. (for 8-bit instructions that
1574 do not use upper halves)
1575
1576 @item Q
1577 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register. (for 8-bit instructions,
1578 that do use upper halves)
1579
1580 @item R
1581 Legacy register---equivalent to @code{r} class in i386 mode.
1582 (for non-8-bit registers used together with 8-bit upper halves in a single
1583 instruction)
1584
1585 @item A
1586 Specifies the @samp{a} or @samp{d} registers.  This is primarily useful
1587 for 64-bit integer values (when in 32-bit mode) intended to be returned
1588 with the @samp{d} register holding the most significant bits and the
1589 @samp{a} register holding the least significant bits.
1590
1591 @item f
1592 Floating point register
1593
1594 @item t
1595 First (top of stack) floating point register
1596
1597 @item u
1598 Second floating point register
1599
1600 @item a
1601 @samp{a} register
1602
1603 @item b
1604 @samp{b} register
1605
1606 @item c
1607 @samp{c} register
1608
1609 @item d
1610 @samp{d} register
1611
1612 @item D
1613 @samp{di} register
1614
1615 @item S
1616 @samp{si} register
1617
1618 @item x
1619 @samp{xmm} SSE register
1620
1621 @item y
1622 MMX register
1623
1624 @item I
1625 Constant in range 0 to 31 (for 32-bit shifts)
1626
1627 @item J
1628 Constant in range 0 to 63 (for 64-bit shifts)
1629
1630 @item K
1631 @samp{0xff}
1632
1633 @item L
1634 @samp{0xffff}
1635
1636 @item M
1637 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1638
1639 @item N
1640 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1641
1642 @item Z
1643 Constant in range 0 to @code{0xffffffff} or symbolic reference known to fit specified range.
1644 (for using immediates in zero extending 32-bit to 64-bit x86-64 instructions)
1645
1646 @item e
1647 Constant in range @minus{}2147483648 to 2147483647 or symbolic reference known to fit specified range.
1648 (for using immediates in 64-bit x86-64 instructions)
1649
1650 @item G
1651 Standard 80387 floating point constant
1652 @end table
1653
1654 @item Intel 960---@file{i960.h}
1655 @table @code
1656 @item f
1657 Floating point register (@code{fp0} to @code{fp3})
1658
1659 @item l
1660 Local register (@code{r0} to @code{r15})
1661
1662 @item b
1663 Global register (@code{g0} to @code{g15})
1664
1665 @item d
1666 Any local or global register
1667
1668 @item I
1669 Integers from 0 to 31
1670
1671 @item J
1672 0
1673
1674 @item K
1675 Integers from @minus{}31 to 0
1676
1677 @item G
1678 Floating point 0
1679
1680 @item H
1681 Floating point 1
1682 @end table
1683
1684 @item Intel IA-64---@file{ia64.h}
1685 @table @code
1686 @item a
1687 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
1688
1689 @item b
1690 Branch register
1691
1692 @item c
1693 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
1694
1695 @item d
1696 Application register residing in M-unit
1697
1698 @item e
1699 Application register residing in I-unit
1700
1701 @item f
1702 Floating-point register
1703
1704 @item m
1705 Memory operand.
1706 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
1707 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
1708 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
1709
1710 @item G
1711 Floating-point constant 0.0 or 1.0
1712
1713 @item I
1714 14-bit signed integer constant
1715
1716 @item J
1717 22-bit signed integer constant
1718
1719 @item K
1720 8-bit signed integer constant for logical instructions
1721
1722 @item L
1723 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
1724
1725 @item M
1726 6-bit unsigned integer constant for shift counts
1727
1728 @item N
1729 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
1730
1731 @item O
1732 The constant zero
1733
1734 @item P
1735 0 or -1 for @code{dep} instruction
1736
1737 @item Q
1738 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
1739
1740 @item R
1741 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
1742
1743 @item S
1744 Memory operand except postincrement and postdecrement
1745 @end table
1746
1747 @item IP2K---@file{ip2k.h}
1748 @table @code
1749 @item a
1750 @samp{DP} or @samp{IP} registers (general address)
1751
1752 @item f
1753 @samp{IP} register
1754
1755 @item j
1756 @samp{IPL} register
1757
1758 @item k
1759 @samp{IPH} register
1760
1761 @item b
1762 @samp{DP} register
1763
1764 @item y
1765 @samp{DPH} register
1766
1767 @item z
1768 @samp{DPL} register
1769
1770 @item q
1771 @samp{SP} register
1772
1773 @item c
1774 @samp{DP} or @samp{SP} registers (offsettable address)
1775
1776 @item d
1777 Non-pointer registers (not @samp{SP}, @samp{DP}, @samp{IP})
1778
1779 @item u
1780 Non-SP registers (everything except @samp{SP})
1781
1782 @item R
1783 Indirect thru @samp{IP} - Avoid this except for @code{QImode}, since we
1784 can't access extra bytes
1785
1786 @item S
1787 Indirect thru @samp{SP} or @samp{DP} with short displacement (0..127)
1788
1789 @item T
1790 Data-section immediate value
1791
1792 @item I
1793 Integers from @minus{}255 to @minus{}1
1794
1795 @item J
1796 Integers from 0 to 7---valid bit number in a register
1797
1798 @item K
1799 Integers from 0 to 127---valid displacement for addressing mode
1800
1801 @item L
1802 Integers from 1 to 127
1803
1804 @item M
1805 Integer @minus{}1
1806
1807 @item N
1808 Integer 1
1809
1810 @item O
1811 Zero
1812
1813 @item P
1814 Integers from 0 to 255
1815 @end table
1816
1817 @item MIPS---@file{mips.h}
1818 @table @code
1819 @item d
1820 General-purpose integer register
1821
1822 @item f
1823 Floating-point register (if available)
1824
1825 @item h
1826 @samp{Hi} register
1827
1828 @item l
1829 @samp{Lo} register
1830
1831 @item x
1832 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
1833
1834 @item y
1835 General-purpose integer register
1836
1837 @item z
1838 Floating-point status register
1839
1840 @item I
1841 Signed 16-bit constant (for arithmetic instructions)
1842
1843 @item J
1844 Zero
1845
1846 @item K
1847 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
1848
1849 @item L
1850 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
1851
1852 @item M
1853 32-bit constant which requires two instructions to load (a constant
1854 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
1855
1856 @item N
1857 Negative 16-bit constant
1858
1859 @item O
1860 Exact power of two
1861
1862 @item P
1863 Positive 16-bit constant
1864
1865 @item G
1866 Floating point zero
1867
1868 @item Q
1869 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
1870 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1871
1872 @item R
1873 Memory reference that can be loaded with one instruction
1874 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1875
1876 @item S
1877 Memory reference in external OSF/rose PIC format
1878 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1879 @end table
1880
1881 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
1882 @table @code
1883 @item a
1884 Address register
1885
1886 @item d
1887 Data register
1888
1889 @item f
1890 68881 floating-point register, if available
1891
1892 @item x
1893 Sun FPA (floating-point) register, if available
1894
1895 @item y
1896 First 16 Sun FPA registers, if available
1897
1898 @item I
1899 Integer in the range 1 to 8
1900
1901 @item J
1902 16-bit signed number
1903
1904 @item K
1905 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
1906
1907 @item L
1908 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
1909
1910 @item M
1911 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
1912
1913 @item G
1914 Floating point constant that is not a 68881 constant
1915
1916 @item H
1917 Floating point constant that can be used by Sun FPA
1918 @end table
1919
1920 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{m68hc11.h}
1921 @table @code
1922 @item a
1923 Register 'a'
1924
1925 @item b
1926 Register 'b'
1927
1928 @item d
1929 Register 'd'
1930
1931 @item q
1932 An 8-bit register
1933
1934 @item t
1935 Temporary soft register _.tmp
1936
1937 @item u
1938 A soft register _.d1 to _.d31
1939
1940 @item w
1941 Stack pointer register
1942
1943 @item x
1944 Register 'x'
1945
1946 @item y
1947 Register 'y'
1948
1949 @item z
1950 Pseudo register 'z' (replaced by 'x' or 'y' at the end)
1951
1952 @item A
1953 An address register: x, y or z
1954
1955 @item B
1956 An address register: x or y
1957
1958 @item D
1959 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
1960
1961 @item L
1962 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
1963
1964 @item M
1965 Constants whose 16-bit low part is zero
1966
1967 @item N
1968 Constant integer 1 or @minus{}1
1969
1970 @item O
1971 Constant integer 16
1972
1973 @item P
1974 Constants in the range @minus{}8 to 2
1975
1976 @end table
1977
1978 @need 1000
1979 @item SPARC---@file{sparc.h}
1980 @table @code
1981 @item f
1982 Floating-point register that can hold 32- or 64-bit values.
1983
1984 @item e
1985 Floating-point register that can hold 64- or 128-bit values.
1986
1987 @item I
1988 Signed 13-bit constant
1989
1990 @item J
1991 Zero
1992
1993 @item K
1994 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
1995 loaded with the @code{sethi} instruction)
1996
1997 @item L
1998 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
1999
2000 @item M
2001 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2002
2003 @item N
2004 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2005 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2006 modes wider than @code{SImode}
2007
2008 @item G
2009 Floating-point zero
2010
2011 @item H
2012 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2013
2014 @item Q
2015 Floating-point constant whose integral representation can
2016 be moved into an integer register using a single sethi
2017 instruction
2018
2019 @item R
2020 Floating-point constant whose integral representation can
2021 be moved into an integer register using a single mov
2022 instruction
2023
2024 @item S
2025 Floating-point constant whose integral representation can
2026 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2027 instruction sequence
