Clarify --n32.
[external/binutils.git] / gas / doc / c-i386.texi
1 @c Copyright 1991, 1992, 1993, 1994, 1995, 1997, 1998, 1999, 2000,
2 @c 2001, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009
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::                 AT&T Syntax versus Intel Syntax
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 * i386-16bit::                  Writing 16-bit Code
39 * i386-Arch::                   Specifying an x86 CPU architecture
40 * i386-Bugs::                   AT&T Syntax bugs
41 * i386-Notes::                  Notes
42 @end menu
43
44 @node i386-Options
45 @section Options
46
47 @cindex options for i386
48 @cindex options for x86-64
49 @cindex i386 options
50 @cindex x86-64 options 
51
52 The i386 version of @code{@value{AS}} has a few machine
53 dependent options:
54
55 @c man begin OPTIONS
56 @table @gcctabopt
57 @cindex @samp{--32} option, i386
58 @cindex @samp{--32} option, x86-64
59 @cindex @samp{--n32} option, i386
60 @cindex @samp{--n32} option, x86-64
61 @cindex @samp{--64} option, i386
62 @cindex @samp{--64} option, x86-64
63 @item --32 | --n32 | --64
64 Select the word size, either 32 bits or 64 bits.  @samp{--32}
65 implies Intel i386 architecture, while @samp{--n32} and @samp{--64}
66 imply AMD x86-64 architecture with 32-bit or 64-bit word-size
67 respectively.
68
69 These options are only available with the ELF object file format, and
70 require that the necessary BFD support has been included (on a 32-bit
71 platform you have to add --enable-64-bit-bfd to configure enable 64-bit
72 usage and use x86-64 as target platform).
73
74 @item -n
75 By default, x86 GAS replaces multiple nop instructions used for
76 alignment within code sections with multi-byte nop instructions such
77 as leal 0(%esi,1),%esi.  This switch disables the optimization.
78
79 @cindex @samp{--divide} option, i386
80 @item --divide
81 On SVR4-derived platforms, the character @samp{/} is treated as a comment
82 character, which means that it cannot be used in expressions.  The
83 @samp{--divide} option turns @samp{/} into a normal character.  This does
84 not disable @samp{/} at the beginning of a line starting a comment, or
85 affect using @samp{#} for starting a comment.
86
87 @cindex @samp{-march=} option, i386
88 @cindex @samp{-march=} option, x86-64
89 @item -march=@var{CPU}[+@var{EXTENSION}@dots{}]
90 This option specifies the target processor.  The assembler will
91 issue an error message if an attempt is made to assemble an instruction
92 which will not execute on the target processor.  The following
93 processor names are recognized: 
94 @code{i8086},
95 @code{i186},
96 @code{i286},
97 @code{i386},
98 @code{i486},
99 @code{i586},
100 @code{i686},
101 @code{pentium},
102 @code{pentiumpro},
103 @code{pentiumii},
104 @code{pentiumiii},
105 @code{pentium4},
106 @code{prescott},
107 @code{nocona},
108 @code{core},
109 @code{core2},
110 @code{corei7},
111 @code{l1om},
112 @code{k6},
113 @code{k6_2},
114 @code{athlon},
115 @code{opteron},
116 @code{k8},
117 @code{amdfam10},
118 @code{bdver1},
119 @code{generic32} and
120 @code{generic64}.
121
122 In addition to the basic instruction set, the assembler can be told to 
123 accept various extension mnemonics.  For example,
124 @code{-march=i686+sse4+vmx} extends @var{i686} with @var{sse4} and
125 @var{vmx}.  The following extensions are currently supported:
126 @code{8087},
127 @code{287},
128 @code{387},
129 @code{no87},
130 @code{mmx},
131 @code{nommx},
132 @code{sse},
133 @code{sse2},
134 @code{sse3},
135 @code{ssse3},
136 @code{sse4.1},
137 @code{sse4.2},
138 @code{sse4},
139 @code{nosse},
140 @code{avx},
141 @code{noavx},
142 @code{vmx},
143 @code{smx},
144 @code{xsave},
145 @code{xsaveopt},
146 @code{aes},
147 @code{pclmul},
148 @code{fsgsbase},
149 @code{rdrnd},
150 @code{f16c},
151 @code{fma},
152 @code{movbe},
153 @code{ept},
154 @code{clflush},
155 @code{lwp},
156 @code{fma4},
157 @code{xop},
158 @code{syscall},
159 @code{rdtscp},
160 @code{3dnow},
161 @code{3dnowa},
162 @code{sse4a},
163 @code{sse5},
164 @code{svme},
165 @code{abm} and
166 @code{padlock}.
167 Note that rather than extending a basic instruction set, the extension
168 mnemonics starting with @code{no} revoke the respective functionality.
169
170 When the @code{.arch} directive is used with @option{-march}, the
171 @code{.arch} directive will take precedent.
172
173 @cindex @samp{-mtune=} option, i386
174 @cindex @samp{-mtune=} option, x86-64
175 @item -mtune=@var{CPU}
176 This option specifies a processor to optimize for. When used in
177 conjunction with the @option{-march} option, only instructions
178 of the processor specified by the @option{-march} option will be
179 generated.
180
181 Valid @var{CPU} values are identical to the processor list of
182 @option{-march=@var{CPU}}.
183
184 @cindex @samp{-msse2avx} option, i386
185 @cindex @samp{-msse2avx} option, x86-64
186 @item -msse2avx
187 This option specifies that the assembler should encode SSE instructions
188 with VEX prefix.
