kvm: Improve upgrade notes when facing unsupported kernels
[qemu] / tcg / README
index c27c5ab..e672258 100644 (file)
@@ -16,14 +16,18 @@ from the host, although it is never the case for QEMU.
 
 A TCG "function" corresponds to a QEMU Translated Block (TB).
 
-A TCG "temporary" is a variable only live in a given
-function. Temporaries are allocated explicitly in each function.
+A TCG "temporary" is a variable only live in a basic
+block. Temporaries are allocated explicitly in each function.
 
-A TCG "global" is a variable which is live in all the functions. They
-are defined before the functions defined. A TCG global can be a memory
-location (e.g. a QEMU CPU register), a fixed host register (e.g. the
-QEMU CPU state pointer) or a memory location which is stored in a
-register outside QEMU TBs (not implemented yet).
+A TCG "local temporary" is a variable only live in a function. Local
+temporaries are allocated explicitly in each function.
+
+A TCG "global" is a variable which is live in all the functions
+(equivalent of a C global variable). They are defined before the
+functions defined. A TCG global can be a memory location (e.g. a QEMU
+CPU register), a fixed host register (e.g. the QEMU CPU state pointer)
+or a memory location which is stored in a register outside QEMU TBs
+(not implemented yet).
 
 A TCG "basic block" corresponds to a list of instructions terminated
 by a branch instruction. 
@@ -32,11 +36,11 @@ by a branch instruction.
 
 3.1) Introduction
 
-TCG instructions operate on variables which are temporaries or
-globals. TCG instructions and variables are strongly typed. Two types
-are supported: 32 bit integers and 64 bit integers. Pointers are
-defined as an alias to 32 bit or 64 bit integers depending on the TCG
-target word size.
+TCG instructions operate on variables which are temporaries, local
+temporaries or globals. TCG instructions and variables are strongly
+typed. Two types are supported: 32 bit integers and 64 bit
+integers. Pointers are defined as an alias to 32 bit or 64 bit
+integers depending on the TCG target word size.
 
 Each instruction has a fixed number of output variable operands, input
 variable operands and always constant operands.
@@ -44,27 +48,23 @@ variable operands and always constant operands.
 The notable exception is the call instruction which has a variable
 number of outputs and inputs.
 
-In the textual form, output operands come first, followed by input
-operands, followed by constant operands. The output type is included
-in the instruction name. Constants are prefixed with a '$'.
+In the textual form, output operands usually come first, followed by
+input operands, followed by constant operands. The output type is
+included in the instruction name. Constants are prefixed with a '$'.
 
 add_i32 t0, t1, t2  (t0 <- t1 + t2)
 
-sub_i64 t2, t3, $4  (t2 <- t3 - 4)
-
 3.2) Assumptions
 
 * Basic blocks
 
 - Basic blocks end after branches (e.g. brcond_i32 instruction),
   goto_tb and exit_tb instructions.
-- Basic blocks end before legacy dyngen operations.
-- Basic blocks start after the end of a previous basic block, at a
-  set_label instruction or after a legacy dyngen operation.
+- Basic blocks start after the end of a previous basic block, or at a
+  set_label instruction.
 
-After the end of a basic block, temporaries at destroyed and globals
-are stored at their initial storage (register or memory place
-depending on their declarations).
+After the end of a basic block, the content of temporaries is
+destroyed, but local temporaries and globals are preserved.
 
 * Floating point types are not supported yet
 
@@ -75,7 +75,7 @@ depending on their declarations).
 * Helpers:
 
 Using the tcg_gen_helper_x_y it is possible to call any function
-taking i32, i64 or pointer types types. Before calling an helper, all
+taking i32, i64 or pointer types. Before calling an helper, all
 globals are stored at their canonical location and it is assumed that
 the function can modify them. In the future, function modifiers will
 be allowed to tell that the helper does not read or write some globals.
@@ -100,7 +100,7 @@ optimizations:
   is suppressed.
 
 - A liveness analysis is done at the basic block level. The
-  information is used to suppress moves from a dead temporary to
+  information is used to suppress moves from a dead variable to
   another one. It is also used to remove instructions which compute
   dead results. The later is especially useful for condition code
   optimization in QEMU.
@@ -113,47 +113,6 @@ optimizations:
 
   only the last instruction is kept.
 
