* doc/as.texinfo: Refer to or include c-alpha.texi for Alpha
[external/binutils.git] / gas / doc / c-alpha.texi
1 @c Copyright 2002, 2003, 2005, 2009
2 @c Free Software Foundation, Inc.
3 @c This is part of the GAS manual.
4 @c For copying conditions, see the file as.texinfo.
5 @c man end
6
7 @ifset GENERIC
8 @page
9 @node Alpha-Dependent
10 @chapter Alpha Dependent Features
11 @end ifset
12
13 @ifclear GENERIC
14 @node Machine Dependencies
15 @chapter Alpha Dependent Features
16 @end ifclear
17
18 @cindex Alpha support
19 @menu
20 * Alpha Notes::                Notes
21 * Alpha Options::              Options
22 * Alpha Syntax::               Syntax
23 * Alpha Floating Point::       Floating Point
24 * Alpha Directives::           Alpha Machine Directives
25 * Alpha Opcodes::              Opcodes
26 @end menu
27
28 @node Alpha Notes
29 @section Notes
30 @cindex Alpha notes
31 @cindex notes for Alpha
32
33 The documentation here is primarily for the ELF object format.
34 @code{@value{AS}} also supports the ECOFF and EVAX formats, but
35 features specific to these formats are not yet documented.
36
37 @node Alpha Options
38 @section Options
39 @cindex Alpha options
40 @cindex options for Alpha
41
42 @c man begin OPTIONS
43 @table @gcctabopt
44 @cindex @code{-m@var{cpu}} command line option, Alpha
45 @item -m@var{cpu}
46 This option specifies the target processor.  If an attempt is made to
47 assemble an instruction which will not execute on the target processor,
48 the assembler may either expand the instruction as a macro or issue an
49 error message.  This option is equivalent to the @code{.arch} directive.
50
51 The following processor names are recognized: 
52 @code{21064},
53 @code{21064a},
54 @code{21066},
55 @code{21068},
56 @code{21164},
57 @code{21164a},
58 @code{21164pc},
59 @code{21264},
60 @code{21264a},
61 @code{21264b},
62 @code{ev4},
63 @code{ev5},
64 @code{lca45},
65 @code{ev5},
66 @code{ev56},
67 @code{pca56},
68 @code{ev6},
69 @code{ev67},
70 @code{ev68}.
71 The special name @code{all} may be used to allow the assembler to accept
72 instructions valid for any Alpha processor.
73
74 In order to support existing practice in OSF/1 with respect to @code{.arch},
75 and existing practice within @command{MILO} (the Linux ARC bootloader), the
76 numbered processor names (e.g.@: 21064) enable the processor-specific PALcode
77 instructions, while the ``electro-vlasic'' names (e.g.@: @code{ev4}) do not.
78
79 @cindex @code{-mdebug} command line option, Alpha
80 @cindex @code{-no-mdebug} command line option, Alpha
81 @item -mdebug
82 @itemx -no-mdebug
83 Enables or disables the generation of @code{.mdebug} encapsulation for
84 stabs directives and procedure descriptors.  The default is to automatically
85 enable @code{.mdebug} when the first stabs directive is seen.
86
87 @cindex @code{-relax} command line option, Alpha
88 @item -relax
89 This option forces all relocations to be put into the object file, instead
90 of saving space and resolving some relocations at assembly time.  Note that
91 this option does not propagate all symbol arithmetic into the object file,
92 because not all symbol arithmetic can be represented.  However, the option
93 can still be useful in specific applications.
94
95 @cindex @code{-replace} command line option, Alpha
96 @cindex @code{-noreplace} command line option, Alpha
97 @item -replace
98 @itemx -noreplace
99 Enables or disables the optimization of procedure calls, both at assemblage
100 and at link time.  These options are only available for VMS targets and
101 @code{-replace} is the default.  See section 1.4.1 of the OpenVMS Linker
102 Utility Manual.
103
104 @cindex @code{-g} command line option, Alpha
105 @item -g
106 This option is used when the compiler generates debug information.  When
107 @command{gcc} is using @command{mips-tfile} to generate debug
108 information for ECOFF, local labels must be passed through to the object
109 file.  Otherwise this option has no effect.
