c2d9b7ae5b5d63fa2fe324f66b34a7fe5548780e
[external/binutils.git] / gas / doc / c-mips.texi
1 @c Copyright (C) 1991-2017 Free Software Foundation, Inc.
2 @c This is part of the GAS manual.
3 @c For copying conditions, see the file as.texinfo.
4 @ifset GENERIC
5 @page
6 @node MIPS-Dependent
7 @chapter MIPS Dependent Features
8 @end ifset
9 @ifclear GENERIC
10 @node Machine Dependencies
11 @chapter MIPS Dependent Features
12 @end ifclear
13
14 @cindex MIPS processor
15 @sc{gnu} @code{@value{AS}} for MIPS architectures supports several
16 different MIPS processors, and MIPS ISA levels I through V, MIPS32,
17 and MIPS64.  For information about the MIPS instruction set, see
18 @cite{MIPS RISC Architecture}, by Kane and Heindrich (Prentice-Hall).
19 For an overview of MIPS assembly conventions, see ``Appendix D:
20 Assembly Language Programming'' in the same work.
21
22 @menu
23 * MIPS Options::        Assembler options
24 * MIPS Macros::         High-level assembly macros
25 * MIPS Symbol Sizes::   Directives to override the size of symbols
26 * MIPS Small Data::     Controlling the use of small data accesses
27 * MIPS ISA::            Directives to override the ISA level
28 * MIPS assembly options:: Directives to control code generation
29 * MIPS autoextend::     Directives for extending MIPS 16 bit instructions
30 * MIPS insn::           Directive to mark data as an instruction
31 * MIPS FP ABIs::        Marking which FP ABI is in use
32 * MIPS NaN Encodings::  Directives to record which NaN encoding is being used
33 * MIPS Option Stack::   Directives to save and restore options
34 * MIPS ASE Instruction Generation Overrides:: Directives to control
35                         generation of MIPS ASE instructions
36 * MIPS Floating-Point:: Directives to override floating-point options
37 * MIPS Syntax::         MIPS specific syntactical considerations
38 @end menu
39
40 @node MIPS Options
41 @section Assembler options
42
43 The MIPS configurations of @sc{gnu} @code{@value{AS}} support these
44 special options:
45
46 @table @code
47 @cindex @code{-G} option (MIPS)
48 @item -G @var{num}
49 Set the ``small data'' limit to @var{n} bytes.  The default limit is 8 bytes.
50 @xref{MIPS Small Data,, Controlling the use of small data accesses}.
51
52 @cindex @code{-EB} option (MIPS)
53 @cindex @code{-EL} option (MIPS)
54 @cindex MIPS big-endian output
55 @cindex MIPS little-endian output
56 @cindex big-endian output, MIPS
57 @cindex little-endian output, MIPS
58 @item -EB
59 @itemx -EL
60 Any MIPS configuration of @code{@value{AS}} can select big-endian or
61 little-endian output at run time (unlike the other @sc{gnu} development
62 tools, which must be configured for one or the other).  Use @samp{-EB}
63 to select big-endian output, and @samp{-EL} for little-endian.
64
65 @item -KPIC
66 @cindex PIC selection, MIPS
67 @cindex @option{-KPIC} option, MIPS
68 Generate SVR4-style PIC.  This option tells the assembler to generate
69 SVR4-style position-independent macro expansions.  It also tells the
70 assembler to mark the output file as PIC.
71
72 @item -mvxworks-pic
73 @cindex @option{-mvxworks-pic} option, MIPS
74 Generate VxWorks PIC.  This option tells the assembler to generate
75 VxWorks-style position-independent macro expansions.
76
77 @cindex MIPS architecture options
78 @item -mips1
79 @itemx -mips2
80 @itemx -mips3
81 @itemx -mips4
82 @itemx -mips5
83 @itemx -mips32
84 @itemx -mips32r2
85 @itemx -mips32r3
86 @itemx -mips32r5
87 @itemx -mips32r6
88 @itemx -mips64
89 @itemx -mips64r2
90 @itemx -mips64r3
91 @itemx -mips64r5
92 @itemx -mips64r6
93 Generate code for a particular MIPS Instruction Set Architecture level.
94 @samp{-mips1} corresponds to the R2000 and R3000 processors,
95 @samp{-mips2} to the R6000 processor, @samp{-mips3} to the
96 R4000 processor, and @samp{-mips4} to the R8000 and R10000 processors.
97 @samp{-mips5}, @samp{-mips32}, @samp{-mips32r2}, @samp{-mips32r3},
98 @samp{-mips32r5}, @samp{-mips32r6}, @samp{-mips64}, @samp{-mips64r2},
99 @samp{-mips64r3}, @samp{-mips64r5}, and @samp{-mips64r6} correspond to
100 generic MIPS V, MIPS32, MIPS32 Release 2, MIPS32 Release 3, MIPS32
101 Release 5, MIPS32 Release 6, MIPS64, and MIPS64 Release 2, MIPS64
102 Release 3, MIPS64 Release 5, and MIPS64 Release 6 ISA processors,
103 respectively.  You can also switch instruction sets during the assembly;
104 see @ref{MIPS ISA, Directives to override the ISA level}.
105
106 @item -mgp32
107 @itemx -mfp32
108 Some macros have different expansions for 32-bit and 64-bit registers.
109 The register sizes are normally inferred from the ISA and ABI, but these
110 flags force a certain group of registers to be treated as 32 bits wide at
111 all times.  @samp{-mgp32} controls the size of general-purpose registers
112 and @samp{-mfp32} controls the size of floating-point registers.
113
114 The @code{.set gp=32} and @code{.set fp=32} directives allow the size
115 of registers to be changed for parts of an object. The default value is
116 restored by @code{.set gp=default} and @code{.set fp=default}.
117
118 On some MIPS variants there is a 32-bit mode flag; when this flag is
119 set, 64-bit instructions generate a trap.  Also, some 32-bit OSes only
120 save the 32-bit registers on a context switch, so it is essential never
121 to use the 64-bit registers.
122
123 @item -mgp64
124 @itemx -mfp64
125 Assume that 64-bit registers are available.  This is provided in the
126 interests of symmetry with @samp{-mgp32} and @samp{-mfp32}.
127
128 The @code{.set gp=64} and @code{.set fp=64} directives allow the size
129 of registers to be changed for parts of an object. The default value is
130 restored by @code{.set gp=default} and @code{.set fp=default}.
