OSDN Git Service

411067975bf283bd6131a6aa1c77b0a55e07cb30
[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, 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
15
16 @cindex i386 support
17 @cindex i80386 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-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 * i386-16bit::                  Writing 16-bit Code
36 * i386-Arch::                   Specifying an x86 CPU architecture
37 * i386-Bugs::                   AT&T Syntax bugs
38 * i386-Notes::                  Notes
39 @end menu
40
41 @node i386-Options
42 @section Options
43
44 @cindex options for i386
45 @cindex options for x86-64
46 @cindex i386 options
47 @cindex x86-64 options 
48
49 The i386 version of @code{@value{AS}} has a few machine
50 dependent options:
51
52 @table @code
53 @cindex @samp{--32} option, i386
54 @cindex @samp{--32} option, x86-64
55 @cindex @samp{--64} option, i386
56 @cindex @samp{--64} option, x86-64
57 @item --32 | --64
58 Select the word size, either 32 bits or 64 bits. Selecting 32-bit
59 implies Intel i386 architecture, while 64-bit implies AMD x86-64
60 architecture.
61
62 These options are only available with the ELF object file format, and
63 require that the necessary BFD support has been included (on a 32-bit
64 platform you have to add --enable-64-bit-bfd to configure enable 64-bit
65 usage and use x86-64 as target platform).
66
67 @item -n
68 By default, x86 GAS replaces multiple nop instructions used for
69 alignment within code sections with multi-byte nop instructions such
70 as leal 0(%esi,1),%esi.  This switch disables the optimization.
71
72 @cindex @samp{--divide} option, i386
73 @item --divide
74 On SVR4-derived platforms, the character @samp{/} is treated as a comment
75 character, which means that it cannot be used in expressions.  The
76 @samp{--divide} option turns @samp{/} into a normal character.  This does
77 not disable @samp{/} at the beginning of a line starting a comment, or
78 affect using @samp{#} for starting a comment.
79
80 @cindex @samp{-march=} option, i386
81 @cindex @samp{-march=} option, x86-64
82 @item -march=@var{CPU}[+@var{EXTENSION}@dots{}]
83 This option specifies the target processor.  The assembler will
84 issue an error message if an attempt is made to assemble an instruction
85 which will not execute on the target processor.  The following
86 processor names are recognized: 
87 @code{i8086},
88 @code{i186},
89 @code{i286},
90 @code{i386},
91 @code{i486},
92 @code{i586},
93 @code{i686},
94 @code{pentium},
95 @code{pentiumpro},
96 @code{pentiumii},
97 @code{pentiumiii},
98 @code{pentium4},
99 @code{prescott},
100 @code{nocona},
101 @code{core},
102 @code{core2},
103 @code{corei7},
104 @code{l1om},
105 @code{k6},
106 @code{k6_2},
107 @code{athlon},
108 @code{opteron},
109 @code{k8},
110 @code{amdfam10},
111 @code{generic32} and
112 @code{generic64}.
113
114 In addition to the basic instruction set, the assembler can be told to 
115 accept various extension mnemonics.  For example,
116 @code{-march=i686+sse4+vmx} extends @var{i686} with @var{sse4} and
117 @var{vmx}.  The following extensions are currently supported:
118 @code{8087},
119 @code{287},
120 @code{387},
121 @code{no87},
122 @code{mmx},
123 @code{nommx},
124 @code{sse},
125 @code{sse2},
126 @code{sse3},
127 @code{ssse3},
128 @code{sse4.1},
129 @code{sse4.2},
130 @code{sse4},
131 @code{nosse},
132 @code{avx},
133 @code{noavx},
134 @code{vmx},
135 @code{smx},
136 @code{xsave},
137 @code{aes},
138 @code{pclmul},
139 @code{fma},
140 @code{movbe},
141 @code{ept},
142 @code{clflush},
143 @code{syscall},
144 @code{rdtscp},
145 @code{3dnow},
146 @code{3dnowa},
147 @code{sse4a},
148 @code{sse5},
149 @code{svme},
150 @code{abm} and
151 @code{padlock}.
152 Note that rather than extending a basic instruction set, the extension
153 mnemonics starting with @code{no} revoke the respective functionality.
154
155 When the @code{.arch} directive is used with @option{-march}, the
156 @code{.arch} directive will take precedent.
157
158 @cindex @samp{-mtune=} option, i386
159 @cindex @samp{-mtune=} option, x86-64
160 @item -mtune=@var{CPU}
161 This option specifies a processor to optimize for. When used in
162 conjunction with the @option{-march} option, only instructions
163 of the processor specified by the @option{-march} option will be
164 generated.
165
166 Valid @var{CPU} values are identical to the processor list of
167 @option{-march=@var{CPU}}.
168
169 @cindex @samp{-msse2avx} option, i386
170 @cindex @samp{-msse2avx} option, x86-64
171 @item -msse2avx
172 This option specifies that the assembler should encode SSE instructions
173 with VEX prefix.
174
175 @cindex @samp{-msse-check=} option, i386
176 @cindex @samp{-msse-check=} option, x86-64
177 @item -msse-check=@var{none}
178 @item -msse-check=@var{warning}
179 @item -msse-check=@var{error}
180 These options control if the assembler should check SSE intructions.
181 @option{-msse-check=@var{none}} will make the assembler not to check SSE
182 instructions,  which is the default.  @option{-msse-check=@var{warning}}
183 will make the assembler issue a warning for any SSE intruction.
