Revert "binutils 2.22: Add READMEs and local modifications"
[dragonfly.git] / contrib / binutils-2.22 / 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, 2011
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 @c man end
7
8 @ifset GENERIC
9 @page
10 @node i386-Dependent
11 @chapter 80386 Dependent Features
12 @end ifset
13 @ifclear GENERIC
14 @node Machine Dependencies
15 @chapter 80386 Dependent Features
16 @end ifclear
17
18 @cindex i386 support
19 @cindex i80386 support
20 @cindex x86-64 support
21
22 The i386 version @code{@value{AS}} supports both the original Intel 386
23 architecture in both 16 and 32-bit mode as well as AMD x86-64 architecture
24 extending the Intel architecture to 64-bits.
25
26 @menu
27 * i386-Options::                Options
28 * i386-Directives::             X86 specific directives
29 * i386-Syntax::                 Syntactical considerations
30 * i386-Mnemonics::              Instruction Naming
31 * i386-Regs::                   Register Naming
32 * i386-Prefixes::               Instruction Prefixes
33 * i386-Memory::                 Memory References
34 * i386-Jumps::                  Handling of Jump Instructions
35 * i386-Float::                  Floating Point
36 * i386-SIMD::                   Intel's MMX and AMD's 3DNow! SIMD Operations
37 * i386-LWP::                    AMD's Lightweight Profiling Instructions
38 * i386-BMI::                    Bit Manipulation Instruction
39 * i386-TBM::                    AMD's Trailing Bit Manipulation Instructions
40 * i386-16bit::                  Writing 16-bit Code
41 * i386-Arch::                   Specifying an x86 CPU architecture
42 * i386-Bugs::                   AT&T Syntax bugs
43 * i386-Notes::                  Notes
44 @end menu
45
46 @node i386-Options
47 @section Options
48
49 @cindex options for i386
50 @cindex options for x86-64
51 @cindex i386 options
52 @cindex x86-64 options 
53
54 The i386 version of @code{@value{AS}} has a few machine
55 dependent options:
56
57 @c man begin OPTIONS
58 @table @gcctabopt
59 @cindex @samp{--32} option, i386
60 @cindex @samp{--32} option, x86-64
61 @cindex @samp{--x32} option, i386
62 @cindex @samp{--x32} option, x86-64
63 @cindex @samp{--64} option, i386
64 @cindex @samp{--64} option, x86-64
65 @item --32 | --x32 | --64
66 Select the word size, either 32 bits or 64 bits.  @samp{--32}
67 implies Intel i386 architecture, while @samp{--x32} and @samp{--64}
68 imply AMD x86-64 architecture with 32-bit or 64-bit word-size
69 respectively.
70
71 These options are only available with the ELF object file format, and
72 require that the necessary BFD support has been included (on a 32-bit
73 platform you have to add --enable-64-bit-bfd to configure enable 64-bit
74 usage and use x86-64 as target platform).
75
76 @item -n
77 By default, x86 GAS replaces multiple nop instructions used for
78 alignment within code sections with multi-byte nop instructions such
79 as leal 0(%esi,1),%esi.  This switch disables the optimization.
80
81 @cindex @samp{--divide} option, i386
82 @item --divide
83 On SVR4-derived platforms, the character @samp{/} is treated as a comment
84 character, which means that it cannot be used in expressions.  The
85 @samp{--divide} option turns @samp{/} into a normal character.  This does
86 not disable @samp{/} at the beginning of a line starting a comment, or
87 affect using @samp{#} for starting a comment.
88
89 @cindex @samp{-march=} option, i386
90 @cindex @samp{-march=} option, x86-64
91 @item -march=@var{CPU}[+@var{EXTENSION}@dots{}]
92 This option specifies the target processor.  The assembler will
93 issue an error message if an attempt is made to assemble an instruction
94 which will not execute on the target processor.  The following
95 processor names are recognized: 
96 @code{i8086},
97 @code{i186},
98 @code{i286},
99 @code{i386},
100 @code{i486},
101 @code{i586},
102 @code{i686},
103 @code{pentium},
104 @code{pentiumpro},
105 @code{pentiumii},
106 @code{pentiumiii},
107 @code{pentium4},
108 @code{prescott},
109 @code{nocona},
110 @code{core},
111 @code{core2},
112 @code{corei7},
113 @code{l1om},
114 @code{k1om},
115 @code{k6},
116 @code{k6_2},
117 @code{athlon},
118 @code{opteron},
119 @code{k8},
120 @code{amdfam10},
121 @code{bdver1},
122 @code{bdver2},
123 @code{generic32} and
124 @code{generic64}.
125
126 In addition to the basic instruction set, the assembler can be told to 
127 accept various extension mnemonics.  For example,
128 @code{-march=i686+sse4+vmx} extends @var{i686} with @var{sse4} and
129 @var{vmx}.  The following extensions are currently supported:
130 @code{8087},
131 @code{287},
132 @code{387},
133 @code{no87},
134 @code{mmx},
135 @code{nommx},
136 @code{sse},
137 @code{sse2},
138 @code{sse3},
139 @code{ssse3},
140 @code{sse4.1},
141 @code{sse4.2},
142 @code{sse4},
143 @code{nosse},
144 @code{avx},
145 @code{avx2},
146 @code{noavx},
147 @code{vmx},
148 @code{smx},
149 @code{xsave},
150 @code{xsaveopt},
151 @code{aes},
152 @code{pclmul},
153 @code{fsgsbase},
154 @code{rdrnd},
155 @code{f16c},
156 @code{bmi2},
157 @code{fma},
158 @code{movbe},
159 @code{ept},
160 @code{lzcnt},
161 @code{invpcid},
162 @code{clflush},
163 @code{lwp},
164 @code{fma4},
165 @code{xop},
166 @code{syscall},
167 @code{rdtscp},
168 @code{3dnow},
169 @code{3dnowa},
170 @code{sse4a},
171 @code{sse5},
172 @code{svme},
173 @code{abm} and
174 @code{padlock}.
175 Note that rather than extending a basic instruction set, the extension
176 mnemonics starting with @code{no} revoke the respective functionality.
