2009-11-18 Sebastian Pop <sebastian.pop@amd.com>
[binutils.git] / gas / doc / c-i386.texi
blob2c440bf7f54ee9852d542e0fc9e5b0857e98f3bd
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{generic32} and
113 @code{generic64}.
115 In addition to the basic instruction set, the assembler can be told to 
116 accept various extension mnemonics.  For example,
117 @code{-march=i686+sse4+vmx} extends @var{i686} with @var{sse4} and
118 @var{vmx}.  The following extensions are currently supported:
119 @code{8087},
120 @code{287},
121 @code{387},
122 @code{no87},
123 @code{mmx},
124 @code{nommx},
125 @code{sse},
126 @code{sse2},
127 @code{sse3},
128 @code{ssse3},
129 @code{sse4.1},
130 @code{sse4.2},
131 @code{sse4},
132 @code{nosse},
133 @code{avx},
134 @code{noavx},
135 @code{vmx},
136 @code{smx},
137 @code{xsave},
138 @code{aes},
139 @code{pclmul},
140 @code{fma},
141 @code{movbe},
142 @code{ept},
143 @code{clflush},
144 @code{lwp},
145 @code{fma4},
146 @code{xop},
147 @code{syscall},
148 @code{rdtscp},
149 @code{3dnow},
150 @code{3dnowa},
151 @code{sse4a},
152 @code{sse5},
153 @code{svme},
154 @code{abm} and
155 @code{padlock}.
156 Note that rather than extending a basic instruction set, the extension
157 mnemonics starting with @code{no} revoke the respective functionality.
159 When the @code{.arch} directive is used with @option{-march}, the
160 @code{.arch} directive will take precedent.
162 @cindex @samp{-mtune=} option, i386
163 @cindex @samp{-mtune=} option, x86-64
164 @item -mtune=@var{CPU}
165 This option specifies a processor to optimize for. When used in
166 conjunction with the @option{-march} option, only instructions
167 of the processor specified by the @option{-march} option will be
168 generated.
170 Valid @var{CPU} values are identical to the processor list of
171 @option{-march=@var{CPU}}.
173 @cindex @samp{-msse2avx} option, i386
174 @cindex @samp{-msse2avx} option, x86-64
175 @item -msse2avx
176 This option specifies that the assembler should encode SSE instructions
177 with VEX prefix.
179 @cindex @samp{-msse-check=} option, i386
180 @cindex @samp{-msse-check=} option, x86-64
181 @item -msse-check=@var{none}
182 @item -msse-check=@var{warning}
183 @item -msse-check=@var{error}
184 These options control if the assembler should check SSE intructions.
185 @option{-msse-check=@var{none}} will make the assembler not to check SSE
186 instructions,  which is the default.  @option{-msse-check=@var{warning}}
187 will make the assembler issue a warning for any SSE intruction.
188 @option{-msse-check=@var{error}} will make the assembler issue an error
189 for any SSE intruction.
191 @cindex @samp{-mmnemonic=} option, i386
192 @cindex @samp{-mmnemonic=} option, x86-64
193 @item -mmnemonic=@var{att}
194 @item -mmnemonic=@var{intel}
195 This option specifies instruction mnemonic for matching instructions. 
196 The @code{.att_mnemonic} and @code{.intel_mnemonic} directives will
197 take precedent.
199 @cindex @samp{-msyntax=} option, i386
200 @cindex @samp{-msyntax=} option, x86-64
201 @item -msyntax=@var{att}
202 @item -msyntax=@var{intel}
203 This option specifies instruction syntax when processing instructions. 
204 The @code{.att_syntax} and @code{.intel_syntax} directives will
205 take precedent.
207 @cindex @samp{-mnaked-reg} option, i386
208 @cindex @samp{-mnaked-reg} option, x86-64
209 @item -mnaked-reg
210 This opetion specifies that registers don't require a @samp{%} prefix.
211 The @code{.att_syntax} and @code{.intel_syntax} directives will take precedent.
213 @end table
215 @node i386-Directives
216 @section x86 specific Directives
218 @cindex machine directives, x86
219 @cindex x86 machine directives
220 @table @code
222 @cindex @code{lcomm} directive, COFF
223 @item .lcomm @var{symbol} , @var{length}[, @var{alignment}]
224 Reserve @var{length} (an absolute expression) bytes for a local common
225 denoted by @var{symbol}.  The section and value of @var{symbol} are
226 those of the new local common.  The addresses are allocated in the bss
227 section, so that at run-time the bytes start off zeroed.  Since
228 @var{symbol} is not declared global, it is normally not visible to
229 @code{@value{LD}}.  The optional third parameter, @var{alignment},
230 specifies the desired alignment of the symbol in the bss section.
