Merge remote-tracking branch 'origin/vendor/LDNS'
[dragonfly.git] / contrib / binutils-2.25 / gas / doc / c-alpha.texi
1 @c Copyright (C) 2002-2014 Free Software Foundation, Inc.
2 @c This is part of the GAS manual.
3 @c For copying conditions, see the file as.texinfo.
4 @c man end
5
6 @ifset GENERIC
7 @page
8 @node Alpha-Dependent
9 @chapter Alpha Dependent Features
10 @end ifset
11
12 @ifclear GENERIC
13 @node Machine Dependencies
14 @chapter Alpha Dependent Features
15 @end ifclear
16
17 @cindex Alpha support
18 @menu
19 * Alpha Notes::                Notes
20 * Alpha Options::              Options
21 * Alpha Syntax::               Syntax
22 * Alpha Floating Point::       Floating Point
23 * Alpha Directives::           Alpha Machine Directives
24 * Alpha Opcodes::              Opcodes
25 @end menu
26
27 @node Alpha Notes
28 @section Notes
29 @cindex Alpha notes
30 @cindex notes for Alpha
31
32 The documentation here is primarily for the ELF object format.
33 @code{@value{AS}} also supports the ECOFF and EVAX formats, but
34 features specific to these formats are not yet documented.
35
36 @node Alpha Options
37 @section Options
38 @cindex Alpha options
39 @cindex options for Alpha
40
41 @c man begin OPTIONS
42 @table @gcctabopt
43 @cindex @code{-m@var{cpu}} command line option, Alpha
44 @item -m@var{cpu}
45 This option specifies the target processor.  If an attempt is made to
46 assemble an instruction which will not execute on the target processor,
47 the assembler may either expand the instruction as a macro or issue an
48 error message.  This option is equivalent to the @code{.arch} directive.
49
50 The following processor names are recognized:
51 @code{21064},
52 @code{21064a},
53 @code{21066},
54 @code{21068},
55 @code{21164},
56 @code{21164a},
57 @code{21164pc},
58 @code{21264},
59 @code{21264a},
60 @code{21264b},
61 @code{ev4},
62 @code{ev5},
63 @code{lca45},
64 @code{ev5},
65 @code{ev56},
66 @code{pca56},
67 @code{ev6},
68 @code{ev67},
69 @code{ev68}.
70 The special name @code{all} may be used to allow the assembler to accept
71 instructions valid for any Alpha processor.
72
73 In order to support existing practice in OSF/1 with respect to @code{.arch},
74 and existing practice within @command{MILO} (the Linux ARC bootloader), the
75 numbered processor names (e.g.@: 21064) enable the processor-specific PALcode
76 instructions, while the ``electro-vlasic'' names (e.g.@: @code{ev4}) do not.
77
78 @cindex @code{-mdebug} command line option, Alpha
79 @cindex @code{-no-mdebug} command line option, Alpha
80 @item -mdebug
81 @itemx -no-mdebug
82 Enables or disables the generation of @code{.mdebug} encapsulation for
83 stabs directives and procedure descriptors.  The default is to automatically
84 enable @code{.mdebug} when the first stabs directive is seen.
85
86 @cindex @code{-relax} command line option, Alpha
87 @item -relax
88 This option forces all relocations to be put into the object file, instead
89 of saving space and resolving some relocations at assembly time.  Note that
90 this option does not propagate all symbol arithmetic into the object file,
91 because not all symbol arithmetic can be represented.  However, the option
92 can still be useful in specific applications.
93
94 @cindex @code{-replace} command line option, Alpha
95 @cindex @code{-noreplace} command line option, Alpha
96 @item -replace
97 @itemx -noreplace
98 Enables or disables the optimization of procedure calls, both at assemblage
99 and at link time.  These options are only available for VMS targets and
100 @code{-replace} is the default.  See section 1.4.1 of the OpenVMS Linker
101 Utility Manual.
102
103 @cindex @code{-g} command line option, Alpha
104 @item -g
105 This option is used when the compiler generates debug information.  When
106 @command{gcc} is using @command{mips-tfile} to generate debug
107 information for ECOFF, local labels must be passed through to the object
108 file.  Otherwise this option has no effect.
