Don't treat `;' as a line separator by default.
[external/binutils.git] / gas / doc / internals.texi
1 \input texinfo
2 @setfilename internals.info
3 @node Top
4 @top Assembler Internals
5 @raisesections
6 @cindex internals
7
8 This chapter describes the internals of the assembler.  It is incomplete, but
9 it may help a bit.
10
11 This chapter is not updated regularly, and it may be out of date.
12
13 @menu
14 * GAS versions::        GAS versions
15 * Data types::          Data types
16 * GAS processing::      What GAS does when it runs
17 * Porting GAS::         Porting GAS
18 * Relaxation::          Relaxation
19 * Broken words::        Broken words
20 * Internal functions::  Internal functions
21 * Test suite::          Test suite
22 @end menu
23
24 @node GAS versions
25 @section GAS versions
26
27 GAS has acquired layers of code over time.  The original GAS only supported the
28 a.out object file format, with three sections.  Support for multiple sections
29 has been added in two different ways.
30
31 The preferred approach is to use the version of GAS created when the symbol
32 @code{BFD_ASSEMBLER} is defined.  The other versions of GAS are documented for
33 historical purposes, and to help anybody who has to debug code written for
34 them.
35
36 The type @code{segT} is used to represent a section in code which must work
37 with all versions of GAS.
38
39 @menu
40 * Original GAS::        Original GAS version
41 * MANY_SEGMENTS::       MANY_SEGMENTS gas version
42 * BFD_ASSEMBLER::       BFD_ASSEMBLER gas version
43 @end menu
44
45 @node Original GAS
46 @subsection Original GAS
47
48 The original GAS only supported the a.out object file format with three
49 sections: @samp{.text}, @samp{.data}, and @samp{.bss}.  This is the version of
50 GAS that is compiled if neither @code{BFD_ASSEMBLER} nor @code{MANY_SEGMENTS}
51 is defined.  This version of GAS is still used for the m68k-aout target, and
52 perhaps others.
53
54 This version of GAS should not be used for any new development.
55
56 There is still code that is specific to this version of GAS, notably in
57 @file{write.c}.  There is no way for this code to loop through all the
58 sections; it simply looks at global variables like @code{text_frag_root} and
59 @code{data_frag_root}.
60
61 The type @code{segT} is an enum.
62
63 @node MANY_SEGMENTS
64 @subsection MANY_SEGMENTS gas version
65 @cindex MANY_SEGMENTS
66
67 The @code{MANY_SEGMENTS} version of gas is only used for COFF.  It uses the BFD
68 library, but it writes out all the data itself using @code{bfd_write}.  This
69 version of gas supports up to 40 normal sections.  The section names are stored
70 in the @code{seg_name} array.  Other information is stored in the
71 @code{segment_info} array.
72
73 The type @code{segT} is an enum.  Code that wants to examine all the sections
74 can use a @code{segT} variable as loop index from @code{SEG_E0} up to but not
75 including @code{SEG_UNKNOWN}.
76
77 Most of the code specific to this version of GAS is in the file
78 @file{config/obj-coff.c}, in the portion of that file that is compiled when
79 @code{BFD_ASSEMBLER} is not defined.
80
81 This version of GAS is still used for several COFF targets.
82
83 @node BFD_ASSEMBLER
84 @subsection BFD_ASSEMBLER gas version
85 @cindex BFD_ASSEMBLER
86
87 The preferred version of GAS is the @code{BFD_ASSEMBLER} version.  In this
88 version of GAS, the output file is a normal BFD, and the BFD routines are used
89 to generate the output.
90
91 @code{BFD_ASSEMBLER} will automatically be used for certain targets, including
92 those that use the ELF, ECOFF, and SOM object file formats, and also all Alpha,
93 MIPS, PowerPC, and SPARC targets.  You can force the use of
94 @code{BFD_ASSEMBLER} for other targets with the configure option
95 @samp{--enable-bfd-assembler}; however, it has not been tested for many
96 targets, and can not be assumed to work.
97
98 @node Data types
99 @section Data types
100 @cindex internals, data types
101
102 This section describes some fundamental GAS data types.
103
104 @menu
105 * Symbols::             The symbolS structure
106 * Expressions::         The expressionS structure
107 * Fixups::              The fixS structure
108 * Frags::               The fragS structure
109 @end menu
110
111 @node Symbols
112 @subsection Symbols
113 @cindex internals, symbols
114 @cindex symbols, internal
115 @cindex symbolS structure
116
117 The definition for the symbol structure, @code{symbolS}, is located in
118 @file{struc-symbol.h}.
119
120 In general, the fields of this structure may not be referred to directly.
121 Instead, you must use one of the accessor functions defined in @file{symbol.h}.
122 These accessor functions should work for any GAS version.
123
124 Symbol structures contain the following fields:
125
126 @table @code
127 @item sy_value
128 This is an @code{expressionS} that describes the value of the symbol.  It might
129 refer to one or more other symbols; if so, its true value may not be known
130 until @code{resolve_symbol_value} is called in @code{write_object_file}.
131
132 The expression is often simply a constant.  Before @code{resolve_symbol_value}
133 is called, the value is the offset from the frag (@pxref{Frags}).  Afterward,
134 the frag address has been added in.
135
136 @item sy_resolved
137 This field is non-zero if the symbol's value has been completely resolved.  It
138 is used during the final pass over the symbol table.
139
140 @item sy_resolving
141 This field is used to detect loops while resolving the symbol's value.
142
143 @item sy_used_in_reloc
144 This field is non-zero if the symbol is used by a relocation entry.  If a local
145 symbol is used in a relocation entry, it must be possible to redirect those
146 relocations to other symbols, or this symbol cannot be removed from the final
147 symbol list.
148
149 @item sy_next
150 @itemx sy_previous
151 These pointers to other @code{symbolS} structures describe a singly or doubly
152 linked list.  (If @code{SYMBOLS_NEED_BACKPOINTERS} is not defined, the
153 @code{sy_previous} field will be omitted; @code{SYMBOLS_NEED_BACKPOINTERS} is
154 always defined if @code{BFD_ASSEMBLER}.)  These fields should be accessed with
155 the @code{symbol_next} and @code{symbol_previous} macros.
156
157 @item sy_frag
158 This points to the frag (@pxref{Frags}) that this symbol is attached to.
159
160 @item sy_used
161 Whether the symbol is used as an operand or in an expression.  Note: Not all of
162 the backends keep this information accurate; backends which use this bit are
163 responsible for setting it when a symbol is used in backend routines.
164
165 @item sy_mri_common
166 Whether the symbol is an MRI common symbol created by the @code{COMMON}
167 pseudo-op when assembling in MRI mode.
168
169 @item bsym
170 If @code{BFD_ASSEMBLER} is defined, this points to the BFD @code{asymbol} that
171 will be used in writing the object file.
172
173 @item sy_name_offset
174 (Only used if @code{BFD_ASSEMBLER} is not defined.)  This is the position of
175 the symbol's name in the string table of the object file.  On some formats,
176 this will start at position 4, with position 0 reserved for unnamed symbols.
177 This field is not used until @code{write_object_file} is called.
178
179 @item sy_symbol
180 (Only used if @code{BFD_ASSEMBLER} is not defined.)  This is the
181 format-specific symbol structure, as it would be written into the object file.
182
183 @item sy_number
184 (Only used if @code{BFD_ASSEMBLER} is not defined.)  This is a 24-bit symbol
185 number, for use in constructing relocation table entries.
186
187 @item sy_obj
188 This format-specific data is of type @code{OBJ_SYMFIELD_TYPE}.  If no macro by
189 that name is defined in @file{obj-format.h}, this field is not defined.
190
191 @item sy_tc
192 This processor-specific data is of type @code{TC_SYMFIELD_TYPE}.  If no macro
193 by that name is defined in @file{targ-cpu.h}, this field is not defined.
194
195 @end table
196
197 Here is a description of the accessor functions.  These should be used rather
198 than referring to the fields of @code{symbolS} directly.
199
200 @table @code
201 @item S_SET_VALUE
202 @cindex S_SET_VALUE
203 Set the symbol's value.
204
205 @item S_GET_VALUE
206 @cindex S_GET_VALUE
207 Get the symbol's value.  This will cause @code{resolve_symbol_value} to be
208 called if necessary, so @code{S_GET_VALUE} should only be called when it is
209 safe to resolve symbols (i.e., after the entire input file has been read and
210 all symbols have been defined).
211
212 @item S_SET_SEGMENT
213 @cindex S_SET_SEGMENT
214 Set the section of the symbol.
215
216 @item S_GET_SEGMENT
217 @cindex S_GET_SEGMENT
218 Get the symbol's section.
219
220 @item S_GET_NAME
221 @cindex S_GET_NAME
222 Get the name of the symbol.
223
224 @item S_SET_NAME
225 @cindex S_SET_NAME
226 Set the name of the symbol.
227
228 @item S_IS_EXTERNAL
229 @cindex S_IS_EXTERNAL
230 Return non-zero if the symbol is externally visible.
231
232 @item S_IS_EXTERN
233 @cindex S_IS_EXTERN
234 A synonym for @code{S_IS_EXTERNAL}.  Don't use it.
235
236 @item S_IS_WEAK
237 @cindex S_IS_WEAK
238 Return non-zero if the symbol is weak.
239
240 @item S_IS_COMMON
241 @cindex S_IS_COMMON
242 Return non-zero if this is a common symbol.  Common symbols are sometimes
243 represented as undefined symbols with a value, in which case this function will
244 not be reliable.