189
190 @cindex @samp{-msse-check=} option, i386
191 @cindex @samp{-msse-check=} option, x86-64
192 @item -msse-check=@var{none}
193 @itemx -msse-check=@var{warning}
194 @itemx -msse-check=@var{error}
195 These options control if the assembler should check SSE intructions.
196 @option{-msse-check=@var{none}} will make the assembler not to check SSE
197 instructions,  which is the default.  @option{-msse-check=@var{warning}}
198 will make the assembler issue a warning for any SSE intruction.
199 @option{-msse-check=@var{error}} will make the assembler issue an error
200 for any SSE intruction.
201
202 @cindex @samp{-mavxscalar=} option, i386
203 @cindex @samp{-mavxscalar=} option, x86-64
204 @item -mavxscalar=@var{128}
205 @itemx -mavxscalar=@var{256}
206 This options control how the assembler should encode scalar AVX
207 instructions.  @option{-mavxscalar=@var{128}} will encode scalar
208 AVX instructions with 128bit vector length, which is the default.
209 @option{-mavxscalar=@var{256}} will encode scalar AVX instructions
210 with 256bit vector length.
211
212 @cindex @samp{-mmnemonic=} option, i386
213 @cindex @samp{-mmnemonic=} option, x86-64
214 @item -mmnemonic=@var{att}
215 @itemx -mmnemonic=@var{intel}
216 This option specifies instruction mnemonic for matching instructions. 
217 The @code{.att_mnemonic} and @code{.intel_mnemonic} directives will
218 take precedent.
219
220 @cindex @samp{-msyntax=} option, i386
221 @cindex @samp{-msyntax=} option, x86-64
222 @item -msyntax=@var{att}
223 @itemx -msyntax=@var{intel}
224 This option specifies instruction syntax when processing instructions. 
225 The @code{.att_syntax} and @code{.intel_syntax} directives will
226 take precedent.
227
228 @cindex @samp{-mnaked-reg} option, i386
229 @cindex @samp{-mnaked-reg} option, x86-64
230 @item -mnaked-reg
231 This opetion specifies that registers don't require a @samp{%} prefix.
232 The @code{.att_syntax} and @code{.intel_syntax} directives will take precedent.
233
234 @end table
235 @c man end
236
237 @node i386-Directives
238 @section x86 specific Directives
239
240 @cindex machine directives, x86
241 @cindex x86 machine directives
242 @table @code
243
244 @cindex @code{lcomm} directive, COFF
245 @item .lcomm @var{symbol} , @var{length}[, @var{alignment}]
246 Reserve @var{length} (an absolute expression) bytes for a local common
247 denoted by @var{symbol}.  The section and value of @var{symbol} are
248 those of the new local common.  The addresses are allocated in the bss
249 section, so that at run-time the bytes start off zeroed.  Since
250 @var{symbol} is not declared global, it is normally not visible to
251 @code{@value{LD}}.  The optional third parameter, @var{alignment},
252 specifies the desired alignment of the symbol in the bss section.
253
254 This directive is only available for COFF based x86 targets.
255
256 @c FIXME: Document other x86 specific directives ?  Eg: .code16gcc,
257 @c .largecomm
258
259 @end table
260
261 @node i386-Syntax
262 @section AT&T Syntax versus Intel Syntax
263
264 @cindex i386 intel_syntax pseudo op
265 @cindex intel_syntax pseudo op, i386
266 @cindex i386 att_syntax pseudo op
267 @cindex att_syntax pseudo op, i386
268 @cindex i386 syntax compatibility
269 @cindex syntax compatibility, i386
270 @cindex x86-64 intel_syntax pseudo op
271 @cindex intel_syntax pseudo op, x86-64
272 @cindex x86-64 att_syntax pseudo op
273 @cindex att_syntax pseudo op, x86-64
274 @cindex x86-64 syntax compatibility
275 @cindex syntax compatibility, x86-64
276
277 @code{@value{AS}} now supports assembly using Intel assembler syntax.
278 @code{.intel_syntax} selects Intel mode, and @code{.att_syntax} switches
279 back to the usual AT&T mode for compatibility with the output of
280 @code{@value{GCC}}.  Either of these directives may have an optional
281 argument, @code{prefix}, or @code{noprefix} specifying whether registers
282 require a @samp{%} prefix.  AT&T System V/386 assembler syntax is quite
283 different from Intel syntax.  We mention these differences because
284 almost all 80386 documents use Intel syntax.  Notable differences
285 between the two syntaxes are:
286
287 @cindex immediate operands, i386
288 @cindex i386 immediate operands
289 @cindex register operands, i386
290 @cindex i386 register operands
291 @cindex jump/call operands, i386
292 @cindex i386 jump/call operands
293 @cindex operand delimiters, i386
294
295 @cindex immediate operands, x86-64
296 @cindex x86-64 immediate operands
297 @cindex register operands, x86-64
298 @cindex x86-64 register operands
299 @cindex jump/call operands, x86-64
300 @cindex x86-64 jump/call operands
301 @cindex operand delimiters, x86-64
302 @itemize @bullet
303 @item
304 AT&T immediate operands are preceded by @samp{$}; Intel immediate
305 operands are undelimited (Intel @samp{push 4} is AT&T @samp{pushl $4}).
306 AT&T register operands are preceded by @samp{%}; Intel register operands
307 are undelimited.  AT&T absolute (as opposed to PC relative) jump/call
308 operands are prefixed by @samp{*}; they are undelimited in Intel syntax.