109
110 @cindex @code{-G} command line option, Alpha
111 @item -G@var{size}
112 A local common symbol larger than @var{size} is placed in @code{.bss},
113 while smaller symbols are placed in @code{.sbss}.
114
115 @cindex @code{-F} command line option, Alpha
116 @cindex @code{-32addr} command line option, Alpha
117 @item -F
118 @itemx -32addr
119 These options are ignored for backward compatibility.
120 @end table
121 @c man end
122
123 @cindex Alpha Syntax
124 @node Alpha Syntax
125 @section Syntax
126 The assembler syntax closely follow the Alpha Reference Manual;
127 assembler directives and general syntax closely follow the OSF/1 and
128 OpenVMS syntax, with a few differences for ELF.
129
130 @menu
131 * Alpha-Chars::                Special Characters
132 * Alpha-Regs::                 Register Names
133 * Alpha-Relocs::               Relocations
134 @end menu
135
136 @node Alpha-Chars
137 @subsection Special Characters
138
139 @cindex line comment character, Alpha
140 @cindex Alpha line comment character
141 @samp{#} is the line comment character.  Note that if @samp{#} is the
142 first character on a line then it can also be a logical line number
143 directive (@pxref{Comments}) or a preprocessor control
144 command (@pxref{Preprocessing}).
145
146 @cindex line separator, Alpha
147 @cindex statement separator, Alpha
148 @cindex Alpha line separator
149 @samp{;} can be used instead of a newline to separate statements.
150
151 @node Alpha-Regs
152 @subsection Register Names
153 @cindex Alpha registers
154 @cindex register names, Alpha
155
156 The 32 integer registers are referred to as @samp{$@var{n}} or
157 @samp{$r@var{n}}.  In addition, registers 15, 28, 29, and 30 may
158 be referred to by the symbols @samp{$fp}, @samp{$at}, @samp{$gp},
159 and @samp{$sp} respectively.
160
161 The 32 floating-point registers are referred to as @samp{$f@var{n}}.
162
163 @node Alpha-Relocs
164 @subsection Relocations
165 @cindex Alpha relocations
166 @cindex relocations, Alpha
167
168 Some of these relocations are available for ECOFF, but mostly
169 only for ELF.  They are modeled after the relocation format
170 introduced in Digital Unix 4.0, but there are additions.
171
172 The format is @samp{!@var{tag}} or @samp{!@var{tag}!@var{number}}
173 where @var{tag} is the name of the relocation.  In some cases
174 @var{number} is used to relate specific instructions.
175
176 The relocation is placed at the end of the instruction like so:
177
178 @example
179 ldah  $0,a($29)    !gprelhigh
180 lda   $0,a($0)     !gprellow
181 ldq   $1,b($29)    !literal!100
182 ldl   $2,0($1)     !lituse_base!100
183 @end example
184
185 @table @code
186 @item !literal
187 @itemx !literal!@var{N}
188 Used with an @code{ldq} instruction to load the address of a symbol
189 from the GOT.
190
191 A sequence number @var{N} is optional, and if present is used to pair
192 @code{lituse} relocations with this @code{literal} relocation.  The
193 @code{lituse} relocations are used by the linker to optimize the code
194 based on the final location of the symbol.
195
196 Note that these optimizations are dependent on the data flow of the
197 program.  Therefore, if @emph{any} @code{lituse} is paired with a
198 @code{literal} relocation, then @emph{all} uses of the register set by
199 the @code{literal} instruction must also be marked with @code{lituse}
200 relocations.  This is because the original @code{literal} instruction
201 may be deleted or transformed into another instruction.
