gcc/config/nds32/nds32-n8.md

   1 ;; Pipeline descriptions of Andes NDS32 cpu for GNU compiler
   2 ;; Copyright (C) 2012-2024 Free Software Foundation, Inc.
   3 ;; Contributed by Andes Technology Corporation.
   4 ;;
   5 ;; This file is part of GCC.
   6 ;;
   7 ;; GCC is free software; you can redistribute it and/or modify it
   8 ;; under the terms of the GNU General Public License as published
   9 ;; by the Free Software Foundation; either version 3, or (at your
  10 ;; option) any later version.
  11 ;;
  12 ;; GCC is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
  13 ;; ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY
  14 ;; or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public
  15 ;; License for more details.
  16 ;;
  17 ;; You should have received a copy of the GNU General Public License
  18 ;; along with GCC; see the file COPYING3.  If not see
  19 ;; <http://www.gnu.org/licenses/>.
  20
  21
  22 ;; ------------------------------------------------------------------------
  23 ;; Define N8 pipeline settings.
  24 ;; ------------------------------------------------------------------------
  25
  26 (define_automaton "nds32_n8_machine")
  27
  28 ;; ------------------------------------------------------------------------
  29 ;; Pipeline Stages
  30 ;; ------------------------------------------------------------------------
  31 ;; IF - Instruction Fetch
  32 ;; II - Instruction Issue / Address Generation
  33 ;; EX - Instruction Execution
  34 ;; EXD - Psuedo Stage / Load Data Completion
  35
  36 (define_cpu_unit "n8_ii" "nds32_n8_machine")
  37 (define_cpu_unit "n8_ex" "nds32_n8_machine")
  38
  39 (define_insn_reservation "nds_n8_unknown" 1
  40   (and (eq_attr "type" "unknown")
  41        (eq_attr "pipeline_model" "n8"))
  42   "n8_ii, n8_ex")
  43
  44 (define_insn_reservation "nds_n8_misc" 1
  45   (and (eq_attr "type" "misc")
  46        (eq_attr "pipeline_model" "n8"))
  47   "n8_ii, n8_ex")
  48
  49 (define_insn_reservation "nds_n8_alu" 1
  50   (and (eq_attr "type" "alu")
  51        (eq_attr "pipeline_model" "n8"))
  52   "n8_ii, n8_ex")
  53
  54 (define_insn_reservation "nds_n8_load" 1
  55   (and (match_test "nds32::load_single_p (insn)")
  56        (eq_attr "pipeline_model" "n8"))
  57   "n8_ii, n8_ex")
  58
  59 (define_insn_reservation "nds_n8_store" 1
  60   (and (match_test "nds32::store_single_p (insn)")
  61        (eq_attr "pipeline_model" "n8"))
  62   "n8_ii, n8_ex")
  63
  64 (define_insn_reservation "nds_n8_load_multiple_1" 1
  65   (and (and (eq_attr "type" "load_multiple")
  66             (eq_attr "combo" "1"))
  67        (eq_attr "pipeline_model" "n8"))
  68   "n8_ii, n8_ex")
  69
  70 (define_insn_reservation "nds_n8_load_multiple_2" 1
  71   (and (ior (and (eq_attr "type" "load_multiple")
  72                  (eq_attr "combo" "2"))
  73             (match_test "nds32::load_double_p (insn)"))
  74        (eq_attr "pipeline_model" "n8"))
  75   "n8_ii, n8_ii+n8_ex, n8_ex")
  76
  77 (define_insn_reservation "nds_n8_load_multiple_3" 1
  78   (and (and (eq_attr "type" "load_multiple")