110
111 @cindex @code{-G} command line option, Alpha
112 @item -G@var{size}
113 A local common symbol larger than @var{size} is placed in @code{.bss},
114 while smaller symbols are placed in @code{.sbss}.
115
116 @cindex @code{-F} command line option, Alpha
117 @cindex @code{-32addr} command line option, Alpha
118 @item -F
119 @itemx -32addr
120 These options are ignored for backward compatibility.
121 @end table
122 @c man end
123
124 @cindex Alpha Syntax
125 @node Alpha Syntax
126 @section Syntax
127 The assembler syntax closely follow the Alpha Reference Manual;
128 assembler directives and general syntax closely follow the OSF/1 and
129 OpenVMS syntax, with a few differences for ELF.
130
131 @menu
132 * Alpha-Chars::                Special Characters
133 * Alpha-Regs::                 Register Names
134 * Alpha-Relocs::               Relocations
135 @end menu
136
137 @node Alpha-Chars
138 @subsection Special Characters
139
140 @cindex line comment character, Alpha
141 @cindex Alpha line comment character
142 @samp{#} is the line comment character.
143
144 @cindex line separator, Alpha
145 @cindex statement separator, Alpha
146 @cindex Alpha line separator
147 @samp{;} can be used instead of a newline to separate statements.
148
149 @node Alpha-Regs
150 @subsection Register Names
151 @cindex Alpha registers
152 @cindex register names, Alpha
153
154 The 32 integer registers are referred to as @samp{$@var{n}} or
155 @samp{$r@var{n}}.  In addition, registers 15, 28, 29, and 30 may
156 be referred to by the symbols @samp{$fp}, @samp{$at}, @samp{$gp},
157 and @samp{$sp} respectively.
158
159 The 32 floating-point registers are referred to as @samp{$f@var{n}}.
160
161 @node Alpha-Relocs
162 @subsection Relocations
163 @cindex Alpha relocations
164 @cindex relocations, Alpha
165
166 Some of these relocations are available for ECOFF, but mostly
167 only for ELF.  They are modeled after the relocation format 
168 introduced in Digital Unix 4.0, but there are additions.
169
170 The format is @samp{!@var{tag}} or @samp{!@var{tag}!@var{number}}
171 where @var{tag} is the name of the relocation.  In some cases
172 @var{number} is used to relate specific instructions.
173
174 The relocation is placed at the end of the instruction like so:
175
176 @example
177 ldah  $0,a($29)    !gprelhigh
178 lda   $0,a($0)     !gprellow
179 ldq   $1,b($29)    !literal!100
180 ldl   $2,0($1)     !lituse_base!100
181 @end example
182
183 @table @code
184 @item !literal
185 @itemx !literal!@var{N}
186 Used with an @code{ldq} instruction to load the address of a symbol
187 from the GOT.
188
189 A sequence number @var{N} is optional, and if present is used to pair
190 @code{lituse} relocations with this @code{literal} relocation.  The
191 @code{lituse} relocations are used by the linker to optimize the code
192 based on the final location of the symbol.
193
194 Note that these optimizations are dependent on the data flow of the
195 program.  Therefore, if @emph{any} @code{lituse} is paired with a
196 @code{literal} relocation, then @emph{all} uses of the register set by
197 the @code{literal} instruction must also be marked with @code{lituse}
198 relocations.  This is because the original @code{literal} instruction
199 may be deleted or transformed into another instruction.
200
201 Also note that there may be a one-to-many relationship between
202 @code{literal} and @code{lituse}, but not a many-to-one.  That is, if
203 there are two code paths that load up the same address and feed the
204 value to a single use, then the use may not use a @code{lituse}
205 relocation.