177
178 When the @code{.arch} directive is used with @option{-march}, the
179 @code{.arch} directive will take precedent.
180
181 @cindex @samp{-mtune=} option, i386
182 @cindex @samp{-mtune=} option, x86-64
183 @item -mtune=@var{CPU}
184 This option specifies a processor to optimize for. When used in
185 conjunction with the @option{-march} option, only instructions
186 of the processor specified by the @option{-march} option will be
187 generated.
188
189 Valid @var{CPU} values are identical to the processor list of
190 @option{-march=@var{CPU}}.
191
192 @cindex @samp{-msse2avx} option, i386
193 @cindex @samp{-msse2avx} option, x86-64
194 @item -msse2avx
195 This option specifies that the assembler should encode SSE instructions
196 with VEX prefix.
197
198 @cindex @samp{-msse-check=} option, i386
199 @cindex @samp{-msse-check=} option, x86-64
200 @item -msse-check=@var{none}
201 @itemx -msse-check=@var{warning}
202 @itemx -msse-check=@var{error}
203 These options control if the assembler should check SSE intructions.
204 @option{-msse-check=@var{none}} will make the assembler not to check SSE
205 instructions,  which is the default.  @option{-msse-check=@var{warning}}
206 will make the assembler issue a warning for any SSE intruction.
207 @option{-msse-check=@var{error}} will make the assembler issue an error
208 for any SSE intruction.
209
210 @cindex @samp{-mavxscalar=} option, i386
211 @cindex @samp{-mavxscalar=} option, x86-64
212 @item -mavxscalar=@var{128}
213 @itemx -mavxscalar=@var{256}
214 These options control how the assembler should encode scalar AVX
215 instructions.  @option{-mavxscalar=@var{128}} will encode scalar
216 AVX instructions with 128bit vector length, which is the default.
217 @option{-mavxscalar=@var{256}} will encode scalar AVX instructions
218 with 256bit vector length.
219
220 @cindex @samp{-mmnemonic=} option, i386
221 @cindex @samp{-mmnemonic=} option, x86-64
222 @item -mmnemonic=@var{att}
223 @itemx -mmnemonic=@var{intel}
224 This option specifies instruction mnemonic for matching instructions. 
225 The @code{.att_mnemonic} and @code{.intel_mnemonic} directives will
226 take precedent.
227
228 @cindex @samp{-msyntax=} option, i386
229 @cindex @samp{-msyntax=} option, x86-64
230 @item -msyntax=@var{att}
231 @itemx -msyntax=@var{intel}
232 This option specifies instruction syntax when processing instructions. 
233 The @code{.att_syntax} and @code{.intel_syntax} directives will
234 take precedent.
235
236 @cindex @samp{-mnaked-reg} option, i386
237 @cindex @samp{-mnaked-reg} option, x86-64
238 @item -mnaked-reg
239 This opetion specifies that registers don't require a @samp{%} prefix.
240 The @code{.att_syntax} and @code{.intel_syntax} directives will take precedent.
241
242 @end table
243 @c man end
244
245 @node i386-Directives
246 @section x86 specific Directives
247
248 @cindex machine directives, x86
249 @cindex x86 machine directives
250 @table @code
251
252 @cindex @code{lcomm} directive, COFF
253 @item .lcomm @var{symbol} , @var{length}[, @var{alignment}]
254 Reserve @var{length} (an absolute expression) bytes for a local common
255 denoted by @var{symbol}.  The section and value of @var{symbol} are
256 those of the new local common.  The addresses are allocated in the bss
257 section, so that at run-time the bytes start off zeroed.  Since
258 @var{symbol} is not declared global, it is normally not visible to
259 @code{@value{LD}}.  The optional third parameter, @var{alignment},
260 specifies the desired alignment of the symbol in the bss section.
261
262 This directive is only available for COFF based x86 targets.
263
264 @c FIXME: Document other x86 specific directives ?  Eg: .code16gcc,
265 @c .largecomm
266
267 @end table
268
269 @node i386-Syntax
270 @section i386 Syntactical Considerations
271 @menu
272 * i386-Variations::           AT&T Syntax versus Intel Syntax
273 * i386-Chars::                Special Characters
274 @end menu
275
276 @node i386-Variations
277 @subsection AT&T Syntax versus Intel Syntax
278
279 @cindex i386 intel_syntax pseudo op
280 @cindex intel_syntax pseudo op, i386
281 @cindex i386 att_syntax pseudo op
282 @cindex att_syntax pseudo op, i386
283 @cindex i386 syntax compatibility
284 @cindex syntax compatibility, i386
285 @cindex x86-64 intel_syntax pseudo op
286 @cindex intel_syntax pseudo op, x86-64
287 @cindex x86-64 att_syntax pseudo op
288 @cindex att_syntax pseudo op, x86-64
289 @cindex x86-64 syntax compatibility
290 @cindex syntax compatibility, x86-64
291
292 @code{@value{AS}} now supports assembly using Intel assembler syntax.
293 @code{.intel_syntax} selects Intel mode, and @code{.att_syntax} switches
294 back to the usual AT&T mode for compatibility with the output of
295 @code{@value{GCC}}.  Either of these directives may have an optional
296 argument, @code{prefix}, or @code{noprefix} specifying whether registers
297 require a @samp{%} prefix.  AT&T System V/386 assembler syntax is quite
298 different from Intel syntax.  We mention these differences because
299 almost all 80386 documents use Intel syntax.  Notable differences
300 between the two syntaxes are:
301
302 @cindex immediate operands, i386
303 @cindex i386 immediate operands
304 @cindex register operands, i386
305 @cindex i386 register operands
306 @cindex jump/call operands, i386
307 @cindex i386 jump/call operands
308 @cindex operand delimiters, i386
309
310 @cindex immediate operands, x86-64
311 @cindex x86-64 immediate operands
312 @cindex register operands, x86-64
313 @cindex x86-64 register operands
314 @cindex jump/call operands, x86-64
315 @cindex x86-64 jump/call operands
316 @cindex operand delimiters, x86-64
317 @itemize @bullet
318 @item
319 AT&T immediate operands are preceded by @samp{$}; Intel immediate
320 operands are undelimited (Intel @samp{push 4} is AT&T @samp{pushl $4}).
