arm: Implement MVE predicates as vectors of booleans
authorChristophe Lyon <christophe.lyon@arm.com>
Wed, 13 Oct 2021 09:16:22 +0000 (09:16 +0000)
committerChristophe Lyon <christophe.lyon@foss.st.com>
Tue, 22 Feb 2022 15:55:07 +0000 (15:55 +0000)
This patch implements support for vectors of booleans to support MVE
predicates, instead of HImode.  Since the ABI mandates pred16_t (aka
uint16_t) to represent predicates in intrinsics prototypes, we
introduce a new "predicate" type qualifier so that we can map relevant
builtins HImode arguments and return value to the appropriate vector
of booleans (VxBI).

We have to update test_vector_ops_duplicate, because it iterates using
an offset in bytes, where we would need to iterate in bits: we stop
iterating when we reach the end of the vector of booleans.

In addition, we have to fix the underlying definition of vectors of
booleans because ARM/MVE needs a different representation than
AArch64/SVE. With ARM/MVE the 'true' bit is duplicated over the
element size, so that a true element of V4BI is represented by
'0b1111'.  This patch updates the aarch64 definition of VNx*BI as
needed.

Most of the work of this patch series was carried out while I was
working at STMicroelectronics as a Linaro assignee.

2022-02-22  Christophe Lyon  <christophe.lyon@arm.com>
    Richard Sandiford  <richard.sandiford@arm.com>

gcc/
PR target/100757
PR target/101325
* config/aarch64/aarch64-modes.def (VNx16BI, VNx8BI, VNx4BI,
VNx2BI): Update definition.
* config/arm/arm-builtins.cc (arm_init_simd_builtin_types): Add new
simd types.
(arm_init_builtin): Map predicate vectors arguments to HImode.
(arm_expand_builtin_args): Move HImode predicate arguments to VxBI
rtx. Move return value to HImode rtx.
* config/arm/arm-builtins.h (arm_type_qualifiers): Add qualifier_predicate.
* config/arm/arm-modes.def (B2I, B4I, V16BI, V8BI, V4BI): New modes.
* config/arm/arm-simd-builtin-types.def (Pred1x16_t,
Pred2x8_t,Pred4x4_t): New.
* emit-rtl.cc (init_emit_once): Handle all boolean modes.
* genmodes.cc (mode_data): Add boolean field.
(blank_mode): Initialize it.
(make_complex_modes): Fix handling of boolean modes.
(make_vector_modes): Likewise.
(VECTOR_BOOL_MODE): Use new COMPONENT parameter.
(make_vector_bool_mode): Likewise.
(BOOL_MODE): New.
(make_bool_mode): New.
(emit_insn_modes_h): Fix generation of boolean modes.
(emit_class_narrowest_mode): Likewise.
* machmode.def: (VECTOR_BOOL_MODE): Document new COMPONENT
parameter.  Use new BOOL_MODE instead of FRACTIONAL_INT_MODE to
define BImode.
* rtx-vector-builder.cc (rtx_vector_builder::find_cached_value):
Fix handling of constm1_rtx for VECTOR_BOOL.
* simplify-rtx.cc (native_encode_rtx): Fix support for VECTOR_BOOL.
(native_decode_vector_rtx): Likewise.
(test_vector_ops_duplicate): Skip vec_merge test
with vectors of booleans.
* varasm.cc (output_constant_pool_2): Likewise.

gcc/config/aarch64/aarch64-modes.def
gcc/config/arm/arm-builtins.cc
gcc/config/arm/arm-builtins.h
gcc/config/arm/arm-modes.def
gcc/config/arm/arm-simd-builtin-types.def
gcc/emit-rtl.cc
gcc/genmodes.cc
gcc/machmode.def
gcc/rtx-vector-builder.cc
gcc/simplify-rtx.cc
gcc/varasm.cc

index 976bf9b..8f39922 100644 (file)
@@ -47,10 +47,10 @@ ADJUST_FLOAT_FORMAT (HF, &ieee_half_format);
 
