* options.cc (version_script): Fix small typo in previous
[binutils.git] / gas / doc / c-i386.texi
blob9f4d742623af5264f8ef53c89f6ae534a679dd22
1 @c Copyright 1991, 1992, 1993, 1994, 1995, 1997, 1998, 1999, 2000,
2 @c 2001, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009
3 @c Free Software Foundation, Inc.
4 @c This is part of the GAS manual.
5 @c For copying conditions, see the file as.texinfo.
6 @ifset GENERIC
7 @page
8 @node i386-Dependent
9 @chapter 80386 Dependent Features
10 @end ifset
11 @ifclear GENERIC
12 @node Machine Dependencies
13 @chapter 80386 Dependent Features
14 @end ifclear
16 @cindex i386 support
17 @cindex i80386 support
18 @cindex x86-64 support
20 The i386 version @code{@value{AS}} supports both the original Intel 386
21 architecture in both 16 and 32-bit mode as well as AMD x86-64 architecture
22 extending the Intel architecture to 64-bits.
24 @menu
25 * i386-Options::                Options
26 * i386-Directives::             X86 specific directives
27 * i386-Syntax::                 AT&T Syntax versus Intel Syntax
28 * i386-Mnemonics::              Instruction Naming
29 * i386-Regs::                   Register Naming
30 * i386-Prefixes::               Instruction Prefixes
31 * i386-Memory::                 Memory References
32 * i386-Jumps::                  Handling of Jump Instructions
33 * i386-Float::                  Floating Point
34 * i386-SIMD::                   Intel's MMX and AMD's 3DNow! SIMD Operations
35 * i386-LWP::                    AMD's Lightweight Profiling Instructions
36 * i386-16bit::                  Writing 16-bit Code
37 * i386-Arch::                   Specifying an x86 CPU architecture
38 * i386-Bugs::                   AT&T Syntax bugs
39 * i386-Notes::                  Notes
40 @end menu
42 @node i386-Options
43 @section Options
45 @cindex options for i386
46 @cindex options for x86-64
47 @cindex i386 options
48 @cindex x86-64 options 
50 The i386 version of @code{@value{AS}} has a few machine
51 dependent options:
53 @table @code
54 @cindex @samp{--32} option, i386
55 @cindex @samp{--32} option, x86-64
56 @cindex @samp{--64} option, i386
57 @cindex @samp{--64} option, x86-64
58 @item --32 | --64
59 Select the word size, either 32 bits or 64 bits. Selecting 32-bit
60 implies Intel i386 architecture, while 64-bit implies AMD x86-64
61 architecture.
63 These options are only available with the ELF object file format, and
64 require that the necessary BFD support has been included (on a 32-bit
65 platform you have to add --enable-64-bit-bfd to configure enable 64-bit
66 usage and use x86-64 as target platform).
68 @item -n
69 By default, x86 GAS replaces multiple nop instructions used for
70 alignment within code sections with multi-byte nop instructions such
71 as leal 0(%esi,1),%esi.  This switch disables the optimization.
73 @cindex @samp{--divide} option, i386
74 @item --divide
75 On SVR4-derived platforms, the character @samp{/} is treated as a comment
76 character, which means that it cannot be used in expressions.  The
77 @samp{--divide} option turns @samp{/} into a normal character.  This does
78 not disable @samp{/} at the beginning of a line starting a comment, or
79 affect using @samp{#} for starting a comment.
81 @cindex @samp{-march=} option, i386
82 @cindex @samp{-march=} option, x86-64
83 @item -march=@var{CPU}[+@var{EXTENSION}@dots{}]
84 This option specifies the target processor.  The assembler will
85 issue an error message if an attempt is made to assemble an instruction
86 which will not execute on the target processor.  The following
87 processor names are recognized: 
88 @code{i8086},
89 @code{i186},
90 @code{i286},
91 @code{i386},
92 @code{i486},
93 @code{i586},
94 @code{i686},
95 @code{pentium},
96 @code{pentiumpro},
97 @code{pentiumii},
98 @code{pentiumiii},
99 @code{pentium4},
100 @code{prescott},
101 @code{nocona},
102 @code{core},
103 @code{core2},
104 @code{corei7},
105 @code{l1om},
106 @code{k6},
107 @code{k6_2},
108 @code{athlon},
109 @code{opteron},
110 @code{k8},
111 @code{amdfam10},
112 @code{bdver1},
113 @code{generic32} and
114 @code{generic64}.
116 In addition to the basic instruction set, the assembler can be told to 
117 accept various extension mnemonics.  For example,
118 @code{-march=i686+sse4+vmx} extends @var{i686} with @var{sse4} and
119 @var{vmx}.  The following extensions are currently supported:
120 @code{8087},
121 @code{287},
122 @code{387},
123 @code{no87},
124 @code{mmx},
125 @code{nommx},
126 @code{sse},
127 @code{sse2},
128 @code{sse3},
129 @code{ssse3},
130 @code{sse4.1},
131 @code{sse4.2},
132 @code{sse4},
133 @code{nosse},
134 @code{avx},
135 @code{noavx},
136 @code{vmx},
137 @code{smx},
138 @code{xsave},
139 @code{xsaveopt},
140 @code{aes},
141 @code{pclmul},
142 @code{fsgsbase},
143 @code{rdrnd},
144 @code{f16c},
145 @code{fma},
146 @code{movbe},
147 @code{ept},
148 @code{clflush},
149 @code{lwp},
150 @code{fma4},
151 @code{xop},
152 @code{syscall},
153 @code{rdtscp},
154 @code{3dnow},
155 @code{3dnowa},
156 @code{sse4a},
157 @code{sse5},
158 @code{svme},
159 @code{abm} and
160 @code{padlock}.