309
310 @cindex i386 source, destination operands
311 @cindex source, destination operands; i386
312 @cindex x86-64 source, destination operands
313 @cindex source, destination operands; x86-64
314 @item
315 AT&T and Intel syntax use the opposite order for source and destination
316 operands.  Intel @samp{add eax, 4} is @samp{addl $4, %eax}.  The
317 @samp{source, dest} convention is maintained for compatibility with
318 previous Unix assemblers.  Note that @samp{bound}, @samp{invlpga}, and
319 instructions with 2 immediate operands, such as the @samp{enter}
320 instruction, do @emph{not} have reversed order.  @ref{i386-Bugs}.
321
322 @cindex mnemonic suffixes, i386
323 @cindex sizes operands, i386
324 @cindex i386 size suffixes
325 @cindex mnemonic suffixes, x86-64
326 @cindex sizes operands, x86-64
327 @cindex x86-64 size suffixes
328 @item
329 In AT&T syntax the size of memory operands is determined from the last
330 character of the instruction mnemonic.  Mnemonic suffixes of @samp{b},
331 @samp{w}, @samp{l} and @samp{q} specify byte (8-bit), word (16-bit), long
332 (32-bit) and quadruple word (64-bit) memory references.  Intel syntax accomplishes
333 this by prefixing memory operands (@emph{not} the instruction mnemonics) with
334 @samp{byte ptr}, @samp{word ptr}, @samp{dword ptr} and @samp{qword ptr}.  Thus,
335 Intel @samp{mov al, byte ptr @var{foo}} is @samp{movb @var{foo}, %al} in AT&T
336 syntax.
337
338 In 64-bit code, @samp{movabs} can be used to encode the @samp{mov}
339 instruction with the 64-bit displacement or immediate operand.
340
341 @cindex return instructions, i386
342 @cindex i386 jump, call, return
343 @cindex return instructions, x86-64
344 @cindex x86-64 jump, call, return
345 @item
346 Immediate form long jumps and calls are
347 @samp{lcall/ljmp $@var{section}, $@var{offset}} in AT&T syntax; the
348 Intel syntax is
349 @samp{call/jmp far @var{section}:@var{offset}}.  Also, the far return
350 instruction
351 is @samp{lret $@var{stack-adjust}} in AT&T syntax; Intel syntax is
352 @samp{ret far @var{stack-adjust}}.
353
354 @cindex sections, i386
355 @cindex i386 sections
356 @cindex sections, x86-64
357 @cindex x86-64 sections
358 @item
359 The AT&T assembler does not provide support for multiple section
360 programs.  Unix style systems expect all programs to be single sections.
361 @end itemize
362
363 @node i386-Mnemonics
364 @section Instruction Naming
365
366 @cindex i386 instruction naming
367 @cindex instruction naming, i386
368 @cindex x86-64 instruction naming
369 @cindex instruction naming, x86-64
370
371 Instruction mnemonics are suffixed with one character modifiers which
372 specify the size of operands.  The letters @samp{b}, @samp{w}, @samp{l}
373 and @samp{q} specify byte, word, long and quadruple word operands.  If
374 no suffix is specified by an instruction then @code{@value{AS}} tries to
375 fill in the missing suffix based on the destination register operand
376 (the last one by convention).  Thus, @samp{mov %ax, %bx} is equivalent
377 to @samp{movw %ax, %bx}; also, @samp{mov $1, %bx} is equivalent to
378 @samp{movw $1, bx}.  Note that this is incompatible with the AT&T Unix
379 assembler which assumes that a missing mnemonic suffix implies long
380 operand size.  (This incompatibility does not affect compiler output
381 since compilers always explicitly specify the mnemonic suffix.)
382
383 Almost all instructions have the same names in AT&T and Intel format.
384 There are a few exceptions.  The sign extend and zero extend
385 instructions need two sizes to specify them.  They need a size to
386 sign/zero extend @emph{from} and a size to zero extend @emph{to}.  This
387 is accomplished by using two instruction mnemonic suffixes in AT&T
388 syntax.  Base names for sign extend and zero extend are
389 @samp{movs@dots{}} and @samp{movz@dots{}} in AT&T syntax (@samp{movsx}
390 and @samp{movzx} in Intel syntax).  The instruction mnemonic suffixes
391 are tacked on to this base name, the @emph{from} suffix before the
392 @emph{to} suffix.  Thus, @samp{movsbl %al, %edx} is AT&T syntax for
393 ``move sign extend @emph{from} %al @emph{to} %edx.''  Possible suffixes,
394 thus, are @samp{bl} (from byte to long), @samp{bw} (from byte to word),
395 @samp{wl} (from word to long), @samp{bq} (from byte to quadruple word),
396 @samp{wq} (from word to quadruple word), and @samp{lq} (from long to
397 quadruple word).
398
399 @cindex encoding options, i386
400 @cindex encoding options, x86-64
401
402 Different encoding options can be specified via optional mnemonic
403 suffix.  @samp{.s} suffix swaps 2 register operands in encoding when
404 moving from one register to another.  @samp{.d32} suffix forces 32bit
405 displacement in encoding.
406
407 @cindex conversion instructions, i386
408 @cindex i386 conversion instructions
409 @cindex conversion instructions, x86-64
410 @cindex x86-64 conversion instructions
411 The Intel-syntax conversion instructions
412
413 @itemize @bullet
414 @item
415 @samp{cbw} --- sign-extend byte in @samp{%al} to word in @samp{%ax},
416
417 @item
418 @samp{cwde} --- sign-extend word in @samp{%ax} to long in @samp{%eax},
419
420 @item
421 @samp{cwd} --- sign-extend word in @samp{%ax} to long in @samp{%dx:%ax},
422
423 @item
424 @samp{cdq} --- sign-extend dword in @samp{%eax} to quad in @samp{%edx:%eax},
425
426 @item
427 @samp{cdqe} --- sign-extend dword in @samp{%eax} to quad in @samp{%rax}
428 (x86-64 only),
429
430 @item
431 @samp{cqo} --- sign-extend quad in @samp{%rax} to octuple in
432 @samp{%rdx:%rax} (x86-64 only),
433 @end itemize
434
435 @noindent
436 are called @samp{cbtw}, @samp{cwtl}, @samp{cwtd}, @samp{cltd}, @samp{cltq}, and
437 @samp{cqto} in AT&T naming.  @code{@value{AS}} accepts either naming for these
438 instructions.