245
246 @item S_IS_DEFINED
247 @cindex S_IS_DEFINED
248 Return non-zero if this symbol is defined.  This function is not reliable when
249 called on a common symbol.
250
251 @item S_IS_DEBUG
252 @cindex S_IS_DEBUG
253 Return non-zero if this is a debugging symbol.
254
255 @item S_IS_LOCAL
256 @cindex S_IS_LOCAL
257 Return non-zero if this is a local assembler symbol which should not be
258 included in the final symbol table.  Note that this is not the opposite of
259 @code{S_IS_EXTERNAL}.  The @samp{-L} assembler option affects the return value
260 of this function.
261
262 @item S_SET_EXTERNAL
263 @cindex S_SET_EXTERNAL
264 Mark the symbol as externally visible.
265
266 @item S_CLEAR_EXTERNAL
267 @cindex S_CLEAR_EXTERNAL
268 Mark the symbol as not externally visible.
269
270 @item S_SET_WEAK
271 @cindex S_SET_WEAK
272 Mark the symbol as weak.
273
274 @item S_GET_TYPE
275 @item S_GET_DESC
276 @item S_GET_OTHER
277 @cindex S_GET_TYPE
278 @cindex S_GET_DESC
279 @cindex S_GET_OTHER
280 Get the @code{type}, @code{desc}, and @code{other} fields of the symbol.  These
281 are only defined for object file formats for which they make sense (primarily
282 a.out).
283
284 @item S_SET_TYPE
285 @item S_SET_DESC
286 @item S_SET_OTHER
287 @cindex S_SET_TYPE
288 @cindex S_SET_DESC
289 @cindex S_SET_OTHER
290 Set the @code{type}, @code{desc}, and @code{other} fields of the symbol.  These
291 are only defined for object file formats for which they make sense (primarily
292 a.out).
293
294 @item S_GET_SIZE
295 @cindex S_GET_SIZE
296 Get the size of a symbol.  This is only defined for object file formats for
297 which it makes sense (primarily ELF).
298
299 @item S_SET_SIZE
300 @cindex S_SET_SIZE
301 Set the size of a symbol.  This is only defined for object file formats for
302 which it makes sense (primarily ELF).
303
304 @item symbol_get_value_expression
305 @cindex symbol_get_value_expression
306 Get a pointer to an @code{expressionS} structure which represents the value of
307 the symbol as an expression.
308
309 @item symbol_set_value_expression
310 @cindex symbol_set_value_expression
311 Set the value of a symbol to an expression.
312
313 @item symbol_set_frag
314 @cindex symbol_set_frag
315 Set the frag where a symbol is defined.
316
317 @item symbol_get_frag
318 @cindex symbol_get_frag
319 Get the frag where a symbol is defined.
320
321 @item symbol_mark_used
322 @cindex symbol_mark_used
323 Mark a symbol as having been used in an expression.
324
325 @item symbol_clear_used
326 @cindex symbol_clear_used
327 Clear the mark indicating that a symbol was used in an expression.
328
329 @item symbol_used_p
330 @cindex symbol_used_p
331 Return whether a symbol was used in an expression.
332
333 @item symbol_mark_used_in_reloc
334 @cindex symbol_mark_used_in_reloc
335 Mark a symbol as having been used by a relocation.
336
337 @item symbol_clear_used_in_reloc
338 @cindex symbol_clear_used_in_reloc
339 Clear the mark indicating that a symbol was used in a relocation.
340
341 @item symbol_used_in_reloc_p
342 @cindex symbol_used_in_reloc_p
343 Return whether a symbol was used in a relocation.
344
345 @item symbol_mark_mri_common
346 @cindex symbol_mark_mri_common
347 Mark a symbol as an MRI common symbol.
348
349 @item symbol_clear_mri_common
350 @cindex symbol_clear_mri_common
351 Clear the mark indicating that a symbol is an MRI common symbol.
352
353 @item symbol_mri_common_p
354 @cindex symbol_mri_common_p
355 Return whether a symbol is an MRI common symbol.
356
357 @item symbol_mark_written
358 @cindex symbol_mark_written
359 Mark a symbol as having been written.
360
361 @item symbol_clear_written
362 @cindex symbol_clear_written
363 Clear the mark indicating that a symbol was written.
364
365 @item symbol_written_p
366 @cindex symbol_written_p
367 Return whether a symbol was written.
368
369 @item symbol_mark_resolved
370 @cindex symbol_mark_resolved
371 Mark a symbol as having been resolved.
372
373 @item symbol_resolved_p
374 @cindex symbol_resolved_p
375 Return whether a symbol has been resolved.
376
377 @item symbol_section_p
378 @cindex symbol_section_p
379 Return whether a symbol is a section symbol.
380
381 @item symbol_equated_p
382 @cindex symbol_equated_p
383 Return whether a symbol is equated to another symbol.
384
385 @item symbol_constant_p
386 @cindex symbol_constant_p
387 Return whether a symbol has a constant value, including being an offset within
388 some frag.
389
390 @item symbol_get_bfdsym
391 @cindex symbol_get_bfdsym
392 Return the BFD symbol associated with a symbol.
393
394 @item symbol_set_bfdsym
395 @cindex symbol_set_bfdsym
396 Set the BFD symbol associated with a symbol.
397
398 @item symbol_get_obj
399 @cindex symbol_get_obj
400 Return a pointer to the @code{OBJ_SYMFIELD_TYPE} field of a symbol.
401
402 @item symbol_set_obj
403 @cindex symbol_set_obj
404 Set the @code{OBJ_SYMFIELD_TYPE} field of a symbol.
405
406 @item symbol_get_tc
407 @cindex symbol_get_tc
408 Return a pointer to the @code{TC_SYMFIELD_TYPE} field of a symbol.
409
410 @item symbol_set_tc
411 @cindex symbol_set_tc
412 Set the @code{TC_SYMFIELD_TYPE} field of a symbol.
413
414 @end table
415
416 When @code{BFD_ASSEMBLER} is defined, GAS attempts to store local
417 symbols--symbols which will not be written to the output file--using a
418 different structure, @code{struct local_symbol}.  This structure can only
419 represent symbols whose value is an offset within a frag.
420
421 Code outside of the symbol handler will always deal with @code{symbolS}
422 structures and use the accessor functions.  The accessor functions correctly
423 deal with local symbols.  @code{struct local_symbol} is much smaller than
424 @code{symbolS} (which also automatically creates a bfd @code{asymbol}
425 structure), so this saves space when assembling large files.
426
427 The first field of @code{symbolS} is @code{bsym}, the pointer to the BFD
428 symbol.  The first field of @code{struct local_symbol} is a pointer which is
429 always set to NULL.  This is how the symbol accessor functions can distinguish
430 local symbols from ordinary symbols.  The symbol accessor functions
431 automatically convert a local symbol into an ordinary symbol when necessary.
432
433 @node Expressions
434 @subsection Expressions
435 @cindex internals, expressions
436 @cindex expressions, internal
437 @cindex expressionS structure
438
439 Expressions are stored in an @code{expressionS} structure.  The structure is
440 defined in @file{expr.h}.
441
442 @cindex expression
443 The macro @code{expression} will create an @code{expressionS} structure based
444 on the text found at the global variable @code{input_line_pointer}.
445
446 @cindex make_expr_symbol
447 @cindex expr_symbol_where
448 A single @code{expressionS} structure can represent a single operation.
449 Complex expressions are formed by creating @dfn{expression symbols} and
450 combining them in @code{expressionS} structures.  An expression symbol is
451 created by calling @code{make_expr_symbol}.  An expression symbol should
452 naturally never appear in a symbol table, and the implementation of
453 @code{S_IS_LOCAL} (@pxref{Symbols}) reflects that.  The function
454 @code{expr_symbol_where} returns non-zero if a symbol is an expression symbol,
455 and also returns the file and line for the expression which caused it to be
456 created.
457
458 The @code{expressionS} structure has two symbol fields, a number field, an
459 operator field, and a field indicating whether the number is unsigned.
460
461 The operator field is of type @code{operatorT}, and describes how to interpret
462 the other fields; see the definition in @file{expr.h} for the possibilities.
463
464 An @code{operatorT} value of @code{O_big} indicates either a floating point
465 number, stored in the global variable @code{generic_floating_point_number}, or
466 an integer to large to store in an @code{offsetT} type, stored in the global
467 array @code{generic_bignum}.  This rather inflexible approach makes it
468 impossible to use floating point numbers or large expressions in complex
469 expressions.
470
471 @node Fixups
472 @subsection Fixups
473 @cindex internals, fixups
474 @cindex fixups
475 @cindex fixS structure
476
477 A @dfn{fixup} is basically anything which can not be resolved in the first
478 pass.  Sometimes a fixup can be resolved by the end of the assembly; if not,
479 the fixup becomes a relocation entry in the object file.
480
481 @cindex fix_new
482 @cindex fix_new_exp
483 A fixup is created by a call to @code{fix_new} or @code{fix_new_exp}.  Both
484 take a frag (@pxref{Frags}), a position within the frag, a size, an indication
485 of whether the fixup is PC relative, and a type.  In a @code{BFD_ASSEMBLER}
486 GAS, the type is nominally a @code{bfd_reloc_code_real_type}, but several
487 targets use other type codes to represent fixups that can not be described as
488 relocations.
