* elf32-spu.c (build_stub): Fix malloc under-allocation.
[binutils.git] / gas / doc / c-i386.texi
blob7c1921977da83588f9a50e79d1994054b6fecd38
1 @c Copyright 1991, 1992, 1993, 1994, 1995, 1997, 1998, 1999, 2000,
2 @c 2001, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2011
3 @c Free Software Foundation, Inc.
4 @c This is part of the GAS manual.
5 @c For copying conditions, see the file as.texinfo.
6 @c man end
8 @ifset GENERIC
9 @page
10 @node i386-Dependent
11 @chapter 80386 Dependent Features
12 @end ifset
13 @ifclear GENERIC
14 @node Machine Dependencies
15 @chapter 80386 Dependent Features
16 @end ifclear
18 @cindex i386 support
19 @cindex i80386 support
20 @cindex x86-64 support
22 The i386 version @code{@value{AS}} supports both the original Intel 386
23 architecture in both 16 and 32-bit mode as well as AMD x86-64 architecture
24 extending the Intel architecture to 64-bits.
26 @menu
27 * i386-Options::                Options
28 * i386-Directives::             X86 specific directives
29 * i386-Syntax::                 Syntactical considerations
30 * i386-Mnemonics::              Instruction Naming
31 * i386-Regs::                   Register Naming
32 * i386-Prefixes::               Instruction Prefixes
33 * i386-Memory::                 Memory References
34 * i386-Jumps::                  Handling of Jump Instructions
35 * i386-Float::                  Floating Point
36 * i386-SIMD::                   Intel's MMX and AMD's 3DNow! SIMD Operations
37 * i386-LWP::                    AMD's Lightweight Profiling Instructions
38 * i386-BMI::                    Bit Manipulation Instruction
39 * i386-TBM::                    AMD's Trailing Bit Manipulation Instructions
40 * i386-16bit::                  Writing 16-bit Code
41 * i386-Arch::                   Specifying an x86 CPU architecture
42 * i386-Bugs::                   AT&T Syntax bugs
43 * i386-Notes::                  Notes
44 @end menu
46 @node i386-Options
47 @section Options
49 @cindex options for i386
50 @cindex options for x86-64
51 @cindex i386 options
52 @cindex x86-64 options 
54 The i386 version of @code{@value{AS}} has a few machine
55 dependent options:
57 @c man begin OPTIONS
58 @table @gcctabopt
59 @cindex @samp{--32} option, i386
60 @cindex @samp{--32} option, x86-64
61 @cindex @samp{--x32} option, i386
62 @cindex @samp{--x32} option, x86-64
63 @cindex @samp{--64} option, i386
64 @cindex @samp{--64} option, x86-64
65 @item --32 | --x32 | --64
66 Select the word size, either 32 bits or 64 bits.  @samp{--32}
67 implies Intel i386 architecture, while @samp{--x32} and @samp{--64}
68 imply AMD x86-64 architecture with 32-bit or 64-bit word-size
69 respectively.
71 These options are only available with the ELF object file format, and
72 require that the necessary BFD support has been included (on a 32-bit
73 platform you have to add --enable-64-bit-bfd to configure enable 64-bit
74 usage and use x86-64 as target platform).
76 @item -n
77 By default, x86 GAS replaces multiple nop instructions used for
78 alignment within code sections with multi-byte nop instructions such
79 as leal 0(%esi,1),%esi.  This switch disables the optimization.
81 @cindex @samp{--divide} option, i386
82 @item --divide
83 On SVR4-derived platforms, the character @samp{/} is treated as a comment
84 character, which means that it cannot be used in expressions.  The
85 @samp{--divide} option turns @samp{/} into a normal character.  This does
86 not disable @samp{/} at the beginning of a line starting a comment, or
87 affect using @samp{#} for starting a comment.
89 @cindex @samp{-march=} option, i386
90 @cindex @samp{-march=} option, x86-64
91 @item -march=@var{CPU}[+@var{EXTENSION}@dots{}]
92 This option specifies the target processor.  The assembler will
93 issue an error message if an attempt is made to assemble an instruction
94 which will not execute on the target processor.  The following
95 processor names are recognized: 
96 @code{i8086},
97 @code{i186},
98 @code{i286},
99 @code{i386},
100 @code{i486},
101 @code{i586},
102 @code{i686},
103 @code{pentium},
104 @code{pentiumpro},
105 @code{pentiumii},
106 @code{pentiumiii},
107 @code{pentium4},
108 @code{prescott},
109 @code{nocona},
110 @code{core},
111 @code{core2},
112 @code{corei7},
113 @code{l1om},
114 @code{k1om},
115 @code{k6},
116 @code{k6_2},
117 @code{athlon},
118 @code{opteron},
119 @code{k8},
120 @code{amdfam10},
121 @code{bdver1},
122 @code{bdver2},
123 @code{generic32} and
124 @code{generic64}.
126 In addition to the basic instruction set, the assembler can be told to 
127 accept various extension mnemonics.  For example,
128 @code{-march=i686+sse4+vmx} extends @var{i686} with @var{sse4} and
129 @var{vmx}.  The following extensions are currently supported:
130 @code{8087},
131 @code{287},
132 @code{387},
133 @code{no87},
134 @code{mmx},
135 @code{nommx},
136 @code{sse},
137 @code{sse2},
138 @code{sse3},
139 @code{ssse3},
140 @code{sse4.1},
141 @code{sse4.2},
142 @code{sse4},
143 @code{nosse},
144 @code{avx},
145 @code{avx2},
146 @code{noavx},
147 @code{vmx},
148 @code{vmfunc},
149 @code{smx},
150 @code{xsave},
151 @code{xsaveopt},
152 @code{aes},
153 @code{pclmul},
154 @code{fsgsbase},
155 @code{rdrnd},
156 @code{f16c},
157 @code{bmi2},
158 @code{fma},
159 @code{movbe},
160 @code{ept},
161 @code{lzcnt},
162 @code{hle},
163 @code{rtm},
164 @code{invpcid},
165 @code{clflush},
166 @code{lwp},
167 @code{fma4},
168 @code{xop},
169 @code{syscall},
170 @code{rdtscp},
171 @code{3dnow},
172 @code{3dnowa},
173 @code{sse4a},
174 @code{sse5},
175 @code{svme},
176 @code{abm} and
177 @code{padlock}.