184 @option{-msse-check=@var{error}} will make the assembler issue an error
185 for any SSE intruction.
186
187 @cindex @samp{-mmnemonic=} option, i386
188 @cindex @samp{-mmnemonic=} option, x86-64
189 @item -mmnemonic=@var{att}
190 @item -mmnemonic=@var{intel}
191 This option specifies instruction mnemonic for matching instructions. 
192 The @code{.att_mnemonic} and @code{.intel_mnemonic} directives will
193 take precedent.
194
195 @cindex @samp{-msyntax=} option, i386
196 @cindex @samp{-msyntax=} option, x86-64
197 @item -msyntax=@var{att}
198 @item -msyntax=@var{intel}
199 This option specifies instruction syntax when processing instructions. 
200 The @code{.att_syntax} and @code{.intel_syntax} directives will
201 take precedent.
202
203 @cindex @samp{-mnaked-reg} option, i386
204 @cindex @samp{-mnaked-reg} option, x86-64
205 @item -mnaked-reg
206 This opetion specifies that registers don't require a @samp{%} prefix.
207 The @code{.att_syntax} and @code{.intel_syntax} directives will take precedent.
208
209 @end table
210
211 @node i386-Directives
212 @section x86 specific Directives
213
214 @cindex machine directives, x86
215 @cindex x86 machine directives
216 @table @code
217
218 @cindex @code{lcomm} directive, COFF
219 @item .lcomm @var{symbol} , @var{length}[, @var{alignment}]
220 Reserve @var{length} (an absolute expression) bytes for a local common
221 denoted by @var{symbol}.  The section and value of @var{symbol} are
222 those of the new local common.  The addresses are allocated in the bss
223 section, so that at run-time the bytes start off zeroed.  Since
224 @var{symbol} is not declared global, it is normally not visible to
225 @code{@value{LD}}.  The optional third parameter, @var{alignment},
226 specifies the desired alignment of the symbol in the bss section.
227
228 This directive is only available for COFF based x86 targets.
229
230 @c FIXME: Document other x86 specific directives ?  Eg: .code16gcc,
231 @c .largecomm
232
233 @end table
234
235 @node i386-Syntax
236 @section AT&T Syntax versus Intel Syntax
237
238 @cindex i386 intel_syntax pseudo op
239 @cindex intel_syntax pseudo op, i386
240 @cindex i386 att_syntax pseudo op
241 @cindex att_syntax pseudo op, i386
242 @cindex i386 syntax compatibility
243 @cindex syntax compatibility, i386
244 @cindex x86-64 intel_syntax pseudo op
245 @cindex intel_syntax pseudo op, x86-64
246 @cindex x86-64 att_syntax pseudo op
247 @cindex att_syntax pseudo op, x86-64
248 @cindex x86-64 syntax compatibility
249 @cindex syntax compatibility, x86-64
250
251 @code{@value{AS}} now supports assembly using Intel assembler syntax.
252 @code{.intel_syntax} selects Intel mode, and @code{.att_syntax} switches
253 back to the usual AT&T mode for compatibility with the output of
254 @code{@value{GCC}}.  Either of these directives may have an optional
255 argument, @code{prefix}, or @code{noprefix} specifying whether registers
256 require a @samp{%} prefix.  AT&T System V/386 assembler syntax is quite
257 different from Intel syntax.  We mention these differences because
258 almost all 80386 documents use Intel syntax.  Notable differences
259 between the two syntaxes are:
260
261 @cindex immediate operands, i386
262 @cindex i386 immediate operands
263 @cindex register operands, i386
264 @cindex i386 register operands
265 @cindex jump/call operands, i386
266 @cindex i386 jump/call operands
267 @cindex operand delimiters, i386
268
269 @cindex immediate operands, x86-64
270 @cindex x86-64 immediate operands
271 @cindex register operands, x86-64
272 @cindex x86-64 register operands
273 @cindex jump/call operands, x86-64
274 @cindex x86-64 jump/call operands
275 @cindex operand delimiters, x86-64
276 @itemize @bullet
277 @item
278 AT&T immediate operands are preceded by @samp{$}; Intel immediate
279 operands are undelimited (Intel @samp{push 4} is AT&T @samp{pushl $4}).
280 AT&T register operands are preceded by @samp{%}; Intel register operands
281 are undelimited.  AT&T absolute (as opposed to PC relative) jump/call
282 operands are prefixed by @samp{*}; they are undelimited in Intel syntax.
283
284 @cindex i386 source, destination operands
285 @cindex source, destination operands; i386
286 @cindex x86-64 source, destination operands
287 @cindex source, destination operands; x86-64
288 @item
289 AT&T and Intel syntax use the opposite order for source and destination
290 operands.  Intel @samp{add eax, 4} is @samp{addl $4, %eax}.  The
291 @samp{source, dest} convention is maintained for compatibility with
292 previous Unix assemblers.  Note that @samp{bound}, @samp{invlpga}, and
293 instructions with 2 immediate operands, such as the @samp{enter}
294 instruction, do @emph{not} have reversed order.  @ref{i386-Bugs}.