321 AT&T register operands are preceded by @samp{%}; Intel register operands
322 are undelimited.  AT&T absolute (as opposed to PC relative) jump/call
323 operands are prefixed by @samp{*}; they are undelimited in Intel syntax.
324
325 @cindex i386 source, destination operands
326 @cindex source, destination operands; i386
327 @cindex x86-64 source, destination operands
328 @cindex source, destination operands; x86-64
329 @item
330 AT&T and Intel syntax use the opposite order for source and destination
331 operands.  Intel @samp{add eax, 4} is @samp{addl $4, %eax}.  The
332 @samp{source, dest} convention is maintained for compatibility with
333 previous Unix assemblers.  Note that @samp{bound}, @samp{invlpga}, and
334 instructions with 2 immediate operands, such as the @samp{enter}
335 instruction, do @emph{not} have reversed order.  @ref{i386-Bugs}.
336
337 @cindex mnemonic suffixes, i386
338 @cindex sizes operands, i386
339 @cindex i386 size suffixes
340 @cindex mnemonic suffixes, x86-64
341 @cindex sizes operands, x86-64
342 @cindex x86-64 size suffixes
343 @item
344 In AT&T syntax the size of memory operands is determined from the last
345 character of the instruction mnemonic.  Mnemonic suffixes of @samp{b},
346 @samp{w}, @samp{l} and @samp{q} specify byte (8-bit), word (16-bit), long
347 (32-bit) and quadruple word (64-bit) memory references.  Intel syntax accomplishes
348 this by prefixing memory operands (@emph{not} the instruction mnemonics) with
349 @samp{byte ptr}, @samp{word ptr}, @samp{dword ptr} and @samp{qword ptr}.  Thus,
350 Intel @samp{mov al, byte ptr @var{foo}} is @samp{movb @var{foo}, %al} in AT&T
351 syntax.
352
353 In 64-bit code, @samp{movabs} can be used to encode the @samp{mov}
354 instruction with the 64-bit displacement or immediate operand.
355
356 @cindex return instructions, i386
357 @cindex i386 jump, call, return
358 @cindex return instructions, x86-64
359 @cindex x86-64 jump, call, return
360 @item
361 Immediate form long jumps and calls are
362 @samp{lcall/ljmp $@var{section}, $@var{offset}} in AT&T syntax; the
363 Intel syntax is
364 @samp{call/jmp far @var{section}:@var{offset}}.  Also, the far return
365 instruction
366 is @samp{lret $@var{stack-adjust}} in AT&T syntax; Intel syntax is
367 @samp{ret far @var{stack-adjust}}.
368
369 @cindex sections, i386
370 @cindex i386 sections
371 @cindex sections, x86-64
372 @cindex x86-64 sections
373 @item
374 The AT&T assembler does not provide support for multiple section
375 programs.  Unix style systems expect all programs to be single sections.
376 @end itemize
377
378 @node i386-Chars
379 @subsection Special Characters
380
381 @cindex line comment character, i386
382 @cindex i386 line comment character
383 The presence of a @samp{#} appearing anywhere on a line indicates the
384 start of a comment that extends to the end of that line.
385
386 If a @samp{#} appears as the first character of a line then the whole
387 line is treated as a comment, but in this case the line can also be a
388 logical line number directive (@pxref{Comments}) or a preprocessor
389 control command (@pxref{Preprocessing}).
390
391 If the @option{--divide} command line option has not been specified
392 then the @samp{/} character appearing anywhere on a line also
393 introduces a line comment.
394
395 @cindex line separator, i386
396 @cindex statement separator, i386
397 @cindex i386 line separator
398 The @samp{;} character can be used to separate statements on the same
399 line.
400
401 @node i386-Mnemonics
402 @section Instruction Naming
403
404 @cindex i386 instruction naming
405 @cindex instruction naming, i386
406 @cindex x86-64 instruction naming
407 @cindex instruction naming, x86-64
408
409 Instruction mnemonics are suffixed with one character modifiers which
410 specify the size of operands.  The letters @samp{b}, @samp{w}, @samp{l}
411 and @samp{q} specify byte, word, long and quadruple word operands.  If
412 no suffix is specified by an instruction then @code{@value{AS}} tries to
413 fill in the missing suffix based on the destination register operand
414 (the last one by convention).  Thus, @samp{mov %ax, %bx} is equivalent
415 to @samp{movw %ax, %bx}; also, @samp{mov $1, %bx} is equivalent to
416 @samp{movw $1, bx}.  Note that this is incompatible with the AT&T Unix
417 assembler which assumes that a missing mnemonic suffix implies long
418 operand size.  (This incompatibility does not affect compiler output
419 since compilers always explicitly specify the mnemonic suffix.)
420
421 Almost all instructions have the same names in AT&T and Intel format.
422 There are a few exceptions.  The sign extend and zero extend
423 instructions need two sizes to specify them.  They need a size to
424 sign/zero extend @emph{from} and a size to zero extend @emph{to}.  This
425 is accomplished by using two instruction mnemonic suffixes in AT&T
426 syntax.  Base names for sign extend and zero extend are
427 @samp{movs@dots{}} and @samp{movz@dots{}} in AT&T syntax (@samp{movsx}
428 and @samp{movzx} in Intel syntax).  The instruction mnemonic suffixes
429 are tacked on to this base name, the @emph{from} suffix before the
430 @emph{to} suffix.  Thus, @samp{movsbl %al, %edx} is AT&T syntax for
431 ``move sign extend @emph{from} %al @emph{to} %edx.''  Possible suffixes,
432 thus, are @samp{bl} (from byte to long), @samp{bw} (from byte to word),
433 @samp{wl} (from word to long), @samp{bq} (from byte to quadruple word),
434 @samp{wq} (from word to quadruple word), and @samp{lq} (from long to
435 quadruple word).