178 Note that rather than extending a basic instruction set, the extension
179 mnemonics starting with @code{no} revoke the respective functionality.
181 When the @code{.arch} directive is used with @option{-march}, the
182 @code{.arch} directive will take precedent.
184 @cindex @samp{-mtune=} option, i386
185 @cindex @samp{-mtune=} option, x86-64
186 @item -mtune=@var{CPU}
187 This option specifies a processor to optimize for. When used in
188 conjunction with the @option{-march} option, only instructions
189 of the processor specified by the @option{-march} option will be
190 generated.
192 Valid @var{CPU} values are identical to the processor list of
193 @option{-march=@var{CPU}}.
195 @cindex @samp{-msse2avx} option, i386
196 @cindex @samp{-msse2avx} option, x86-64
197 @item -msse2avx
198 This option specifies that the assembler should encode SSE instructions
199 with VEX prefix.
201 @cindex @samp{-msse-check=} option, i386
202 @cindex @samp{-msse-check=} option, x86-64
203 @item -msse-check=@var{none}
204 @itemx -msse-check=@var{warning}
205 @itemx -msse-check=@var{error}
206 These options control if the assembler should check SSE intructions.
207 @option{-msse-check=@var{none}} will make the assembler not to check SSE
208 instructions,  which is the default.  @option{-msse-check=@var{warning}}
209 will make the assembler issue a warning for any SSE intruction.
210 @option{-msse-check=@var{error}} will make the assembler issue an error
211 for any SSE intruction.
213 @cindex @samp{-mavxscalar=} option, i386
214 @cindex @samp{-mavxscalar=} option, x86-64
215 @item -mavxscalar=@var{128}
216 @itemx -mavxscalar=@var{256}
217 These options control how the assembler should encode scalar AVX
218 instructions.  @option{-mavxscalar=@var{128}} will encode scalar
219 AVX instructions with 128bit vector length, which is the default.
220 @option{-mavxscalar=@var{256}} will encode scalar AVX instructions
221 with 256bit vector length.
223 @cindex @samp{-mmnemonic=} option, i386
224 @cindex @samp{-mmnemonic=} option, x86-64
225 @item -mmnemonic=@var{att}
226 @itemx -mmnemonic=@var{intel}
227 This option specifies instruction mnemonic for matching instructions. 
228 The @code{.att_mnemonic} and @code{.intel_mnemonic} directives will
229 take precedent.
231 @cindex @samp{-msyntax=} option, i386
232 @cindex @samp{-msyntax=} option, x86-64
233 @item -msyntax=@var{att}
234 @itemx -msyntax=@var{intel}
235 This option specifies instruction syntax when processing instructions. 
236 The @code{.att_syntax} and @code{.intel_syntax} directives will
237 take precedent.
239 @cindex @samp{-mnaked-reg} option, i386
240 @cindex @samp{-mnaked-reg} option, x86-64
241 @item -mnaked-reg
242 This opetion specifies that registers don't require a @samp{%} prefix.
243 The @code{.att_syntax} and @code{.intel_syntax} directives will take precedent.
245 @end table
246 @c man end
248 @node i386-Directives
249 @section x86 specific Directives
251 @cindex machine directives, x86
252 @cindex x86 machine directives
253 @table @code
255 @cindex @code{lcomm} directive, COFF
256 @item .lcomm @var{symbol} , @var{length}[, @var{alignment}]
257 Reserve @var{length} (an absolute expression) bytes for a local common
258 denoted by @var{symbol}.  The section and value of @var{symbol} are
259 those of the new local common.  The addresses are allocated in the bss
260 section, so that at run-time the bytes start off zeroed.  Since
261 @var{symbol} is not declared global, it is normally not visible to
262 @code{@value{LD}}.  The optional third parameter, @var{alignment},
263 specifies the desired alignment of the symbol in the bss section.
265 This directive is only available for COFF based x86 targets.
267 @c FIXME: Document other x86 specific directives ?  Eg: .code16gcc,
268 @c .largecomm
270 @end table
272 @node i386-Syntax
273 @section i386 Syntactical Considerations
274 @menu
275 * i386-Variations::           AT&T Syntax versus Intel Syntax
276 * i386-Chars::                Special Characters
277 @end menu
279 @node i386-Variations
280 @subsection AT&T Syntax versus Intel Syntax
282 @cindex i386 intel_syntax pseudo op
283 @cindex intel_syntax pseudo op, i386
284 @cindex i386 att_syntax pseudo op
285 @cindex att_syntax pseudo op, i386
286 @cindex i386 syntax compatibility
287 @cindex syntax compatibility, i386
288 @cindex x86-64 intel_syntax pseudo op
289 @cindex intel_syntax pseudo op, x86-64
290 @cindex x86-64 att_syntax pseudo op
291 @cindex att_syntax pseudo op, x86-64
292 @cindex x86-64 syntax compatibility
293 @cindex syntax compatibility, x86-64
295 @code{@value{AS}} now supports assembly using Intel assembler syntax.
296 @code{.intel_syntax} selects Intel mode, and @code{.att_syntax} switches
297 back to the usual AT&T mode for compatibility with the output of
298 @code{@value{GCC}}.  Either of these directives may have an optional
299 argument, @code{prefix}, or @code{noprefix} specifying whether registers
300 require a @samp{%} prefix.  AT&T System V/386 assembler syntax is quite
301 different from Intel syntax.  We mention these differences because
302 almost all 80386 documents use Intel syntax.  Notable differences
303 between the two syntaxes are:
305 @cindex immediate operands, i386
306 @cindex i386 immediate operands
307 @cindex register operands, i386
308 @cindex i386 register operands
309 @cindex jump/call operands, i386
310 @cindex i386 jump/call operands
311 @cindex operand delimiters, i386
313 @cindex immediate operands, x86-64
314 @cindex x86-64 immediate operands
315 @cindex register operands, x86-64
316 @cindex x86-64 register operands
317 @cindex jump/call operands, x86-64
318 @cindex x86-64 jump/call operands
319 @cindex operand delimiters, x86-64
320 @itemize @bullet
321 @item
322 AT&T immediate operands are preceded by @samp{$}; Intel immediate
323 operands are undelimited (Intel @samp{push 4} is AT&T @samp{pushl $4}).
