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1 @c Copyright 1991, 1992, 1993, 1994, 1995, 1997, 1998, 1999, 2000,
2 @c 2001, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2011
3 @c Free Software Foundation, Inc.
4 @c This is part of the GAS manual.
5 @c For copying conditions, see the file as.texinfo.
6 @c man end
7
8 @ifset GENERIC
9 @page
10 @node i386-Dependent
11 @chapter 80386 Dependent Features
12 @end ifset
13 @ifclear GENERIC
14 @node Machine Dependencies
15 @chapter 80386 Dependent Features
16 @end ifclear
17
18 @cindex i386 support
19 @cindex i80386 support
20 @cindex x86-64 support
21
22 The i386 version @code{@value{AS}} supports both the original Intel 386
23 architecture in both 16 and 32-bit mode as well as AMD x86-64 architecture
24 extending the Intel architecture to 64-bits.
25
26 @menu
27 * i386-Options::                Options
28 * i386-Directives::             X86 specific directives
29 * i386-Syntax::                 Syntactical considerations
30 * i386-Mnemonics::              Instruction Naming
31 * i386-Regs::                   Register Naming
32 * i386-Prefixes::               Instruction Prefixes
33 * i386-Memory::                 Memory References
34 * i386-Jumps::                  Handling of Jump Instructions
35 * i386-Float::                  Floating Point
36 * i386-SIMD::                   Intel's MMX and AMD's 3DNow! SIMD Operations
37 * i386-LWP::                    AMD's Lightweight Profiling Instructions
38 * i386-BMI::                    Bit Manipulation Instruction
39 * i386-TBM::                    AMD's Trailing Bit Manipulation Instructions
40 * i386-16bit::                  Writing 16-bit Code
41 * i386-Arch::                   Specifying an x86 CPU architecture
42 * i386-Bugs::                   AT&T Syntax bugs
43 * i386-Notes::                  Notes
44 @end menu
45
46 @node i386-Options
47 @section Options
48
49 @cindex options for i386
50 @cindex options for x86-64
51 @cindex i386 options
52 @cindex x86-64 options 
53
54 The i386 version of @code{@value{AS}} has a few machine
55 dependent options:
56
57 @c man begin OPTIONS
58 @table @gcctabopt
59 @cindex @samp{--32} option, i386
60 @cindex @samp{--32} option, x86-64
61 @cindex @samp{--x32} option, i386
62 @cindex @samp{--x32} option, x86-64
63 @cindex @samp{--64} option, i386
64 @cindex @samp{--64} option, x86-64
65 @item --32 | --x32 | --64
66 Select the word size, either 32 bits or 64 bits.  @samp{--32}
67 implies Intel i386 architecture, while @samp{--x32} and @samp{--64}
68 imply AMD x86-64 architecture with 32-bit or 64-bit word-size
69 respectively.
70
71 These options are only available with the ELF object file format, and
72 require that the necessary BFD support has been included (on a 32-bit
73 platform you have to add --enable-64-bit-bfd to configure enable 64-bit
74 usage and use x86-64 as target platform).
75
76 @item -n
77 By default, x86 GAS replaces multiple nop instructions used for
78 alignment within code sections with multi-byte nop instructions such
79 as leal 0(%esi,1),%esi.  This switch disables the optimization.
80
81 @cindex @samp{--divide} option, i386
82 @item --divide
83 On SVR4-derived platforms, the character @samp{/} is treated as a comment
84 character, which means that it cannot be used in expressions.  The
85 @samp{--divide} option turns @samp{/} into a normal character.  This does
86 not disable @samp{/} at the beginning of a line starting a comment, or
87 affect using @samp{#} for starting a comment.
88
89 @cindex @samp{-march=} option, i386
90 @cindex @samp{-march=} option, x86-64
91 @item -march=@var{CPU}[+@var{EXTENSION}@dots{}]
92 This option specifies the target processor.  The assembler will
93 issue an error message if an attempt is made to assemble an instruction
94 which will not execute on the target processor.  The following
95 processor names are recognized: 
96 @code{i8086},
97 @code{i186},
98 @code{i286},
99 @code{i386},
100 @code{i486},
101 @code{i586},
102 @code{i686},
103 @code{pentium},
104 @code{pentiumpro},
105 @code{pentiumii},
106 @code{pentiumiii},
107 @code{pentium4},
108 @code{prescott},
109 @code{nocona},
110 @code{core},
111 @code{core2},
112 @code{corei7},
113 @code{l1om},
114 @code{k6},
115 @code{k6_2},
116 @code{athlon},
117 @code{opteron},
118 @code{k8},
119 @code{amdfam10},
120 @code{bdver1},
121 @code{generic32} and
122 @code{generic64}.
123
124 In addition to the basic instruction set, the assembler can be told to 
125 accept various extension mnemonics.  For example,
126 @code{-march=i686+sse4+vmx} extends @var{i686} with @var{sse4} and
127 @var{vmx}.  The following extensions are currently supported:
128 @code{8087},
129 @code{287},
130 @code{387},
131 @code{no87},
132 @code{mmx},
133 @code{nommx},
134 @code{sse},
135 @code{sse2},
136 @code{sse3},
137 @code{ssse3},
138 @code{sse4.1},
139 @code{sse4.2},
140 @code{sse4},
141 @code{nosse},
142 @code{avx},
143 @code{noavx},
144 @code{vmx},
145 @code{smx},
146 @code{xsave},
147 @code{xsaveopt},
148 @code{aes},
149 @code{pclmul},
150 @code{fsgsbase},
151 @code{rdrnd},
152 @code{f16c},
153 @code{fma},
154 @code{movbe},
155 @code{ept},
156 @code{clflush},
157 @code{lwp},
158 @code{fma4},
159 @code{xop},
160 @code{syscall},
161 @code{rdtscp},
162 @code{3dnow},
163 @code{3dnowa},
164 @code{sse4a},
165 @code{sse5},
166 @code{svme},
167 @code{abm} and
168 @code{padlock}.
169 Note that rather than extending a basic instruction set, the extension
170 mnemonics starting with @code{no} revoke the respective functionality.