-- A macro system is supported (may get closer to function inlining
-  some day). It is useful if the liveness analysis is likely to prove
-  that some results of a computation are indeed not useful. With the
-  macro system, the user can provide several alternative
-  implementations which are used depending on the used results. It is
-  especially useful for condition code optimization in QEMU.
-
-  Here is an example:
-
-  macro_2 t0, t1, $1
-  mov_i32 t0, $0x1234
-
-  The macro identified by the ID "$1" normally returns the values t0
-  and t1. Suppose its implementation is:
-
-  macro_start
-  brcond_i32  t2, $0, $TCG_COND_EQ, $1
-  mov_i32 t0, $2
-  br $2
-  set_label $1
-  mov_i32 t0, $3
-  set_label $2
-  add_i32 t1, t3, t4
-  macro_end
-  
-  If t0 is not used after the macro, the user can provide a simpler
-  implementation:
-
-  macro_start
-  add_i32 t1, t2, t4
-  macro_end
-
-  TCG automatically chooses the right implementation depending on
-  which macro outputs are used after it.
-
-  Note that if TCG did more expensive optimizations, macros would be
-  less useful. In the previous example a macro is useful because the
-  liveness analysis is done on each basic block separately. Hence TCG
-  cannot remove the code computing 't0' even if it is not used after
-  the first macro implementation.
-
 3.4) Instruction Reference
 
 ********* Function call
@@ -203,6 +162,10 @@ t0=t1+t2
 
 t0=t1-t2
 
+* neg_i32/i64 t0, t1
+
+t0=-t1 (two's complement)
+
 * mul_i32/i64 t0, t1, t2
 
 t0=t1*t2
@@ -237,7 +200,31 @@ t0=t1|t2
 
 t0=t1^t2
 
-********* Shifts
+* not_i32/i64 t0, t1
+
+t0=~t1
+
+* andc_i32/i64 t0, t1, t2
+
+t0=t1&~t2
+
+* eqv_i32/i64 t0, t1, t2
+
+t0=~(t1^t2)
+
+* nand_i32/i64 t0, t1, t2
+
+t0=~(t1&t2)
+
+* nor_i32/i64 t0, t1, t2
+
+t0=~(t1|t2)
+
+* orc_i32/i64 t0, t1, t2
+
+t0=t1|~t2
+
+********* Shifts/Rotates
 
 * shl_i32/i64 t0, t1, t2
 
@@ -251,6 +238,14 @@ t0=t1 >> t2 (unsigned). Undefined behavior if t2 < 0 or t2 >= 32 (resp 64)
 
 t0=t1 >> t2 (signed). Undefined behavior if t2 < 0 or t2 >= 32 (resp 64)
 
+* rotl_i32/i64 t0, t1, t2
+
+Rotation of t2 bits to the left. Undefined behavior if t2 < 0 or t2 >= 32 (resp 64)
+
+* rotr_i32/i64 t0, t1, t2
+
+Rotation of t2 bits to the right. Undefined behavior if t2 < 0 or t2 >= 32 (resp 64)
+
 ********* Misc
 
 * mov_i32/i64 t0, t1
@@ -260,21 +255,25 @@ t0 = t1
 Move t1 to t0 (both operands must have the same type).
 
 * ext8s_i32/i64 t0, t1
+ext8u_i32/i64 t0, t1
 ext16s_i32/i64 t0, t1
+ext16u_i32/i64 t0, t1
 ext32s_i64 t0, t1
+ext32u_i64 t0, t1
 
-8, 16 or 32 bit sign extension (both operands must have the same type)
+8, 16 or 32 bit sign/zero extension (both operands must have the same type)
 
-* bswap16_i32 t0, t1
+* bswap16_i32/i64 t0, t1
 
-16 bit byte swap on a 32 bit value. The two high order bytes must be set
-to zero.
+16 bit byte swap on a 32/64 bit value. The two/six high order bytes must be
+set to zero.
 
-* bswap_i32 t0, t1
+* bswap32_i32/i64 t0, t1
 
-32 bit byte swap
+32 bit byte swap on a 32/64 bit value. With a 64 bit value, the four high
+order bytes must be set to zero.
 