436
437 @cindex encoding options, i386
438 @cindex encoding options, x86-64
439
440 Different encoding options can be specified via optional mnemonic
441 suffix.  @samp{.s} suffix swaps 2 register operands in encoding when
442 moving from one register to another.  @samp{.d32} suffix forces 32bit
443 displacement in encoding.
444
445 @cindex conversion instructions, i386
446 @cindex i386 conversion instructions
447 @cindex conversion instructions, x86-64
448 @cindex x86-64 conversion instructions
449 The Intel-syntax conversion instructions
450
451 @itemize @bullet
452 @item
453 @samp{cbw} --- sign-extend byte in @samp{%al} to word in @samp{%ax},
454
455 @item
456 @samp{cwde} --- sign-extend word in @samp{%ax} to long in @samp{%eax},
457
458 @item
459 @samp{cwd} --- sign-extend word in @samp{%ax} to long in @samp{%dx:%ax},
460
461 @item
462 @samp{cdq} --- sign-extend dword in @samp{%eax} to quad in @samp{%edx:%eax},
463
464 @item
465 @samp{cdqe} --- sign-extend dword in @samp{%eax} to quad in @samp{%rax}
466 (x86-64 only),
467
468 @item
469 @samp{cqo} --- sign-extend quad in @samp{%rax} to octuple in
470 @samp{%rdx:%rax} (x86-64 only),
471 @end itemize
472
473 @noindent
474 are called @samp{cbtw}, @samp{cwtl}, @samp{cwtd}, @samp{cltd}, @samp{cltq}, and
475 @samp{cqto} in AT&T naming.  @code{@value{AS}} accepts either naming for these
476 instructions.
477
478 @cindex jump instructions, i386
479 @cindex call instructions, i386
480 @cindex jump instructions, x86-64
481 @cindex call instructions, x86-64
482 Far call/jump instructions are @samp{lcall} and @samp{ljmp} in
483 AT&T syntax, but are @samp{call far} and @samp{jump far} in Intel
484 convention.
485
486 @section AT&T Mnemonic versus Intel Mnemonic
487
488 @cindex i386 mnemonic compatibility
489 @cindex mnemonic compatibility, i386
490
491 @code{@value{AS}} supports assembly using Intel mnemonic.
492 @code{.intel_mnemonic} selects Intel mnemonic with Intel syntax, and
493 @code{.att_mnemonic} switches back to the usual AT&T mnemonic with AT&T
494 syntax for compatibility with the output of @code{@value{GCC}}.
495 Several x87 instructions, @samp{fadd}, @samp{fdiv}, @samp{fdivp},
496 @samp{fdivr}, @samp{fdivrp}, @samp{fmul}, @samp{fsub}, @samp{fsubp},
497 @samp{fsubr} and @samp{fsubrp},  are implemented in AT&T System V/386
498 assembler with different mnemonics from those in Intel IA32 specification.
499 @code{@value{GCC}} generates those instructions with AT&T mnemonic.
500
501 @node i386-Regs
502 @section Register Naming
503
504 @cindex i386 registers
505 @cindex registers, i386
506 @cindex x86-64 registers
507 @cindex registers, x86-64
508 Register operands are always prefixed with @samp{%}.  The 80386 registers
509 consist of
510
511 @itemize @bullet
512 @item
513 the 8 32-bit registers @samp{%eax} (the accumulator), @samp{%ebx},
514 @samp{%ecx}, @samp{%edx}, @samp{%edi}, @samp{%esi}, @samp{%ebp} (the
515 frame pointer), and @samp{%esp} (the stack pointer).
516
517 @item
518 the 8 16-bit low-ends of these: @samp{%ax}, @samp{%bx}, @samp{%cx},
519 @samp{%dx}, @samp{%di}, @samp{%si}, @samp{%bp}, and @samp{%sp}.
520
521 @item
522 the 8 8-bit registers: @samp{%ah}, @samp{%al}, @samp{%bh},
523 @samp{%bl}, @samp{%ch}, @samp{%cl}, @samp{%dh}, and @samp{%dl} (These
524 are the high-bytes and low-bytes of @samp{%ax}, @samp{%bx},
525 @samp{%cx}, and @samp{%dx})
526
527 @item
528 the 6 section registers @samp{%cs} (code section), @samp{%ds}
529 (data section), @samp{%ss} (stack section), @samp{%es}, @samp{%fs},
530 and @samp{%gs}.
531
532 @item
533 the 3 processor control registers @samp{%cr0}, @samp{%cr2}, and
534 @samp{%cr3}.
535
536 @item
537 the 6 debug registers @samp{%db0}, @samp{%db1}, @samp{%db2},
538 @samp{%db3}, @samp{%db6}, and @samp{%db7}.
539
540 @item
541 the 2 test registers @samp{%tr6} and @samp{%tr7}.
542
543 @item
544 the 8 floating point register stack @samp{%st} or equivalently
545 @samp{%st(0)}, @samp{%st(1)}, @samp{%st(2)}, @samp{%st(3)},
546 @samp{%st(4)}, @samp{%st(5)}, @samp{%st(6)}, and @samp{%st(7)}.
547 These registers are overloaded by 8 MMX registers @samp{%mm0},
548 @samp{%mm1}, @samp{%mm2}, @samp{%mm3}, @samp{%mm4}, @samp{%mm5},
549 @samp{%mm6} and @samp{%mm7}.
550
551 @item
552 the 8 SSE registers registers @samp{%xmm0}, @samp{%xmm1}, @samp{%xmm2},
553 @samp{%xmm3}, @samp{%xmm4}, @samp{%xmm5}, @samp{%xmm6} and @samp{%xmm7}.
554 @end itemize
555
556 The AMD x86-64 architecture extends the register set by:
557
558 @itemize @bullet
559 @item
560 enhancing the 8 32-bit registers to 64-bit: @samp{%rax} (the
561 accumulator), @samp{%rbx}, @samp{%rcx}, @samp{%rdx}, @samp{%rdi},
562 @samp{%rsi}, @samp{%rbp} (the frame pointer), @samp{%rsp} (the stack
563 pointer)
564
565 @item
566 the 8 extended registers @samp{%r8}--@samp{%r15}.