324 AT&T register operands are preceded by @samp{%}; Intel register operands
325 are undelimited.  AT&T absolute (as opposed to PC relative) jump/call
326 operands are prefixed by @samp{*}; they are undelimited in Intel syntax.
328 @cindex i386 source, destination operands
329 @cindex source, destination operands; i386
330 @cindex x86-64 source, destination operands
331 @cindex source, destination operands; x86-64
332 @item
333 AT&T and Intel syntax use the opposite order for source and destination
334 operands.  Intel @samp{add eax, 4} is @samp{addl $4, %eax}.  The
335 @samp{source, dest} convention is maintained for compatibility with
336 previous Unix assemblers.  Note that @samp{bound}, @samp{invlpga}, and
337 instructions with 2 immediate operands, such as the @samp{enter}
338 instruction, do @emph{not} have reversed order.  @ref{i386-Bugs}.
340 @cindex mnemonic suffixes, i386
341 @cindex sizes operands, i386
342 @cindex i386 size suffixes
343 @cindex mnemonic suffixes, x86-64
344 @cindex sizes operands, x86-64
345 @cindex x86-64 size suffixes
346 @item
347 In AT&T syntax the size of memory operands is determined from the last
348 character of the instruction mnemonic.  Mnemonic suffixes of @samp{b},
349 @samp{w}, @samp{l} and @samp{q} specify byte (8-bit), word (16-bit), long
350 (32-bit) and quadruple word (64-bit) memory references.  Intel syntax accomplishes
351 this by prefixing memory operands (@emph{not} the instruction mnemonics) with
352 @samp{byte ptr}, @samp{word ptr}, @samp{dword ptr} and @samp{qword ptr}.  Thus,
353 Intel @samp{mov al, byte ptr @var{foo}} is @samp{movb @var{foo}, %al} in AT&T
354 syntax.
356 In 64-bit code, @samp{movabs} can be used to encode the @samp{mov}
357 instruction with the 64-bit displacement or immediate operand.
359 @cindex return instructions, i386
360 @cindex i386 jump, call, return
361 @cindex return instructions, x86-64
362 @cindex x86-64 jump, call, return
363 @item
364 Immediate form long jumps and calls are
365 @samp{lcall/ljmp $@var{section}, $@var{offset}} in AT&T syntax; the
366 Intel syntax is
367 @samp{call/jmp far @var{section}:@var{offset}}.  Also, the far return
368 instruction
369 is @samp{lret $@var{stack-adjust}} in AT&T syntax; Intel syntax is
370 @samp{ret far @var{stack-adjust}}.
372 @cindex sections, i386
373 @cindex i386 sections
374 @cindex sections, x86-64
375 @cindex x86-64 sections
376 @item
377 The AT&T assembler does not provide support for multiple section
378 programs.  Unix style systems expect all programs to be single sections.
379 @end itemize
381 @node i386-Chars
382 @subsection Special Characters
384 @cindex line comment character, i386
385 @cindex i386 line comment character
386 The presence of a @samp{#} appearing anywhere on a line indicates the
387 start of a comment that extends to the end of that line.
389 If a @samp{#} appears as the first character of a line then the whole
390 line is treated as a comment, but in this case the line can also be a
391 logical line number directive (@pxref{Comments}) or a preprocessor
392 control command (@pxref{Preprocessing}).
394 If the @option{--divide} command line option has not been specified
395 then the @samp{/} character appearing anywhere on a line also
396 introduces a line comment.
398 @cindex line separator, i386
399 @cindex statement separator, i386
400 @cindex i386 line separator
401 The @samp{;} character can be used to separate statements on the same
402 line.
404 @node i386-Mnemonics
405 @section Instruction Naming
407 @cindex i386 instruction naming
408 @cindex instruction naming, i386
409 @cindex x86-64 instruction naming
410 @cindex instruction naming, x86-64
412 Instruction mnemonics are suffixed with one character modifiers which
413 specify the size of operands.  The letters @samp{b}, @samp{w}, @samp{l}
414 and @samp{q} specify byte, word, long and quadruple word operands.  If
415 no suffix is specified by an instruction then @code{@value{AS}} tries to
416 fill in the missing suffix based on the destination register operand
417 (the last one by convention).  Thus, @samp{mov %ax, %bx} is equivalent
418 to @samp{movw %ax, %bx}; also, @samp{mov $1, %bx} is equivalent to
419 @samp{movw $1, bx}.  Note that this is incompatible with the AT&T Unix
420 assembler which assumes that a missing mnemonic suffix implies long
421 operand size.  (This incompatibility does not affect compiler output
422 since compilers always explicitly specify the mnemonic suffix.)
424 Almost all instructions have the same names in AT&T and Intel format.
425 There are a few exceptions.  The sign extend and zero extend
426 instructions need two sizes to specify them.  They need a size to
427 sign/zero extend @emph{from} and a size to zero extend @emph{to}.  This
428 is accomplished by using two instruction mnemonic suffixes in AT&T
429 syntax.  Base names for sign extend and zero extend are
430 @samp{movs@dots{}} and @samp{movz@dots{}} in AT&T syntax (@samp{movsx}
431 and @samp{movzx} in Intel syntax).  The instruction mnemonic suffixes
432 are tacked on to this base name, the @emph{from} suffix before the
433 @emph{to} suffix.  Thus, @samp{movsbl %al, %edx} is AT&T syntax for
434 ``move sign extend @emph{from} %al @emph{to} %edx.''  Possible suffixes,
435 thus, are @samp{bl} (from byte to long), @samp{bw} (from byte to word),
436 @samp{wl} (from word to long), @samp{bq} (from byte to quadruple word),
437 @samp{wq} (from word to quadruple word), and @samp{lq} (from long to
438 quadruple word).