  79             (eq_attr "combo" "3"))
  80        (eq_attr "pipeline_model" "n8"))
  81   "n8_ii, (n8_ii+n8_ex)*2, n8_ex")
  82
  83 (define_insn_reservation "nds_n8_load_multiple_4" 1
  84   (and (and (eq_attr "type" "load_multiple")
  85             (eq_attr "combo" "4"))
  86        (eq_attr "pipeline_model" "n8"))
  87   "n8_ii, (n8_ii+n8_ex)*3, n8_ex")
  88
  89 (define_insn_reservation "nds_n8_load_multiple_5" 1
  90   (and (and (eq_attr "type" "load_multiple")
  91             (eq_attr "combo" "5"))
  92        (eq_attr "pipeline_model" "n8"))
  93   "n8_ii, (n8_ii+n8_ex)*4, n8_ex")
  94
  95 (define_insn_reservation "nds_n8_load_multiple_6" 1
  96   (and (and (eq_attr "type" "load_multiple")
  97             (eq_attr "combo" "6"))
  98        (eq_attr "pipeline_model" "n8"))
  99   "n8_ii, (n8_ii+n8_ex)*5, n8_ex")
 100
 101 (define_insn_reservation "nds_n8_load_multiple_7" 1
 102   (and (and (eq_attr "type" "load_multiple")
 103             (eq_attr "combo" "7"))
 104        (eq_attr "pipeline_model" "n8"))
 105   "n8_ii, (n8_ii+n8_ex)*6, n8_ex")
 106
 107 (define_insn_reservation "nds_n8_load_multiple_8" 1
 108   (and (and (eq_attr "type" "load_multiple")
 109             (eq_attr "combo" "8"))
 110        (eq_attr "pipeline_model" "n8"))
 111   "n8_ii, (n8_ii+n8_ex)*7, n8_ex")
 112
 113 (define_insn_reservation "nds_n8_load_multiple_12" 1
 114   (and (and (eq_attr "type" "load_multiple")
 115             (eq_attr "combo" "12"))
 116        (eq_attr "pipeline_model" "n8"))
 117   "n8_ii, (n8_ii+n8_ex)*11, n8_ex")
 118
 119 (define_insn_reservation "nds_n8_store_multiple_1" 1
 120   (and (and (eq_attr "type" "store_multiple")
 121             (eq_attr "combo" "1"))
 122        (eq_attr "pipeline_model" "n8"))
 123   "n8_ii, n8_ex")
 124
 125 (define_insn_reservation "nds_n8_store_multiple_2" 1
 126   (and (ior (and (eq_attr "type" "store_multiple")
 127                  (eq_attr "combo" "2"))
 128             (match_test "nds32::store_double_p (insn)"))
 129        (eq_attr "pipeline_model" "n8"))
 130   "n8_ii, n8_ii+n8_ex, n8_ex")
 131
 132 (define_insn_reservation "nds_n8_store_multiple_3" 1
 133   (and (and (eq_attr "type" "store_multiple")
 134             (eq_attr "combo" "3"))
 135        (eq_attr "pipeline_model" "n8"))
 136   "n8_ii, (n8_ii+n8_ex)*2, n8_ex")
 137
 138 (define_insn_reservation "nds_n8_store_multiple_4" 1
 139   (and (and (eq_attr "type" "store_multiple")
 140             (eq_attr "combo" "4"))
 141        (eq_attr "pipeline_model" "n8"))
 142   "n8_ii, (n8_ii+n8_ex)*3, n8_ex")
 143
 144 (define_insn_reservation "nds_n8_store_multiple_5" 1
 145   (and (and (eq_attr "type" "store_multiple")
 146             (eq_attr "combo" "5"))
 147        (eq_attr "pipeline_model" "n8"))
 148   "n8_ii, (n8_ii+n8_ex)*4, n8_ex")
 149
 150 (define_insn_reservation "nds_n8_store_multiple_6" 1
 151   (and (and (eq_attr "type" "store_multiple")
 152             (eq_attr "combo" "6"))
 153        (eq_attr "pipeline_model" "n8"))
 154   "n8_ii, (n8_ii+n8_ex)*5, n8_ex")
 155
 156 (define_insn_reservation "nds_n8_store_multiple_7" 1
