2010-04-16 Andreas Schwab <schwab@redhat.com>
[binutils.git] / gas / doc / c-i386.texi
blob1f414f65ed06387b9a72f69a5663e19bc1ce54be
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{aes},
140 @code{pclmul},
141 @code{fma},
142 @code{movbe},
143 @code{ept},
144 @code{clflush},
145 @code{lwp},
146 @code{fma4},
147 @code{xop},
148 @code{syscall},
149 @code{rdtscp},
150 @code{3dnow},
151 @code{3dnowa},
152 @code{sse4a},
153 @code{sse5},
154 @code{svme},
155 @code{abm} and
156 @code{padlock}.
157 Note that rather than extending a basic instruction set, the extension
158 mnemonics starting with @code{no} revoke the respective functionality.
160 When the @code{.arch} directive is used with @option{-march}, the
161 @code{.arch} directive will take precedent.
163 @cindex @samp{-mtune=} option, i386
164 @cindex @samp{-mtune=} option, x86-64
165 @item -mtune=@var{CPU}
166 This option specifies a processor to optimize for. When used in
167 conjunction with the @option{-march} option, only instructions
168 of the processor specified by the @option{-march} option will be
169 generated.
171 Valid @var{CPU} values are identical to the processor list of
172 @option{-march=@var{CPU}}.
174 @cindex @samp{-msse2avx} option, i386
175 @cindex @samp{-msse2avx} option, x86-64
176 @item -msse2avx
177 This option specifies that the assembler should encode SSE instructions
178 with VEX prefix.
180 @cindex @samp{-msse-check=} option, i386
181 @cindex @samp{-msse-check=} option, x86-64
182 @item -msse-check=@var{none}
183 @item -msse-check=@var{warning}
184 @item -msse-check=@var{error}
185 These options control if the assembler should check SSE intructions.
186 @option{-msse-check=@var{none}} will make the assembler not to check SSE
187 instructions,  which is the default.  @option{-msse-check=@var{warning}}
188 will make the assembler issue a warning for any SSE intruction.
189 @option{-msse-check=@var{error}} will make the assembler issue an error
190 for any SSE intruction.
192 @cindex @samp{-mavxscalar=} option, i386
193 @cindex @samp{-mavxscalar=} option, x86-64
194 @item -mavxscalar=@var{128}
195 @item -mavxscalar=@var{256}
196 This options control how the assembler should encode scalar AVX
197 instructions.  @option{-mavxscalar=@var{128}} will encode scalar
198 AVX instructions with 128bit vector length, which is the default.
199 @option{-mavxscalar=@var{256}} will encode scalar AVX instructions
200 with 256bit vector length.
202 @cindex @samp{-mmnemonic=} option, i386
203 @cindex @samp{-mmnemonic=} option, x86-64
204 @item -mmnemonic=@var{att}
205 @item -mmnemonic=@var{intel}
206 This option specifies instruction mnemonic for matching instructions. 
207 The @code{.att_mnemonic} and @code{.intel_mnemonic} directives will
208 take precedent.
210 @cindex @samp{-msyntax=} option, i386
211 @cindex @samp{-msyntax=} option, x86-64
212 @item -msyntax=@var{att}
213 @item -msyntax=@var{intel}
214 This option specifies instruction syntax when processing instructions. 
215 The @code{.att_syntax} and @code{.intel_syntax} directives will
216 take precedent.
218 @cindex @samp{-mnaked-reg} option, i386
219 @cindex @samp{-mnaked-reg} option, x86-64
220 @item -mnaked-reg
221 This opetion specifies that registers don't require a @samp{%} prefix.
222 The @code{.att_syntax} and @code{.intel_syntax} directives will take precedent.
224 @end table
226 @node i386-Directives
227 @section x86 specific Directives
229 @cindex machine directives, x86
230 @cindex x86 machine directives
231 @table @code
233 @cindex @code{lcomm} directive, COFF
234 @item .lcomm @var{symbol} , @var{length}[, @var{alignment}]
235 Reserve @var{length} (an absolute expression) bytes for a local common
236 denoted by @var{symbol}.  The section and value of @var{symbol} are
237 those of the new local common.  The addresses are allocated in the bss
238 section, so that at run-time the bytes start off zeroed.  Since
239 @var{symbol} is not declared global, it is normally not visible to
240 @code{@value{LD}}.  The optional third parameter, @var{alignment},
241 specifies the desired alignment of the symbol in the bss section.
243 This directive is only available for COFF based x86 targets.
245 @c FIXME: Document other x86 specific directives ?  Eg: .code16gcc,
246 @c .largecomm
248 @end table
250 @node i386-Syntax
251 @section AT&T Syntax versus Intel Syntax
253 @cindex i386 intel_syntax pseudo op
254 @cindex intel_syntax pseudo op, i386
255 @cindex i386 att_syntax pseudo op
256 @cindex att_syntax pseudo op, i386
257 @cindex i386 syntax compatibility
258 @cindex syntax compatibility, i386
259 @cindex x86-64 intel_syntax pseudo op
260 @cindex intel_syntax pseudo op, x86-64
261 @cindex x86-64 att_syntax pseudo op
262 @cindex att_syntax pseudo op, x86-64
263 @cindex x86-64 syntax compatibility
264 @cindex syntax compatibility, x86-64
266 @code{@value{AS}} now supports assembly using Intel assembler syntax.