440 @cindex encoding options, i386
441 @cindex encoding options, x86-64
443 Different encoding options can be specified via optional mnemonic
444 suffix.  @samp{.s} suffix swaps 2 register operands in encoding when
445 moving from one register to another.  @samp{.d8} or @samp{.d32} suffix
446 prefers 8bit or 32bit displacement in encoding.
448 @cindex conversion instructions, i386
449 @cindex i386 conversion instructions
450 @cindex conversion instructions, x86-64
451 @cindex x86-64 conversion instructions
452 The Intel-syntax conversion instructions
454 @itemize @bullet
455 @item
456 @samp{cbw} --- sign-extend byte in @samp{%al} to word in @samp{%ax},
458 @item
459 @samp{cwde} --- sign-extend word in @samp{%ax} to long in @samp{%eax},
461 @item
462 @samp{cwd} --- sign-extend word in @samp{%ax} to long in @samp{%dx:%ax},
464 @item
465 @samp{cdq} --- sign-extend dword in @samp{%eax} to quad in @samp{%edx:%eax},
467 @item
468 @samp{cdqe} --- sign-extend dword in @samp{%eax} to quad in @samp{%rax}
469 (x86-64 only),
471 @item
472 @samp{cqo} --- sign-extend quad in @samp{%rax} to octuple in
473 @samp{%rdx:%rax} (x86-64 only),
474 @end itemize
476 @noindent
477 are called @samp{cbtw}, @samp{cwtl}, @samp{cwtd}, @samp{cltd}, @samp{cltq}, and
478 @samp{cqto} in AT&T naming.  @code{@value{AS}} accepts either naming for these
479 instructions.
481 @cindex jump instructions, i386
482 @cindex call instructions, i386
483 @cindex jump instructions, x86-64
484 @cindex call instructions, x86-64
485 Far call/jump instructions are @samp{lcall} and @samp{ljmp} in
486 AT&T syntax, but are @samp{call far} and @samp{jump far} in Intel
487 convention.
489 @section AT&T Mnemonic versus Intel Mnemonic
491 @cindex i386 mnemonic compatibility
492 @cindex mnemonic compatibility, i386
494 @code{@value{AS}} supports assembly using Intel mnemonic.
495 @code{.intel_mnemonic} selects Intel mnemonic with Intel syntax, and
496 @code{.att_mnemonic} switches back to the usual AT&T mnemonic with AT&T
497 syntax for compatibility with the output of @code{@value{GCC}}.
498 Several x87 instructions, @samp{fadd}, @samp{fdiv}, @samp{fdivp},
499 @samp{fdivr}, @samp{fdivrp}, @samp{fmul}, @samp{fsub}, @samp{fsubp},
500 @samp{fsubr} and @samp{fsubrp},  are implemented in AT&T System V/386
501 assembler with different mnemonics from those in Intel IA32 specification.
502 @code{@value{GCC}} generates those instructions with AT&T mnemonic.
504 @node i386-Regs
505 @section Register Naming
507 @cindex i386 registers
508 @cindex registers, i386
509 @cindex x86-64 registers
510 @cindex registers, x86-64
511 Register operands are always prefixed with @samp{%}.  The 80386 registers
512 consist of
514 @itemize @bullet
515 @item
516 the 8 32-bit registers @samp{%eax} (the accumulator), @samp{%ebx},
517 @samp{%ecx}, @samp{%edx}, @samp{%edi}, @samp{%esi}, @samp{%ebp} (the
518 frame pointer), and @samp{%esp} (the stack pointer).
520 @item
521 the 8 16-bit low-ends of these: @samp{%ax}, @samp{%bx}, @samp{%cx},
522 @samp{%dx}, @samp{%di}, @samp{%si}, @samp{%bp}, and @samp{%sp}.
524 @item
525 the 8 8-bit registers: @samp{%ah}, @samp{%al}, @samp{%bh},
526 @samp{%bl}, @samp{%ch}, @samp{%cl}, @samp{%dh}, and @samp{%dl} (These
527 are the high-bytes and low-bytes of @samp{%ax}, @samp{%bx},
528 @samp{%cx}, and @samp{%dx})
530 @item
531 the 6 section registers @samp{%cs} (code section), @samp{%ds}
532 (data section), @samp{%ss} (stack section), @samp{%es}, @samp{%fs},
533 and @samp{%gs}.
535 @item
536 the 3 processor control registers @samp{%cr0}, @samp{%cr2}, and
537 @samp{%cr3}.
539 @item
540 the 6 debug registers @samp{%db0}, @samp{%db1}, @samp{%db2},
541 @samp{%db3}, @samp{%db6}, and @samp{%db7}.
543 @item
544 the 2 test registers @samp{%tr6} and @samp{%tr7}.
546 @item
547 the 8 floating point register stack @samp{%st} or equivalently
548 @samp{%st(0)}, @samp{%st(1)}, @samp{%st(2)}, @samp{%st(3)},
549 @samp{%st(4)}, @samp{%st(5)}, @samp{%st(6)}, and @samp{%st(7)}.
550 These registers are overloaded by 8 MMX registers @samp{%mm0},
551 @samp{%mm1}, @samp{%mm2}, @samp{%mm3}, @samp{%mm4}, @samp{%mm5},
552 @samp{%mm6} and @samp{%mm7}.
554 @item
555 the 8 SSE registers registers @samp{%xmm0}, @samp{%xmm1}, @samp{%xmm2},
556 @samp{%xmm3}, @samp{%xmm4}, @samp{%xmm5}, @samp{%xmm6} and @samp{%xmm7}.
557 @end itemize
559 The AMD x86-64 architecture extends the register set by:
561 @itemize @bullet
562 @item
563 enhancing the 8 32-bit registers to 64-bit: @samp{%rax} (the
564 accumulator), @samp{%rbx}, @samp{%rcx}, @samp{%rdx}, @samp{%rdi},
565 @samp{%rsi}, @samp{%rbp} (the frame pointer), @samp{%rsp} (the stack
566 pointer)
568 @item
569 the 8 extended registers @samp{%r8}--@samp{%r15}.