202
203 Also note that there may be a one-to-many relationship between
204 @code{literal} and @code{lituse}, but not a many-to-one.  That is, if
205 there are two code paths that load up the same address and feed the
206 value to a single use, then the use may not use a @code{lituse}
207 relocation.
208
209 @item !lituse_base!@var{N}
210 Used with any memory format instruction (e.g.@: @code{ldl}) to indicate
211 that the literal is used for an address load.  The offset field of the
212 instruction must be zero.  During relaxation, the code may be altered
213 to use a gp-relative load.
214
215 @item !lituse_jsr!@var{N}
216 Used with a register branch format instruction (e.g.@: @code{jsr}) to
217 indicate that the literal is used for a call.  During relaxation, the
218 code may be altered to use a direct branch (e.g.@: @code{bsr}).
219
220 @item !lituse_jsrdirect!@var{N}
221 Similar to @code{lituse_jsr}, but also that this call cannot be vectored
222 through a PLT entry.  This is useful for functions with special calling
223 conventions which do not allow the normal call-clobbered registers to be
224 clobbered.
225
226 @item !lituse_bytoff!@var{N}
227 Used with a byte mask instruction (e.g.@: @code{extbl}) to indicate
228 that only the low 3 bits of the address are relevant.  During relaxation,
229 the code may be altered to use an immediate instead of a register shift.
230
231 @item !lituse_addr!@var{N}
232 Used with any other instruction to indicate that the original address
233 is in fact used, and the original @code{ldq} instruction may not be
234 altered or deleted.  This is useful in conjunction with @code{lituse_jsr}
235 to test whether a weak symbol is defined.
236
237 @example
238 ldq  $27,foo($29)   !literal!1
239 beq  $27,is_undef   !lituse_addr!1
240 jsr  $26,($27),foo  !lituse_jsr!1
241 @end example
242
243 @item !lituse_tlsgd!@var{N}
244 Used with a register branch format instruction to indicate that the
245 literal is the call to @code{__tls_get_addr} used to compute the
246 address of the thread-local storage variable whose descriptor was
247 loaded with @code{!tlsgd!@var{N}}.
248
249 @item !lituse_tlsldm!@var{N}
250 Used with a register branch format instruction to indicate that the
251 literal is the call to @code{__tls_get_addr} used to compute the
252 address of the base of the thread-local storage block for the current
253 module.  The descriptor for the module must have been loaded with
254 @code{!tlsldm!@var{N}}.
255
256 @item !gpdisp!@var{N}
257 Used with @code{ldah} and @code{lda} to load the GP from the current
258 address, a-la the @code{ldgp} macro.  The source register for the
259 @code{ldah} instruction must contain the address of the @code{ldah}
260 instruction.  There must be exactly one @code{lda} instruction paired
261 with the @code{ldah} instruction, though it may appear anywhere in
262 the instruction stream.  The immediate operands must be zero.
263
264 @example
265 bsr  $26,foo
266 ldah $29,0($26)     !gpdisp!1
267 lda  $29,0($29)     !gpdisp!1
268 @end example
269
270 @item !gprelhigh
271 Used with an @code{ldah} instruction to add the high 16 bits of a
272 32-bit displacement from the GP.
273
274 @item !gprellow
275 Used with any memory format instruction to add the low 16 bits of a
276 32-bit displacement from the GP.
277
278 @item !gprel
279 Used with any memory format instruction to add a 16-bit displacement
280 from the GP.
281
282 @item !samegp
283 Used with any branch format instruction to skip the GP load at the
284 target address.  The referenced symbol must have the same GP as the
285 source object file, and it must be declared to either not use @code{$27}
286 or perform a standard GP load in the first two instructions via the
287 @code{.prologue} directive.
288
289 @item !tlsgd
290 @itemx !tlsgd!@var{N}
291 Used with an @code{lda} instruction to load the address of a TLS
292 descriptor for a symbol in the GOT.
293
294 The sequence number @var{N} is optional, and if present it used to
295 pair the descriptor load with both the @code{literal} loading the
296 address of the @code{__tls_get_addr} function and the @code{lituse_tlsgd}
297 marking the call to that function.