267 @code{.intel_syntax} selects Intel mode, and @code{.att_syntax} switches
268 back to the usual AT&T mode for compatibility with the output of
269 @code{@value{GCC}}.  Either of these directives may have an optional
270 argument, @code{prefix}, or @code{noprefix} specifying whether registers
271 require a @samp{%} prefix.  AT&T System V/386 assembler syntax is quite
272 different from Intel syntax.  We mention these differences because
273 almost all 80386 documents use Intel syntax.  Notable differences
274 between the two syntaxes are:
276 @cindex immediate operands, i386
277 @cindex i386 immediate operands
278 @cindex register operands, i386
279 @cindex i386 register operands
280 @cindex jump/call operands, i386
281 @cindex i386 jump/call operands
282 @cindex operand delimiters, i386
284 @cindex immediate operands, x86-64
285 @cindex x86-64 immediate operands
286 @cindex register operands, x86-64
287 @cindex x86-64 register operands
288 @cindex jump/call operands, x86-64
289 @cindex x86-64 jump/call operands
290 @cindex operand delimiters, x86-64
291 @itemize @bullet
292 @item
293 AT&T immediate operands are preceded by @samp{$}; Intel immediate
294 operands are undelimited (Intel @samp{push 4} is AT&T @samp{pushl $4}).
295 AT&T register operands are preceded by @samp{%}; Intel register operands
296 are undelimited.  AT&T absolute (as opposed to PC relative) jump/call
297 operands are prefixed by @samp{*}; they are undelimited in Intel syntax.
299 @cindex i386 source, destination operands
300 @cindex source, destination operands; i386
301 @cindex x86-64 source, destination operands
302 @cindex source, destination operands; x86-64
303 @item
304 AT&T and Intel syntax use the opposite order for source and destination
305 operands.  Intel @samp{add eax, 4} is @samp{addl $4, %eax}.  The
306 @samp{source, dest} convention is maintained for compatibility with
307 previous Unix assemblers.  Note that @samp{bound}, @samp{invlpga}, and
308 instructions with 2 immediate operands, such as the @samp{enter}
309 instruction, do @emph{not} have reversed order.  @ref{i386-Bugs}.
311 @cindex mnemonic suffixes, i386
312 @cindex sizes operands, i386
313 @cindex i386 size suffixes
314 @cindex mnemonic suffixes, x86-64
315 @cindex sizes operands, x86-64
316 @cindex x86-64 size suffixes
317 @item
318 In AT&T syntax the size of memory operands is determined from the last
319 character of the instruction mnemonic.  Mnemonic suffixes of @samp{b},
320 @samp{w}, @samp{l} and @samp{q} specify byte (8-bit), word (16-bit), long
321 (32-bit) and quadruple word (64-bit) memory references.  Intel syntax accomplishes
322 this by prefixing memory operands (@emph{not} the instruction mnemonics) with
323 @samp{byte ptr}, @samp{word ptr}, @samp{dword ptr} and @samp{qword ptr}.  Thus,
324 Intel @samp{mov al, byte ptr @var{foo}} is @samp{movb @var{foo}, %al} in AT&T
325 syntax.
327 In 64-bit code, @samp{movabs} can be used to encode the @samp{mov}
328 instruction with the 64-bit displacement or immediate operand.
330 @cindex return instructions, i386
331 @cindex i386 jump, call, return
332 @cindex return instructions, x86-64
333 @cindex x86-64 jump, call, return
334 @item
335 Immediate form long jumps and calls are
336 @samp{lcall/ljmp $@var{section}, $@var{offset}} in AT&T syntax; the
337 Intel syntax is
338 @samp{call/jmp far @var{section}:@var{offset}}.  Also, the far return
339 instruction
340 is @samp{lret $@var{stack-adjust}} in AT&T syntax; Intel syntax is
341 @samp{ret far @var{stack-adjust}}.
343 @cindex sections, i386
344 @cindex i386 sections
345 @cindex sections, x86-64
346 @cindex x86-64 sections
347 @item
348 The AT&T assembler does not provide support for multiple section
349 programs.  Unix style systems expect all programs to be single sections.
350 @end itemize
352 @node i386-Mnemonics
353 @section Instruction Naming
355 @cindex i386 instruction naming
356 @cindex instruction naming, i386
357 @cindex x86-64 instruction naming
358 @cindex instruction naming, x86-64
360 Instruction mnemonics are suffixed with one character modifiers which
361 specify the size of operands.  The letters @samp{b}, @samp{w}, @samp{l}
362 and @samp{q} specify byte, word, long and quadruple word operands.  If
363 no suffix is specified by an instruction then @code{@value{AS}} tries to
364 fill in the missing suffix based on the destination register operand
365 (the last one by convention).  Thus, @samp{mov %ax, %bx} is equivalent
366 to @samp{movw %ax, %bx}; also, @samp{mov $1, %bx} is equivalent to
367 @samp{movw $1, bx}.  Note that this is incompatible with the AT&T Unix
368 assembler which assumes that a missing mnemonic suffix implies long
369 operand size.  (This incompatibility does not affect compiler output
370 since compilers always explicitly specify the mnemonic suffix.)