 /* Vector modes.  */
 
-VECTOR_BOOL_MODE (VNx16BI, 16, 2);
-VECTOR_BOOL_MODE (VNx8BI, 8, 2);
-VECTOR_BOOL_MODE (VNx4BI, 4, 2);
-VECTOR_BOOL_MODE (VNx2BI, 2, 2);
+VECTOR_BOOL_MODE (VNx16BI, 16, BI, 2);
+VECTOR_BOOL_MODE (VNx8BI, 8, BI, 2);
+VECTOR_BOOL_MODE (VNx4BI, 4, BI, 2);
+VECTOR_BOOL_MODE (VNx2BI, 2, BI, 2);
 
 ADJUST_NUNITS (VNx16BI, aarch64_sve_vg * 8);
 ADJUST_NUNITS (VNx8BI, aarch64_sve_vg * 4);
index e6bbda2..993a2f7 100644 (file)
@@ -1553,11 +1553,28 @@ arm_init_simd_builtin_types (void)
       tree eltype = arm_simd_types[i].eltype;
       machine_mode mode = arm_simd_types[i].mode;
 
-      if (eltype == NULL)
+      if (eltype == NULL
+         /* VECTOR_BOOL is not supported unless MVE is activated,
+            this would make build_truth_vector_type_for_mode
+            crash.  */
+         && ((GET_MODE_CLASS (mode) != MODE_VECTOR_BOOL)
+             || !TARGET_HAVE_MVE))
        continue;
       if (arm_simd_types[i].itype == NULL)
        {
-         tree type = build_vector_type (eltype, GET_MODE_NUNITS (mode));
+         tree type;
+         if (GET_MODE_CLASS (mode) == MODE_VECTOR_BOOL)
+           {
+             /* Handle MVE predicates: they are internally stored as
+                16 bits, but are used as vectors of 1, 2 or 4-bit
+                elements.  */
+             type = build_truth_vector_type_for_mode (GET_MODE_NUNITS (mode),
+                                                      mode);
+             eltype = TREE_TYPE (type);
+           }
+         else
+           type = build_vector_type (eltype, GET_MODE_NUNITS (mode));
+
          type = build_distinct_type_copy (type);
          SET_TYPE_STRUCTURAL_EQUALITY (type);
 
@@ -1695,6 +1712,11 @@ arm_init_builtin (unsigned int fcode, arm_builtin_datum *d,
       if (qualifiers & qualifier_map_mode)
        op_mode = d->mode;
 
+      /* MVE Predicates use HImode as mandated by the ABI: pred16_t is
+        unsigned short.  */
+      if (qualifiers & qualifier_predicate)
+       op_mode = HImode;
+
       /* For pointers, we want a pointer to the basic type
         of the vector.  */
       if (qualifiers & qualifier_pointer && VECTOR_MODE_P (op_mode))
@@ -2939,6 +2961,12 @@ arm_expand_builtin_args (rtx target, machine_mode map_mode, int fcode,
            case ARG_BUILTIN_COPY_TO_REG:
              if (POINTER_TYPE_P (TREE_TYPE (arg[argc])))
                op[argc] = convert_memory_address (Pmode, op[argc]);
+
+             /* MVE uses mve_pred16_t (aka HImode) for vectors of
+                predicates.  */
+             if (GET_MODE_CLASS (mode[argc]) == MODE_VECTOR_BOOL)
+               op[argc] = gen_lowpart (mode[argc], op[argc]);
+
              /*gcc_assert (GET_MODE (op[argc]) == mode[argc]); */
              if (!(*insn_data[icode].operand[opno].predicate)
                  (op[argc], mode[argc]))
@@ -3144,6 +3172,13 @@ constant_arg:
   else
     emit_insn (insn);
 
+  if (GET_MODE_CLASS (tmode) == MODE_VECTOR_BOOL)
+    {
+      rtx HItarget = gen_reg_rtx (HImode);
+      emit_move_insn (HItarget, gen_lowpart (HImode, target));
+      return HItarget;
+    }
+
   return target;
 }
 
index e5130d6..a8ef8ae 100644 (file)
@@ -84,7 +84,9 @@ enum arm_type_qualifiers
   qualifier_lane_pair_index = 0x1000,
   /* Lane indices selected in quadtuplets - must be within range of previous
      argument = a vector.  */
-  qualifier_lane_quadtup_index = 0x2000
+  qualifier_lane_quadtup_index = 0x2000,
+  /* MVE vector predicates.  */
+  qualifier_predicate = 0x4000
 };
 
 struct arm_simd_type_info
index de689c8..9ed0cd0 100644 (file)
@@ -84,6 +84,14 @@ VECTOR_MODE (FLOAT, BF, 2);   /*                 V2BF.  */
 VECTOR_MODE (FLOAT, BF, 4);   /*                V4BF.  */
 VECTOR_MODE (FLOAT, BF, 8);   /*                V8BF.  */
 