161 Note that rather than extending a basic instruction set, the extension
162 mnemonics starting with @code{no} revoke the respective functionality.
164 When the @code{.arch} directive is used with @option{-march}, the
165 @code{.arch} directive will take precedent.
167 @cindex @samp{-mtune=} option, i386
168 @cindex @samp{-mtune=} option, x86-64
169 @item -mtune=@var{CPU}
170 This option specifies a processor to optimize for. When used in
171 conjunction with the @option{-march} option, only instructions
172 of the processor specified by the @option{-march} option will be
173 generated.
175 Valid @var{CPU} values are identical to the processor list of
176 @option{-march=@var{CPU}}.
178 @cindex @samp{-msse2avx} option, i386
179 @cindex @samp{-msse2avx} option, x86-64
180 @item -msse2avx
181 This option specifies that the assembler should encode SSE instructions
182 with VEX prefix.
184 @cindex @samp{-msse-check=} option, i386
185 @cindex @samp{-msse-check=} option, x86-64
186 @item -msse-check=@var{none}
187 @itemx -msse-check=@var{warning}
188 @itemx -msse-check=@var{error}
189 These options control if the assembler should check SSE intructions.
190 @option{-msse-check=@var{none}} will make the assembler not to check SSE
191 instructions,  which is the default.  @option{-msse-check=@var{warning}}
192 will make the assembler issue a warning for any SSE intruction.
193 @option{-msse-check=@var{error}} will make the assembler issue an error
194 for any SSE intruction.
196 @cindex @samp{-mavxscalar=} option, i386
197 @cindex @samp{-mavxscalar=} option, x86-64
198 @item -mavxscalar=@var{128}
199 @itemx -mavxscalar=@var{256}
200 This options control how the assembler should encode scalar AVX
201 instructions.  @option{-mavxscalar=@var{128}} will encode scalar
202 AVX instructions with 128bit vector length, which is the default.
203 @option{-mavxscalar=@var{256}} will encode scalar AVX instructions
204 with 256bit vector length.
206 @cindex @samp{-mmnemonic=} option, i386
207 @cindex @samp{-mmnemonic=} option, x86-64
208 @item -mmnemonic=@var{att}
209 @itemx -mmnemonic=@var{intel}
210 This option specifies instruction mnemonic for matching instructions. 
211 The @code{.att_mnemonic} and @code{.intel_mnemonic} directives will
212 take precedent.
214 @cindex @samp{-msyntax=} option, i386
215 @cindex @samp{-msyntax=} option, x86-64
216 @item -msyntax=@var{att}
217 @itemx -msyntax=@var{intel}
218 This option specifies instruction syntax when processing instructions. 
219 The @code{.att_syntax} and @code{.intel_syntax} directives will
220 take precedent.
222 @cindex @samp{-mnaked-reg} option, i386
223 @cindex @samp{-mnaked-reg} option, x86-64
224 @item -mnaked-reg
225 This opetion specifies that registers don't require a @samp{%} prefix.
226 The @code{.att_syntax} and @code{.intel_syntax} directives will take precedent.
228 @end table
230 @node i386-Directives
231 @section x86 specific Directives
233 @cindex machine directives, x86
234 @cindex x86 machine directives
235 @table @code
237 @cindex @code{lcomm} directive, COFF
238 @item .lcomm @var{symbol} , @var{length}[, @var{alignment}]
239 Reserve @var{length} (an absolute expression) bytes for a local common
240 denoted by @var{symbol}.  The section and value of @var{symbol} are
241 those of the new local common.  The addresses are allocated in the bss
242 section, so that at run-time the bytes start off zeroed.  Since
243 @var{symbol} is not declared global, it is normally not visible to
244 @code{@value{LD}}.  The optional third parameter, @var{alignment},
245 specifies the desired alignment of the symbol in the bss section.
247 This directive is only available for COFF based x86 targets.
249 @c FIXME: Document other x86 specific directives ?  Eg: .code16gcc,
250 @c .largecomm
252 @end table
254 @node i386-Syntax
255 @section AT&T Syntax versus Intel Syntax
257 @cindex i386 intel_syntax pseudo op
258 @cindex intel_syntax pseudo op, i386
259 @cindex i386 att_syntax pseudo op
260 @cindex att_syntax pseudo op, i386
261 @cindex i386 syntax compatibility
262 @cindex syntax compatibility, i386
263 @cindex x86-64 intel_syntax pseudo op
264 @cindex intel_syntax pseudo op, x86-64
265 @cindex x86-64 att_syntax pseudo op
266 @cindex att_syntax pseudo op, x86-64
267 @cindex x86-64 syntax compatibility
268 @cindex syntax compatibility, x86-64
270 @code{@value{AS}} now supports assembly using Intel assembler syntax.
271 @code{.intel_syntax} selects Intel mode, and @code{.att_syntax} switches
272 back to the usual AT&T mode for compatibility with the output of
273 @code{@value{GCC}}.  Either of these directives may have an optional
274 argument, @code{prefix}, or @code{noprefix} specifying whether registers
275 require a @samp{%} prefix.  AT&T System V/386 assembler syntax is quite
276 different from Intel syntax.  We mention these differences because
277 almost all 80386 documents use Intel syntax.  Notable differences
278 between the two syntaxes are:
280 @cindex immediate operands, i386
281 @cindex i386 immediate operands
282 @cindex register operands, i386
283 @cindex i386 register operands
284 @cindex jump/call operands, i386
285 @cindex i386 jump/call operands
286 @cindex operand delimiters, i386
288 @cindex immediate operands, x86-64
289 @cindex x86-64 immediate operands
290 @cindex register operands, x86-64
291 @cindex x86-64 register operands
292 @cindex jump/call operands, x86-64
293 @cindex x86-64 jump/call operands
294 @cindex operand delimiters, x86-64
295 @itemize @bullet
296 @item
297 AT&T immediate operands are preceded by @samp{$}; Intel immediate
298 operands are undelimited (Intel @samp{push 4} is AT&T @samp{pushl $4}).