 157   (and (and (eq_attr "type" "store_multiple")
 158             (eq_attr "combo" "7"))
 159        (eq_attr "pipeline_model" "n8"))
 160   "n8_ii, (n8_ii+n8_ex)*6, n8_ex")
 161
 162 (define_insn_reservation "nds_n8_store_multiple_8" 1
 163   (and (and (eq_attr "type" "store_multiple")
 164             (eq_attr "combo" "8"))
 165        (eq_attr "pipeline_model" "n8"))
 166   "n8_ii, (n8_ii+n8_ex)*7, n8_ex")
 167
 168 (define_insn_reservation "nds_n8_store_multiple_12" 1
 169   (and (and (eq_attr "type" "store_multiple")
 170             (eq_attr "combo" "12"))
 171        (eq_attr "pipeline_model" "n8"))
 172   "n8_ii, (n8_ii+n8_ex)*11, n8_ex")
 173
 174 (define_insn_reservation "nds_n8_mul_fast" 1
 175   (and (match_test "nds32_mul_config != MUL_TYPE_SLOW")
 176        (and (eq_attr "type" "mul")
 177             (eq_attr "pipeline_model" "n8")))
 178   "n8_ii, n8_ex")
 179
 180 (define_insn_reservation "nds_n8_mul_slow" 1
 181   (and (match_test "nds32_mul_config == MUL_TYPE_SLOW")
 182        (and (eq_attr "type" "mul")
 183             (eq_attr "pipeline_model" "n8")))
 184   "n8_ii, n8_ex*16")
 185
 186 (define_insn_reservation "nds_n8_mac_fast" 1
 187   (and (match_test "nds32_mul_config != MUL_TYPE_SLOW")
 188        (and (eq_attr "type" "mac")
 189             (eq_attr "pipeline_model" "n8")))
 190   "n8_ii, n8_ii+n8_ex, n8_ex")
 191
 192 (define_insn_reservation "nds_n8_mac_slow" 1
 193   (and (match_test "nds32_mul_config == MUL_TYPE_SLOW")
 194        (and (eq_attr "type" "mac")
 195             (eq_attr "pipeline_model" "n8")))
 196   "n8_ii, (n8_ii+n8_ex)*16, n8_ex")
 197
 198 (define_insn_reservation "nds_n8_div" 1
 199   (and (eq_attr "type" "div")
 200        (eq_attr "pipeline_model" "n8"))
 201   "n8_ii, (n8_ii+n8_ex)*36, n8_ex")
 202
 203 (define_insn_reservation "nds_n8_branch" 1
 204   (and (eq_attr "type" "branch")
 205        (eq_attr "pipeline_model" "n8"))
 206   "n8_ii, n8_ex")
 207
 208 ;; ------------------------------------------------------------------------
 209 ;; Comment Notations and Bypass Rules
 210 ;; ------------------------------------------------------------------------
 211 ;; Producers (LHS)
 212 ;;   LD_!bi
 213 ;;     Load data from the memory (without updating the base register) and
 214 ;;     produce the loaded data. The result is ready at EXD.
 215 ;;   LD_bi
 216 ;;     Load data from the memory (with updating the base register) and
 217 ;;     produce the loaded data. The result is ready at EXD. Because the
 218 ;;     register port is 2R1W, two micro-operations are required in order
 219 ;;     to write two registers. The base register is updated by the second
 220 ;;     micro-operation and the result is ready at EX.
 221 ;;   LMW(N, M)
 222 ;;     There are N micro-operations within an instruction that loads multiple
 223 ;;     words. The result produced by the M-th micro-operation is sent to
 224 ;;     consumers. The result is ready at EXD. If the base register should be
 225 ;;     updated, an extra micro-operation is inserted to the sequence, and the
 226 ;;     result is ready at EX.