489
490 The @code{fixS} structure has a number of fields, several of which are obsolete
491 or are only used by a particular target.  The important fields are:
492
493 @table @code
494 @item fx_frag
495 The frag (@pxref{Frags}) this fixup is in.
496
497 @item fx_where
498 The location within the frag where the fixup occurs.
499
500 @item fx_addsy
501 The symbol this fixup is against.  Typically, the value of this symbol is added
502 into the object contents.  This may be NULL.
503
504 @item fx_subsy
505 The value of this symbol is subtracted from the object contents.  This is
506 normally NULL.
507
508 @item fx_offset
509 A number which is added into the fixup.
510
511 @item fx_addnumber
512 Some CPU backends use this field to convey information between
513 @code{md_apply_fix} and @code{tc_gen_reloc}.  The machine independent code does
514 not use it.
515
516 @item fx_next
517 The next fixup in the section.
518
519 @item fx_r_type
520 The type of the fixup.  This field is only defined if @code{BFD_ASSEMBLER}, or
521 if the target defines @code{NEED_FX_R_TYPE}.
522
523 @item fx_size
524 The size of the fixup.  This is mostly used for error checking.
525
526 @item fx_pcrel
527 Whether the fixup is PC relative.
528
529 @item fx_done
530 Non-zero if the fixup has been applied, and no relocation entry needs to be
531 generated.
532
533 @item fx_file
534 @itemx fx_line
535 The file and line where the fixup was created.
536
537 @item tc_fix_data
538 This has the type @code{TC_FIX_TYPE}, and is only defined if the target defines
539 that macro.
540 @end table
541
542 @node Frags
543 @subsection Frags
544 @cindex internals, frags
545 @cindex frags
546 @cindex fragS structure.
547
548 The @code{fragS} structure is defined in @file{as.h}.  Each frag represents a
549 portion of the final object file.  As GAS reads the source file, it creates
550 frags to hold the data that it reads.  At the end of the assembly the frags and
551 fixups are processed to produce the final contents.
552
553 @table @code
554 @item fr_address
555 The address of the frag.  This is not set until the assembler rescans the list
556 of all frags after the entire input file is parsed.  The function
557 @code{relax_segment} fills in this field.
558
559 @item fr_next
560 Pointer to the next frag in this (sub)section.
561
562 @item fr_fix
563 Fixed number of characters we know we're going to emit to the output file.  May
564 be zero.
565
566 @item fr_var
567 Variable number of characters we may output, after the initial @code{fr_fix}
568 characters.  May be zero.
569
570 @item fr_offset
571 The interpretation of this field is controlled by @code{fr_type}.  Generally,
572 if @code{fr_var} is non-zero, this is a repeat count: the @code{fr_var}
573 characters are output @code{fr_offset} times.
574
575 @item line
576 Holds line number info when an assembler listing was requested.
577
578 @item fr_type
579 Relaxation state.  This field indicates the interpretation of @code{fr_offset},
580 @code{fr_symbol} and the variable-length tail of the frag, as well as the
581 treatment it gets in various phases of processing.  It does not affect the
582 initial @code{fr_fix} characters; they are always supposed to be output
583 verbatim (fixups aside).  See below for specific values this field can have.
584
585 @item fr_subtype
586 Relaxation substate.  If the macro @code{md_relax_frag} isn't defined, this is
587 assumed to be an index into @code{TC_GENERIC_RELAX_TABLE} for the generic
588 relaxation code to process (@pxref{Relaxation}).  If @code{md_relax_frag} is
589 defined, this field is available for any use by the CPU-specific code.
590
591 @item fr_symbol
592 This normally indicates the symbol to use when relaxing the frag according to
593 @code{fr_type}.
594
595 @item fr_opcode
596 Points to the lowest-addressed byte of the opcode, for use in relaxation.
597
598 @item tc_frag_data
599 Target specific fragment data of type TC_FRAG_TYPE.
600 Only present if @code{TC_FRAG_TYPE} is defined.
601
602 @item fr_file
603 @itemx fr_line
604 The file and line where this frag was last modified.
605
606 @item fr_literal
607 Declared as a one-character array, this last field grows arbitrarily large to
608 hold the actual contents of the frag.
609 @end table
610
611 These are the possible relaxation states, provided in the enumeration type
612 @code{relax_stateT}, and the interpretations they represent for the other
613 fields:
614
615 @table @code
616 @item rs_align
617 @itemx rs_align_code
618 The start of the following frag should be aligned on some boundary.  In this
619 frag, @code{fr_offset} is the logarithm (base 2) of the alignment in bytes.
620 (For example, if alignment on an 8-byte boundary were desired, @code{fr_offset}
621 would have a value of 3.)  The variable characters indicate the fill pattern to
622 be used.  The @code{fr_subtype} field holds the maximum number of bytes to skip
623 when doing this alignment.  If more bytes are needed, the alignment is not
624 done.  An @code{fr_subtype} value of 0 means no maximum, which is the normal
625 case.  Target backends can use @code{rs_align_code} to handle certain types of
626 alignment differently.
627
628 @item rs_broken_word
629 This indicates that ``broken word'' processing should be done (@pxref{Broken
630 words}).  If broken word processing is not necessary on the target machine,
631 this enumerator value will not be defined.
632
633 @item rs_cfa
634 This state is used to implement exception frame optimizations.  The
635 @code{fr_symbol} is an expression symbol for the subtraction which may be
636 relaxed.  The @code{fr_opcode} field holds the frag for the preceding command
637 byte.  The @code{fr_offset} field holds the offset within that frag.  The
638 @code{fr_subtype} field is used during relaxation to hold the current size of
639 the frag.
640
641 @item rs_fill
642 The variable characters are to be repeated @code{fr_offset} times.  If
643 @code{fr_offset} is 0, this frag has a length of @code{fr_fix}.  Most frags
644 have this type.
645
646 @item rs_leb128
647 This state is used to implement the DWARF ``little endian base 128'' 
648 variable length number format.  The @code{fr_symbol} is always an expression
649 symbol, as constant expressions are emitted directly.  The @code{fr_offset}
650 field is used during relaxation to hold the previous size of the number so
651 that we can determine if the fragment changed size.
652
653 @item rs_machine_dependent
654 Displacement relaxation is to be done on this frag.  The target is indicated by
655 @code{fr_symbol} and @code{fr_offset}, and @code{fr_subtype} indicates the
656 particular machine-specific addressing mode desired.  @xref{Relaxation}.
657
658 @item rs_org
659 The start of the following frag should be pushed back to some specific offset
660 within the section.  (Some assemblers use the value as an absolute address; GAS
661 does not handle final absolute addresses, but rather requires that the linker
662 set them.)  The offset is given by @code{fr_symbol} and @code{fr_offset}; one
663 character from the variable-length tail is used as the fill character.
664 @end table
665
666 @cindex frchainS structure
667 A chain of frags is built up for each subsection.  The data structure
668 describing a chain is called a @code{frchainS}, and contains the following
669 fields:
670
671 @table @code
672 @item frch_root
673 Points to the first frag in the chain.  May be NULL if there are no frags in
674 this chain.
675 @item frch_last
676 Points to the last frag in the chain, or NULL if there are none.
677 @item frch_next
678 Next in the list of @code{frchainS} structures.
679 @item frch_seg
680 Indicates the section this frag chain belongs to.
681 @item frch_subseg
682 Subsection (subsegment) number of this frag chain.
683 @item fix_root, fix_tail
684 (Defined only if @code{BFD_ASSEMBLER} is defined).  Point to first and last
685 @code{fixS} structures associated with this subsection.
686 @item frch_obstack
687 Not currently used.  Intended to be used for frag allocation for this
688 subsection.  This should reduce frag generation caused by switching sections.
689 @item frch_frag_now
690 The current frag for this subsegment.
691 @end table
692
693 A @code{frchainS} corresponds to a subsection; each section has a list of
694 @code{frchainS} records associated with it.  In most cases, only one subsection
695 of each section is used, so the list will only be one element long, but any
696 processing of frag chains should be prepared to deal with multiple chains per
697 section.
698
699 After the input files have been completely processed, and no more frags are to
700 be generated, the frag chains are joined into one per section for further
701 processing.  After this point, it is safe to operate on one chain per section.
702
703 The assembler always has a current frag, named @code{frag_now}.  More space is
704 allocated for the current frag using the @code{frag_more} function; this
705 returns a pointer to the amount of requested space.  Relaxing is done using
706 variant frags allocated by @code{frag_var} or @code{frag_variant}
707 (@pxref{Relaxation}).
708
709 @node GAS processing
710 @section What GAS does when it runs
711 @cindex internals, overview
712
713 This is a quick look at what an assembler run looks like.
714
715 @itemize @bullet
716 @item
717 The assembler initializes itself by calling various init routines.
718
719 @item
720 For each source file, the @code{read_a_source_file} function reads in the file
721 and parses it.  The global variable @code{input_line_pointer} points to the
722 current text; it is guaranteed to be correct up to the end of the line, but not
723 farther.
724
725 @item
726 For each line, the assembler passes labels to the @code{colon} function, and
727 isolates the first word.  If it looks like a pseudo-op, the word is looked up
728 in the pseudo-op hash table @code{po_hash} and dispatched to a pseudo-op
729 routine.  Otherwise, the target dependent @code{md_assemble} routine is called
730 to parse the instruction.
731
732 @item
733 When pseudo-ops or instructions output data, they add it to a frag, calling
734 @code{frag_more} to get space to store it in.
735
736 @item
737 Pseudo-ops and instructions can also output fixups created by @code{fix_new} or
738 @code{fix_new_exp}.