567
568 @item
569 the 8 32-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8d}--@samp{%r15d}
570
571 @item
572 the 8 16-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8w}--@samp{%r15w}
573
574 @item
575 the 8 8-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8b}--@samp{%r15b}
576
577 @item
578 the 4 8-bit registers: @samp{%sil}, @samp{%dil}, @samp{%bpl}, @samp{%spl}.
579
580 @item
581 the 8 debug registers: @samp{%db8}--@samp{%db15}.
582
583 @item
584 the 8 SSE registers: @samp{%xmm8}--@samp{%xmm15}.
585 @end itemize
586
587 @node i386-Prefixes
588 @section Instruction Prefixes
589
590 @cindex i386 instruction prefixes
591 @cindex instruction prefixes, i386
592 @cindex prefixes, i386
593 Instruction prefixes are used to modify the following instruction.  They
594 are used to repeat string instructions, to provide section overrides, to
595 perform bus lock operations, and to change operand and address sizes.
596 (Most instructions that normally operate on 32-bit operands will use
597 16-bit operands if the instruction has an ``operand size'' prefix.)
598 Instruction prefixes are best written on the same line as the instruction
599 they act upon. For example, the @samp{scas} (scan string) instruction is
600 repeated with:
601
602 @smallexample
603         repne scas %es:(%edi),%al
604 @end smallexample
605
606 You may also place prefixes on the lines immediately preceding the
607 instruction, but this circumvents checks that @code{@value{AS}} does
608 with prefixes, and will not work with all prefixes.
609
610 Here is a list of instruction prefixes:
611
612 @cindex section override prefixes, i386
613 @itemize @bullet
614 @item
615 Section override prefixes @samp{cs}, @samp{ds}, @samp{ss}, @samp{es},
616 @samp{fs}, @samp{gs}.  These are automatically added by specifying
617 using the @var{section}:@var{memory-operand} form for memory references.
618
619 @cindex size prefixes, i386
620 @item
621 Operand/Address size prefixes @samp{data16} and @samp{addr16}
622 change 32-bit operands/addresses into 16-bit operands/addresses,
623 while @samp{data32} and @samp{addr32} change 16-bit ones (in a
624 @code{.code16} section) into 32-bit operands/addresses.  These prefixes
625 @emph{must} appear on the same line of code as the instruction they
626 modify. For example, in a 16-bit @code{.code16} section, you might
627 write:
628
629 @smallexample
630         addr32 jmpl *(%ebx)
631 @end smallexample
632
633 @cindex bus lock prefixes, i386
634 @cindex inhibiting interrupts, i386
635 @item
636 The bus lock prefix @samp{lock} inhibits interrupts during execution of
637 the instruction it precedes.  (This is only valid with certain
638 instructions; see a 80386 manual for details).
639
640 @cindex coprocessor wait, i386
641 @item
642 The wait for coprocessor prefix @samp{wait} waits for the coprocessor to
643 complete the current instruction.  This should never be needed for the
644 80386/80387 combination.
645
646 @cindex repeat prefixes, i386
647 @item
648 The @samp{rep}, @samp{repe}, and @samp{repne} prefixes are added
649 to string instructions to make them repeat @samp{%ecx} times (@samp{%cx}
650 times if the current address size is 16-bits).
651 @cindex REX prefixes, i386
652 @item
653 The @samp{rex} family of prefixes is used by x86-64 to encode
654 extensions to i386 instruction set.  The @samp{rex} prefix has four
655 bits --- an operand size overwrite (@code{64}) used to change operand size
656 from 32-bit to 64-bit and X, Y and Z extensions bits used to extend the
657 register set.
658
659 You may write the @samp{rex} prefixes directly. The @samp{rex64xyz}
660 instruction emits @samp{rex} prefix with all the bits set.  By omitting
661 the @code{64}, @code{x}, @code{y} or @code{z} you may write other
662 prefixes as well.  Normally, there is no need to write the prefixes
663 explicitly, since gas will automatically generate them based on the
664 instruction operands.
665 @end itemize
666
667 @node i386-Memory
668 @section Memory References
669
670 @cindex i386 memory references
671 @cindex memory references, i386
672 @cindex x86-64 memory references
673 @cindex memory references, x86-64
674 An Intel syntax indirect memory reference of the form
675
676 @smallexample
677 @var{section}:[@var{base} + @var{index}*@var{scale} + @var{disp}]
678 @end smallexample
679
680 @noindent
681 is translated into the AT&T syntax
682
683 @smallexample
684 @var{section}:@var{disp}(@var{base}, @var{index}, @var{scale})
685 @end smallexample
686
687 @noindent
688 where @var{base} and @var{index} are the optional 32-bit base and
689 index registers, @var{disp} is the optional displacement, and
690 @var{scale}, taking the values 1, 2, 4, and 8, multiplies @var{index}
691 to calculate the address of the operand.  If no @var{scale} is
692 specified, @var{scale} is taken to be 1.  @var{section} specifies the
693 optional section register for the memory operand, and may override the
694 default section register (see a 80386 manual for section register
695 defaults). Note that section overrides in AT&T syntax @emph{must}
696 be preceded by a @samp{%}.  If you specify a section override which
697 coincides with the default section register, @code{@value{AS}} does @emph{not}
698 output any section register override prefixes to assemble the given
699 instruction.  Thus, section overrides can be specified to emphasize which
700 section register is used for a given memory operand.
701
702 Here are some examples of Intel and AT&T style memory references:
703
704 @table @asis
705 @item AT&T: @samp{-4(%ebp)}, Intel:  @samp{[ebp - 4]}
706 @var{base} is @samp{%ebp}; @var{disp} is @samp{-4}. @var{section} is
707 missing, and the default section is used (@samp{%ss} for addressing with
708 @samp{%ebp} as the base register).  @var{index}, @var{scale} are both missing.
709
710 @item AT&T: @samp{foo(,%eax,4)}, Intel: @samp{[foo + eax*4]}
711 @var{index} is @samp{%eax} (scaled by a @var{scale} 4); @var{disp} is
712 @samp{foo}.  All other fields are missing.  The section register here
713 defaults to @samp{%ds}.