295
296 @cindex mnemonic suffixes, i386
297 @cindex sizes operands, i386
298 @cindex i386 size suffixes
299 @cindex mnemonic suffixes, x86-64
300 @cindex sizes operands, x86-64
301 @cindex x86-64 size suffixes
302 @item
303 In AT&T syntax the size of memory operands is determined from the last
304 character of the instruction mnemonic.  Mnemonic suffixes of @samp{b},
305 @samp{w}, @samp{l} and @samp{q} specify byte (8-bit), word (16-bit), long
306 (32-bit) and quadruple word (64-bit) memory references.  Intel syntax accomplishes
307 this by prefixing memory operands (@emph{not} the instruction mnemonics) with
308 @samp{byte ptr}, @samp{word ptr}, @samp{dword ptr} and @samp{qword ptr}.  Thus,
309 Intel @samp{mov al, byte ptr @var{foo}} is @samp{movb @var{foo}, %al} in AT&T
310 syntax.
311
312 In 64-bit code, @samp{movabs} can be used to encode the @samp{mov}
313 instruction with the 64-bit displacement or immediate operand.
314
315 @cindex return instructions, i386
316 @cindex i386 jump, call, return
317 @cindex return instructions, x86-64
318 @cindex x86-64 jump, call, return
319 @item
320 Immediate form long jumps and calls are
321 @samp{lcall/ljmp $@var{section}, $@var{offset}} in AT&T syntax; the
322 Intel syntax is
323 @samp{call/jmp far @var{section}:@var{offset}}.  Also, the far return
324 instruction
325 is @samp{lret $@var{stack-adjust}} in AT&T syntax; Intel syntax is
326 @samp{ret far @var{stack-adjust}}.
327
328 @cindex sections, i386
329 @cindex i386 sections
330 @cindex sections, x86-64
331 @cindex x86-64 sections
332 @item
333 The AT&T assembler does not provide support for multiple section
334 programs.  Unix style systems expect all programs to be single sections.
335 @end itemize
336
337 @node i386-Mnemonics
338 @section Instruction Naming
339
340 @cindex i386 instruction naming
341 @cindex instruction naming, i386
342 @cindex x86-64 instruction naming
343 @cindex instruction naming, x86-64
344
345 Instruction mnemonics are suffixed with one character modifiers which
346 specify the size of operands.  The letters @samp{b}, @samp{w}, @samp{l}
347 and @samp{q} specify byte, word, long and quadruple word operands.  If
348 no suffix is specified by an instruction then @code{@value{AS}} tries to
349 fill in the missing suffix based on the destination register operand
350 (the last one by convention).  Thus, @samp{mov %ax, %bx} is equivalent
351 to @samp{movw %ax, %bx}; also, @samp{mov $1, %bx} is equivalent to
352 @samp{movw $1, bx}.  Note that this is incompatible with the AT&T Unix
353 assembler which assumes that a missing mnemonic suffix implies long
354 operand size.  (This incompatibility does not affect compiler output
355 since compilers always explicitly specify the mnemonic suffix.)
356
357 Almost all instructions have the same names in AT&T and Intel format.
358 There are a few exceptions.  The sign extend and zero extend
359 instructions need two sizes to specify them.  They need a size to
360 sign/zero extend @emph{from} and a size to zero extend @emph{to}.  This
361 is accomplished by using two instruction mnemonic suffixes in AT&T
362 syntax.  Base names for sign extend and zero extend are
363 @samp{movs@dots{}} and @samp{movz@dots{}} in AT&T syntax (@samp{movsx}
364 and @samp{movzx} in Intel syntax).  The instruction mnemonic suffixes
365 are tacked on to this base name, the @emph{from} suffix before the
366 @emph{to} suffix.  Thus, @samp{movsbl %al, %edx} is AT&T syntax for
367 ``move sign extend @emph{from} %al @emph{to} %edx.''  Possible suffixes,
368 thus, are @samp{bl} (from byte to long), @samp{bw} (from byte to word),
369 @samp{wl} (from word to long), @samp{bq} (from byte to quadruple word),
370 @samp{wq} (from word to quadruple word), and @samp{lq} (from long to
371 quadruple word).
372
373 @cindex encoding options, i386
374 @cindex encoding options, x86-64
375
376 Different encoding options can be specified via optional mnemonic
377 suffix.  @samp{.s} suffix swaps 2 register operands in encoding when
378 moving from one register to another.
379
380 @cindex conversion instructions, i386
381 @cindex i386 conversion instructions
382 @cindex conversion instructions, x86-64
383 @cindex x86-64 conversion instructions
384 The Intel-syntax conversion instructions
385
386 @itemize @bullet
387 @item
388 @samp{cbw} --- sign-extend byte in @samp{%al} to word in @samp{%ax},
389
390 @item
391 @samp{cwde} --- sign-extend word in @samp{%ax} to long in @samp{%eax},
392
393 @item
394 @samp{cwd} --- sign-extend word in @samp{%ax} to long in @samp{%dx:%ax},
395
396 @item
397 @samp{cdq} --- sign-extend dword in @samp{%eax} to quad in @samp{%edx:%eax},
398
399 @item
400 @samp{cdqe} --- sign-extend dword in @samp{%eax} to quad in @samp{%rax}
401 (x86-64 only),
402
403 @item
404 @samp{cqo} --- sign-extend quad in @samp{%rax} to octuple in
405 @samp{%rdx:%rax} (x86-64 only),
406 @end itemize
407
408 @noindent
409 are called @samp{cbtw}, @samp{cwtl}, @samp{cwtd}, @samp{cltd}, @samp{cltq}, and
410 @samp{cqto} in AT&T naming.  @code{@value{AS}} accepts either naming for these
411 instructions.