232 This directive is only available for COFF based x86 targets.
234 @c FIXME: Document other x86 specific directives ?  Eg: .code16gcc,
235 @c .largecomm
237 @end table
239 @node i386-Syntax
240 @section AT&T Syntax versus Intel Syntax
242 @cindex i386 intel_syntax pseudo op
243 @cindex intel_syntax pseudo op, i386
244 @cindex i386 att_syntax pseudo op
245 @cindex att_syntax pseudo op, i386
246 @cindex i386 syntax compatibility
247 @cindex syntax compatibility, i386
248 @cindex x86-64 intel_syntax pseudo op
249 @cindex intel_syntax pseudo op, x86-64
250 @cindex x86-64 att_syntax pseudo op
251 @cindex att_syntax pseudo op, x86-64
252 @cindex x86-64 syntax compatibility
253 @cindex syntax compatibility, x86-64
255 @code{@value{AS}} now supports assembly using Intel assembler syntax.
256 @code{.intel_syntax} selects Intel mode, and @code{.att_syntax} switches
257 back to the usual AT&T mode for compatibility with the output of
258 @code{@value{GCC}}.  Either of these directives may have an optional
259 argument, @code{prefix}, or @code{noprefix} specifying whether registers
260 require a @samp{%} prefix.  AT&T System V/386 assembler syntax is quite
261 different from Intel syntax.  We mention these differences because
262 almost all 80386 documents use Intel syntax.  Notable differences
263 between the two syntaxes are:
265 @cindex immediate operands, i386
266 @cindex i386 immediate operands
267 @cindex register operands, i386
268 @cindex i386 register operands
269 @cindex jump/call operands, i386
270 @cindex i386 jump/call operands
271 @cindex operand delimiters, i386
273 @cindex immediate operands, x86-64
274 @cindex x86-64 immediate operands
275 @cindex register operands, x86-64
276 @cindex x86-64 register operands
277 @cindex jump/call operands, x86-64
278 @cindex x86-64 jump/call operands
279 @cindex operand delimiters, x86-64
280 @itemize @bullet
281 @item
282 AT&T immediate operands are preceded by @samp{$}; Intel immediate
283 operands are undelimited (Intel @samp{push 4} is AT&T @samp{pushl $4}).
284 AT&T register operands are preceded by @samp{%}; Intel register operands
285 are undelimited.  AT&T absolute (as opposed to PC relative) jump/call
286 operands are prefixed by @samp{*}; they are undelimited in Intel syntax.
288 @cindex i386 source, destination operands
289 @cindex source, destination operands; i386
290 @cindex x86-64 source, destination operands
291 @cindex source, destination operands; x86-64
292 @item
293 AT&T and Intel syntax use the opposite order for source and destination
294 operands.  Intel @samp{add eax, 4} is @samp{addl $4, %eax}.  The
295 @samp{source, dest} convention is maintained for compatibility with
296 previous Unix assemblers.  Note that @samp{bound}, @samp{invlpga}, and
297 instructions with 2 immediate operands, such as the @samp{enter}
298 instruction, do @emph{not} have reversed order.  @ref{i386-Bugs}.
300 @cindex mnemonic suffixes, i386
301 @cindex sizes operands, i386
302 @cindex i386 size suffixes
303 @cindex mnemonic suffixes, x86-64
304 @cindex sizes operands, x86-64
305 @cindex x86-64 size suffixes
306 @item
307 In AT&T syntax the size of memory operands is determined from the last
308 character of the instruction mnemonic.  Mnemonic suffixes of @samp{b},
309 @samp{w}, @samp{l} and @samp{q} specify byte (8-bit), word (16-bit), long
310 (32-bit) and quadruple word (64-bit) memory references.  Intel syntax accomplishes
311 this by prefixing memory operands (@emph{not} the instruction mnemonics) with
312 @samp{byte ptr}, @samp{word ptr}, @samp{dword ptr} and @samp{qword ptr}.  Thus,
313 Intel @samp{mov al, byte ptr @var{foo}} is @samp{movb @var{foo}, %al} in AT&T
314 syntax.
316 In 64-bit code, @samp{movabs} can be used to encode the @samp{mov}
317 instruction with the 64-bit displacement or immediate operand.
319 @cindex return instructions, i386
320 @cindex i386 jump, call, return
321 @cindex return instructions, x86-64
322 @cindex x86-64 jump, call, return
323 @item
324 Immediate form long jumps and calls are
325 @samp{lcall/ljmp $@var{section}, $@var{offset}} in AT&T syntax; the
326 Intel syntax is
327 @samp{call/jmp far @var{section}:@var{offset}}.  Also, the far return
328 instruction
329 is @samp{lret $@var{stack-adjust}} in AT&T syntax; Intel syntax is
330 @samp{ret far @var{stack-adjust}}.
332 @cindex sections, i386
333 @cindex i386 sections
334 @cindex sections, x86-64
335 @cindex x86-64 sections
336 @item
337 The AT&T assembler does not provide support for multiple section
338 programs.  Unix style systems expect all programs to be single sections.