+/* Predicates for MVE.  */
+BOOL_MODE (B2I, 2, 1);
+BOOL_MODE (B4I, 4, 1);
+
+VECTOR_BOOL_MODE (V16BI, 16, BI, 2);
+VECTOR_BOOL_MODE (V8BI, 8, B2I, 2);
+VECTOR_BOOL_MODE (V4BI, 4, B4I, 2);
+
 /* Fraction and accumulator vector modes.  */
 VECTOR_MODES (FRACT, 4);      /* V4QQ  V2HQ */
 VECTOR_MODES (UFRACT, 4);     /* V4UQQ V2UHQ */
index 6ba6f21..d1d6416 100644 (file)
@@ -51,3 +51,7 @@
   ENTRY (Bfloat16x2_t, V2BF, none, 32, bfloat16, 20)
   ENTRY (Bfloat16x4_t, V4BF, none, 64, bfloat16, 20)
   ENTRY (Bfloat16x8_t, V8BF, none, 128, bfloat16, 20)
+
+  ENTRY (Pred1x16_t, V16BI, predicate, 16, pred1, 16)
+  ENTRY (Pred2x8_t, V8BI, predicate, 8, pred1, 15)
+  ENTRY (Pred4x4_t, V4BI, predicate, 4, pred1, 15)
index a26bcb0..f4404d7 100644 (file)
@@ -6239,9 +6239,22 @@ init_emit_once (void)
 
   /* For BImode, 1 and -1 are unsigned and signed interpretations
      of the same value.  */
-  const_tiny_rtx[0][(int) BImode] = const0_rtx;
-  const_tiny_rtx[1][(int) BImode] = const_true_rtx;
-  const_tiny_rtx[3][(int) BImode] = const_true_rtx;
+  for (mode = MIN_MODE_BOOL;
+       mode <= MAX_MODE_BOOL;
+       mode = (machine_mode)((int)(mode) + 1))
+    {
+      const_tiny_rtx[0][(int) mode] = const0_rtx;
+      if (mode == BImode)
+       {
+         const_tiny_rtx[1][(int) mode] = const_true_rtx;
+         const_tiny_rtx[3][(int) mode] = const_true_rtx;
+       }
+      else
+       {
+         const_tiny_rtx[1][(int) mode] = const1_rtx;
+         const_tiny_rtx[3][(int) mode] = constm1_rtx;
+       }
+    }
 
   for (mode = MIN_MODE_PARTIAL_INT;
        mode <= MAX_MODE_PARTIAL_INT;
@@ -6260,13 +6273,16 @@ init_emit_once (void)
       const_tiny_rtx[0][(int) mode] = gen_rtx_CONCAT (mode, inner, inner);
     }
 
-  /* As for BImode, "all 1" and "all -1" are unsigned and signed
-     interpretations of the same value.  */
   FOR_EACH_MODE_IN_CLASS (mode, MODE_VECTOR_BOOL)
     {
       const_tiny_rtx[0][(int) mode] = gen_const_vector (mode, 0);
       const_tiny_rtx[3][(int) mode] = gen_const_vector (mode, 3);
-      const_tiny_rtx[1][(int) mode] = const_tiny_rtx[3][(int) mode];
+      if (GET_MODE_INNER (mode) == BImode)
+       /* As for BImode, "all 1" and "all -1" are unsigned and signed
+          interpretations of the same value.  */
+       const_tiny_rtx[1][(int) mode] = const_tiny_rtx[3][(int) mode];
+      else
+       const_tiny_rtx[1][(int) mode] = gen_const_vector (mode, 1);
     }
 