412
413 @cindex jump instructions, i386
414 @cindex call instructions, i386
415 @cindex jump instructions, x86-64
416 @cindex call instructions, x86-64
417 Far call/jump instructions are @samp{lcall} and @samp{ljmp} in
418 AT&T syntax, but are @samp{call far} and @samp{jump far} in Intel
419 convention.
420
421 @section AT&T Mnemonic versus Intel Mnemonic
422
423 @cindex i386 mnemonic compatibility
424 @cindex mnemonic compatibility, i386
425
426 @code{@value{AS}} supports assembly using Intel mnemonic.
427 @code{.intel_mnemonic} selects Intel mnemonic with Intel syntax, and
428 @code{.att_mnemonic} switches back to the usual AT&T mnemonic with AT&T
429 syntax for compatibility with the output of @code{@value{GCC}}.
430 Several x87 instructions, @samp{fadd}, @samp{fdiv}, @samp{fdivp},
431 @samp{fdivr}, @samp{fdivrp}, @samp{fmul}, @samp{fsub}, @samp{fsubp},
432 @samp{fsubr} and @samp{fsubrp},  are implemented in AT&T System V/386
433 assembler with different mnemonics from those in Intel IA32 specification.
434 @code{@value{GCC}} generates those instructions with AT&T mnemonic.
435
436 @node i386-Regs
437 @section Register Naming
438
439 @cindex i386 registers
440 @cindex registers, i386
441 @cindex x86-64 registers
442 @cindex registers, x86-64
443 Register operands are always prefixed with @samp{%}.  The 80386 registers
444 consist of
445
446 @itemize @bullet
447 @item
448 the 8 32-bit registers @samp{%eax} (the accumulator), @samp{%ebx},
449 @samp{%ecx}, @samp{%edx}, @samp{%edi}, @samp{%esi}, @samp{%ebp} (the
450 frame pointer), and @samp{%esp} (the stack pointer).
451
452 @item
453 the 8 16-bit low-ends of these: @samp{%ax}, @samp{%bx}, @samp{%cx},
454 @samp{%dx}, @samp{%di}, @samp{%si}, @samp{%bp}, and @samp{%sp}.
455
456 @item
457 the 8 8-bit registers: @samp{%ah}, @samp{%al}, @samp{%bh},
458 @samp{%bl}, @samp{%ch}, @samp{%cl}, @samp{%dh}, and @samp{%dl} (These
459 are the high-bytes and low-bytes of @samp{%ax}, @samp{%bx},
460 @samp{%cx}, and @samp{%dx})
461
462 @item
463 the 6 section registers @samp{%cs} (code section), @samp{%ds}
464 (data section), @samp{%ss} (stack section), @samp{%es}, @samp{%fs},
465 and @samp{%gs}.
466
467 @item
468 the 3 processor control registers @samp{%cr0}, @samp{%cr2}, and
469 @samp{%cr3}.
470
471 @item
472 the 6 debug registers @samp{%db0}, @samp{%db1}, @samp{%db2},
473 @samp{%db3}, @samp{%db6}, and @samp{%db7}.
474
475 @item
476 the 2 test registers @samp{%tr6} and @samp{%tr7}.
477
478 @item
479 the 8 floating point register stack @samp{%st} or equivalently
480 @samp{%st(0)}, @samp{%st(1)}, @samp{%st(2)}, @samp{%st(3)},
481 @samp{%st(4)}, @samp{%st(5)}, @samp{%st(6)}, and @samp{%st(7)}.
482 These registers are overloaded by 8 MMX registers @samp{%mm0},
483 @samp{%mm1}, @samp{%mm2}, @samp{%mm3}, @samp{%mm4}, @samp{%mm5},
484 @samp{%mm6} and @samp{%mm7}.
485
486 @item
487 the 8 SSE registers registers @samp{%xmm0}, @samp{%xmm1}, @samp{%xmm2},
488 @samp{%xmm3}, @samp{%xmm4}, @samp{%xmm5}, @samp{%xmm6} and @samp{%xmm7}.
489 @end itemize
490
491 The AMD x86-64 architecture extends the register set by:
492
493 @itemize @bullet
494 @item
495 enhancing the 8 32-bit registers to 64-bit: @samp{%rax} (the
496 accumulator), @samp{%rbx}, @samp{%rcx}, @samp{%rdx}, @samp{%rdi},
497 @samp{%rsi}, @samp{%rbp} (the frame pointer), @samp{%rsp} (the stack
498 pointer)
499
500 @item
501 the 8 extended registers @samp{%r8}--@samp{%r15}.
502
503 @item
504 the 8 32-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8d}--@samp{%r15d}
505
506 @item
507 the 8 16-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8w}--@samp{%r15w}
508
509 @item
510 the 8 8-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8b}--@samp{%r15b}
511
512 @item
513 the 4 8-bit registers: @samp{%sil}, @samp{%dil}, @samp{%bpl}, @samp{%spl}.
514
515 @item
516 the 8 debug registers: @samp{%db8}--@samp{%db15}.
517
518 @item
519 the 8 SSE registers: @samp{%xmm8}--@samp{%xmm15}.
