docs/HowToUseInstrMappings.rst

   1 ===============================
   2 How To Use Instruction Mappings
   3 ===============================
   4
   5 .. contents::
   6    :local:
   7
   8 Introduction
   9 ============
  10
  11 This document contains information about adding instruction mapping support
  12 for a target. The motivation behind this feature comes from the need to switch
  13 between different instruction formats during various optimizations. One approach
  14 could be to use switch cases which list all the instructions along with formats
  15 they can transition to. However, it has large maintenance overhead
  16 because of the hardcoded instruction names. Also, whenever a new instruction is
  17 added in the .td files, all the relevant switch cases should be modified
  18 accordingly. Instead, the same functionality could be achieved with TableGen and
  19 some support from the .td files for a fraction of maintenance cost.
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  21 ``InstrMapping`` Class Overview
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  24 TableGen uses relationship models to map instructions with each other. These
  25 models are described using ``InstrMapping`` class as a base. Each model sets
  26 various fields of the ``InstrMapping`` class such that they can uniquely
  27 describe all the instructions using that model. TableGen parses all the relation
  28 models and uses the information to construct relation tables which relate
  29 instructions with each other. These tables are emitted in the
  30 ``XXXInstrInfo.inc`` file along with the functions to query them. Following
  31 is the definition of ``InstrMapping`` class definied in Target.td file:
  32
  33 .. code-block:: llvm
  34
  35   class InstrMapping {
  36     // Used to reduce search space only to the instructions using this
  37     // relation model.
  38     string FilterClass;
  39
  40     // List of fields/attributes that should be same for all the instructions in
  41     // a row of the relation table. Think of this as a set of properties shared
  42     // by all the instructions related by this relationship.
  43     list<string> RowFields = [];
  44
  45     // List of fields/attributes that are same for all the instructions
  46     // in a column of the relation table.
  47     list<string> ColFields = [];
  48
  49     // Values for the fields/attributes listed in 'ColFields' corresponding to
  50     // the key instruction. This is the instruction that will be transformed
  51     // using this relation model.
  52     list<string> KeyCol = [];
  53
  54     // List of values for the fields/attributes listed in 'ColFields', one for
  55     // each column in the relation table. These are the instructions a key
  56     // instruction will be transformed into.
  57     list<list<string> > ValueCols = [];
  58   }
  59
  60 Sample Example
  61 --------------
  62
  63 Let's say that we want to have a function
  64 ``int getPredOpcode(uint16_t Opcode, enum PredSense inPredSense)`` which
  65 takes a non-predicated instruction and returns its predicated true or false form
  66 depending on some input flag, ``inPredSense``. The first step in the process is
  67 to define a relationship model that relates predicated instructions to their
  68 non-predicated form by assigning appropriate values to the ``InstrMapping``
  69 fields. For this relationship, non-predicated instructions are treated as key
  70 instruction since they are the one used to query the interface function.
  71
  72 .. code-block:: llvm
  73
  74   def getPredOpcode : InstrMapping {
  75     // Choose a FilterClass that is used as a base class for all the
  76     // instructions modeling this relationship. This is done to reduce the
  77     // search space only to these set of instructions.
  78     let FilterClass = "PredRel";
  79
  80     // Instructions with same values for all the fields in RowFields form a
  81     // row in the resulting relation table.
  82     // For example, if we want to relate 'ADD' (non-predicated) with 'Add_pt'
  83     // (predicated true) and 'Add_pf' (predicated false), then all 3
  84     // instructions need to have same value for BaseOpcode field. It can be any
  85     // unique value (Ex: XYZ) and should not be shared with any other
  86     // instruction not related to 'add'.
  87     let RowFields = ["BaseOpcode"];
  88
  89     // List of attributes that can be used to define key and column instructions
  90     // for a relation. Key instruction is passed as an argument
  91     // to the function used for querying relation tables. Column instructions
  92     // are the instructions they (key) can transform into.
  93     //
  94     // Here, we choose 'PredSense' as ColFields since this is the unique
  95     // attribute of the key (non-predicated) and column (true/false)
  96     // instructions involved in this relationship model.