571 @item
572 the 8 32-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8d}--@samp{%r15d}
574 @item
575 the 8 16-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8w}--@samp{%r15w}
577 @item
578 the 8 8-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8b}--@samp{%r15b}
580 @item
581 the 4 8-bit registers: @samp{%sil}, @samp{%dil}, @samp{%bpl}, @samp{%spl}.
583 @item
584 the 8 debug registers: @samp{%db8}--@samp{%db15}.
586 @item
587 the 8 SSE registers: @samp{%xmm8}--@samp{%xmm15}.
588 @end itemize
590 @node i386-Prefixes
591 @section Instruction Prefixes
593 @cindex i386 instruction prefixes
594 @cindex instruction prefixes, i386
595 @cindex prefixes, i386
596 Instruction prefixes are used to modify the following instruction.  They
597 are used to repeat string instructions, to provide section overrides, to
598 perform bus lock operations, and to change operand and address sizes.
599 (Most instructions that normally operate on 32-bit operands will use
600 16-bit operands if the instruction has an ``operand size'' prefix.)
601 Instruction prefixes are best written on the same line as the instruction
602 they act upon. For example, the @samp{scas} (scan string) instruction is
603 repeated with:
605 @smallexample
606         repne scas %es:(%edi),%al
607 @end smallexample
609 You may also place prefixes on the lines immediately preceding the
610 instruction, but this circumvents checks that @code{@value{AS}} does
611 with prefixes, and will not work with all prefixes.
613 Here is a list of instruction prefixes:
615 @cindex section override prefixes, i386
616 @itemize @bullet
617 @item
618 Section override prefixes @samp{cs}, @samp{ds}, @samp{ss}, @samp{es},
619 @samp{fs}, @samp{gs}.  These are automatically added by specifying
620 using the @var{section}:@var{memory-operand} form for memory references.
622 @cindex size prefixes, i386
623 @item
624 Operand/Address size prefixes @samp{data16} and @samp{addr16}
625 change 32-bit operands/addresses into 16-bit operands/addresses,
626 while @samp{data32} and @samp{addr32} change 16-bit ones (in a
627 @code{.code16} section) into 32-bit operands/addresses.  These prefixes
628 @emph{must} appear on the same line of code as the instruction they
629 modify. For example, in a 16-bit @code{.code16} section, you might
630 write:
632 @smallexample
633         addr32 jmpl *(%ebx)
634 @end smallexample
636 @cindex bus lock prefixes, i386
637 @cindex inhibiting interrupts, i386
638 @item
639 The bus lock prefix @samp{lock} inhibits interrupts during execution of
640 the instruction it precedes.  (This is only valid with certain
641 instructions; see a 80386 manual for details).
643 @cindex coprocessor wait, i386
644 @item
645 The wait for coprocessor prefix @samp{wait} waits for the coprocessor to
646 complete the current instruction.  This should never be needed for the
647 80386/80387 combination.
649 @cindex repeat prefixes, i386
650 @item
651 The @samp{rep}, @samp{repe}, and @samp{repne} prefixes are added
652 to string instructions to make them repeat @samp{%ecx} times (@samp{%cx}
653 times if the current address size is 16-bits).
654 @cindex REX prefixes, i386
655 @item
656 The @samp{rex} family of prefixes is used by x86-64 to encode
657 extensions to i386 instruction set.  The @samp{rex} prefix has four
658 bits --- an operand size overwrite (@code{64}) used to change operand size
659 from 32-bit to 64-bit and X, Y and Z extensions bits used to extend the
660 register set.
662 You may write the @samp{rex} prefixes directly. The @samp{rex64xyz}
663 instruction emits @samp{rex} prefix with all the bits set.  By omitting
664 the @code{64}, @code{x}, @code{y} or @code{z} you may write other
665 prefixes as well.  Normally, there is no need to write the prefixes
666 explicitly, since gas will automatically generate them based on the
667 instruction operands.
668 @end itemize
670 @node i386-Memory
671 @section Memory References
673 @cindex i386 memory references
674 @cindex memory references, i386
675 @cindex x86-64 memory references
676 @cindex memory references, x86-64
677 An Intel syntax indirect memory reference of the form
679 @smallexample
680 @var{section}:[@var{base} + @var{index}*@var{scale} + @var{disp}]
681 @end smallexample
683 @noindent
684 is translated into the AT&T syntax
686 @smallexample
687 @var{section}:@var{disp}(@var{base}, @var{index}, @var{scale})
688 @end smallexample
690 @noindent
691 where @var{base} and @var{index} are the optional 32-bit base and
692 index registers, @var{disp} is the optional displacement, and
693 @var{scale}, taking the values 1, 2, 4, and 8, multiplies @var{index}
694 to calculate the address of the operand.  If no @var{scale} is
695 specified, @var{scale} is taken to be 1.  @var{section} specifies the
696 optional section register for the memory operand, and may override the
697 default section register (see a 80386 manual for section register
698 defaults). Note that section overrides in AT&T syntax @emph{must}
699 be preceded by a @samp{%}.  If you specify a section override which
700 coincides with the default section register, @code{@value{AS}} does @emph{not}
701 output any section register override prefixes to assemble the given
702 instruction.  Thus, section overrides can be specified to emphasize which
703 section register is used for a given memory operand.
705 Here are some examples of Intel and AT&T style memory references:
707 @table @asis
708 @item AT&T: @samp{-4(%ebp)}, Intel:  @samp{[ebp - 4]}
709 @var{base} is @samp{%ebp}; @var{disp} is @samp{-4}. @var{section} is
710 missing, and the default section is used (@samp{%ss} for addressing with
711 @samp{%ebp} as the base register).  @var{index}, @var{scale} are both missing.