131
132 @item -mfpxx
133 Make no assumptions about whether 32-bit or 64-bit floating-point
134 registers are available. This is provided to support having modules
135 compatible with either @samp{-mfp32} or @samp{-mfp64}. This option can
136 only be used with MIPS II and above.
137
138 The @code{.set fp=xx} directive allows a part of an object to be marked
139 as not making assumptions about 32-bit or 64-bit FP registers.  The
140 default value is restored by @code{.set fp=default}.
141
142 @item -modd-spreg
143 @itemx -mno-odd-spreg
144 Enable use of floating-point operations on odd-numbered single-precision
145 registers when supported by the ISA.  @samp{-mfpxx} implies
146 @samp{-mno-odd-spreg}, otherwise the default is @samp{-modd-spreg}
147
148 @item -mips16
149 @itemx -no-mips16
150 Generate code for the MIPS 16 processor.  This is equivalent to putting
151 @code{.module mips16} at the start of the assembly file.  @samp{-no-mips16}
152 turns off this option.
153
154 @item -mmips16e2
155 @itemx -mno-mips16e2
156 Enable the use of MIPS16e2 instructions in MIPS16 mode.  This is equivalent
157 to putting @code{.module mips16e2} at the start of the assembly file.
158 @samp{-mno-mips16e2} turns off this option.
159
160 @item -mmicromips
161 @itemx -mno-micromips
162 Generate code for the microMIPS processor.  This is equivalent to putting
163 @code{.module micromips} at the start of the assembly file.
164 @samp{-mno-micromips} turns off this option.  This is equivalent to putting
165 @code{.module nomicromips} at the start of the assembly file.
166
167 @item -msmartmips
168 @itemx -mno-smartmips
169 Enables the SmartMIPS extensions to the MIPS32 instruction set, which
170 provides a number of new instructions which target smartcard and
171 cryptographic applications.  This is equivalent to putting
172 @code{.module smartmips} at the start of the assembly file.
173 @samp{-mno-smartmips} turns off this option.
174
175 @item -mips3d
176 @itemx -no-mips3d
177 Generate code for the MIPS-3D Application Specific Extension.
178 This tells the assembler to accept MIPS-3D instructions.
179 @samp{-no-mips3d} turns off this option.
180
181 @item -mdmx
182 @itemx -no-mdmx
183 Generate code for the MDMX Application Specific Extension.
184 This tells the assembler to accept MDMX instructions.
185 @samp{-no-mdmx} turns off this option.
186
187 @item -mdsp
188 @itemx -mno-dsp
189 Generate code for the DSP Release 1 Application Specific Extension.
190 This tells the assembler to accept DSP Release 1 instructions.
191 @samp{-mno-dsp} turns off this option.
192
193 @item -mdspr2
194 @itemx -mno-dspr2
195 Generate code for the DSP Release 2 Application Specific Extension.
196 This option implies @samp{-mdsp}.
197 This tells the assembler to accept DSP Release 2 instructions.
198 @samp{-mno-dspr2} turns off this option.
199
200 @item -mdspr3
201 @itemx -mno-dspr3
202 Generate code for the DSP Release 3 Application Specific Extension.
203 This option implies @samp{-mdsp} and @samp{-mdspr2}.
204 This tells the assembler to accept DSP Release 3 instructions.
205 @samp{-mno-dspr3} turns off this option.
206
207 @item -mmt
208 @itemx -mno-mt
209 Generate code for the MT Application Specific Extension.
210 This tells the assembler to accept MT instructions.
211 @samp{-mno-mt} turns off this option.
212
213 @item -mmcu
214 @itemx -mno-mcu
215 Generate code for the MCU Application Specific Extension.
216 This tells the assembler to accept MCU instructions.
217 @samp{-mno-mcu} turns off this option.
218
219 @item -mmsa
220 @itemx -mno-msa
221 Generate code for the MIPS SIMD Architecture Extension.
222 This tells the assembler to accept MSA instructions.
223 @samp{-mno-msa} turns off this option.
224
225 @item -mxpa
226 @itemx -mno-xpa
227 Generate code for the MIPS eXtended Physical Address (XPA) Extension.
228 This tells the assembler to accept XPA instructions.
229 @samp{-mno-xpa} turns off this option.
230
231 @item -mvirt
232 @itemx -mno-virt
233 Generate code for the Virtualization Application Specific Extension.
234 This tells the assembler to accept Virtualization instructions.
235 @samp{-mno-virt} turns off this option.
236
237 @item -minsn32
238 @itemx -mno-insn32
239 Only use 32-bit instruction encodings when generating code for the
240 microMIPS processor.  This option inhibits the use of any 16-bit
241 instructions.  This is equivalent to putting @code{.set insn32} at
242 the start of the assembly file.  @samp{-mno-insn32} turns off this
243 option.  This is equivalent to putting @code{.set noinsn32} at the
244 start of the assembly file.  By default @samp{-mno-insn32} is
245 selected, allowing all instructions to be used.
246
247 @item -mfix7000
248 @itemx -mno-fix7000
249 Cause nops to be inserted if the read of the destination register
250 of an mfhi or mflo instruction occurs in the following two instructions.
251
252 @item -mfix-rm7000
253 @itemx -mno-fix-rm7000
254 Cause nops to be inserted if a dmult or dmultu instruction is
255 followed by a load instruction.
256
257 @item -mfix-loongson2f-jump
258 @itemx -mno-fix-loongson2f-jump
259 Eliminate instruction fetch from outside 256M region to work around the
260 Loongson2F @samp{jump} instructions.  Without it, under extreme cases,
261 the kernel may crash.  The issue has been solved in latest processor
262 batches, but this fix has no side effect to them.
263
264 @item -mfix-loongson2f-nop
265 @itemx -mno-fix-loongson2f-nop
266 Replace nops by @code{or at,at,zero} to work around the Loongson2F
267 @samp{nop} errata.  Without it, under extreme cases, the CPU might
268 deadlock.  The issue has been solved in later Loongson2F batches, but
269 this fix has no side effect to them.
270
271 @item -mfix-vr4120
272 @itemx -mno-fix-vr4120
273 Insert nops to work around certain VR4120 errata.  This option is
274 intended to be used on GCC-generated code: it is not designed to catch
275 all problems in hand-written assembler code.