739
740 @item
741 For certain targets, instructions can create variant frags which are used to
742 store relaxation information (@pxref{Relaxation}).
743
744 @item
745 When the input file is finished, the @code{write_object_file} routine is
746 called.  It assigns addresses to all the frags (@code{relax_segment}), resolves
747 all the fixups (@code{fixup_segment}), resolves all the symbol values (using
748 @code{resolve_symbol_value}), and finally writes out the file (in the
749 @code{BFD_ASSEMBLER} case, this is done by simply calling @code{bfd_close}).
750 @end itemize
751
752 @node Porting GAS
753 @section Porting GAS
754 @cindex porting
755
756 Each GAS target specifies two main things: the CPU file and the object format
757 file.  Two main switches in the @file{configure.in} file handle this.  The
758 first switches on CPU type to set the shell variable @code{cpu_type}.  The
759 second switches on the entire target to set the shell variable @code{fmt}.
760
761 The configure script uses the value of @code{cpu_type} to select two files in
762 the @file{config} directory: @file{tc-@var{CPU}.c} and @file{tc-@var{CPU}.h}.
763 The configuration process will create a file named @file{targ-cpu.h} in the
764 build directory which includes @file{tc-@var{CPU}.h}.
765
766 The configure script also uses the value of @code{fmt} to select two files:
767 @file{obj-@var{fmt}.c} and @file{obj-@var{fmt}.h}.  The configuration process
768 will create a file named @file{obj-format.h} in the build directory which
769 includes @file{obj-@var{fmt}.h}.
770
771 You can also set the emulation in the configure script by setting the @code{em}
772 variable.  Normally the default value of @samp{generic} is fine.  The
773 configuration process will create a file named @file{targ-env.h} in the build
774 directory which includes @file{te-@var{em}.h}.
775
776 Porting GAS to a new CPU requires writing the @file{tc-@var{CPU}} files.
777 Porting GAS to a new object file format requires writing the
778 @file{obj-@var{fmt}} files.  There is sometimes some interaction between these
779 two files, but it is normally minimal.
780
781 The best approach is, of course, to copy existing files.  The documentation
782 below assumes that you are looking at existing files to see usage details.
783
784 These interfaces have grown over time, and have never been carefully thought
785 out or designed.  Nothing about the interfaces described here is cast in stone.
786 It is possible that they will change from one version of the assembler to the
787 next.  Also, new macros are added all the time as they are needed.
788
789 @menu
790 * CPU backend::                 Writing a CPU backend
791 * Object format backend::       Writing an object format backend
792 * Emulations::                  Writing emulation files
793 @end menu
794
795 @node CPU backend
796 @subsection Writing a CPU backend
797 @cindex CPU backend
798 @cindex @file{tc-@var{CPU}}
799
800 The CPU backend files are the heart of the assembler.  They are the only parts
801 of the assembler which actually know anything about the instruction set of the
802 processor.
803
804 You must define a reasonably small list of macros and functions in the CPU
805 backend files.  You may define a large number of additional macros in the CPU
806 backend files, not all of which are documented here.  You must, of course,
807 define macros in the @file{.h} file, which is included by every assembler
808 source file.  You may define the functions as macros in the @file{.h} file, or
809 as functions in the @file{.c} file.
810
811 @table @code
812 @item TC_@var{CPU}
813 @cindex TC_@var{CPU}
814 By convention, you should define this macro in the @file{.h} file.  For
815 example, @file{tc-m68k.h} defines @code{TC_M68K}.  You might have to use this
816 if it is necessary to add CPU specific code to the object format file.
817
818 @item TARGET_FORMAT
819 This macro is the BFD target name to use when creating the output file.  This
820 will normally depend upon the @code{OBJ_@var{FMT}} macro.
821
822 @item TARGET_ARCH
823 This macro is the BFD architecture to pass to @code{bfd_set_arch_mach}.
824
825 @item TARGET_MACH
826 This macro is the BFD machine number to pass to @code{bfd_set_arch_mach}.  If
827 it is not defined, GAS will use 0.
828
829 @item TARGET_BYTES_BIG_ENDIAN
830 You should define this macro to be non-zero if the target is big endian, and
831 zero if the target is little endian.
832
833 @item md_shortopts
834 @itemx md_longopts
835 @itemx md_longopts_size
836 @itemx md_parse_option
837 @itemx md_show_usage
838 @cindex md_shortopts
839 @cindex md_longopts
840 @cindex md_longopts_size
841 @cindex md_parse_option
842 @cindex md_show_usage
843 GAS uses these variables and functions during option processing.
844 @code{md_shortopts} is a @code{const char *} which GAS adds to the machine
845 independent string passed to @code{getopt}.  @code{md_longopts} is a
846 @code{struct option []} which GAS adds to the machine independent long options
847 passed to @code{getopt}; you may use @code{OPTION_MD_BASE}, defined in
848 @file{as.h}, as the start of a set of long option indices, if necessary.
849 @code{md_longopts_size} is a @code{size_t} holding the size @code{md_longopts}.
850 GAS will call @code{md_parse_option} whenever @code{getopt} returns an
851 unrecognized code, presumably indicating a special code value which appears in
852 @code{md_longopts}.  GAS will call @code{md_show_usage} when a usage message is
853 printed; it should print a description of the machine specific options.
854
855 @item md_begin
856 @cindex md_begin
857 GAS will call this function at the start of the assembly, after the command
858 line arguments have been parsed and all the machine independent initializations
859 have been completed.
860
861 @item md_cleanup
862 @cindex md_cleanup
863 If you define this macro, GAS will call it at the end of each input file.
864
865 @item md_assemble
866 @cindex md_assemble
867 GAS will call this function for each input line which does not contain a
868 pseudo-op.  The argument is a null terminated string.  The function should
869 assemble the string as an instruction with operands.  Normally
870 @code{md_assemble} will do this by calling @code{frag_more} and writing out
871 some bytes (@pxref{Frags}).  @code{md_assemble} will call @code{fix_new} to
872 create fixups as needed (@pxref{Fixups}).  Targets which need to do special
873 purpose relaxation will call @code{frag_var}.
874
875 @item md_pseudo_table
876 @cindex md_pseudo_table
877 This is a const array of type @code{pseudo_typeS}.  It is a mapping from
878 pseudo-op names to functions.  You should use this table to implement
879 pseudo-ops which are specific to the CPU.
880
881 @item tc_conditional_pseudoop
882 @cindex tc_conditional_pseudoop
883 If this macro is defined, GAS will call it with a @code{pseudo_typeS} argument.
884 It should return non-zero if the pseudo-op is a conditional which controls
885 whether code is assembled, such as @samp{.if}.  GAS knows about the normal
886 conditional pseudo-ops,and you should normally not have to define this macro.
887
888 @item comment_chars
889 @cindex comment_chars
890 This is a null terminated @code{const char} array of characters which start a
891 comment.
892
893 @item tc_comment_chars
894 @cindex tc_comment_chars
895 If this macro is defined, GAS will use it instead of @code{comment_chars}.
896
897 @item tc_symbol_chars
898 @cindex tc_symbol_chars
899 If this macro is defined, it is a pointer to a null terminated list of
900 characters which may appear in an operand.  GAS already assumes that all
901 alphanumberic characters, and @samp{$}, @samp{.}, and @samp{_} may appear in an
902 operand (see @samp{symbol_chars} in @file{app.c}).  This macro may be defined
903 to treat additional characters as appearing in an operand.  This affects the
904 way in which GAS removes whitespace before passing the string to
905 @samp{md_assemble}.
906
907 @item line_comment_chars
908 @cindex line_comment_chars
909 This is a null terminated @code{const char} array of characters which start a
910 comment when they appear at the start of a line.
911
912 @item line_separator_chars
913 @cindex line_separator_chars
914 This is a null terminated @code{const char} array of characters which separate
915 lines (null and newline are such characters by default, and need not be
916 listed in this array).  Note that line_separator_chars do not separate lines
917 if found in a comment, such as after a character in line_comment_chars or
918 comment_chars.
919
920 @item EXP_CHARS
921 @cindex EXP_CHARS
922 This is a null terminated @code{const char} array of characters which may be
923 used as the exponent character in a floating point number.  This is normally
924 @code{"eE"}.
925
926 @item FLT_CHARS
927 @cindex FLT_CHARS
928 This is a null terminated @code{const char} array of characters which may be
929 used to indicate a floating point constant.  A zero followed by one of these
930 characters is assumed to be followed by a floating point number; thus they
931 operate the way that @code{0x} is used to indicate a hexadecimal constant.
932 Usually this includes @samp{r} and @samp{f}.
933
934 @item LEX_AT
935 @cindex LEX_AT
936 You may define this macro to the lexical type of the @kbd{@@} character.  The
937 default is zero.
938
939 Lexical types are a combination of @code{LEX_NAME} and @code{LEX_BEGIN_NAME},
940 both defined in @file{read.h}.  @code{LEX_NAME} indicates that the character
941 may appear in a name.  @code{LEX_BEGIN_NAME} indicates that the character may
942 appear at the beginning of a name.
943
944 @item LEX_BR
945 @cindex LEX_BR
946 You may define this macro to the lexical type of the brace characters @kbd{@{},
947 @kbd{@}}, @kbd{[}, and @kbd{]}.  The default value is zero.
948
949 @item LEX_PCT
950 @cindex LEX_PCT
951 You may define this macro to the lexical type of the @kbd{%} character.  The
952 default value is zero.