713 @item AT&T: @samp{foo(,%eax,4)}, Intel: @samp{[foo + eax*4]}
714 @var{index} is @samp{%eax} (scaled by a @var{scale} 4); @var{disp} is
715 @samp{foo}.  All other fields are missing.  The section register here
716 defaults to @samp{%ds}.
718 @item AT&T: @samp{foo(,1)}; Intel @samp{[foo]}
719 This uses the value pointed to by @samp{foo} as a memory operand.
720 Note that @var{base} and @var{index} are both missing, but there is only
721 @emph{one} @samp{,}.  This is a syntactic exception.
723 @item AT&T: @samp{%gs:foo}; Intel @samp{gs:foo}
724 This selects the contents of the variable @samp{foo} with section
725 register @var{section} being @samp{%gs}.
726 @end table
728 Absolute (as opposed to PC relative) call and jump operands must be
729 prefixed with @samp{*}.  If no @samp{*} is specified, @code{@value{AS}}
730 always chooses PC relative addressing for jump/call labels.
732 Any instruction that has a memory operand, but no register operand,
733 @emph{must} specify its size (byte, word, long, or quadruple) with an
734 instruction mnemonic suffix (@samp{b}, @samp{w}, @samp{l} or @samp{q},
735 respectively).
737 The x86-64 architecture adds an RIP (instruction pointer relative)
738 addressing.  This addressing mode is specified by using @samp{rip} as a
739 base register.  Only constant offsets are valid. For example:
741 @table @asis
742 @item AT&T: @samp{1234(%rip)}, Intel: @samp{[rip + 1234]}
743 Points to the address 1234 bytes past the end of the current
744 instruction.
746 @item AT&T: @samp{symbol(%rip)}, Intel: @samp{[rip + symbol]}
747 Points to the @code{symbol} in RIP relative way, this is shorter than
748 the default absolute addressing.
749 @end table
751 Other addressing modes remain unchanged in x86-64 architecture, except
752 registers used are 64-bit instead of 32-bit.
754 @node i386-Jumps
755 @section Handling of Jump Instructions
757 @cindex jump optimization, i386
758 @cindex i386 jump optimization
759 @cindex jump optimization, x86-64
760 @cindex x86-64 jump optimization
761 Jump instructions are always optimized to use the smallest possible
762 displacements.  This is accomplished by using byte (8-bit) displacement
763 jumps whenever the target is sufficiently close.  If a byte displacement
764 is insufficient a long displacement is used.  We do not support
765 word (16-bit) displacement jumps in 32-bit mode (i.e. prefixing the jump
766 instruction with the @samp{data16} instruction prefix), since the 80386
767 insists upon masking @samp{%eip} to 16 bits after the word displacement
768 is added. (See also @pxref{i386-Arch})
770 Note that the @samp{jcxz}, @samp{jecxz}, @samp{loop}, @samp{loopz},
771 @samp{loope}, @samp{loopnz} and @samp{loopne} instructions only come in byte
772 displacements, so that if you use these instructions (@code{@value{GCC}} does
773 not use them) you may get an error message (and incorrect code).  The AT&T
774 80386 assembler tries to get around this problem by expanding @samp{jcxz foo}
777 @smallexample
778          jcxz cx_zero
779          jmp cx_nonzero
780 cx_zero: jmp foo
781 cx_nonzero:
782 @end smallexample
784 @node i386-Float
785 @section Floating Point
787 @cindex i386 floating point
788 @cindex floating point, i386
789 @cindex x86-64 floating point
790 @cindex floating point, x86-64
791 All 80387 floating point types except packed BCD are supported.
792 (BCD support may be added without much difficulty).  These data
793 types are 16-, 32-, and 64- bit integers, and single (32-bit),
794 double (64-bit), and extended (80-bit) precision floating point.
795 Each supported type has an instruction mnemonic suffix and a constructor
796 associated with it.  Instruction mnemonic suffixes specify the operand's
797 data type.  Constructors build these data types into memory.
799 @cindex @code{float} directive, i386
800 @cindex @code{single} directive, i386
801 @cindex @code{double} directive, i386
802 @cindex @code{tfloat} directive, i386
803 @cindex @code{float} directive, x86-64
804 @cindex @code{single} directive, x86-64
805 @cindex @code{double} directive, x86-64
806 @cindex @code{tfloat} directive, x86-64
807 @itemize @bullet
808 @item
809 Floating point constructors are @samp{.float} or @samp{.single},
810 @samp{.double}, and @samp{.tfloat} for 32-, 64-, and 80-bit formats.
811 These correspond to instruction mnemonic suffixes @samp{s}, @samp{l},
812 and @samp{t}. @samp{t} stands for 80-bit (ten byte) real.  The 80387
813 only supports this format via the @samp{fldt} (load 80-bit real to stack
814 top) and @samp{fstpt} (store 80-bit real and pop stack) instructions.
816 @cindex @code{word} directive, i386
817 @cindex @code{long} directive, i386
818 @cindex @code{int} directive, i386
819 @cindex @code{quad} directive, i386
820 @cindex @code{word} directive, x86-64
821 @cindex @code{long} directive, x86-64
822 @cindex @code{int} directive, x86-64
823 @cindex @code{quad} directive, x86-64
824 @item
825 Integer constructors are @samp{.word}, @samp{.long} or @samp{.int}, and
826 @samp{.quad} for the 16-, 32-, and 64-bit integer formats.  The
827 corresponding instruction mnemonic suffixes are @samp{s} (single),
828 @samp{l} (long), and @samp{q} (quad).  As with the 80-bit real format,
829 the 64-bit @samp{q} format is only present in the @samp{fildq} (load
830 quad integer to stack top) and @samp{fistpq} (store quad integer and pop
831 stack) instructions.