372 Almost all instructions have the same names in AT&T and Intel format.
373 There are a few exceptions.  The sign extend and zero extend
374 instructions need two sizes to specify them.  They need a size to
375 sign/zero extend @emph{from} and a size to zero extend @emph{to}.  This
376 is accomplished by using two instruction mnemonic suffixes in AT&T
377 syntax.  Base names for sign extend and zero extend are
378 @samp{movs@dots{}} and @samp{movz@dots{}} in AT&T syntax (@samp{movsx}
379 and @samp{movzx} in Intel syntax).  The instruction mnemonic suffixes
380 are tacked on to this base name, the @emph{from} suffix before the
381 @emph{to} suffix.  Thus, @samp{movsbl %al, %edx} is AT&T syntax for
382 ``move sign extend @emph{from} %al @emph{to} %edx.''  Possible suffixes,
383 thus, are @samp{bl} (from byte to long), @samp{bw} (from byte to word),
384 @samp{wl} (from word to long), @samp{bq} (from byte to quadruple word),
385 @samp{wq} (from word to quadruple word), and @samp{lq} (from long to
386 quadruple word).
388 @cindex encoding options, i386
389 @cindex encoding options, x86-64
391 Different encoding options can be specified via optional mnemonic
392 suffix.  @samp{.s} suffix swaps 2 register operands in encoding when
393 moving from one register to another.
395 @cindex conversion instructions, i386
396 @cindex i386 conversion instructions
397 @cindex conversion instructions, x86-64
398 @cindex x86-64 conversion instructions
399 The Intel-syntax conversion instructions
401 @itemize @bullet
402 @item
403 @samp{cbw} --- sign-extend byte in @samp{%al} to word in @samp{%ax},
405 @item
406 @samp{cwde} --- sign-extend word in @samp{%ax} to long in @samp{%eax},
408 @item
409 @samp{cwd} --- sign-extend word in @samp{%ax} to long in @samp{%dx:%ax},
411 @item
412 @samp{cdq} --- sign-extend dword in @samp{%eax} to quad in @samp{%edx:%eax},
414 @item
415 @samp{cdqe} --- sign-extend dword in @samp{%eax} to quad in @samp{%rax}
416 (x86-64 only),
418 @item
419 @samp{cqo} --- sign-extend quad in @samp{%rax} to octuple in
420 @samp{%rdx:%rax} (x86-64 only),
421 @end itemize
423 @noindent
424 are called @samp{cbtw}, @samp{cwtl}, @samp{cwtd}, @samp{cltd}, @samp{cltq}, and
425 @samp{cqto} in AT&T naming.  @code{@value{AS}} accepts either naming for these
426 instructions.
428 @cindex jump instructions, i386
429 @cindex call instructions, i386
430 @cindex jump instructions, x86-64
431 @cindex call instructions, x86-64
432 Far call/jump instructions are @samp{lcall} and @samp{ljmp} in
433 AT&T syntax, but are @samp{call far} and @samp{jump far} in Intel
434 convention.
436 @section AT&T Mnemonic versus Intel Mnemonic
438 @cindex i386 mnemonic compatibility
439 @cindex mnemonic compatibility, i386
441 @code{@value{AS}} supports assembly using Intel mnemonic.
442 @code{.intel_mnemonic} selects Intel mnemonic with Intel syntax, and
443 @code{.att_mnemonic} switches back to the usual AT&T mnemonic with AT&T
444 syntax for compatibility with the output of @code{@value{GCC}}.
445 Several x87 instructions, @samp{fadd}, @samp{fdiv}, @samp{fdivp},
446 @samp{fdivr}, @samp{fdivrp}, @samp{fmul}, @samp{fsub}, @samp{fsubp},
447 @samp{fsubr} and @samp{fsubrp},  are implemented in AT&T System V/386
448 assembler with different mnemonics from those in Intel IA32 specification.
449 @code{@value{GCC}} generates those instructions with AT&T mnemonic.
451 @node i386-Regs
452 @section Register Naming
454 @cindex i386 registers
455 @cindex registers, i386
456 @cindex x86-64 registers
457 @cindex registers, x86-64
458 Register operands are always prefixed with @samp{%}.  The 80386 registers
459 consist of
461 @itemize @bullet
462 @item
463 the 8 32-bit registers @samp{%eax} (the accumulator), @samp{%ebx},
464 @samp{%ecx}, @samp{%edx}, @samp{%edi}, @samp{%esi}, @samp{%ebp} (the
465 frame pointer), and @samp{%esp} (the stack pointer).