2028
2029 @item T
2030 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2031
2032 @item U
2033 Even register
2034
2035 @item W
2036 Memory address for @samp{e} constraint registers.
2037
2038 @end table
2039
2040 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
2041 @table @code
2042 @item a
2043 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2044
2045 @item b
2046 Stack pointer register (sp)
2047
2048 @item c
2049 Standard (32-bit) precision integer register
2050
2051 @item f
2052 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2053
2054 @item k
2055 Block count register (bk)
2056
2057 @item q
2058 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2059
2060 @item t
2061 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2062
2063 @item u
2064 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2065
2066 @item v
2067 Repeat count register (rc)
2068
2069 @item x
2070 Index register (ir0-ir1)
2071
2072 @item y
2073 Status (condition code) register (st)
2074
2075 @item z
2076 Data page register (dp)
2077
2078 @item G
2079 Floating-point zero
2080
2081 @item H
2082 Immediate 16-bit floating-point constant
2083
2084 @item I
2085 Signed 16-bit constant
2086
2087 @item J
2088 Signed 8-bit constant
2089
2090 @item K
2091 Signed 5-bit constant
2092
2093 @item L
2094 Unsigned 16-bit constant
2095
2096 @item M
2097 Unsigned 8-bit constant
2098
2099 @item N
2100 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2101
2102 @item O
2103 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2104
2105 @item Q
2106 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2107
2108 @item R
2109 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2110
2111 @item S
2112 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2113
2114 @item T
2115 Direct memory reference
2116
2117 @item U
2118 Symbolic address
2119
2120 @end table
2121
2122 @item S/390 and zSeries---@file{s390.h}
2123 @table @code
2124 @item a
2125 Address register (general purpose register except r0)
2126
2127 @item d
2128 Data register (arbitrary general purpose register)
2129
2130 @item f
2131 Floating-point register
2132
2133 @item I
2134 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2135
2136 @item J
2137 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2138
2139 @item K
2140 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2141
2142 @item L
2143 Unsigned 16-bit constant (0--65535)
2144
2145 @item Q
2146 Memory reference without index register
2147
2148 @item S
2149 Symbolic constant suitable for use with the @code{larl} instruction
2150
2151 @end table
2152
2153 @item Xstormy16---@file{stormy16.h}
2154 @table @code
2155 @item a
2156 Register r0.
2157
2158 @item b
2159 Register r1.
2160
2161 @item c
2162 Register r2.
2163
2164 @item d
2165 Register r8.
2166
2167 @item e
2168 Registers r0 through r7.
2169
2170 @item t
2171 Registers r0 and r1.
2172
2173 @item y
2174 The carry register.
2175
2176 @item z
2177 Registers r8 and r9.
2178
2179 @item I
2180 A constant between 0 and 3 inclusive.
2181
2182 @item J
2183 A constant that has exactly one bit set.
2184
2185 @item K
2186 A constant that has exactly one bit clear.
2187
2188 @item L
2189 A constant between 0 and 255 inclusive.
2190
2191 @item M
2192 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2193
2194 @item N
2195 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2196
2197 @item O
2198 A constant between 1 and 4 inclusive.
2199
2200 @item P
2201 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2202
2203 @item Q
2204 A memory reference that is a stack push.
2205
2206 @item R
2207 A memory reference that is a stack pop.
2208
2209 @item S
2210 A memory reference that refers to an constant address of known value.
2211
2212 @item T
2213 The register indicated by Rx (not implemented yet).
2214
2215 @item U
2216 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
2217
2218 @end table
2219
2220 @item Xtensa---@file{xtensa.h}
2221 @table @code
2222 @item a
2223 General-purpose 32-bit register
2224
2225 @item b
2226 One-bit boolean register
2227
2228 @item A
2229 MAC16 40-bit accumulator register
2230
2231 @item I
2232 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
2233
2234 @item J
2235 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
2236
2237 @item K
2238 Integer constant valid for BccI instructions
2239
2240 @item L
2241 Unsigned constant valid for BccUI instructions
2242
2243 @end table
2244
2245 @end table
2246
2247 @ifset INTERNALS
2248 @node Standard Names
2249 @section Standard Pattern Names For Generation
2250 @cindex standard pattern names
2251 @cindex pattern names
2252 @cindex names, pattern
2253
2254 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
2255 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
2256 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
2257 pattern to accomplish a certain task.
2258
2259 @table @asis
2260 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
2261 @item @samp{mov@var{m}}
2262 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lower case.
2263 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
2264 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
2265
2266 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
2267 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
2268 to store the specified value in the part of the register that corresponds
2269 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
2270 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
2271 outside the target word are left unchanged.
2272
2273 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
2274 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
2275 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
2276 If there are patterns accepting operands in larger modes,
2277 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
2278
2279 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
2280 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
2281 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
2282 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
2283 into a register.
2284
2285 @findex force_reg
2286 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
2287 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
2288 registers other than the operands.  For example, if you support the
2289 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
2290 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
2291 function which might generate new pseudo registers.
2292
2293 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
2294 fetching those modes from memory normally requires several insns and
2295 some temporary registers.
2296
2297 @findex change_address
2298 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
2299 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
2300 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
2301 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
2302 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
2303 an address into a valid address and no routine (such as
2304 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
2305 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
2306
2307 @findex reload_in_progress
2308 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
2309 declared if required) can be used to determine whether such special
2310 handling is required.
2311
2312 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
2313 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
2314 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
2315 machines explicit memory references will get optional reloads.
2316
2317 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
2318 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
2319
2320 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
2321 you must define @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and/or
2322 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
2323 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
2324 them.  @xref{Register Classes}.
2325
2326 @findex no_new_pseudos
2327 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
2328 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
2329 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
2330
2331 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
2332 register to any other hard register provided that
2333 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
2334 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
2335
2336 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
2337 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
2338 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
2339 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
2340 point members.
2341
2342 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
2343 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
2344 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
2345 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
2346 floating point registers, then the constraints of the fixed point
2347 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
2348 reload into a floating point register.
2349
2350 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
2351 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
2352 @item @samp{reload_in@var{m}}
2353 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
2354 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
2355 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
2356 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
2357 macro in @pxref{Register Classes}.
2358
2359 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
2360 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
2361 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
2362 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
2363 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
2364 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
2365 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
2366 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
2367 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
2368 for these patterns.
2369
2370 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
2371 @item @samp{movstrict@var{m}}
2372 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
2373 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
2374 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
2375 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
2376
2377 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
2378 @item @samp{load_multiple}
2379 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
2380 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
2381 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
2382 number of consecutive registers.
2383
2384 Define this only if the target machine really has such an instruction;
2385 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
2386 registers from memory is to do them one at a time.
2387
2388 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
2389 registers can be stored into memory, such as particular starting or
2390 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
2391 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2392 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
2393
2394 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
2395 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
2396 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
2397 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
2398 @file{a29k.md} and @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn
2399 pattern.
2400
2401 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
2402 @item @samp{store_multiple}
2403 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
2404 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
2405 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
2406 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
2407
2408 @cindex @code{push@var{m}} instruction pattern
2409 @item @samp{push@var{m}}
2410 Output an push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
2411 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
2412 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
2413 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
2414 method is deprecated.
2415
2416 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
2417 @item @samp{add@var{m}3}
2418 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
2419 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
2420 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
2421
2422 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
2423 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
2424 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
2425 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
2426 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
2427 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
2428 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
2429 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
2430 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
2431 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
2432 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
2433 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
2434 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
2435 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
2436 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
2437 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
2438 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
2439 Similar, for other arithmetic operations.
2440 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
2441 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
2442 @itemx @samp{min@var{m}3}, @samp{max@var{m}3}
2443 Floating point min and max operations.  If both operands are zeros,
2444 or if either operand is NaN, then it is unspecified which of the two
2445 operands is returned as the result.
2446
2447
2448 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
2449 @item @samp{mulhisi3}
2450 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
2451 a @code{SImode} product in operand 0.
2452
2453 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
2454 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
2455 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
2456 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
2457
2458 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
2459 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
2460 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
2461 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
2462 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
2463 multiplication.
2464
2465 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2466 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
2467 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
2468 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
2469 The least significant half of the product is discarded.
2470
2471 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2472 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
2473 Similar, but the multiplication is unsigned.
2474
2475 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
2476 @item @samp{divmod@var{m}4}
2477 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
2478 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
2479 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
2480
2481 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
2482 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
2483 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
2484 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
2485 and remainder are computed.
2486
2487 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
2488 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
2489 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
2490 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
2491 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
2492
2493 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
2494 @item @samp{udivmod@var{m}4}
2495 Similar, but does unsigned division.
2496
2497 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
2498 @item @samp{ashl@var{m}3}
2499 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
2500 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
2501 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
2502 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
2503 mode before generating the instruction.
2504
2505 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
2506 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
2507 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
2508 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
2509 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
2510 Other shift and rotate instructions, analogous to the
2511 @code{ashl@var{m}3} instructions.
2512
2513 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
2514 @item @samp{neg@var{m}2}
2515 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
2516
2517 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
2518 @item @samp{abs@var{m}2}
2519 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
2520
2521 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
2522 @item @samp{sqrt@var{m}2}
2523 Store the square root of operand 1 into operand 0.
2524
2525 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
2526 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
2527 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2528 type @code{float}.
2529
2530 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
2531 @item @samp{cos@var{m}2}
2532 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
2533
2534 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
2535 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
2536 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2537 type @code{float}.
2538
2539 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
2540 @item @samp{sin@var{m}2}
2541 Store the sine of operand 1 into operand 0.
2542
2543 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
2544 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
2545 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2546 type @code{float}.
2547
2548 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
2549 @item @samp{exp@var{m}2}
2550 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
2551
2552 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
2553 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
2554 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2555 type @code{float}.
2556
2557 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
2558 @item @samp{log@var{m}2}
2559 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
2560
2561 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
2562 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
2563 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2564 type @code{float}.
2565
2566 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
2567 @item @samp{ffs@var{m}2}
2568 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
2569 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
2570 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2571 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2572 generating the instruction.
2573
2574 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
2575 corresponds to the C data type @code{int}.
2576
2577 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
2578 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
2579 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
2580
2581 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
2582 @item @samp{cmp@var{m}}
2583 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
2584 The RTL pattern should look like this:
2585
2586 @smallexample
2587 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2588                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
2589 @end smallexample
2590
2591 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
2592 @item @samp{tst@var{m}}
2593 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
2594 The RTL pattern should look like this:
2595
2596 @smallexample
2597 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
2598 @end smallexample
2599
2600 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
2601 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
2602 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
2603 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
2604
2605 @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
2606 @item @samp{movstr@var{m}}
2607 Block move instruction.  The addresses of the destination and source
2608 strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
2609
2610 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
2611 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
2612 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
2613 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
2614 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
2615 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
2616 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
2617
2618 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
2619 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
2620 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
2621 it may provide the value 4 for this operand.
2622
2623 Descriptions of multiple @code{movstr@var{m}} patterns can only be
2624 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
2625 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
2626 in @code{movstr@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
2627 individually moved data units in the block.
2628
2629 These patterns need not give special consideration to the possibility
2630 that the source and destination strings might overlap.
2631
2632 @cindex @code{clrstr@var{m}} instruction pattern
2633 @item @samp{clrstr@var{m}}
2634 Block clear instruction.  The addresses of the destination string is the
2635 first operand, in mode @code{Pmode}.  The number of bytes to clear is
2636 the second operand, in mode @var{m}.  See @samp{movstr@var{m}} for
2637 a discussion of the choice of mode.
2638
2639 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
2640 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
2641 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
2642 operand.
2643
2644 The use for multiple @code{clrstr@var{m}} is as for @code{movstr@var{m}}.
2645
2646 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
2647 @item @samp{cmpstr@var{m}}
2648 Block compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
2649 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
2650 of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2651 byte by byte in lexicographic order.  The effect of the instruction is
2652 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
2653 comparison.
2654
2655 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
2656 @item @samp{strlen@var{m}}
2657 Compute the length of a string, with three operands.
2658 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
2659 a @code{mem} referring to the first character of the string,
2660 operand 2 is the character to search for (normally zero),
2661 and operand 3 is a constant describing the known alignment
2662 of the beginning of the string.
2663
2664 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
2665 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
2666 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
2667 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2668 @var{n}).
2669
2670 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
2671 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
2672 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
2673 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2674 @var{n}).
2675
2676 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2677 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2678 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2679 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2680 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2681 the value of operand 1 is an integer.
2682
2683 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2684 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2685 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2686 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2687 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2688 value of operand 1 is an integer.
2689
2690 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2691 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2692 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2693 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2694 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2695
2696 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2697 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2698 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2699 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2700
2701 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2702 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2703 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2704 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2705
2706 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2707 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2708 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2709 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2710 point or both floating point.
2711
2712 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
2713 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2714 Sign-extend 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{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2719 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2720 Zero-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.
2723
2724 @cindex @code{extv} instruction pattern
2725 @item @samp{extv}
2726 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
2727 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2728 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2729 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2730 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2731 be valid for @code{word_mode}.
2732
2733 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2734 for operands 2 and 3.
2735
2736 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2737 before it is stored in operand 0.
2738
2739 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2740 @item @samp{extzv}
2741 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2742
2743 @cindex @code{insv} instruction pattern
2744 @item @samp{insv}
2745 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
2746 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2747 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2748 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2749 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2750
2751 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2752 for operands 1 and 2.
2753
2754 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2755 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2756 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2757 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2758 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2759
2760 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2761 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2762 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2763 codes and vice versa.