276
277 @item -mfix-vr4130
278 @itemx -mno-fix-vr4130
279 Insert nops to work around the VR4130 @samp{mflo}/@samp{mfhi} errata.
280
281 @item -mfix-24k
282 @itemx -mno-fix-24k
283 Insert nops to work around the 24K @samp{eret}/@samp{deret} errata.
284
285 @item -mfix-cn63xxp1
286 @itemx -mno-fix-cn63xxp1
287 Replace @code{pref} hints 0 - 4 and 6 - 24 with hint 28 to work around
288 certain CN63XXP1 errata.
289
290 @item -m4010
291 @itemx -no-m4010
292 Generate code for the LSI R4010 chip.  This tells the assembler to
293 accept the R4010-specific instructions (@samp{addciu}, @samp{ffc},
294 etc.), and to not schedule @samp{nop} instructions around accesses to
295 the @samp{HI} and @samp{LO} registers.  @samp{-no-m4010} turns off this
296 option.
297
298 @item -m4650
299 @itemx -no-m4650
300 Generate code for the MIPS R4650 chip.  This tells the assembler to accept
301 the @samp{mad} and @samp{madu} instruction, and to not schedule @samp{nop}
302 instructions around accesses to the @samp{HI} and @samp{LO} registers.
303 @samp{-no-m4650} turns off this option.
304
305 @item -m3900
306 @itemx -no-m3900
307 @itemx -m4100
308 @itemx -no-m4100
309 For each option @samp{-m@var{nnnn}}, generate code for the MIPS
310 R@var{nnnn} chip.  This tells the assembler to accept instructions
311 specific to that chip, and to schedule for that chip's hazards.
312
313 @item -march=@var{cpu}
314 Generate code for a particular MIPS CPU.  It is exactly equivalent to
315 @samp{-m@var{cpu}}, except that there are more value of @var{cpu}
316 understood.  Valid @var{cpu} value are:
317
318 @quotation
319 2000,
320 3000,
321 3900,
322 4000,
323 4010,
324 4100,
325 4111,
326 vr4120,
327 vr4130,
328 vr4181,
329 4300,
330 4400,
331 4600,
332 4650,
333 5000,
334 rm5200,
335 rm5230,
336 rm5231,
337 rm5261,
338 rm5721,
339 vr5400,
340 vr5500,
341 6000,
342 rm7000,
343 8000,
344 rm9000,
345 10000,
346 12000,
347 14000,
348 16000,
349 4kc,
350 4km,
351 4kp,
352 4ksc,
353 4kec,
354 4kem,
355 4kep,
356 4ksd,
357 m4k,
358 m4kp,
359 m14k,
360 m14kc,
361 m14ke,
362 m14kec,
363 24kc,
364 24kf2_1,
365 24kf,
366 24kf1_1,
367 24kec,
368 24kef2_1,
369 24kef,
370 24kef1_1,
371 34kc,
372 34kf2_1,
373 34kf,
374 34kf1_1,
375 34kn,
376 74kc,
377 74kf2_1,
378 74kf,
379 74kf1_1,
380 74kf3_2,
381 1004kc,
382 1004kf2_1,
383 1004kf,
384 1004kf1_1,
385 interaptiv,
386 m5100,
387 m5101,
388 p5600,
389 5kc,
390 5kf,
391 20kc,
392 25kf,
393 sb1,
394 sb1a,
395 i6400,
396 p6600,
397 loongson2e,
398 loongson2f,
399 loongson3a,
400 octeon,
401 octeon+,
402 octeon2,
403 octeon3,
404 xlr,
405 xlp
406 @end quotation
407
408 For compatibility reasons, @samp{@var{n}x} and @samp{@var{b}fx} are
409 accepted as synonyms for @samp{@var{n}f1_1}.  These values are
410 deprecated.
411
412 @item -mtune=@var{cpu}
413 Schedule and tune for a particular MIPS CPU.  Valid @var{cpu} values are
414 identical to @samp{-march=@var{cpu}}.
415
416 @item -mabi=@var{abi}
417 Record which ABI the source code uses.  The recognized arguments
418 are: @samp{32}, @samp{n32}, @samp{o64}, @samp{64} and @samp{eabi}.
419
420 @item -msym32
421 @itemx -mno-sym32
422 @cindex -msym32
423 @cindex -mno-sym32
424 Equivalent to adding @code{.set sym32} or @code{.set nosym32} to
425 the beginning of the assembler input.  @xref{MIPS Symbol Sizes}.
426
427 @cindex @code{-nocpp} ignored (MIPS)
428 @item -nocpp
429 This option is ignored.  It is accepted for command-line compatibility with
430 other assemblers, which use it to turn off C style preprocessing.  With
431 @sc{gnu} @code{@value{AS}}, there is no need for @samp{-nocpp}, because the
432 @sc{gnu} assembler itself never runs the C preprocessor.
433
434 @item -msoft-float
435 @itemx -mhard-float
436 Disable or enable floating-point instructions.  Note that by default
437 floating-point instructions are always allowed even with CPU targets
438 that don't have support for these instructions.
439
440 @item -msingle-float
441 @itemx -mdouble-float
442 Disable or enable double-precision floating-point operations.  Note
443 that by default double-precision floating-point operations are always
444 allowed even with CPU targets that don't have support for these
445 operations.
446
447 @item --construct-floats
448 @itemx --no-construct-floats
449 The @code{--no-construct-floats} option disables the construction of
450 double width floating point constants by loading the two halves of the
451 value into the two single width floating point registers that make up
452 the double width register.  This feature is useful if the processor
453 support the FR bit in its status  register, and this bit is known (by
454 the programmer) to be set.  This bit prevents the aliasing of the double
455 width register by the single width registers.
456
457 By default @code{--construct-floats} is selected, allowing construction
458 of these floating point constants.
459
460 @item --relax-branch
461 @itemx --no-relax-branch
462 The @samp{--relax-branch} option enables the relaxation of out-of-range
463 branches.  Any branches whose target cannot be reached directly are
464 converted to a small instruction sequence including an inverse-condition
465 branch to the physically next instruction, and a jump to the original
466 target is inserted between the two instructions.  In PIC code the jump
467 will involve further instructions for address calculation.