  97     let ColFields = ["PredSense"];
  98
  99     // The key column contains non-predicated instructions.
 100     let KeyCol = ["none"];
 101
 102     // Two value columns - first column contains instructions with
 103     // PredSense=true while second column has instructions with PredSense=false.
 104     let ValueCols = [["true"], ["false"]];
 105   }
 106
 107 TableGen uses the above relationship model to emit relation table that maps
 108 non-predicated instructions with their predicated forms. It also outputs the
 109 interface function
 110 ``int getPredOpcode(uint16_t Opcode, enum PredSense inPredSense)`` to query
 111 the table. Here, Function ``getPredOpcode`` takes two arguments, opcode of the
 112 current instruction and PredSense of the desired instruction, and returns
 113 predicated form of the instruction, if found in the relation table.
 114 In order for an instruction to be added into the relation table, it needs
 115 to include relevant information in its definition. For example, consider
 116 following to be the current definitions of ADD, ADD_pt (true) and ADD_pf (false)
 117 instructions:
 118
 119 .. code-block:: llvm
 120
 121   def ADD : ALU32_rr<(outs IntRegs:$dst), (ins IntRegs:$a, IntRegs:$b),
 122               "$dst = add($a, $b)",
 123               [(set (i32 IntRegs:$dst), (add (i32 IntRegs:$a),
 124                                              (i32 IntRegs:$b)))]>;
 125
 126   def ADD_Pt : ALU32_rr<(outs IntRegs:$dst),
 127                          (ins PredRegs:$p, IntRegs:$a, IntRegs:$b),
 128               "if ($p) $dst = add($a, $b)",
 129               []>;
 130
 131   def ADD_Pf : ALU32_rr<(outs IntRegs:$dst),
 132                          (ins PredRegs:$p, IntRegs:$a, IntRegs:$b),
 133               "if (!$p) $dst = add($a, $b)",
 134               []>;
 135
 136 In this step, we modify these instructions to include the information
 137 required by the relationship model, <tt>getPredOpcode</tt>, so that they can
 138 be related.
 139
 140 .. code-block:: llvm
 141
 142   def ADD : PredRel, ALU32_rr<(outs IntRegs:$dst), (ins IntRegs:$a, IntRegs:$b),
 143               "$dst = add($a, $b)",
 144               [(set (i32 IntRegs:$dst), (add (i32 IntRegs:$a),
 145                                              (i32 IntRegs:$b)))]> {
 146     let BaseOpcode = "ADD";
 147     let PredSense = "none";
 148   }
 149
 150   def ADD_Pt : PredRel, ALU32_rr<(outs IntRegs:$dst),
 151                          (ins PredRegs:$p, IntRegs:$a, IntRegs:$b),
 152               "if ($p) $dst = add($a, $b)",
 153               []> {
 154     let BaseOpcode = "ADD";
 155     let PredSense = "true";
 156   }
 157
 158   def ADD_Pf : PredRel, ALU32_rr<(outs IntRegs:$dst),
 159                          (ins PredRegs:$p, IntRegs:$a, IntRegs:$b),
 160               "if (!$p) $dst = add($a, $b)",
 161               []> {
 162     let BaseOpcode = "ADD";
 163     let PredSense = "false";
 164   }
 165
 166 Please note that all the above instructions use ``PredRel`` as a base class.
 167 This is extremely important since TableGen uses it as a filter for selecting
 168 instructions for ``getPredOpcode`` model. Any instruction not derived from
 169 ``PredRel`` is excluded from the analysis. ``BaseOpcode`` is another important
 170 field. Since it's selected as a ``RowFields`` of the model, it is required
 171 to have the same value for all 3 instructions in order to be related. Next,
 172 ``PredSense`` is used to determine their column positions by comparing its value
 173 with ``KeyCol`` and ``ValueCols``. If an instruction sets its ``PredSense``
 174 value to something not used in the relation model, it will not be assigned
 175 a column in the relation table.