2764
2765 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2766 define these patterns.
2767
2768 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2769 @item @samp{s@var{cond}}
2770 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2771 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2772 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2773 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2774
2775 You specify the mode that the operand must have when you write the
2776 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2777 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2778
2779 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2780 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2781 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2782 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2783 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2784 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2785 should omit those operations from the machine description.
2786
2787 These operations may fail, but should do so only in relatively
2788 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2789 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2790
2791 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2792 that copies the constant one to the target and branches around an
2793 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
2794 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
2795 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
2796 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
2797 the machine description.
2798
2799 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
2800 @item @samp{b@var{cond}}
2801 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
2802 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
2803 condition @var{cond}.
2804
2805 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
2806 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
2807 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
2808 simply store the operands away and generate all the required insns in a
2809 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
2810 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
2811 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
2812 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
2813
2814 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
2815 where the mode used for the comparison depends on the condition being
2816 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
2817
2818 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
2819 @samp{s@var{cond}} patterns.
2820
2821 @cindex @code{jump} instruction pattern
2822 @item @samp{jump}
2823 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
2824 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
2825 on all machines.
2826
2827 @cindex @code{call} instruction pattern
2828 @item @samp{call}
2829 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
2830 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
2831 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
2832 operands.
2833
2834 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
2835 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
2836 to put this information into the assembler code; they can put it in
2837 the RTL instead of operand 1.
2838
2839 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
2840 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
2841 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
2842 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
2843 instruction, the pattern for this operation should be a
2844 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
2845 address into a register and uses that register in the call instruction.
2846
2847 @cindex @code{call_value} instruction pattern
2848 @item @samp{call_value}
2849 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
2850 register in which the value is returned.  There are three more
2851 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
2852 instruction (but with numbers increased by one).
2853
2854 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
2855 insn.
2856
2857 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
2858 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
2859 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
2860 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
2861 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
2862 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
2863 adjustment made to the frame pointer.
2864
2865 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
2866 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
2867 can be eliminated, if desired.
2868
2869 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
2870 @item @samp{untyped_call}
2871 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
2872 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
2873 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
2874 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2875 the saving of a function return value into the result block.
2876
2877 This instruction pattern should be defined to support
2878 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
2879 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
2880 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
2881 multiple registers that can hold a return value
2882 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
2883
2884 @cindex @code{return} instruction pattern
2885 @item @samp{return}
2886 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
2887 defined only if a single instruction can do all the work of returning
2888 from a function.
2889
2890 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
2891 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
2892 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
2893 some class of functions only requires one instruction to implement a
2894 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
2895 to save any registers or allocate stack space.
2896
2897 @findex reload_completed
2898 @findex leaf_function_p
2899 For such machines, the condition specified in this pattern should only
2900 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
2901 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
2902 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
2903 a register window push is required.
2904
2905 Machines that have conditional return instructions should define patterns
2906 such as
2907
2908 @smallexample
2909 (define_insn ""
2910   [(set (pc)
2911         (if_then_else (match_operator
2912                          0 "comparison_operator"
2913                          [(cc0) (const_int 0)])
2914                       (return)
2915                       (pc)))]
2916   "@var{condition}"
2917   "@dots{}")
2918 @end smallexample
2919
2920 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
2921 named @samp{return} pattern.
2922
2923 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
2924 @item @samp{untyped_return}
2925 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
2926 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
2927 instructions are needed to return a value of any type.
2928
2929 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
2930 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
2931 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2932 the restoring of a function return value from the result block.
2933
2934 @cindex @code{nop} instruction pattern
2935 @item @samp{nop}
2936 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
2937 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
2938 RTL pattern.
2939
2940 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
2941 @item @samp{indirect_jump}
2942 An instruction to jump to an address which is operand zero.
2943 This pattern name is mandatory on all machines.
2944
2945 @cindex @code{casesi} instruction pattern
2946 @item @samp{casesi}
2947 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
2948 This instruction takes five operands:
2949
2950 @enumerate
2951 @item
2952 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
2953
2954 @item
2955 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
2956
2957 @item
2958 The total range of indices in the table---the largest index
2959 minus the smallest one (both inclusive).
2960
2961 @item
2962 A label that precedes the table itself.
2963
2964 @item
2965 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
2966 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
2967 then an out-of-bounds index drops through to the code following
2968 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
2969 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
2970 but it is always provided as an operand.)
2971 @end enumerate
2972
2973 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
2974 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
2975 difference between the upper bound and the lower bound.
2976
2977 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
2978 @item @samp{tablejump}
2979 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
2980 capability which can be used to implement a dispatch table when there
2981 is no @samp{casesi} pattern.
2982
2983 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
2984 which should immediately precede the jump table.  If the macro
2985 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
2986 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
2987 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
2988 mode @code{Pmode}.
2989
2990 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
2991 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
2992 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
2993 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
2994
2995
2996 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
2997 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
2998 Conditional branch instruction that decrements a register and
2999 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
3000 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
3001 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
3002
3003 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
3004 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
3005 reduction is enabled.
3006
3007 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
3008 @item @samp{doloop_end}
3009 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
3010 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
3011 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
3012 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
3013 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
3014 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
3015 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
3016 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
3017 @xref{Looping Patterns}.
3018
3019 This optional instruction pattern should be defined for machines with
3020 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
3021 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
3022 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3023 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
3024 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
3025 too large for this instruction, make it fail.
3026
3027 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
3028 @item @samp{doloop_begin}
3029 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
3030 need to perform some initialization, such as loading special registers
3031 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
3032 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
3033 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
3034
3035
3036 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
3037 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
3038 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
3039 into operand 0.
3040
3041 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
3042 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
3043 and also has mode @code{Pmode}.
3044
3045 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
3046 the address of the function which would be called if the function
3047 pointer were used in an indirect call.
3048
3049 Only define this pattern if function pointers on the target machine
3050 can have different values but still call the same function when
3051 used in an indirect call.
3052
3053 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
3054 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
3055 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
3056 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
3057 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
3058 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
3059 @item @samp{save_stack_block}
3060 @itemx @samp{save_stack_function}
3061 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
3062 @itemx @samp{restore_stack_block}
3063 @itemx @samp{restore_stack_function}
3064 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
3065 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
3066 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
3067 such machines.
3068
3069 Some machines require special handling for stack pointer saves and
3070 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
3071 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
3072 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
3073 saves and restores are:
3074
3075 @enumerate
3076 @item
3077 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
3078 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
3079 restores the stack pointer when the block is exited.
3080
3081 @item
3082 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
3083 similar job for the outermost block of a function and are used when the
3084 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
3085 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
3086 restore sequence on some machines.
3087
3088 @item
3089 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
3090 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
3091 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
3092 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
3093 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
3094 and restoring additional data such as register window information or
3095 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
3096 such required data.
3097 @end enumerate
3098
3099 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
3100 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
3101 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
3102 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
3103 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
3104 for a particular type of save (either because no save is needed or
3105 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
3106 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
3107 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
3108 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
3109
3110 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
3111 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
3112 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
3113
3114 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
3115 @item @samp{allocate_stack}
3116 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
3117 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
3118
3119 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
3120 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
3121 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
3122 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
3123 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
3124 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
3125 stack is free.
3126
3127 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
3128 Some machines require other operations such as stack probes or
3129 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
3130 operations in addition to updating the stack pointer.
3131
3132 @cindex @code{probe} instruction pattern
3133 @item @samp{probe}
3134 Some machines require instructions to be executed after space is
3135 allocated from the stack, for example to generate a reference at
3136 the bottom of the stack.
3137
3138 If you need to emit instructions before the stack has been adjusted,
3139 put them into the @samp{allocate_stack} pattern.  Otherwise, define
3140 this pattern to emit the required instructions.
3141
3142 No operands are provided.
3143
3144 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
3145 @item @samp{check_stack}
3146 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
3147 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
3148 to perform the needed check and signaling an error if the stack
3149 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
3150 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
3151 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
3152 limit from a global or thread-specific variable or register.
3153
3154 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
3155 @item @samp{nonlocal_goto}
3156 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
3157 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
3158 each representing a value to be used in the jump.  The first
3159 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
3160 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
3161 the third is the address of a location where the stack is saved,
3162 and the last is the address of the label, to be placed in the
3163 location for the incoming static chain.
3164
3165 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
3166 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
3167 and static chain, restore the stack (using the
3168 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
3169 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
3170 not work on your machine.
3171
3172 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
3173 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
3174 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
3175 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
3176 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
3177 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
3178 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
3179 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
3180 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
3181 There are no arguments.
3182
3183 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
3184 @item @samp{exception_receiver}
3185 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3186 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3187 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3188 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3189 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
3190 an exception.  There are no arguments.
3191
3192 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
3193 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
3194 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
3195 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
3196 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
3197 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
3198 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
3199 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
3200 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
3201 the first three are normally used by the generic mechanism.
3202
3203 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
3204 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
3205 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3206 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3207 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3208 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3209 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
3210 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
3211 at a small offset from that label.
3212
3213 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
3214 @item @samp{builtin_longjmp}
3215 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
3216 You will not normally need to define this pattern unless you also define
3217 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
3218 @code{jmp_buf}.
3219
3220 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
3221 @item @samp{eh_return}
3222 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
3223 and thence the call frame exception handling library routines, are
3224 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
3225 the abnormal return path.
3226
3227 The pattern takes two arguments.  The first is an offset to be applied
3228 to the stack pointer.  It will have been copied to some appropriate
3229 location (typically @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX}) which will survive
3230 until after reload to when the normal epilogue is generated.
3231 The second argument is the address of the exception handler to which
3232 the function should return.  This will normally need to copied by the
3233 pattern to some special register or memory location.
3234
3235 This pattern only needs to be defined if call frame exception handling
3236 is to be used, and simple moves involving @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX}
3237 and @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX} are not sufficient.
3238
3239 @cindex @code{prologue} instruction pattern
3240 @anchor{prologue instruction pattern}
3241 @item @samp{prologue}
3242 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
3243 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
3244 pointer register, saving callee saved registers, etc.
3245
3246 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
3247 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
3248
3249 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
3250 instruction scheduling.
3251
3252 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
3253 @anchor{epilogue instruction pattern}
3254 @item @samp{epilogue}
3255 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
3256 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
3257 registers and emitting the return instruction.
3258
3259 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
3260 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
3261
3262 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
3263 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
3264
3265 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
3266 @item @samp{sibcall_epilogue}
3267 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
3268 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
3269 sibling call (aka tail call) sites.
3270
3271 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
3272 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
3273 function.
3274
3275 @cindex @code{trap} instruction pattern
3276 @item @samp{trap}
3277 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
3278 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
3279 front end to signal `invalid array index' exceptions.
3280
3281 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
3282 @item @samp{conditional_trap}
3283 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
3284 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
3285
3286 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
3287
3288 @smallexample
3289 (define_insn "conditional_trap"
3290   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
3291              [(cc0) (const_int 0)])
3292             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
3293   ""
3294   "@dots{}")
3295 @end smallexample
3296
3297 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
3298 @item @samp{prefetch}
3299
3300 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
3301 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
3302 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
3303 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
3304 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
3305 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
3306 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
3307 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
3308 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
3309
3310 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
3311 the values of operands 1 and 2.
3312
3313 @end table
3314
3315 @node Pattern Ordering
3316 @section When the Order of Patterns Matters
3317 @cindex Pattern Ordering
3318 @cindex Ordering of Patterns
3319
3320 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
3321 pattern that appears first in the machine description is the one used.
3322 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
3323 and faster instructions (those that will produce better code when they
3324 do match) should usually go first in the description.