   FOR_EACH_MODE_IN_CLASS (mode, MODE_VECTOR_INT)
index 0185716..59850bb 100644 (file)
@@ -78,6 +78,7 @@ struct mode_data
   bool need_bytesize_adj;      /* true if this mode needs dynamic size
                                   adjustment */
   unsigned int int_n;          /* If nonzero, then __int<INT_N> will be defined */
+  bool boolean;
 };
 
 static struct mode_data *modes[MAX_MODE_CLASS];
@@ -88,7 +89,8 @@ static const struct mode_data blank_mode = {
   0, "<unknown>", MAX_MODE_CLASS,
   0, -1U, -1U, -1U, -1U,
   0, 0, 0, 0, 0, 0,
-  "<unknown>", 0, 0, 0, 0, false, false, 0
+  "<unknown>", 0, 0, 0, 0, false, false, 0,
+  false
 };
 
 static htab_t modes_by_name;
@@ -456,7 +458,7 @@ make_complex_modes (enum mode_class cl,
       size_t m_len;
 
       /* Skip BImode.  FIXME: BImode probably shouldn't be MODE_INT.  */
-      if (m->precision == 1)
+      if (m->boolean)
        continue;
 
       m_len = strlen (m->name);
@@ -528,7 +530,7 @@ make_vector_modes (enum mode_class cl, const char *prefix, unsigned int width,
         not be necessary.  */
       if (cl == MODE_FLOAT && m->bytesize == 1)
        continue;
-      if (cl == MODE_INT && m->precision == 1)
+      if (m->boolean)
        continue;
 
       if ((size_t) snprintf (buf, sizeof buf, "%s%u%s", prefix,
@@ -548,17 +550,18 @@ make_vector_modes (enum mode_class cl, const char *prefix, unsigned int width,
 
 /* Create a vector of booleans called NAME with COUNT elements and
    BYTESIZE bytes in total.  */
-#define VECTOR_BOOL_MODE(NAME, COUNT, BYTESIZE) \
-  make_vector_bool_mode (#NAME, COUNT, BYTESIZE, __FILE__, __LINE__)
+#define VECTOR_BOOL_MODE(NAME, COUNT, COMPONENT, BYTESIZE)             \
+  make_vector_bool_mode (#NAME, COUNT, #COMPONENT, BYTESIZE,           \
+                        __FILE__, __LINE__)
 static void ATTRIBUTE_UNUSED
 make_vector_bool_mode (const char *name, unsigned int count,
-                      unsigned int bytesize, const char *file,
-                      unsigned int line)
+                      const char *component, unsigned int bytesize,
+                      const char *file, unsigned int line)
 {
-  struct mode_data *m = find_mode ("BI");
+  struct mode_data *m = find_mode (component);
   if (!m)
     {
-      error ("%s:%d: no mode \"BI\"", file, line);
+      error ("%s:%d: no mode \"%s\"", file, line, component);
       return;
     }
 
@@ -596,6 +599,20 @@ make_int_mode (const char *name,
   m->precision = precision;
 }
 
+#define BOOL_MODE(N, B, Y) \
+  make_bool_mode (#N, B, Y, __FILE__, __LINE__)
+
+static void
+make_bool_mode (const char *name,
+               unsigned int precision, unsigned int bytesize,
+               const char *file, unsigned int line)
+{
+  struct mode_data *m = new_mode (MODE_INT, name, file, line);
+  m->bytesize = bytesize;
+  m->precision = precision;
+  m->boolean = true;
+}
+
 #define OPAQUE_MODE(N, B)                      \
   make_opaque_mode (#N, -1U, B, __FILE__, __LINE__)
 
@@ -1298,9 +1315,21 @@ enum machine_mode\n{");
       /* Don't use BImode for MIN_MODE_INT, since otherwise the middle
         end will try to use it for bitfields in structures and the
         like, which we do not want.  Only the target md file should
-        generate BImode widgets.  */
-      if (first && first->precision == 1 && c == MODE_INT)
-       first = first->next;
+        generate BImode widgets.  Since some targets such as ARM/MVE
+        define boolean modes with multiple bits, handle those too.  */
+      if (first && first->boolean)
+       {
+         struct mode_data *last_bool = first;
+         printf ("  MIN_MODE_BOOL = E_%smode,\n", first->name);
+
+         while (first && first->boolean)
+           {
+             last_bool = first;
+             first = first->next;
+           }
+
+         printf ("  MAX_MODE_BOOL = E_%smode,\n\n", last_bool->name);
+       }
 