299 AT&T register operands are preceded by @samp{%}; Intel register operands
300 are undelimited.  AT&T absolute (as opposed to PC relative) jump/call
301 operands are prefixed by @samp{*}; they are undelimited in Intel syntax.
303 @cindex i386 source, destination operands
304 @cindex source, destination operands; i386
305 @cindex x86-64 source, destination operands
306 @cindex source, destination operands; x86-64
307 @item
308 AT&T and Intel syntax use the opposite order for source and destination
309 operands.  Intel @samp{add eax, 4} is @samp{addl $4, %eax}.  The
310 @samp{source, dest} convention is maintained for compatibility with
311 previous Unix assemblers.  Note that @samp{bound}, @samp{invlpga}, and
312 instructions with 2 immediate operands, such as the @samp{enter}
313 instruction, do @emph{not} have reversed order.  @ref{i386-Bugs}.
315 @cindex mnemonic suffixes, i386
316 @cindex sizes operands, i386
317 @cindex i386 size suffixes
318 @cindex mnemonic suffixes, x86-64
319 @cindex sizes operands, x86-64
320 @cindex x86-64 size suffixes
321 @item
322 In AT&T syntax the size of memory operands is determined from the last
323 character of the instruction mnemonic.  Mnemonic suffixes of @samp{b},
324 @samp{w}, @samp{l} and @samp{q} specify byte (8-bit), word (16-bit), long
325 (32-bit) and quadruple word (64-bit) memory references.  Intel syntax accomplishes
326 this by prefixing memory operands (@emph{not} the instruction mnemonics) with
327 @samp{byte ptr}, @samp{word ptr}, @samp{dword ptr} and @samp{qword ptr}.  Thus,
328 Intel @samp{mov al, byte ptr @var{foo}} is @samp{movb @var{foo}, %al} in AT&T
329 syntax.
331 In 64-bit code, @samp{movabs} can be used to encode the @samp{mov}
332 instruction with the 64-bit displacement or immediate operand.
334 @cindex return instructions, i386
335 @cindex i386 jump, call, return
336 @cindex return instructions, x86-64
337 @cindex x86-64 jump, call, return
338 @item
339 Immediate form long jumps and calls are
340 @samp{lcall/ljmp $@var{section}, $@var{offset}} in AT&T syntax; the
341 Intel syntax is
342 @samp{call/jmp far @var{section}:@var{offset}}.  Also, the far return
343 instruction
344 is @samp{lret $@var{stack-adjust}} in AT&T syntax; Intel syntax is
345 @samp{ret far @var{stack-adjust}}.
347 @cindex sections, i386
348 @cindex i386 sections
349 @cindex sections, x86-64
350 @cindex x86-64 sections
351 @item
352 The AT&T assembler does not provide support for multiple section
353 programs.  Unix style systems expect all programs to be single sections.
354 @end itemize
356 @node i386-Mnemonics
357 @section Instruction Naming
359 @cindex i386 instruction naming
360 @cindex instruction naming, i386
361 @cindex x86-64 instruction naming
362 @cindex instruction naming, x86-64
364 Instruction mnemonics are suffixed with one character modifiers which
365 specify the size of operands.  The letters @samp{b}, @samp{w}, @samp{l}
366 and @samp{q} specify byte, word, long and quadruple word operands.  If
367 no suffix is specified by an instruction then @code{@value{AS}} tries to
368 fill in the missing suffix based on the destination register operand
369 (the last one by convention).  Thus, @samp{mov %ax, %bx} is equivalent
370 to @samp{movw %ax, %bx}; also, @samp{mov $1, %bx} is equivalent to
371 @samp{movw $1, bx}.  Note that this is incompatible with the AT&T Unix
372 assembler which assumes that a missing mnemonic suffix implies long
373 operand size.  (This incompatibility does not affect compiler output
374 since compilers always explicitly specify the mnemonic suffix.)
376 Almost all instructions have the same names in AT&T and Intel format.
377 There are a few exceptions.  The sign extend and zero extend
378 instructions need two sizes to specify them.  They need a size to
379 sign/zero extend @emph{from} and a size to zero extend @emph{to}.  This
380 is accomplished by using two instruction mnemonic suffixes in AT&T
381 syntax.  Base names for sign extend and zero extend are
382 @samp{movs@dots{}} and @samp{movz@dots{}} in AT&T syntax (@samp{movsx}
383 and @samp{movzx} in Intel syntax).  The instruction mnemonic suffixes
384 are tacked on to this base name, the @emph{from} suffix before the
385 @emph{to} suffix.  Thus, @samp{movsbl %al, %edx} is AT&T syntax for
386 ``move sign extend @emph{from} %al @emph{to} %edx.''  Possible suffixes,
387 thus, are @samp{bl} (from byte to long), @samp{bw} (from byte to word),
388 @samp{wl} (from word to long), @samp{bq} (from byte to quadruple word),
389 @samp{wq} (from word to quadruple word), and @samp{lq} (from long to
390 quadruple word).
392 @cindex encoding options, i386
393 @cindex encoding options, x86-64
395 Different encoding options can be specified via optional mnemonic
396 suffix.  @samp{.s} suffix swaps 2 register operands in encoding when
397 moving from one register to another.