339 @end itemize
341 @node i386-Mnemonics
342 @section Instruction Naming
344 @cindex i386 instruction naming
345 @cindex instruction naming, i386
346 @cindex x86-64 instruction naming
347 @cindex instruction naming, x86-64
349 Instruction mnemonics are suffixed with one character modifiers which
350 specify the size of operands.  The letters @samp{b}, @samp{w}, @samp{l}
351 and @samp{q} specify byte, word, long and quadruple word operands.  If
352 no suffix is specified by an instruction then @code{@value{AS}} tries to
353 fill in the missing suffix based on the destination register operand
354 (the last one by convention).  Thus, @samp{mov %ax, %bx} is equivalent
355 to @samp{movw %ax, %bx}; also, @samp{mov $1, %bx} is equivalent to
356 @samp{movw $1, bx}.  Note that this is incompatible with the AT&T Unix
357 assembler which assumes that a missing mnemonic suffix implies long
358 operand size.  (This incompatibility does not affect compiler output
359 since compilers always explicitly specify the mnemonic suffix.)
361 Almost all instructions have the same names in AT&T and Intel format.
362 There are a few exceptions.  The sign extend and zero extend
363 instructions need two sizes to specify them.  They need a size to
364 sign/zero extend @emph{from} and a size to zero extend @emph{to}.  This
365 is accomplished by using two instruction mnemonic suffixes in AT&T
366 syntax.  Base names for sign extend and zero extend are
367 @samp{movs@dots{}} and @samp{movz@dots{}} in AT&T syntax (@samp{movsx}
368 and @samp{movzx} in Intel syntax).  The instruction mnemonic suffixes
369 are tacked on to this base name, the @emph{from} suffix before the
370 @emph{to} suffix.  Thus, @samp{movsbl %al, %edx} is AT&T syntax for
371 ``move sign extend @emph{from} %al @emph{to} %edx.''  Possible suffixes,
372 thus, are @samp{bl} (from byte to long), @samp{bw} (from byte to word),
373 @samp{wl} (from word to long), @samp{bq} (from byte to quadruple word),
374 @samp{wq} (from word to quadruple word), and @samp{lq} (from long to
375 quadruple word).
377 @cindex encoding options, i386
378 @cindex encoding options, x86-64
380 Different encoding options can be specified via optional mnemonic
381 suffix.  @samp{.s} suffix swaps 2 register operands in encoding when
382 moving from one register to another.
384 @cindex conversion instructions, i386
385 @cindex i386 conversion instructions
386 @cindex conversion instructions, x86-64
387 @cindex x86-64 conversion instructions
388 The Intel-syntax conversion instructions
390 @itemize @bullet
391 @item
392 @samp{cbw} --- sign-extend byte in @samp{%al} to word in @samp{%ax},
394 @item
395 @samp{cwde} --- sign-extend word in @samp{%ax} to long in @samp{%eax},
397 @item
398 @samp{cwd} --- sign-extend word in @samp{%ax} to long in @samp{%dx:%ax},
400 @item
401 @samp{cdq} --- sign-extend dword in @samp{%eax} to quad in @samp{%edx:%eax},
403 @item
404 @samp{cdqe} --- sign-extend dword in @samp{%eax} to quad in @samp{%rax}
405 (x86-64 only),
407 @item
408 @samp{cqo} --- sign-extend quad in @samp{%rax} to octuple in
409 @samp{%rdx:%rax} (x86-64 only),
410 @end itemize
412 @noindent
413 are called @samp{cbtw}, @samp{cwtl}, @samp{cwtd}, @samp{cltd}, @samp{cltq}, and
414 @samp{cqto} in AT&T naming.  @code{@value{AS}} accepts either naming for these
415 instructions.
417 @cindex jump instructions, i386
418 @cindex call instructions, i386
419 @cindex jump instructions, x86-64
420 @cindex call instructions, x86-64
421 Far call/jump instructions are @samp{lcall} and @samp{ljmp} in
422 AT&T syntax, but are @samp{call far} and @samp{jump far} in Intel
423 convention.
425 @section AT&T Mnemonic versus Intel Mnemonic
427 @cindex i386 mnemonic compatibility
428 @cindex mnemonic compatibility, i386
430 @code{@value{AS}} supports assembly using Intel mnemonic.
431 @code{.intel_mnemonic} selects Intel mnemonic with Intel syntax, and
432 @code{.att_mnemonic} switches back to the usual AT&T mnemonic with AT&T
433 syntax for compatibility with the output of @code{@value{GCC}}.
434 Several x87 instructions, @samp{fadd}, @samp{fdiv}, @samp{fdivp},
435 @samp{fdivr}, @samp{fdivrp}, @samp{fmul}, @samp{fsub}, @samp{fsubp},
436 @samp{fsubr} and @samp{fsubrp},  are implemented in AT&T System V/386
437 assembler with different mnemonics from those in Intel IA32 specification.
438 @code{@value{GCC}} generates those instructions with AT&T mnemonic.
440 @node i386-Regs
441 @section Register Naming
443 @cindex i386 registers
444 @cindex registers, i386
445 @cindex x86-64 registers
446 @cindex registers, x86-64
447 Register operands are always prefixed with @samp{%}.  The 80386 registers
448 consist of
450 @itemize @bullet
451 @item
452 the 8 32-bit registers @samp{%eax} (the accumulator), @samp{%ebx},
453 @samp{%ecx}, @samp{%edx}, @samp{%edi}, @samp{%esi}, @samp{%ebp} (the
454 frame pointer), and @samp{%esp} (the stack pointer).