298
299 For proper relaxation, both the @code{tlsgd}, @code{literal} and
300 @code{lituse} relocations must be in the same extended basic block.
301 That is, the relocation with the lowest address must be executed
302 first at runtime.
303
304 @item !tlsldm
305 @itemx !tlsldm!@var{N}
306 Used with an @code{lda} instruction to load the address of a TLS
307 descriptor for the current module in the GOT.
308
309 Similar in other respects to @code{tlsgd}.
310
311 @item !gotdtprel
312 Used with an @code{ldq} instruction to load the offset of the TLS
313 symbol within its module's thread-local storage block.  Also known
314 as the dynamic thread pointer offset or dtp-relative offset.
315
316 @item !dtprelhi
317 @itemx !dtprello
318 @itemx !dtprel
319 Like @code{gprel} relocations except they compute dtp-relative offsets.
320
321 @item !gottprel
322 Used with an @code{ldq} instruction to load the offset of the TLS
323 symbol from the thread pointer.  Also known as the tp-relative offset.
324
325 @item !tprelhi
326 @itemx !tprello
327 @itemx !tprel
328 Like @code{gprel} relocations except they compute tp-relative offsets.
329 @end table
330
331 @node Alpha Floating Point
332 @section Floating Point
333 @cindex floating point, Alpha (@sc{ieee})
334 @cindex Alpha floating point (@sc{ieee})
335 The Alpha family uses both @sc{ieee} and VAX floating-point numbers.
336
337 @node Alpha Directives
338 @section Alpha Assembler Directives
339
340 @command{@value{AS}} for the Alpha supports many additional directives for
341 compatibility with the native assembler.  This section describes them only
342 briefly.
343
344 @cindex Alpha-only directives
345 These are the additional directives in @code{@value{AS}} for the Alpha:
346
347 @table @code
348 @item .arch @var{cpu}
349 Specifies the target processor.  This is equivalent to the
350 @option{-m@var{cpu}} command-line option.  @xref{Alpha Options, Options},
351 for a list of values for @var{cpu}.
352
353 @item .ent @var{function}[, @var{n}]
354 Mark the beginning of @var{function}.  An optional number may follow for
355 compatibility with the OSF/1 assembler, but is ignored.  When generating
356 @code{.mdebug} information, this will create a procedure descriptor for
357 the function.  In ELF, it will mark the symbol as a function a-la the
358 generic @code{.type} directive.
359
360 @item .end @var{function}
361 Mark the end of @var{function}.  In ELF, it will set the size of the symbol
362 a-la the generic @code{.size} directive.
363
364 @item .mask @var{mask}, @var{offset}
365 Indicate which of the integer registers are saved in the current
366 function's stack frame.  @var{mask} is interpreted a bit mask in which
367 bit @var{n} set indicates that register @var{n} is saved.  The registers
368 are saved in a block located @var{offset} bytes from the @dfn{canonical
369 frame address} (CFA) which is the value of the stack pointer on entry to
370 the function.  The registers are saved sequentially, except that the
371 return address register (normally @code{$26}) is saved first.
372
373 This and the other directives that describe the stack frame are
374 currently only used when generating @code{.mdebug} information.  They
375 may in the future be used to generate DWARF2 @code{.debug_frame} unwind
376 information for hand written assembly.
377
378 @item .fmask @var{mask}, @var{offset}
379 Indicate which of the floating-point registers are saved in the current
380 stack frame.  The @var{mask} and @var{offset} parameters are interpreted
381 as with @code{.mask}.
382
383 @item .frame @var{framereg}, @var{frameoffset}, @var{retreg}[, @var{argoffset}]
384 Describes the shape of the stack frame.  The frame pointer in use is
385 @var{framereg}; normally this is either @code{$fp} or @code{$sp}.  The
386 frame pointer is @var{frameoffset} bytes below the CFA.  The return
387 address is initially located in @var{retreg} until it is saved as
388 indicated in @code{.mask}.  For compatibility with OSF/1 an optional
389 @var{argoffset} parameter is accepted and ignored.  It is believed to
390 indicate the offset from the CFA to the saved argument registers.