206
207 @item !lituse_base!@var{N}
208 Used with any memory format instruction (e.g.@: @code{ldl}) to indicate
209 that the literal is used for an address load.  The offset field of the
210 instruction must be zero.  During relaxation, the code may be altered
211 to use a gp-relative load.
212
213 @item !lituse_jsr!@var{N}
214 Used with a register branch format instruction (e.g.@: @code{jsr}) to
215 indicate that the literal is used for a call.  During relaxation, the
216 code may be altered to use a direct branch (e.g.@: @code{bsr}).
217
218 @item !lituse_jsrdirect!@var{N}
219 Similar to @code{lituse_jsr}, but also that this call cannot be vectored
220 through a PLT entry.  This is useful for functions with special calling
221 conventions which do not allow the normal call-clobbered registers to be
222 clobbered.
223
224 @item !lituse_bytoff!@var{N}
225 Used with a byte mask instruction (e.g.@: @code{extbl}) to indicate
226 that only the low 3 bits of the address are relevant.  During relaxation,
227 the code may be altered to use an immediate instead of a register shift.
228
229 @item !lituse_addr!@var{N}
230 Used with any other instruction to indicate that the original address
231 is in fact used, and the original @code{ldq} instruction may not be
232 altered or deleted.  This is useful in conjunction with @code{lituse_jsr}
233 to test whether a weak symbol is defined.
234
235 @example
236 ldq  $27,foo($29)   !literal!1
237 beq  $27,is_undef   !lituse_addr!1
238 jsr  $26,($27),foo  !lituse_jsr!1
239 @end example
240
241 @item !lituse_tlsgd!@var{N}
242 Used with a register branch format instruction to indicate that the
243 literal is the call to @code{__tls_get_addr} used to compute the 
244 address of the thread-local storage variable whose descriptor was
245 loaded with @code{!tlsgd!@var{N}}.
246
247 @item !lituse_tlsldm!@var{N}
248 Used with a register branch format instruction to indicate that the
249 literal is the call to @code{__tls_get_addr} used to compute the 
250 address of the base of the thread-local storage block for the current
251 module.  The descriptor for the module must have been loaded with
252 @code{!tlsldm!@var{N}}.
253
254 @item !gpdisp!@var{N}
255 Used with @code{ldah} and @code{lda} to load the GP from the current
256 address, a-la the @code{ldgp} macro.  The source register for the
257 @code{ldah} instruction must contain the address of the @code{ldah}
258 instruction.  There must be exactly one @code{lda} instruction paired
259 with the @code{ldah} instruction, though it may appear anywhere in 
260 the instruction stream.  The immediate operands must be zero.
261
262 @example
263 bsr  $26,foo
264 ldah $29,0($26)     !gpdisp!1
265 lda  $29,0($29)     !gpdisp!1
266 @end example
267
268 @item !gprelhigh
269 Used with an @code{ldah} instruction to add the high 16 bits of a
270 32-bit displacement from the GP.
271
272 @item !gprellow
273 Used with any memory format instruction to add the low 16 bits of a
274 32-bit displacement from the GP.
275
276 @item !gprel
277 Used with any memory format instruction to add a 16-bit displacement
278 from the GP.
279
280 @item !samegp
281 Used with any branch format instruction to skip the GP load at the
282 target address.  The referenced symbol must have the same GP as the
283 source object file, and it must be declared to either not use @code{$27}
284 or perform a standard GP load in the first two instructions via the
285 @code{.prologue} directive.
286
287 @item !tlsgd
288 @itemx !tlsgd!@var{N}
289 Used with an @code{lda} instruction to load the address of a TLS
290 descriptor for a symbol in the GOT.
291
292 The sequence number @var{N} is optional, and if present it used to
293 pair the descriptor load with both the @code{literal} loading the
294 address of the @code{__tls_get_addr} function and the @code{lituse_tlsgd}
295 marking the call to that function.