3325
3326 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
3327 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
3328 instruction for converting a fullword to floating point and another
3329 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
3330 an integer to floating point could match either one.  We put the
3331 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
3332 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
3333 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
3334 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
3335 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
3336 constant value.
3337
3338 @node Dependent Patterns
3339 @section Interdependence of Patterns
3340 @cindex Dependent Patterns
3341 @cindex Interdependence of Patterns
3342
3343 Every machine description must have a named pattern for each of the
3344 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
3345 must always have the form
3346
3347 @example
3348 (set (pc)
3349      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3350                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
3351                    (pc)))
3352 @end example
3353
3354 @noindent
3355 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
3356 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
3357 look like
3358
3359 @example
3360 (set (pc)
3361      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3362                    (pc)
3363                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
3364 @end example
3365
3366 @noindent
3367 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
3368 branches into reverse-conditional branches.
3369
3370 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
3371 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
3372 example,
3373
3374 @example
3375 (define_insn ""
3376   [(set (pc)
3377         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
3378                                       [(cc0) (const_int 0)])
3379                       (pc)
3380                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
3381   "@var{condition}"
3382   "@dots{}")
3383 @end example
3384
3385 In some cases machines support instructions identical except for the
3386 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
3387 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
3388 patterns are
3389
3390 @example
3391 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3392      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
3393
3394 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3395      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
3396 @end example
3397
3398 @noindent
3399 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
3400 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
3401 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
3402 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
3403 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
3404 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
3405
3406 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
3407 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
3408 compilations.
3409
3410 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
3411 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
3412 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
3413 you should not provide separate patterns for increment and decrement
3414 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
3415 that supports register-register add insns by examining the operands and
3416 generating the appropriate machine instruction.
3417
3418 @node Jump Patterns
3419 @section Defining Jump Instruction Patterns
3420 @cindex jump instruction patterns
3421 @cindex defining jump instruction patterns
3422
3423 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
3424 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
3425 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
3426 insn tests the condition code and branches or not according its value.
3427 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
3428 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
3429 way.
3430
3431 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
3432 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
3433 these machines is to treat them just like the others until the final stage
3434 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
3435 compare instruction, peek ahead at the following branch using
3436 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
3437 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
3438 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
3439 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
3440 can treat signed and unsigned branches identically.
3441
3442 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
3443 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
3444 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
3445 until the end.
3446
3447 To go with this technique, you must define the machine-description macro
3448 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
3449 compare instruction is superfluous.
3450
3451 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
3452 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
3453 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
3454 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
3455 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
3456
3457 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
3458 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
3459 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
3460 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
3461 above in addition to any special patterns you define.
3462
3463 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
3464 code and there may not even be a separate condition code register.  On
3465 these machines, the restriction that the definition and use of the
3466 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
3467 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
3468 delay for taken branches unless the condition code register is set three
3469 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
3470 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
3471 separate the definition and use of the condition code register.
3472
3473 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
3474 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
3475 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
3476 comparison result can be placed in any general register, or if there are
3477 multiple condition registers, use a pseudo register.
3478
3479 @findex prev_cc0_setter
3480 @findex next_cc0_user
3481 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
3482 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
3483 Sparc, setting the condition code directly from an add or subtract
3484 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
3485 instruction does, so a different branch instruction must be used for
3486 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
3487 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
3488 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
3489 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
3490 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
3491 and @code{next_cc0_user}.
3492
3493 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
3494 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
3495 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
3496 we use the machine mode of the condition code register to record
3497 different formats of the condition code register.
3498
3499 Registers used to store the condition code value should have a mode that
3500 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
3501 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
3502 the Sparc), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
3503 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
3504 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
3505
3506 If it is known during RTL generation that a different mode will be
3507 required (for example, if the machine has separate compare instructions
3508 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
3509 be specified at that time.
3510
3511 If the cases that require different modes would be made by instruction
3512 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
3513 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
3514 written using that mode.  To support the case of the add on the Sparc
3515 discussed above, we have the pattern
3516
3517 @smallexample
3518 (define_insn ""
3519   [(set (reg:CC_NOOV 0)
3520         (compare:CC_NOOV
3521           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
3522                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
3523           (const_int 0)))]
3524   ""
3525   "@dots{}")
3526 @end smallexample
3527
3528 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the Sparc returns @code{CC_NOOVmode}
3529 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
3530
3531 @node Looping Patterns
3532 @section Defining Looping Instruction Patterns
3533 @cindex looping instruction patterns
3534 @cindex defining looping instruction patterns
3535
3536 Some machines have special jump instructions that can be utilised to
3537 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
3538 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
3539 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
3540 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
3541 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
3542 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
3543 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
3544 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
3545 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
3546 the jump.
3547
3548 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
3549 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
3550 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
3551 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
3552 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
3553 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
3554 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
3555 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
3556 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
3557 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
3558 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
3559 following for its @code{dbra} instruction:
3560
3561 @smallexample
3562 @group
3563 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3564   [(set (pc)
3565         (if_then_else
3566           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3567                        (const_int -1))
3568               (const_int 0))
3569           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3570           (pc)))
3571    (set (match_dup 0)
3572         (plus:SI (match_dup 0)
3573                  (const_int -1)))]
3574   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3575   "@dots{}")
3576 @end group
3577 @end smallexample
3578
3579 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
3580 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
3581 since this insn is generated by the instruction combination phase
3582 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
3583 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
3584 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
3585 pattern will not be matched by the combiner.
3586
3587 @smallexample
3588 @group
3589 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3590   [(set (pc)
3591         (if_then_else
3592           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3593               (const_int 1))
3594           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3595           (pc)))
3596    (set (match_dup 0)
3597         (plus:SI (match_dup 0)
3598                  (const_int -1)))]
3599   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3600   "@dots{}")
3601 @end group
3602 @end smallexample
3603
3604 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
3605 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
3606 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
3607 information collected during strength reduction.
3608
3609 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
3610 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
3611 is an optional companion pattern that can be used for initialization
3612 needed for some low-overhead looping instructions.
3613
3614 Note that some machines require the actual looping instruction to be
3615 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
3616 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
3617 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
3618 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
3619 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
3620 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
3621 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
3622 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
3623 desired special iteration counter register was not allocated, this
3624 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
3625 instruction pair.
3626
3627 The essential difference between the
3628 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
3629 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
3630 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
3631 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
3632 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
3633 may become redundant and removed by the flow pass.
3634
3635
3636 @node Insn Canonicalizations
3637 @section Canonicalization of Instructions
3638 @cindex canonicalization of instructions
3639 @cindex insn canonicalization
3640
3641 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
3642 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
3643 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
3644 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
3645 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
3646 number of insn patterns required.
3647
3648 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
3649 are performed:
3650
3651 @itemize @bullet
3652 @item
3653 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
3654 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
3655 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
3656 be supplied.
3657
3658 @cindex @code{neg}, canonicalization of
3659 @cindex @code{not}, canonicalization of
3660 @cindex @code{mult}, canonicalization of
3661 @cindex @code{plus}, canonicalization of
3662 @cindex @code{minus}, canonicalization of
3663 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
3664 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
3665 first operand.
3666
3667 @cindex @code{compare}, canonicalization of
3668 @item
3669 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
3670 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
3671 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
3672 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
3673 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
3674 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
3675 such an instruction.
3676
3677 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
3678 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
3679 above.
3680
3681 @item
3682 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
3683 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
3684
3685 @item
3686 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
3687 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
3688
3689 @cindex @code{ior}, canonicalization of
3690 @cindex @code{and}, canonicalization of
3691 @cindex De Morgan's law
3692 @item
3693 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
3694 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
3695 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
3696
3697 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
3698 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
3699 for that instruction as
3700
3701 @example
3702 (define_insn ""
3703   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3704         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3705                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
3706   "@dots{}"
3707   "@dots{}")
3708 @end example
3709
3710 @noindent
3711 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
3712
3713 @example
3714 (define_insn ""
3715   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3716         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3717                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
3718   "@dots{}"
3719   "@dots{}")
3720 @end example
3721
3722 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
3723 logically equivalent RTL expressions.
3724
3725 @cindex @code{xor}, canonicalization of
3726 @item
3727 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
3728 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
3729 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
3730
3731 @item
3732 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
3733 the form
3734
3735 @example
3736 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
3737 @end example
3738
3739 @item
3740 On machines that do not use @code{cc0},
3741 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
3742 @var{x}.
3743
3744 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
3745 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
3746 @item
3747 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
3748 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
3749 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
3750
3751 @end itemize
3752
3753 @node Expander Definitions
3754 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
3755 @cindex expander definitions
3756 @cindex code generation RTL sequences
3757 @cindex defining RTL sequences for code generation
3758
3759 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
3760 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
3761 represent them.  For these target machines, you can write a
3762 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
3763
3764 @findex define_expand
3765 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
3766 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
3767 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
3768
3769 A @code{define_expand} RTX has four operands:
3770
3771 @itemize @bullet
3772 @item
3773 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
3774 use for it is to refer to it by name.
3775
3776 @item
3777 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
3778 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
3779 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
3780
3781 @item
3782 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
3783 used to express how the availability of this pattern depends on
3784 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
3785 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
3786 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
3787 depend on the data in the insn being matched, but only the
3788 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
3789 during initialization in order to learn exactly which named instructions
3790 are available in a particular run.
3791
3792 @item
3793 The preparation statements, a string containing zero or more C
3794 statements which are to be executed before RTL code is generated from
3795 the RTL template.
3796
3797 Usually these statements prepare temporary registers for use as
3798 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
3799 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
3800 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
3801 @end itemize
3802
3803 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
3804 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
3805 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
3806 it.
3807
3808 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
3809 also describes the operands that need to be specified when this pattern
3810 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
3811
3812 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
3813 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
3814 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
3815 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
3816 information to preload the operand into a register if that is required for
3817 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
3818 references should use @code{match_dup}.
3819
3820 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
3821 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
3822 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
3823 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
3824 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
3825 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
3826 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
3827 compute the values and store them into the appropriate elements of
3828 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
3829
3830 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
3831 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
3832 as a statement.
3833
3834 @table @code
3835
3836 @findex DONE
3837 @item DONE
3838 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
3839 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
3840 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
3841 preparation statements; the RTL template will not be generated.
3842
3843 @findex FAIL
3844 @item FAIL
3845 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
3846 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
3847 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
3848
3849 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
3850 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
3851 operations.
3852 @end table
3853
3854 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
3855 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
3856 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
3857 insn.
3858
3859 The RTL template is not used for matching, only for generating the
3860 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
3861 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
3862 list of operands, such as this example:
3863
3864 @smallexample
3865 @group
3866 (define_expand "addsi3"
3867   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3868    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3869    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
3870 @end group
3871 @group
3872   ""
3873   "
3874 @{
3875   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
3876   DONE;
3877 @}")
3878 @end group
3879 @end smallexample
3880
3881 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
3882
3883 @smallexample
3884 @group
3885 (define_expand "ashlsi3"
3886   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3887         (ashift:SI
3888 @end group
3889 @group
3890           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3891           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
3892   ""
3893   "
3894 @end group
3895 @end smallexample
3896
3897 @smallexample
3898 @group
3899 @{
3900   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
3901       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
3902     FAIL;
3903 @}")
3904 @end group
3905 @end smallexample
3906
3907 @noindent
3908 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
3909 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
3910 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
3911 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
3912 library call).