456 @item
457 the 8 16-bit low-ends of these: @samp{%ax}, @samp{%bx}, @samp{%cx},
458 @samp{%dx}, @samp{%di}, @samp{%si}, @samp{%bp}, and @samp{%sp}.
460 @item
461 the 8 8-bit registers: @samp{%ah}, @samp{%al}, @samp{%bh},
462 @samp{%bl}, @samp{%ch}, @samp{%cl}, @samp{%dh}, and @samp{%dl} (These
463 are the high-bytes and low-bytes of @samp{%ax}, @samp{%bx},
464 @samp{%cx}, and @samp{%dx})
466 @item
467 the 6 section registers @samp{%cs} (code section), @samp{%ds}
468 (data section), @samp{%ss} (stack section), @samp{%es}, @samp{%fs},
469 and @samp{%gs}.
471 @item
472 the 3 processor control registers @samp{%cr0}, @samp{%cr2}, and
473 @samp{%cr3}.
475 @item
476 the 6 debug registers @samp{%db0}, @samp{%db1}, @samp{%db2},
477 @samp{%db3}, @samp{%db6}, and @samp{%db7}.
479 @item
480 the 2 test registers @samp{%tr6} and @samp{%tr7}.
482 @item
483 the 8 floating point register stack @samp{%st} or equivalently
484 @samp{%st(0)}, @samp{%st(1)}, @samp{%st(2)}, @samp{%st(3)},
485 @samp{%st(4)}, @samp{%st(5)}, @samp{%st(6)}, and @samp{%st(7)}.
486 These registers are overloaded by 8 MMX registers @samp{%mm0},
487 @samp{%mm1}, @samp{%mm2}, @samp{%mm3}, @samp{%mm4}, @samp{%mm5},
488 @samp{%mm6} and @samp{%mm7}.
490 @item
491 the 8 SSE registers registers @samp{%xmm0}, @samp{%xmm1}, @samp{%xmm2},
492 @samp{%xmm3}, @samp{%xmm4}, @samp{%xmm5}, @samp{%xmm6} and @samp{%xmm7}.
493 @end itemize
495 The AMD x86-64 architecture extends the register set by:
497 @itemize @bullet
498 @item
499 enhancing the 8 32-bit registers to 64-bit: @samp{%rax} (the
500 accumulator), @samp{%rbx}, @samp{%rcx}, @samp{%rdx}, @samp{%rdi},
501 @samp{%rsi}, @samp{%rbp} (the frame pointer), @samp{%rsp} (the stack
502 pointer)
504 @item
505 the 8 extended registers @samp{%r8}--@samp{%r15}.
507 @item
508 the 8 32-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8d}--@samp{%r15d}
510 @item
511 the 8 16-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8w}--@samp{%r15w}
513 @item
514 the 8 8-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8b}--@samp{%r15b}
516 @item
517 the 4 8-bit registers: @samp{%sil}, @samp{%dil}, @samp{%bpl}, @samp{%spl}.
519 @item
520 the 8 debug registers: @samp{%db8}--@samp{%db15}.
522 @item
523 the 8 SSE registers: @samp{%xmm8}--@samp{%xmm15}.
524 @end itemize
526 @node i386-Prefixes
527 @section Instruction Prefixes
529 @cindex i386 instruction prefixes
530 @cindex instruction prefixes, i386
531 @cindex prefixes, i386
532 Instruction prefixes are used to modify the following instruction.  They
533 are used to repeat string instructions, to provide section overrides, to
534 perform bus lock operations, and to change operand and address sizes.
535 (Most instructions that normally operate on 32-bit operands will use
536 16-bit operands if the instruction has an ``operand size'' prefix.)
537 Instruction prefixes are best written on the same line as the instruction
538 they act upon. For example, the @samp{scas} (scan string) instruction is
539 repeated with:
541 @smallexample
542         repne scas %es:(%edi),%al
543 @end smallexample
545 You may also place prefixes on the lines immediately preceding the
546 instruction, but this circumvents checks that @code{@value{AS}} does
547 with prefixes, and will not work with all prefixes.
549 Here is a list of instruction prefixes:
551 @cindex section override prefixes, i386
552 @itemize @bullet
553 @item
554 Section override prefixes @samp{cs}, @samp{ds}, @samp{ss}, @samp{es},
555 @samp{fs}, @samp{gs}.  These are automatically added by specifying
556 using the @var{section}:@var{memory-operand} form for memory references.
558 @cindex size prefixes, i386
559 @item
560 Operand/Address size prefixes @samp{data16} and @samp{addr16}
561 change 32-bit operands/addresses into 16-bit operands/addresses,
562 while @samp{data32} and @samp{addr32} change 16-bit ones (in a
563 @code{.code16} section) into 32-bit operands/addresses.  These prefixes
564 @emph{must} appear on the same line of code as the instruction they
565 modify. For example, in a 16-bit @code{.code16} section, you might
566 write:
568 @smallexample
569         addr32 jmpl *(%ebx)
570 @end smallexample
572 @cindex bus lock prefixes, i386
573 @cindex inhibiting interrupts, i386
574 @item
575 The bus lock prefix @samp{lock} inhibits interrupts during execution of
576 the instruction it precedes.  (This is only valid with certain
577 instructions; see a 80386 manual for details).