467 @item
468 the 8 16-bit low-ends of these: @samp{%ax}, @samp{%bx}, @samp{%cx},
469 @samp{%dx}, @samp{%di}, @samp{%si}, @samp{%bp}, and @samp{%sp}.
471 @item
472 the 8 8-bit registers: @samp{%ah}, @samp{%al}, @samp{%bh},
473 @samp{%bl}, @samp{%ch}, @samp{%cl}, @samp{%dh}, and @samp{%dl} (These
474 are the high-bytes and low-bytes of @samp{%ax}, @samp{%bx},
475 @samp{%cx}, and @samp{%dx})
477 @item
478 the 6 section registers @samp{%cs} (code section), @samp{%ds}
479 (data section), @samp{%ss} (stack section), @samp{%es}, @samp{%fs},
480 and @samp{%gs}.
482 @item
483 the 3 processor control registers @samp{%cr0}, @samp{%cr2}, and
484 @samp{%cr3}.
486 @item
487 the 6 debug registers @samp{%db0}, @samp{%db1}, @samp{%db2},
488 @samp{%db3}, @samp{%db6}, and @samp{%db7}.
490 @item
491 the 2 test registers @samp{%tr6} and @samp{%tr7}.
493 @item
494 the 8 floating point register stack @samp{%st} or equivalently
495 @samp{%st(0)}, @samp{%st(1)}, @samp{%st(2)}, @samp{%st(3)},
496 @samp{%st(4)}, @samp{%st(5)}, @samp{%st(6)}, and @samp{%st(7)}.
497 These registers are overloaded by 8 MMX registers @samp{%mm0},
498 @samp{%mm1}, @samp{%mm2}, @samp{%mm3}, @samp{%mm4}, @samp{%mm5},
499 @samp{%mm6} and @samp{%mm7}.
501 @item
502 the 8 SSE registers registers @samp{%xmm0}, @samp{%xmm1}, @samp{%xmm2},
503 @samp{%xmm3}, @samp{%xmm4}, @samp{%xmm5}, @samp{%xmm6} and @samp{%xmm7}.
504 @end itemize
506 The AMD x86-64 architecture extends the register set by:
508 @itemize @bullet
509 @item
510 enhancing the 8 32-bit registers to 64-bit: @samp{%rax} (the
511 accumulator), @samp{%rbx}, @samp{%rcx}, @samp{%rdx}, @samp{%rdi},
512 @samp{%rsi}, @samp{%rbp} (the frame pointer), @samp{%rsp} (the stack
513 pointer)
515 @item
516 the 8 extended registers @samp{%r8}--@samp{%r15}.
518 @item
519 the 8 32-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8d}--@samp{%r15d}
521 @item
522 the 8 16-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8w}--@samp{%r15w}
524 @item
525 the 8 8-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8b}--@samp{%r15b}
527 @item
528 the 4 8-bit registers: @samp{%sil}, @samp{%dil}, @samp{%bpl}, @samp{%spl}.
530 @item
531 the 8 debug registers: @samp{%db8}--@samp{%db15}.
533 @item
534 the 8 SSE registers: @samp{%xmm8}--@samp{%xmm15}.
535 @end itemize
537 @node i386-Prefixes
538 @section Instruction Prefixes
540 @cindex i386 instruction prefixes
541 @cindex instruction prefixes, i386
542 @cindex prefixes, i386
543 Instruction prefixes are used to modify the following instruction.  They
544 are used to repeat string instructions, to provide section overrides, to
545 perform bus lock operations, and to change operand and address sizes.
546 (Most instructions that normally operate on 32-bit operands will use
547 16-bit operands if the instruction has an ``operand size'' prefix.)
548 Instruction prefixes are best written on the same line as the instruction
549 they act upon. For example, the @samp{scas} (scan string) instruction is
550 repeated with:
552 @smallexample
553         repne scas %es:(%edi),%al
554 @end smallexample
556 You may also place prefixes on the lines immediately preceding the
557 instruction, but this circumvents checks that @code{@value{AS}} does
558 with prefixes, and will not work with all prefixes.
560 Here is a list of instruction prefixes:
562 @cindex section override prefixes, i386
563 @itemize @bullet
564 @item
565 Section override prefixes @samp{cs}, @samp{ds}, @samp{ss}, @samp{es},
566 @samp{fs}, @samp{gs}.  These are automatically added by specifying
567 using the @var{section}:@var{memory-operand} form for memory references.
569 @cindex size prefixes, i386
570 @item
571 Operand/Address size prefixes @samp{data16} and @samp{addr16}
572 change 32-bit operands/addresses into 16-bit operands/addresses,
573 while @samp{data32} and @samp{addr32} change 16-bit ones (in a
574 @code{.code16} section) into 32-bit operands/addresses.  These prefixes
575 @emph{must} appear on the same line of code as the instruction they
576 modify. For example, in a 16-bit @code{.code16} section, you might
577 write:
579 @smallexample
580         addr32 jmpl *(%ebx)
581 @end smallexample
583 @cindex bus lock prefixes, i386
584 @cindex inhibiting interrupts, i386
585 @item
586 The bus lock prefix @samp{lock} inhibits interrupts during execution of
587 the instruction it precedes.  (This is only valid with certain
588 instructions; see a 80386 manual for details).