520 @end itemize
521
522 @node i386-Prefixes
523 @section Instruction Prefixes
524
525 @cindex i386 instruction prefixes
526 @cindex instruction prefixes, i386
527 @cindex prefixes, i386
528 Instruction prefixes are used to modify the following instruction.  They
529 are used to repeat string instructions, to provide section overrides, to
530 perform bus lock operations, and to change operand and address sizes.
531 (Most instructions that normally operate on 32-bit operands will use
532 16-bit operands if the instruction has an ``operand size'' prefix.)
533 Instruction prefixes are best written on the same line as the instruction
534 they act upon. For example, the @samp{scas} (scan string) instruction is
535 repeated with:
536
537 @smallexample
538         repne scas %es:(%edi),%al
539 @end smallexample
540
541 You may also place prefixes on the lines immediately preceding the
542 instruction, but this circumvents checks that @code{@value{AS}} does
543 with prefixes, and will not work with all prefixes.
544
545 Here is a list of instruction prefixes:
546
547 @cindex section override prefixes, i386
548 @itemize @bullet
549 @item
550 Section override prefixes @samp{cs}, @samp{ds}, @samp{ss}, @samp{es},
551 @samp{fs}, @samp{gs}.  These are automatically added by specifying
552 using the @var{section}:@var{memory-operand} form for memory references.
553
554 @cindex size prefixes, i386
555 @item
556 Operand/Address size prefixes @samp{data16} and @samp{addr16}
557 change 32-bit operands/addresses into 16-bit operands/addresses,
558 while @samp{data32} and @samp{addr32} change 16-bit ones (in a
559 @code{.code16} section) into 32-bit operands/addresses.  These prefixes
560 @emph{must} appear on the same line of code as the instruction they
561 modify. For example, in a 16-bit @code{.code16} section, you might
562 write:
563
564 @smallexample
565         addr32 jmpl *(%ebx)
566 @end smallexample
567
568 @cindex bus lock prefixes, i386
569 @cindex inhibiting interrupts, i386
570 @item
571 The bus lock prefix @samp{lock} inhibits interrupts during execution of
572 the instruction it precedes.  (This is only valid with certain
573 instructions; see a 80386 manual for details).
574
575 @cindex coprocessor wait, i386
576 @item
577 The wait for coprocessor prefix @samp{wait} waits for the coprocessor to
578 complete the current instruction.  This should never be needed for the
579 80386/80387 combination.
580
581 @cindex repeat prefixes, i386
582 @item
583 The @samp{rep}, @samp{repe}, and @samp{repne} prefixes are added
584 to string instructions to make them repeat @samp{%ecx} times (@samp{%cx}
585 times if the current address size is 16-bits).
586 @cindex REX prefixes, i386
587 @item
588 The @samp{rex} family of prefixes is used by x86-64 to encode
589 extensions to i386 instruction set.  The @samp{rex} prefix has four
590 bits --- an operand size overwrite (@code{64}) used to change operand size
591 from 32-bit to 64-bit and X, Y and Z extensions bits used to extend the
592 register set.
593
594 You may write the @samp{rex} prefixes directly. The @samp{rex64xyz}
595 instruction emits @samp{rex} prefix with all the bits set.  By omitting
596 the @code{64}, @code{x}, @code{y} or @code{z} you may write other
597 prefixes as well.  Normally, there is no need to write the prefixes
598 explicitly, since gas will automatically generate them based on the
599 instruction operands.
600 @end itemize
601
602 @node i386-Memory
603 @section Memory References
604
605 @cindex i386 memory references
606 @cindex memory references, i386
607 @cindex x86-64 memory references
608 @cindex memory references, x86-64
609 An Intel syntax indirect memory reference of the form
610
611 @smallexample
612 @var{section}:[@var{base} + @var{index}*@var{scale} + @var{disp}]
613 @end smallexample
614
615 @noindent
616 is translated into the AT&T syntax
617
618 @smallexample
619 @var{section}:@var{disp}(@var{base}, @var{index}, @var{scale})
620 @end smallexample
621
622 @noindent
623 where @var{base} and @var{index} are the optional 32-bit base and
624 index registers, @var{disp} is the optional displacement, and
625 @var{scale}, taking the values 1, 2, 4, and 8, multiplies @var{index}
626 to calculate the address of the operand.  If no @var{scale} is
627 specified, @var{scale} is taken to be 1.  @var{section} specifies the
628 optional section register for the memory operand, and may override the
629 default section register (see a 80386 manual for section register
630 defaults). Note that section overrides in AT&T syntax @emph{must}
631 be preceded by a @samp{%}.  If you specify a section override which
632 coincides with the default section register, @code{@value{AS}} does @emph{not}
633 output any section register override prefixes to assemble the given
634 instruction.  Thus, section overrides can be specified to emphasize which
635 section register is used for a given memory operand.
636
637 Here are some examples of Intel and AT&T style memory references:
638
639 @table @asis
640 @item AT&T: @samp{-4(%ebp)}, Intel:  @samp{[ebp - 4]}
641 @var{base} is @samp{%ebp}; @var{disp} is @samp{-4}. @var{section} is
642 missing, and the default section is used (@samp{%ss} for addressing with
643 @samp{%ebp} as the base register).  @var{index}, @var{scale} are both missing.