-* bswap_i64 t0, t1
+* bswap64_i64 t0, t1
 
 64 bit byte swap
 
@@ -294,6 +293,14 @@ Convert t1 (32 bit) to t0 (64 bit) and does zero extension
 * trunc_i64_i32 t0, t1
 Truncate t1 (64 bit) to t0 (32 bit)
 
+* concat_i32_i64 t0, t1, t2
+Construct t0 (64-bit) taking the low half from t1 (32 bit) and the high half
+from t2 (32 bit).
+
+* concat32_i64 t0, t1, t2
+Construct t0 (64-bit) taking the low half from t1 (64 bit) and the high half
+from t2 (64 bit).
+
 ********* Load/Store
 
 * ld_i32/i64 t0, t1, offset
@@ -328,22 +335,22 @@ Exit the current TB and jump to the TB index 'index' (constant) if the
 current TB was linked to this TB. Otherwise execute the next
 instructions.
 
-* qemu_ld_i32/i64 t0, t1, flags
-qemu_ld8u_i32/i64 t0, t1, flags
-qemu_ld8s_i32/i64 t0, t1, flags
-qemu_ld16u_i32/i64 t0, t1, flags
-qemu_ld16s_i32/i64 t0, t1, flags
-qemu_ld32u_i64 t0, t1, flags
-qemu_ld32s_i64 t0, t1, flags
+* qemu_ld8u t0, t1, flags
+qemu_ld8s t0, t1, flags
+qemu_ld16u t0, t1, flags
+qemu_ld16s t0, t1, flags
+qemu_ld32u t0, t1, flags
+qemu_ld32s t0, t1, flags
+qemu_ld64 t0, t1, flags
 
 Load data at the QEMU CPU address t1 into t0. t1 has the QEMU CPU
 address type. 'flags' contains the QEMU memory index (selects user or
 kernel access) for example.
 
-* qemu_st_i32/i64 t0, t1, flags
-qemu_st8_i32/i64 t0, t1, flags
-qemu_st16_i32/i64 t0, t1, flags
-qemu_st32_i64 t0, t1, flags
+* qemu_st8 t0, t1, flags
+qemu_st16 t0, t1, flags
+qemu_st32 t0, t1, flags
+qemu_st64 t0, t1, flags
 
 Store the data t0 at the QEMU CPU Address t1. t1 has the QEMU CPU
 address type. 'flags' contains the QEMU memory index (selects user or
@@ -383,6 +390,11 @@ GCC like constraints are used to define the constraints of every
 instruction. Memory constraints are not supported in this
 version. Aliases are specified in the input operands as for GCC.
 
+The same register may be used for both an input and an output, even when
+they are not explicitly aliased.  If an op expands to multiple target
+instructions then care must be taken to avoid clobbering input values.
+GCC style "early clobber" outputs are not currently supported.
+
 A target can define specific register or constant constraints. If an
 operation uses a constant input constraint which does not allow all
 constants, it must also accept registers in order to have a fallback.
@@ -411,13 +423,32 @@ register.
   target, functions must be able to return 2 values in registers for
   64 bit return type.
 
-5) Migration from dyngen to TCG
+5) Recommended coding rules for best performance
+
+- Use globals to represent the parts of the QEMU CPU state which are
+  often modified, e.g. the integer registers and the condition
+  codes. TCG will be able to use host registers to store them.
+
+- Avoid globals stored in fixed registers. They must be used only to
+  store the pointer to the CPU state and possibly to store a pointer
+  to a register window.
+
+- Use temporaries. Use local temporaries only when really needed,
+  e.g. when you need to use a value after a jump. Local temporaries
+  introduce a performance hit in the current TCG implementation: their
+  content is saved to memory at end of each basic block.
+
+- Free temporaries and local temporaries when they are no longer used
+  (tcg_temp_free). Since tcg_const_x() also creates a temporary, you
+  should free it after it is used. Freeing temporaries does not yield
+  a better generated code, but it reduces the memory usage of TCG and
+  the speed of the translation.
 
-TCG is backward compatible with QEMU "dyngen" operations. It means
-that TCG instructions can be freely mixed with dyngen operations. It
-is expected that QEMU targets will be progressively fully converted to
-TCG. Once a target is fully converted to TCG, it will be possible
-to apply more optimizations because more registers will be free for
-the generated code.
+- Don't hesitate to use helpers for complicated or seldom used target
+  intructions. There is little performance advantage in using TCG to
+  implement target instructions taking more than about twenty TCG
+  instructions.
 
-The exception model is the same as the dyngen one.
+- Use the 'discard' instruction if you know that TCG won't be able to
+  prove that a given global is "dead" at a given program point. The
+  x86 target uses it to improve the condition codes optimisation.