590 @cindex coprocessor wait, i386
591 @item
592 The wait for coprocessor prefix @samp{wait} waits for the coprocessor to
593 complete the current instruction.  This should never be needed for the
594 80386/80387 combination.
596 @cindex repeat prefixes, i386
597 @item
598 The @samp{rep}, @samp{repe}, and @samp{repne} prefixes are added
599 to string instructions to make them repeat @samp{%ecx} times (@samp{%cx}
600 times if the current address size is 16-bits).
601 @cindex REX prefixes, i386
602 @item
603 The @samp{rex} family of prefixes is used by x86-64 to encode
604 extensions to i386 instruction set.  The @samp{rex} prefix has four
605 bits --- an operand size overwrite (@code{64}) used to change operand size
606 from 32-bit to 64-bit and X, Y and Z extensions bits used to extend the
607 register set.
609 You may write the @samp{rex} prefixes directly. The @samp{rex64xyz}
610 instruction emits @samp{rex} prefix with all the bits set.  By omitting
611 the @code{64}, @code{x}, @code{y} or @code{z} you may write other
612 prefixes as well.  Normally, there is no need to write the prefixes
613 explicitly, since gas will automatically generate them based on the
614 instruction operands.
615 @end itemize
617 @node i386-Memory
618 @section Memory References
620 @cindex i386 memory references
621 @cindex memory references, i386
622 @cindex x86-64 memory references
623 @cindex memory references, x86-64
624 An Intel syntax indirect memory reference of the form
626 @smallexample
627 @var{section}:[@var{base} + @var{index}*@var{scale} + @var{disp}]
628 @end smallexample
630 @noindent
631 is translated into the AT&T syntax
633 @smallexample
634 @var{section}:@var{disp}(@var{base}, @var{index}, @var{scale})
635 @end smallexample
637 @noindent
638 where @var{base} and @var{index} are the optional 32-bit base and
639 index registers, @var{disp} is the optional displacement, and
640 @var{scale}, taking the values 1, 2, 4, and 8, multiplies @var{index}
641 to calculate the address of the operand.  If no @var{scale} is
642 specified, @var{scale} is taken to be 1.  @var{section} specifies the
643 optional section register for the memory operand, and may override the
644 default section register (see a 80386 manual for section register
645 defaults). Note that section overrides in AT&T syntax @emph{must}
646 be preceded by a @samp{%}.  If you specify a section override which
647 coincides with the default section register, @code{@value{AS}} does @emph{not}
648 output any section register override prefixes to assemble the given
649 instruction.  Thus, section overrides can be specified to emphasize which
650 section register is used for a given memory operand.
652 Here are some examples of Intel and AT&T style memory references:
654 @table @asis
655 @item AT&T: @samp{-4(%ebp)}, Intel:  @samp{[ebp - 4]}
656 @var{base} is @samp{%ebp}; @var{disp} is @samp{-4}. @var{section} is
657 missing, and the default section is used (@samp{%ss} for addressing with
658 @samp{%ebp} as the base register).  @var{index}, @var{scale} are both missing.
660 @item AT&T: @samp{foo(,%eax,4)}, Intel: @samp{[foo + eax*4]}
661 @var{index} is @samp{%eax} (scaled by a @var{scale} 4); @var{disp} is
662 @samp{foo}.  All other fields are missing.  The section register here
663 defaults to @samp{%ds}.
665 @item AT&T: @samp{foo(,1)}; Intel @samp{[foo]}
666 This uses the value pointed to by @samp{foo} as a memory operand.
667 Note that @var{base} and @var{index} are both missing, but there is only
668 @emph{one} @samp{,}.  This is a syntactic exception.
670 @item AT&T: @samp{%gs:foo}; Intel @samp{gs:foo}
671 This selects the contents of the variable @samp{foo} with section
672 register @var{section} being @samp{%gs}.
673 @end table
675 Absolute (as opposed to PC relative) call and jump operands must be
676 prefixed with @samp{*}.  If no @samp{*} is specified, @code{@value{AS}}
677 always chooses PC relative addressing for jump/call labels.
679 Any instruction that has a memory operand, but no register operand,
680 @emph{must} specify its size (byte, word, long, or quadruple) with an
681 instruction mnemonic suffix (@samp{b}, @samp{w}, @samp{l} or @samp{q},
682 respectively).
684 The x86-64 architecture adds an RIP (instruction pointer relative)
685 addressing.  This addressing mode is specified by using @samp{rip} as a
686 base register.  Only constant offsets are valid. For example:
688 @table @asis
689 @item AT&T: @samp{1234(%rip)}, Intel: @samp{[rip + 1234]}
690 Points to the address 1234 bytes past the end of the current
691 instruction.