953
954 @item LEX_QM
955 @cindex LEX_QM
956 You may define this macro to the lexical type of the @kbd{?} character.  The
957 default value it zero.
958
959 @item LEX_DOLLAR
960 @cindex LEX_DOLLAR
961 You may define this macro to the lexical type of the @kbd{$} character.  The
962 default value is @code{LEX_NAME | LEX_BEGIN_NAME}.
963
964 @item NUMBERS_WITH_SUFFIX
965 @cindex NUMBERS_WITH_SUFFIX
966 When this macro is defined to be non-zero, the parser allows the radix of a
967 constant to be indicated with a suffix.  Valid suffixes are binary (B), 
968 octal (Q), and hexadecimal (H).  Case is not significant.
969
970 @item SINGLE_QUOTE_STRINGS
971 @cindex SINGLE_QUOTE_STRINGS
972 If you define this macro, GAS will treat single quotes as string delimiters.
973 Normally only double quotes are accepted as string delimiters.
974
975 @item NO_STRING_ESCAPES
976 @cindex NO_STRING_ESCAPES
977 If you define this macro, GAS will not permit escape sequences in a string.
978
979 @item ONLY_STANDARD_ESCAPES
980 @cindex ONLY_STANDARD_ESCAPES
981 If you define this macro, GAS will warn about the use of nonstandard escape
982 sequences in a string.
983
984 @item md_start_line_hook
985 @cindex md_start_line_hook
986 If you define this macro, GAS will call it at the start of each line.
987
988 @item LABELS_WITHOUT_COLONS
989 @cindex LABELS_WITHOUT_COLONS
990 If you define this macro, GAS will assume that any text at the start of a line
991 is a label, even if it does not have a colon.
992
993 @item TC_START_LABEL
994 @cindex TC_START_LABEL
995 You may define this macro to control what GAS considers to be a label.  The
996 default definition is to accept any name followed by a colon character.
997
998 @item TC_START_LABEL_WITHOUT_COLON
999 @cindex TC_START_LABEL_WITHOUT_COLON
1000 Same as TC_START_LABEL, but should be used instead of TC_START_LABEL when
1001 LABELS_WITHOUT_COLONS is defined. 
1002
1003 @item NO_PSEUDO_DOT
1004 @cindex NO_PSEUDO_DOT
1005 If you define this macro, GAS will not require pseudo-ops to start with a
1006 @kbd{.} character.
1007
1008 @item TC_EQUAL_IN_INSN
1009 @cindex TC_EQUAL_IN_INSN
1010 If you define this macro, it should return nonzero if the instruction is
1011 permitted to contain an @kbd{=} character.  GAS will call it with two
1012 arguments, the character before the @kbd{=} character, and the value of
1013 @code{input_line_pointer} at that point.  GAS uses this macro to decide if a
1014 @kbd{=} is an assignment or an instruction.
1015
1016 @item TC_EOL_IN_INSN
1017 @cindex TC_EOL_IN_INSN
1018 If you define this macro, it should return nonzero if the current input line
1019 pointer should be treated as the end of a line.
1020
1021 @item md_parse_name
1022 @cindex md_parse_name
1023 If this macro is defined, GAS will call it for any symbol found in an
1024 expression.  You can define this to handle special symbols in a special way.
1025 If a symbol always has a certain value, you should normally enter it in the
1026 symbol table, perhaps using @code{reg_section}.
1027
1028 @item md_undefined_symbol
1029 @cindex md_undefined_symbol
1030 GAS will call this function when a symbol table lookup fails, before it
1031 creates a new symbol.  Typically this would be used to supply symbols whose
1032 name or value changes dynamically, possibly in a context sensitive way.
1033 Predefined symbols with fixed values, such as register names or condition
1034 codes, are typically entered directly into the symbol table when @code{md_begin}
1035 is called.  One argument is passed, a @code{char *} for the symbol.
1036
1037 @item md_operand
1038 @cindex md_operand
1039 GAS will call this function with one argument, an @code{expressionS}
1040 pointer, for any expression that can not be recognized.  When the function
1041 is called, @code{input_line_pointer} will point to the start of the
1042 expression.
1043
1044 @item tc_unrecognized_line
1045 @cindex tc_unrecognized_line
1046 If you define this macro, GAS will call it when it finds a line that it can not
1047 parse.
1048
1049 @item md_do_align
1050 @cindex md_do_align
1051 You may define this macro to handle an alignment directive.  GAS will call it
1052 when the directive is seen in the input file.  For example, the i386 backend
1053 uses this to generate efficient nop instructions of varying lengths, depending
1054 upon the number of bytes that the alignment will skip.
1055
1056 @item HANDLE_ALIGN
1057 @cindex HANDLE_ALIGN
1058 You may define this macro to do special handling for an alignment directive.
1059 GAS will call it at the end of the assembly.
1060
1061 @item TC_IMPLICIT_LCOMM_ALIGNMENT (@var{size}, @var{p2var})
1062 @cindex TC_IMPLICIT_LCOMM_ALIGNMENT
1063 An @code{.lcomm} directive with no explicit alignment parameter will use this
1064 macro to set @var{p2var} to the alignment that a request for @var{size} bytes
1065 will have.  The alignment is expressed as a power of two.  If no alignment
1066 should take place, the macro definition should do nothing.  Some targets define
1067 a @code{.bss} directive that is also affected by this macro.  The default
1068 definition will set @var{p2var} to the truncated power of two of sizes up to
1069 eight bytes.
1070
1071 @item md_flush_pending_output
1072 @cindex md_flush_pending_output
1073 If you define this macro, GAS will call it each time it skips any space because of a
1074 space filling or alignment or data allocation pseudo-op.
1075
1076 @item TC_PARSE_CONS_EXPRESSION
1077 @cindex TC_PARSE_CONS_EXPRESSION
1078 You may define this macro to parse an expression used in a data allocation
1079 pseudo-op such as @code{.word}.  You can use this to recognize relocation
1080 directives that may appear in such directives.
1081
1082 @item BITFIELD_CONS_EXPRESSION
1083 @cindex BITFIELD_CONS_EXPRESSION
1084 If you define this macro, GAS will recognize bitfield instructions in data
1085 allocation pseudo-ops, as used on the i960.
1086
1087 @item REPEAT_CONS_EXPRESSION
1088 @cindex REPEAT_CONS_EXPRESSION
1089 If you define this macro, GAS will recognize repeat counts in data allocation
1090 pseudo-ops, as used on the MIPS.
1091
1092 @item md_cons_align
1093 @cindex md_cons_align
1094 You may define this macro to do any special alignment before a data allocation
1095 pseudo-op.
1096
1097 @item TC_CONS_FIX_NEW
1098 @cindex TC_CONS_FIX_NEW
1099 You may define this macro to generate a fixup for a data allocation pseudo-op.
1100
1101 @item TC_INIT_FIX_DATA (@var{fixp})
1102 @cindex TC_INIT_FIX_DATA
1103 A C statement to initialize the target specific fields of fixup @var{fixp}.
1104 These fields are defined with the @code{TC_FIX_TYPE} macro.
1105
1106 @item TC_FIX_DATA_PRINT (@var{stream}, @var{fixp})
1107 @cindex TC_FIX_DATA_PRINT
1108 A C statement to output target specific debugging information for
1109 fixup @var{fixp} to @var{stream}.  This macro is called by @code{print_fixup}.
1110
1111 @item TC_FRAG_INIT (@var{fragp})
1112 @cindex TC_FRAG_INIT
1113 A C statement to initialize the target specific fields of frag @var{fragp}.
1114 These fields are defined with the @code{TC_FRAG_TYPE} macro.
1115
1116 @item md_number_to_chars
1117 @cindex md_number_to_chars
1118 This should just call either @code{number_to_chars_bigendian} or
1119 @code{number_to_chars_littleendian}, whichever is appropriate.  On targets like
1120 the MIPS which support options to change the endianness, which function to call
1121 is a runtime decision.  On other targets, @code{md_number_to_chars} can be a
1122 simple macro.
1123
1124 @item md_reloc_size
1125 @cindex md_reloc_size
1126 This variable is only used in the original version of gas (not
1127 @code{BFD_ASSEMBLER} and not @code{MANY_SEGMENTS}).  It holds the size of a
1128 relocation entry.
1129
1130 @item WORKING_DOT_WORD
1131 @itemx md_short_jump_size
1132 @itemx md_long_jump_size
1133 @itemx md_create_short_jump
1134 @itemx md_create_long_jump
1135 @itemx TC_CHECK_ADJUSTED_BROKEN_DOT_WORD
1136 @cindex WORKING_DOT_WORD
1137 @cindex md_short_jump_size
1138 @cindex md_long_jump_size
1139 @cindex md_create_short_jump
1140 @cindex md_create_long_jump
1141 @cindex TC_CHECK_ADJUSTED_BROKEN_DOT_WORD
1142 If @code{WORKING_DOT_WORD} is defined, GAS will not do broken word processing
1143 (@pxref{Broken words}).  Otherwise, you should set @code{md_short_jump_size} to
1144 the size of a short jump (a jump that is just long enough to jump around a
1145 number of long jumps) and @code{md_long_jump_size} to the size of a long jump
1146 (a jump that can go anywhere in the function).  You should define
1147 @code{md_create_short_jump} to create a short jump around a number of long
1148 jumps, and define @code{md_create_long_jump} to create a long jump.
