注 本文以 riscv-tools 为基础进行分析 gcc 与平台之间的关系，及porting基础描述。

GCC 平台描述

GCC 使用 RTL 和 C 宏的结合来描述平台，后缀为 "md" 的文件(gcc/config/*/.md)定义了 Machine description 。它是 RTL 的子集，描述目标机模型的指令集和用于代码优化的指令属性、指令延迟特性及窥孔优化策略等辅助信息。编译后转换为 C 的结构、数组或函数，作为共用算法的参数。

其他平台特性信息用C的宏定义来表示，也作为共用算法的参数。宏定义的内容有存储器的定义、源语言数据类型的宽度、栈定义、函数调用参数/返回方式、寻址模式、汇编输出的符号定义、GCC命令参数，以及调试信息格式等。

GCC的抽象机是一套标准名(包括宏), 它定义了一套标准指令集，各个不同平台对标准指令名提供语义模板或库函数实现。当语法树节点被分析为某一标准指令名所表示的操作时，代入平台对此标准指令的解释。GCC各平台的目标机模型实现抽象机时所表现的功能特性，即GCC使用参数代入的方法将目标机的具体参数代入抽象机，然后操作抽象机。

编译系统的平台移植时，首先确定新平台将要实现的系统抽象机子集。并书写新平台的描述文件，然后交叉编译生成新平台的编译程序。

GCC 定义抽象机的指令集，它以操作类型来划分指令并建立标准操作表。标准操作表由一组子表组成，每个子表代表一类操作。

GCC 标准指令与平台指令的连接

在 gcc/gensupport.h 文件中定义了 optab 结构体，并通过 OPTAB_CL 等宏将 optabs.def 文件中定义的操作函数定义到 optab 枚举中，如下所示：

#define OPTAB_CL(name, pat, c, b, l)        name,
#define OPTAB_CX(name, pat)
#define OPTAB_CD(name, pat)         name,
#define OPTAB_NL(name, pat, c, b, s, l)     name,
#define OPTAB_NC(name, pat, c)          name,
#define OPTAB_NX(name, pat)
#define OPTAB_VL(name, pat, c, b, s, l)     name,
#define OPTAB_VC(name, pat, c)          name,
#define OPTAB_VX(name, pat)
#define OPTAB_DC(name, pat, c)          name,
#define OPTAB_D(name, pat)          name,

/* Enumerates all optabs.  */
typedef enum optab_tag {
  unknown_optab,
#include "optabs.def"
  NUM_OPTABS
} optab;

而在 gcc/gensupport.c 文件中将所有 optabs.def 中的函数定义到 optabs 数组内，如下：


#define NS "NULL"
#define ZS "'\\0'"
#define OPTAB_CL(o, p, c, b, l)    { #o, p, #b, ZS, #l, o, c, UNKNOWN, 1 },
#define OPTAB_CX(o, p) { #o, p, NULL, NULL, NULL, o, UNKNOWN, UNKNOWN, 1 },
#define OPTAB_CD(o, p) { #o, p, NS, ZS, NS, o, UNKNOWN, UNKNOWN, 2 },
#define OPTAB_NL(o, p, c, b, s, l) { #o, p, #b, #s, #l, o, c, c, 3 },
#define OPTAB_NC(o, p, c)          { #o, p, NS, ZS, NS, o, c, c, 3 },
#define OPTAB_NX(o, p) { #o, p, NULL, NULL, NULL, o, UNKNOWN, UNKNOWN, 3 },
#define OPTAB_VL(o, p, c, b, s, l) { #o, p, #b, #s, #l, o, c, UNKNOWN, 3 },
#define OPTAB_VC(o, p, c)          { #o, p, NS, ZS, NS, o, c, UNKNOWN, 3 },
#define OPTAB_VX(o, p) { #o, p, NULL, NULL, NULL, o, UNKNOWN, UNKNOWN, 3 },
#define OPTAB_DC(o, p, c)          { #o, p, NS, ZS, NS, o, c, c, 4 },
#define OPTAB_D(o, p)  { #o, p, NS, ZS, NS, o, UNKNOWN, UNKNOWN, 4 },

/* An array of all optabs.  Note that the same optab can appear more
   than once, with a different pattern.  */
optab_def optabs[] = {
  { "unknown_optab", NULL, NS, ZS, NS, unknown_optab, UNKNOWN, UNKNOWN, 0 },
#include "optabs.def"
};

/* The number of entries in optabs[].  */
unsigned int num_optabs = ARRAY_SIZE (optabs);

/** 省略中间代码 */

/* Describes one entry in optabs.def.  */
struct optab_def
{
  /* The name of the optab (e.g. "add_optab").  */
  const char *name;