399 @cindex conversion instructions, i386
400 @cindex i386 conversion instructions
401 @cindex conversion instructions, x86-64
402 @cindex x86-64 conversion instructions
403 The Intel-syntax conversion instructions
405 @itemize @bullet
406 @item
407 @samp{cbw} --- sign-extend byte in @samp{%al} to word in @samp{%ax},
409 @item
410 @samp{cwde} --- sign-extend word in @samp{%ax} to long in @samp{%eax},
412 @item
413 @samp{cwd} --- sign-extend word in @samp{%ax} to long in @samp{%dx:%ax},
415 @item
416 @samp{cdq} --- sign-extend dword in @samp{%eax} to quad in @samp{%edx:%eax},
418 @item
419 @samp{cdqe} --- sign-extend dword in @samp{%eax} to quad in @samp{%rax}
420 (x86-64 only),
422 @item
423 @samp{cqo} --- sign-extend quad in @samp{%rax} to octuple in
424 @samp{%rdx:%rax} (x86-64 only),
425 @end itemize
427 @noindent
428 are called @samp{cbtw}, @samp{cwtl}, @samp{cwtd}, @samp{cltd}, @samp{cltq}, and
429 @samp{cqto} in AT&T naming.  @code{@value{AS}} accepts either naming for these
430 instructions.
432 @cindex jump instructions, i386
433 @cindex call instructions, i386
434 @cindex jump instructions, x86-64
435 @cindex call instructions, x86-64
436 Far call/jump instructions are @samp{lcall} and @samp{ljmp} in
437 AT&T syntax, but are @samp{call far} and @samp{jump far} in Intel
438 convention.
440 @section AT&T Mnemonic versus Intel Mnemonic
442 @cindex i386 mnemonic compatibility
443 @cindex mnemonic compatibility, i386
445 @code{@value{AS}} supports assembly using Intel mnemonic.
446 @code{.intel_mnemonic} selects Intel mnemonic with Intel syntax, and
447 @code{.att_mnemonic} switches back to the usual AT&T mnemonic with AT&T
448 syntax for compatibility with the output of @code{@value{GCC}}.
449 Several x87 instructions, @samp{fadd}, @samp{fdiv}, @samp{fdivp},
450 @samp{fdivr}, @samp{fdivrp}, @samp{fmul}, @samp{fsub}, @samp{fsubp},
451 @samp{fsubr} and @samp{fsubrp},  are implemented in AT&T System V/386
452 assembler with different mnemonics from those in Intel IA32 specification.
453 @code{@value{GCC}} generates those instructions with AT&T mnemonic.
455 @node i386-Regs
456 @section Register Naming
458 @cindex i386 registers
459 @cindex registers, i386
460 @cindex x86-64 registers
461 @cindex registers, x86-64
462 Register operands are always prefixed with @samp{%}.  The 80386 registers
463 consist of
465 @itemize @bullet
466 @item
467 the 8 32-bit registers @samp{%eax} (the accumulator), @samp{%ebx},
468 @samp{%ecx}, @samp{%edx}, @samp{%edi}, @samp{%esi}, @samp{%ebp} (the
469 frame pointer), and @samp{%esp} (the stack pointer).
471 @item
472 the 8 16-bit low-ends of these: @samp{%ax}, @samp{%bx}, @samp{%cx},
473 @samp{%dx}, @samp{%di}, @samp{%si}, @samp{%bp}, and @samp{%sp}.
475 @item
476 the 8 8-bit registers: @samp{%ah}, @samp{%al}, @samp{%bh},
477 @samp{%bl}, @samp{%ch}, @samp{%cl}, @samp{%dh}, and @samp{%dl} (These
478 are the high-bytes and low-bytes of @samp{%ax}, @samp{%bx},
479 @samp{%cx}, and @samp{%dx})
481 @item
482 the 6 section registers @samp{%cs} (code section), @samp{%ds}
483 (data section), @samp{%ss} (stack section), @samp{%es}, @samp{%fs},
484 and @samp{%gs}.
486 @item
487 the 3 processor control registers @samp{%cr0}, @samp{%cr2}, and
488 @samp{%cr3}.
490 @item
491 the 6 debug registers @samp{%db0}, @samp{%db1}, @samp{%db2},
492 @samp{%db3}, @samp{%db6}, and @samp{%db7}.
494 @item
495 the 2 test registers @samp{%tr6} and @samp{%tr7}.
497 @item
498 the 8 floating point register stack @samp{%st} or equivalently
499 @samp{%st(0)}, @samp{%st(1)}, @samp{%st(2)}, @samp{%st(3)},
500 @samp{%st(4)}, @samp{%st(5)}, @samp{%st(6)}, and @samp{%st(7)}.
501 These registers are overloaded by 8 MMX registers @samp{%mm0},
502 @samp{%mm1}, @samp{%mm2}, @samp{%mm3}, @samp{%mm4}, @samp{%mm5},
503 @samp{%mm6} and @samp{%mm7}.
505 @item
506 the 8 SSE registers registers @samp{%xmm0}, @samp{%xmm1}, @samp{%xmm2},
507 @samp{%xmm3}, @samp{%xmm4}, @samp{%xmm5}, @samp{%xmm6} and @samp{%xmm7}.
508 @end itemize
510 The AMD x86-64 architecture extends the register set by:
512 @itemize @bullet
513 @item
514 enhancing the 8 32-bit registers to 64-bit: @samp{%rax} (the
515 accumulator), @samp{%rbx}, @samp{%rcx}, @samp{%rdx}, @samp{%rdi},
516 @samp{%rsi}, @samp{%rbp} (the frame pointer), @samp{%rsp} (the stack
517 pointer)
519 @item
520 the 8 extended registers @samp{%r8}--@samp{%r15}.