       if (first && last)
        printf ("  MIN_%s = E_%smode,\n  MAX_%s = E_%smode,\n\n",
@@ -1679,15 +1708,15 @@ emit_class_narrowest_mode (void)
   print_decl ("unsigned char", "class_narrowest_mode", "MAX_MODE_CLASS");
 
   for (c = 0; c < MAX_MODE_CLASS; c++)
-    /* Bleah, all this to get the comment right for MIN_MODE_INT.  */
-    tagged_printf ("MIN_%s", mode_class_names[c],
-                  modes[c]
-                  ? ((c != MODE_INT || modes[c]->precision != 1)
-                     ? modes[c]->name
-                     : (modes[c]->next
-                        ? modes[c]->next->name
-                        : void_mode->name))
-                  : void_mode->name);
+    {
+      /* Bleah, all this to get the comment right for MIN_MODE_INT.  */
+      struct mode_data *m = modes[c];
+      while (m && m->boolean)
+       m = m->next;
+      const char *comment_name = (m ? m : void_mode)->name;
+
+      tagged_printf ("MIN_%s", mode_class_names[c], comment_name);
+    }
 
   print_closer ();
 }
index c6baa75..b62a5fb 100644 (file)
@@ -146,12 +146,13 @@ along with GCC; see the file COPYING3.  If not see
        Like VECTOR_MODES, but start the mode names with PREFIX instead
        of the usual "V".
 
-     VECTOR_BOOL_MODE (NAME, COUNT, BYTESIZE)
+     VECTOR_BOOL_MODE (NAME, COUNT, COMPONENT, BYTESIZE)
         Create a vector mode called NAME that contains COUNT boolean
         elements and occupies BYTESIZE bytes in total.  Each boolean
-        element occupies (COUNT * BITS_PER_UNIT) / BYTESIZE bits, with
-        the element at index 0 occupying the lsb of the first byte in
-        memory.  Only the lowest bit of each element is significant.
+        element is of COMPONENT type and occupies (COUNT * BITS_PER_UNIT) /
+        BYTESIZE bits, with the element at index 0 occupying the lsb of the
+        first byte in memory.  Only the lowest bit of each element is
+        significant.
 
      OPAQUE_MODE (NAME, BYTESIZE)
         Create an opaque mode called NAME that is BYTESIZE bytes wide.
@@ -196,7 +197,7 @@ RANDOM_MODE (VOID);
 RANDOM_MODE (BLK);
 
 /* Single bit mode used for booleans.  */
-FRACTIONAL_INT_MODE (BI, 1, 1);
+BOOL_MODE (BI, 1, 1);
 
 /* Basic integer modes.  We go up to TI in generic code (128 bits).
    TImode is needed here because the some front ends now genericly
index e36aba0..55ffe0d 100644 (file)
@@ -90,8 +90,10 @@ rtx_vector_builder::find_cached_value ()
 
   if (GET_MODE_CLASS (m_mode) == MODE_VECTOR_BOOL)
     {
-      if (elt == const1_rtx || elt == constm1_rtx)
+      if (elt == const1_rtx)
        return CONST1_RTX (m_mode);
+      else if (elt == constm1_rtx)
+       return CONSTM1_RTX (m_mode);
       else if (elt == const0_rtx)
        return CONST0_RTX (m_mode);
       else
index 85ad990..3355b1a 100644 (file)
@@ -6876,12 +6876,13 @@ native_encode_rtx (machine_mode mode, rtx x, vec<target_unit> &bytes,
          /* This is the only case in which elements can be smaller than
             a byte.  */
          gcc_assert (GET_MODE_CLASS (mode) == MODE_VECTOR_BOOL);
+         auto mask = GET_MODE_MASK (GET_MODE_INNER (mode));
          for (unsigned int i = 0; i < num_bytes; ++i)
            {
              target_unit value = 0;
              for (unsigned int j = 0; j < BITS_PER_UNIT; j += elt_bits)
                {
-                 value |= (INTVAL (CONST_VECTOR_ELT (x, elt)) & 1) << j;
+                 value |= (INTVAL (CONST_VECTOR_ELT (x, elt)) & mask) << j;
                  elt += 1;
                }
              bytes.quick_push (value);
@@ -7025,9 +7026,8 @@ native_decode_vector_rtx (machine_mode mode, const vec<target_unit> &bytes,
          unsigned int bit_index = first_byte * BITS_PER_UNIT + i * elt_bits;
          unsigned int byte_index = bit_index / BITS_PER_UNIT;
          unsigned int lsb = bit_index % BITS_PER_UNIT;
-         builder.quick_push (bytes[byte_index] & (1 << lsb)
-                             ? CONST1_RTX (BImode)
-                             : CONST0_RTX (BImode));
+         unsigned int value = bytes[byte_index] >> lsb;
+         builder.quick_push (gen_int_mode (value, GET_MODE_INNER (mode)));
        }
     }
   else
@@ -7994,17 +7994,23 @@ test_vector_ops_duplicate (machine_mode mode, rtx scalar_reg)
                                                    duplicate, last_par));
 
       /* Test a scalar subreg of a VEC_MERGE of a VEC_DUPLICATE.  */
-      rtx vector_reg = make_test_reg (mode);
-      for (unsigned HOST_WIDE_INT i = 0; i < const_nunits; i++)
+      /* Skip this test for vectors of booleans, because offset is in bytes,
+        while vec_merge indices are in elements (usually bits).  */
+      if (GET_MODE_CLASS (mode) != MODE_VECTOR_BOOL)
        {
-         if (i >= HOST_BITS_PER_WIDE_INT)
-           break;
-         rtx mask = GEN_INT ((HOST_WIDE_INT_1U << i) | (i + 1));
-         rtx vm = gen_rtx_VEC_MERGE (mode, duplicate, vector_reg, mask);
-         poly_uint64 offset = i * GET_MODE_SIZE (inner_mode);
-         ASSERT_RTX_EQ (scalar_reg,
-                        simplify_gen_subreg (inner_mode, vm,
-                                             mode, offset));
+         rtx vector_reg = make_test_reg (mode);
+         for (unsigned HOST_WIDE_INT i = 0; i < const_nunits; i++)
+           {
+             if (i >= HOST_BITS_PER_WIDE_INT)
+               break;
+             rtx mask = GEN_INT ((HOST_WIDE_INT_1U << i) | (i + 1));
+             rtx vm = gen_rtx_VEC_MERGE (mode, duplicate, vector_reg, mask);
+             poly_uint64 offset = i * GET_MODE_SIZE (inner_mode);
+
+             ASSERT_RTX_EQ (scalar_reg,
+                            simplify_gen_subreg (inner_mode, vm,
+                                                 mode, offset));
+           }
        }
     }
 
index 330ec29..d3d9daf 100644 (file)
@@ -4085,6 +4085,7 @@ output_constant_pool_2 (fixed_size_mode mode, rtx x, unsigned int align)
        unsigned int elt_bits = GET_MODE_BITSIZE (mode) / nelts;
        unsigned int int_bits = MAX (elt_bits, BITS_PER_UNIT);
        scalar_int_mode int_mode = int_mode_for_size (int_bits, 0).require ();
+       unsigned int mask = GET_MODE_MASK (GET_MODE_INNER (mode));
 
        /* Build the constant up one integer at a time.  */
        unsigned int elts_per_int = int_bits / elt_bits;
@@ -4093,8 +4094,10 @@ output_constant_pool_2 (fixed_size_mode mode, rtx x, unsigned int align)
            unsigned HOST_WIDE_INT value = 0;
            unsigned int limit = MIN (nelts - i, elts_per_int);
            for (unsigned int j = 0; j < limit; ++j)
-             if (INTVAL (CONST_VECTOR_ELT (x, i + j)) != 0)
-               value |= 1 << (j * elt_bits);
+           {
+             auto elt = INTVAL (CONST_VECTOR_ELT (x, i + j));
+             value |= (elt & mask) << (j * elt_bits);
+           }
            output_constant_pool_2 (int_mode, gen_int_mode (value, int_mode),
                                    i != 0 ? MIN (align, int_bits) : align);
          }