3913
3914 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
3915 patterns with names, then it would be possible to use a
3916 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
3917 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
3918
3919 @smallexample
3920 (define_expand "zero_extendhisi2"
3921   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
3922         (const_int 0))
3923    (set (strict_low_part
3924           (subreg:HI
3925             (match_dup 0)
3926             0))
3927         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
3928   ""
3929   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
3930 @end smallexample
3931
3932 @noindent
3933 @findex make_safe_from
3934 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
3935 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
3936 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
3937 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
3938 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
3939 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
3940 by emitting another RTL insn.
3941
3942 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
3943 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
3944 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
3945 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
3946 on this machine.  So it must be copied into a register with
3947 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
3948
3949 @smallexample
3950 (define_expand "zero_extendhisi2"
3951   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3952         (and:SI (subreg:SI
3953                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
3954                   0)
3955                 (match_dup 2)))]
3956   ""
3957   "operands[2]
3958      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
3959 @end smallexample
3960
3961 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
3962 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
3963 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
3964 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
3965 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
3966 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
3967 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
3968 in the compiler.
3969
3970 @node Insn Splitting
3971 @section Defining How to Split Instructions
3972 @cindex insn splitting
3973 @cindex instruction splitting
3974 @cindex splitting instructions
3975
3976 There are two cases where you should specify how to split a pattern
3977 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
3978 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
3979 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
3980 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
3981 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
3982 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
3983 cannot be placed into a delay slot.
3984
3985 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
3986 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
3987 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
3988 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
3989 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
3990 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
3991 scheduling.
3992
3993 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
3994 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
3995 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
3996 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
3997 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
3998 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
3999 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
4000 split the addition into two insns is machine-dependent.
4001
4002 @findex define_split
4003 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
4004 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
4005
4006 @smallexample
4007 (define_split
4008   [@var{insn-pattern}]
4009   "@var{condition}"
4010   [@var{new-insn-pattern-1}
4011    @var{new-insn-pattern-2}
4012    @dots{}]
4013   "@var{preparation-statements}")
4014 @end smallexample
4015
4016 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
4017 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
4018 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
4019 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
4020 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
4021 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
4022
4023 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
4024 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4025 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
4026 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
4027 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
4028 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
4029 must not allocate any space in the stack frame.
4030
4031 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
4032 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
4033 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
4034 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
4035 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
4036 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
4037 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
4038 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
4039 of those definitions.
4040
4041 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
4042 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
4043 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
4044
4045 @smallexample
4046 (define_split
4047   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4048         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
4049   ""
4050   [(set (match_dup 0)
4051         (ashift:SI (match_dup 1)
4052                    (const_int 16)))
4053    (set (match_dup 0)
4054         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
4055                      (const_int 16)))]
4056   "
4057 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
4058 @end smallexample
4059
4060 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
4061 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
4062 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
4063 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
4064 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
4065 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
4066 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
4067 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
4068 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
4069 @code{define_split} that will never produce insns that match).
4070
4071 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
4072 @file{rs6000.md}:
4073
4074 @smallexample
4075 (define_split
4076   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4077         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4078                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
4079   ""
4080   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
4081    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
4082 "
4083 @{
4084   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
4085   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
4086
4087   if (low & 0x8000)
4088     high++, low |= 0xffff0000;
4089
4090   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
4091   operands[4] = GEN_INT (low);
4092 @}")
4093 @end smallexample
4094
4095 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
4096 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
4097 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
4098 can be substituted into the address of a subsequent operation.
4099
4100 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
4101 an equality comparison of a register and a large constant:
4102
4103 @smallexample
4104 (define_split
4105   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
4106         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4107                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
4108    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
4109   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
4110    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
4111        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
4112   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
4113    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
4114   "
4115 @{
4116   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
4117      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
4118      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
4119
4120   int c = INTVAL (operands[2]);
4121   int sextc = (c << 16) >> 16;
4122   int xorv = c ^ sextc;
4123
4124   operands[4] = GEN_INT (xorv);
4125   operands[5] = GEN_INT (sextc);
4126 @}")
4127 @end smallexample
4128
4129 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
4130 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
4131 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
4132 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
4133 are not valid.
4134
4135 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
4136 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
4137 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
4138 several restriction apply.
4139
4140 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
4141 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
4142 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
4143 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
4144 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
4145 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump. An global variable
4146 @code{split_branch_probability} hold the probability of original branch in case
4147 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
4148 recomputing of edge frequencies, new sequence is required to have only
4149 forward jumps to the newly created labels.
4150
4151 @findex define_insn_and_split
4152 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
4153 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
4154 this:
4155
4156 @smallexample
4157 (define_insn_and_split
4158   [@var{insn-pattern}]
4159   "@var{condition}"
4160   "@var{output-template}"
4161   "@var{split-condition}"
4162   [@var{new-insn-pattern-1}
4163    @var{new-insn-pattern-2}
4164    @dots{}]
4165   "@var{preparation-statements}"
4166   [@var{insn-attributes}])
4167
4168 @end smallexample
4169
4170 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
4171 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
4172 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
4173 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
4174 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
4175 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
4176 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
4177 from i386.md:
4178
4179 @smallexample
4180 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
4181   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
4182      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
4183    (clobber (reg:CC 17))]
4184   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
4185   "#"
4186   "&& reload_completed"
4187   [(parallel [(set (match_dup 0)
4188                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
4189               (clobber (reg:CC 17))])]
4190   ""
4191   [(set_attr "type" "alu1")])
4192
4193 @end smallexample
4194
4195 In this case, the actual split condition will be
4196 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
4197
4198 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
4199 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
4200 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
4201 having to ensure the two patterns' templates match.
4202
4203 @node Including Patterns
4204 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
4205 @cindex insn includes
4206
4207 @findex include
4208 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
4209 look for patterns that are in files other than in the file
4210 @file{.md}. This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
4211
4212 It looks like:
4213
4214 @smallexample
4215
4216 (include
4217   @var{pathname})
4218 @end smallexample
4219
4220 For example:
4221
4222 @smallexample
4223
4224 (include "filestuff")
4225
4226 @end smallexample
4227
4228 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
4229 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}. The
4230 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
4231
4232
4233 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
4234 and placed into subdirectories.
4235
4236 By specifying:
4237
4238 @smallexample
4239
4240 (include "BOGUS/filestuff")
4241
4242 @end smallexample
4243
4244 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
4245
4246 Specifying an absolute path for the include file such as;
4247 @smallexample
4248
4249 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
4250
4251 @end smallexample
4252 is permitted but is not encouraged.
4253
4254 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
4255 @cindex directory options .md
4256 @cindex options, directory search
4257 @cindex search options
4258
4259 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
4260 For example:
4261
4262 @smallexample
4263
4264 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
4265
4266 @end smallexample
4267
4268
4269 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
4270 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
4271 file, substituting your own version, since these directories are
4272 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
4273 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
4274 order; the standard default directory come after.
4275
4276
4277 @node Peephole Definitions
4278 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
4279 @cindex peephole optimizer definitions
4280 @cindex defining peephole optimizers
4281
4282 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
4283 definitions of machine-specific peephole optimizations.
4284
4285 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
4286 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
4287 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
4288 though the second one does not appear to use a register computed in the
4289 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
4290 opportunities.
4291
4292 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
4293 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
4294 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
4295 is deprecated.
4296
4297 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
4298 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
4299 but before scheduling, which may result in much better code for
4300 targets that do scheduling.
4301
4302 @menu
4303 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
4304 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
4305 @end menu
4306
4307 @node define_peephole
4308 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
4309 @findex define_peephole
4310
4311 @need 1000
4312 A definition looks like this:
4313
4314 @smallexample
4315 (define_peephole
4316   [@var{insn-pattern-1}
4317    @var{insn-pattern-2}
4318    @dots{}]
4319   "@var{condition}"
4320   "@var{template}"
4321   "@var{optional-insn-attributes}")
4322 @end smallexample
4323
4324 @noindent
4325 The last string operand may be omitted if you are not using any
4326 machine-specific information in this machine description.  If present,
4327 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
4328
4329 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
4330 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
4331 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
4332 the next, and so on.
4333
4334 Each of the insns matched by a peephole must also match a
4335 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
4336 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
4337 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
4338 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
4339 stages.
4340
4341 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
4342 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
4343 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
4344 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
4345 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
4346 other.
4347
4348 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
4349 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
4350 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
4351 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
4352 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
4353
4354 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
4355 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
4356 previously tested.
4357
4358 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
4359 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
4360 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
4361 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
4362 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
4363 patterns.
4364
4365 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
4366 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
4367 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
4368 the operands.
4369
4370 @findex prev_active_insn
4371 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
4372 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
4373 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
4374 to refer to the last of the insns being matched; use
4375 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
4376
4377 @findex dead_or_set_p
4378 When optimizing computations with intermediate results, you can use
4379 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
4380 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
4381 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
4382 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
4383 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
4384 value (from @code{operands[@var{i}]}).
4385
4386 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
4387 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
4388 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
4389 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
4390 used in matching the original sequence of insns.
4391
4392 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
4393 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
4394 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
4395 as the insn pattern to control how the insn is output.
4396
4397 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
4398 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
4399
4400 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
4401
4402 @smallexample
4403 (define_peephole
4404   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
4405    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
4406         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
4407   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
4408 @{
4409   rtx xoperands[2];
4410   xoperands[1] = gen_rtx (REG, SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
4411 #ifdef MOTOROLA
4412   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
4413   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
4414   return "fmove.d (sp)+,%0";
4415 #else
4416   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
4417   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
4418   return "fmoved sp@@+,%0";
4419 #endif
4420 @})
4421 @end smallexample
4422
4423 @need 1000
4424 The effect of this optimization is to change
4425
4426 @smallexample
4427 @group
4428 jbsr _foobar
4429 addql #4,sp
4430 movel d1,sp@@-
4431 movel d0,sp@@-
4432 fmoved sp@@+,fp0
4433 @end group
4434 @end smallexample
4435
4436 @noindent
4437 into
4438
4439 @smallexample
4440 @group
4441 jbsr _foobar
4442 movel d1,sp@@
4443 movel d0,sp@@-
4444 fmoved sp@@+,fp0
4445 @end group
4446 @end smallexample
4447
4448 @ignore
4449 @findex CC_REVERSED
4450 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
4451 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
4452 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
4453 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
4454 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
4455 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
4456 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
4457 and in this C code check the condition code status flags and change the
4458 assembler code as appropriate.
4459 @end ignore
4460
4461 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
4462 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
4463 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
4464 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
4465 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
4466 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
4467 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
4468 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
4469 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
4470
4471 @smallexample
4472 (define_insn "divmodsi4"
4473   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4474         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4475                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4476    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4477         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
4478   "TARGET_68020"
4479   "divsl%.l %2,%3:%0")
4480 @end smallexample
4481
4482 @noindent
4483 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
4484
4485 @smallexample
4486 (define_peephole
4487   [@dots{}
4488    (parallel
4489     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4490           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4491                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4492      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4493           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
4494    @dots{}]
4495   @dots{})
4496 @end smallexample
4497
4498 @node define_peephole2
4499 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
4500 @findex define_peephole2
4501
4502 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
4503 substitute one sequence of instructions for another sequence,
4504 what additional scratch registers may be needed and what their
4505 lifetimes must be.
4506
4507 @smallexample
4508 (define_peephole2
4509   [@var{insn-pattern-1}
4510    @var{insn-pattern-2}
4511    @dots{}]
4512   "@var{condition}"
4513   [@var{new-insn-pattern-1}
4514    @var{new-insn-pattern-2}
4515    @dots{}]
4516   "@var{preparation-statements}")
4517 @end smallexample
4518
4519 The definition is almost identical to @code{define_split}
4520 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
4521 single instruction, but a sequence of instructions.