579 @cindex coprocessor wait, i386
580 @item
581 The wait for coprocessor prefix @samp{wait} waits for the coprocessor to
582 complete the current instruction.  This should never be needed for the
583 80386/80387 combination.
585 @cindex repeat prefixes, i386
586 @item
587 The @samp{rep}, @samp{repe}, and @samp{repne} prefixes are added
588 to string instructions to make them repeat @samp{%ecx} times (@samp{%cx}
589 times if the current address size is 16-bits).
590 @cindex REX prefixes, i386
591 @item
592 The @samp{rex} family of prefixes is used by x86-64 to encode
593 extensions to i386 instruction set.  The @samp{rex} prefix has four
594 bits --- an operand size overwrite (@code{64}) used to change operand size
595 from 32-bit to 64-bit and X, Y and Z extensions bits used to extend the
596 register set.
598 You may write the @samp{rex} prefixes directly. The @samp{rex64xyz}
599 instruction emits @samp{rex} prefix with all the bits set.  By omitting
600 the @code{64}, @code{x}, @code{y} or @code{z} you may write other
601 prefixes as well.  Normally, there is no need to write the prefixes
602 explicitly, since gas will automatically generate them based on the
603 instruction operands.
604 @end itemize
606 @node i386-Memory
607 @section Memory References
609 @cindex i386 memory references
610 @cindex memory references, i386
611 @cindex x86-64 memory references
612 @cindex memory references, x86-64
613 An Intel syntax indirect memory reference of the form
615 @smallexample
616 @var{section}:[@var{base} + @var{index}*@var{scale} + @var{disp}]
617 @end smallexample
619 @noindent
620 is translated into the AT&T syntax
622 @smallexample
623 @var{section}:@var{disp}(@var{base}, @var{index}, @var{scale})
624 @end smallexample
626 @noindent
627 where @var{base} and @var{index} are the optional 32-bit base and
628 index registers, @var{disp} is the optional displacement, and
629 @var{scale}, taking the values 1, 2, 4, and 8, multiplies @var{index}
630 to calculate the address of the operand.  If no @var{scale} is
631 specified, @var{scale} is taken to be 1.  @var{section} specifies the
632 optional section register for the memory operand, and may override the
633 default section register (see a 80386 manual for section register
634 defaults). Note that section overrides in AT&T syntax @emph{must}
635 be preceded by a @samp{%}.  If you specify a section override which
636 coincides with the default section register, @code{@value{AS}} does @emph{not}
637 output any section register override prefixes to assemble the given
638 instruction.  Thus, section overrides can be specified to emphasize which
639 section register is used for a given memory operand.
641 Here are some examples of Intel and AT&T style memory references:
643 @table @asis
644 @item AT&T: @samp{-4(%ebp)}, Intel:  @samp{[ebp - 4]}
645 @var{base} is @samp{%ebp}; @var{disp} is @samp{-4}. @var{section} is
646 missing, and the default section is used (@samp{%ss} for addressing with
647 @samp{%ebp} as the base register).  @var{index}, @var{scale} are both missing.
649 @item AT&T: @samp{foo(,%eax,4)}, Intel: @samp{[foo + eax*4]}
650 @var{index} is @samp{%eax} (scaled by a @var{scale} 4); @var{disp} is
651 @samp{foo}.  All other fields are missing.  The section register here
652 defaults to @samp{%ds}.
654 @item AT&T: @samp{foo(,1)}; Intel @samp{[foo]}
655 This uses the value pointed to by @samp{foo} as a memory operand.
656 Note that @var{base} and @var{index} are both missing, but there is only
657 @emph{one} @samp{,}.  This is a syntactic exception.
659 @item AT&T: @samp{%gs:foo}; Intel @samp{gs:foo}
660 This selects the contents of the variable @samp{foo} with section
661 register @var{section} being @samp{%gs}.
662 @end table
664 Absolute (as opposed to PC relative) call and jump operands must be
665 prefixed with @samp{*}.  If no @samp{*} is specified, @code{@value{AS}}
666 always chooses PC relative addressing for jump/call labels.
668 Any instruction that has a memory operand, but no register operand,
669 @emph{must} specify its size (byte, word, long, or quadruple) with an
670 instruction mnemonic suffix (@samp{b}, @samp{w}, @samp{l} or @samp{q},
671 respectively).
673 The x86-64 architecture adds an RIP (instruction pointer relative)
674 addressing.  This addressing mode is specified by using @samp{rip} as a
675 base register.  Only constant offsets are valid. For example:
677 @table @asis
678 @item AT&T: @samp{1234(%rip)}, Intel: @samp{[rip + 1234]}
679 Points to the address 1234 bytes past the end of the current
680 instruction.