1149 If defined, the macro TC_CHECK_ADJUSTED_BROKEN_DOT_WORD will be called for each
1150 adjusted word just before the word is output.  The macro takes two arguments,
1151 an @code{addressT} with the adjusted word and a pointer to the current
1152 @code{struct broken_word}.
1153
1154 @item md_estimate_size_before_relax
1155 @cindex md_estimate_size_before_relax
1156 This function returns an estimate of the size of a @code{rs_machine_dependent}
1157 frag before any relaxing is done.  It may also create any necessary
1158 relocations.
1159
1160 @item md_relax_frag
1161 @cindex md_relax_frag
1162 This macro may be defined to relax a frag.  GAS will call this with the frag
1163 and the change in size of all previous frags; @code{md_relax_frag} should
1164 return the change in size of the frag.  @xref{Relaxation}.
1165
1166 @item TC_GENERIC_RELAX_TABLE
1167 @cindex TC_GENERIC_RELAX_TABLE
1168 If you do not define @code{md_relax_frag}, you may define
1169 @code{TC_GENERIC_RELAX_TABLE} as a table of @code{relax_typeS} structures.  The
1170 machine independent code knows how to use such a table to relax PC relative
1171 references.  See @file{tc-m68k.c} for an example.  @xref{Relaxation}.
1172
1173 @item md_prepare_relax_scan
1174 @cindex md_prepare_relax_scan
1175 If defined, it is a C statement that is invoked prior to scanning
1176 the relax table.
1177
1178 @item LINKER_RELAXING_SHRINKS_ONLY
1179 @cindex LINKER_RELAXING_SHRINKS_ONLY
1180 If you define this macro, and the global variable @samp{linkrelax} is set
1181 (because of a command line option, or unconditionally in @code{md_begin}), a
1182 @samp{.align} directive will cause extra space to be allocated.  The linker can
1183 then discard this space when relaxing the section.
1184
1185 @item md_convert_frag
1186 @cindex md_convert_frag
1187 GAS will call this for each rs_machine_dependent fragment.
1188 The instruction is completed using the data from the relaxation pass.
1189 It may also create any necessary relocations.
1190 @xref{Relaxation}.
1191
1192 @item md_apply_fix
1193 @cindex md_apply_fix
1194 GAS will call this for each fixup.  It should store the correct value in the
1195 object file.  @code{fixup_segment} performs a generic overflow check on the
1196 @code{valueT *val} argument after @code{md_apply_fix} returns.  If the overflow
1197 check is relevant for the target machine, then @code{md_apply_fix} should
1198 modify @code{valueT *val}, typically to the value stored in the object file.
1199
1200 @item TC_HANDLES_FX_DONE
1201 @cindex TC_HANDLES_FX_DONE
1202 If this macro is defined, it means that @code{md_apply_fix} correctly sets the
1203 @code{fx_done} field in the fixup.
1204
1205 @item tc_gen_reloc
1206 @cindex tc_gen_reloc
1207 A @code{BFD_ASSEMBLER} GAS will call this to generate a reloc.  GAS will pass
1208 the resulting reloc to @code{bfd_install_relocation}.  This currently works
1209 poorly, as @code{bfd_install_relocation} often does the wrong thing, and
1210 instances of @code{tc_gen_reloc} have been written to work around the problems,
1211 which in turns makes it difficult to fix @code{bfd_install_relocation}.
1212
1213 @item RELOC_EXPANSION_POSSIBLE
1214 @cindex RELOC_EXPANSION_POSSIBLE
1215 If you define this macro, it means that @code{tc_gen_reloc} may return multiple
1216 relocation entries for a single fixup.  In this case, the return value of
1217 @code{tc_gen_reloc} is a pointer to a null terminated array.
1218
1219 @item MAX_RELOC_EXPANSION
1220 @cindex MAX_RELOC_EXPANSION
1221 You must define this if @code{RELOC_EXPANSION_POSSIBLE} is defined; it
1222 indicates the largest number of relocs which @code{tc_gen_reloc} may return for
1223 a single fixup.
1224
1225 @item tc_fix_adjustable
1226 @cindex tc_fix_adjustable
1227 You may define this macro to indicate whether a fixup against a locally defined
1228 symbol should be adjusted to be against the section symbol.  It should return a
1229 non-zero value if the adjustment is acceptable.
1230
1231 @item MD_PCREL_FROM_SECTION
1232 @cindex MD_PCREL_FROM_SECTION
1233 If you define this macro, it should return the offset between the address of a
1234 PC relative fixup and the position from which the PC relative adjustment should
1235 be made.  On many processors, the base of a PC relative instruction is the next
1236 instruction, so this macro would return the length of an instruction.
1237
1238 @item md_pcrel_from
1239 @cindex md_pcrel_from
1240 This is the default value of @code{MD_PCREL_FROM_SECTION}.  The difference is
1241 that @code{md_pcrel_from} does not take a section argument.
1242
1243 @item tc_frob_label
1244 @cindex tc_frob_label
1245 If you define this macro, GAS will call it each time a label is defined.
1246
1247 @item md_section_align
1248 @cindex md_section_align
1249 GAS will call this function for each section at the end of the assembly, to
1250 permit the CPU backend to adjust the alignment of a section.  The function
1251 must take two arguments, a @code{segT} for the section and a @code{valueT}
1252 for the size of the section, and return a @code{valueT} for the rounded
1253 size.
1254
1255 @item md_macro_start
1256 @cindex md_macro_start
1257 If defined, GAS will call this macro when it starts to include a macro
1258 expansion.  @code{macro_nest} indicates the current macro nesting level, which
1259 includes the one being expanded. 
1260
1261 @item md_macro_info
1262 @cindex md_macro_info
1263 If defined, GAS will call this macro after the macro expansion has been
1264 included in the input and after parsing the macro arguments.  The single
1265 argument is a pointer to the macro processing's internal representation of the
1266 macro (macro_entry *), which includes expansion of the formal arguments.
1267
1268 @item md_macro_end
1269 @cindex md_macro_end
1270 Complement to md_macro_start.  If defined, it is called when finished
1271 processing an inserted macro expansion, just before decrementing macro_nest. 
1272
1273 @item DOUBLEBAR_PARALLEL
1274 @cindex DOUBLEBAR_PARALLEL
1275 Affects the preprocessor so that lines containing '||' don't have their
1276 whitespace stripped following the double bar.  This is useful for targets that
1277 implement parallel instructions.
1278
1279 @item KEEP_WHITE_AROUND_COLON
1280 @cindex KEEP_WHITE_AROUND_COLON
1281 Normally, whitespace is compressed and removed when, in the presence of the
1282 colon, the adjoining tokens can be distinguished.  This option affects the
1283 preprocessor so that whitespace around colons is preserved.  This is useful
1284 when colons might be removed from the input after preprocessing but before
1285 assembling, so that adjoining tokens can still be distinguished if there is
1286 whitespace, or concatentated if there is not.
1287
1288 @item tc_frob_section
1289 @cindex tc_frob_section
1290 If you define this macro, a @code{BFD_ASSEMBLER} GAS will call it for each
1291 section at the end of the assembly.
1292
1293 @item tc_frob_file_before_adjust
1294 @cindex tc_frob_file_before_adjust
1295 If you define this macro, GAS will call it after the symbol values are
1296 resolved, but before the fixups have been changed from local symbols to section
1297 symbols.
1298
1299 @item tc_frob_symbol
1300 @cindex tc_frob_symbol
1301 If you define this macro, GAS will call it for each symbol.  You can indicate
1302 that the symbol should not be included in the object file by definining this
1303 macro to set its second argument to a non-zero value.
1304
1305 @item tc_frob_file
1306 @cindex tc_frob_file
1307 If you define this macro, GAS will call it after the symbol table has been
1308 completed, but before the relocations have been generated.
1309
1310 @item tc_frob_file_after_relocs
1311 If you define this macro, GAS will call it after the relocs have been
1312 generated.
1313
1314 @item LISTING_HEADER
1315 A string to use on the header line of a listing.  The default value is simply
1316 @code{"GAS LISTING"}.
1317
1318 @item LISTING_WORD_SIZE
1319 The number of bytes to put into a word in a listing.  This affects the way the
1320 bytes are clumped together in the listing.  For example, a value of 2 might
1321 print @samp{1234 5678} where a value of 1 would print @samp{12 34 56 78}.  The
1322 default value is 4.
1323
1324 @item LISTING_LHS_WIDTH
1325 The number of words of data to print on the first line of a listing for a
1326 particular source line, where each word is @code{LISTING_WORD_SIZE} bytes.  The
1327 default value is 1.
1328
1329 @item LISTING_LHS_WIDTH_SECOND
1330 Like @code{LISTING_LHS_WIDTH}, but applying to the second and subsequent line
1331 of the data printed for a particular source line.  The default value is 1.
1332
1333 @item LISTING_LHS_CONT_LINES
1334 The maximum number of continuation lines to print in a listing for a particular
1335 source line.  The default value is 4.
1336
1337 @item LISTING_RHS_WIDTH
1338 The maximum number of characters to print from one line of the input file.  The
1339 default value is 100.
1340 @end table
1341
1342 @node Object format backend
1343 @subsection Writing an object format backend
1344 @cindex object format backend
1345 @cindex @file{obj-@var{fmt}}
1346
1347 As with the CPU backend, the object format backend must define a few things,
1348 and may define some other things.  The interface to the object format backend
1349 is generally simpler; most of the support for an object file format consists of
1350 defining a number of pseudo-ops.