468
469 The @code{BC1ANY2F}, @code{BC1ANY2T}, @code{BC1ANY4F}, @code{BC1ANY4T},
470 @code{BPOSGE32} and @code{BPOSGE64} instructions are excluded from
471 relaxation, because they have no complementing counterparts.  They could
472 be relaxed with the use of a longer sequence involving another branch,
473 however this has not been implemented and if their target turns out of
474 reach, they produce an error even if branch relaxation is enabled.
475
476 Also no MIPS16 branches are ever relaxed.
477
478 By default @samp{--no-relax-branch} is selected, causing any out-of-range
479 branches to produce an error.
480
481 @item -mignore-branch-isa
482 @itemx -mno-ignore-branch-isa
483 Ignore branch checks for invalid transitions between ISA modes.
484
485 The semantics of branches does not provide for an ISA mode switch, so in
486 most cases the ISA mode a branch has been encoded for has to be the same
487 as the ISA mode of the branch's target label.  If the ISA modes do not
488 match, then such a branch, if taken, will cause the ISA mode to remain
489 unchanged and instructions that follow will be executed in the wrong ISA
490 mode causing the program to misbehave or crash.
491
492 In the case of the @code{BAL} instruction it may be possible to relax
493 it to an equivalent @code{JALX} instruction so that the ISA mode is
494 switched at the run time as required.  For other branches no relaxation
495 is possible and therefore GAS has checks implemented that verify in
496 branch assembly that the two ISA modes match, and report an error
497 otherwise so that the problem with code can be diagnosed at the assembly
498 time rather than at the run time.
499
500 However some assembly code, including generated code produced by some
501 versions of GCC, may incorrectly include branches to data labels, which
502 appear to require a mode switch but are either dead or immediately
503 followed by valid instructions encoded for the same ISA the branch has
504 been encoded for.  While not strictly correct at the source level such
505 code will execute as intended, so to help with these cases
506 @samp{-mignore-branch-isa} is supported which disables ISA mode checks
507 for branches.
508
509 By default @samp{-mno-ignore-branch-isa} is selected, causing any invalid
510 branch requiring a transition between ISA modes to produce an error.
511
512 @cindex @option{-mnan=} command line option, MIPS
513 @item -mnan=@var{encoding}
514 This option indicates whether the source code uses the IEEE 2008
515 NaN encoding (@option{-mnan=2008}) or the original MIPS encoding
516 (@option{-mnan=legacy}).  It is equivalent to adding a @code{.nan}
517 directive to the beginning of the source file.  @xref{MIPS NaN Encodings}.
518
519 @option{-mnan=legacy} is the default if no @option{-mnan} option or
520 @code{.nan} directive is used.
521
522 @item --trap
523 @itemx --no-break
524 @c FIXME!  (1) reflect these options (next item too) in option summaries;
525 @c         (2) stop teasing, say _which_ instructions expanded _how_.
526 @code{@value{AS}} automatically macro expands certain division and
527 multiplication instructions to check for overflow and division by zero.  This
528 option causes @code{@value{AS}} to generate code to take a trap exception
529 rather than a break exception when an error is detected.  The trap instructions
530 are only supported at Instruction Set Architecture level 2 and higher.
531
532 @item --break
533 @itemx --no-trap
534 Generate code to take a break exception rather than a trap exception when an
535 error is detected.  This is the default.
536
537 @item -mpdr
538 @itemx -mno-pdr
539 Control generation of @code{.pdr} sections.  Off by default on IRIX, on
540 elsewhere.
541
542 @item -mshared
543 @itemx -mno-shared
544 When generating code using the Unix calling conventions (selected by
545 @samp{-KPIC} or @samp{-mcall_shared}), gas will normally generate code
546 which can go into a shared library.  The @samp{-mno-shared} option
547 tells gas to generate code which uses the calling convention, but can
548 not go into a shared library.  The resulting code is slightly more
549 efficient.  This option only affects the handling of the
550 @samp{.cpload} and @samp{.cpsetup} pseudo-ops.
551 @end table
552
553 @node MIPS Macros
554 @section High-level assembly macros
555
556 MIPS assemblers have traditionally provided a wider range of
557 instructions than the MIPS architecture itself.  These extra
558 instructions are usually referred to as ``macro'' instructions
559 @footnote{The term ``macro'' is somewhat overloaded here, since
560 these macros have no relation to those defined by @code{.macro},
561 @pxref{Macro,, @code{.macro}}.}.
562
563 Some MIPS macro instructions extend an underlying architectural instruction
564 while others are entirely new.  An example of the former type is @code{and},
565 which allows the third operand to be either a register or an arbitrary
566 immediate value.  Examples of the latter type include @code{bgt}, which
567 branches to the third operand when the first operand is greater than
568 the second operand, and @code{ulh}, which implements an unaligned
569 2-byte load.
570
571 One of the most common extensions provided by macros is to expand
572 memory offsets to the full address range (32 or 64 bits) and to allow
573 symbolic offsets such as @samp{my_data + 4} to be used in place of
574 integer constants.  For example, the architectural instruction
575 @code{lbu} allows only a signed 16-bit offset, whereas the macro
576 @code{lbu} allows code such as @samp{lbu $4,array+32769($5)}.
577 The implementation of these symbolic offsets depends on several factors,
578 such as whether the assembler is generating SVR4-style PIC (selected by
579 @option{-KPIC}, @pxref{MIPS Options,, Assembler options}), the size of symbols
580 (@pxref{MIPS Symbol Sizes,, Directives to override the size of symbols}),
581 and the small data limit (@pxref{MIPS Small Data,, Controlling the use
582 of small data accesses}).
583
584 @kindex @code{.set macro}
585 @kindex @code{.set nomacro}
586 Sometimes it is undesirable to have one assembly instruction expand
587 to several machine instructions.  The directive @code{.set nomacro}
588 tells the assembler to warn when this happens.  @code{.set macro}
589 restores the default behavior.
590
591 @cindex @code{at} register, MIPS
592 @kindex @code{.set at=@var{reg}}
593 Some macro instructions need a temporary register to store intermediate
594 results.  This register is usually @code{$1}, also known as @code{$at},
595 but it can be changed to any core register @var{reg} using
596 @code{.set at=@var{reg}}.  Note that @code{$at} always refers
597 to @code{$1} regardless of which register is being used as the
598 temporary register.