171
172 When the @code{.arch} directive is used with @option{-march}, the
173 @code{.arch} directive will take precedent.
174
175 @cindex @samp{-mtune=} option, i386
176 @cindex @samp{-mtune=} option, x86-64
177 @item -mtune=@var{CPU}
178 This option specifies a processor to optimize for. When used in
179 conjunction with the @option{-march} option, only instructions
180 of the processor specified by the @option{-march} option will be
181 generated.
182
183 Valid @var{CPU} values are identical to the processor list of
184 @option{-march=@var{CPU}}.
185
186 @cindex @samp{-msse2avx} option, i386
187 @cindex @samp{-msse2avx} option, x86-64
188 @item -msse2avx
189 This option specifies that the assembler should encode SSE instructions
190 with VEX prefix.
191
192 @cindex @samp{-msse-check=} option, i386
193 @cindex @samp{-msse-check=} option, x86-64
194 @item -msse-check=@var{none}
195 @itemx -msse-check=@var{warning}
196 @itemx -msse-check=@var{error}
197 These options control if the assembler should check SSE intructions.
198 @option{-msse-check=@var{none}} will make the assembler not to check SSE
199 instructions,  which is the default.  @option{-msse-check=@var{warning}}
200 will make the assembler issue a warning for any SSE intruction.
201 @option{-msse-check=@var{error}} will make the assembler issue an error
202 for any SSE intruction.
203
204 @cindex @samp{-mavxscalar=} option, i386
205 @cindex @samp{-mavxscalar=} option, x86-64
206 @item -mavxscalar=@var{128}
207 @itemx -mavxscalar=@var{256}
208 This options control how the assembler should encode scalar AVX
209 instructions.  @option{-mavxscalar=@var{128}} will encode scalar
210 AVX instructions with 128bit vector length, which is the default.
211 @option{-mavxscalar=@var{256}} will encode scalar AVX instructions
212 with 256bit vector length.
213
214 @cindex @samp{-mmnemonic=} option, i386
215 @cindex @samp{-mmnemonic=} option, x86-64
216 @item -mmnemonic=@var{att}
217 @itemx -mmnemonic=@var{intel}
218 This option specifies instruction mnemonic for matching instructions. 
219 The @code{.att_mnemonic} and @code{.intel_mnemonic} directives will
220 take precedent.
221
222 @cindex @samp{-msyntax=} option, i386
223 @cindex @samp{-msyntax=} option, x86-64
224 @item -msyntax=@var{att}
225 @itemx -msyntax=@var{intel}
226 This option specifies instruction syntax when processing instructions. 
227 The @code{.att_syntax} and @code{.intel_syntax} directives will
228 take precedent.
229
230 @cindex @samp{-mnaked-reg} option, i386
231 @cindex @samp{-mnaked-reg} option, x86-64
232 @item -mnaked-reg
233 This opetion specifies that registers don't require a @samp{%} prefix.
234 The @code{.att_syntax} and @code{.intel_syntax} directives will take precedent.
235
236 @end table
237 @c man end
238
239 @node i386-Directives
240 @section x86 specific Directives
241
242 @cindex machine directives, x86
243 @cindex x86 machine directives
244 @table @code
245
246 @cindex @code{lcomm} directive, COFF
247 @item .lcomm @var{symbol} , @var{length}[, @var{alignment}]
248 Reserve @var{length} (an absolute expression) bytes for a local common
249 denoted by @var{symbol}.  The section and value of @var{symbol} are
250 those of the new local common.  The addresses are allocated in the bss
251 section, so that at run-time the bytes start off zeroed.  Since
252 @var{symbol} is not declared global, it is normally not visible to
253 @code{@value{LD}}.  The optional third parameter, @var{alignment},
254 specifies the desired alignment of the symbol in the bss section.
255
256 This directive is only available for COFF based x86 targets.
257
258 @c FIXME: Document other x86 specific directives ?  Eg: .code16gcc,
259 @c .largecomm
260
261 @end table
262
263 @node i386-Syntax
264 @section i386 Syntactical Considerations
265 @menu
266 * i386-Variations::           AT&T Syntax versus Intel Syntax
267 * i386-Chars::                Special Characters
268 @end menu
269
270 @node i386-Variations
271 @subsection AT&T Syntax versus Intel Syntax
272
273 @cindex i386 intel_syntax pseudo op
274 @cindex intel_syntax pseudo op, i386
275 @cindex i386 att_syntax pseudo op
276 @cindex att_syntax pseudo op, i386
277 @cindex i386 syntax compatibility
278 @cindex syntax compatibility, i386
279 @cindex x86-64 intel_syntax pseudo op
280 @cindex intel_syntax pseudo op, x86-64
281 @cindex x86-64 att_syntax pseudo op
282 @cindex att_syntax pseudo op, x86-64
283 @cindex x86-64 syntax compatibility
284 @cindex syntax compatibility, x86-64
285
286 @code{@value{AS}} now supports assembly using Intel assembler syntax.
287 @code{.intel_syntax} selects Intel mode, and @code{.att_syntax} switches
288 back to the usual AT&T mode for compatibility with the output of
289 @code{@value{GCC}}.  Either of these directives may have an optional
290 argument, @code{prefix}, or @code{noprefix} specifying whether registers
291 require a @samp{%} prefix.  AT&T System V/386 assembler syntax is quite
292 different from Intel syntax.  We mention these differences because
293 almost all 80386 documents use Intel syntax.  Notable differences
294 between the two syntaxes are:
295
296 @cindex immediate operands, i386
297 @cindex i386 immediate operands
298 @cindex register operands, i386
299 @cindex i386 register operands
300 @cindex jump/call operands, i386
301 @cindex i386 jump/call operands
302 @cindex operand delimiters, i386
303
304 @cindex immediate operands, x86-64
305 @cindex x86-64 immediate operands
306 @cindex register operands, x86-64
307 @cindex x86-64 register operands
308 @cindex jump/call operands, x86-64
309 @cindex x86-64 jump/call operands
310 @cindex operand delimiters, x86-64
311 @itemize @bullet
312 @item
313 AT&T immediate operands are preceded by @samp{$}; Intel immediate
314 operands are undelimited (Intel @samp{push 4} is AT&T @samp{pushl $4}).