439
440 @cindex jump instructions, i386
441 @cindex call instructions, i386
442 @cindex jump instructions, x86-64
443 @cindex call instructions, x86-64
444 Far call/jump instructions are @samp{lcall} and @samp{ljmp} in
445 AT&T syntax, but are @samp{call far} and @samp{jump far} in Intel
446 convention.
447
448 @section AT&T Mnemonic versus Intel Mnemonic
449
450 @cindex i386 mnemonic compatibility
451 @cindex mnemonic compatibility, i386
452
453 @code{@value{AS}} supports assembly using Intel mnemonic.
454 @code{.intel_mnemonic} selects Intel mnemonic with Intel syntax, and
455 @code{.att_mnemonic} switches back to the usual AT&T mnemonic with AT&T
456 syntax for compatibility with the output of @code{@value{GCC}}.
457 Several x87 instructions, @samp{fadd}, @samp{fdiv}, @samp{fdivp},
458 @samp{fdivr}, @samp{fdivrp}, @samp{fmul}, @samp{fsub}, @samp{fsubp},
459 @samp{fsubr} and @samp{fsubrp},  are implemented in AT&T System V/386
460 assembler with different mnemonics from those in Intel IA32 specification.
461 @code{@value{GCC}} generates those instructions with AT&T mnemonic.
462
463 @node i386-Regs
464 @section Register Naming
465
466 @cindex i386 registers
467 @cindex registers, i386
468 @cindex x86-64 registers
469 @cindex registers, x86-64
470 Register operands are always prefixed with @samp{%}.  The 80386 registers
471 consist of
472
473 @itemize @bullet
474 @item
475 the 8 32-bit registers @samp{%eax} (the accumulator), @samp{%ebx},
476 @samp{%ecx}, @samp{%edx}, @samp{%edi}, @samp{%esi}, @samp{%ebp} (the
477 frame pointer), and @samp{%esp} (the stack pointer).
478
479 @item
480 the 8 16-bit low-ends of these: @samp{%ax}, @samp{%bx}, @samp{%cx},
481 @samp{%dx}, @samp{%di}, @samp{%si}, @samp{%bp}, and @samp{%sp}.
482
483 @item
484 the 8 8-bit registers: @samp{%ah}, @samp{%al}, @samp{%bh},
485 @samp{%bl}, @samp{%ch}, @samp{%cl}, @samp{%dh}, and @samp{%dl} (These
486 are the high-bytes and low-bytes of @samp{%ax}, @samp{%bx},
487 @samp{%cx}, and @samp{%dx})
488
489 @item
490 the 6 section registers @samp{%cs} (code section), @samp{%ds}
491 (data section), @samp{%ss} (stack section), @samp{%es}, @samp{%fs},
492 and @samp{%gs}.
493
494 @item
495 the 3 processor control registers @samp{%cr0}, @samp{%cr2}, and
496 @samp{%cr3}.
497
498 @item
499 the 6 debug registers @samp{%db0}, @samp{%db1}, @samp{%db2},
500 @samp{%db3}, @samp{%db6}, and @samp{%db7}.
501
502 @item
503 the 2 test registers @samp{%tr6} and @samp{%tr7}.
504
505 @item
506 the 8 floating point register stack @samp{%st} or equivalently
507 @samp{%st(0)}, @samp{%st(1)}, @samp{%st(2)}, @samp{%st(3)},
508 @samp{%st(4)}, @samp{%st(5)}, @samp{%st(6)}, and @samp{%st(7)}.
509 These registers are overloaded by 8 MMX registers @samp{%mm0},
510 @samp{%mm1}, @samp{%mm2}, @samp{%mm3}, @samp{%mm4}, @samp{%mm5},
511 @samp{%mm6} and @samp{%mm7}.
512
513 @item
514 the 8 SSE registers registers @samp{%xmm0}, @samp{%xmm1}, @samp{%xmm2},
515 @samp{%xmm3}, @samp{%xmm4}, @samp{%xmm5}, @samp{%xmm6} and @samp{%xmm7}.
516 @end itemize
517
518 The AMD x86-64 architecture extends the register set by:
519
520 @itemize @bullet
521 @item
522 enhancing the 8 32-bit registers to 64-bit: @samp{%rax} (the
523 accumulator), @samp{%rbx}, @samp{%rcx}, @samp{%rdx}, @samp{%rdi},
524 @samp{%rsi}, @samp{%rbp} (the frame pointer), @samp{%rsp} (the stack
525 pointer)
526
527 @item
528 the 8 extended registers @samp{%r8}--@samp{%r15}.
529
530 @item
531 the 8 32-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8d}--@samp{%r15d}
532
533 @item
534 the 8 16-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8w}--@samp{%r15w}
535
536 @item
537 the 8 8-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8b}--@samp{%r15b}
538
539 @item
540 the 4 8-bit registers: @samp{%sil}, @samp{%dil}, @samp{%bpl}, @samp{%spl}.
541
542 @item
543 the 8 debug registers: @samp{%db8}--@samp{%db15}.