4522
4523 It is possible to request additional scratch registers for use in the
4524 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
4525 will simply not match.
4526
4527 @findex match_scratch
4528 @findex match_dup
4529 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
4530 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
4531 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
4532 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
4533 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
4534 at which the register must be available.
4535
4536 Here is an example from the IA-32 machine description:
4537
4538 @smallexample
4539 (define_peephole2
4540   [(match_scratch:SI 2 "r")
4541    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4542                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
4543                      [(match_dup 0)
4544                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
4545               (clobber (reg:CC 17))])]
4546   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
4547   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
4548    (parallel [(set (match_dup 0)
4549                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
4550               (clobber (reg:CC 17))])]
4551   "")
4552 @end smallexample
4553
4554 @noindent
4555 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
4556 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
4557 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
4558 to be live only at the point just before the arithmetic.
4559
4560 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
4561 so here's a silly made-up example:
4562
4563 @smallexample
4564 (define_peephole2
4565   [(match_scratch:SI 4 "r")
4566    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
4567    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
4568    (match_dup 4)
4569    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
4570   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
4571   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
4572    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
4573    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
4574    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
4575   "")
4576 @end smallexample
4577
4578 @noindent
4579 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
4580 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
4581 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
4582
4583 @node Insn Attributes
4584 @section Instruction Attributes
4585 @cindex insn attributes
4586 @cindex instruction attributes
4587
4588 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
4589 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
4590 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
4591 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
4592 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
4593 to track the condition codes.
4594
4595 @menu
4596 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
4597 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
4598 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
4599 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
4600 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
4601 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
4602 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
4603 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
4604 @end menu
4605
4606 @node Defining Attributes
4607 @subsection Defining Attributes and their Values
4608 @cindex defining attributes and their values
4609 @cindex attributes, defining
4610
4611 @findex define_attr
4612 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
4613 by the target machine.  It looks like:
4614
4615 @smallexample
4616 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
4617 @end smallexample
4618
4619 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
4620
4621 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
4622 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
4623 indicate that the attribute takes numeric values.
4624
4625 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
4626 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
4627 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
4628 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
4629 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
4630
4631 @findex insn-attr.h
4632 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
4633 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
4634 specified for an attribute, the following are defined:
4635
4636 @itemize @bullet
4637 @item
4638 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
4639
4640 @item
4641 An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
4642 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
4643 the attribute name and value are first converted to upper case.
4644
4645 @item
4646 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
4647 returns the attribute value for that insn.
4648 @end itemize
4649
4650 For example, if the following is present in the @file{md} file:
4651
4652 @smallexample
4653 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
4654 @end smallexample
4655
4656 @noindent
4657 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
4658
4659 @smallexample
4660 #define HAVE_ATTR_type
4661 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
4662                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
4663 extern enum attr_type get_attr_type ();
4664 @end smallexample
4665
4666 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
4667 defined and the function to obtain the attribute's value will return
4668 @code{int}.
4669
4670 @node Expressions
4671 @subsection Attribute Expressions
4672 @cindex attribute expressions
4673
4674 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
4675 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
4676 Attribute value expressions must have one of the following forms:
4677
4678 @table @code
4679 @cindex @code{const_int} and attributes
4680 @item (const_int @var{i})
4681 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
4682 must be non-negative.
4683
4684 The value of a numeric attribute can be specified either with a
4685 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
4686 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
4687 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
4688 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
4689
4690 @cindex @code{const_string} and attributes
4691 @item (const_string @var{value})
4692 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
4693 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
4694 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
4695 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
4696 of a @code{define_attr}.
4697
4698 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
4699 must be a string containing a non-negative integer (normally
4700 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
4701 contain one of the valid values for the attribute.
4702
4703 @cindex @code{if_then_else} and attributes
4704 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
4705 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
4706 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
4707 otherwise it is @var{false-value}.
4708
4709 @cindex @code{cond} and attributes
4710 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
4711 The first operand of this expression is a vector containing an even
4712 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
4713 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
4714 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
4715 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
4716 expression is that of the @var{default} expression.
4717 @end table
4718
4719 @var{test} expressions can have one of the following forms:
4720
4721 @table @code
4722 @cindex @code{const_int} and attribute tests
4723 @item (const_int @var{i})
4724 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
4725
4726 @cindex @code{not} and attributes
4727 @cindex @code{ior} and attributes
4728 @cindex @code{and} and attributes
4729 @item (not @var{test})
4730 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
4731 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
4732 These tests are true if the indicated logical function is true.
4733
4734 @cindex @code{match_operand} and attributes
4735 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
4736 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
4737 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
4738 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
4739 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
4740 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
4741 string).
4742
4743 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
4744
4745 @cindex @code{le} and attributes
4746 @cindex @code{leu} and attributes
4747 @cindex @code{lt} and attributes
4748 @cindex @code{gt} and attributes
4749 @cindex @code{gtu} and attributes
4750 @cindex @code{ge} and attributes
4751 @cindex @code{geu} and attributes
4752 @cindex @code{ne} and attributes
4753 @cindex @code{eq} and attributes
4754 @cindex @code{plus} and attributes
4755 @cindex @code{minus} and attributes
4756 @cindex @code{mult} and attributes
4757 @cindex @code{div} and attributes
4758 @cindex @code{mod} and attributes
4759 @cindex @code{abs} and attributes
4760 @cindex @code{neg} and attributes
4761 @cindex @code{ashift} and attributes
4762 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
4763 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
4764 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
4765 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
4766 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
4767 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
4768 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
4769 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
4770 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
4771 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
4772 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
4773 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
4774 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
4775 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
4776 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
4777 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
4778 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
4779
4780 @findex get_attr
4781 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
4782 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
4783 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
4784 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
4785 variable.
4786
4787 @findex eq_attr
4788 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
4789 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
4790
4791 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
4792 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
4793 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
4794 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
4795 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
4796 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
4797 @emph{not} in the specified list.
4798
4799 For example,
4800
4801 @smallexample
4802 (eq_attr "type" "load,store")
4803 @end smallexample
4804
4805 @noindent
4806 is equivalent to
4807
4808 @smallexample
4809 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
4810 @end smallexample
4811
4812 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
4813 value of the compiler variable @code{which_alternative}
4814 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
4815 example,
4816
4817 @smallexample
4818 (eq_attr "alternative" "2,3")
4819 @end smallexample
4820
4821 @noindent
4822 is equivalent to
4823
4824 @smallexample
4825 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
4826      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
4827 @end smallexample
4828
4829 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
4830 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
4831 a particular pattern.  This is by far the most common case.
4832
4833 @findex attr_flag
4834 @item (attr_flag @var{name})
4835 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
4836 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
4837 scheduled.
4838
4839 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
4840 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
4841 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
4842 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
4843 if a conditional branch is expected to be taken.
4844
4845 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
4846 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
4847
4848 This example describes a conditional branch delay slot which
4849 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
4850 for backward branches which are not taken (annul-false).
4851
4852 @smallexample
4853 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
4854   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
4855    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4856         (attr_flag "forward"))
4857    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4858         (attr_flag "backward"))])
4859 @end smallexample
4860
4861 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
4862 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4863
4864 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
4865 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4866 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
4867 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4868
4869 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
4870 meaning to other passes of the compiler.
4871
4872 @findex attr
4873 @item (attr @var{name})
4874 The value of another attribute is returned.  This is most useful
4875 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
4876 produce more efficient code for non-numeric attributes.
4877 @end table
4878
4879 @node Tagging Insns
4880 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
4881 @cindex tagging insns
4882 @cindex assigning attribute values to insns
4883
4884 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
4885 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
4886 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
4887 have an optional last argument to specify the values of attributes for
4888 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
4889 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
4890 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
4891 permits the specification of the values for only one or two attributes
4892 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
4893 next section.
4894
4895 The optional last argument of @code{define_insn} and
4896 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
4897 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
4898 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
4899 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
4900 second operand of the @code{set} is an attribute expression
4901 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
4902
4903 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
4904 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
4905 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
4906 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
4907 each alternative.
4908
4909 @findex set_attr
4910 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
4911 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
4912 specifying a string giving either a single attribute value or a list
4913 of attribute values, one for each alternative.
4914
4915 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
4916 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
4917
4918 @table @code
4919 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
4920 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
4921 or a string containing a comma-separated list giving the values for
4922 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
4923 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
4924
4925 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
4926 which case the attribute will assume its default value for insns matching
4927 that alternative.
4928
4929 @findex set_attr_alternative
4930 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
4931 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
4932 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
4933 tests on the @samp{alternative} attribute.
4934
4935 @findex attr
4936 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
4937 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
4938 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
4939 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
4940 @end table
4941
4942 The following shows three different ways of representing the same
4943 attribute value specification:
4944
4945 @smallexample
4946 (set_attr "type" "load,store,arith")
4947
4948 (set_attr_alternative "type"
4949                       [(const_string "load") (const_string "store")
4950                        (const_string "arith")])
4951
4952 (set (attr "type")
4953      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
4954             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
4955            (const_string "arith")))
4956 @end smallexample
4957
4958 @need 1000
4959 @findex define_asm_attributes
4960 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
4961 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
4962 statement.  It has the form:
4963
4964 @smallexample
4965 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
4966 @end smallexample
4967
4968 @noindent
4969 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
4970 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
4971
4972 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
4973 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
4974
4975 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
4976 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
4977 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
4978 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
4979 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
4980 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
4981 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
4982 of a single machine instruction.
4983
4984 @node Attr Example
4985 @subsection Example of Attribute Specifications
4986 @cindex attribute specifications example
4987 @cindex attribute specifications
4988
4989 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
4990 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
4991 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
4992 value.  This attribute is normally used only to define the default value
4993 for other attributes.  An example will clarify this usage.
4994
4995 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
4996 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
4997 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
4998 operations, floating point operations, and branches.
4999
5000 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
5001 the condition code and will limit ourselves to the following possible
5002 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
5003 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
5004 changed if the item previously set into the condition code has been
5005 modified.
5006
5007 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
5008
5009 @smallexample
5010 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
5011
5012 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
5013              (cond [(eq_attr "type" "load")
5014                         (const_string "change0")
5015                     (eq_attr "type" "store,branch")
5016                         (const_string "unchanged")
5017                     (eq_attr "type" "arith")
5018                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
5019                                       (const_string "set")
5020                                       (const_string "clobber"))]
5021                    (const_string "clobber")))
5022
5023 (define_insn ""
5024   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
5025         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
5026   ""
5027   "@@
5028    move %0,%1
5029    load %0,%1
5030    store %0,%1"
5031   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
5032 @end smallexample
5033
5034 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
5035 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
5036 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
5037 full-word result.
5038
5039 @node Insn Lengths
5040 @subsection Computing the Length of an Insn
5041 @cindex insn lengths, computing
5042 @cindex computing the length of an insn
5043
5044 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
5045 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
5046 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
5047 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
5048 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
5049 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
5050
5051 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
5052 arithmetic terms are allowed in test expressions:
5053
5054 @table @code
5055 @cindex @code{match_dup} and attributes
5056 @item (match_dup @var{n})
5057 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
5058 must be a @code{label_ref}.
5059
5060 @cindex @code{pc} and attributes
5061 @item (pc)
5062 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
5063 been more consistent with other usage to make this the address of the
5064 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
5065 current insn is to be computed.
5066 @end table
5067
5068 @cindex @code{addr_vec}, length of
5069 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
5070 For normal insns, the length will be determined by value of the
5071 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
5072 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
5073 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
5074
5075 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
5076
5077 The following macros can be used to refine the length computation:
5078
5079 @table @code
5080 @findex FIRST_INSN_ADDRESS
5081 @item FIRST_INSN_ADDRESS
5082 When the @code{length} insn attribute is used, this macro specifies the
5083 value to be assigned to the address of the first insn in a function.  If
5084 not specified, 0 is used.
5085
5086 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
5087 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
5088 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
5089 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
5090 that contains the initially computed length of the insn and should be
5091 updated with the correct length of the insn.
5092
5093 This macro will normally not be required.  A case in which it is
5094 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
5095 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
5096 may be required.
5097 @end table
5098
5099 @findex get_attr_length
5100 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
5101 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
5102 determine the form of the branch instruction to be written, as the
5103 example below illustrates.
5104
5105 As an example of the specification of variable-length branches, consider
5106 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
5107 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
5108 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
5109 sequence to load the address from memory and then branch to it.
5110
5111 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
5112 as follows:
5113
5114 @smallexample
5115 (define_insn "jump"
5116   [(set (pc)
5117         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
5118   ""
5119 @{
5120    return (get_attr_length (insn) == 4
5121            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
5122 @}
5123   [(set (attr "length")
5124         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
5125                       (const_int 4)
5126                       (const_int 6)))])
5127 @end smallexample
5128
5129 @node Constant Attributes
5130 @subsection Constant Attributes
5131 @cindex constant attributes
5132
5133 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
5134 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
5135 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
5136 used to specify which variety of processor is used.  For example,
5137
5138 @smallexample
5139 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
5140  (const
5141   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
5142          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
5143         (const_string "m88000"))))
5144
5145 (define_attr "memory" "fast,slow"
5146  (const
5147   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
5148                 (const_string "fast")
5149                 (const_string "slow"))))
5150 @end smallexample
5151
5152 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
5153 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
5154 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
5155 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
5156 forms involving insn attributes.
5157
5158 @node Delay Slots
5159 @subsection Delay Slot Scheduling
5160 @cindex delay slots, defining
5161
5162 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
5163 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
5164 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
5165 after the instruction are executed as if they were located before it.
5166 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
5167 the following instruction before the branch or call is performed.
5168
5169 On some machines, conditional branch instructions can optionally
5170 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
5171 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
5172 instructions that annul if the branch is true and instructions that
5173 annul if the branch is false are supported.
5174
5175 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
5176 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
5177 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
5178 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
5179 instruction scheduling.
5180
5181 @findex define_delay
5182 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
5183 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
5184
5185 @smallexample
5186 (define_delay @var{test}
5187               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
5188                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
5189                @dots{}])
5190 @end smallexample
5191
5192 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
5193 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
5194 required delay slots is determined by the length of the vector specified
5195 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
5196 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
5197 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
5198 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
5199 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
5200 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
5201
5202 For example, in the common case where branch and call insns require
5203 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
5204 call, the following would be placed in the @file{md} file:
5205
5206 @smallexample
5207 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
5208               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5209 @end smallexample
5210
5211 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
5212 case, each such expression specifies different delay slot requirements
5213 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
5214 expressions are both true.
5215
5216 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
5217 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
5218 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
5219 branch is true, we might represent this as follows:
5220
5221 @smallexample
5222 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
5223    [(eq_attr "type" "!branch,call")
5224     (eq_attr "type" "!branch,call")
5225     (nil)])
5226
5227 (define_delay (eq_attr "type" "call")
5228               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
5229                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5230 @end smallexample
5231 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
5232
5233 @node Processor pipeline description
5234 @subsection Specifying processor pipeline description
5235 @cindex processor pipeline description
5236 @cindex processor functional units
5237 @cindex instruction latency time
5238 @cindex interlock delays
5239 @cindex data dependence delays
5240 @cindex reservation delays
5241 @cindex pipeline hazard recognizer
5242 @cindex automaton based pipeline description
5243 @cindex regular expressions
5244 @cindex deterministic finite state automaton
5245 @cindex automaton based scheduler
5246 @cindex RISC
5247 @cindex VLIW
5248
5249 To achieve better performance, most modern processors
5250 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
5251 processors) have many @dfn{functional units} on which several
5252 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
5253 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
5254 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
5255 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
5256 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g. for some
5257 MIPS processors).
5258
5259 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
5260 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
5261 latency time}.  The instruction execution is not started until all
5262 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
5263 complex cases when the instruction execution starts even when the data
5264 are not availaible but will be ready in given time after the
5265 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
5266 account is simple.  The data dependence (true, output, and
5267 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
5268 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
5269 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
5270 means that two instructions under execution will be in need of shared
5271 processors resources, i.e. buses, internal registers, and/or
5272 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
5273 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
5274 processors.
5275
5276 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
5277 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
5278 instruction scheduler has to have an adequate description of the
5279 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  Currently GCC 
5280 provides two alternative ways to describe processor parallelism,
5281 both described below.  The first method is outlined in the next section;
5282 it was once the only method provided by GCC, and thus is used in a number
5283 of exiting ports.  The second, and preferred method, specifies functional
5284 unit reservations for groups of instructions with the aid of @dfn{regular
5285 expressions}.  This is called the @dfn{automaton based description}.    
5286
5287 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
5288 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
5289 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
5290 automatically generated from the processor pipeline description.  The
5291 pipeline hazard recognizer generated from the automaton based
5292 description is more sophisticated and based on a deterministic finite
5293 state automaton (@acronym{DFA}) and therefore faster than one
5294 generated from the old description.  Furthermore, its speed is not dependent
5295 on processor complexity.  The instruction issue is possible if there is
5296 a transition from one automaton state to another one.
5297
5298 You can use any model to describe processor pipeline characteristics
5299 or even a mix of them.  You could use the old description for some
5300 processor submodels and the @acronym{DFA}-based one for the rest
5301 processor submodels.
5302
5303 In general, the usage of the automaton based description is more
5304 preferable.  Its model is more rich.  It permits to describe more
5305 accurately pipeline characteristics of processors which results in
5306 improving code quality (although sometimes only on several percent
5307 fractions).  It will be also used as an infrastructure to implement
5308 sophisticated and practical insn scheduling which will try many
5309 instruction sequences to choose the best one.
5310
5311
5312 @menu
5313 * Old pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
5314 * Automaton pipeline description:: Describing insn pipeline characteristics.
5315 * Comparison of the two descriptions:: Drawbacks of the old pipeline description
5316 @end menu
5317
5318 @node Old pipeline description
5319 @subsubsection Specifying Function Units
5320 @cindex old pipeline description
5321 @cindex function units, for scheduling
5322
5323 On most @acronym{RISC} machines, there are instructions whose results
5324 are not available for a specific number of cycles.  Common cases are
5325 instructions that load data from memory.  On many machines, a pipeline
5326 stall will result if the data is referenced too soon after the load
5327 instruction.
5328
5329 In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
5330 one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
5331 stalls when a result that is needed is not yet ready.
5332
5333 The descriptions in this section allow the specification of how much
5334 time must elapse between the execution of an instruction and the time
5335 when its result is used.  It also allows specification of when the
5336 execution of an instruction will delay execution of similar instructions
5337 due to function unit conflicts.
5338
5339 For the purposes of the specifications in this section, a machine is
5340 divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
5341 class of instructions in first-in-first-out order.  Function units
5342 that accept one instruction each cycle and allow a result to be used
5343 in the succeeding instruction (usually via forwarding) need not be
5344 specified.  Classic @acronym{RISC} microprocessors will normally have
5345 a single function unit, which we can call @samp{memory}.  The newer
5346 ``superscalar'' processors will often have function units for floating
5347 point operations, usually at least a floating point adder and
5348 multiplier.
5349
5350 @findex define_function_unit
5351 Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
5352 @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
5353
5354 @smallexample
5355 (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
5356                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
5357                      [@var{conflict-list}])
5358 @end smallexample
5359
5360 @var{name} is a string giving the name of the function unit.
5361
5362 @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
5363 units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
5364 be scheduled independently.  Only truly independent units should be
5365 counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
5366 only common example of a machine that has multiple function units for a
5367 single instruction class that are truly independent and not pipelined
5368 are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
5369
5370 @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
5371 executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
5372 if the unit is pipelined and has no limit.
5373
5374 All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
5375 @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
5376 @var{simultaneity}.
5377
5378 @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
5379 in this definition.  Note that an insn may use more than one function
5380 unit and a function unit may be specified in more than one
5381 @code{define_function_unit}.
5382
5383 @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5384 after which the result of the instruction can be used without
5385 introducing any stalls.
5386
5387 @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5388 after the instruction matching the @var{test} expression begins using
5389 this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
5390 indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
5391 be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
5392 value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
5393 @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
5394 For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
5395 unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
5396 insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
5397
5398 @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
5399 for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
5400 to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
5401 particular insn matching @var{test} that is already executing in
5402 @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
5403 conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
5404 specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
5405 function unit.
5406
5407 Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
5408 pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
5409 where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
5410
5411 As an example, consider a classic @acronym{RISC} machine where the
5412 result of a load instruction is not available for two cycles (a single
5413 ``delay'' instruction is required) and where only one load instruction
5414 can be executed simultaneously.  This would be specified as:
5415
5416 @smallexample
5417 (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
5418 @end smallexample
5419
5420 For the case of a floating point function unit that can pipeline either
5421 single or double precision, but not both, the following could be specified:
5422
5423 @smallexample
5424 (define_function_unit
5425    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
5426 (define_function_unit
5427    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
5428 @end smallexample
5429
5430 @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
5431 and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
5432 expression.  It has recently come to our attention that these
5433 specifications may not allow modeling of some of the newer
5434 ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
5435 units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
5436 used during their execution and there is no way of representing that
5437 conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
5438 in such processors and suggestions for their representation.
5439
5440 @node Automaton pipeline description
5441 @subsubsection Describing instruction pipeline characteristics
5442 @cindex automaton based pipeline description
5443
5444 This section describes constructions of the automaton based processor
5445 pipeline description.  The order of all mentioned below constructions
5446 in the machine description file is not important.
5447
5448 @findex define_automaton
5449 @cindex pipeline hazard recognizer
5450 The following optional construction describes names of automata
5451 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
5452 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
5453 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
5454 units to the automata, the summary size of the automata usually is
5455 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
5456 construction, only one finite state automaton is generated.
5457
5458 @smallexample
5459 (define_automaton @var{automata-names})
5460 @end smallexample
5461
5462 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
5463 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
5464 The automaton name is used in construction @code{define_cpu_unit} and
5465 @code{define_query_cpu_unit}.
5466
5467 @findex define_cpu_unit
5468 @cindex processor functional units
5469 Each processor functional unit used in description of instruction
5470 reservations should be described by the following construction.
5471
5472 @smallexample
5473 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5474 @end smallexample
5475
5476 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
5477 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
5478 for other goals.
5479
5480 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5481 which the unit is bound.  The automaton should be described in
5482 construction @code{define_automaton}.  You should give
5483 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
5484
5485 @findex define_query_cpu_unit
5486 @cindex querying function unit reservations
5487 The following construction describes CPU functional units analogously
5488 to @code{define_cpu_unit}.  If we use automata without their
5489 minimization, the reservation of such units can be queried for an
5490 automaton state.  The instruction scheduler never queries reservation
5491 of functional units for given automaton state.  So as a rule, you
5492 don't need this construction.  This construction could be used for
5493 future code generation goals (e.g. to generate @acronym{VLIW} insn
5494 templates).
5495
5496 @smallexample
5497 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5498 @end smallexample
5499
5500 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
5501 separated by commas.
5502
5503 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5504 which the unit is bound.