832 @end itemize
834 Register to register operations should not use instruction mnemonic suffixes.
835 @samp{fstl %st, %st(1)} will give a warning, and be assembled as if you
836 wrote @samp{fst %st, %st(1)}, since all register to register operations
837 use 80-bit floating point operands. (Contrast this with @samp{fstl %st, mem},
838 which converts @samp{%st} from 80-bit to 64-bit floating point format,
839 then stores the result in the 4 byte location @samp{mem})
841 @node i386-SIMD
842 @section Intel's MMX and AMD's 3DNow! SIMD Operations
844 @cindex MMX, i386
845 @cindex 3DNow!, i386
846 @cindex SIMD, i386
847 @cindex MMX, x86-64
848 @cindex 3DNow!, x86-64
849 @cindex SIMD, x86-64
851 @code{@value{AS}} supports Intel's MMX instruction set (SIMD
852 instructions for integer data), available on Intel's Pentium MMX
853 processors and Pentium II processors, AMD's K6 and K6-2 processors,
854 Cyrix' M2 processor, and probably others.  It also supports AMD's 3DNow!@:
855 instruction set (SIMD instructions for 32-bit floating point data)
856 available on AMD's K6-2 processor and possibly others in the future.
858 Currently, @code{@value{AS}} does not support Intel's floating point
859 SIMD, Katmai (KNI).
861 The eight 64-bit MMX operands, also used by 3DNow!, are called @samp{%mm0},
862 @samp{%mm1}, ... @samp{%mm7}.  They contain eight 8-bit integers, four
863 16-bit integers, two 32-bit integers, one 64-bit integer, or two 32-bit
864 floating point values.  The MMX registers cannot be used at the same time
865 as the floating point stack.
867 See Intel and AMD documentation, keeping in mind that the operand order in
868 instructions is reversed from the Intel syntax.
870 @node i386-LWP
871 @section AMD's Lightweight Profiling Instructions
873 @cindex LWP, i386
874 @cindex LWP, x86-64
876 @code{@value{AS}} supports AMD's Lightweight Profiling (LWP)
877 instruction set, available on AMD's Family 15h (Orochi) processors.
879 LWP enables applications to collect and manage performance data, and
880 react to performance events.  The collection of performance data
881 requires no context switches.  LWP runs in the context of a thread and
882 so several counters can be used independently across multiple threads.
883 LWP can be used in both 64-bit and legacy 32-bit modes.
885 For detailed information on the LWP instruction set, see the
886 @cite{AMD Lightweight Profiling Specification} available at
887 @uref{http://developer.amd.com/cpu/LWP,Lightweight Profiling Specification}.
889 @node i386-BMI
890 @section Bit Manipulation Instructions
892 @cindex BMI, i386
893 @cindex BMI, x86-64
895 @code{@value{AS}} supports the Bit Manipulation (BMI) instruction set.
897 BMI instructions provide several instructions implementing individual
898 bit manipulation operations such as isolation, masking, setting, or
899 resetting.  
901 @c Need to add a specification citation here when available.
903 @node i386-TBM
904 @section AMD's Trailing Bit Manipulation Instructions
906 @cindex TBM, i386
907 @cindex TBM, x86-64
909 @code{@value{AS}} supports AMD's Trailing Bit Manipulation (TBM)
910 instruction set, available on AMD's BDVER2 processors (Trinity and
911 Viperfish).
913 TBM instructions provide instructions implementing individual bit
914 manipulation operations such as isolating, masking, setting, resetting,
915 complementing, and operations on trailing zeros and ones.
917 @c Need to add a specification citation here when available.
919 @node i386-16bit
920 @section Writing 16-bit Code
922 @cindex i386 16-bit code
923 @cindex 16-bit code, i386
924 @cindex real-mode code, i386
925 @cindex @code{code16gcc} directive, i386
926 @cindex @code{code16} directive, i386
927 @cindex @code{code32} directive, i386
928 @cindex @code{code64} directive, i386
929 @cindex @code{code64} directive, x86-64
930 While @code{@value{AS}} normally writes only ``pure'' 32-bit i386 code
931 or 64-bit x86-64 code depending on the default configuration,
932 it also supports writing code to run in real mode or in 16-bit protected
933 mode code segments.  To do this, put a @samp{.code16} or
934 @samp{.code16gcc} directive before the assembly language instructions to
935 be run in 16-bit mode.  You can switch @code{@value{AS}} to writing
936 32-bit code with the @samp{.code32} directive or 64-bit code with the
937 @samp{.code64} directive.
939 @samp{.code16gcc} provides experimental support for generating 16-bit
940 code from gcc, and differs from @samp{.code16} in that @samp{call},
941 @samp{ret}, @samp{enter}, @samp{leave}, @samp{push}, @samp{pop},
942 @samp{pusha}, @samp{popa}, @samp{pushf}, and @samp{popf} instructions
943 default to 32-bit size.  This is so that the stack pointer is
944 manipulated in the same way over function calls, allowing access to
945 function parameters at the same stack offsets as in 32-bit mode.
946 @samp{.code16gcc} also automatically adds address size prefixes where
947 necessary to use the 32-bit addressing modes that gcc generates.
949 The code which @code{@value{AS}} generates in 16-bit mode will not
950 necessarily run on a 16-bit pre-80386 processor.  To write code that
951 runs on such a processor, you must refrain from using @emph{any} 32-bit
952 constructs which require @code{@value{AS}} to output address or operand
953 size prefixes.
955 Note that writing 16-bit code instructions by explicitly specifying a
956 prefix or an instruction mnemonic suffix within a 32-bit code section
957 generates different machine instructions than those generated for a
958 16-bit code segment.  In a 32-bit code section, the following code
959 generates the machine opcode bytes @samp{66 6a 04}, which pushes the
960 value @samp{4} onto the stack, decrementing @samp{%esp} by 2.
962 @smallexample
963         pushw $4
964 @end smallexample
966 The same code in a 16-bit code section would generate the machine
967 opcode bytes @samp{6a 04} (i.e., without the operand size prefix), which
968 is correct since the processor default operand size is assumed to be 16
969 bits in a 16-bit code section.
971 @node i386-Bugs
972 @section AT&T Syntax bugs
974 The UnixWare assembler, and probably other AT&T derived ix86 Unix
975 assemblers, generate floating point instructions with reversed source
976 and destination registers in certain cases.  Unfortunately, gcc and
977 possibly many other programs use this reversed syntax, so we're stuck
978 with it.