693 @item AT&T: @samp{symbol(%rip)}, Intel: @samp{[rip + symbol]}
694 Points to the @code{symbol} in RIP relative way, this is shorter than
695 the default absolute addressing.
696 @end table
698 Other addressing modes remain unchanged in x86-64 architecture, except
699 registers used are 64-bit instead of 32-bit.
701 @node i386-Jumps
702 @section Handling of Jump Instructions
704 @cindex jump optimization, i386
705 @cindex i386 jump optimization
706 @cindex jump optimization, x86-64
707 @cindex x86-64 jump optimization
708 Jump instructions are always optimized to use the smallest possible
709 displacements.  This is accomplished by using byte (8-bit) displacement
710 jumps whenever the target is sufficiently close.  If a byte displacement
711 is insufficient a long displacement is used.  We do not support
712 word (16-bit) displacement jumps in 32-bit mode (i.e. prefixing the jump
713 instruction with the @samp{data16} instruction prefix), since the 80386
714 insists upon masking @samp{%eip} to 16 bits after the word displacement
715 is added. (See also @pxref{i386-Arch})
717 Note that the @samp{jcxz}, @samp{jecxz}, @samp{loop}, @samp{loopz},
718 @samp{loope}, @samp{loopnz} and @samp{loopne} instructions only come in byte
719 displacements, so that if you use these instructions (@code{@value{GCC}} does
720 not use them) you may get an error message (and incorrect code).  The AT&T
721 80386 assembler tries to get around this problem by expanding @samp{jcxz foo}
724 @smallexample
725          jcxz cx_zero
726          jmp cx_nonzero
727 cx_zero: jmp foo
728 cx_nonzero:
729 @end smallexample
731 @node i386-Float
732 @section Floating Point
734 @cindex i386 floating point
735 @cindex floating point, i386
736 @cindex x86-64 floating point
737 @cindex floating point, x86-64
738 All 80387 floating point types except packed BCD are supported.
739 (BCD support may be added without much difficulty).  These data
740 types are 16-, 32-, and 64- bit integers, and single (32-bit),
741 double (64-bit), and extended (80-bit) precision floating point.
742 Each supported type has an instruction mnemonic suffix and a constructor
743 associated with it.  Instruction mnemonic suffixes specify the operand's
744 data type.  Constructors build these data types into memory.
746 @cindex @code{float} directive, i386
747 @cindex @code{single} directive, i386
748 @cindex @code{double} directive, i386
749 @cindex @code{tfloat} directive, i386
750 @cindex @code{float} directive, x86-64
751 @cindex @code{single} directive, x86-64
752 @cindex @code{double} directive, x86-64
753 @cindex @code{tfloat} directive, x86-64
754 @itemize @bullet
755 @item
756 Floating point constructors are @samp{.float} or @samp{.single},
757 @samp{.double}, and @samp{.tfloat} for 32-, 64-, and 80-bit formats.
758 These correspond to instruction mnemonic suffixes @samp{s}, @samp{l},
759 and @samp{t}. @samp{t} stands for 80-bit (ten byte) real.  The 80387
760 only supports this format via the @samp{fldt} (load 80-bit real to stack
761 top) and @samp{fstpt} (store 80-bit real and pop stack) instructions.
763 @cindex @code{word} directive, i386
764 @cindex @code{long} directive, i386
765 @cindex @code{int} directive, i386
766 @cindex @code{quad} directive, i386
767 @cindex @code{word} directive, x86-64
768 @cindex @code{long} directive, x86-64
769 @cindex @code{int} directive, x86-64
770 @cindex @code{quad} directive, x86-64
771 @item
772 Integer constructors are @samp{.word}, @samp{.long} or @samp{.int}, and
773 @samp{.quad} for the 16-, 32-, and 64-bit integer formats.  The
774 corresponding instruction mnemonic suffixes are @samp{s} (single),
775 @samp{l} (long), and @samp{q} (quad).  As with the 80-bit real format,
776 the 64-bit @samp{q} format is only present in the @samp{fildq} (load
777 quad integer to stack top) and @samp{fistpq} (store quad integer and pop
778 stack) instructions.
779 @end itemize
781 Register to register operations should not use instruction mnemonic suffixes.
782 @samp{fstl %st, %st(1)} will give a warning, and be assembled as if you
783 wrote @samp{fst %st, %st(1)}, since all register to register operations
784 use 80-bit floating point operands. (Contrast this with @samp{fstl %st, mem},
785 which converts @samp{%st} from 80-bit to 64-bit floating point format,
786 then stores the result in the 4 byte location @samp{mem})
788 @node i386-SIMD
789 @section Intel's MMX and AMD's 3DNow! SIMD Operations
791 @cindex MMX, i386
792 @cindex 3DNow!, i386
793 @cindex SIMD, i386
794 @cindex MMX, x86-64
795 @cindex 3DNow!, x86-64
796 @cindex SIMD, x86-64
798 @code{@value{AS}} supports Intel's MMX instruction set (SIMD
799 instructions for integer data), available on Intel's Pentium MMX
800 processors and Pentium II processors, AMD's K6 and K6-2 processors,
801 Cyrix' M2 processor, and probably others.  It also supports AMD's 3DNow!@:
802 instruction set (SIMD instructions for 32-bit floating point data)
803 available on AMD's K6-2 processor and possibly others in the future.
805 Currently, @code{@value{AS}} does not support Intel's floating point
806 SIMD, Katmai (KNI).
808 The eight 64-bit MMX operands, also used by 3DNow!, are called @samp{%mm0},
809 @samp{%mm1}, ... @samp{%mm7}.  They contain eight 8-bit integers, four
810 16-bit integers, two 32-bit integers, one 64-bit integer, or two 32-bit
811 floating point values.  The MMX registers cannot be used at the same time
812 as the floating point stack.
814 See Intel and AMD documentation, keeping in mind that the operand order in
815 instructions is reversed from the Intel syntax.
817 @node i386-LWP
818 @section AMD's Lightweight Profiling Instructions
820 @cindex LWP, i386
821 @cindex LWP, x86-64
823 @code{@value{AS}} supports AMD's Lightweight Profiling (LWP)
824 instruction set, available on AMD's Family 15h (Orochi) processors.
826 LWP enables applications to collect and manage performance data, and
827 react to performance events.  The collection of performance data
828 requires no context switches.  LWP runs in the context of a thread and
829 so several counters can be used independently across multiple threads.
830 LWP can be used in both 64-bit and legacy 32-bit modes.
832 For detailed information on the LWP instruction set, see the
833 @cite{AMD Lightweight Profiling Specification} available at
834 @uref{http://developer.amd.com/cpu/LWP,Lightweight Profiling Specification}.
836 @node i386-16bit
837 @section Writing 16-bit Code
839 @cindex i386 16-bit code
840 @cindex 16-bit code, i386
841 @cindex real-mode code, i386
842 @cindex @code{code16gcc} directive, i386
843 @cindex @code{code16} directive, i386
844 @cindex @code{code32} directive, i386
845 @cindex @code{code64} directive, i386
846 @cindex @code{code64} directive, x86-64
847 While @code{@value{AS}} normally writes only ``pure'' 32-bit i386 code
848 or 64-bit x86-64 code depending on the default configuration,
849 it also supports writing code to run in real mode or in 16-bit protected
850 mode code segments.  To do this, put a @samp{.code16} or
851 @samp{.code16gcc} directive before the assembly language instructions to
852 be run in 16-bit mode.  You can switch @code{@value{AS}} to writing
853 32-bit code with the @samp{.code32} directive or 64-bit code with the
854 @samp{.code64} directive.
856 @samp{.code16gcc} provides experimental support for generating 16-bit
857 code from gcc, and differs from @samp{.code16} in that @samp{call},
858 @samp{ret}, @samp{enter}, @samp{leave}, @samp{push}, @samp{pop},
859 @samp{pusha}, @samp{popa}, @samp{pushf}, and @samp{popf} instructions
860 default to 32-bit size.  This is so that the stack pointer is
861 manipulated in the same way over function calls, allowing access to
862 function parameters at the same stack offsets as in 32-bit mode.
863 @samp{.code16gcc} also automatically adds address size prefixes where
864 necessary to use the 32-bit addressing modes that gcc generates.
866 The code which @code{@value{AS}} generates in 16-bit mode will not
867 necessarily run on a 16-bit pre-80386 processor.  To write code that
868 runs on such a processor, you must refrain from using @emph{any} 32-bit
869 constructs which require @code{@value{AS}} to output address or operand
870 size prefixes.
872 Note that writing 16-bit code instructions by explicitly specifying a
873 prefix or an instruction mnemonic suffix within a 32-bit code section
874 generates different machine instructions than those generated for a
875 16-bit code segment.  In a 32-bit code section, the following code
876 generates the machine opcode bytes @samp{66 6a 04}, which pushes the
877 value @samp{4} onto the stack, decrementing @samp{%esp} by 2.
879 @smallexample
880         pushw $4
881 @end smallexample
883 The same code in a 16-bit code section would generate the machine
884 opcode bytes @samp{6a 04} (i.e., without the operand size prefix), which
885 is correct since the processor default operand size is assumed to be 16
886 bits in a 16-bit code section.
888 @node i386-Bugs
889 @section AT&T Syntax bugs
891 The UnixWare assembler, and probably other AT&T derived ix86 Unix
892 assemblers, generate floating point instructions with reversed source
893 and destination registers in certain cases.  Unfortunately, gcc and
894 possibly many other programs use this reversed syntax, so we're stuck
895 with it.
897 For example
899 @smallexample
900         fsub %st,%st(3)
901 @end smallexample
902 @noindent
903 results in @samp{%st(3)} being updated to @samp{%st - %st(3)} rather
904 than the expected @samp{%st(3) - %st}.  This happens with all the
905 non-commutative arithmetic floating point operations with two register
906 operands where the source register is @samp{%st} and the destination
907 register is @samp{%st(i)}.
909 @node i386-Arch
910 @section Specifying CPU Architecture
912 @cindex arch directive, i386
913 @cindex i386 arch directive
914 @cindex arch directive, x86-64
915 @cindex x86-64 arch directive
917 @code{@value{AS}} may be told to assemble for a particular CPU
918 (sub-)architecture with the @code{.arch @var{cpu_type}} directive.  This
919 directive enables a warning when gas detects an instruction that is not
920 supported on the CPU specified.  The choices for @var{cpu_type} are:
922 @multitable @columnfractions .20 .20 .20 .20
923 @item @samp{i8086} @tab @samp{i186} @tab @samp{i286} @tab @samp{i386}
924 @item @samp{i486} @tab @samp{i586} @tab @samp{i686} @tab @samp{pentium}
925 @item @samp{pentiumpro} @tab @samp{pentiumii} @tab @samp{pentiumiii} @tab @samp{pentium4}
926 @item @samp{prescott} @tab @samp{nocona} @tab @samp{core} @tab @samp{core2}
927 @item @samp{corei7} @tab @samp{l1om}
928 @item @samp{k6} @tab @samp{k6_2} @tab @samp{athlon} @tab @samp{k8}
929 @item @samp{amdfam10} @tab @samp{bdver1}
930 @item @samp{generic32} @tab @samp{generic64}
931 @item @samp{.mmx} @tab @samp{.sse} @tab @samp{.sse2} @tab @samp{.sse3}
932 @item @samp{.ssse3} @tab @samp{.sse4.1} @tab @samp{.sse4.2} @tab @samp{.sse4}
933 @item @samp{.avx} @tab @samp{.vmx} @tab @samp{.smx} @tab @samp{.xsave}
934 @item @samp{.aes} @tab @samp{.pclmul} @tab @samp{.fma} @tab @samp{.movbe}
935 @item @samp{.ept} @tab @samp{.clflush}
936 @item @samp{.3dnow} @tab @samp{.3dnowa} @tab @samp{.sse4a} @tab @samp{.sse5}
937 @item @samp{.syscall} @tab @samp{.rdtscp} @tab @samp{.svme} @tab @samp{.abm}
938 @item @samp{.lwp} @tab @samp{.fma4} @tab @samp{.xop}
939 @item @samp{.padlock}
940 @end multitable
942 Apart from the warning, there are only two other effects on
943 @code{@value{AS}} operation;  Firstly, if you specify a CPU other than
944 @samp{i486}, then shift by one instructions such as @samp{sarl $1, %eax}
945 will automatically use a two byte opcode sequence.  The larger three
946 byte opcode sequence is used on the 486 (and when no architecture is
947 specified) because it executes faster on the 486.  Note that you can
948 explicitly request the two byte opcode by writing @samp{sarl %eax}.
949 Secondly, if you specify @samp{i8086}, @samp{i186}, or @samp{i286},
950 @emph{and} @samp{.code16} or @samp{.code16gcc} then byte offset
951 conditional jumps will be promoted when necessary to a two instruction
952 sequence consisting of a conditional jump of the opposite sense around
953 an unconditional jump to the target.
955 Following the CPU architecture (but not a sub-architecture, which are those
956 starting with a dot), you may specify @samp{jumps} or @samp{nojumps} to
957 control automatic promotion of conditional jumps. @samp{jumps} is the
958 default, and enables jump promotion;  All external jumps will be of the long
959 variety, and file-local jumps will be promoted as necessary.
960 (@pxref{i386-Jumps})  @samp{nojumps} leaves external conditional jumps as
961 byte offset jumps, and warns about file-local conditional jumps that
962 @code{@value{AS}} promotes.
963 Unconditional jumps are treated as for @samp{jumps}.
965 For example
967 @smallexample
968  .arch i8086,nojumps
969 @end smallexample
971 @node i386-Notes
972 @section Notes
974 @cindex i386 @code{mul}, @code{imul} instructions
975 @cindex @code{mul} instruction, i386
976 @cindex @code{imul} instruction, i386
977 @cindex @code{mul} instruction, x86-64
978 @cindex @code{imul} instruction, x86-64
979 There is some trickery concerning the @samp{mul} and @samp{imul}
980 instructions that deserves mention.  The 16-, 32-, 64- and 128-bit expanding
981 multiplies (base opcode @samp{0xf6}; extension 4 for @samp{mul} and 5
982 for @samp{imul}) can be output only in the one operand form.  Thus,
983 @samp{imul %ebx, %eax} does @emph{not} select the expanding multiply;
984 the expanding multiply would clobber the @samp{%edx} register, and this
985 would confuse @code{@value{GCC}} output.  Use @samp{imul %ebx} to get the
986 64-bit product in @samp{%edx:%eax}.
988 We have added a two operand form of @samp{imul} when the first operand
989 is an immediate mode expression and the second operand is a register.
990 This is just a shorthand, so that, multiplying @samp{%eax} by 69, for
991 example, can be done with @samp{imul $69, %eax} rather than @samp{imul
992 $69, %eax, %eax}.