644
645 @item AT&T: @samp{foo(,%eax,4)}, Intel: @samp{[foo + eax*4]}
646 @var{index} is @samp{%eax} (scaled by a @var{scale} 4); @var{disp} is
647 @samp{foo}.  All other fields are missing.  The section register here
648 defaults to @samp{%ds}.
649
650 @item AT&T: @samp{foo(,1)}; Intel @samp{[foo]}
651 This uses the value pointed to by @samp{foo} as a memory operand.
652 Note that @var{base} and @var{index} are both missing, but there is only
653 @emph{one} @samp{,}.  This is a syntactic exception.
654
655 @item AT&T: @samp{%gs:foo}; Intel @samp{gs:foo}
656 This selects the contents of the variable @samp{foo} with section
657 register @var{section} being @samp{%gs}.
658 @end table
659
660 Absolute (as opposed to PC relative) call and jump operands must be
661 prefixed with @samp{*}.  If no @samp{*} is specified, @code{@value{AS}}
662 always chooses PC relative addressing for jump/call labels.
663
664 Any instruction that has a memory operand, but no register operand,
665 @emph{must} specify its size (byte, word, long, or quadruple) with an
666 instruction mnemonic suffix (@samp{b}, @samp{w}, @samp{l} or @samp{q},
667 respectively).
668
669 The x86-64 architecture adds an RIP (instruction pointer relative)
670 addressing.  This addressing mode is specified by using @samp{rip} as a
671 base register.  Only constant offsets are valid. For example:
672
673 @table @asis
674 @item AT&T: @samp{1234(%rip)}, Intel: @samp{[rip + 1234]}
675 Points to the address 1234 bytes past the end of the current
676 instruction.
677
678 @item AT&T: @samp{symbol(%rip)}, Intel: @samp{[rip + symbol]}
679 Points to the @code{symbol} in RIP relative way, this is shorter than
680 the default absolute addressing.
681 @end table
682
683 Other addressing modes remain unchanged in x86-64 architecture, except
684 registers used are 64-bit instead of 32-bit.
685
686 @node i386-Jumps
687 @section Handling of Jump Instructions
688
689 @cindex jump optimization, i386
690 @cindex i386 jump optimization
691 @cindex jump optimization, x86-64
692 @cindex x86-64 jump optimization
693 Jump instructions are always optimized to use the smallest possible
694 displacements.  This is accomplished by using byte (8-bit) displacement
695 jumps whenever the target is sufficiently close.  If a byte displacement
696 is insufficient a long displacement is used.  We do not support
697 word (16-bit) displacement jumps in 32-bit mode (i.e. prefixing the jump
698 instruction with the @samp{data16} instruction prefix), since the 80386
699 insists upon masking @samp{%eip} to 16 bits after the word displacement
700 is added. (See also @pxref{i386-Arch})
701
702 Note that the @samp{jcxz}, @samp{jecxz}, @samp{loop}, @samp{loopz},
703 @samp{loope}, @samp{loopnz} and @samp{loopne} instructions only come in byte
704 displacements, so that if you use these instructions (@code{@value{GCC}} does
705 not use them) you may get an error message (and incorrect code).  The AT&T
706 80386 assembler tries to get around this problem by expanding @samp{jcxz foo}
707 to
708
709 @smallexample
710          jcxz cx_zero
711          jmp cx_nonzero
712 cx_zero: jmp foo
713 cx_nonzero:
714 @end smallexample
715
716 @node i386-Float
717 @section Floating Point
718
719 @cindex i386 floating point
720 @cindex floating point, i386
721 @cindex x86-64 floating point
722 @cindex floating point, x86-64
723 All 80387 floating point types except packed BCD are supported.
724 (BCD support may be added without much difficulty).  These data
725 types are 16-, 32-, and 64- bit integers, and single (32-bit),
726 double (64-bit), and extended (80-bit) precision floating point.
727 Each supported type has an instruction mnemonic suffix and a constructor
728 associated with it.  Instruction mnemonic suffixes specify the operand's
729 data type.  Constructors build these data types into memory.
730
731 @cindex @code{float} directive, i386
732 @cindex @code{single} directive, i386
733 @cindex @code{double} directive, i386
734 @cindex @code{tfloat} directive, i386
735 @cindex @code{float} directive, x86-64
736 @cindex @code{single} directive, x86-64
737 @cindex @code{double} directive, x86-64
738 @cindex @code{tfloat} directive, x86-64
739 @itemize @bullet
740 @item
741 Floating point constructors are @samp{.float} or @samp{.single},
742 @samp{.double}, and @samp{.tfloat} for 32-, 64-, and 80-bit formats.
743 These correspond to instruction mnemonic suffixes @samp{s}, @samp{l},
744 and @samp{t}. @samp{t} stands for 80-bit (ten byte) real.  The 80387
745 only supports this format via the @samp{fldt} (load 80-bit real to stack
746 top) and @samp{fstpt} (store 80-bit real and pop stack) instructions.