315 AT&T register operands are preceded by @samp{%}; Intel register operands
316 are undelimited.  AT&T absolute (as opposed to PC relative) jump/call
317 operands are prefixed by @samp{*}; they are undelimited in Intel syntax.
318
319 @cindex i386 source, destination operands
320 @cindex source, destination operands; i386
321 @cindex x86-64 source, destination operands
322 @cindex source, destination operands; x86-64
323 @item
324 AT&T and Intel syntax use the opposite order for source and destination
325 operands.  Intel @samp{add eax, 4} is @samp{addl $4, %eax}.  The
326 @samp{source, dest} convention is maintained for compatibility with
327 previous Unix assemblers.  Note that @samp{bound}, @samp{invlpga}, and
328 instructions with 2 immediate operands, such as the @samp{enter}
329 instruction, do @emph{not} have reversed order.  @ref{i386-Bugs}.
330
331 @cindex mnemonic suffixes, i386
332 @cindex sizes operands, i386
333 @cindex i386 size suffixes
334 @cindex mnemonic suffixes, x86-64
335 @cindex sizes operands, x86-64
336 @cindex x86-64 size suffixes
337 @item
338 In AT&T syntax the size of memory operands is determined from the last
339 character of the instruction mnemonic.  Mnemonic suffixes of @samp{b},
340 @samp{w}, @samp{l} and @samp{q} specify byte (8-bit), word (16-bit), long
341 (32-bit) and quadruple word (64-bit) memory references.  Intel syntax accomplishes
342 this by prefixing memory operands (@emph{not} the instruction mnemonics) with
343 @samp{byte ptr}, @samp{word ptr}, @samp{dword ptr} and @samp{qword ptr}.  Thus,
344 Intel @samp{mov al, byte ptr @var{foo}} is @samp{movb @var{foo}, %al} in AT&T
345 syntax.
346
347 In 64-bit code, @samp{movabs} can be used to encode the @samp{mov}
348 instruction with the 64-bit displacement or immediate operand.
349
350 @cindex return instructions, i386
351 @cindex i386 jump, call, return
352 @cindex return instructions, x86-64
353 @cindex x86-64 jump, call, return
354 @item
355 Immediate form long jumps and calls are
356 @samp{lcall/ljmp $@var{section}, $@var{offset}} in AT&T syntax; the
357 Intel syntax is
358 @samp{call/jmp far @var{section}:@var{offset}}.  Also, the far return
359 instruction
360 is @samp{lret $@var{stack-adjust}} in AT&T syntax; Intel syntax is
361 @samp{ret far @var{stack-adjust}}.
362
363 @cindex sections, i386
364 @cindex i386 sections
365 @cindex sections, x86-64
366 @cindex x86-64 sections
367 @item
368 The AT&T assembler does not provide support for multiple section
369 programs.  Unix style systems expect all programs to be single sections.
370 @end itemize
371
372 @node i386-Chars
373 @subsection Special Characters
374
375 @cindex line comment character, i386
376 @cindex i386 line comment character
377 The presence of a @samp{#} appearing anywhere on a line indicates the
378 start of a comment that extends to the end of that line.
379
380 If a @samp{#} appears as the first character of a line then the whole
381 line is treated as a comment, but in this case the line can also be a
382 logical line number directive (@pxref{Comments}) or a preprocessor
383 control command (@pxref{Preprocessing}).
384
385 If the @option{--divide} command line option has not been specified
386 then the @samp{/} character appearing anywhere on a line also
387 introduces a line comment.
388
389 @cindex line separator, i386
390 @cindex statement separator, i386
391 @cindex i386 line separator
392 The @samp{;} character can be used to separate statements on the same
393 line.
394
395 @node i386-Mnemonics
396 @section Instruction Naming
397
398 @cindex i386 instruction naming
399 @cindex instruction naming, i386
400 @cindex x86-64 instruction naming
401 @cindex instruction naming, x86-64
402
403 Instruction mnemonics are suffixed with one character modifiers which
404 specify the size of operands.  The letters @samp{b}, @samp{w}, @samp{l}
405 and @samp{q} specify byte, word, long and quadruple word operands.  If
406 no suffix is specified by an instruction then @code{@value{AS}} tries to
407 fill in the missing suffix based on the destination register operand
408 (the last one by convention).  Thus, @samp{mov %ax, %bx} is equivalent
409 to @samp{movw %ax, %bx}; also, @samp{mov $1, %bx} is equivalent to
410 @samp{movw $1, bx}.  Note that this is incompatible with the AT&T Unix
411 assembler which assumes that a missing mnemonic suffix implies long
412 operand size.  (This incompatibility does not affect compiler output
413 since compilers always explicitly specify the mnemonic suffix.)
414
415 Almost all instructions have the same names in AT&T and Intel format.
416 There are a few exceptions.  The sign extend and zero extend
417 instructions need two sizes to specify them.  They need a size to
418 sign/zero extend @emph{from} and a size to zero extend @emph{to}.  This
419 is accomplished by using two instruction mnemonic suffixes in AT&T
420 syntax.  Base names for sign extend and zero extend are
421 @samp{movs@dots{}} and @samp{movz@dots{}} in AT&T syntax (@samp{movsx}
422 and @samp{movzx} in Intel syntax).  The instruction mnemonic suffixes
423 are tacked on to this base name, the @emph{from} suffix before the
424 @emph{to} suffix.  Thus, @samp{movsbl %al, %edx} is AT&T syntax for
425 ``move sign extend @emph{from} %al @emph{to} %edx.''  Possible suffixes,
426 thus, are @samp{bl} (from byte to long), @samp{bw} (from byte to word),
427 @samp{wl} (from word to long), @samp{bq} (from byte to quadruple word),
428 @samp{wq} (from word to quadruple word), and @samp{lq} (from long to
429 quadruple word).