  /* The pattern that matching define_expands and define_insns have.
     See the comment at the head of optabs.def for details.  */
  const char *pattern;

  /* The initializers (in the form of C code) for the libcall_basename,
     libcall_suffix and libcall_gen fields of (convert_)optab_libcall_d.  */
  const char *base;
  const char *suffix;
  const char *libcall;

  /* The optab's enum value.  */
  unsigned int op;

  /* The value returned by optab_to_code (OP).  */
  enum rtx_code fcode;

  /* CODE if code_to_optab (CODE) should return OP, otherwise UNKNOWN.  */
  enum rtx_code rcode;

  /* 1: conversion optabs with libcall data,
     2: conversion optabs without libcall data,
     3: non-conversion optabs with libcall data ("normal" and "overflow"
        optabs in the optabs.def comment)
     4: non-conversion optabs without libcall data ("direct" optabs).  */
  unsigned int kind;
};

在 gcc/optabs.def 文件中定义了 add_optab 和 sub_optab 等基础的标准表操作如下：

OPTAB_NL(add_optab, "add$P$a3", PLUS, "add", '3', gen_int_fp_fixed_libfunc)
OPTAB_NX(add_optab, "add$F$a3")
OPTAB_NX(add_optab, "add$Q$a3")
OPTAB_VL(addv_optab, "addv$I$a3", PLUS, "add", '3', gen_intv_fp_libfunc)
OPTAB_VX(addv_optab, "add$F$a3")
OPTAB_NL(ssadd_optab, "ssadd$Q$a3", SS_PLUS, "ssadd", '3', gen_signed_fixed_libfunc)
OPTAB_NL(usadd_optab, "usadd$Q$a3", US_PLUS, "usadd", '3', gen_unsigned_fixed_libfunc)
OPTAB_NL(sub_optab, "sub$P$a3", MINUS, "sub", '3', gen_int_fp_fixed_libfunc)
OPTAB_NX(sub_optab, "sub$F$a3")
OPTAB_NX(sub_optab, "sub$Q$a3")
OPTAB_VL(subv_optab, "subv$I$a3", MINUS, "sub", '3', gen_intv_fp_libfunc)
OPTAB_VX(subv_optab, "sub$F$a3")
OPTAB_NL(sssub_optab, "sssub$Q$a3", SS_MINUS, "sssub", '3', gen_signed_fixed_libfunc)
OPTAB_NL(ussub_optab, "ussub$Q$a3", US_MINUS, "ussub", '3', gen_unsigned_fixed_libfunc)

对于 add_optab 实际定义为

#define OPTAB_NL(o, p, c, b, s, l) { #o, p, #b, #s, #l, o, c, c, 3 },


OPTAB_NL(add_optab, "add$P$a3", PLUS, "add", '3', gen_int_fp_fixed_libfunc)

# 而 optab_def 定义如下：
# {name,         pattern,     base,  suffix,  libcall,                  op,        fcode,    rcode,   kind}
  {"add_optab",  "add$P$a3",  "add", "3",     gen_int_fp_fixed_libfunc, add_optab, PLUS,     PLUS,    3   }

因此，对于 add_optab 来说，主要实现 add 指令操作，其对应与 gcc/config/riscv/riscv.md 文件中的如下定义：

(define_insn "add<mode>3"
  [(set (match_operand:ANYF            0 "register_operand" "=f")
    (plus:ANYF (match_operand:ANYF 1 "register_operand" " f")
           (match_operand:ANYF 2 "register_operand" " f")))]
  "TARGET_HARD_FLOAT"
  "fadd.<fmt>\t%0,%1,%2"
  [(set_attr "type" "fadd")
   (set_attr "mode" "<UNITMODE>")])

(define_insn "addsi3"
  [(set (match_operand:SI          0 "register_operand" "=r,r")
    (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" " r,r")
         (match_operand:SI 2 "arith_operand"    " r,I")))]
  ""
  { return TARGET_64BIT ? "add%i2w\t%0,%1,%2" : "add%i2\t%0,%1,%2"; }
  [(set_attr "type" "arith")
   (set_attr "mode" "SI")])

(define_insn "adddi3"
  [(set (match_operand:DI          0 "register_operand" "=r,r")
    (plus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" " r,r")
         (match_operand:DI 2 "arith_operand"    " r,I")))]
  "TARGET_64BIT"
  "add%i2\t%0,%1,%2"
  [(set_attr "type" "arith")
   (set_attr "mode" "DI")])

GCC与平台关联关系 - 学习笔记

GCC 平台描述

GCC 标准指令与平台指令的连接

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