544
545 @item
546 the 8 SSE registers: @samp{%xmm8}--@samp{%xmm15}.
547 @end itemize
548
549 @node i386-Prefixes
550 @section Instruction Prefixes
551
552 @cindex i386 instruction prefixes
553 @cindex instruction prefixes, i386
554 @cindex prefixes, i386
555 Instruction prefixes are used to modify the following instruction.  They
556 are used to repeat string instructions, to provide section overrides, to
557 perform bus lock operations, and to change operand and address sizes.
558 (Most instructions that normally operate on 32-bit operands will use
559 16-bit operands if the instruction has an ``operand size'' prefix.)
560 Instruction prefixes are best written on the same line as the instruction
561 they act upon. For example, the @samp{scas} (scan string) instruction is
562 repeated with:
563
564 @smallexample
565         repne scas %es:(%edi),%al
566 @end smallexample
567
568 You may also place prefixes on the lines immediately preceding the
569 instruction, but this circumvents checks that @code{@value{AS}} does
570 with prefixes, and will not work with all prefixes.
571
572 Here is a list of instruction prefixes:
573
574 @cindex section override prefixes, i386
575 @itemize @bullet
576 @item
577 Section override prefixes @samp{cs}, @samp{ds}, @samp{ss}, @samp{es},
578 @samp{fs}, @samp{gs}.  These are automatically added by specifying
579 using the @var{section}:@var{memory-operand} form for memory references.
580
581 @cindex size prefixes, i386
582 @item
583 Operand/Address size prefixes @samp{data16} and @samp{addr16}
584 change 32-bit operands/addresses into 16-bit operands/addresses,
585 while @samp{data32} and @samp{addr32} change 16-bit ones (in a
586 @code{.code16} section) into 32-bit operands/addresses.  These prefixes
587 @emph{must} appear on the same line of code as the instruction they
588 modify. For example, in a 16-bit @code{.code16} section, you might
589 write:
590
591 @smallexample
592         addr32 jmpl *(%ebx)
593 @end smallexample
594
595 @cindex bus lock prefixes, i386
596 @cindex inhibiting interrupts, i386
597 @item
598 The bus lock prefix @samp{lock} inhibits interrupts during execution of
599 the instruction it precedes.  (This is only valid with certain
600 instructions; see a 80386 manual for details).
601
602 @cindex coprocessor wait, i386
603 @item
604 The wait for coprocessor prefix @samp{wait} waits for the coprocessor to
605 complete the current instruction.  This should never be needed for the
606 80386/80387 combination.
607
608 @cindex repeat prefixes, i386
609 @item
610 The @samp{rep}, @samp{repe}, and @samp{repne} prefixes are added
611 to string instructions to make them repeat @samp{%ecx} times (@samp{%cx}
612 times if the current address size is 16-bits).
613 @cindex REX prefixes, i386
614 @item
615 The @samp{rex} family of prefixes is used by x86-64 to encode
616 extensions to i386 instruction set.  The @samp{rex} prefix has four
617 bits --- an operand size overwrite (@code{64}) used to change operand size
618 from 32-bit to 64-bit and X, Y and Z extensions bits used to extend the
619 register set.
620
621 You may write the @samp{rex} prefixes directly. The @samp{rex64xyz}
622 instruction emits @samp{rex} prefix with all the bits set.  By omitting
623 the @code{64}, @code{x}, @code{y} or @code{z} you may write other
624 prefixes as well.  Normally, there is no need to write the prefixes
625 explicitly, since gas will automatically generate them based on the
626 instruction operands.
627 @end itemize
628
629 @node i386-Memory
630 @section Memory References
631
632 @cindex i386 memory references
633 @cindex memory references, i386
634 @cindex x86-64 memory references
635 @cindex memory references, x86-64
636 An Intel syntax indirect memory reference of the form
637
638 @smallexample
639 @var{section}:[@var{base} + @var{index}*@var{scale} + @var{disp}]
640 @end smallexample
641
642 @noindent
643 is translated into the AT&T syntax
644
645 @smallexample
646 @var{section}:@var{disp}(@var{base}, @var{index}, @var{scale})
647 @end smallexample
648
649 @noindent
650 where @var{base} and @var{index} are the optional 32-bit base and
651 index registers, @var{disp} is the optional displacement, and
652 @var{scale}, taking the values 1, 2, 4, and 8, multiplies @var{index}
653 to calculate the address of the operand.  If no @var{scale} is
654 specified, @var{scale} is taken to be 1.  @var{section} specifies the
655 optional section register for the memory operand, and may override the
656 default section register (see a 80386 manual for section register
657 defaults). Note that section overrides in AT&T syntax @emph{must}
658 be preceded by a @samp{%}.  If you specify a section override which
659 coincides with the default section register, @code{@value{AS}} does @emph{not}
660 output any section register override prefixes to assemble the given
661 instruction.  Thus, section overrides can be specified to emphasize which
662 section register is used for a given memory operand.
663
664 Here are some examples of Intel and AT&T style memory references:
665
666 @table @asis
667 @item AT&T: @samp{-4(%ebp)}, Intel:  @samp{[ebp - 4]}
668 @var{base} is @samp{%ebp}; @var{disp} is @samp{-4}. @var{section} is
669 missing, and the default section is used (@samp{%ss} for addressing with
670 @samp{%ebp} as the base register).  @var{index}, @var{scale} are both missing.
671
672 @item AT&T: @samp{foo(,%eax,4)}, Intel: @samp{[foo + eax*4]}
673 @var{index} is @samp{%eax} (scaled by a @var{scale} 4); @var{disp} is
674 @samp{foo}.  All other fields are missing.  The section register here
675 defaults to @samp{%ds}.