430
431 @cindex encoding options, i386
432 @cindex encoding options, x86-64
433
434 Different encoding options can be specified via optional mnemonic
435 suffix.  @samp{.s} suffix swaps 2 register operands in encoding when
436 moving from one register to another.  @samp{.d32} suffix forces 32bit
437 displacement in encoding.
438
439 @cindex conversion instructions, i386
440 @cindex i386 conversion instructions
441 @cindex conversion instructions, x86-64
442 @cindex x86-64 conversion instructions
443 The Intel-syntax conversion instructions
444
445 @itemize @bullet
446 @item
447 @samp{cbw} --- sign-extend byte in @samp{%al} to word in @samp{%ax},
448
449 @item
450 @samp{cwde} --- sign-extend word in @samp{%ax} to long in @samp{%eax},
451
452 @item
453 @samp{cwd} --- sign-extend word in @samp{%ax} to long in @samp{%dx:%ax},
454
455 @item
456 @samp{cdq} --- sign-extend dword in @samp{%eax} to quad in @samp{%edx:%eax},
457
458 @item
459 @samp{cdqe} --- sign-extend dword in @samp{%eax} to quad in @samp{%rax}
460 (x86-64 only),
461
462 @item
463 @samp{cqo} --- sign-extend quad in @samp{%rax} to octuple in
464 @samp{%rdx:%rax} (x86-64 only),
465 @end itemize
466
467 @noindent
468 are called @samp{cbtw}, @samp{cwtl}, @samp{cwtd}, @samp{cltd}, @samp{cltq}, and
469 @samp{cqto} in AT&T naming.  @code{@value{AS}} accepts either naming for these
470 instructions.
471
472 @cindex jump instructions, i386
473 @cindex call instructions, i386
474 @cindex jump instructions, x86-64
475 @cindex call instructions, x86-64
476 Far call/jump instructions are @samp{lcall} and @samp{ljmp} in
477 AT&T syntax, but are @samp{call far} and @samp{jump far} in Intel
478 convention.
479
480 @section AT&T Mnemonic versus Intel Mnemonic
481
482 @cindex i386 mnemonic compatibility
483 @cindex mnemonic compatibility, i386
484
485 @code{@value{AS}} supports assembly using Intel mnemonic.
486 @code{.intel_mnemonic} selects Intel mnemonic with Intel syntax, and
487 @code{.att_mnemonic} switches back to the usual AT&T mnemonic with AT&T
488 syntax for compatibility with the output of @code{@value{GCC}}.
489 Several x87 instructions, @samp{fadd}, @samp{fdiv}, @samp{fdivp},
490 @samp{fdivr}, @samp{fdivrp}, @samp{fmul}, @samp{fsub}, @samp{fsubp},
491 @samp{fsubr} and @samp{fsubrp},  are implemented in AT&T System V/386
492 assembler with different mnemonics from those in Intel IA32 specification.
493 @code{@value{GCC}} generates those instructions with AT&T mnemonic.
494
495 @node i386-Regs
496 @section Register Naming
497
498 @cindex i386 registers
499 @cindex registers, i386
500 @cindex x86-64 registers
501 @cindex registers, x86-64
502 Register operands are always prefixed with @samp{%}.  The 80386 registers
503 consist of
504
505 @itemize @bullet
506 @item
507 the 8 32-bit registers @samp{%eax} (the accumulator), @samp{%ebx},
508 @samp{%ecx}, @samp{%edx}, @samp{%edi}, @samp{%esi}, @samp{%ebp} (the
509 frame pointer), and @samp{%esp} (the stack pointer).
510
511 @item
512 the 8 16-bit low-ends of these: @samp{%ax}, @samp{%bx}, @samp{%cx},
513 @samp{%dx}, @samp{%di}, @samp{%si}, @samp{%bp}, and @samp{%sp}.
514
515 @item
516 the 8 8-bit registers: @samp{%ah}, @samp{%al}, @samp{%bh},
517 @samp{%bl}, @samp{%ch}, @samp{%cl}, @samp{%dh}, and @samp{%dl} (These
518 are the high-bytes and low-bytes of @samp{%ax}, @samp{%bx},
519 @samp{%cx}, and @samp{%dx})
520
521 @item
522 the 6 section registers @samp{%cs} (code section), @samp{%ds}
523 (data section), @samp{%ss} (stack section), @samp{%es}, @samp{%fs},
524 and @samp{%gs}.
525
526 @item
527 the 3 processor control registers @samp{%cr0}, @samp{%cr2}, and
528 @samp{%cr3}.
529
530 @item
531 the 6 debug registers @samp{%db0}, @samp{%db1}, @samp{%db2},
532 @samp{%db3}, @samp{%db6}, and @samp{%db7}.
533
534 @item
535 the 2 test registers @samp{%tr6} and @samp{%tr7}.
536
537 @item
538 the 8 floating point register stack @samp{%st} or equivalently
539 @samp{%st(0)}, @samp{%st(1)}, @samp{%st(2)}, @samp{%st(3)},
540 @samp{%st(4)}, @samp{%st(5)}, @samp{%st(6)}, and @samp{%st(7)}.
541 These registers are overloaded by 8 MMX registers @samp{%mm0},
542 @samp{%mm1}, @samp{%mm2}, @samp{%mm3}, @samp{%mm4}, @samp{%mm5},
543 @samp{%mm6} and @samp{%mm7}.
544
545 @item
546 the 8 SSE registers registers @samp{%xmm0}, @samp{%xmm1}, @samp{%xmm2},
547 @samp{%xmm3}, @samp{%xmm4}, @samp{%xmm5}, @samp{%xmm6} and @samp{%xmm7}.
548 @end itemize
549
550 The AMD x86-64 architecture extends the register set by:
551
552 @itemize @bullet
553 @item
554 enhancing the 8 32-bit registers to 64-bit: @samp{%rax} (the
555 accumulator), @samp{%rbx}, @samp{%rcx}, @samp{%rdx}, @samp{%rdi},
556 @samp{%rsi}, @samp{%rbp} (the frame pointer), @samp{%rsp} (the stack
557 pointer)
558
559 @item
560 the 8 extended registers @samp{%r8}--@samp{%r15}.