599
600 @kindex @code{.set at}
601 @kindex @code{.set noat}
602 Implicit uses of the temporary register in macros could interfere with
603 explicit uses in the assembly code.  The assembler therefore warns
604 whenever it sees an explicit use of the temporary register.  The directive
605 @code{.set noat} silences this warning while @code{.set at} restores
606 the default behavior.  It is safe to use @code{.set noat} while
607 @code{.set nomacro} is in effect since single-instruction macros
608 never need a temporary register.
609
610 Note that while the @sc{gnu} assembler provides these macros for compatibility,
611 it does not make any attempt to optimize them with the surrounding code.
612
613 @node MIPS Symbol Sizes
614 @section Directives to override the size of symbols
615
616 @kindex @code{.set sym32}
617 @kindex @code{.set nosym32}
618 The n64 ABI allows symbols to have any 64-bit value.  Although this
619 provides a great deal of flexibility, it means that some macros have
620 much longer expansions than their 32-bit counterparts.  For example,
621 the non-PIC expansion of @samp{dla $4,sym} is usually:
622
623 @smallexample
624 lui     $4,%highest(sym)
625 lui     $1,%hi(sym)
626 daddiu  $4,$4,%higher(sym)
627 daddiu  $1,$1,%lo(sym)
628 dsll32  $4,$4,0
629 daddu   $4,$4,$1
630 @end smallexample
631
632 whereas the 32-bit expansion is simply:
633
634 @smallexample
635 lui     $4,%hi(sym)
636 daddiu  $4,$4,%lo(sym)
637 @end smallexample
638
639 n64 code is sometimes constructed in such a way that all symbolic
640 constants are known to have 32-bit values, and in such cases, it's
641 preferable to use the 32-bit expansion instead of the 64-bit
642 expansion.
643
644 You can use the @code{.set sym32} directive to tell the assembler
645 that, from this point on, all expressions of the form
646 @samp{@var{symbol}} or @samp{@var{symbol} + @var{offset}}
647 have 32-bit values.  For example:
648
649 @smallexample
650 .set sym32
651 dla     $4,sym
652 lw      $4,sym+16
653 sw      $4,sym+0x8000($4)
654 @end smallexample
655
656 will cause the assembler to treat @samp{sym}, @code{sym+16} and
657 @code{sym+0x8000} as 32-bit values.  The handling of non-symbolic
658 addresses is not affected.
659
660 The directive @code{.set nosym32} ends a @code{.set sym32} block and
661 reverts to the normal behavior.  It is also possible to change the
662 symbol size using the command-line options @option{-msym32} and
663 @option{-mno-sym32}.
664
665 These options and directives are always accepted, but at present,
666 they have no effect for anything other than n64.
667
668 @node MIPS Small Data
669 @section Controlling the use of small data accesses
670
671 @c This section deliberately glosses over the possibility of using -G
672 @c in SVR4-style PIC, as could be done on IRIX.  We don't support that.
673 @cindex small data, MIPS
674 @cindex @code{gp} register, MIPS
675 It often takes several instructions to load the address of a symbol.
676 For example, when @samp{addr} is a 32-bit symbol, the non-PIC expansion
677 of @samp{dla $4,addr} is usually:
678
679 @smallexample
680 lui     $4,%hi(addr)
681 daddiu  $4,$4,%lo(addr)
682 @end smallexample
683
684 The sequence is much longer when @samp{addr} is a 64-bit symbol.
685 @xref{MIPS Symbol Sizes,, Directives to override the size of symbols}.
686
687 In order to cut down on this overhead, most embedded MIPS systems
688 set aside a 64-kilobyte ``small data'' area and guarantee that all
689 data of size @var{n} and smaller will be placed in that area.
690 The limit @var{n} is passed to both the assembler and the linker
691 using the command-line option @option{-G @var{n}}, @pxref{MIPS Options,,
692 Assembler options}.  Note that the same value of @var{n} must be used
693 when linking and when assembling all input files to the link; any
694 inconsistency could cause a relocation overflow error.
695
696 The size of an object in the @code{.bss} section is set by the
697 @code{.comm} or @code{.lcomm} directive that defines it.  The size of
698 an external object may be set with the @code{.extern} directive.  For
699 example, @samp{.extern sym,4} declares that the object at @code{sym}
700 is 4 bytes in length, while leaving @code{sym} otherwise undefined.
701
702 When no @option{-G} option is given, the default limit is 8 bytes.
703 The option @option{-G 0} prevents any data from being automatically
704 classified as small.
705
706 It is also possible to mark specific objects as small by putting them
707 in the special sections @code{.sdata} and @code{.sbss}, which are
708 ``small'' counterparts of @code{.data} and @code{.bss} respectively.
709 The toolchain will treat such data as small regardless of the
710 @option{-G} setting.
711
712 On startup, systems that support a small data area are expected to
713 initialize register @code{$28}, also known as @code{$gp}, in such a
714 way that small data can be accessed using a 16-bit offset from that
715 register.  For example, when @samp{addr} is small data,
716 the @samp{dla $4,addr} instruction above is equivalent to:
717
718 @smallexample
719 daddiu  $4,$28,%gp_rel(addr)
720 @end smallexample
721
722 Small data is not supported for SVR4-style PIC.
723
724 @node MIPS ISA
725 @section Directives to override the ISA level
726
727 @cindex MIPS ISA override
728 @kindex @code{.set mips@var{n}}
729 @sc{gnu} @code{@value{AS}} supports an additional directive to change
730 the MIPS Instruction Set Architecture level on the fly: @code{.set
731 mips@var{n}}.  @var{n} should be a number from 0 to 5, or 32, 32r2, 32r3,
732 32r5, 32r6, 64, 64r2, 64r3, 64r5 or 64r6.
733 The values other than 0 make the assembler accept instructions
734 for the corresponding ISA level, from that point on in the
735 assembly.  @code{.set mips@var{n}} affects not only which instructions
736 are permitted, but also how certain macros are expanded.  @code{.set
737 mips0} restores the ISA level to its original level: either the
738 level you selected with command line options, or the default for your
739 configuration.  You can use this feature to permit specific MIPS III
740 instructions while assembling in 32 bit mode.  Use this directive with
741 care!
742
743 @cindex MIPS CPU override
744 @kindex @code{.set arch=@var{cpu}}
745 The @code{.set arch=@var{cpu}} directive provides even finer control.
746 It changes the effective CPU target and allows the assembler to use
747 instructions specific to a particular CPU.  All CPUs supported by the
748 @samp{-march} command line option are also selectable by this directive.