676
677 @item AT&T: @samp{foo(,1)}; Intel @samp{[foo]}
678 This uses the value pointed to by @samp{foo} as a memory operand.
679 Note that @var{base} and @var{index} are both missing, but there is only
680 @emph{one} @samp{,}.  This is a syntactic exception.
681
682 @item AT&T: @samp{%gs:foo}; Intel @samp{gs:foo}
683 This selects the contents of the variable @samp{foo} with section
684 register @var{section} being @samp{%gs}.
685 @end table
686
687 Absolute (as opposed to PC relative) call and jump operands must be
688 prefixed with @samp{*}.  If no @samp{*} is specified, @code{@value{AS}}
689 always chooses PC relative addressing for jump/call labels.
690
691 Any instruction that has a memory operand, but no register operand,
692 @emph{must} specify its size (byte, word, long, or quadruple) with an
693 instruction mnemonic suffix (@samp{b}, @samp{w}, @samp{l} or @samp{q},
694 respectively).
695
696 The x86-64 architecture adds an RIP (instruction pointer relative)
697 addressing.  This addressing mode is specified by using @samp{rip} as a
698 base register.  Only constant offsets are valid. For example:
699
700 @table @asis
701 @item AT&T: @samp{1234(%rip)}, Intel: @samp{[rip + 1234]}
702 Points to the address 1234 bytes past the end of the current
703 instruction.
704
705 @item AT&T: @samp{symbol(%rip)}, Intel: @samp{[rip + symbol]}
706 Points to the @code{symbol} in RIP relative way, this is shorter than
707 the default absolute addressing.
708 @end table
709
710 Other addressing modes remain unchanged in x86-64 architecture, except
711 registers used are 64-bit instead of 32-bit.
712
713 @node i386-Jumps
714 @section Handling of Jump Instructions
715
716 @cindex jump optimization, i386
717 @cindex i386 jump optimization
718 @cindex jump optimization, x86-64
719 @cindex x86-64 jump optimization
720 Jump instructions are always optimized to use the smallest possible
721 displacements.  This is accomplished by using byte (8-bit) displacement
722 jumps whenever the target is sufficiently close.  If a byte displacement
723 is insufficient a long displacement is used.  We do not support
724 word (16-bit) displacement jumps in 32-bit mode (i.e. prefixing the jump
725 instruction with the @samp{data16} instruction prefix), since the 80386
726 insists upon masking @samp{%eip} to 16 bits after the word displacement
727 is added. (See also @pxref{i386-Arch})
728
729 Note that the @samp{jcxz}, @samp{jecxz}, @samp{loop}, @samp{loopz},
730 @samp{loope}, @samp{loopnz} and @samp{loopne} instructions only come in byte
731 displacements, so that if you use these instructions (@code{@value{GCC}} does
732 not use them) you may get an error message (and incorrect code).  The AT&T
733 80386 assembler tries to get around this problem by expanding @samp{jcxz foo}
734 to
735
736 @smallexample
737          jcxz cx_zero
738          jmp cx_nonzero
739 cx_zero: jmp foo
740 cx_nonzero:
741 @end smallexample
742
743 @node i386-Float
744 @section Floating Point
745
746 @cindex i386 floating point
747 @cindex floating point, i386
748 @cindex x86-64 floating point
749 @cindex floating point, x86-64
750 All 80387 floating point types except packed BCD are supported.
751 (BCD support may be added without much difficulty).  These data
752 types are 16-, 32-, and 64- bit integers, and single (32-bit),
753 double (64-bit), and extended (80-bit) precision floating point.
754 Each supported type has an instruction mnemonic suffix and a constructor
755 associated with it.  Instruction mnemonic suffixes specify the operand's
756 data type.  Constructors build these data types into memory.
757
758 @cindex @code{float} directive, i386
759 @cindex @code{single} directive, i386
760 @cindex @code{double} directive, i386
761 @cindex @code{tfloat} directive, i386
762 @cindex @code{float} directive, x86-64
763 @cindex @code{single} directive, x86-64
764 @cindex @code{double} directive, x86-64
765 @cindex @code{tfloat} directive, x86-64
766 @itemize @bullet
767 @item
768 Floating point constructors are @samp{.float} or @samp{.single},
769 @samp{.double}, and @samp{.tfloat} for 32-, 64-, and 80-bit formats.
770 These correspond to instruction mnemonic suffixes @samp{s}, @samp{l},
771 and @samp{t}. @samp{t} stands for 80-bit (ten byte) real.  The 80387
772 only supports this format via the @samp{fldt} (load 80-bit real to stack
773 top) and @samp{fstpt} (store 80-bit real and pop stack) instructions.
774
775 @cindex @code{word} directive, i386
776 @cindex @code{long} directive, i386
777 @cindex @code{int} directive, i386
778 @cindex @code{quad} directive, i386
779 @cindex @code{word} directive, x86-64
780 @cindex @code{long} directive, x86-64
781 @cindex @code{int} directive, x86-64
782 @cindex @code{quad} directive, x86-64
783 @item
784 Integer constructors are @samp{.word}, @samp{.long} or @samp{.int}, and
785 @samp{.quad} for the 16-, 32-, and 64-bit integer formats.  The
786 corresponding instruction mnemonic suffixes are @samp{s} (single),
787 @samp{l} (long), and @samp{q} (quad).  As with the 80-bit real format,
788 the 64-bit @samp{q} format is only present in the @samp{fildq} (load
789 quad integer to stack top) and @samp{fistpq} (store quad integer and pop
790 stack) instructions.