561
562 @item
563 the 8 32-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8d}--@samp{%r15d}
564
565 @item
566 the 8 16-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8w}--@samp{%r15w}
567
568 @item
569 the 8 8-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8b}--@samp{%r15b}
570
571 @item
572 the 4 8-bit registers: @samp{%sil}, @samp{%dil}, @samp{%bpl}, @samp{%spl}.
573
574 @item
575 the 8 debug registers: @samp{%db8}--@samp{%db15}.
576
577 @item
578 the 8 SSE registers: @samp{%xmm8}--@samp{%xmm15}.
579 @end itemize
580
581 @node i386-Prefixes
582 @section Instruction Prefixes
583
584 @cindex i386 instruction prefixes
585 @cindex instruction prefixes, i386
586 @cindex prefixes, i386
587 Instruction prefixes are used to modify the following instruction.  They
588 are used to repeat string instructions, to provide section overrides, to
589 perform bus lock operations, and to change operand and address sizes.
590 (Most instructions that normally operate on 32-bit operands will use
591 16-bit operands if the instruction has an ``operand size'' prefix.)
592 Instruction prefixes are best written on the same line as the instruction
593 they act upon. For example, the @samp{scas} (scan string) instruction is
594 repeated with:
595
596 @smallexample
597         repne scas %es:(%edi),%al
598 @end smallexample
599
600 You may also place prefixes on the lines immediately preceding the
601 instruction, but this circumvents checks that @code{@value{AS}} does
602 with prefixes, and will not work with all prefixes.
603
604 Here is a list of instruction prefixes:
605
606 @cindex section override prefixes, i386
607 @itemize @bullet
608 @item
609 Section override prefixes @samp{cs}, @samp{ds}, @samp{ss}, @samp{es},
610 @samp{fs}, @samp{gs}.  These are automatically added by specifying
611 using the @var{section}:@var{memory-operand} form for memory references.
612
613 @cindex size prefixes, i386
614 @item
615 Operand/Address size prefixes @samp{data16} and @samp{addr16}
616 change 32-bit operands/addresses into 16-bit operands/addresses,
617 while @samp{data32} and @samp{addr32} change 16-bit ones (in a
618 @code{.code16} section) into 32-bit operands/addresses.  These prefixes
619 @emph{must} appear on the same line of code as the instruction they
620 modify. For example, in a 16-bit @code{.code16} section, you might
621 write:
622
623 @smallexample
624         addr32 jmpl *(%ebx)
625 @end smallexample
626
627 @cindex bus lock prefixes, i386
628 @cindex inhibiting interrupts, i386
629 @item
630 The bus lock prefix @samp{lock} inhibits interrupts during execution of
631 the instruction it precedes.  (This is only valid with certain
632 instructions; see a 80386 manual for details).
633
634 @cindex coprocessor wait, i386
635 @item
636 The wait for coprocessor prefix @samp{wait} waits for the coprocessor to
637 complete the current instruction.  This should never be needed for the
638 80386/80387 combination.
639
640 @cindex repeat prefixes, i386
641 @item
642 The @samp{rep}, @samp{repe}, and @samp{repne} prefixes are added
643 to string instructions to make them repeat @samp{%ecx} times (@samp{%cx}
644 times if the current address size is 16-bits).
645 @cindex REX prefixes, i386
646 @item
647 The @samp{rex} family of prefixes is used by x86-64 to encode
648 extensions to i386 instruction set.  The @samp{rex} prefix has four
649 bits --- an operand size overwrite (@code{64}) used to change operand size
650 from 32-bit to 64-bit and X, Y and Z extensions bits used to extend the
651 register set.
652
653 You may write the @samp{rex} prefixes directly. The @samp{rex64xyz}
654 instruction emits @samp{rex} prefix with all the bits set.  By omitting
655 the @code{64}, @code{x}, @code{y} or @code{z} you may write other
656 prefixes as well.  Normally, there is no need to write the prefixes
657 explicitly, since gas will automatically generate them based on the
658 instruction operands.
659 @end itemize
660
661 @node i386-Memory
662 @section Memory References
663
664 @cindex i386 memory references
665 @cindex memory references, i386
666 @cindex x86-64 memory references
667 @cindex memory references, x86-64
668 An Intel syntax indirect memory reference of the form
669
670 @smallexample
671 @var{section}:[@var{base} + @var{index}*@var{scale} + @var{disp}]
672 @end smallexample
673
674 @noindent
675 is translated into the AT&T syntax
676
677 @smallexample
678 @var{section}:@var{disp}(@var{base}, @var{index}, @var{scale})
679 @end smallexample
680
681 @noindent
682 where @var{base} and @var{index} are the optional 32-bit base and
683 index registers, @var{disp} is the optional displacement, and
684 @var{scale}, taking the values 1, 2, 4, and 8, multiplies @var{index}
685 to calculate the address of the operand.  If no @var{scale} is
686 specified, @var{scale} is taken to be 1.  @var{section} specifies the
687 optional section register for the memory operand, and may override the
688 default section register (see a 80386 manual for section register
689 defaults). Note that section overrides in AT&T syntax @emph{must}
690 be preceded by a @samp{%}.  If you specify a section override which
691 coincides with the default section register, @code{@value{AS}} does @emph{not}
692 output any section register override prefixes to assemble the given
693 instruction.  Thus, section overrides can be specified to emphasize which
694 section register is used for a given memory operand.
695
696 Here are some examples of Intel and AT&T style memory references:
697
698 @table @asis
699 @item AT&T: @samp{-4(%ebp)}, Intel:  @samp{[ebp - 4]}
700 @var{base} is @samp{%ebp}; @var{disp} is @samp{-4}. @var{section} is
701 missing, and the default section is used (@samp{%ss} for addressing with
702 @samp{%ebp} as the base register).  @var{index}, @var{scale} are both missing.