296
297 For proper relaxation, both the @code{tlsgd}, @code{literal} and
298 @code{lituse} relocations must be in the same extended basic block.
299 That is, the relocation with the lowest address must be executed
300 first at runtime.
301
302 @item !tlsldm
303 @itemx !tlsldm!@var{N}
304 Used with an @code{lda} instruction to load the address of a TLS
305 descriptor for the current module in the GOT.
306
307 Similar in other respects to @code{tlsgd}.
308
309 @item !gotdtprel
310 Used with an @code{ldq} instruction to load the offset of the TLS
311 symbol within its module's thread-local storage block.  Also known
312 as the dynamic thread pointer offset or dtp-relative offset.
313
314 @item !dtprelhi
315 @itemx !dtprello
316 @itemx !dtprel
317 Like @code{gprel} relocations except they compute dtp-relative offsets.
318
319 @item !gottprel
320 Used with an @code{ldq} instruction to load the offset of the TLS
321 symbol from the thread pointer.  Also known as the tp-relative offset.
322
323 @item !tprelhi
324 @itemx !tprello
325 @itemx !tprel
326 Like @code{gprel} relocations except they compute tp-relative offsets.
327 @end table
328
329 @node Alpha Floating Point
330 @section Floating Point
331 @cindex floating point, Alpha (@sc{ieee})
332 @cindex Alpha floating point (@sc{ieee})
333 The Alpha family uses both @sc{ieee} and VAX floating-point numbers.
334
335 @node Alpha Directives
336 @section Alpha Assembler Directives
337
338 @command{@value{AS}} for the Alpha supports many additional directives for
339 compatibility with the native assembler.  This section describes them only
340 briefly.
341
342 @cindex Alpha-only directives
343 These are the additional directives in @code{@value{AS}} for the Alpha:
344
345 @table @code
346 @item .arch @var{cpu}
347 Specifies the target processor.  This is equivalent to the
348 @option{-m@var{cpu}} command-line option.  @xref{Alpha Options, Options},
349 for a list of values for @var{cpu}.
350
351 @item .ent @var{function}[, @var{n}]
352 Mark the beginning of @var{function}.  An optional number may follow for
353 compatibility with the OSF/1 assembler, but is ignored.  When generating
354 @code{.mdebug} information, this will create a procedure descriptor for
355 the function.  In ELF, it will mark the symbol as a function a-la the
356 generic @code{.type} directive.
357
358 @item .end @var{function}
359 Mark the end of @var{function}.  In ELF, it will set the size of the symbol
360 a-la the generic @code{.size} directive.
361
362 @item .mask @var{mask}, @var{offset}
363 Indicate which of the integer registers are saved in the current
364 function's stack frame.  @var{mask} is interpreted a bit mask in which
365 bit @var{n} set indicates that register @var{n} is saved.  The registers
366 are saved in a block located @var{offset} bytes from the @dfn{canonical
367 frame address} (CFA) which is the value of the stack pointer on entry to
368 the function.  The registers are saved sequentially, except that the
369 return address register (normally @code{$26}) is saved first.
370
371 This and the other directives that describe the stack frame are
372 currently only used when generating @code{.mdebug} information.  They
373 may in the future be used to generate DWARF2 @code{.debug_frame} unwind
374 information for hand written assembly.
375
376 @item .fmask @var{mask}, @var{offset}
377 Indicate which of the floating-point registers are saved in the current
378 stack frame.  The @var{mask} and @var{offset} parameters are interpreted
379 as with @code{.mask}.
380
381 @item .frame @var{framereg}, @var{frameoffset}, @var{retreg}[, @var{argoffset}]
382 Describes the shape of the stack frame.  The frame pointer in use is
383 @var{framereg}; normally this is either @code{$fp} or @code{$sp}.  The
384 frame pointer is @var{frameoffset} bytes below the CFA.  The return
385 address is initially located in @var{retreg} until it is saved as
386 indicated in @code{.mask}.  For compatibility with OSF/1 an optional
387 @var{argoffset} parameter is accepted and ignored.  It is believed to
388 indicate the offset from the CFA to the saved argument registers.