 227 ;;   ADDR_OUT
 228 ;;     Most load/store instructions can produce an address output if updating
 229 ;;     the base register is required. The result is ready at EX, which is
 230 ;;     produced by ALU.
 231 ;;   ALU, MUL, MAC
 232 ;;     The result is ready at EX.
 233 ;;   MOVD44_O
 234 ;;     A double-word move instruction needs to write registers twice. Because
 235 ;;     the register port is 2R1W, two micro-operations are required. The even
 236 ;;     number reigster is updated by the first one, and the odd number register
 237 ;;     is updated by the second one. Each of the results is ready at EX.
 238 ;;     The letter 'O' stands for odd.
 239 ;;   DIV_Rs
 240 ;;     A division instruction saves the quotient result to Rt and saves the
 241 ;;     remainder result to Rs. It requires two micro-operations because the
 242 ;;     register port is 2R1W. The first micro-operation writes to Rt, and
 243 ;;     the seconde one writes to Rs. Each of the results is ready at EX.
 244 ;;
 245 ;; Consumers (RHS)
 246 ;;   ALU, MUL, DIV
 247 ;;     Require operands at EX.
 248 ;;   MOVD44_E
 249 ;;     The letter 'E' stands for even, which is accessed by the first micro-
 250 ;;     operation and a movd44 instruction. The operand is required at EX.
 251 ;;   MAC_RaRb
 252 ;;     A MAC instruction is separated into two micro-operations. The first
 253 ;;     micro-operation does the multiplication, which requires operands Ra
 254 ;;     and Rb at EX. The second micro-options does the accumulation, which
 255 ;;     requires the operand Rt at EX.
 256 ;;   ADDR_IN_MOP(N)
 257 ;;     Because the reigster port is 2R1W, some load/store instructions are
 258 ;;     separated into many micro-operations. N denotes the address input is
 259 ;;     required by the N-th micro-operation. Such operand is required at II.
 260 ;;   ST_bi
 261 ;;     A post-increment store instruction requires its data at EX.
 262 ;;   ST_!bi_RI
 263 ;;     A store instruction with an immediate offset requires its data at EX.
 264 ;;     If the offset field is a register (ST_!bi_RR), the instruction will be
 265 ;;     separated into two micro-operations, and the second one requires the
 266 ;;     input operand at EX in order to store it to the memory.
 267 ;;   SMW(N, M)
 268 ;;     There are N micro-operations within an instruction that stores multiple
 269 ;;     words. Each M-th micro-operation requires its data at EX. If the base
 270 ;;     register should be updated, an extra micro-operation is inserted to the
 271 ;;     sequence.
 272 ;;   BR_COND
 273 ;;     If a branch instruction is conditional, its input data is required at EX.
 274
 275 ;; LD_!bi -> ADDR_IN_MOP(1)
 276 (define_bypass 3
 277   "nds_n8_load"
 278   "nds_n8_branch,\
 279    nds_n8_load, nds_n8_store,\
 280    nds_n8_load_multiple_1,nds_n8_load_multiple_2, nds_n8_load_multiple_3,\