703
704 @item AT&T: @samp{foo(,%eax,4)}, Intel: @samp{[foo + eax*4]}
705 @var{index} is @samp{%eax} (scaled by a @var{scale} 4); @var{disp} is
706 @samp{foo}.  All other fields are missing.  The section register here
707 defaults to @samp{%ds}.
708
709 @item AT&T: @samp{foo(,1)}; Intel @samp{[foo]}
710 This uses the value pointed to by @samp{foo} as a memory operand.
711 Note that @var{base} and @var{index} are both missing, but there is only
712 @emph{one} @samp{,}.  This is a syntactic exception.
713
714 @item AT&T: @samp{%gs:foo}; Intel @samp{gs:foo}
715 This selects the contents of the variable @samp{foo} with section
716 register @var{section} being @samp{%gs}.
717 @end table
718
719 Absolute (as opposed to PC relative) call and jump operands must be
720 prefixed with @samp{*}.  If no @samp{*} is specified, @code{@value{AS}}
721 always chooses PC relative addressing for jump/call labels.
722
723 Any instruction that has a memory operand, but no register operand,
724 @emph{must} specify its size (byte, word, long, or quadruple) with an
725 instruction mnemonic suffix (@samp{b}, @samp{w}, @samp{l} or @samp{q},
726 respectively).
727
728 The x86-64 architecture adds an RIP (instruction pointer relative)
729 addressing.  This addressing mode is specified by using @samp{rip} as a
730 base register.  Only constant offsets are valid. For example:
731
732 @table @asis
733 @item AT&T: @samp{1234(%rip)}, Intel: @samp{[rip + 1234]}
734 Points to the address 1234 bytes past the end of the current
735 instruction.
736
737 @item AT&T: @samp{symbol(%rip)}, Intel: @samp{[rip + symbol]}
738 Points to the @code{symbol} in RIP relative way, this is shorter than
739 the default absolute addressing.
740 @end table
741
742 Other addressing modes remain unchanged in x86-64 architecture, except
743 registers used are 64-bit instead of 32-bit.
744
745 @node i386-Jumps
746 @section Handling of Jump Instructions
747
748 @cindex jump optimization, i386
749 @cindex i386 jump optimization
750 @cindex jump optimization, x86-64
751 @cindex x86-64 jump optimization
752 Jump instructions are always optimized to use the smallest possible
753 displacements.  This is accomplished by using byte (8-bit) displacement
754 jumps whenever the target is sufficiently close.  If a byte displacement
755 is insufficient a long displacement is used.  We do not support
756 word (16-bit) displacement jumps in 32-bit mode (i.e. prefixing the jump
757 instruction with the @samp{data16} instruction prefix), since the 80386
758 insists upon masking @samp{%eip} to 16 bits after the word displacement
759 is added. (See also @pxref{i386-Arch})
760
761 Note that the @samp{jcxz}, @samp{jecxz}, @samp{loop}, @samp{loopz},
762 @samp{loope}, @samp{loopnz} and @samp{loopne} instructions only come in byte
763 displacements, so that if you use these instructions (@code{@value{GCC}} does
764 not use them) you may get an error message (and incorrect code).  The AT&T
765 80386 assembler tries to get around this problem by expanding @samp{jcxz foo}
766 to
767
768 @smallexample
769          jcxz cx_zero
770          jmp cx_nonzero
771 cx_zero: jmp foo
772 cx_nonzero:
773 @end smallexample
774
775 @node i386-Float
776 @section Floating Point
777
778 @cindex i386 floating point
779 @cindex floating point, i386
780 @cindex x86-64 floating point
781 @cindex floating point, x86-64
782 All 80387 floating point types except packed BCD are supported.
783 (BCD support may be added without much difficulty).  These data
784 types are 16-, 32-, and 64- bit integers, and single (32-bit),
785 double (64-bit), and extended (80-bit) precision floating point.
786 Each supported type has an instruction mnemonic suffix and a constructor
787 associated with it.  Instruction mnemonic suffixes specify the operand's
788 data type.  Constructors build these data types into memory.
789
790 @cindex @code{float} directive, i386
791 @cindex @code{single} directive, i386
792 @cindex @code{double} directive, i386
793 @cindex @code{tfloat} directive, i386
794 @cindex @code{float} directive, x86-64
795 @cindex @code{single} directive, x86-64
796 @cindex @code{double} directive, x86-64
797 @cindex @code{tfloat} directive, x86-64
798 @itemize @bullet
799 @item
800 Floating point constructors are @samp{.float} or @samp{.single},
801 @samp{.double}, and @samp{.tfloat} for 32-, 64-, and 80-bit formats.
802 These correspond to instruction mnemonic suffixes @samp{s}, @samp{l},
803 and @samp{t}. @samp{t} stands for 80-bit (ten byte) real.  The 80387
804 only supports this format via the @samp{fldt} (load 80-bit real to stack
805 top) and @samp{fstpt} (store 80-bit real and pop stack) instructions.
806
807 @cindex @code{word} directive, i386
808 @cindex @code{long} directive, i386
809 @cindex @code{int} directive, i386
810 @cindex @code{quad} directive, i386
811 @cindex @code{word} directive, x86-64
812 @cindex @code{long} directive, x86-64
813 @cindex @code{int} directive, x86-64
814 @cindex @code{quad} directive, x86-64
815 @item
816 Integer constructors are @samp{.word}, @samp{.long} or @samp{.int}, and
817 @samp{.quad} for the 16-, 32-, and 64-bit integer formats.  The
818 corresponding instruction mnemonic suffixes are @samp{s} (single),
819 @samp{l} (long), and @samp{q} (quad).  As with the 80-bit real format,
820 the 64-bit @samp{q} format is only present in the @samp{fildq} (load
821 quad integer to stack top) and @samp{fistpq} (store quad integer and pop
822 stack) instructions.