522 @item
523 the 8 32-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8d}--@samp{%r15d}
525 @item
526 the 8 16-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8w}--@samp{%r15w}
528 @item
529 the 8 8-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8b}--@samp{%r15b}
531 @item
532 the 4 8-bit registers: @samp{%sil}, @samp{%dil}, @samp{%bpl}, @samp{%spl}.
534 @item
535 the 8 debug registers: @samp{%db8}--@samp{%db15}.
537 @item
538 the 8 SSE registers: @samp{%xmm8}--@samp{%xmm15}.
539 @end itemize
541 @node i386-Prefixes
542 @section Instruction Prefixes
544 @cindex i386 instruction prefixes
545 @cindex instruction prefixes, i386
546 @cindex prefixes, i386
547 Instruction prefixes are used to modify the following instruction.  They
548 are used to repeat string instructions, to provide section overrides, to
549 perform bus lock operations, and to change operand and address sizes.
550 (Most instructions that normally operate on 32-bit operands will use
551 16-bit operands if the instruction has an ``operand size'' prefix.)
552 Instruction prefixes are best written on the same line as the instruction
553 they act upon. For example, the @samp{scas} (scan string) instruction is
554 repeated with:
556 @smallexample
557         repne scas %es:(%edi),%al
558 @end smallexample
560 You may also place prefixes on the lines immediately preceding the
561 instruction, but this circumvents checks that @code{@value{AS}} does
562 with prefixes, and will not work with all prefixes.
564 Here is a list of instruction prefixes:
566 @cindex section override prefixes, i386
567 @itemize @bullet
568 @item
569 Section override prefixes @samp{cs}, @samp{ds}, @samp{ss}, @samp{es},
570 @samp{fs}, @samp{gs}.  These are automatically added by specifying
571 using the @var{section}:@var{memory-operand} form for memory references.
573 @cindex size prefixes, i386
574 @item
575 Operand/Address size prefixes @samp{data16} and @samp{addr16}
576 change 32-bit operands/addresses into 16-bit operands/addresses,
577 while @samp{data32} and @samp{addr32} change 16-bit ones (in a
578 @code{.code16} section) into 32-bit operands/addresses.  These prefixes
579 @emph{must} appear on the same line of code as the instruction they
580 modify. For example, in a 16-bit @code{.code16} section, you might
581 write:
583 @smallexample
584         addr32 jmpl *(%ebx)
585 @end smallexample
587 @cindex bus lock prefixes, i386
588 @cindex inhibiting interrupts, i386
589 @item
590 The bus lock prefix @samp{lock} inhibits interrupts during execution of
591 the instruction it precedes.  (This is only valid with certain
592 instructions; see a 80386 manual for details).
594 @cindex coprocessor wait, i386
595 @item
596 The wait for coprocessor prefix @samp{wait} waits for the coprocessor to
597 complete the current instruction.  This should never be needed for the
598 80386/80387 combination.
600 @cindex repeat prefixes, i386
601 @item
602 The @samp{rep}, @samp{repe}, and @samp{repne} prefixes are added
603 to string instructions to make them repeat @samp{%ecx} times (@samp{%cx}
604 times if the current address size is 16-bits).
605 @cindex REX prefixes, i386
606 @item
607 The @samp{rex} family of prefixes is used by x86-64 to encode
608 extensions to i386 instruction set.  The @samp{rex} prefix has four
609 bits --- an operand size overwrite (@code{64}) used to change operand size
610 from 32-bit to 64-bit and X, Y and Z extensions bits used to extend the
611 register set.
613 You may write the @samp{rex} prefixes directly. The @samp{rex64xyz}
614 instruction emits @samp{rex} prefix with all the bits set.  By omitting
615 the @code{64}, @code{x}, @code{y} or @code{z} you may write other
616 prefixes as well.  Normally, there is no need to write the prefixes
617 explicitly, since gas will automatically generate them based on the
618 instruction operands.
619 @end itemize
621 @node i386-Memory
622 @section Memory References
624 @cindex i386 memory references
625 @cindex memory references, i386
626 @cindex x86-64 memory references
627 @cindex memory references, x86-64
628 An Intel syntax indirect memory reference of the form
630 @smallexample
631 @var{section}:[@var{base} + @var{index}*@var{scale} + @var{disp}]
632 @end smallexample
634 @noindent
635 is translated into the AT&T syntax
637 @smallexample
638 @var{section}:@var{disp}(@var{base}, @var{index}, @var{scale})
639 @end smallexample
641 @noindent
642 where @var{base} and @var{index} are the optional 32-bit base and
643 index registers, @var{disp} is the optional displacement, and
644 @var{scale}, taking the values 1, 2, 4, and 8, multiplies @var{index}
645 to calculate the address of the operand.  If no @var{scale} is
646 specified, @var{scale} is taken to be 1.  @var{section} specifies the
647 optional section register for the memory operand, and may override the
648 default section register (see a 80386 manual for section register
649 defaults). Note that section overrides in AT&T syntax @emph{must}
650 be preceded by a @samp{%}.  If you specify a section override which
651 coincides with the default section register, @code{@value{AS}} does @emph{not}
652 output any section register override prefixes to assemble the given
653 instruction.  Thus, section overrides can be specified to emphasize which
654 section register is used for a given memory operand.
656 Here are some examples of Intel and AT&T style memory references:
658 @table @asis
659 @item AT&T: @samp{-4(%ebp)}, Intel:  @samp{[ebp - 4]}
660 @var{base} is @samp{%ebp}; @var{disp} is @samp{-4}. @var{section} is
661 missing, and the default section is used (@samp{%ss} for addressing with
662 @samp{%ebp} as the base register).  @var{index}, @var{scale} are both missing.