682 @item AT&T: @samp{symbol(%rip)}, Intel: @samp{[rip + symbol]}
683 Points to the @code{symbol} in RIP relative way, this is shorter than
684 the default absolute addressing.
685 @end table
687 Other addressing modes remain unchanged in x86-64 architecture, except
688 registers used are 64-bit instead of 32-bit.
690 @node i386-Jumps
691 @section Handling of Jump Instructions
693 @cindex jump optimization, i386
694 @cindex i386 jump optimization
695 @cindex jump optimization, x86-64
696 @cindex x86-64 jump optimization
697 Jump instructions are always optimized to use the smallest possible
698 displacements.  This is accomplished by using byte (8-bit) displacement
699 jumps whenever the target is sufficiently close.  If a byte displacement
700 is insufficient a long displacement is used.  We do not support
701 word (16-bit) displacement jumps in 32-bit mode (i.e. prefixing the jump
702 instruction with the @samp{data16} instruction prefix), since the 80386
703 insists upon masking @samp{%eip} to 16 bits after the word displacement
704 is added. (See also @pxref{i386-Arch})
706 Note that the @samp{jcxz}, @samp{jecxz}, @samp{loop}, @samp{loopz},
707 @samp{loope}, @samp{loopnz} and @samp{loopne} instructions only come in byte
708 displacements, so that if you use these instructions (@code{@value{GCC}} does
709 not use them) you may get an error message (and incorrect code).  The AT&T
710 80386 assembler tries to get around this problem by expanding @samp{jcxz foo}
713 @smallexample
714          jcxz cx_zero
715          jmp cx_nonzero
716 cx_zero: jmp foo
717 cx_nonzero:
718 @end smallexample
720 @node i386-Float
721 @section Floating Point
723 @cindex i386 floating point
724 @cindex floating point, i386
725 @cindex x86-64 floating point
726 @cindex floating point, x86-64
727 All 80387 floating point types except packed BCD are supported.
728 (BCD support may be added without much difficulty).  These data
729 types are 16-, 32-, and 64- bit integers, and single (32-bit),
730 double (64-bit), and extended (80-bit) precision floating point.
731 Each supported type has an instruction mnemonic suffix and a constructor
732 associated with it.  Instruction mnemonic suffixes specify the operand's
733 data type.  Constructors build these data types into memory.
735 @cindex @code{float} directive, i386
736 @cindex @code{single} directive, i386
737 @cindex @code{double} directive, i386
738 @cindex @code{tfloat} directive, i386
739 @cindex @code{float} directive, x86-64
740 @cindex @code{single} directive, x86-64
741 @cindex @code{double} directive, x86-64
742 @cindex @code{tfloat} directive, x86-64
743 @itemize @bullet
744 @item
745 Floating point constructors are @samp{.float} or @samp{.single},
746 @samp{.double}, and @samp{.tfloat} for 32-, 64-, and 80-bit formats.
747 These correspond to instruction mnemonic suffixes @samp{s}, @samp{l},
748 and @samp{t}. @samp{t} stands for 80-bit (ten byte) real.  The 80387
749 only supports this format via the @samp{fldt} (load 80-bit real to stack
750 top) and @samp{fstpt} (store 80-bit real and pop stack) instructions.
752 @cindex @code{word} directive, i386
753 @cindex @code{long} directive, i386
754 @cindex @code{int} directive, i386
755 @cindex @code{quad} directive, i386
756 @cindex @code{word} directive, x86-64
757 @cindex @code{long} directive, x86-64
758 @cindex @code{int} directive, x86-64
759 @cindex @code{quad} directive, x86-64
760 @item
761 Integer constructors are @samp{.word}, @samp{.long} or @samp{.int}, and
762 @samp{.quad} for the 16-, 32-, and 64-bit integer formats.  The
763 corresponding instruction mnemonic suffixes are @samp{s} (single),
764 @samp{l} (long), and @samp{q} (quad).  As with the 80-bit real format,
765 the 64-bit @samp{q} format is only present in the @samp{fildq} (load
766 quad integer to stack top) and @samp{fistpq} (store quad integer and pop
767 stack) instructions.
768 @end itemize
770 Register to register operations should not use instruction mnemonic suffixes.
771 @samp{fstl %st, %st(1)} will give a warning, and be assembled as if you
772 wrote @samp{fst %st, %st(1)}, since all register to register operations
773 use 80-bit floating point operands. (Contrast this with @samp{fstl %st, mem},
774 which converts @samp{%st} from 80-bit to 64-bit floating point format,
775 then stores the result in the 4 byte location @samp{mem})
777 @node i386-SIMD
778 @section Intel's MMX and AMD's 3DNow! SIMD Operations
780 @cindex MMX, i386
781 @cindex 3DNow!, i386
782 @cindex SIMD, i386
783 @cindex MMX, x86-64
784 @cindex 3DNow!, x86-64
785 @cindex SIMD, x86-64
787 @code{@value{AS}} supports Intel's MMX instruction set (SIMD
788 instructions for integer data), available on Intel's Pentium MMX
789 processors and Pentium II processors, AMD's K6 and K6-2 processors,
790 Cyrix' M2 processor, and probably others.  It also supports AMD's 3DNow!@:
791 instruction set (SIMD instructions for 32-bit floating point data)
792 available on AMD's K6-2 processor and possibly others in the future.