1351
1352 The object format @file{.h} file must include @file{targ-cpu.h}.
1353
1354 This section will only define the @code{BFD_ASSEMBLER} version of GAS.  It is
1355 impossible to support a new object file format using any other version anyhow,
1356 as the original GAS version only supports a.out, and the @code{MANY_SEGMENTS}
1357 GAS version only supports COFF.
1358
1359 @table @code
1360 @item OBJ_@var{format}
1361 @cindex OBJ_@var{format}
1362 By convention, you should define this macro in the @file{.h} file.  For
1363 example, @file{obj-elf.h} defines @code{OBJ_ELF}.  You might have to use this
1364 if it is necessary to add object file format specific code to the CPU file.
1365
1366 @item obj_begin
1367 If you define this macro, GAS will call it at the start of the assembly, after
1368 the command line arguments have been parsed and all the machine independent
1369 initializations have been completed.
1370
1371 @item obj_app_file
1372 @cindex obj_app_file
1373 If you define this macro, GAS will invoke it when it sees a @code{.file}
1374 pseudo-op or a @samp{#} line as used by the C preprocessor.
1375
1376 @item OBJ_COPY_SYMBOL_ATTRIBUTES
1377 @cindex OBJ_COPY_SYMBOL_ATTRIBUTES
1378 You should define this macro to copy object format specific information from
1379 one symbol to another.  GAS will call it when one symbol is equated to
1380 another.
1381
1382 @item obj_fix_adjustable
1383 @cindex obj_fix_adjustable
1384 You may define this macro to indicate whether a fixup against a locally defined
1385 symbol should be adjusted to be against the section symbol.  It should return a
1386 non-zero value if the adjustment is acceptable.
1387
1388 @item obj_sec_sym_ok_for_reloc
1389 @cindex obj_sec_sym_ok_for_reloc
1390 You may define this macro to indicate that it is OK to use a section symbol in
1391 a relocateion entry.  If it is not, GAS will define a new symbol at the start
1392 of a section.
1393
1394 @item EMIT_SECTION_SYMBOLS
1395 @cindex EMIT_SECTION_SYMBOLS
1396 You should define this macro with a zero value if you do not want to include
1397 section symbols in the output symbol table.  The default value for this macro
1398 is one.
1399
1400 @item obj_adjust_symtab
1401 @cindex obj_adjust_symtab
1402 If you define this macro, GAS will invoke it just before setting the symbol
1403 table of the output BFD.  For example, the COFF support uses this macro to
1404 generate a @code{.file} symbol if none was generated previously.
1405
1406 @item SEPARATE_STAB_SECTIONS
1407 @cindex SEPARATE_STAB_SECTIONS
1408 You may define this macro to a nonzero value to indicate that stabs should be
1409 placed in separate sections, as in ELF.
1410
1411 @item INIT_STAB_SECTION
1412 @cindex INIT_STAB_SECTION
1413 You may define this macro to initialize the stabs section in the output file.
1414
1415 @item OBJ_PROCESS_STAB
1416 @cindex OBJ_PROCESS_STAB
1417 You may define this macro to do specific processing on a stabs entry.
1418
1419 @item obj_frob_section
1420 @cindex obj_frob_section
1421 If you define this macro, GAS will call it for each section at the end of the
1422 assembly.
1423
1424 @item obj_frob_file_before_adjust
1425 @cindex obj_frob_file_before_adjust
1426 If you define this macro, GAS will call it after the symbol values are
1427 resolved, but before the fixups have been changed from local symbols to section
1428 symbols.
1429
1430 @item obj_frob_symbol
1431 @cindex obj_frob_symbol
1432 If you define this macro, GAS will call it for each symbol.  You can indicate
1433 that the symbol should not be included in the object file by definining this
1434 macro to set its second argument to a non-zero value.
1435
1436 @item obj_frob_file
1437 @cindex obj_frob_file
1438 If you define this macro, GAS will call it after the symbol table has been
1439 completed, but before the relocations have been generated.
1440
1441 @item obj_frob_file_after_relocs
1442 If you define this macro, GAS will call it after the relocs have been
1443 generated.
1444
1445 @item SET_SECTION_RELOCS (@var{sec}, @var{relocs}, @var{n})
1446 @cindex SET_SECTION_RELOCS
1447 If you define this, it will be called after the relocations have been set for
1448 the section @var{sec}.  The list of relocations is in @var{relocs}, and the
1449 number of relocations is in @var{n}.  This is only used with
1450 @code{BFD_ASSEMBLER}.
1451 @end table
1452
1453 @node Emulations
1454 @subsection Writing emulation files
1455
1456 Normally you do not have to write an emulation file.  You can just use
1457 @file{te-generic.h}.
1458
1459 If you do write your own emulation file, it must include @file{obj-format.h}.
1460
1461 An emulation file will often define @code{TE_@var{EM}}; this may then be used
1462 in other files to change the output.
1463
1464 @node Relaxation
1465 @section Relaxation
1466 @cindex relaxation
1467
1468 @dfn{Relaxation} is a generic term used when the size of some instruction or
1469 data depends upon the value of some symbol or other data.
1470
1471 GAS knows to relax a particular type of PC relative relocation using a table.
1472 You can also define arbitrarily complex forms of relaxation yourself.
1473
1474 @menu
1475 * Relaxing with a table::       Relaxing with a table
1476 * General relaxing::            General relaxing
1477 @end menu
1478
1479 @node Relaxing with a table
1480 @subsection Relaxing with a table
1481
1482 If you do not define @code{md_relax_frag}, and you do define
1483 @code{TC_GENERIC_RELAX_TABLE}, GAS will relax @code{rs_machine_dependent} frags
1484 based on the frag subtype and the displacement to some specified target
1485 address.  The basic idea is that several machines have different addressing
1486 modes for instructions that can specify different ranges of values, with
1487 successive modes able to access wider ranges, including the entirety of the
1488 previous range.  Smaller ranges are assumed to be more desirable (perhaps the
1489 instruction requires one word instead of two or three); if this is not the
1490 case, don't describe the smaller-range, inferior mode.
1491
1492 The @code{fr_subtype} field of a frag is an index into a CPU-specific
1493 relaxation table.  That table entry indicates the range of values that can be
1494 stored, the number of bytes that will have to be added to the frag to
1495 accomodate the addressing mode, and the index of the next entry to examine if
1496 the value to be stored is outside the range accessible by the current
1497 addressing mode.  The @code{fr_symbol} field of the frag indicates what symbol
1498 is to be accessed; the @code{fr_offset} field is added in.
1499
1500 If the @code{TC_PCREL_ADJUST} macro is defined, which currently should only happen
1501 for the NS32k family, the @code{TC_PCREL_ADJUST} macro is called on the frag to
1502 compute an adjustment to be made to the displacement.
1503
1504 The value fitted by the relaxation code is always assumed to be a displacement
1505 from the current frag.  (More specifically, from @code{fr_fix} bytes into the
1506 frag.)
1507 @ignore
1508 This seems kinda silly.  What about fitting small absolute values?  I suppose
1509 @code{md_assemble} is supposed to take care of that, but if the operand is a
1510 difference between symbols, it might not be able to, if the difference was not
1511 computable yet.
1512 @end ignore
1513
1514 The end of the relaxation sequence is indicated by a ``next'' value of 0.  This
1515 means that the first entry in the table can't be used.
1516
1517 For some configurations, the linker can do relaxing within a section of an
1518 object file.  If call instructions of various sizes exist, the linker can
1519 determine which should be used in each instance, when a symbol's value is
1520 resolved.  In order for the linker to avoid wasting space and having to insert
1521 no-op instructions, it must be able to expand or shrink the section contents
1522 while still preserving intra-section references and meeting alignment
1523 requirements.
1524
1525 For the i960 using b.out format, no expansion is done; instead, each
1526 @samp{.align} directive causes extra space to be allocated, enough that when
1527 the linker is relaxing a section and removing unneeded space, it can discard
1528 some or all of this extra padding and cause the following data to be correctly
1529 aligned.
1530
1531 For the H8/300, I think the linker expands calls that can't reach, and doesn't
1532 worry about alignment issues; the cpu probably never needs any significant
1533 alignment beyond the instruction size.
1534
1535 The relaxation table type contains these fields:
1536
1537 @table @code
1538 @item long rlx_forward
1539 Forward reach, must be non-negative.
1540 @item long rlx_backward
1541 Backward reach, must be zero or negative.
1542 @item rlx_length
1543 Length in bytes of this addressing mode.
1544 @item rlx_more
1545 Index of the next-longer relax state, or zero if there is no next relax state.
1546 @end table
1547
1548 The relaxation is done in @code{relax_segment} in @file{write.c}.  The
1549 difference in the length fields between the original mode and the one finally
1550 chosen by the relaxing code is taken as the size by which the current frag will
1551 be increased in size.  For example, if the initial relaxing mode has a length
1552 of 2 bytes, and because of the size of the displacement, it gets upgraded to a
1553 mode with a size of 6 bytes, it is assumed that the frag will grow by 4 bytes.
1554 (The initial two bytes should have been part of the fixed portion of the frag,
1555 since it is already known that they will be output.)  This growth must be
1556 effected by @code{md_convert_frag}; it should increase the @code{fr_fix} field
1557 by the appropriate size, and fill in the appropriate bytes of the frag.
1558 (Enough space for the maximum growth should have been allocated in the call to
1559 frag_var as the second argument.)