714
715 @item AT&T: @samp{foo(,1)}; Intel @samp{[foo]}
716 This uses the value pointed to by @samp{foo} as a memory operand.
717 Note that @var{base} and @var{index} are both missing, but there is only
718 @emph{one} @samp{,}.  This is a syntactic exception.
719
720 @item AT&T: @samp{%gs:foo}; Intel @samp{gs:foo}
721 This selects the contents of the variable @samp{foo} with section
722 register @var{section} being @samp{%gs}.
723 @end table
724
725 Absolute (as opposed to PC relative) call and jump operands must be
726 prefixed with @samp{*}.  If no @samp{*} is specified, @code{@value{AS}}
727 always chooses PC relative addressing for jump/call labels.
728
729 Any instruction that has a memory operand, but no register operand,
730 @emph{must} specify its size (byte, word, long, or quadruple) with an
731 instruction mnemonic suffix (@samp{b}, @samp{w}, @samp{l} or @samp{q},
732 respectively).
733
734 The x86-64 architecture adds an RIP (instruction pointer relative)
735 addressing.  This addressing mode is specified by using @samp{rip} as a
736 base register.  Only constant offsets are valid. For example:
737
738 @table @asis
739 @item AT&T: @samp{1234(%rip)}, Intel: @samp{[rip + 1234]}
740 Points to the address 1234 bytes past the end of the current
741 instruction.
742
743 @item AT&T: @samp{symbol(%rip)}, Intel: @samp{[rip + symbol]}
744 Points to the @code{symbol} in RIP relative way, this is shorter than
745 the default absolute addressing.
746 @end table
747
748 Other addressing modes remain unchanged in x86-64 architecture, except
749 registers used are 64-bit instead of 32-bit.
750
751 @node i386-Jumps
752 @section Handling of Jump Instructions
753
754 @cindex jump optimization, i386
755 @cindex i386 jump optimization
756 @cindex jump optimization, x86-64
757 @cindex x86-64 jump optimization
758 Jump instructions are always optimized to use the smallest possible
759 displacements.  This is accomplished by using byte (8-bit) displacement
760 jumps whenever the target is sufficiently close.  If a byte displacement
761 is insufficient a long displacement is used.  We do not support
762 word (16-bit) displacement jumps in 32-bit mode (i.e. prefixing the jump
763 instruction with the @samp{data16} instruction prefix), since the 80386
764 insists upon masking @samp{%eip} to 16 bits after the word displacement
765 is added. (See also @pxref{i386-Arch})
766
767 Note that the @samp{jcxz}, @samp{jecxz}, @samp{loop}, @samp{loopz},
768 @samp{loope}, @samp{loopnz} and @samp{loopne} instructions only come in byte
769 displacements, so that if you use these instructions (@code{@value{GCC}} does
770 not use them) you may get an error message (and incorrect code).  The AT&T
771 80386 assembler tries to get around this problem by expanding @samp{jcxz foo}
772 to
773
774 @smallexample
775          jcxz cx_zero
776          jmp cx_nonzero
777 cx_zero: jmp foo
778 cx_nonzero:
779 @end smallexample
780
781 @node i386-Float
782 @section Floating Point
783
784 @cindex i386 floating point
785 @cindex floating point, i386
786 @cindex x86-64 floating point
787 @cindex floating point, x86-64
788 All 80387 floating point types except packed BCD are supported.
789 (BCD support may be added without much difficulty).  These data
790 types are 16-, 32-, and 64- bit integers, and single (32-bit),
791 double (64-bit), and extended (80-bit) precision floating point.
792 Each supported type has an instruction mnemonic suffix and a constructor
793 associated with it.  Instruction mnemonic suffixes specify the operand's
794 data type.  Constructors build these data types into memory.
795
796 @cindex @code{float} directive, i386
797 @cindex @code{single} directive, i386
798 @cindex @code{double} directive, i386
799 @cindex @code{tfloat} directive, i386
800 @cindex @code{float} directive, x86-64
801 @cindex @code{single} directive, x86-64
802 @cindex @code{double} directive, x86-64
803 @cindex @code{tfloat} directive, x86-64
804 @itemize @bullet
805 @item
806 Floating point constructors are @samp{.float} or @samp{.single},
807 @samp{.double}, and @samp{.tfloat} for 32-, 64-, and 80-bit formats.
808 These correspond to instruction mnemonic suffixes @samp{s}, @samp{l},
809 and @samp{t}. @samp{t} stands for 80-bit (ten byte) real.  The 80387
810 only supports this format via the @samp{fldt} (load 80-bit real to stack
811 top) and @samp{fstpt} (store 80-bit real and pop stack) instructions.
812
813 @cindex @code{word} directive, i386
814 @cindex @code{long} directive, i386
815 @cindex @code{int} directive, i386
816 @cindex @code{quad} directive, i386
817 @cindex @code{word} directive, x86-64
818 @cindex @code{long} directive, x86-64
819 @cindex @code{int} directive, x86-64
820 @cindex @code{quad} directive, x86-64
821 @item
822 Integer constructors are @samp{.word}, @samp{.long} or @samp{.int}, and
823 @samp{.quad} for the 16-, 32-, and 64-bit integer formats.  The
824 corresponding instruction mnemonic suffixes are @samp{s} (single),
825 @samp{l} (long), and @samp{q} (quad).  As with the 80-bit real format,
826 the 64-bit @samp{q} format is only present in the @samp{fildq} (load
827 quad integer to stack top) and @samp{fistpq} (store quad integer and pop
828 stack) instructions.