747
748 @cindex @code{word} directive, i386
749 @cindex @code{long} directive, i386
750 @cindex @code{int} directive, i386
751 @cindex @code{quad} directive, i386
752 @cindex @code{word} directive, x86-64
753 @cindex @code{long} directive, x86-64
754 @cindex @code{int} directive, x86-64
755 @cindex @code{quad} directive, x86-64
756 @item
757 Integer constructors are @samp{.word}, @samp{.long} or @samp{.int}, and
758 @samp{.quad} for the 16-, 32-, and 64-bit integer formats.  The
759 corresponding instruction mnemonic suffixes are @samp{s} (single),
760 @samp{l} (long), and @samp{q} (quad).  As with the 80-bit real format,
761 the 64-bit @samp{q} format is only present in the @samp{fildq} (load
762 quad integer to stack top) and @samp{fistpq} (store quad integer and pop
763 stack) instructions.
764 @end itemize
765
766 Register to register operations should not use instruction mnemonic suffixes.
767 @samp{fstl %st, %st(1)} will give a warning, and be assembled as if you
768 wrote @samp{fst %st, %st(1)}, since all register to register operations
769 use 80-bit floating point operands. (Contrast this with @samp{fstl %st, mem},
770 which converts @samp{%st} from 80-bit to 64-bit floating point format,
771 then stores the result in the 4 byte location @samp{mem})
772
773 @node i386-SIMD
774 @section Intel's MMX and AMD's 3DNow! SIMD Operations
775
776 @cindex MMX, i386
777 @cindex 3DNow!, i386
778 @cindex SIMD, i386
779 @cindex MMX, x86-64
780 @cindex 3DNow!, x86-64
781 @cindex SIMD, x86-64
782
783 @code{@value{AS}} supports Intel's MMX instruction set (SIMD
784 instructions for integer data), available on Intel's Pentium MMX
785 processors and Pentium II processors, AMD's K6 and K6-2 processors,
786 Cyrix' M2 processor, and probably others.  It also supports AMD's 3DNow!@:
787 instruction set (SIMD instructions for 32-bit floating point data)
788 available on AMD's K6-2 processor and possibly others in the future.
789
790 Currently, @code{@value{AS}} does not support Intel's floating point
791 SIMD, Katmai (KNI).
792
793 The eight 64-bit MMX operands, also used by 3DNow!, are called @samp{%mm0},
794 @samp{%mm1}, ... @samp{%mm7}.  They contain eight 8-bit integers, four
795 16-bit integers, two 32-bit integers, one 64-bit integer, or two 32-bit
796 floating point values.  The MMX registers cannot be used at the same time
797 as the floating point stack.
798
799 See Intel and AMD documentation, keeping in mind that the operand order in
800 instructions is reversed from the Intel syntax.
801
802 @node i386-16bit
803 @section Writing 16-bit Code
804
805 @cindex i386 16-bit code
806 @cindex 16-bit code, i386
807 @cindex real-mode code, i386
808 @cindex @code{code16gcc} directive, i386
809 @cindex @code{code16} directive, i386
810 @cindex @code{code32} directive, i386
811 @cindex @code{code64} directive, i386
812 @cindex @code{code64} directive, x86-64
813 While @code{@value{AS}} normally writes only ``pure'' 32-bit i386 code
814 or 64-bit x86-64 code depending on the default configuration,
815 it also supports writing code to run in real mode or in 16-bit protected
816 mode code segments.  To do this, put a @samp{.code16} or
817 @samp{.code16gcc} directive before the assembly language instructions to
818 be run in 16-bit mode.  You can switch @code{@value{AS}} to writing
819 32-bit code with the @samp{.code32} directive or 64-bit code with the
820 @samp{.code64} directive.
821
822 @samp{.code16gcc} provides experimental support for generating 16-bit
823 code from gcc, and differs from @samp{.code16} in that @samp{call},
824 @samp{ret}, @samp{enter}, @samp{leave}, @samp{push}, @samp{pop},
825 @samp{pusha}, @samp{popa}, @samp{pushf}, and @samp{popf} instructions
826 default to 32-bit size.  This is so that the stack pointer is
827 manipulated in the same way over function calls, allowing access to
828 function parameters at the same stack offsets as in 32-bit mode.
829 @samp{.code16gcc} also automatically adds address size prefixes where
830 necessary to use the 32-bit addressing modes that gcc generates.
831
832 The code which @code{@value{AS}} generates in 16-bit mode will not
833 necessarily run on a 16-bit pre-80386 processor.  To write code that
834 runs on such a processor, you must refrain from using @emph{any} 32-bit
835 constructs which require @code{@value{AS}} to output address or operand
836 size prefixes.
837
838 Note that writing 16-bit code instructions by explicitly specifying a
839 prefix or an instruction mnemonic suffix within a 32-bit code section
840 generates different machine instructions than those generated for a
841 16-bit code segment.  In a 32-bit code section, the following code
842 generates the machine opcode bytes @samp{66 6a 04}, which pushes the
843 value @samp{4} onto the stack, decrementing @samp{%esp} by 2.
844
845 @smallexample
846         pushw $4
847 @end smallexample
848
849 The same code in a 16-bit code section would generate the machine
850 opcode bytes @samp{6a 04} (i.e., without the operand size prefix), which
851 is correct since the processor default operand size is assumed to be 16
852 bits in a 16-bit code section.
853
854 @node i386-Bugs
855 @section AT&T Syntax bugs
856
857 The UnixWare assembler, and probably other AT&T derived ix86 Unix
858 assemblers, generate floating point instructions with reversed source
859 and destination registers in certain cases.  Unfortunately, gcc and
860 possibly many other programs use this reversed syntax, so we're stuck
861 with it.