794 Currently, @code{@value{AS}} does not support Intel's floating point
795 SIMD, Katmai (KNI).
797 The eight 64-bit MMX operands, also used by 3DNow!, are called @samp{%mm0},
798 @samp{%mm1}, ... @samp{%mm7}.  They contain eight 8-bit integers, four
799 16-bit integers, two 32-bit integers, one 64-bit integer, or two 32-bit
800 floating point values.  The MMX registers cannot be used at the same time
801 as the floating point stack.
803 See Intel and AMD documentation, keeping in mind that the operand order in
804 instructions is reversed from the Intel syntax.
806 @node i386-LWP
807 @section AMD's Lightweight Profiling Instructions
809 @cindex LWP, i386
810 @cindex LWP, x86-64
812 @code{@value{AS}} supports AMD's Lightweight Profiling (LWP)
813 instruction set, available on AMD's Family 15h (Orochi) processors.
815 LWP enables applications to collect and manage performance data, and
816 react to performance events.  The collection of performance data
817 requires no context switches.  LWP runs in the context of a thread and
818 so several counters can be used independently across multiple threads.
819 LWP can be used in both 64-bit and legacy 32-bit modes.
821 For detailed information on the LWP instruction set, see the
822 @cite{AMD Lightweight Profiling Specification} available at
823 @uref{http://developer.amd.com/cpu/LWP,Lightweight Profiling Specification}.
825 @node i386-16bit
826 @section Writing 16-bit Code
828 @cindex i386 16-bit code
829 @cindex 16-bit code, i386
830 @cindex real-mode code, i386
831 @cindex @code{code16gcc} directive, i386
832 @cindex @code{code16} directive, i386
833 @cindex @code{code32} directive, i386
834 @cindex @code{code64} directive, i386
835 @cindex @code{code64} directive, x86-64
836 While @code{@value{AS}} normally writes only ``pure'' 32-bit i386 code
837 or 64-bit x86-64 code depending on the default configuration,
838 it also supports writing code to run in real mode or in 16-bit protected
839 mode code segments.  To do this, put a @samp{.code16} or
840 @samp{.code16gcc} directive before the assembly language instructions to
841 be run in 16-bit mode.  You can switch @code{@value{AS}} to writing
842 32-bit code with the @samp{.code32} directive or 64-bit code with the
843 @samp{.code64} directive.
845 @samp{.code16gcc} provides experimental support for generating 16-bit
846 code from gcc, and differs from @samp{.code16} in that @samp{call},
847 @samp{ret}, @samp{enter}, @samp{leave}, @samp{push}, @samp{pop},
848 @samp{pusha}, @samp{popa}, @samp{pushf}, and @samp{popf} instructions
849 default to 32-bit size.  This is so that the stack pointer is
850 manipulated in the same way over function calls, allowing access to
851 function parameters at the same stack offsets as in 32-bit mode.
852 @samp{.code16gcc} also automatically adds address size prefixes where
853 necessary to use the 32-bit addressing modes that gcc generates.
855 The code which @code{@value{AS}} generates in 16-bit mode will not
856 necessarily run on a 16-bit pre-80386 processor.  To write code that
857 runs on such a processor, you must refrain from using @emph{any} 32-bit
858 constructs which require @code{@value{AS}} to output address or operand
859 size prefixes.
861 Note that writing 16-bit code instructions by explicitly specifying a
862 prefix or an instruction mnemonic suffix within a 32-bit code section
863 generates different machine instructions than those generated for a
864 16-bit code segment.  In a 32-bit code section, the following code
865 generates the machine opcode bytes @samp{66 6a 04}, which pushes the
866 value @samp{4} onto the stack, decrementing @samp{%esp} by 2.
868 @smallexample
869         pushw $4
870 @end smallexample
872 The same code in a 16-bit code section would generate the machine
873 opcode bytes @samp{6a 04} (i.e., without the operand size prefix), which
874 is correct since the processor default operand size is assumed to be 16
875 bits in a 16-bit code section.
877 @node i386-Bugs
878 @section AT&T Syntax bugs
880 The UnixWare assembler, and probably other AT&T derived ix86 Unix
881 assemblers, generate floating point instructions with reversed source
882 and destination registers in certain cases.  Unfortunately, gcc and
883 possibly many other programs use this reversed syntax, so we're stuck
884 with it.
886 For example
888 @smallexample
889         fsub %st,%st(3)
890 @end smallexample
891 @noindent
892 results in @samp{%st(3)} being updated to @samp{%st - %st(3)} rather
893 than the expected @samp{%st(3) - %st}.  This happens with all the
894 non-commutative arithmetic floating point operations with two register
895 operands where the source register is @samp{%st} and the destination
896 register is @samp{%st(i)}.