664 @item AT&T: @samp{foo(,%eax,4)}, Intel: @samp{[foo + eax*4]}
665 @var{index} is @samp{%eax} (scaled by a @var{scale} 4); @var{disp} is
666 @samp{foo}.  All other fields are missing.  The section register here
667 defaults to @samp{%ds}.
669 @item AT&T: @samp{foo(,1)}; Intel @samp{[foo]}
670 This uses the value pointed to by @samp{foo} as a memory operand.
671 Note that @var{base} and @var{index} are both missing, but there is only
672 @emph{one} @samp{,}.  This is a syntactic exception.
674 @item AT&T: @samp{%gs:foo}; Intel @samp{gs:foo}
675 This selects the contents of the variable @samp{foo} with section
676 register @var{section} being @samp{%gs}.
677 @end table
679 Absolute (as opposed to PC relative) call and jump operands must be
680 prefixed with @samp{*}.  If no @samp{*} is specified, @code{@value{AS}}
681 always chooses PC relative addressing for jump/call labels.
683 Any instruction that has a memory operand, but no register operand,
684 @emph{must} specify its size (byte, word, long, or quadruple) with an
685 instruction mnemonic suffix (@samp{b}, @samp{w}, @samp{l} or @samp{q},
686 respectively).
688 The x86-64 architecture adds an RIP (instruction pointer relative)
689 addressing.  This addressing mode is specified by using @samp{rip} as a
690 base register.  Only constant offsets are valid. For example:
692 @table @asis
693 @item AT&T: @samp{1234(%rip)}, Intel: @samp{[rip + 1234]}
694 Points to the address 1234 bytes past the end of the current
695 instruction.
697 @item AT&T: @samp{symbol(%rip)}, Intel: @samp{[rip + symbol]}
698 Points to the @code{symbol} in RIP relative way, this is shorter than
699 the default absolute addressing.
700 @end table
702 Other addressing modes remain unchanged in x86-64 architecture, except
703 registers used are 64-bit instead of 32-bit.
705 @node i386-Jumps
706 @section Handling of Jump Instructions
708 @cindex jump optimization, i386
709 @cindex i386 jump optimization
710 @cindex jump optimization, x86-64
711 @cindex x86-64 jump optimization
712 Jump instructions are always optimized to use the smallest possible
713 displacements.  This is accomplished by using byte (8-bit) displacement
714 jumps whenever the target is sufficiently close.  If a byte displacement
715 is insufficient a long displacement is used.  We do not support
716 word (16-bit) displacement jumps in 32-bit mode (i.e. prefixing the jump
717 instruction with the @samp{data16} instruction prefix), since the 80386
718 insists upon masking @samp{%eip} to 16 bits after the word displacement
719 is added. (See also @pxref{i386-Arch})
721 Note that the @samp{jcxz}, @samp{jecxz}, @samp{loop}, @samp{loopz},
722 @samp{loope}, @samp{loopnz} and @samp{loopne} instructions only come in byte
723 displacements, so that if you use these instructions (@code{@value{GCC}} does
724 not use them) you may get an error message (and incorrect code).  The AT&T
725 80386 assembler tries to get around this problem by expanding @samp{jcxz foo}
728 @smallexample
729          jcxz cx_zero
730          jmp cx_nonzero
731 cx_zero: jmp foo
732 cx_nonzero:
733 @end smallexample
735 @node i386-Float
736 @section Floating Point
738 @cindex i386 floating point
739 @cindex floating point, i386
740 @cindex x86-64 floating point
741 @cindex floating point, x86-64
742 All 80387 floating point types except packed BCD are supported.
743 (BCD support may be added without much difficulty).  These data
744 types are 16-, 32-, and 64- bit integers, and single (32-bit),
745 double (64-bit), and extended (80-bit) precision floating point.
746 Each supported type has an instruction mnemonic suffix and a constructor
747 associated with it.  Instruction mnemonic suffixes specify the operand's
748 data type.  Constructors build these data types into memory.
750 @cindex @code{float} directive, i386
751 @cindex @code{single} directive, i386
752 @cindex @code{double} directive, i386
753 @cindex @code{tfloat} directive, i386
754 @cindex @code{float} directive, x86-64
755 @cindex @code{single} directive, x86-64
756 @cindex @code{double} directive, x86-64
757 @cindex @code{tfloat} directive, x86-64
758 @itemize @bullet
759 @item
760 Floating point constructors are @samp{.float} or @samp{.single},
761 @samp{.double}, and @samp{.tfloat} for 32-, 64-, and 80-bit formats.
762 These correspond to instruction mnemonic suffixes @samp{s}, @samp{l},
763 and @samp{t}. @samp{t} stands for 80-bit (ten byte) real.  The 80387
764 only supports this format via the @samp{fldt} (load 80-bit real to stack
765 top) and @samp{fstpt} (store 80-bit real and pop stack) instructions.
767 @cindex @code{word} directive, i386
768 @cindex @code{long} directive, i386
769 @cindex @code{int} directive, i386
770 @cindex @code{quad} directive, i386
771 @cindex @code{word} directive, x86-64
772 @cindex @code{long} directive, x86-64
773 @cindex @code{int} directive, x86-64
774 @cindex @code{quad} directive, x86-64
775 @item
776 Integer constructors are @samp{.word}, @samp{.long} or @samp{.int}, and
777 @samp{.quad} for the 16-, 32-, and 64-bit integer formats.  The
778 corresponding instruction mnemonic suffixes are @samp{s} (single),
779 @samp{l} (long), and @samp{q} (quad).  As with the 80-bit real format,
780 the 64-bit @samp{q} format is only present in the @samp{fildq} (load
781 quad integer to stack top) and @samp{fistpq} (store quad integer and pop
782 stack) instructions.