823 @end itemize
824
825 Register to register operations should not use instruction mnemonic suffixes.
826 @samp{fstl %st, %st(1)} will give a warning, and be assembled as if you
827 wrote @samp{fst %st, %st(1)}, since all register to register operations
828 use 80-bit floating point operands. (Contrast this with @samp{fstl %st, mem},
829 which converts @samp{%st} from 80-bit to 64-bit floating point format,
830 then stores the result in the 4 byte location @samp{mem})
831
832 @node i386-SIMD
833 @section Intel's MMX and AMD's 3DNow! SIMD Operations
834
835 @cindex MMX, i386
836 @cindex 3DNow!, i386
837 @cindex SIMD, i386
838 @cindex MMX, x86-64
839 @cindex 3DNow!, x86-64
840 @cindex SIMD, x86-64
841
842 @code{@value{AS}} supports Intel's MMX instruction set (SIMD
843 instructions for integer data), available on Intel's Pentium MMX
844 processors and Pentium II processors, AMD's K6 and K6-2 processors,
845 Cyrix' M2 processor, and probably others.  It also supports AMD's 3DNow!@:
846 instruction set (SIMD instructions for 32-bit floating point data)
847 available on AMD's K6-2 processor and possibly others in the future.
848
849 Currently, @code{@value{AS}} does not support Intel's floating point
850 SIMD, Katmai (KNI).
851
852 The eight 64-bit MMX operands, also used by 3DNow!, are called @samp{%mm0},
853 @samp{%mm1}, ... @samp{%mm7}.  They contain eight 8-bit integers, four
854 16-bit integers, two 32-bit integers, one 64-bit integer, or two 32-bit
855 floating point values.  The MMX registers cannot be used at the same time
856 as the floating point stack.
857
858 See Intel and AMD documentation, keeping in mind that the operand order in
859 instructions is reversed from the Intel syntax.
860
861 @node i386-LWP
862 @section AMD's Lightweight Profiling Instructions
863
864 @cindex LWP, i386
865 @cindex LWP, x86-64
866
867 @code{@value{AS}} supports AMD's Lightweight Profiling (LWP)
868 instruction set, available on AMD's Family 15h (Orochi) processors.
869
870 LWP enables applications to collect and manage performance data, and
871 react to performance events.  The collection of performance data
872 requires no context switches.  LWP runs in the context of a thread and
873 so several counters can be used independently across multiple threads.
874 LWP can be used in both 64-bit and legacy 32-bit modes.
875
876 For detailed information on the LWP instruction set, see the
877 @cite{AMD Lightweight Profiling Specification} available at
878 @uref{http://developer.amd.com/cpu/LWP,Lightweight Profiling Specification}.
879
880 @node i386-BMI
881 @section Bit Manipulation Instructions
882
883 @cindex BMI, i386
884 @cindex BMI, x86-64
885
886 @code{@value{AS}} supports the Bit Manipulation (BMI) instruction set.
887
888 BMI instructions provide several instructions implementing individual
889 bit manipulation operations such as isolation, masking, setting, or
890 resetting.  
891
892 @c Need to add a specification citation here when available.
893
894 @node i386-TBM
895 @section AMD's Trailing Bit Manipulation Instructions
896
897 @cindex TBM, i386
898 @cindex TBM, x86-64
899
900 @code{@value{AS}} supports AMD's Trailing Bit Manipulation (TBM)
901 instruction set, available on AMD's BDVER2 processors (Trinity and
902 Viperfish).
903
904 TBM instructions provide instructions implementing individual bit
905 manipulation operations such as isolating, masking, setting, resetting,
906 complementing, and operations on trailing zeros and ones.
907
908 @c Need to add a specification citation here when available.
909
910 @node i386-16bit
911 @section Writing 16-bit Code
912
913 @cindex i386 16-bit code
914 @cindex 16-bit code, i386
915 @cindex real-mode code, i386
916 @cindex @code{code16gcc} directive, i386
917 @cindex @code{code16} directive, i386
918 @cindex @code{code32} directive, i386
919 @cindex @code{code64} directive, i386
920 @cindex @code{code64} directive, x86-64
921 While @code{@value{AS}} normally writes only ``pure'' 32-bit i386 code
922 or 64-bit x86-64 code depending on the default configuration,
923 it also supports writing code to run in real mode or in 16-bit protected
924 mode code segments.  To do this, put a @samp{.code16} or
925 @samp{.code16gcc} directive before the assembly language instructions to
926 be run in 16-bit mode.  You can switch @code{@value{AS}} to writing
927 32-bit code with the @samp{.code32} directive or 64-bit code with the
928 @samp{.code64} directive.
929
930 @samp{.code16gcc} provides experimental support for generating 16-bit
931 code from gcc, and differs from @samp{.code16} in that @samp{call},
932 @samp{ret}, @samp{enter}, @samp{leave}, @samp{push}, @samp{pop},
933 @samp{pusha}, @samp{popa}, @samp{pushf}, and @samp{popf} instructions
934 default to 32-bit size.  This is so that the stack pointer is
935 manipulated in the same way over function calls, allowing access to
936 function parameters at the same stack offsets as in 32-bit mode.
937 @samp{.code16gcc} also automatically adds address size prefixes where
938 necessary to use the 32-bit addressing modes that gcc generates.
939
940 The code which @code{@value{AS}} generates in 16-bit mode will not
941 necessarily run on a 16-bit pre-80386 processor.  To write code that
942 runs on such a processor, you must refrain from using @emph{any} 32-bit
943 constructs which require @code{@value{AS}} to output address or operand
944 size prefixes.
945
946 Note that writing 16-bit code instructions by explicitly specifying a
947 prefix or an instruction mnemonic suffix within a 32-bit code section
948 generates different machine instructions than those generated for a
949 16-bit code segment.  In a 32-bit code section, the following code
950 generates the machine opcode bytes @samp{66 6a 04}, which pushes the
951 value @samp{4} onto the stack, decrementing @samp{%esp} by 2.
952
953 @smallexample
954         pushw $4
955 @end smallexample
956
957 The same code in a 16-bit code section would generate the machine
958 opcode bytes @samp{6a 04} (i.e., without the operand size prefix), which
959 is correct since the processor default operand size is assumed to be 16
960 bits in a 16-bit code section.