749 The original value is restored by @code{.set arch=default}.
750
751 The directive @code{.set mips16} puts the assembler into MIPS 16 mode,
752 in which it will assemble instructions for the MIPS 16 processor.  Use
753 @code{.set nomips16} to return to normal 32 bit mode.
754
755 Traditional MIPS assemblers do not support this directive.
756
757 The directive @code{.set micromips} puts the assembler into microMIPS mode,
758 in which it will assemble instructions for the microMIPS processor.  Use
759 @code{.set nomicromips} to return to normal 32 bit mode.
760
761 Traditional MIPS assemblers do not support this directive.
762
763 @node MIPS assembly options
764 @section Directives to control code generation
765
766 @cindex MIPS directives to override command line options
767 @kindex @code{.module}
768 The @code{.module} directive allows command line options to be set directly
769 from assembly.  The format of the directive matches the @code{.set}
770 directive but only those options which are relevant to a whole module are
771 supported.  The effect of a @code{.module} directive is the same as the
772 corresponding command line option.  Where @code{.set} directives support
773 returning to a default then the @code{.module} directives do not as they
774 define the defaults.
775
776 These module-level directives must appear first in assembly.
777
778 Traditional MIPS assemblers do not support this directive.
779
780 @cindex MIPS 32-bit microMIPS instruction generation override
781 @kindex @code{.set insn32}
782 @kindex @code{.set noinsn32}
783 The directive @code{.set insn32} makes the assembler only use 32-bit
784 instruction encodings when generating code for the microMIPS processor.
785 This directive inhibits the use of any 16-bit instructions from that
786 point on in the assembly.  The @code{.set noinsn32} directive allows
787 16-bit instructions to be accepted.
788
789 Traditional MIPS assemblers do not support this directive.
790
791 @node MIPS autoextend
792 @section Directives for extending MIPS 16 bit instructions
793
794 @kindex @code{.set autoextend}
795 @kindex @code{.set noautoextend}
796 By default, MIPS 16 instructions are automatically extended to 32 bits
797 when necessary.  The directive @code{.set noautoextend} will turn this
798 off.  When @code{.set noautoextend} is in effect, any 32 bit instruction
799 must be explicitly extended with the @code{.e} modifier (e.g.,
800 @code{li.e $4,1000}).  The directive @code{.set autoextend} may be used
801 to once again automatically extend instructions when necessary.
802
803 This directive is only meaningful when in MIPS 16 mode.  Traditional
804 MIPS assemblers do not support this directive.
805
806 @node MIPS insn
807 @section Directive to mark data as an instruction
808
809 @kindex @code{.insn}
810 The @code{.insn} directive tells @code{@value{AS}} that the following
811 data is actually instructions.  This makes a difference in MIPS 16 and
812 microMIPS modes: when loading the address of a label which precedes
813 instructions, @code{@value{AS}} automatically adds 1 to the value, so
814 that jumping to the loaded address will do the right thing.
815
816 @kindex @code{.global}
817 The @code{.global} and @code{.globl} directives supported by
818 @code{@value{AS}} will by default mark the symbol as pointing to a
819 region of data not code.  This means that, for example, any
820 instructions following such a symbol will not be disassembled by
821 @code{objdump} as it will regard them as data.  To change this
822 behavior an optional section name can be placed after the symbol name
823 in the @code{.global} directive.  If this section exists and is known
824 to be a code section, then the symbol will be marked as pointing at
825 code not data.  Ie the syntax for the directive is:
826
827   @code{.global @var{symbol}[ @var{section}][, @var{symbol}[ @var{section}]] ...},
828
829 Here is a short example:
830
831 @example
832         .global foo .text, bar, baz .data
833 foo:
834         nop
835 bar:
836         .word 0x0
837 baz:
838         .word 0x1
839
840 @end example
841
842 @node MIPS FP ABIs
843 @section Directives to control the FP ABI
844 @menu
845 * MIPS FP ABI History::                History of FP ABIs
846 * MIPS FP ABI Variants::               Supported FP ABIs
847 * MIPS FP ABI Selection::              Automatic selection of FP ABI
848 * MIPS FP ABI Compatibility::          Linking different FP ABI variants
849 @end menu
850
851 @node MIPS FP ABI History
852 @subsection History of FP ABIs
853 @cindex @code{.gnu_attribute 4, @var{n}} directive, MIPS
854 @cindex @code{.gnu_attribute Tag_GNU_MIPS_ABI_FP, @var{n}} directive, MIPS
855 The MIPS ABIs support a variety of different floating-point extensions
856 where calling-convention and register sizes vary for floating-point data.
857 The extensions exist to support a wide variety of optional architecture
858 features.  The resulting ABI variants are generally incompatible with each
859 other and must be tracked carefully.
860
861 Traditionally the use of an explicit @code{.gnu_attribute 4, @var{n}}
862 directive is used to indicate which ABI is in use by a specific module.
863 It was then left to the user to ensure that command line options and the
864 selected ABI were compatible with some potential for inconsistencies.
865
866 @node MIPS FP ABI Variants
867 @subsection Supported FP ABIs
868 The supported floating-point ABI variants are:
869
870 @table @code
871 @item 0 - No floating-point
872 This variant is used to indicate that floating-point is not used within
873 the module at all and therefore has no impact on the ABI.  This is the
874 default.
875
876 @item 1 - Double-precision
877 This variant indicates that double-precision support is used.  For 64-bit
878 ABIs this means that 64-bit wide floating-point registers are required.
879 For 32-bit ABIs this means that 32-bit wide floating-point registers are
880 required and double-precision operations use pairs of registers.
881
882 @item 2 - Single-precision
883 This variant indicates that single-precision support is used.  Double
884 precision operations will be supported via soft-float routines.
885
886 @item 3 - Soft-float
887 This variant indicates that although floating-point support is used all
888 operations are emulated in software.  This means the ABI is modified to
889 pass all floating-point data in general-purpose registers.
890
891 @item 4 - Deprecated
892 This variant existed as an initial attempt at supporting 64-bit wide
893 floating-point registers for O32 ABI on a MIPS32r2 CPU.  This has been
894 superseded by 5, 6 and 7.
895
896 @item 5 - Double-precision 32-bit CPU, 32-bit or 64-bit FPU
897 This variant is used by 32-bit ABIs to indicate that the floating-point
898 code in the module has been designed to operate correctly with either
899 32-bit wide or 64-bit wide floating-point registers.  Double-precision
900 support is used.  Only O32 currently supports this variant and requires
901 a minimum architecture of MIPS II.