1560
1561 If relocation records are needed, they should be emitted by
1562 @code{md_estimate_size_before_relax}.  This function should examine the target
1563 symbol of the supplied frag and correct the @code{fr_subtype} of the frag if
1564 needed.  When this function is called, if the symbol has not yet been defined,
1565 it will not become defined later; however, its value may still change if the
1566 section it is in gets relaxed.
1567
1568 Usually, if the symbol is in the same section as the frag (given by the
1569 @var{sec} argument), the narrowest likely relaxation mode is stored in
1570 @code{fr_subtype}, and that's that.
1571
1572 If the symbol is undefined, or in a different section (and therefore moveable
1573 to an arbitrarily large distance), the largest available relaxation mode is
1574 specified, @code{fix_new} is called to produce the relocation record,
1575 @code{fr_fix} is increased to include the relocated field (remember, this
1576 storage was allocated when @code{frag_var} was called), and @code{frag_wane} is
1577 called to convert the frag to an @code{rs_fill} frag with no variant part.
1578 Sometimes changing addressing modes may also require rewriting the instruction.
1579 It can be accessed via @code{fr_opcode} or @code{fr_fix}.
1580
1581 Sometimes @code{fr_var} is increased instead, and @code{frag_wane} is not
1582 called.  I'm not sure, but I think this is to keep @code{fr_fix} referring to
1583 an earlier byte, and @code{fr_subtype} set to @code{rs_machine_dependent} so
1584 that @code{md_convert_frag} will get called.
1585
1586 @node General relaxing
1587 @subsection General relaxing
1588
1589 If using a simple table is not suitable, you may implement arbitrarily complex
1590 relaxation semantics yourself.  For example, the MIPS backend uses this to emit
1591 different instruction sequences depending upon the size of the symbol being
1592 accessed.
1593
1594 When you assemble an instruction that may need relaxation, you should allocate
1595 a frag using @code{frag_var} or @code{frag_variant} with a type of
1596 @code{rs_machine_dependent}.  You should store some sort of information in the
1597 @code{fr_subtype} field so that you can figure out what to do with the frag
1598 later.
1599
1600 When GAS reaches the end of the input file, it will look through the frags and
1601 work out their final sizes.
1602
1603 GAS will first call @code{md_estimate_size_before_relax} on each
1604 @code{rs_machine_dependent} frag.  This function must return an estimated size
1605 for the frag.
1606
1607 GAS will then loop over the frags, calling @code{md_relax_frag} on each
1608 @code{rs_machine_dependent} frag.  This function should return the change in
1609 size of the frag.  GAS will keep looping over the frags until none of the frags
1610 changes size.
1611
1612 @node Broken words
1613 @section Broken words
1614 @cindex internals, broken words
1615 @cindex broken words
1616
1617 Some compilers, including GCC, will sometimes emit switch tables specifying
1618 16-bit @code{.word} displacements to branch targets, and branch instructions
1619 that load entries from that table to compute the target address.  If this is
1620 done on a 32-bit machine, there is a chance (at least with really large
1621 functions) that the displacement will not fit in 16 bits.  The assembler
1622 handles this using a concept called @dfn{broken words}.  This idea is well
1623 named, since there is an implied promise that the 16-bit field will in fact
1624 hold the specified displacement.
1625
1626 If broken word processing is enabled, and a situation like this is encountered,
1627 the assembler will insert a jump instruction into the instruction stream, close
1628 enough to be reached with the 16-bit displacement.  This jump instruction will
1629 transfer to the real desired target address.  Thus, as long as the @code{.word}
1630 value really is used as a displacement to compute an address to jump to, the
1631 net effect will be correct (minus a very small efficiency cost).  If
1632 @code{.word} directives with label differences for values are used for other
1633 purposes, however, things may not work properly.  For targets which use broken
1634 words, the @samp{-K} option will warn when a broken word is discovered.
1635
1636 The broken word code is turned off by the @code{WORKING_DOT_WORD} macro.  It
1637 isn't needed if @code{.word} emits a value large enough to contain an address
1638 (or, more correctly, any possible difference between two addresses).
1639
1640 @node Internal functions
1641 @section Internal functions
1642
1643 This section describes basic internal functions used by GAS.
1644
1645 @menu
1646 * Warning and error messages::  Warning and error messages
1647 * Hash tables::                 Hash tables
1648 @end menu
1649
1650 @node Warning and error messages
1651 @subsection Warning and error messages
1652
1653 @deftypefun  @{@} int had_warnings (void)
1654 @deftypefunx @{@} int had_errors (void)
1655 Returns non-zero if any warnings or errors, respectively, have been printed
1656 during this invocation.
1657 @end deftypefun
1658
1659 @deftypefun @{@} void as_perror (const char *@var{gripe}, const char *@var{filename})
1660 Displays a BFD or system error, then clears the error status.
1661 @end deftypefun
1662
1663 @deftypefun  @{@} void as_tsktsk (const char *@var{format}, ...)
1664 @deftypefunx @{@} void as_warn (const char *@var{format}, ...)
1665 @deftypefunx @{@} void as_bad (const char *@var{format}, ...)
1666 @deftypefunx @{@} void as_fatal (const char *@var{format}, ...)
1667 These functions display messages about something amiss with the input file, or
1668 internal problems in the assembler itself.  The current file name and line
1669 number are printed, followed by the supplied message, formatted using
1670 @code{vfprintf}, and a final newline.
1671
1672 An error indicated by @code{as_bad} will result in a non-zero exit status when
1673 the assembler has finished.  Calling @code{as_fatal} will result in immediate
1674 termination of the assembler process.
1675 @end deftypefun
1676
1677 @deftypefun @{@} void as_warn_where (char *@var{file}, unsigned int @var{line}, const char *@var{format}, ...)
1678 @deftypefunx @{@} void as_bad_where (char *@var{file}, unsigned int @var{line}, const char *@var{format}, ...)
1679 These variants permit specification of the file name and line number, and are
1680 used when problems are detected when reprocessing information saved away when
1681 processing some earlier part of the file.  For example, fixups are processed
1682 after all input has been read, but messages about fixups should refer to the
1683 original filename and line number that they are applicable to.
1684 @end deftypefun
1685
1686 @deftypefun @{@} void fprint_value (FILE *@var{file}, valueT @var{val})
1687 @deftypefunx @{@} void sprint_value (char *@var{buf}, valueT @var{val})
1688 These functions are helpful for converting a @code{valueT} value into printable
1689 format, in case it's wider than modes that @code{*printf} can handle.  If the
1690 type is narrow enough, a decimal number will be produced; otherwise, it will be
1691 in hexadecimal.  The value itself is not examined to make this determination.
1692 @end deftypefun
1693
1694 @node Hash tables
1695 @subsection Hash tables
1696 @cindex hash tables
1697
1698 @deftypefun @{@} @{struct hash_control *@} hash_new (void)
1699 Creates the hash table control structure.
1700 @end deftypefun
1701
1702 @deftypefun @{@} void hash_die (struct hash_control *)
1703 Destroy a hash table.
1704 @end deftypefun
1705
1706 @deftypefun @{@} PTR hash_delete (struct hash_control *, const char *)
1707 Deletes entry from the hash table, returns the value it had.
1708 @end deftypefun
1709
1710 @deftypefun @{@} PTR hash_replace (struct hash_control *, const char *, PTR)
1711 Updates the value for an entry already in the table, returning the old value.
1712 If no entry was found, just returns NULL.
1713 @end deftypefun
1714
1715 @deftypefun @{@} @{const char *@} hash_insert (struct hash_control *, const char *, PTR)
1716 Inserting a value already in the table is an error.
1717 Returns an error message or NULL.
1718 @end deftypefun
1719
1720 @deftypefun @{@} @{const char *@} hash_jam (struct hash_control *, const char *, PTR)
1721 Inserts if the value isn't already present, updates it if it is.
1722 @end deftypefun
1723
1724 @node Test suite
1725 @section Test suite
1726 @cindex test suite
1727
1728 The test suite is kind of lame for most processors.  Often it only checks to
1729 see if a couple of files can be assembled without the assembler reporting any
1730 errors.  For more complete testing, write a test which either examines the
1731 assembler listing, or runs @code{objdump} and examines its output.  For the
1732 latter, the TCL procedure @code{run_dump_test} may come in handy.  It takes the
1733 base name of a file, and looks for @file{@var{file}.d}.  This file should
1734 contain as its initial lines a set of variable settings in @samp{#} comments,
1735 in the form:
1736
1737 @example
1738         #@var{varname}: @var{value}
1739 @end example
1740
1741 The @var{varname} may be @code{objdump}, @code{nm}, or @code{as}, in which case
1742 it specifies the options to be passed to the specified programs.  Exactly one
1743 of @code{objdump} or @code{nm} must be specified, as that also specifies which
1744 program to run after the assembler has finished.  If @var{varname} is
1745 @code{source}, it specifies the name of the source file; otherwise,
1746 @file{@var{file}.s} is used.  If @var{varname} is @code{name}, it specifies the
1747 name of the test to be used in the @code{pass} or @code{fail} messages.
1748
1749 The non-commented parts of the file are interpreted as regular expressions, one
1750 per line.  Blank lines in the @code{objdump} or @code{nm} output are skipped,
1751 as are blank lines in the @code{.d} file; the other lines are tested to see if
1752 the regular expression matches the program output.  If it does not, the test
1753 fails.
1754
1755 Note that this means the tests must be modified if the @code{objdump} output
1756 style is changed.
1757
1758 @bye
1759 @c Local Variables:
1760 @c fill-column: 79
1761 @c End: