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binutils/
[pf3gnuchains/pf3gnuchains3x.git] / gas / doc / c-i386.texi
1 @c Copyright 1991, 1992, 1993, 1994, 1995, 1997, 1998, 1999, 2000,
2 @c 2001, 2003, 2004
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
15
16 @cindex i386 support
17 @cindex i80306 support
18 @cindex x86-64 support
19
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.
23
24 @menu
25 * i386-Options::                Options
26 * i386-Syntax::                 AT&T Syntax versus Intel Syntax
27 * i386-Mnemonics::              Instruction Naming
28 * i386-Regs::                   Register Naming
29 * i386-Prefixes::               Instruction Prefixes
30 * i386-Memory::                 Memory References
31 * i386-Jumps::                  Handling of Jump Instructions
32 * i386-Float::                  Floating Point
33 * i386-SIMD::                   Intel's MMX and AMD's 3DNow! SIMD Operations
34 * i386-16bit::                  Writing 16-bit Code
35 * i386-Arch::                   Specifying an x86 CPU architecture
36 * i386-Bugs::                   AT&T Syntax bugs
37 * i386-Notes::                  Notes
38 @end menu
39
40 @node i386-Options
41 @section Options
42
43 @cindex options for i386
44 @cindex options for x86-64
45 @cindex i386 options
46 @cindex x86-64 options 
47
48 The i386 version of @code{@value{AS}} has a few machine
49 dependent options:
50
51 @table @code
52 @cindex @samp{--32} option, i386
53 @cindex @samp{--32} option, x86-64
54 @cindex @samp{--64} option, i386
55 @cindex @samp{--64} option, x86-64
56 @item --32 | --64
57 Select the word size, either 32 bits or 64 bits. Selecting 32-bit
58 implies Intel i386 architecture, while 64-bit implies AMD x86-64
59 architecture.
60
61 These options are only available with the ELF object file format, and
62 require that the necessary BFD support has been included (on a 32-bit
63 platform you have to add --enable-64-bit-bfd to configure enable 64-bit
64 usage and use x86-64 as target platform).
65
66 @item -n
67 By default, x86 GAS replaces multiple nop instructions used for
68 alignment within code sections with multi-byte nop instructions such
69 as leal 0(%esi,1),%esi.  This switch disables the optimization.
70
71 @cindex @samp{--divide} option, i386
72 @item --divide
73 On SVR4-derived platforms, the character @samp{/} is treated as a comment
74 character, which means that it cannot be used in expressions.  The
75 @samp{--divide} option turns @samp{/} into a normal character.  This does
76 not disable @samp{/} at the beginning of a line starting a comment, or
77 affect using @samp{#} for starting a comment.
78
79 @cindex @samp{-march=} option, i386
80 @cindex @samp{-march=} option, x86-64
81 @item -march=@var{CPU}[+@var{EXTENSION}@dots{}]
82 This option specifies the target processor.  The assembler will
83 issue an error message if an attempt is made to assemble an instruction
84 which will not execute on the target processor.  The following
85 processor names are recognized: 
86 @code{i8086},
87 @code{i186},
88 @code{i286},
89 @code{i386},
90 @code{i486},
91 @code{i586},
92 @code{i686},
93 @code{pentium},
94 @code{pentiumpro},
95 @code{pentiumii},
96 @code{pentiumiii},
97 @code{pentium4},
98 @code{prescott},
99 @code{nocona},
100 @code{core},
101 @code{core2},
102 @code{k6},
103 @code{k6_2},
104 @code{athlon},
105 @code{opteron},
106 @code{k8},
107 @code{amdfam10},
108 @code{generic32} and
109 @code{generic64}.
110
111 In addition to the basic instruction set, the assembler can be told to 
112 accept various extension mnemonics.  For example,
113 @code{-march=i686+sse4+vmx} extends @var{i686} with @var{sse4} and
114 @var{vmx}.  The following extensions are currently supported:
115 @code{mmx},
116 @code{sse},
117 @code{sse2},
118 @code{sse3},
119 @code{ssse3},
120 @code{sse4.1},
121 @code{sse4.2},
122 @code{sse4},
123 @code{avx},
124 @code{vmx},
125 @code{smx},
126 @code{xsave},
127 @code{aes},
128 @code{clmul},
129 @code{fma},
130 @code{3dnow},
131 @code{3dnowa},
132 @code{sse4a},
133 @code{sse5},
134 @code{svme},
135 @code{abm} and
136 @code{padlock}.
137
138 When the @code{.arch} directive is used with @option{-march}, the
139 @code{.arch} directive will take precedent.
140
141 @cindex @samp{-mtune=} option, i386
142 @cindex @samp{-mtune=} option, x86-64
143 @item -mtune=@var{CPU}
144 This option specifies a processor to optimize for. When used in
145 conjunction with the @option{-march} option, only instructions
146 of the processor specified by the @option{-march} option will be
147 generated.
148
149 Valid @var{CPU} values are identical to the processor list of
150 @option{-march=@var{CPU}}.
151
152 @cindex @samp{-msse2avx} option, i386
153 @cindex @samp{-msse2avx} option, x86-64
154 @item -msse2avx
155 This option specifies that the assembler should encode SSE instructions
156 with VEX prefix.
157
158 @cindex @samp{-mmnemonic=} option, i386
159 @cindex @samp{-mmnemonic=} option, x86-64
160 @item -mmnemonic=@var{att}
161 @item -mmnemonic=@var{intel}
162 This option specifies instruction mnemonic for matching instructions. 
163 The @code{.att_mnemonic} and @code{.intel_mnemonic} directives will
164 take precedent.
165
166 @cindex @samp{-msyntax=} option, i386
167 @cindex @samp{-msyntax=} option, x86-64
168 @item -msyntax=@var{att}
169 @item -msyntax=@var{intel}
170 This option specifies instruction syntax when processing instructions. 
171 The @code{.att_syntax} and @code{.intel_syntax} directives will
172 take precedent.
173
174 @cindex @samp{-mnaked-reg} option, i386
175 @cindex @samp{-mnaked-reg} option, x86-64
176 @item -mnaked-reg
177 This opetion specifies that registers don't require a @samp{%} prefix.
178 The @code{.att_syntax} and @code{.intel_syntax} directives will take precedent.
179
180 @end table
181
182 @node i386-Syntax
183 @section AT&T Syntax versus Intel Syntax
184
185 @cindex i386 intel_syntax pseudo op
186 @cindex intel_syntax pseudo op, i386
187 @cindex i386 att_syntax pseudo op
188 @cindex att_syntax pseudo op, i386
189 @cindex i386 syntax compatibility
190 @cindex syntax compatibility, i386
191 @cindex x86-64 intel_syntax pseudo op
192 @cindex intel_syntax pseudo op, x86-64
193 @cindex x86-64 att_syntax pseudo op
194 @cindex att_syntax pseudo op, x86-64
195 @cindex x86-64 syntax compatibility
196 @cindex syntax compatibility, x86-64
197
198 @code{@value{AS}} now supports assembly using Intel assembler syntax.
199 @code{.intel_syntax} selects Intel mode, and @code{.att_syntax} switches
200 back to the usual AT&T mode for compatibility with the output of
201 @code{@value{GCC}}.  Either of these directives may have an optional
202 argument, @code{prefix}, or @code{noprefix} specifying whether registers
203 require a @samp{%} prefix.  AT&T System V/386 assembler syntax is quite
204 different from Intel syntax.  We mention these differences because
205 almost all 80386 documents use Intel syntax.  Notable differences
206 between the two syntaxes are:
207
208 @cindex immediate operands, i386
209 @cindex i386 immediate operands
210 @cindex register operands, i386
211 @cindex i386 register operands
212 @cindex jump/call operands, i386
213 @cindex i386 jump/call operands
214 @cindex operand delimiters, i386
215
216 @cindex immediate operands, x86-64
217 @cindex x86-64 immediate operands
218 @cindex register operands, x86-64
219 @cindex x86-64 register operands
220 @cindex jump/call operands, x86-64
221 @cindex x86-64 jump/call operands
222 @cindex operand delimiters, x86-64
223 @itemize @bullet
224 @item
225 AT&T immediate operands are preceded by @samp{$}; Intel immediate
226 operands are undelimited (Intel @samp{push 4} is AT&T @samp{pushl $4}).
227 AT&T register operands are preceded by @samp{%}; Intel register operands
228 are undelimited.  AT&T absolute (as opposed to PC relative) jump/call
229 operands are prefixed by @samp{*}; they are undelimited in Intel syntax.
230
231 @cindex i386 source, destination operands
232 @cindex source, destination operands; i386
233 @cindex x86-64 source, destination operands
234 @cindex source, destination operands; x86-64
235 @item
236 AT&T and Intel syntax use the opposite order for source and destination
237 operands.  Intel @samp{add eax, 4} is @samp{addl $4, %eax}.  The
238 @samp{source, dest} convention is maintained for compatibility with
239 previous Unix assemblers.  Note that @samp{bound}, @samp{invlpga}, and
240 instructions with 2 immediate operands, such as the @samp{enter}
241 instruction, do @emph{not} have reversed order.  @ref{i386-Bugs}.
242
243 @cindex mnemonic suffixes, i386
244 @cindex sizes operands, i386
245 @cindex i386 size suffixes
246 @cindex mnemonic suffixes, x86-64
247 @cindex sizes operands, x86-64
248 @cindex x86-64 size suffixes
249 @item
250 In AT&T syntax the size of memory operands is determined from the last
251 character of the instruction mnemonic.  Mnemonic suffixes of @samp{b},
252 @samp{w}, @samp{l} and @samp{q} specify byte (8-bit), word (16-bit), long
253 (32-bit) and quadruple word (64-bit) memory references.  Intel syntax accomplishes
254 this by prefixing memory operands (@emph{not} the instruction mnemonics) with
255 @samp{byte ptr}, @samp{word ptr}, @samp{dword ptr} and @samp{qword ptr}.  Thus,
256 Intel @samp{mov al, byte ptr @var{foo}} is @samp{movb @var{foo}, %al} in AT&T
257 syntax.
258
259 @cindex return instructions, i386
260 @cindex i386 jump, call, return
261 @cindex return instructions, x86-64
262 @cindex x86-64 jump, call, return
263 @item
264 Immediate form long jumps and calls are
265 @samp{lcall/ljmp $@var{section}, $@var{offset}} in AT&T syntax; the
266 Intel syntax is
267 @samp{call/jmp far @var{section}:@var{offset}}.  Also, the far return
268 instruction
269 is @samp{lret $@var{stack-adjust}} in AT&T syntax; Intel syntax is
270 @samp{ret far @var{stack-adjust}}.
271
272 @cindex sections, i386
273 @cindex i386 sections
274 @cindex sections, x86-64
275 @cindex x86-64 sections
276 @item
277 The AT&T assembler does not provide support for multiple section
278 programs.  Unix style systems expect all programs to be single sections.
279 @end itemize
280
281 @node i386-Mnemonics
282 @section Instruction Naming
283
284 @cindex i386 instruction naming
285 @cindex instruction naming, i386
286 @cindex x86-64 instruction naming
287 @cindex instruction naming, x86-64
288
289 Instruction mnemonics are suffixed with one character modifiers which
290 specify the size of operands.  The letters @samp{b}, @samp{w}, @samp{l}
291 and @samp{q} specify byte, word, long and quadruple word operands.  If
292 no suffix is specified by an instruction then @code{@value{AS}} tries to
293 fill in the missing suffix based on the destination register operand
294 (the last one by convention).  Thus, @samp{mov %ax, %bx} is equivalent
295 to @samp{movw %ax, %bx}; also, @samp{mov $1, %bx} is equivalent to
296 @samp{movw $1, bx}.  Note that this is incompatible with the AT&T Unix
297 assembler which assumes that a missing mnemonic suffix implies long
298 operand size.  (This incompatibility does not affect compiler output
299 since compilers always explicitly specify the mnemonic suffix.)
300
301 Almost all instructions have the same names in AT&T and Intel format.
302 There are a few exceptions.  The sign extend and zero extend
303 instructions need two sizes to specify them.  They need a size to
304 sign/zero extend @emph{from} and a size to zero extend @emph{to}.  This
305 is accomplished by using two instruction mnemonic suffixes in AT&T
306 syntax.  Base names for sign extend and zero extend are
307 @samp{movs@dots{}} and @samp{movz@dots{}} in AT&T syntax (@samp{movsx}
308 and @samp{movzx} in Intel syntax).  The instruction mnemonic suffixes
309 are tacked on to this base name, the @emph{from} suffix before the
310 @emph{to} suffix.  Thus, @samp{movsbl %al, %edx} is AT&T syntax for
311 ``move sign extend @emph{from} %al @emph{to} %edx.''  Possible suffixes,
312 thus, are @samp{bl} (from byte to long), @samp{bw} (from byte to word),
313 @samp{wl} (from word to long), @samp{bq} (from byte to quadruple word),
314 @samp{wq} (from word to quadruple word), and @samp{lq} (from long to
315 quadruple word).
316
317 @cindex conversion instructions, i386
318 @cindex i386 conversion instructions
319 @cindex conversion instructions, x86-64
320 @cindex x86-64 conversion instructions
321 The Intel-syntax conversion instructions
322
323 @itemize @bullet
324 @item
325 @samp{cbw} --- sign-extend byte in @samp{%al} to word in @samp{%ax},
326
327 @item
328 @samp{cwde} --- sign-extend word in @samp{%ax} to long in @samp{%eax},
329
330 @item
331 @samp{cwd} --- sign-extend word in @samp{%ax} to long in @samp{%dx:%ax},
332
333 @item
334 @samp{cdq} --- sign-extend dword in @samp{%eax} to quad in @samp{%edx:%eax},
335
336 @item
337 @samp{cdqe} --- sign-extend dword in @samp{%eax} to quad in @samp{%rax}
338 (x86-64 only),
339
340 @item
341 @samp{cqo} --- sign-extend quad in @samp{%rax} to octuple in
342 @samp{%rdx:%rax} (x86-64 only),
343 @end itemize
344
345 @noindent
346 are called @samp{cbtw}, @samp{cwtl}, @samp{cwtd}, @samp{cltd}, @samp{cltq}, and
347 @samp{cqto} in AT&T naming.  @code{@value{AS}} accepts either naming for these
348 instructions.
349
350 @cindex jump instructions, i386
351 @cindex call instructions, i386
352 @cindex jump instructions, x86-64
353 @cindex call instructions, x86-64
354 Far call/jump instructions are @samp{lcall} and @samp{ljmp} in
355 AT&T syntax, but are @samp{call far} and @samp{jump far} in Intel
356 convention.
357
358 @section AT&T Mnemonic versus Intel Mnemonic
359
360 @cindex i386 mnemonic compatibility
361 @cindex mnemonic compatibility, i386
362
363 @code{@value{AS}} supports assembly using Intel mnemonic.
364 @code{.intel_mnemonic} selects Intel mnemonic with Intel syntax, and
365 @code{.att_mnemonic} switches back to the usual AT&T mnemonic with AT&T
366 syntax for compatibility with the output of @code{@value{GCC}}.
367 Several x87 instructions, @samp{fadd}, @samp{fdiv}, @samp{fdivp},
368 @samp{fdivr}, @samp{fdivrp}, @samp{fmul}, @samp{fsub}, @samp{fsubp},
369 @samp{fsubr} and @samp{fsubrp},  are implemented in AT&T System V/386
370 assembler with different mnemonics from those in Intel IA32 specification.
371 @code{@value{GCC}} generates those instructions with AT&T mnemonic.
372
373 @node i386-Regs
374 @section Register Naming
375
376 @cindex i386 registers
377 @cindex registers, i386
378 @cindex x86-64 registers
379 @cindex registers, x86-64
380 Register operands are always prefixed with @samp{%}.  The 80386 registers
381 consist of
382
383 @itemize @bullet
384 @item
385 the 8 32-bit registers @samp{%eax} (the accumulator), @samp{%ebx},
386 @samp{%ecx}, @samp{%edx}, @samp{%edi}, @samp{%esi}, @samp{%ebp} (the
387 frame pointer), and @samp{%esp} (the stack pointer).
388
389 @item
390 the 8 16-bit low-ends of these: @samp{%ax}, @samp{%bx}, @samp{%cx},
391 @samp{%dx}, @samp{%di}, @samp{%si}, @samp{%bp}, and @samp{%sp}.
392
393 @item
394 the 8 8-bit registers: @samp{%ah}, @samp{%al}, @samp{%bh},
395 @samp{%bl}, @samp{%ch}, @samp{%cl}, @samp{%dh}, and @samp{%dl} (These
396 are the high-bytes and low-bytes of @samp{%ax}, @samp{%bx},
397 @samp{%cx}, and @samp{%dx})
398
399 @item
400 the 6 section registers @samp{%cs} (code section), @samp{%ds}
401 (data section), @samp{%ss} (stack section), @samp{%es}, @samp{%fs},
402 and @samp{%gs}.
403
404 @item
405 the 3 processor control registers @samp{%cr0}, @samp{%cr2}, and
406 @samp{%cr3}.
407
408 @item
409 the 6 debug registers @samp{%db0}, @samp{%db1}, @samp{%db2},
410 @samp{%db3}, @samp{%db6}, and @samp{%db7}.
411
412 @item
413 the 2 test registers @samp{%tr6} and @samp{%tr7}.
414
415 @item
416 the 8 floating point register stack @samp{%st} or equivalently
417 @samp{%st(0)}, @samp{%st(1)}, @samp{%st(2)}, @samp{%st(3)},
418 @samp{%st(4)}, @samp{%st(5)}, @samp{%st(6)}, and @samp{%st(7)}.
419 These registers are overloaded by 8 MMX registers @samp{%mm0},
420 @samp{%mm1}, @samp{%mm2}, @samp{%mm3}, @samp{%mm4}, @samp{%mm5},
421 @samp{%mm6} and @samp{%mm7}.
422
423 @item
424 the 8 SSE registers registers @samp{%xmm0}, @samp{%xmm1}, @samp{%xmm2},
425 @samp{%xmm3}, @samp{%xmm4}, @samp{%xmm5}, @samp{%xmm6} and @samp{%xmm7}.
426 @end itemize
427
428 The AMD x86-64 architecture extends the register set by:
429
430 @itemize @bullet
431 @item
432 enhancing the 8 32-bit registers to 64-bit: @samp{%rax} (the
433 accumulator), @samp{%rbx}, @samp{%rcx}, @samp{%rdx}, @samp{%rdi},
434 @samp{%rsi}, @samp{%rbp} (the frame pointer), @samp{%rsp} (the stack
435 pointer)
436
437 @item
438 the 8 extended registers @samp{%r8}--@samp{%r15}.
439
440 @item
441 the 8 32-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8d}--@samp{%r15d}
442
443 @item
444 the 8 16-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8w}--@samp{%r15w}
445
446 @item
447 the 8 8-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8b}--@samp{%r15b}
448
449 @item
450 the 4 8-bit registers: @samp{%sil}, @samp{%dil}, @samp{%bpl}, @samp{%spl}.
451
452 @item
453 the 8 debug registers: @samp{%db8}--@samp{%db15}.
454
455 @item
456 the 8 SSE registers: @samp{%xmm8}--@samp{%xmm15}.
457 @end itemize
458
459 @node i386-Prefixes
460 @section Instruction Prefixes
461
462 @cindex i386 instruction prefixes
463 @cindex instruction prefixes, i386
464 @cindex prefixes, i386
465 Instruction prefixes are used to modify the following instruction.  They
466 are used to repeat string instructions, to provide section overrides, to
467 perform bus lock operations, and to change operand and address sizes.
468 (Most instructions that normally operate on 32-bit operands will use
469 16-bit operands if the instruction has an ``operand size'' prefix.)
470 Instruction prefixes are best written on the same line as the instruction
471 they act upon. For example, the @samp{scas} (scan string) instruction is
472 repeated with:
473
474 @smallexample
475         repne scas %es:(%edi),%al
476 @end smallexample
477
478 You may also place prefixes on the lines immediately preceding the
479 instruction, but this circumvents checks that @code{@value{AS}} does
480 with prefixes, and will not work with all prefixes.
481
482 Here is a list of instruction prefixes:
483
484 @cindex section override prefixes, i386
485 @itemize @bullet
486 @item
487 Section override prefixes @samp{cs}, @samp{ds}, @samp{ss}, @samp{es},
488 @samp{fs}, @samp{gs}.  These are automatically added by specifying
489 using the @var{section}:@var{memory-operand} form for memory references.
490
491 @cindex size prefixes, i386
492 @item
493 Operand/Address size prefixes @samp{data16} and @samp{addr16}
494 change 32-bit operands/addresses into 16-bit operands/addresses,
495 while @samp{data32} and @samp{addr32} change 16-bit ones (in a
496 @code{.code16} section) into 32-bit operands/addresses.  These prefixes
497 @emph{must} appear on the same line of code as the instruction they
498 modify. For example, in a 16-bit @code{.code16} section, you might
499 write:
500
501 @smallexample
502         addr32 jmpl *(%ebx)
503 @end smallexample
504
505 @cindex bus lock prefixes, i386
506 @cindex inhibiting interrupts, i386
507 @item
508 The bus lock prefix @samp{lock} inhibits interrupts during execution of
509 the instruction it precedes.  (This is only valid with certain
510 instructions; see a 80386 manual for details).
511
512 @cindex coprocessor wait, i386
513 @item
514 The wait for coprocessor prefix @samp{wait} waits for the coprocessor to
515 complete the current instruction.  This should never be needed for the
516 80386/80387 combination.
517
518 @cindex repeat prefixes, i386
519 @item
520 The @samp{rep}, @samp{repe}, and @samp{repne} prefixes are added
521 to string instructions to make them repeat @samp{%ecx} times (@samp{%cx}
522 times if the current address size is 16-bits).
523 @cindex REX prefixes, i386
524 @item
525 The @samp{rex} family of prefixes is used by x86-64 to encode
526 extensions to i386 instruction set.  The @samp{rex} prefix has four
527 bits --- an operand size overwrite (@code{64}) used to change operand size
528 from 32-bit to 64-bit and X, Y and Z extensions bits used to extend the
529 register set.
530
531 You may write the @samp{rex} prefixes directly. The @samp{rex64xyz}
532 instruction emits @samp{rex} prefix with all the bits set.  By omitting
533 the @code{64}, @code{x}, @code{y} or @code{z} you may write other
534 prefixes as well.  Normally, there is no need to write the prefixes
535 explicitly, since gas will automatically generate them based on the
536 instruction operands.
537 @end itemize
538
539 @node i386-Memory
540 @section Memory References
541
542 @cindex i386 memory references
543 @cindex memory references, i386
544 @cindex x86-64 memory references
545 @cindex memory references, x86-64
546 An Intel syntax indirect memory reference of the form
547
548 @smallexample
549 @var{section}:[@var{base} + @var{index}*@var{scale} + @var{disp}]
550 @end smallexample
551
552 @noindent
553 is translated into the AT&T syntax
554
555 @smallexample
556 @var{section}:@var{disp}(@var{base}, @var{index}, @var{scale})
557 @end smallexample
558
559 @noindent
560 where @var{base} and @var{index} are the optional 32-bit base and
561 index registers, @var{disp} is the optional displacement, and
562 @var{scale}, taking the values 1, 2, 4, and 8, multiplies @var{index}
563 to calculate the address of the operand.  If no @var{scale} is
564 specified, @var{scale} is taken to be 1.  @var{section} specifies the
565 optional section register for the memory operand, and may override the
566 default section register (see a 80386 manual for section register
567 defaults). Note that section overrides in AT&T syntax @emph{must}
568 be preceded by a @samp{%}.  If you specify a section override which
569 coincides with the default section register, @code{@value{AS}} does @emph{not}
570 output any section register override prefixes to assemble the given
571 instruction.  Thus, section overrides can be specified to emphasize which
572 section register is used for a given memory operand.
573
574 Here are some examples of Intel and AT&T style memory references:
575
576 @table @asis
577 @item AT&T: @samp{-4(%ebp)}, Intel:  @samp{[ebp - 4]}
578 @var{base} is @samp{%ebp}; @var{disp} is @samp{-4}. @var{section} is
579 missing, and the default section is used (@samp{%ss} for addressing with
580 @samp{%ebp} as the base register).  @var{index}, @var{scale} are both missing.
581
582 @item AT&T: @samp{foo(,%eax,4)}, Intel: @samp{[foo + eax*4]}
583 @var{index} is @samp{%eax} (scaled by a @var{scale} 4); @var{disp} is
584 @samp{foo}.  All other fields are missing.  The section register here
585 defaults to @samp{%ds}.
586
587 @item AT&T: @samp{foo(,1)}; Intel @samp{[foo]}
588 This uses the value pointed to by @samp{foo} as a memory operand.
589 Note that @var{base} and @var{index} are both missing, but there is only
590 @emph{one} @samp{,}.  This is a syntactic exception.
591
592 @item AT&T: @samp{%gs:foo}; Intel @samp{gs:foo}
593 This selects the contents of the variable @samp{foo} with section
594 register @var{section} being @samp{%gs}.
595 @end table
596
597 Absolute (as opposed to PC relative) call and jump operands must be
598 prefixed with @samp{*}.  If no @samp{*} is specified, @code{@value{AS}}
599 always chooses PC relative addressing for jump/call labels.
600
601 Any instruction that has a memory operand, but no register operand,
602 @emph{must} specify its size (byte, word, long, or quadruple) with an
603 instruction mnemonic suffix (@samp{b}, @samp{w}, @samp{l} or @samp{q},
604 respectively).
605
606 The x86-64 architecture adds an RIP (instruction pointer relative)
607 addressing.  This addressing mode is specified by using @samp{rip} as a
608 base register.  Only constant offsets are valid. For example:
609
610 @table @asis
611 @item AT&T: @samp{1234(%rip)}, Intel: @samp{[rip + 1234]}
612 Points to the address 1234 bytes past the end of the current
613 instruction.
614
615 @item AT&T: @samp{symbol(%rip)}, Intel: @samp{[rip + symbol]}
616 Points to the @code{symbol} in RIP relative way, this is shorter than
617 the default absolute addressing.
618 @end table
619
620 Other addressing modes remain unchanged in x86-64 architecture, except
621 registers used are 64-bit instead of 32-bit.
622
623 @node i386-Jumps
624 @section Handling of Jump Instructions
625
626 @cindex jump optimization, i386
627 @cindex i386 jump optimization
628 @cindex jump optimization, x86-64
629 @cindex x86-64 jump optimization
630 Jump instructions are always optimized to use the smallest possible
631 displacements.  This is accomplished by using byte (8-bit) displacement
632 jumps whenever the target is sufficiently close.  If a byte displacement
633 is insufficient a long displacement is used.  We do not support
634 word (16-bit) displacement jumps in 32-bit mode (i.e. prefixing the jump
635 instruction with the @samp{data16} instruction prefix), since the 80386
636 insists upon masking @samp{%eip} to 16 bits after the word displacement
637 is added. (See also @pxref{i386-Arch})
638
639 Note that the @samp{jcxz}, @samp{jecxz}, @samp{loop}, @samp{loopz},
640 @samp{loope}, @samp{loopnz} and @samp{loopne} instructions only come in byte
641 displacements, so that if you use these instructions (@code{@value{GCC}} does
642 not use them) you may get an error message (and incorrect code).  The AT&T
643 80386 assembler tries to get around this problem by expanding @samp{jcxz foo}
644 to
645
646 @smallexample
647          jcxz cx_zero
648          jmp cx_nonzero
649 cx_zero: jmp foo
650 cx_nonzero:
651 @end smallexample
652
653 @node i386-Float
654 @section Floating Point
655
656 @cindex i386 floating point
657 @cindex floating point, i386
658 @cindex x86-64 floating point
659 @cindex floating point, x86-64
660 All 80387 floating point types except packed BCD are supported.
661 (BCD support may be added without much difficulty).  These data
662 types are 16-, 32-, and 64- bit integers, and single (32-bit),
663 double (64-bit), and extended (80-bit) precision floating point.
664 Each supported type has an instruction mnemonic suffix and a constructor
665 associated with it.  Instruction mnemonic suffixes specify the operand's
666 data type.  Constructors build these data types into memory.
667
668 @cindex @code{float} directive, i386
669 @cindex @code{single} directive, i386
670 @cindex @code{double} directive, i386
671 @cindex @code{tfloat} directive, i386
672 @cindex @code{float} directive, x86-64
673 @cindex @code{single} directive, x86-64
674 @cindex @code{double} directive, x86-64
675 @cindex @code{tfloat} directive, x86-64
676 @itemize @bullet
677 @item
678 Floating point constructors are @samp{.float} or @samp{.single},
679 @samp{.double}, and @samp{.tfloat} for 32-, 64-, and 80-bit formats.
680 These correspond to instruction mnemonic suffixes @samp{s}, @samp{l},
681 and @samp{t}. @samp{t} stands for 80-bit (ten byte) real.  The 80387
682 only supports this format via the @samp{fldt} (load 80-bit real to stack
683 top) and @samp{fstpt} (store 80-bit real and pop stack) instructions.
684
685 @cindex @code{word} directive, i386
686 @cindex @code{long} directive, i386
687 @cindex @code{int} directive, i386
688 @cindex @code{quad} directive, i386
689 @cindex @code{word} directive, x86-64
690 @cindex @code{long} directive, x86-64
691 @cindex @code{int} directive, x86-64
692 @cindex @code{quad} directive, x86-64
693 @item
694 Integer constructors are @samp{.word}, @samp{.long} or @samp{.int}, and
695 @samp{.quad} for the 16-, 32-, and 64-bit integer formats.  The
696 corresponding instruction mnemonic suffixes are @samp{s} (single),
697 @samp{l} (long), and @samp{q} (quad).  As with the 80-bit real format,
698 the 64-bit @samp{q} format is only present in the @samp{fildq} (load
699 quad integer to stack top) and @samp{fistpq} (store quad integer and pop
700 stack) instructions.
701 @end itemize
702
703 Register to register operations should not use instruction mnemonic suffixes.
704 @samp{fstl %st, %st(1)} will give a warning, and be assembled as if you
705 wrote @samp{fst %st, %st(1)}, since all register to register operations
706 use 80-bit floating point operands. (Contrast this with @samp{fstl %st, mem},
707 which converts @samp{%st} from 80-bit to 64-bit floating point format,
708 then stores the result in the 4 byte location @samp{mem})
709
710 @node i386-SIMD
711 @section Intel's MMX and AMD's 3DNow! SIMD Operations
712
713 @cindex MMX, i386
714 @cindex 3DNow!, i386
715 @cindex SIMD, i386
716 @cindex MMX, x86-64
717 @cindex 3DNow!, x86-64
718 @cindex SIMD, x86-64
719
720 @code{@value{AS}} supports Intel's MMX instruction set (SIMD
721 instructions for integer data), available on Intel's Pentium MMX
722 processors and Pentium II processors, AMD's K6 and K6-2 processors,
723 Cyrix' M2 processor, and probably others.  It also supports AMD's 3DNow!@:
724 instruction set (SIMD instructions for 32-bit floating point data)
725 available on AMD's K6-2 processor and possibly others in the future.
726
727 Currently, @code{@value{AS}} does not support Intel's floating point
728 SIMD, Katmai (KNI).
729
730 The eight 64-bit MMX operands, also used by 3DNow!, are called @samp{%mm0},
731 @samp{%mm1}, ... @samp{%mm7}.  They contain eight 8-bit integers, four
732 16-bit integers, two 32-bit integers, one 64-bit integer, or two 32-bit
733 floating point values.  The MMX registers cannot be used at the same time
734 as the floating point stack.
735
736 See Intel and AMD documentation, keeping in mind that the operand order in
737 instructions is reversed from the Intel syntax.
738
739 @node i386-16bit
740 @section Writing 16-bit Code
741
742 @cindex i386 16-bit code
743 @cindex 16-bit code, i386
744 @cindex real-mode code, i386
745 @cindex @code{code16gcc} directive, i386
746 @cindex @code{code16} directive, i386
747 @cindex @code{code32} directive, i386
748 @cindex @code{code64} directive, i386
749 @cindex @code{code64} directive, x86-64
750 While @code{@value{AS}} normally writes only ``pure'' 32-bit i386 code
751 or 64-bit x86-64 code depending on the default configuration,
752 it also supports writing code to run in real mode or in 16-bit protected
753 mode code segments.  To do this, put a @samp{.code16} or
754 @samp{.code16gcc} directive before the assembly language instructions to
755 be run in 16-bit mode.  You can switch @code{@value{AS}} back to writing
756 normal 32-bit code with the @samp{.code32} directive.
757
758 @samp{.code16gcc} provides experimental support for generating 16-bit
759 code from gcc, and differs from @samp{.code16} in that @samp{call},
760 @samp{ret}, @samp{enter}, @samp{leave}, @samp{push}, @samp{pop},
761 @samp{pusha}, @samp{popa}, @samp{pushf}, and @samp{popf} instructions
762 default to 32-bit size.  This is so that the stack pointer is
763 manipulated in the same way over function calls, allowing access to
764 function parameters at the same stack offsets as in 32-bit mode.
765 @samp{.code16gcc} also automatically adds address size prefixes where
766 necessary to use the 32-bit addressing modes that gcc generates.
767
768 The code which @code{@value{AS}} generates in 16-bit mode will not
769 necessarily run on a 16-bit pre-80386 processor.  To write code that
770 runs on such a processor, you must refrain from using @emph{any} 32-bit
771 constructs which require @code{@value{AS}} to output address or operand
772 size prefixes.
773
774 Note that writing 16-bit code instructions by explicitly specifying a
775 prefix or an instruction mnemonic suffix within a 32-bit code section
776 generates different machine instructions than those generated for a
777 16-bit code segment.  In a 32-bit code section, the following code
778 generates the machine opcode bytes @samp{66 6a 04}, which pushes the
779 value @samp{4} onto the stack, decrementing @samp{%esp} by 2.
780
781 @smallexample
782         pushw $4
783 @end smallexample
784
785 The same code in a 16-bit code section would generate the machine
786 opcode bytes @samp{6a 04} (i.e., without the operand size prefix), which
787 is correct since the processor default operand size is assumed to be 16
788 bits in a 16-bit code section.
789
790 @node i386-Bugs
791 @section AT&T Syntax bugs
792
793 The UnixWare assembler, and probably other AT&T derived ix86 Unix
794 assemblers, generate floating point instructions with reversed source
795 and destination registers in certain cases.  Unfortunately, gcc and
796 possibly many other programs use this reversed syntax, so we're stuck
797 with it.
798
799 For example
800
801 @smallexample
802         fsub %st,%st(3)
803 @end smallexample
804 @noindent
805 results in @samp{%st(3)} being updated to @samp{%st - %st(3)} rather
806 than the expected @samp{%st(3) - %st}.  This happens with all the
807 non-commutative arithmetic floating point operations with two register
808 operands where the source register is @samp{%st} and the destination
809 register is @samp{%st(i)}.
810
811 @node i386-Arch
812 @section Specifying CPU Architecture
813
814 @cindex arch directive, i386
815 @cindex i386 arch directive
816 @cindex arch directive, x86-64
817 @cindex x86-64 arch directive
818
819 @code{@value{AS}} may be told to assemble for a particular CPU
820 (sub-)architecture with the @code{.arch @var{cpu_type}} directive.  This
821 directive enables a warning when gas detects an instruction that is not
822 supported on the CPU specified.  The choices for @var{cpu_type} are:
823
824 @multitable @columnfractions .20 .20 .20 .20
825 @item @samp{i8086} @tab @samp{i186} @tab @samp{i286} @tab @samp{i386}
826 @item @samp{i486} @tab @samp{i586} @tab @samp{i686} @tab @samp{pentium}
827 @item @samp{pentiumpro} @tab @samp{pentiumii} @tab @samp{pentiumiii} @tab @samp{pentium4}
828 @item @samp{prescott} @tab @samp{nocona} @tab @samp{core} @tab @samp{core2}
829 @item @samp{k6} @tab @samp{k6_2} @tab @samp{athlon} @tab @samp{k8}
830 @item @samp{amdfam10}
831 @item @samp{generic32} @tab @samp{generic64}
832 @item @samp{.mmx} @tab @samp{.sse} @tab @samp{.sse2} @tab @samp{.sse3}
833 @item @samp{.ssse3} @tab @samp{.sse4.1} @tab @samp{.sse4.2} @tab @samp{.sse4}
834 @item @samp{.avx} @tab @samp{.vmx} @tab @samp{.smx} @tab @samp{.xsave}
835 @item @samp{.aes} @tab @samp{.clmul} @tab @samp{.fma}
836 @item @samp{.3dnow} @tab @samp{.3dnowa} @tab @samp{.sse4a} @tab @samp{.sse5}
837 @item @samp{.svme} @tab @samp{.abm}
838 @item @samp{.padlock}
839 @end multitable
840
841 Apart from the warning, there are only two other effects on
842 @code{@value{AS}} operation;  Firstly, if you specify a CPU other than
843 @samp{i486}, then shift by one instructions such as @samp{sarl $1, %eax}
844 will automatically use a two byte opcode sequence.  The larger three
845 byte opcode sequence is used on the 486 (and when no architecture is
846 specified) because it executes faster on the 486.  Note that you can
847 explicitly request the two byte opcode by writing @samp{sarl %eax}.
848 Secondly, if you specify @samp{i8086}, @samp{i186}, or @samp{i286},
849 @emph{and} @samp{.code16} or @samp{.code16gcc} then byte offset
850 conditional jumps will be promoted when necessary to a two instruction
851 sequence consisting of a conditional jump of the opposite sense around
852 an unconditional jump to the target.
853
854 Following the CPU architecture (but not a sub-architecture, which are those
855 starting with a dot), you may specify @samp{jumps} or @samp{nojumps} to
856 control automatic promotion of conditional jumps. @samp{jumps} is the
857 default, and enables jump promotion;  All external jumps will be of the long
858 variety, and file-local jumps will be promoted as necessary.
859 (@pxref{i386-Jumps})  @samp{nojumps} leaves external conditional jumps as
860 byte offset jumps, and warns about file-local conditional jumps that
861 @code{@value{AS}} promotes.
862 Unconditional jumps are treated as for @samp{jumps}.
863
864 For example
865
866 @smallexample
867  .arch i8086,nojumps
868 @end smallexample
869
870 @node i386-Notes
871 @section Notes
872
873 @cindex i386 @code{mul}, @code{imul} instructions
874 @cindex @code{mul} instruction, i386
875 @cindex @code{imul} instruction, i386
876 @cindex @code{mul} instruction, x86-64
877 @cindex @code{imul} instruction, x86-64
878 There is some trickery concerning the @samp{mul} and @samp{imul}
879 instructions that deserves mention.  The 16-, 32-, 64- and 128-bit expanding
880 multiplies (base opcode @samp{0xf6}; extension 4 for @samp{mul} and 5
881 for @samp{imul}) can be output only in the one operand form.  Thus,
882 @samp{imul %ebx, %eax} does @emph{not} select the expanding multiply;
883 the expanding multiply would clobber the @samp{%edx} register, and this
884 would confuse @code{@value{GCC}} output.  Use @samp{imul %ebx} to get the
885 64-bit product in @samp{%edx:%eax}.
886
887 We have added a two operand form of @samp{imul} when the first operand
888 is an immediate mode expression and the second operand is a register.
889 This is just a shorthand, so that, multiplying @samp{%eax} by 69, for
890 example, can be done with @samp{imul $69, %eax} rather than @samp{imul
891 $69, %eax, %eax}.
892