829 @end itemize
830
831 Register to register operations should not use instruction mnemonic suffixes.
832 @samp{fstl %st, %st(1)} will give a warning, and be assembled as if you
833 wrote @samp{fst %st, %st(1)}, since all register to register operations
834 use 80-bit floating point operands. (Contrast this with @samp{fstl %st, mem},
835 which converts @samp{%st} from 80-bit to 64-bit floating point format,
836 then stores the result in the 4 byte location @samp{mem})
837
838 @node i386-SIMD
839 @section Intel's MMX and AMD's 3DNow! SIMD Operations
840
841 @cindex MMX, i386
842 @cindex 3DNow!, i386
843 @cindex SIMD, i386
844 @cindex MMX, x86-64
845 @cindex 3DNow!, x86-64
846 @cindex SIMD, x86-64
847
848 @code{@value{AS}} supports Intel's MMX instruction set (SIMD
849 instructions for integer data), available on Intel's Pentium MMX
850 processors and Pentium II processors, AMD's K6 and K6-2 processors,
851 Cyrix' M2 processor, and probably others.  It also supports AMD's 3DNow!@:
852 instruction set (SIMD instructions for 32-bit floating point data)
853 available on AMD's K6-2 processor and possibly others in the future.
854
855 Currently, @code{@value{AS}} does not support Intel's floating point
856 SIMD, Katmai (KNI).
857
858 The eight 64-bit MMX operands, also used by 3DNow!, are called @samp{%mm0},
859 @samp{%mm1}, ... @samp{%mm7}.  They contain eight 8-bit integers, four
860 16-bit integers, two 32-bit integers, one 64-bit integer, or two 32-bit
861 floating point values.  The MMX registers cannot be used at the same time
862 as the floating point stack.
863
864 See Intel and AMD documentation, keeping in mind that the operand order in
865 instructions is reversed from the Intel syntax.
866
867 @node i386-LWP
868 @section AMD's Lightweight Profiling Instructions
869
870 @cindex LWP, i386
871 @cindex LWP, x86-64
872
873 @code{@value{AS}} supports AMD's Lightweight Profiling (LWP)
874 instruction set, available on AMD's Family 15h (Orochi) processors.
875
876 LWP enables applications to collect and manage performance data, and
877 react to performance events.  The collection of performance data
878 requires no context switches.  LWP runs in the context of a thread and
879 so several counters can be used independently across multiple threads.
880 LWP can be used in both 64-bit and legacy 32-bit modes.
881
882 For detailed information on the LWP instruction set, see the
883 @cite{AMD Lightweight Profiling Specification} available at
884 @uref{http://developer.amd.com/cpu/LWP,Lightweight Profiling Specification}.
885
886 @node i386-BMI
887 @section Bit Manipulation Instructions
888
889 @cindex BMI, i386
890 @cindex BMI, x86-64
891
892 @code{@value{AS}} supports the Bit Manipulation (BMI) instruction set.
893
894 BMI instructions provide several instructions implementing individual
895 bit manipulation operations such as isolation, masking, setting, or
896 resetting.  
897
898 @c Need to add a specification citation here when available.
899
900 @node i386-TBM
901 @section AMD's Trailing Bit Manipulation Instructions
902
903 @cindex TBM, i386
904 @cindex TBM, x86-64
905
906 @code{@value{AS}} supports AMD's Trailing Bit Manipulation (TBM)
907 instruction set, available on AMD's BDVER2 processors (Trinity and
908 Viperfish).
909
910 TBM instructions provide instructions implementing individual bit
911 manipulation operations such as isolating, masking, setting, resetting,
912 complementing, and operations on trailing zeros and ones.
913
914 @c Need to add a specification citation here when available.
915
916 @node i386-16bit
917 @section Writing 16-bit Code
918
919 @cindex i386 16-bit code
920 @cindex 16-bit code, i386
921 @cindex real-mode code, i386
922 @cindex @code{code16gcc} directive, i386
923 @cindex @code{code16} directive, i386
924 @cindex @code{code32} directive, i386
925 @cindex @code{code64} directive, i386
926 @cindex @code{code64} directive, x86-64
927 While @code{@value{AS}} normally writes only ``pure'' 32-bit i386 code
928 or 64-bit x86-64 code depending on the default configuration,
929 it also supports writing code to run in real mode or in 16-bit protected
930 mode code segments.  To do this, put a @samp{.code16} or
931 @samp{.code16gcc} directive before the assembly language instructions to
932 be run in 16-bit mode.  You can switch @code{@value{AS}} to writing
933 32-bit code with the @samp{.code32} directive or 64-bit code with the
934 @samp{.code64} directive.
935
936 @samp{.code16gcc} provides experimental support for generating 16-bit
937 code from gcc, and differs from @samp{.code16} in that @samp{call},
938 @samp{ret}, @samp{enter}, @samp{leave}, @samp{push}, @samp{pop},
939 @samp{pusha}, @samp{popa}, @samp{pushf}, and @samp{popf} instructions
940 default to 32-bit size.  This is so that the stack pointer is
941 manipulated in the same way over function calls, allowing access to
942 function parameters at the same stack offsets as in 32-bit mode.
943 @samp{.code16gcc} also automatically adds address size prefixes where
944 necessary to use the 32-bit addressing modes that gcc generates.
945
946 The code which @code{@value{AS}} generates in 16-bit mode will not
947 necessarily run on a 16-bit pre-80386 processor.  To write code that
948 runs on such a processor, you must refrain from using @emph{any} 32-bit
949 constructs which require @code{@value{AS}} to output address or operand
950 size prefixes.
951
952 Note that writing 16-bit code instructions by explicitly specifying a
953 prefix or an instruction mnemonic suffix within a 32-bit code section
954 generates different machine instructions than those generated for a
955 16-bit code segment.  In a 32-bit code section, the following code
956 generates the machine opcode bytes @samp{66 6a 04}, which pushes the
957 value @samp{4} onto the stack, decrementing @samp{%esp} by 2.
958
959 @smallexample
960         pushw $4
961 @end smallexample
962
963 The same code in a 16-bit code section would generate the machine
964 opcode bytes @samp{6a 04} (i.e., without the operand size prefix), which
965 is correct since the processor default operand size is assumed to be 16
966 bits in a 16-bit code section.
967
968 @node i386-Bugs
969 @section AT&T Syntax bugs
970
971 The UnixWare assembler, and probably other AT&T derived ix86 Unix
972 assemblers, generate floating point instructions with reversed source
973 and destination registers in certain cases.  Unfortunately, gcc and
974 possibly many other programs use this reversed syntax, so we're stuck
975 with it.