980 For example
982 @smallexample
983         fsub %st,%st(3)
984 @end smallexample
985 @noindent
986 results in @samp{%st(3)} being updated to @samp{%st - %st(3)} rather
987 than the expected @samp{%st(3) - %st}.  This happens with all the
988 non-commutative arithmetic floating point operations with two register
989 operands where the source register is @samp{%st} and the destination
990 register is @samp{%st(i)}.
992 @node i386-Arch
993 @section Specifying CPU Architecture
995 @cindex arch directive, i386
996 @cindex i386 arch directive
997 @cindex arch directive, x86-64
998 @cindex x86-64 arch directive
1000 @code{@value{AS}} may be told to assemble for a particular CPU
1001 (sub-)architecture with the @code{.arch @var{cpu_type}} directive.  This
1002 directive enables a warning when gas detects an instruction that is not
1003 supported on the CPU specified.  The choices for @var{cpu_type} are:
1005 @multitable @columnfractions .20 .20 .20 .20
1006 @item @samp{i8086} @tab @samp{i186} @tab @samp{i286} @tab @samp{i386}
1007 @item @samp{i486} @tab @samp{i586} @tab @samp{i686} @tab @samp{pentium}
1008 @item @samp{pentiumpro} @tab @samp{pentiumii} @tab @samp{pentiumiii} @tab @samp{pentium4}
1009 @item @samp{prescott} @tab @samp{nocona} @tab @samp{core} @tab @samp{core2}
1010 @item @samp{corei7} @tab @samp{l1om} @tab @samp{k1om}
1011 @item @samp{k6} @tab @samp{k6_2} @tab @samp{athlon} @tab @samp{k8}
1012 @item @samp{amdfam10} @tab @samp{bdver1} @tab @samp{bdver2}
1013 @item @samp{generic32} @tab @samp{generic64}
1014 @item @samp{.mmx} @tab @samp{.sse} @tab @samp{.sse2} @tab @samp{.sse3}
1015 @item @samp{.ssse3} @tab @samp{.sse4.1} @tab @samp{.sse4.2} @tab @samp{.sse4}
1016 @item @samp{.avx} @tab @samp{.vmx} @tab @samp{.smx} @tab @samp{.ept}
1017 @item @samp{.clflush} @tab @samp{.movbe} @tab @samp{.xsave} @tab @samp{.xsaveopt}
1018 @item @samp{.aes} @tab @samp{.pclmul} @tab @samp{.fma} @tab @samp{.fsgsbase}
1019 @item @samp{.rdrnd} @tab @samp{.f16c} @tab @samp{.avx2} @tab @samp{.bmi2}
1020 @item @samp{.lzcnt} @tab @samp{.invpcid} @tab @samp{.vmfunc} @tab @samp{.hle}
1021 @item @samp{.rtm}
1022 @item @samp{.3dnow} @tab @samp{.3dnowa} @tab @samp{.sse4a} @tab @samp{.sse5}
1023 @item @samp{.syscall} @tab @samp{.rdtscp} @tab @samp{.svme} @tab @samp{.abm}
1024 @item @samp{.lwp} @tab @samp{.fma4} @tab @samp{.xop}
1025 @item @samp{.padlock}
1026 @end multitable
1028 Apart from the warning, there are only two other effects on
1029 @code{@value{AS}} operation;  Firstly, if you specify a CPU other than
1030 @samp{i486}, then shift by one instructions such as @samp{sarl $1, %eax}
1031 will automatically use a two byte opcode sequence.  The larger three
1032 byte opcode sequence is used on the 486 (and when no architecture is
1033 specified) because it executes faster on the 486.  Note that you can
1034 explicitly request the two byte opcode by writing @samp{sarl %eax}.
1035 Secondly, if you specify @samp{i8086}, @samp{i186}, or @samp{i286},
1036 @emph{and} @samp{.code16} or @samp{.code16gcc} then byte offset
1037 conditional jumps will be promoted when necessary to a two instruction
1038 sequence consisting of a conditional jump of the opposite sense around
1039 an unconditional jump to the target.
1041 Following the CPU architecture (but not a sub-architecture, which are those
1042 starting with a dot), you may specify @samp{jumps} or @samp{nojumps} to
1043 control automatic promotion of conditional jumps. @samp{jumps} is the
1044 default, and enables jump promotion;  All external jumps will be of the long
1045 variety, and file-local jumps will be promoted as necessary.
1046 (@pxref{i386-Jumps})  @samp{nojumps} leaves external conditional jumps as
1047 byte offset jumps, and warns about file-local conditional jumps that
1048 @code{@value{AS}} promotes.
1049 Unconditional jumps are treated as for @samp{jumps}.
1051 For example
1053 @smallexample
1054  .arch i8086,nojumps
1055 @end smallexample
1057 @node i386-Notes
1058 @section Notes
1060 @cindex i386 @code{mul}, @code{imul} instructions
1061 @cindex @code{mul} instruction, i386
1062 @cindex @code{imul} instruction, i386
1063 @cindex @code{mul} instruction, x86-64
1064 @cindex @code{imul} instruction, x86-64
1065 There is some trickery concerning the @samp{mul} and @samp{imul}
1066 instructions that deserves mention.  The 16-, 32-, 64- and 128-bit expanding
1067 multiplies (base opcode @samp{0xf6}; extension 4 for @samp{mul} and 5
1068 for @samp{imul}) can be output only in the one operand form.  Thus,
1069 @samp{imul %ebx, %eax} does @emph{not} select the expanding multiply;
1070 the expanding multiply would clobber the @samp{%edx} register, and this
1071 would confuse @code{@value{GCC}} output.  Use @samp{imul %ebx} to get the
1072 64-bit product in @samp{%edx:%eax}.
1074 We have added a two operand form of @samp{imul} when the first operand
1075 is an immediate mode expression and the second operand is a register.
1076 This is just a shorthand, so that, multiplying @samp{%eax} by 69, for
1077 example, can be done with @samp{imul $69, %eax} rather than @samp{imul
1078 $69, %eax, %eax}.