783 @end itemize
785 Register to register operations should not use instruction mnemonic suffixes.
786 @samp{fstl %st, %st(1)} will give a warning, and be assembled as if you
787 wrote @samp{fst %st, %st(1)}, since all register to register operations
788 use 80-bit floating point operands. (Contrast this with @samp{fstl %st, mem},
789 which converts @samp{%st} from 80-bit to 64-bit floating point format,
790 then stores the result in the 4 byte location @samp{mem})
792 @node i386-SIMD
793 @section Intel's MMX and AMD's 3DNow! SIMD Operations
795 @cindex MMX, i386
796 @cindex 3DNow!, i386
797 @cindex SIMD, i386
798 @cindex MMX, x86-64
799 @cindex 3DNow!, x86-64
800 @cindex SIMD, x86-64
802 @code{@value{AS}} supports Intel's MMX instruction set (SIMD
803 instructions for integer data), available on Intel's Pentium MMX
804 processors and Pentium II processors, AMD's K6 and K6-2 processors,
805 Cyrix' M2 processor, and probably others.  It also supports AMD's 3DNow!@:
806 instruction set (SIMD instructions for 32-bit floating point data)
807 available on AMD's K6-2 processor and possibly others in the future.
809 Currently, @code{@value{AS}} does not support Intel's floating point
810 SIMD, Katmai (KNI).
812 The eight 64-bit MMX operands, also used by 3DNow!, are called @samp{%mm0},
813 @samp{%mm1}, ... @samp{%mm7}.  They contain eight 8-bit integers, four
814 16-bit integers, two 32-bit integers, one 64-bit integer, or two 32-bit
815 floating point values.  The MMX registers cannot be used at the same time
816 as the floating point stack.
818 See Intel and AMD documentation, keeping in mind that the operand order in
819 instructions is reversed from the Intel syntax.
821 @node i386-LWP
822 @section AMD's Lightweight Profiling Instructions
824 @cindex LWP, i386
825 @cindex LWP, x86-64
827 @code{@value{AS}} supports AMD's Lightweight Profiling (LWP)
828 instruction set, available on AMD's Family 15h (Orochi) processors.
830 LWP enables applications to collect and manage performance data, and
831 react to performance events.  The collection of performance data
832 requires no context switches.  LWP runs in the context of a thread and
833 so several counters can be used independently across multiple threads.
834 LWP can be used in both 64-bit and legacy 32-bit modes.
836 For detailed information on the LWP instruction set, see the
837 @cite{AMD Lightweight Profiling Specification} available at
838 @uref{http://developer.amd.com/cpu/LWP,Lightweight Profiling Specification}.
840 @node i386-16bit
841 @section Writing 16-bit Code
843 @cindex i386 16-bit code
844 @cindex 16-bit code, i386
845 @cindex real-mode code, i386
846 @cindex @code{code16gcc} directive, i386
847 @cindex @code{code16} directive, i386
848 @cindex @code{code32} directive, i386
849 @cindex @code{code64} directive, i386
850 @cindex @code{code64} directive, x86-64
851 While @code{@value{AS}} normally writes only ``pure'' 32-bit i386 code
852 or 64-bit x86-64 code depending on the default configuration,
853 it also supports writing code to run in real mode or in 16-bit protected
854 mode code segments.  To do this, put a @samp{.code16} or
855 @samp{.code16gcc} directive before the assembly language instructions to
856 be run in 16-bit mode.  You can switch @code{@value{AS}} to writing
857 32-bit code with the @samp{.code32} directive or 64-bit code with the
858 @samp{.code64} directive.
860 @samp{.code16gcc} provides experimental support for generating 16-bit
861 code from gcc, and differs from @samp{.code16} in that @samp{call},
862 @samp{ret}, @samp{enter}, @samp{leave}, @samp{push}, @samp{pop},
863 @samp{pusha}, @samp{popa}, @samp{pushf}, and @samp{popf} instructions
864 default to 32-bit size.  This is so that the stack pointer is
865 manipulated in the same way over function calls, allowing access to
866 function parameters at the same stack offsets as in 32-bit mode.
867 @samp{.code16gcc} also automatically adds address size prefixes where
868 necessary to use the 32-bit addressing modes that gcc generates.
870 The code which @code{@value{AS}} generates in 16-bit mode will not
871 necessarily run on a 16-bit pre-80386 processor.  To write code that
872 runs on such a processor, you must refrain from using @emph{any} 32-bit
873 constructs which require @code{@value{AS}} to output address or operand
874 size prefixes.
876 Note that writing 16-bit code instructions by explicitly specifying a
877 prefix or an instruction mnemonic suffix within a 32-bit code section
878 generates different machine instructions than those generated for a
879 16-bit code segment.  In a 32-bit code section, the following code
880 generates the machine opcode bytes @samp{66 6a 04}, which pushes the
881 value @samp{4} onto the stack, decrementing @samp{%esp} by 2.
883 @smallexample
884         pushw $4
885 @end smallexample
887 The same code in a 16-bit code section would generate the machine
888 opcode bytes @samp{6a 04} (i.e., without the operand size prefix), which
889 is correct since the processor default operand size is assumed to be 16
890 bits in a 16-bit code section.
892 @node i386-Bugs
893 @section AT&T Syntax bugs
895 The UnixWare assembler, and probably other AT&T derived ix86 Unix
896 assemblers, generate floating point instructions with reversed source
897 and destination registers in certain cases.  Unfortunately, gcc and
898 possibly many other programs use this reversed syntax, so we're stuck
899 with it.