 281    nds_n8_load_multiple_4,nds_n8_load_multiple_5, nds_n8_load_multiple_6,\
 282    nds_n8_load_multiple_7,nds_n8_load_multiple_8, nds_n8_load_multiple_12,\
 283    nds_n8_store_multiple_1,nds_n8_store_multiple_2, nds_n8_store_multiple_3,\
 284    nds_n8_store_multiple_4,nds_n8_store_multiple_5, nds_n8_store_multiple_6,\
 285    nds_n8_store_multiple_7,nds_n8_store_multiple_8, nds_n8_store_multiple_12"
 286   "nds32_n8_load_to_ii_p"
 287 )
 288
 289 ;; LMW(N, N) -> ADDR_IN_MOP(1)
 290 (define_bypass 3
 291   "nds_n8_load_multiple_1,nds_n8_load_multiple_2, nds_n8_load_multiple_3,\
 292    nds_n8_load_multiple_4,nds_n8_load_multiple_5, nds_n8_load_multiple_6,\
 293    nds_n8_load_multiple_7,nds_n8_load_multiple_8, nds_n8_load_multiple_12"
 294   "nds_n8_branch,\
 295    nds_n8_load, nds_n8_store,\
 296    nds_n8_load_multiple_1,nds_n8_load_multiple_2, nds_n8_load_multiple_3,\
 297    nds_n8_load_multiple_4,nds_n8_load_multiple_5, nds_n8_load_multiple_6,\
 298    nds_n8_load_multiple_7,nds_n8_load_multiple_8, nds_n8_load_multiple_12,\
 299    nds_n8_store_multiple_1,nds_n8_store_multiple_2, nds_n8_store_multiple_3,\
 300    nds_n8_store_multiple_4,nds_n8_store_multiple_5, nds_n8_store_multiple_6,\
 301    nds_n8_store_multiple_7,nds_n8_store_multiple_8, nds_n8_store_multiple_12"
 302   "nds32_n8_last_load_to_ii_p"
 303 )
 304
 305 ;; LMW(N, N - 1) -> ADDR_IN_MOP(1)
 306 (define_bypass 2
 307   "nds_n8_load_multiple_1,nds_n8_load_multiple_2, nds_n8_load_multiple_3,\
 308    nds_n8_load_multiple_4,nds_n8_load_multiple_5, nds_n8_load_multiple_6,\
 309    nds_n8_load_multiple_7,nds_n8_load_multiple_8, nds_n8_load_multiple_12"
 310   "nds_n8_branch,\
 311    nds_n8_load, nds_n8_store,\
 312    nds_n8_load_multiple_1,nds_n8_load_multiple_2, nds_n8_load_multiple_3,\
 313    nds_n8_load_multiple_4,nds_n8_load_multiple_5, nds_n8_load_multiple_6,\
 314    nds_n8_load_multiple_7,nds_n8_load_multiple_8, nds_n8_load_multiple_12,\
 315    nds_n8_store_multiple_1,nds_n8_store_multiple_2, nds_n8_store_multiple_3,\
 316    nds_n8_store_multiple_4,nds_n8_store_multiple_5, nds_n8_store_multiple_6,\
 317    nds_n8_store_multiple_7,nds_n8_store_multiple_8, nds_n8_store_multiple_12"
 318   "nds32_n8_last_load_two_to_ii_p"
 319 )
 320
 321 ;; LD_bi -> ADDR_IN_MOP(1)
 322 (define_bypass 2
 323   "nds_n8_load"
 324   "nds_n8_branch,\
 325    nds_n8_load, nds_n8_store,\
 326    nds_n8_load_multiple_1,nds_n8_load_multiple_2, nds_n8_load_multiple_3,\
 327    nds_n8_load_multiple_4,nds_n8_load_multiple_5, nds_n8_load_multiple_6,\
 328    nds_n8_load_multiple_7,nds_n8_load_multiple_8, nds_n8_load_multiple_12,\
 329    nds_n8_store_multiple_1,nds_n8_store_multiple_2, nds_n8_store_multiple_3,\
 330    nds_n8_store_multiple_4,nds_n8_store_multiple_5, nds_n8_store_multiple_6,\
 331    nds_n8_store_multiple_7,nds_n8_store_multiple_8, nds_n8_store_multiple_12"
 332   "nds32_n8_load_bi_to_ii_p"
 333 )
 334
 335 ;; LD_!bi -> ALU, MOVD44_E, MUL, MAC_RaRb, DIV, BR_COND, ST_bi, ST_!bi_RI, SMW(N, 1)
 336 (define_bypass 2
 337   "nds_n8_load"
 338   "nds_n8_alu,
 339    nds_n8_mul_fast, nds_n8_mul_slow,\
 340    nds_n8_mac_fast, nds_n8_mac_slow,\
 341    nds_n8_div,\
 342    nds_n8_branch,\
 343    nds_n8_store,\
 344    nds_n8_store_multiple_1,nds_n8_store_multiple_2, nds_n8_store_multiple_3,\
 345    nds_n8_store_multiple_4,nds_n8_store_multiple_5, nds_n8_store_multiple_6,\
 346    nds_n8_store_multiple_7,nds_n8_store_multiple_8, nds_n8_store_multiple_12"
 347   "nds32_n8_load_to_ex_p"
 348 )
 349
 350 ;; ALU, MOVD44_O, MUL, MAC, DIV_Rs, LD_bi, ADDR_OUT -> ADDR_IN_MOP(1)
 351 (define_bypass 2
 352   "nds_n8_alu,
 353    nds_n8_mul_fast, nds_n8_mul_slow,\
 354    nds_n8_mac_fast, nds_n8_mac_slow,\
 355    nds_n8_div,\
 356    nds_n8_load, nds_n8_store,\
 357    nds_n8_load_multiple_1,nds_n8_load_multiple_2, nds_n8_load_multiple_3,\
 358    nds_n8_load_multiple_4,nds_n8_load_multiple_5, nds_n8_load_multiple_6,\
 359    nds_n8_load_multiple_7,nds_n8_load_multiple_8, nds_n8_load_multiple_12,\
 360    nds_n8_store_multiple_1,nds_n8_store_multiple_2, nds_n8_store_multiple_3,\
 361    nds_n8_store_multiple_4,nds_n8_store_multiple_5, nds_n8_store_multiple_6,\
 362    nds_n8_store_multiple_7,nds_n8_store_multiple_8, nds_n8_store_multiple_12"
 363   "nds_n8_branch,\
 364    nds_n8_load, nds_n8_store,\
 365    nds_n8_load_multiple_1,nds_n8_load_multiple_2, nds_n8_load_multiple_3,\
 366    nds_n8_load_multiple_4,nds_n8_load_multiple_5, nds_n8_load_multiple_6,\
 367    nds_n8_load_multiple_7,nds_n8_load_multiple_8, nds_n8_load_multiple_12,\
 368    nds_n8_store_multiple_1,nds_n8_store_multiple_2, nds_n8_store_multiple_3,\
 369    nds_n8_store_multiple_4,nds_n8_store_multiple_5, nds_n8_store_multiple_6,\
 370    nds_n8_store_multiple_7,nds_n8_store_multiple_8, nds_n8_store_multiple_12"
 371   "nds32_n8_ex_to_ii_p"
 372 )
 373
 374 ;; LMW(N, N) -> ALU, MOVD44_E, MUL, MAC_RaRb, DIV, BR_COND, ST_bi, ST_!bi_RI, SMW(N, 1)
 375 (define_bypass 2
 376   "nds_n8_load_multiple_1,nds_n8_load_multiple_2, nds_n8_load_multiple_3,\
 377    nds_n8_load_multiple_4,nds_n8_load_multiple_5, nds_n8_load_multiple_6,\
 378    nds_n8_load_multiple_7,nds_n8_load_multiple_8, nds_n8_load_multiple_12"
 379   "nds_n8_alu,
 380    nds_n8_mul_fast, nds_n8_mul_slow,\
 381    nds_n8_mac_fast, nds_n8_mac_slow,\
 382    nds_n8_div,\
 383    nds_n8_branch,\
 384    nds_n8_store,\
 385    nds_n8_store_multiple_1,nds_n8_store_multiple_2, nds_n8_store_multiple_3,\
 386    nds_n8_store_multiple_4,nds_n8_store_multiple_5, nds_n8_store_multiple_6,\
 387    nds_n8_store_multiple_7,nds_n8_store_multiple_8, nds_n8_store_multiple_12"
 388   "nds32_n8_last_load_to_ex_p"
 389 )