902
903 @item 6 - Double-precision 32-bit FPU, 64-bit FPU
904 This variant is used by 32-bit ABIs to indicate that the floating-point
905 code in the module requires 64-bit wide floating-point registers.
906 Double-precision support is used.  Only O32 currently supports this
907 variant and requires a minimum architecture of MIPS32r2.
908
909 @item 7 - Double-precision compat 32-bit FPU, 64-bit FPU
910 This variant is used by 32-bit ABIs to indicate that the floating-point
911 code in the module requires 64-bit wide floating-point registers.
912 Double-precision support is used.  This differs from the previous ABI
913 as it restricts use of odd-numbered single-precision registers.  Only
914 O32 currently supports this variant and requires a minimum architecture
915 of MIPS32r2.
916 @end table
917
918 @node MIPS FP ABI Selection
919 @subsection Automatic selection of FP ABI
920 @cindex @code{.module fp=@var{nn}} directive, MIPS
921 In order to simplify and add safety to the process of selecting the
922 correct floating-point ABI, the assembler will automatically infer the
923 correct @code{.gnu_attribute 4, @var{n}} directive based on command line
924 options and @code{.module} overrides.  Where an explicit
925 @code{.gnu_attribute 4, @var{n}} directive has been seen then a warning
926 will be raised if it does not match an inferred setting.
927
928 The floating-point ABI is inferred as follows.  If @samp{-msoft-float}
929 has been used the module will be marked as soft-float.  If
930 @samp{-msingle-float} has been used then the module will be marked as
931 single-precision.  The remaining ABIs are then selected based
932 on the FP register width.  Double-precision is selected if the width
933 of GP and FP registers match and the special double-precision variants
934 for 32-bit ABIs are then selected depending on @samp{-mfpxx},
935 @samp{-mfp64} and @samp{-mno-odd-spreg}.
936
937 @node MIPS FP ABI Compatibility
938 @subsection Linking different FP ABI variants
939 Modules using the default FP ABI (no floating-point) can be linked with
940 any other (singular) FP ABI variant.
941
942 Special compatibility support exists for O32 with the four
943 double-precision FP ABI variants.  The @samp{-mfpxx} FP ABI is specifically
944 designed to be compatible with the standard double-precision ABI and the
945 @samp{-mfp64} FP ABIs.  This makes it desirable for O32 modules to be
946 built as @samp{-mfpxx} to ensure the maximum compatibility with other
947 modules produced for more specific needs.  The only FP ABIs which cannot
948 be linked together are the standard double-precision ABI and the full
949 @samp{-mfp64} ABI with @samp{-modd-spreg}.
950
951 @node MIPS NaN Encodings
952 @section Directives to record which NaN encoding is being used
953
954 @cindex MIPS IEEE 754 NaN data encoding selection
955 @cindex @code{.nan} directive, MIPS
956 The IEEE 754 floating-point standard defines two types of not-a-number
957 (NaN) data: ``signalling'' NaNs and ``quiet'' NaNs.  The original version
958 of the standard did not specify how these two types should be
959 distinguished.  Most implementations followed the i387 model, in which
960 the first bit of the significand is set for quiet NaNs and clear for
961 signalling NaNs.  However, the original MIPS implementation assigned the
962 opposite meaning to the bit, so that it was set for signalling NaNs and
963 clear for quiet NaNs.
964
965 The 2008 revision of the standard formally suggested the i387 choice
966 and as from Sep 2012 the current release of the MIPS architecture
967 therefore optionally supports that form.  Code that uses one NaN encoding
968 would usually be incompatible with code that uses the other NaN encoding,
969 so MIPS ELF objects have a flag (@code{EF_MIPS_NAN2008}) to record which
970 encoding is being used.
971
972 Assembly files can use the @code{.nan} directive to select between the
973 two encodings.  @samp{.nan 2008} says that the assembly file uses the
974 IEEE 754-2008 encoding while @samp{.nan legacy} says that the file uses
975 the original MIPS encoding.  If several @code{.nan} directives are given,
976 the final setting is the one that is used.
977
978 The command-line options @option{-mnan=legacy} and @option{-mnan=2008}
979 can be used instead of @samp{.nan legacy} and @samp{.nan 2008}
980 respectively.  However, any @code{.nan} directive overrides the
981 command-line setting.
982
983 @samp{.nan legacy} is the default if no @code{.nan} directive or
984 @option{-mnan} option is given.
985
986 Note that @sc{gnu} @code{@value{AS}} does not produce NaNs itself and
987 therefore these directives do not affect code generation.  They simply
988 control the setting of the @code{EF_MIPS_NAN2008} flag.
989
990 Traditional MIPS assemblers do not support these directives.
991
992 @node MIPS Option Stack
993 @section Directives to save and restore options
994
995 @cindex MIPS option stack
996 @kindex @code{.set push}
997 @kindex @code{.set pop}
998 The directives @code{.set push} and @code{.set pop} may be used to save
999 and restore the current settings for all the options which are
1000 controlled by @code{.set}.  The @code{.set push} directive saves the
1001 current settings on a stack.  The @code{.set pop} directive pops the
1002 stack and restores the settings.
1003
1004 These directives can be useful inside an macro which must change an
1005 option such as the ISA level or instruction reordering but does not want
1006 to change the state of the code which invoked the macro.
1007
1008 Traditional MIPS assemblers do not support these directives.
1009
1010 @node MIPS ASE Instruction Generation Overrides
1011 @section Directives to control generation of MIPS ASE instructions
1012
1013 @cindex MIPS MIPS-3D instruction generation override
1014 @kindex @code{.set mips3d}
1015 @kindex @code{.set nomips3d}
1016 The directive @code{.set mips3d} makes the assembler accept instructions
1017 from the MIPS-3D Application Specific Extension from that point on
1018 in the assembly.  The @code{.set nomips3d} directive prevents MIPS-3D
1019 instructions from being accepted.
1020
1021 @cindex SmartMIPS instruction generation override
1022 @kindex @code{.set smartmips}
1023 @kindex @code{.set nosmartmips}
1024 The directive @code{.set smartmips} makes the assembler accept
1025 instructions from the SmartMIPS Application Specific Extension to the
1026 MIPS32 ISA from that point on in the assembly.  The
1027 @code{.set nosmartmips} directive prevents SmartMIPS instructions from
1028 being accepted.