898 @node i386-Arch
899 @section Specifying CPU Architecture
901 @cindex arch directive, i386
902 @cindex i386 arch directive
903 @cindex arch directive, x86-64
904 @cindex x86-64 arch directive
906 @code{@value{AS}} may be told to assemble for a particular CPU
907 (sub-)architecture with the @code{.arch @var{cpu_type}} directive.  This
908 directive enables a warning when gas detects an instruction that is not
909 supported on the CPU specified.  The choices for @var{cpu_type} are:
911 @multitable @columnfractions .20 .20 .20 .20
912 @item @samp{i8086} @tab @samp{i186} @tab @samp{i286} @tab @samp{i386}
913 @item @samp{i486} @tab @samp{i586} @tab @samp{i686} @tab @samp{pentium}
914 @item @samp{pentiumpro} @tab @samp{pentiumii} @tab @samp{pentiumiii} @tab @samp{pentium4}
915 @item @samp{prescott} @tab @samp{nocona} @tab @samp{core} @tab @samp{core2}
916 @item @samp{corei7} @tab @samp{l1om}
917 @item @samp{k6} @tab @samp{k6_2} @tab @samp{athlon} @tab @samp{k8}
918 @item @samp{amdfam10}
919 @item @samp{generic32} @tab @samp{generic64}
920 @item @samp{.mmx} @tab @samp{.sse} @tab @samp{.sse2} @tab @samp{.sse3}
921 @item @samp{.ssse3} @tab @samp{.sse4.1} @tab @samp{.sse4.2} @tab @samp{.sse4}
922 @item @samp{.avx} @tab @samp{.vmx} @tab @samp{.smx} @tab @samp{.xsave}
923 @item @samp{.aes} @tab @samp{.pclmul} @tab @samp{.fma} @tab @samp{.movbe}
924 @item @samp{.ept} @tab @samp{.clflush}
925 @item @samp{.3dnow} @tab @samp{.3dnowa} @tab @samp{.sse4a} @tab @samp{.sse5}
926 @item @samp{.syscall} @tab @samp{.rdtscp} @tab @samp{.svme} @tab @samp{.abm}
927 @item @samp{.lwp} @tab @samp{.fma4} @tab @samp{.xop}
928 @item @samp{.padlock}
929 @end multitable
931 Apart from the warning, there are only two other effects on
932 @code{@value{AS}} operation;  Firstly, if you specify a CPU other than
933 @samp{i486}, then shift by one instructions such as @samp{sarl $1, %eax}
934 will automatically use a two byte opcode sequence.  The larger three
935 byte opcode sequence is used on the 486 (and when no architecture is
936 specified) because it executes faster on the 486.  Note that you can
937 explicitly request the two byte opcode by writing @samp{sarl %eax}.
938 Secondly, if you specify @samp{i8086}, @samp{i186}, or @samp{i286},
939 @emph{and} @samp{.code16} or @samp{.code16gcc} then byte offset
940 conditional jumps will be promoted when necessary to a two instruction
941 sequence consisting of a conditional jump of the opposite sense around
942 an unconditional jump to the target.
944 Following the CPU architecture (but not a sub-architecture, which are those
945 starting with a dot), you may specify @samp{jumps} or @samp{nojumps} to
946 control automatic promotion of conditional jumps. @samp{jumps} is the
947 default, and enables jump promotion;  All external jumps will be of the long
948 variety, and file-local jumps will be promoted as necessary.
949 (@pxref{i386-Jumps})  @samp{nojumps} leaves external conditional jumps as
950 byte offset jumps, and warns about file-local conditional jumps that
951 @code{@value{AS}} promotes.
952 Unconditional jumps are treated as for @samp{jumps}.
954 For example
956 @smallexample
957  .arch i8086,nojumps
958 @end smallexample
960 @node i386-Notes
961 @section Notes
963 @cindex i386 @code{mul}, @code{imul} instructions
964 @cindex @code{mul} instruction, i386
965 @cindex @code{imul} instruction, i386
966 @cindex @code{mul} instruction, x86-64
967 @cindex @code{imul} instruction, x86-64
968 There is some trickery concerning the @samp{mul} and @samp{imul}
969 instructions that deserves mention.  The 16-, 32-, 64- and 128-bit expanding
970 multiplies (base opcode @samp{0xf6}; extension 4 for @samp{mul} and 5
971 for @samp{imul}) can be output only in the one operand form.  Thus,
972 @samp{imul %ebx, %eax} does @emph{not} select the expanding multiply;
973 the expanding multiply would clobber the @samp{%edx} register, and this
974 would confuse @code{@value{GCC}} output.  Use @samp{imul %ebx} to get the
975 64-bit product in @samp{%edx:%eax}.
977 We have added a two operand form of @samp{imul} when the first operand
978 is an immediate mode expression and the second operand is a register.
979 This is just a shorthand, so that, multiplying @samp{%eax} by 69, for
980 example, can be done with @samp{imul $69, %eax} rather than @samp{imul
981 $69, %eax, %eax}.