791 @end itemize
792
793 Register to register operations should not use instruction mnemonic suffixes.
794 @samp{fstl %st, %st(1)} will give a warning, and be assembled as if you
795 wrote @samp{fst %st, %st(1)}, since all register to register operations
796 use 80-bit floating point operands. (Contrast this with @samp{fstl %st, mem},
797 which converts @samp{%st} from 80-bit to 64-bit floating point format,
798 then stores the result in the 4 byte location @samp{mem})
799
800 @node i386-SIMD
801 @section Intel's MMX and AMD's 3DNow! SIMD Operations
802
803 @cindex MMX, i386
804 @cindex 3DNow!, i386
805 @cindex SIMD, i386
806 @cindex MMX, x86-64
807 @cindex 3DNow!, x86-64
808 @cindex SIMD, x86-64
809
810 @code{@value{AS}} supports Intel's MMX instruction set (SIMD
811 instructions for integer data), available on Intel's Pentium MMX
812 processors and Pentium II processors, AMD's K6 and K6-2 processors,
813 Cyrix' M2 processor, and probably others.  It also supports AMD's 3DNow!@:
814 instruction set (SIMD instructions for 32-bit floating point data)
815 available on AMD's K6-2 processor and possibly others in the future.
816
817 Currently, @code{@value{AS}} does not support Intel's floating point
818 SIMD, Katmai (KNI).
819
820 The eight 64-bit MMX operands, also used by 3DNow!, are called @samp{%mm0},
821 @samp{%mm1}, ... @samp{%mm7}.  They contain eight 8-bit integers, four
822 16-bit integers, two 32-bit integers, one 64-bit integer, or two 32-bit
823 floating point values.  The MMX registers cannot be used at the same time
824 as the floating point stack.
825
826 See Intel and AMD documentation, keeping in mind that the operand order in
827 instructions is reversed from the Intel syntax.
828
829 @node i386-LWP
830 @section AMD's Lightweight Profiling Instructions
831
832 @cindex LWP, i386
833 @cindex LWP, x86-64
834
835 @code{@value{AS}} supports AMD's Lightweight Profiling (LWP)
836 instruction set, available on AMD's Family 15h (Orochi) processors.
837
838 LWP enables applications to collect and manage performance data, and
839 react to performance events.  The collection of performance data
840 requires no context switches.  LWP runs in the context of a thread and
841 so several counters can be used independently across multiple threads.
842 LWP can be used in both 64-bit and legacy 32-bit modes.
843
844 For detailed information on the LWP instruction set, see the
845 @cite{AMD Lightweight Profiling Specification} available at
846 @uref{http://developer.amd.com/cpu/LWP,Lightweight Profiling Specification}.
847
848 @node i386-16bit
849 @section Writing 16-bit Code
850
851 @cindex i386 16-bit code
852 @cindex 16-bit code, i386
853 @cindex real-mode code, i386
854 @cindex @code{code16gcc} directive, i386
855 @cindex @code{code16} directive, i386
856 @cindex @code{code32} directive, i386
857 @cindex @code{code64} directive, i386
858 @cindex @code{code64} directive, x86-64
859 While @code{@value{AS}} normally writes only ``pure'' 32-bit i386 code
860 or 64-bit x86-64 code depending on the default configuration,
861 it also supports writing code to run in real mode or in 16-bit protected
862 mode code segments.  To do this, put a @samp{.code16} or
863 @samp{.code16gcc} directive before the assembly language instructions to
864 be run in 16-bit mode.  You can switch @code{@value{AS}} to writing
865 32-bit code with the @samp{.code32} directive or 64-bit code with the
866 @samp{.code64} directive.
867
868 @samp{.code16gcc} provides experimental support for generating 16-bit
869 code from gcc, and differs from @samp{.code16} in that @samp{call},
870 @samp{ret}, @samp{enter}, @samp{leave}, @samp{push}, @samp{pop},
871 @samp{pusha}, @samp{popa}, @samp{pushf}, and @samp{popf} instructions
872 default to 32-bit size.  This is so that the stack pointer is
873 manipulated in the same way over function calls, allowing access to
874 function parameters at the same stack offsets as in 32-bit mode.
875 @samp{.code16gcc} also automatically adds address size prefixes where
876 necessary to use the 32-bit addressing modes that gcc generates.
877
878 The code which @code{@value{AS}} generates in 16-bit mode will not
879 necessarily run on a 16-bit pre-80386 processor.  To write code that
880 runs on such a processor, you must refrain from using @emph{any} 32-bit
881 constructs which require @code{@value{AS}} to output address or operand
882 size prefixes.
883
884 Note that writing 16-bit code instructions by explicitly specifying a
885 prefix or an instruction mnemonic suffix within a 32-bit code section
886 generates different machine instructions than those generated for a
887 16-bit code segment.  In a 32-bit code section, the following code
888 generates the machine opcode bytes @samp{66 6a 04}, which pushes the
889 value @samp{4} onto the stack, decrementing @samp{%esp} by 2.
890
891 @smallexample
892         pushw $4
893 @end smallexample
894
895 The same code in a 16-bit code section would generate the machine
896 opcode bytes @samp{6a 04} (i.e., without the operand size prefix), which
897 is correct since the processor default operand size is assumed to be 16
898 bits in a 16-bit code section.
899
900 @node i386-Bugs
901 @section AT&T Syntax bugs
902
903 The UnixWare assembler, and probably other AT&T derived ix86 Unix
904 assemblers, generate floating point instructions with reversed source
905 and destination registers in certain cases.  Unfortunately, gcc and
906 possibly many other programs use this reversed syntax, so we're stuck
907 with it.