862
863 For example
864
865 @smallexample
866         fsub %st,%st(3)
867 @end smallexample
868 @noindent
869 results in @samp{%st(3)} being updated to @samp{%st - %st(3)} rather
870 than the expected @samp{%st(3) - %st}.  This happens with all the
871 non-commutative arithmetic floating point operations with two register
872 operands where the source register is @samp{%st} and the destination
873 register is @samp{%st(i)}.
874
875 @node i386-Arch
876 @section Specifying CPU Architecture
877
878 @cindex arch directive, i386
879 @cindex i386 arch directive
880 @cindex arch directive, x86-64
881 @cindex x86-64 arch directive
882
883 @code{@value{AS}} may be told to assemble for a particular CPU
884 (sub-)architecture with the @code{.arch @var{cpu_type}} directive.  This
885 directive enables a warning when gas detects an instruction that is not
886 supported on the CPU specified.  The choices for @var{cpu_type} are:
887
888 @multitable @columnfractions .20 .20 .20 .20
889 @item @samp{i8086} @tab @samp{i186} @tab @samp{i286} @tab @samp{i386}
890 @item @samp{i486} @tab @samp{i586} @tab @samp{i686} @tab @samp{pentium}
891 @item @samp{pentiumpro} @tab @samp{pentiumii} @tab @samp{pentiumiii} @tab @samp{pentium4}
892 @item @samp{prescott} @tab @samp{nocona} @tab @samp{core} @tab @samp{core2}
893 @item @samp{corei7} @tab @samp{l1om}
894 @item @samp{k6} @tab @samp{k6_2} @tab @samp{athlon} @tab @samp{k8}
895 @item @samp{amdfam10}
896 @item @samp{generic32} @tab @samp{generic64}
897 @item @samp{.mmx} @tab @samp{.sse} @tab @samp{.sse2} @tab @samp{.sse3}
898 @item @samp{.ssse3} @tab @samp{.sse4.1} @tab @samp{.sse4.2} @tab @samp{.sse4}
899 @item @samp{.avx} @tab @samp{.vmx} @tab @samp{.smx} @tab @samp{.xsave}
900 @item @samp{.aes} @tab @samp{.pclmul} @tab @samp{.fma} @tab @samp{.movbe}
901 @item @samp{.ept} @tab @samp{.clflush}
902 @item @samp{.3dnow} @tab @samp{.3dnowa} @tab @samp{.sse4a} @tab @samp{.sse5}
903 @item @samp{.syscall} @tab @samp{.rdtscp} @tab @samp{.svme} @tab @samp{.abm}
904 @item @samp{.padlock}
905 @end multitable
906
907 Apart from the warning, there are only two other effects on
908 @code{@value{AS}} operation;  Firstly, if you specify a CPU other than
909 @samp{i486}, then shift by one instructions such as @samp{sarl $1, %eax}
910 will automatically use a two byte opcode sequence.  The larger three
911 byte opcode sequence is used on the 486 (and when no architecture is
912 specified) because it executes faster on the 486.  Note that you can
913 explicitly request the two byte opcode by writing @samp{sarl %eax}.
914 Secondly, if you specify @samp{i8086}, @samp{i186}, or @samp{i286},
915 @emph{and} @samp{.code16} or @samp{.code16gcc} then byte offset
916 conditional jumps will be promoted when necessary to a two instruction
917 sequence consisting of a conditional jump of the opposite sense around
918 an unconditional jump to the target.
919
920 Following the CPU architecture (but not a sub-architecture, which are those
921 starting with a dot), you may specify @samp{jumps} or @samp{nojumps} to
922 control automatic promotion of conditional jumps. @samp{jumps} is the
923 default, and enables jump promotion;  All external jumps will be of the long
924 variety, and file-local jumps will be promoted as necessary.
925 (@pxref{i386-Jumps})  @samp{nojumps} leaves external conditional jumps as
926 byte offset jumps, and warns about file-local conditional jumps that
927 @code{@value{AS}} promotes.
928 Unconditional jumps are treated as for @samp{jumps}.
929
930 For example
931
932 @smallexample
933  .arch i8086,nojumps
934 @end smallexample
935
936 @node i386-Notes
937 @section Notes
938
939 @cindex i386 @code{mul}, @code{imul} instructions
940 @cindex @code{mul} instruction, i386
941 @cindex @code{imul} instruction, i386
942 @cindex @code{mul} instruction, x86-64
943 @cindex @code{imul} instruction, x86-64
944 There is some trickery concerning the @samp{mul} and @samp{imul}
945 instructions that deserves mention.  The 16-, 32-, 64- and 128-bit expanding
946 multiplies (base opcode @samp{0xf6}; extension 4 for @samp{mul} and 5
947 for @samp{imul}) can be output only in the one operand form.  Thus,
948 @samp{imul %ebx, %eax} does @emph{not} select the expanding multiply;
949 the expanding multiply would clobber the @samp{%edx} register, and this
950 would confuse @code{@value{GCC}} output.  Use @samp{imul %ebx} to get the
951 64-bit product in @samp{%edx:%eax}.
952
953 We have added a two operand form of @samp{imul} when the first operand
954 is an immediate mode expression and the second operand is a register.
955 This is just a shorthand, so that, multiplying @samp{%eax} by 69, for
956 example, can be done with @samp{imul $69, %eax} rather than @samp{imul
957 $69, %eax, %eax}.
958