961
962 @node i386-Bugs
963 @section AT&T Syntax bugs
964
965 The UnixWare assembler, and probably other AT&T derived ix86 Unix
966 assemblers, generate floating point instructions with reversed source
967 and destination registers in certain cases.  Unfortunately, gcc and
968 possibly many other programs use this reversed syntax, so we're stuck
969 with it.
970
971 For example
972
973 @smallexample
974         fsub %st,%st(3)
975 @end smallexample
976 @noindent
977 results in @samp{%st(3)} being updated to @samp{%st - %st(3)} rather
978 than the expected @samp{%st(3) - %st}.  This happens with all the
979 non-commutative arithmetic floating point operations with two register
980 operands where the source register is @samp{%st} and the destination
981 register is @samp{%st(i)}.
982
983 @node i386-Arch
984 @section Specifying CPU Architecture
985
986 @cindex arch directive, i386
987 @cindex i386 arch directive
988 @cindex arch directive, x86-64
989 @cindex x86-64 arch directive
990
991 @code{@value{AS}} may be told to assemble for a particular CPU
992 (sub-)architecture with the @code{.arch @var{cpu_type}} directive.  This
993 directive enables a warning when gas detects an instruction that is not
994 supported on the CPU specified.  The choices for @var{cpu_type} are:
995
996 @multitable @columnfractions .20 .20 .20 .20
997 @item @samp{i8086} @tab @samp{i186} @tab @samp{i286} @tab @samp{i386}
998 @item @samp{i486} @tab @samp{i586} @tab @samp{i686} @tab @samp{pentium}
999 @item @samp{pentiumpro} @tab @samp{pentiumii} @tab @samp{pentiumiii} @tab @samp{pentium4}
1000 @item @samp{prescott} @tab @samp{nocona} @tab @samp{core} @tab @samp{core2}
1001 @item @samp{corei7} @tab @samp{l1om}
1002 @item @samp{k6} @tab @samp{k6_2} @tab @samp{athlon} @tab @samp{k8}
1003 @item @samp{amdfam10} @tab @samp{bdver1}
1004 @item @samp{generic32} @tab @samp{generic64}
1005 @item @samp{.mmx} @tab @samp{.sse} @tab @samp{.sse2} @tab @samp{.sse3}
1006 @item @samp{.ssse3} @tab @samp{.sse4.1} @tab @samp{.sse4.2} @tab @samp{.sse4}
1007 @item @samp{.avx} @tab @samp{.vmx} @tab @samp{.smx} @tab @samp{.ept}
1008 @item @samp{.clflush} @tab @samp{.movbe} @tab @samp{.xsave} @tab @samp{.xsaveopt}
1009 @item @samp{.aes} @tab @samp{.pclmul} @tab @samp{.fma} @tab @samp{.fsgsbase}
1010 @item @samp{.rdrnd} @tab @samp{.f16c}
1011 @item @samp{.3dnow} @tab @samp{.3dnowa} @tab @samp{.sse4a} @tab @samp{.sse5}
1012 @item @samp{.syscall} @tab @samp{.rdtscp} @tab @samp{.svme} @tab @samp{.abm}
1013 @item @samp{.lwp} @tab @samp{.fma4} @tab @samp{.xop}
1014 @item @samp{.padlock}
1015 @end multitable
1016
1017 Apart from the warning, there are only two other effects on
1018 @code{@value{AS}} operation;  Firstly, if you specify a CPU other than
1019 @samp{i486}, then shift by one instructions such as @samp{sarl $1, %eax}
1020 will automatically use a two byte opcode sequence.  The larger three
1021 byte opcode sequence is used on the 486 (and when no architecture is
1022 specified) because it executes faster on the 486.  Note that you can
1023 explicitly request the two byte opcode by writing @samp{sarl %eax}.
1024 Secondly, if you specify @samp{i8086}, @samp{i186}, or @samp{i286},
1025 @emph{and} @samp{.code16} or @samp{.code16gcc} then byte offset
1026 conditional jumps will be promoted when necessary to a two instruction
1027 sequence consisting of a conditional jump of the opposite sense around
1028 an unconditional jump to the target.
1029
1030 Following the CPU architecture (but not a sub-architecture, which are those
1031 starting with a dot), you may specify @samp{jumps} or @samp{nojumps} to
1032 control automatic promotion of conditional jumps. @samp{jumps} is the
1033 default, and enables jump promotion;  All external jumps will be of the long
1034 variety, and file-local jumps will be promoted as necessary.
1035 (@pxref{i386-Jumps})  @samp{nojumps} leaves external conditional jumps as
1036 byte offset jumps, and warns about file-local conditional jumps that
1037 @code{@value{AS}} promotes.
1038 Unconditional jumps are treated as for @samp{jumps}.
1039
1040 For example
1041
1042 @smallexample
1043  .arch i8086,nojumps
1044 @end smallexample
1045
1046 @node i386-Notes
1047 @section Notes
1048
1049 @cindex i386 @code{mul}, @code{imul} instructions
1050 @cindex @code{mul} instruction, i386
1051 @cindex @code{imul} instruction, i386
1052 @cindex @code{mul} instruction, x86-64
1053 @cindex @code{imul} instruction, x86-64
1054 There is some trickery concerning the @samp{mul} and @samp{imul}
1055 instructions that deserves mention.  The 16-, 32-, 64- and 128-bit expanding
1056 multiplies (base opcode @samp{0xf6}; extension 4 for @samp{mul} and 5
1057 for @samp{imul}) can be output only in the one operand form.  Thus,
1058 @samp{imul %ebx, %eax} does @emph{not} select the expanding multiply;
1059 the expanding multiply would clobber the @samp{%edx} register, and this
1060 would confuse @code{@value{GCC}} output.  Use @samp{imul %ebx} to get the
1061 64-bit product in @samp{%edx:%eax}.
1062
1063 We have added a two operand form of @samp{imul} when the first operand
1064 is an immediate mode expression and the second operand is a register.
1065 This is just a shorthand, so that, multiplying @samp{%eax} by 69, for
1066 example, can be done with @samp{imul $69, %eax} rather than @samp{imul
1067 $69, %eax, %eax}.
1068