976
977 For example
978
979 @smallexample
980         fsub %st,%st(3)
981 @end smallexample
982 @noindent
983 results in @samp{%st(3)} being updated to @samp{%st - %st(3)} rather
984 than the expected @samp{%st(3) - %st}.  This happens with all the
985 non-commutative arithmetic floating point operations with two register
986 operands where the source register is @samp{%st} and the destination
987 register is @samp{%st(i)}.
988
989 @node i386-Arch
990 @section Specifying CPU Architecture
991
992 @cindex arch directive, i386
993 @cindex i386 arch directive
994 @cindex arch directive, x86-64
995 @cindex x86-64 arch directive
996
997 @code{@value{AS}} may be told to assemble for a particular CPU
998 (sub-)architecture with the @code{.arch @var{cpu_type}} directive.  This
999 directive enables a warning when gas detects an instruction that is not
1000 supported on the CPU specified.  The choices for @var{cpu_type} are:
1001
1002 @multitable @columnfractions .20 .20 .20 .20
1003 @item @samp{i8086} @tab @samp{i186} @tab @samp{i286} @tab @samp{i386}
1004 @item @samp{i486} @tab @samp{i586} @tab @samp{i686} @tab @samp{pentium}
1005 @item @samp{pentiumpro} @tab @samp{pentiumii} @tab @samp{pentiumiii} @tab @samp{pentium4}
1006 @item @samp{prescott} @tab @samp{nocona} @tab @samp{core} @tab @samp{core2}
1007 @item @samp{corei7} @tab @samp{l1om} @tab @samp{k1om}
1008 @item @samp{k6} @tab @samp{k6_2} @tab @samp{athlon} @tab @samp{k8}
1009 @item @samp{amdfam10} @tab @samp{bdver1} @tab @samp{bdver2}
1010 @item @samp{generic32} @tab @samp{generic64}
1011 @item @samp{.mmx} @tab @samp{.sse} @tab @samp{.sse2} @tab @samp{.sse3}
1012 @item @samp{.ssse3} @tab @samp{.sse4.1} @tab @samp{.sse4.2} @tab @samp{.sse4}
1013 @item @samp{.avx} @tab @samp{.vmx} @tab @samp{.smx} @tab @samp{.ept}
1014 @item @samp{.clflush} @tab @samp{.movbe} @tab @samp{.xsave} @tab @samp{.xsaveopt}
1015 @item @samp{.aes} @tab @samp{.pclmul} @tab @samp{.fma} @tab @samp{.fsgsbase}
1016 @item @samp{.rdrnd} @tab @samp{.f16c} @tab @samp{.avx2} @tab @samp{.bmi2}
1017 @item @samp{.lzcnt} @tab @samp{.invpcid}
1018 @item @samp{.3dnow} @tab @samp{.3dnowa} @tab @samp{.sse4a} @tab @samp{.sse5}
1019 @item @samp{.syscall} @tab @samp{.rdtscp} @tab @samp{.svme} @tab @samp{.abm}
1020 @item @samp{.lwp} @tab @samp{.fma4} @tab @samp{.xop}
1021 @item @samp{.padlock}
1022 @end multitable
1023
1024 Apart from the warning, there are only two other effects on
1025 @code{@value{AS}} operation;  Firstly, if you specify a CPU other than
1026 @samp{i486}, then shift by one instructions such as @samp{sarl $1, %eax}
1027 will automatically use a two byte opcode sequence.  The larger three
1028 byte opcode sequence is used on the 486 (and when no architecture is
1029 specified) because it executes faster on the 486.  Note that you can
1030 explicitly request the two byte opcode by writing @samp{sarl %eax}.
1031 Secondly, if you specify @samp{i8086}, @samp{i186}, or @samp{i286},
1032 @emph{and} @samp{.code16} or @samp{.code16gcc} then byte offset
1033 conditional jumps will be promoted when necessary to a two instruction
1034 sequence consisting of a conditional jump of the opposite sense around
1035 an unconditional jump to the target.
1036
1037 Following the CPU architecture (but not a sub-architecture, which are those
1038 starting with a dot), you may specify @samp{jumps} or @samp{nojumps} to
1039 control automatic promotion of conditional jumps. @samp{jumps} is the
1040 default, and enables jump promotion;  All external jumps will be of the long
1041 variety, and file-local jumps will be promoted as necessary.
1042 (@pxref{i386-Jumps})  @samp{nojumps} leaves external conditional jumps as
1043 byte offset jumps, and warns about file-local conditional jumps that
1044 @code{@value{AS}} promotes.
1045 Unconditional jumps are treated as for @samp{jumps}.
1046
1047 For example
1048
1049 @smallexample
1050  .arch i8086,nojumps
1051 @end smallexample
1052
1053 @node i386-Notes
1054 @section Notes
1055
1056 @cindex i386 @code{mul}, @code{imul} instructions
1057 @cindex @code{mul} instruction, i386
1058 @cindex @code{imul} instruction, i386
1059 @cindex @code{mul} instruction, x86-64
1060 @cindex @code{imul} instruction, x86-64
1061 There is some trickery concerning the @samp{mul} and @samp{imul}
1062 instructions that deserves mention.  The 16-, 32-, 64- and 128-bit expanding
1063 multiplies (base opcode @samp{0xf6}; extension 4 for @samp{mul} and 5
1064 for @samp{imul}) can be output only in the one operand form.  Thus,
1065 @samp{imul %ebx, %eax} does @emph{not} select the expanding multiply;
1066 the expanding multiply would clobber the @samp{%edx} register, and this
1067 would confuse @code{@value{GCC}} output.  Use @samp{imul %ebx} to get the
1068 64-bit product in @samp{%edx:%eax}.
1069
1070 We have added a two operand form of @samp{imul} when the first operand
1071 is an immediate mode expression and the second operand is a register.
1072 This is just a shorthand, so that, multiplying @samp{%eax} by 69, for
1073 example, can be done with @samp{imul $69, %eax} rather than @samp{imul
1074 $69, %eax, %eax}.
1075