901 For example
903 @smallexample
904         fsub %st,%st(3)
905 @end smallexample
906 @noindent
907 results in @samp{%st(3)} being updated to @samp{%st - %st(3)} rather
908 than the expected @samp{%st(3) - %st}.  This happens with all the
909 non-commutative arithmetic floating point operations with two register
910 operands where the source register is @samp{%st} and the destination
911 register is @samp{%st(i)}.
913 @node i386-Arch
914 @section Specifying CPU Architecture
916 @cindex arch directive, i386
917 @cindex i386 arch directive
918 @cindex arch directive, x86-64
919 @cindex x86-64 arch directive
921 @code{@value{AS}} may be told to assemble for a particular CPU
922 (sub-)architecture with the @code{.arch @var{cpu_type}} directive.  This
923 directive enables a warning when gas detects an instruction that is not
924 supported on the CPU specified.  The choices for @var{cpu_type} are:
926 @multitable @columnfractions .20 .20 .20 .20
927 @item @samp{i8086} @tab @samp{i186} @tab @samp{i286} @tab @samp{i386}
928 @item @samp{i486} @tab @samp{i586} @tab @samp{i686} @tab @samp{pentium}
929 @item @samp{pentiumpro} @tab @samp{pentiumii} @tab @samp{pentiumiii} @tab @samp{pentium4}
930 @item @samp{prescott} @tab @samp{nocona} @tab @samp{core} @tab @samp{core2}
931 @item @samp{corei7} @tab @samp{l1om}
932 @item @samp{k6} @tab @samp{k6_2} @tab @samp{athlon} @tab @samp{k8}
933 @item @samp{amdfam10} @tab @samp{bdver1}
934 @item @samp{generic32} @tab @samp{generic64}
935 @item @samp{.mmx} @tab @samp{.sse} @tab @samp{.sse2} @tab @samp{.sse3}
936 @item @samp{.ssse3} @tab @samp{.sse4.1} @tab @samp{.sse4.2} @tab @samp{.sse4}
937 @item @samp{.avx} @tab @samp{.vmx} @tab @samp{.smx} @tab @samp{.ept}
938 @item @samp{.clflush} @tab @samp{.movbe} @tab @samp{.xsave} @tab @samp{.xsaveopt}
939 @item @samp{.aes} @tab @samp{.pclmul} @tab @samp{.fma} @tab @samp{.fsgsbase}
940 @item @samp{.rdrnd} @tab @samp{.f16c}
941 @item @samp{.3dnow} @tab @samp{.3dnowa} @tab @samp{.sse4a} @tab @samp{.sse5}
942 @item @samp{.syscall} @tab @samp{.rdtscp} @tab @samp{.svme} @tab @samp{.abm}
943 @item @samp{.lwp} @tab @samp{.fma4} @tab @samp{.xop}
944 @item @samp{.padlock}
945 @end multitable
947 Apart from the warning, there are only two other effects on
948 @code{@value{AS}} operation;  Firstly, if you specify a CPU other than
949 @samp{i486}, then shift by one instructions such as @samp{sarl $1, %eax}
950 will automatically use a two byte opcode sequence.  The larger three
951 byte opcode sequence is used on the 486 (and when no architecture is
952 specified) because it executes faster on the 486.  Note that you can
953 explicitly request the two byte opcode by writing @samp{sarl %eax}.
954 Secondly, if you specify @samp{i8086}, @samp{i186}, or @samp{i286},
955 @emph{and} @samp{.code16} or @samp{.code16gcc} then byte offset
956 conditional jumps will be promoted when necessary to a two instruction
957 sequence consisting of a conditional jump of the opposite sense around
958 an unconditional jump to the target.
960 Following the CPU architecture (but not a sub-architecture, which are those
961 starting with a dot), you may specify @samp{jumps} or @samp{nojumps} to
962 control automatic promotion of conditional jumps. @samp{jumps} is the
963 default, and enables jump promotion;  All external jumps will be of the long
964 variety, and file-local jumps will be promoted as necessary.
965 (@pxref{i386-Jumps})  @samp{nojumps} leaves external conditional jumps as
966 byte offset jumps, and warns about file-local conditional jumps that
967 @code{@value{AS}} promotes.
968 Unconditional jumps are treated as for @samp{jumps}.
970 For example
972 @smallexample
973  .arch i8086,nojumps
974 @end smallexample
976 @node i386-Notes
977 @section Notes
979 @cindex i386 @code{mul}, @code{imul} instructions
980 @cindex @code{mul} instruction, i386
981 @cindex @code{imul} instruction, i386
982 @cindex @code{mul} instruction, x86-64
983 @cindex @code{imul} instruction, x86-64
984 There is some trickery concerning the @samp{mul} and @samp{imul}
985 instructions that deserves mention.  The 16-, 32-, 64- and 128-bit expanding
986 multiplies (base opcode @samp{0xf6}; extension 4 for @samp{mul} and 5
987 for @samp{imul}) can be output only in the one operand form.  Thus,
988 @samp{imul %ebx, %eax} does @emph{not} select the expanding multiply;
989 the expanding multiply would clobber the @samp{%edx} register, and this
990 would confuse @code{@value{GCC}} output.  Use @samp{imul %ebx} to get the
991 64-bit product in @samp{%edx:%eax}.
993 We have added a two operand form of @samp{imul} when the first operand
994 is an immediate mode expression and the second operand is a register.
995 This is just a shorthand, so that, multiplying @samp{%eax} by 69, for
996 example, can be done with @samp{imul $69, %eax} rather than @samp{imul
997 $69, %eax, %eax}.