389
390 @item .prologue @var{n}
391 Indicate that the stack frame is set up and all registers have been
392 spilled.  The argument @var{n} indicates whether and how the function
393 uses the incoming @dfn{procedure vector} (the address of the called
394 function) in @code{$27}.  0 indicates that @code{$27} is not used; 1
395 indicates that the first two instructions of the function use @code{$27}
396 to perform a load of the GP register; 2 indicates that @code{$27} is
397 used in some non-standard way and so the linker cannot elide the load of
398 the procedure vector during relaxation.
399
400 @item .usepv @var{function}, @var{which}
401 Used to indicate the use of the @code{$27} register, similar to 
402 @code{.prologue}, but without the other semantics of needing to 
403 be inside an open @code{.ent}/@code{.end} block.
404
405 The @var{which} argument should be either @code{no}, indicating that
406 @code{$27} is not used, or @code{std}, indicating that the first two
407 instructions of the function perform a GP load.
408
409 One might use this directive instead of @code{.prologue} if you are
410 also using dwarf2 CFI directives.
411
412 @item .gprel32 @var{expression}
413 Computes the difference between the address in @var{expression} and the
414 GP for the current object file, and stores it in 4 bytes.  In addition
415 to being smaller than a full 8 byte address, this also does not require
416 a dynamic relocation when used in a shared library.
417
418 @item .t_floating @var{expression}
419 Stores @var{expression} as an @sc{ieee} double precision value.
420
421 @item .s_floating @var{expression}
422 Stores @var{expression} as an @sc{ieee} single precision value.
423
424 @item .f_floating @var{expression}
425 Stores @var{expression} as a VAX F format value.
426
427 @item .g_floating @var{expression}
428 Stores @var{expression} as a VAX G format value.
429
430 @item .d_floating @var{expression}
431 Stores @var{expression} as a VAX D format value.
432
433 @item .set @var{feature}
434 Enables or disables various assembler features.  Using the positive
435 name of the feature enables while using @samp{no@var{feature}} disables.
436
437 @table @code
438 @item at
439 Indicates that macro expansions may clobber the @dfn{assembler
440 temporary} (@code{$at} or @code{$28}) register.  Some macros may not be
441 expanded without this and will generate an error message if @code{noat}
442 is in effect.  When @code{at} is in effect, a warning will be generated
443 if @code{$at} is used by the programmer.
444
445 @item macro
446 Enables the expansion of macro instructions.  Note that variants of real
447 instructions, such as @code{br label} vs @code{br $31,label} are
448 considered alternate forms and not macros.
449
450 @item move
451 @itemx reorder
452 @itemx volatile
453 These control whether and how the assembler may re-order instructions.
454 Accepted for compatibility with the OSF/1 assembler, but @command{@value{AS}}
455 does not do instruction scheduling, so these features are ignored.
456 @end table
457 @end table
458
459 The following directives are recognized for compatibility with the OSF/1
460 assembler but are ignored.
461
462 @example
463 .proc           .aproc
464 .reguse         .livereg
465 .option         .aent
466 .ugen           .eflag
467 .alias          .noalias
468 @end example
469
470 @node Alpha Opcodes
471 @section Opcodes
472 For detailed information on the Alpha machine instruction set, see the
473 @c Attempt to work around a very overfull hbox.
474 @iftex
475 Alpha Architecture Handbook located at
476 @smallfonts
477 @example
478 ftp://ftp.digital.com/pub/Digital/info/semiconductor/literature/alphaahb.pdf
479 @end example
480 @textfonts
481 @end iftex
482 @ifnottex
483 @uref{ftp://ftp.digital.com/pub/Digital/info/semiconductor/literature/alphaahb.pdf,Alpha Architecture Handbook}.
484 @end ifnottex