391
392 @item .prologue @var{n}
393 Indicate that the stack frame is set up and all registers have been
394 spilled.  The argument @var{n} indicates whether and how the function
395 uses the incoming @dfn{procedure vector} (the address of the called
396 function) in @code{$27}.  0 indicates that @code{$27} is not used; 1
397 indicates that the first two instructions of the function use @code{$27}
398 to perform a load of the GP register; 2 indicates that @code{$27} is
399 used in some non-standard way and so the linker cannot elide the load of
400 the procedure vector during relaxation.
401
402 @item .usepv @var{function}, @var{which}
403 Used to indicate the use of the @code{$27} register, similar to
404 @code{.prologue}, but without the other semantics of needing to
405 be inside an open @code{.ent}/@code{.end} block.
406
407 The @var{which} argument should be either @code{no}, indicating that
408 @code{$27} is not used, or @code{std}, indicating that the first two
409 instructions of the function perform a GP load.
410
411 One might use this directive instead of @code{.prologue} if you are
412 also using dwarf2 CFI directives.
413
414 @item .gprel32 @var{expression}
415 Computes the difference between the address in @var{expression} and the
416 GP for the current object file, and stores it in 4 bytes.  In addition
417 to being smaller than a full 8 byte address, this also does not require
418 a dynamic relocation when used in a shared library.
419
420 @item .t_floating @var{expression}
421 Stores @var{expression} as an @sc{ieee} double precision value.
422
423 @item .s_floating @var{expression}
424 Stores @var{expression} as an @sc{ieee} single precision value.
425
426 @item .f_floating @var{expression}
427 Stores @var{expression} as a VAX F format value.
428
429 @item .g_floating @var{expression}
430 Stores @var{expression} as a VAX G format value.
431
432 @item .d_floating @var{expression}
433 Stores @var{expression} as a VAX D format value.
434
435 @item .set @var{feature}
436 Enables or disables various assembler features.  Using the positive
437 name of the feature enables while using @samp{no@var{feature}} disables.
438
439 @table @code
440 @item at
441 Indicates that macro expansions may clobber the @dfn{assembler
442 temporary} (@code{$at} or @code{$28}) register.  Some macros may not be
443 expanded without this and will generate an error message if @code{noat}
444 is in effect.  When @code{at} is in effect, a warning will be generated
445 if @code{$at} is used by the programmer.
446
447 @item macro
448 Enables the expansion of macro instructions.  Note that variants of real
449 instructions, such as @code{br label} vs @code{br $31,label} are
450 considered alternate forms and not macros.
451
452 @item move
453 @itemx reorder
454 @itemx volatile
455 These control whether and how the assembler may re-order instructions.
456 Accepted for compatibility with the OSF/1 assembler, but @command{@value{AS}}
457 does not do instruction scheduling, so these features are ignored.
458 @end table
459 @end table
460
461 The following directives are recognized for compatibility with the OSF/1
462 assembler but are ignored.
463
464 @example
465 .proc           .aproc
466 .reguse         .livereg
467 .option         .aent
468 .ugen           .eflag
469 .alias          .noalias
470 @end example
471
472 @node Alpha Opcodes
473 @section Opcodes
474 For detailed information on the Alpha machine instruction set, see the
475 @c Attempt to work around a very overfull hbox.
476 @iftex
477 Alpha Architecture Handbook located at
478 @smallfonts
479 @example
480 ftp://ftp.digital.com/pub/Digital/info/semiconductor/literature/alphaahb.pdf
481 @end example
482 @textfonts
483 @end iftex
484 @ifnottex
485 @uref{ftp://ftp.digital.com/pub/Digital/info/semiconductor/literature/alphaahb.pdf,Alpha Architecture Handbook}.
486 @end ifnottex