908
909 For example
910
911 @smallexample
912         fsub %st,%st(3)
913 @end smallexample
914 @noindent
915 results in @samp{%st(3)} being updated to @samp{%st - %st(3)} rather
916 than the expected @samp{%st(3) - %st}.  This happens with all the
917 non-commutative arithmetic floating point operations with two register
918 operands where the source register is @samp{%st} and the destination
919 register is @samp{%st(i)}.
920
921 @node i386-Arch
922 @section Specifying CPU Architecture
923
924 @cindex arch directive, i386
925 @cindex i386 arch directive
926 @cindex arch directive, x86-64
927 @cindex x86-64 arch directive
928
929 @code{@value{AS}} may be told to assemble for a particular CPU
930 (sub-)architecture with the @code{.arch @var{cpu_type}} directive.  This
931 directive enables a warning when gas detects an instruction that is not
932 supported on the CPU specified.  The choices for @var{cpu_type} are:
933
934 @multitable @columnfractions .20 .20 .20 .20
935 @item @samp{i8086} @tab @samp{i186} @tab @samp{i286} @tab @samp{i386}
936 @item @samp{i486} @tab @samp{i586} @tab @samp{i686} @tab @samp{pentium}
937 @item @samp{pentiumpro} @tab @samp{pentiumii} @tab @samp{pentiumiii} @tab @samp{pentium4}
938 @item @samp{prescott} @tab @samp{nocona} @tab @samp{core} @tab @samp{core2}
939 @item @samp{corei7} @tab @samp{l1om}
940 @item @samp{k6} @tab @samp{k6_2} @tab @samp{athlon} @tab @samp{k8}
941 @item @samp{amdfam10} @tab @samp{bdver1}
942 @item @samp{generic32} @tab @samp{generic64}
943 @item @samp{.mmx} @tab @samp{.sse} @tab @samp{.sse2} @tab @samp{.sse3}
944 @item @samp{.ssse3} @tab @samp{.sse4.1} @tab @samp{.sse4.2} @tab @samp{.sse4}
945 @item @samp{.avx} @tab @samp{.vmx} @tab @samp{.smx} @tab @samp{.ept}
946 @item @samp{.clflush} @tab @samp{.movbe} @tab @samp{.xsave} @tab @samp{.xsaveopt}
947 @item @samp{.aes} @tab @samp{.pclmul} @tab @samp{.fma} @tab @samp{.fsgsbase}
948 @item @samp{.rdrnd} @tab @samp{.f16c}
949 @item @samp{.3dnow} @tab @samp{.3dnowa} @tab @samp{.sse4a} @tab @samp{.sse5}
950 @item @samp{.syscall} @tab @samp{.rdtscp} @tab @samp{.svme} @tab @samp{.abm}
951 @item @samp{.lwp} @tab @samp{.fma4} @tab @samp{.xop}
952 @item @samp{.padlock}
953 @end multitable
954
955 Apart from the warning, there are only two other effects on
956 @code{@value{AS}} operation;  Firstly, if you specify a CPU other than
957 @samp{i486}, then shift by one instructions such as @samp{sarl $1, %eax}
958 will automatically use a two byte opcode sequence.  The larger three
959 byte opcode sequence is used on the 486 (and when no architecture is
960 specified) because it executes faster on the 486.  Note that you can
961 explicitly request the two byte opcode by writing @samp{sarl %eax}.
962 Secondly, if you specify @samp{i8086}, @samp{i186}, or @samp{i286},
963 @emph{and} @samp{.code16} or @samp{.code16gcc} then byte offset
964 conditional jumps will be promoted when necessary to a two instruction
965 sequence consisting of a conditional jump of the opposite sense around
966 an unconditional jump to the target.
967
968 Following the CPU architecture (but not a sub-architecture, which are those
969 starting with a dot), you may specify @samp{jumps} or @samp{nojumps} to
970 control automatic promotion of conditional jumps. @samp{jumps} is the
971 default, and enables jump promotion;  All external jumps will be of the long
972 variety, and file-local jumps will be promoted as necessary.
973 (@pxref{i386-Jumps})  @samp{nojumps} leaves external conditional jumps as
974 byte offset jumps, and warns about file-local conditional jumps that
975 @code{@value{AS}} promotes.
976 Unconditional jumps are treated as for @samp{jumps}.
977
978 For example
979
980 @smallexample
981  .arch i8086,nojumps
982 @end smallexample
983
984 @node i386-Notes
985 @section Notes
986
987 @cindex i386 @code{mul}, @code{imul} instructions
988 @cindex @code{mul} instruction, i386
989 @cindex @code{imul} instruction, i386
990 @cindex @code{mul} instruction, x86-64
991 @cindex @code{imul} instruction, x86-64
992 There is some trickery concerning the @samp{mul} and @samp{imul}
993 instructions that deserves mention.  The 16-, 32-, 64- and 128-bit expanding
994 multiplies (base opcode @samp{0xf6}; extension 4 for @samp{mul} and 5
995 for @samp{imul}) can be output only in the one operand form.  Thus,
996 @samp{imul %ebx, %eax} does @emph{not} select the expanding multiply;
997 the expanding multiply would clobber the @samp{%edx} register, and this
998 would confuse @code{@value{GCC}} output.  Use @samp{imul %ebx} to get the
999 64-bit product in @samp{%edx:%eax}.
1000
1001 We have added a two operand form of @samp{imul} when the first operand
1002 is an immediate mode expression and the second operand is a register.
1003 This is just a shorthand, so that, multiplying @samp{%eax} by 69, for
1004 example, can be done with @samp{imul $69, %eax} rather than @samp{imul
1005 $69, %eax, %eax}.
1006