5505
5506 @findex define_insn_reservation
5507 @cindex instruction latency time
5508 @cindex regular expressions
5509 @cindex data bypass
5510 The following construction is the major one to describe pipeline
5511 characteristics of an instruction.
5512
5513 @smallexample
5514 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
5515                          @var{condition} @var{regexp})
5516 @end smallexample
5517
5518 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
5519 instruction.  There is an important difference between the old
5520 description and the automaton based pipeline description.  The latency
5521 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
5522 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
5523 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
5524 zero and the cost of output dependencies is the difference between
5525 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
5526 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
5527 change the default costs for any description by using the target hook
5528 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
5529
5530 @var{insn-names} is a string giving the internal name of the insn.  The
5531 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
5532 the automaton description file generated for debugging.  The internal
5533 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
5534 good practice to use insn classes described in the processor manual.
5535
5536 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
5537 construction.  You should remember that you will be in trouble if
5538 @var{condition} for two or more different
5539 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
5540 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
5541 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
5542 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
5543 the same value is quite difficult (especially if the conditions
5544 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
5545 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
5546 recognizer considerably.
5547
5548 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
5549 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
5550 expression according to the following syntax:
5551
5552 @smallexample
5553        regexp = regexp "," oneof
5554               | oneof
5555
5556        oneof = oneof "|" allof
5557              | allof
5558
5559        allof = allof "+" repeat
5560              | repeat
5561  
5562        repeat = element "*" number
5563               | element
5564
5565        element = cpu_function_unit_name
5566                | reservation_name
5567                | result_name
5568                | "nothing"
5569                | "(" regexp ")"
5570 @end smallexample
5571
5572 @itemize @bullet
5573 @item
5574 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
5575 the reservation.
5576
5577 @item
5578 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
5579 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
5580 regular expression @strong{or} etc.
5581
5582 @item
5583 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
5584 regular expression @strong{and} a reservation described by the
5585 second regular expression @strong{and} etc.
5586
5587 @item
5588 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
5589 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
5590 advancing (see @samp{,}).
5591
5592 @item
5593 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
5594 functional unit.
5595
5596 @item
5597 @samp{reservation_name} --- see description of construction
5598 @samp{define_reservation}.
5599
5600 @item
5601 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
5602 @end itemize
5603
5604 @findex define_reservation
5605 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
5606 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
5607 the common part by the following construction
5608
5609 @smallexample
5610 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
5611 @end smallexample
5612
5613 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
5614 Functional unit names and reservation names are in the same name
5615 space.  So the reservation names should be different from the
5616 functional unit names and can not be reserved name @samp{nothing}.
5617
5618 @findex define_bypass
5619 @cindex instruction latency time
5620 @cindex data bypass
5621 The following construction is used to describe exceptions in the
5622 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
5623
5624 @smallexample
5625 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
5626                [@var{guard}])
5627 @end smallexample
5628
5629 @var{number} defines when the result generated by the instructions
5630 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
5631 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
5632 the string are separated by commas.
5633
5634 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
5635 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
5636 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
5637 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
5638 recognize complicated bypasses, e.g. when the consumer is only an address
5639 of insn @samp{store} (not a stored value).
5640
5641 @findex exclusion_set
5642 @findex presence_set
5643 @findex absence_set
5644 @cindex VLIW
5645 @cindex RISC
5646 Usually the following three constructions are used to describe
5647 @acronym{VLIW} processors (more correctly to describe a placement of
5648 small insns into @acronym{VLIW} insn slots).  Although they can be
5649 used for @acronym{RISC} processors too.
5650
5651 @smallexample
5652 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
5653 (presence_set @var{unit-names} @var{unit-names})
5654 (absence_set @var{unit-names} @var{unit-names})
5655 @end smallexample
5656
5657 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
5658 separated by commas.
5659
5660 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
5661 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
5662 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
5663 example, the construction is useful for describing processors
5664 (e.g. some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
5665 functional unit which can execute simultaneously only single floating
5666 point insns or only double floating point insns.
5667
5668 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
5669 functional unit in the first string can not be reserved unless at
5670 least one of units whose names are in the second string is reserved.
5671 This is an asymmetric relation.  For example, it is useful for
5672 description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
5673 @samp{slot0} reservation.
5674
5675 The third construction (@samp{absence_set}) means that each functional
5676 unit in the first string can be reserved only if each unit whose name
5677 is in the second string is not reserved.  This is an asymmetric
5678 relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to this one but
5679 it is symmetric).  For example, it is useful for description that
5680 @acronym{VLIW} @samp{slot0} can not be reserved after @samp{slot1} or
5681 @samp{slot2} reservation.
5682
5683 All functional units mentioned in a set should belong to the same
5684 automaton.
5685
5686 @findex automata_option
5687 @cindex deterministic finite state automaton
5688 @cindex nondeterministic finite state automaton
5689 @cindex finite state automaton minimization
5690 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
5691 the following construction.
5692
5693 @smallexample
5694 (automata_option @var{options})
5695 @end smallexample
5696
5697 @var{options} is a string giving options which affect the generated
5698 code.  Currently there are the following options:
5699
5700 @itemize @bullet
5701 @item
5702 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
5703 only worth to do when we are going to query CPU functional unit
5704 reservations in an automaton state.
5705
5706 @item
5707 @dfn{time} means printing additional time statistics about
5708 generation of automata.
5709
5710 @item
5711 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
5712 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
5713 verification and debugging.
5714
5715 @item
5716 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
5717 non-critical errors.
5718
5719 @item
5720 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
5721 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
5722 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
5723 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
5724 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
5725 may be rejected by reservations in the subsequent insns.  You can not
5726 query functional unit reservations in nondeterministic automaton
5727 states.
5728 @end itemize
5729
5730 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
5731 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
5732 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
5733 the following functional units.
5734
5735 @smallexample
5736 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
5737 (define_cpu_unit "port0, port1")
5738 @end smallexample
5739
5740 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
5741 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
5742 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
5743 are issued into the second pipeline.  Integer division and
5744 multiplication insns can be executed only in the second integer
5745 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
5746 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e. the subsequent
5747 integer division insn can not be issued until the current division
5748 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
5749 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
5750 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
5751 incurred.  To describe all of this we could specify
5752
5753 @smallexample
5754 (define_cpu_unit "div")
5755
5756 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "cpu" "int")
5757                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
5758
5759 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "cpu" "mult")
5760                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
5761
5762 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "cpu" "div")
5763                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
5764
5765 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "cpu" "float")
5766                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
5767
5768 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
5769 @end smallexample
5770
5771 To simplify the description we could describe the following reservation
5772
5773 @smallexample
5774 (define_reservation "finish" "port0|port1")
5775 @end smallexample
5776
5777 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
5778 construction
5779
5780 @smallexample
5781 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "cpu" "int")
5782                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
5783 @end smallexample
5784
5785
5786 @node Comparison of the two descriptions
5787 @subsubsection Drawbacks of the old pipeline description
5788 @cindex old pipeline description
5789 @cindex automaton based pipeline description
5790 @cindex processor functional units
5791 @cindex interlock delays
5792 @cindex instruction latency time
5793 @cindex pipeline hazard recognizer
5794 @cindex data bypass
5795
5796 The old instruction level parallelism description and the pipeline
5797 hazards recognizer based on it have the following drawbacks in
5798 comparison with the @acronym{DFA}-based ones:
5799   
5800 @itemize @bullet
5801 @item
5802 Each functional unit is believed to be reserved at the instruction
5803 execution start.  This is a very inaccurate model for modern
5804 processors.
5805
5806 @item
5807 An inadequate description of instruction latency times.  The latency
5808 time is bound with a functional unit reserved by an instruction not
5809 with the instruction itself.  In other words, the description is
5810 oriented to describe at most one unit reservation by each instruction.
5811 It also does not permit to describe special bypasses between
5812 instruction pairs.
5813
5814 @item
5815 The implementation of the pipeline hazard recognizer interface has
5816 constraints on number of functional units.  This is a number of bits
5817 in integer on the host machine.
5818
5819 @item
5820 The interface to the pipeline hazard recognizer is more complex than
5821 one to the automaton based pipeline recognizer.
5822
5823 @item
5824 An unnatural description when you write a unit and a condition which
5825 selects instructions using the unit.  Writing all unit reservations
5826 for an instruction (an instruction class) is more natural.
5827
5828 @item
5829 The recognition of the interlock delays has a slow implementation.  The GCC
5830 scheduler supports structures which describe the unit reservations.
5831 The more functional units a processor has, the slower its pipeline hazard
5832 recognizer will be.  Such an implementation would become even slower when we
5833 allowed to
5834 reserve functional units not only at the instruction execution start.
5835 In an automaton based pipeline hazard recognizer, speed is not dependent
5836 on processor complexity.
5837 @end itemize
5838
5839 @node Conditional Execution
5840 @section Conditional Execution
5841 @cindex conditional execution
5842 @cindex predication
5843
5844 A number of architectures provide for some form of conditional
5845 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
5846 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
5847 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
5848 can be quite tedious to describe these forms directly in the
5849 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
5850
5851 @findex define_cond_exec
5852 @smallexample
5853 (define_cond_exec
5854   [@var{predicate-pattern}]
5855   "@var{condition}"
5856   "@var{output-template}")
5857 @end smallexample
5858
5859 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
5860 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
5861 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
5862 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
5863 alternative.
5864
5865 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
5866 pattern to match.
5867
5868 @findex current_insn_predicate
5869 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
5870 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
5871 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
5872 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
5873 In order to handle the general case, there is a global variable
5874 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
5875 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
5876
5877 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
5878 the @code{predicable} instruction attribute is made.
5879 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
5880 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
5881 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
5882 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
5883 alternative or anything else.
5884
5885 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
5886 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
5887 generated that matches a predicated version of the instruction.
5888 For example,
5889
5890 @smallexample
5891 (define_insn "addsi"
5892   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
5893         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
5894                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
5895   "@var{test1}"
5896   "add %2,%1,%0")
5897
5898 (define_cond_exec
5899   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
5900        (const_int 0))]
5901   "@var{test2}"
5902   "(%0)")
5903 @end smallexample
5904
5905 @noindent
5906 generates a new pattern
5907
5908 @smallexample
5909 (define_insn ""
5910   [(cond_exec
5911      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
5912      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
5913           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
5914                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
5915   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
5916   "(%3) add %2,%1,%0")
5917 @end smallexample
5918
5919 @node Constant Definitions
5920 @section Constant Definitions
5921 @cindex constant definitions
5922 @findex define_constants
5923
5924 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
5925 can be a maintenance problem.
5926
5927 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
5928 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
5929 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
5930 if the corresponding value had been written instead.  You may use
5931 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
5932 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
5933 a different value.
5934
5935 To come back to the a29k load multiple example, instead of
5936
5937 @smallexample
5938 (define_insn ""
5939   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
5940      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
5941            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
5942       (use (reg:SI 179))
5943       (clobber (reg:SI 179))])]
5944   ""
5945   "loadm 0,0,%1,%2")
5946 @end smallexample
5947
5948 You could write:
5949
5950 @smallexample
5951 (define_constants [
5952     (R_BP 177)
5953     (R_FC 178)
5954     (R_CR 179)
5955     (R_Q  180)
5956 ])
5957
5958 (define_insn ""
5959   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
5960      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
5961            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
5962       (use (reg:SI R_CR))
5963       (clobber (reg:SI R_CR))])]
5964   ""
5965   "loadm 0,0,%1,%2")
5966 @end smallexample
5967
5968 The constants that are defined with a define_constant are also output
5969 in the insn-codes.h header file as #defines.
5970 @end ifset