1029
1030 @cindex MIPS MDMX instruction generation override
1031 @kindex @code{.set mdmx}
1032 @kindex @code{.set nomdmx}
1033 The directive @code{.set mdmx} makes the assembler accept instructions
1034 from the MDMX Application Specific Extension from that point on
1035 in the assembly.  The @code{.set nomdmx} directive prevents MDMX
1036 instructions from being accepted.
1037
1038 @cindex MIPS DSP Release 1 instruction generation override
1039 @kindex @code{.set dsp}
1040 @kindex @code{.set nodsp}
1041 The directive @code{.set dsp} makes the assembler accept instructions
1042 from the DSP Release 1 Application Specific Extension from that point
1043 on in the assembly.  The @code{.set nodsp} directive prevents DSP
1044 Release 1 instructions from being accepted.
1045
1046 @cindex MIPS DSP Release 2 instruction generation override
1047 @kindex @code{.set dspr2}
1048 @kindex @code{.set nodspr2}
1049 The directive @code{.set dspr2} makes the assembler accept instructions
1050 from the DSP Release 2 Application Specific Extension from that point
1051 on in the assembly.  This directive implies @code{.set dsp}.  The
1052 @code{.set nodspr2} directive prevents DSP Release 2 instructions from
1053 being accepted.
1054
1055 @cindex MIPS DSP Release 3 instruction generation override
1056 @kindex @code{.set dspr3}
1057 @kindex @code{.set nodspr3}
1058 The directive @code{.set dspr3} makes the assembler accept instructions
1059 from the DSP Release 3 Application Specific Extension from that point
1060 on in the assembly.  This directive implies @code{.set dsp} and
1061 @code{.set dspr2}.  The @code{.set nodspr3} directive prevents DSP
1062 Release 3 instructions from being accepted.
1063
1064 @cindex MIPS MT instruction generation override
1065 @kindex @code{.set mt}
1066 @kindex @code{.set nomt}
1067 The directive @code{.set mt} makes the assembler accept instructions
1068 from the MT Application Specific Extension from that point on
1069 in the assembly.  The @code{.set nomt} directive prevents MT
1070 instructions from being accepted.
1071
1072 @cindex MIPS MCU instruction generation override
1073 @kindex @code{.set mcu}
1074 @kindex @code{.set nomcu}
1075 The directive @code{.set mcu} makes the assembler accept instructions
1076 from the MCU Application Specific Extension from that point on
1077 in the assembly.  The @code{.set nomcu} directive prevents MCU
1078 instructions from being accepted.
1079
1080 @cindex MIPS SIMD Architecture instruction generation override
1081 @kindex @code{.set msa}
1082 @kindex @code{.set nomsa}
1083 The directive @code{.set msa} makes the assembler accept instructions
1084 from the MIPS SIMD Architecture Extension from that point on
1085 in the assembly.  The @code{.set nomsa} directive prevents MSA
1086 instructions from being accepted.
1087
1088 @cindex Virtualization instruction generation override
1089 @kindex @code{.set virt}
1090 @kindex @code{.set novirt}
1091 The directive @code{.set virt} makes the assembler accept instructions
1092 from the Virtualization Application Specific Extension from that point
1093 on in the assembly.  The @code{.set novirt} directive prevents Virtualization
1094 instructions from being accepted.
1095
1096 @cindex MIPS eXtended Physical Address (XPA) instruction generation override
1097 @kindex @code{.set xpa}
1098 @kindex @code{.set noxpa}
1099 The directive @code{.set xpa} makes the assembler accept instructions
1100 from the XPA Extension from that point on in the assembly.  The 
1101 @code{.set noxpa} directive prevents XPA instructions from being accepted.
1102
1103 @cindex MIPS16e2 instruction generation override
1104 @kindex @code{.set mips16e2}
1105 @kindex @code{.set nomips16e2}
1106 The directive @code{.set mips16e2} makes the assembler accept instructions
1107 from the MIPS16e2 Application Specific Extension from that point on in the
1108 assembly, whenever in MIPS16 mode.  The @code{.set nomips16e2} prevents
1109 MIPS16e2 instructions from being accepted, in MIPS16 mode.  Neither
1110 directive affects the state of MIPS16 mode being active itself which has
1111 separate controls.
1112
1113 Traditional MIPS assemblers do not support these directives.
1114
1115 @node MIPS Floating-Point
1116 @section Directives to override floating-point options
1117
1118 @cindex Disable floating-point instructions
1119 @kindex @code{.set softfloat}
1120 @kindex @code{.set hardfloat}
1121 The directives @code{.set softfloat} and @code{.set hardfloat} provide
1122 finer control of disabling and enabling float-point instructions.
1123 These directives always override the default (that hard-float
1124 instructions are accepted) or the command-line options
1125 (@samp{-msoft-float} and @samp{-mhard-float}).
1126
1127 @cindex Disable single-precision floating-point operations
1128 @kindex @code{.set singlefloat}
1129 @kindex @code{.set doublefloat}
1130 The directives @code{.set singlefloat} and @code{.set doublefloat}
1131 provide finer control of disabling and enabling double-precision
1132 float-point operations.  These directives always override the default
1133 (that double-precision operations are accepted) or the command-line
1134 options (@samp{-msingle-float} and @samp{-mdouble-float}).
1135
1136 Traditional MIPS assemblers do not support these directives.
1137
1138 @node MIPS Syntax
1139 @section Syntactical considerations for the MIPS assembler
1140 @menu
1141 * MIPS-Chars::                Special Characters
1142 @end menu
1143
1144 @node MIPS-Chars
1145 @subsection Special Characters
1146
1147 @cindex line comment character, MIPS
1148 @cindex MIPS line comment character
1149 The presence of a @samp{#} on a line indicates the start of a comment
1150 that extends to the end of the current line.
1151
1152 If a @samp{#} appears as the first character of a line, the whole line
1153 is treated as a comment, but in this case the line can also be a
1154 logical line number directive (@pxref{Comments}) or a
1155 preprocessor control command (@pxref{Preprocessing}).
1156
1157 @cindex line separator, MIPS
1158 @cindex statement separator, MIPS
1159 @cindex MIPS line separator
1160 The @samp{;} character can be used to separate statements on the same
1161 line.