Initial import of binutils 2.22 on the new vendor branch
[dragonfly.git] / contrib / binutils-2.20 / 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 @cindex return instructions, i386
313 @cindex i386 jump, call, return
314 @cindex return instructions, x86-64
315 @cindex x86-64 jump, call, return
316 @item
317 Immediate form long jumps and calls are
318 @samp{lcall/ljmp $@var{section}, $@var{offset}} in AT&T syntax; the
319 Intel syntax is
320 @samp{call/jmp far @var{section}:@var{offset}}.  Also, the far return
321 instruction
322 is @samp{lret $@var{stack-adjust}} in AT&T syntax; Intel syntax is
323 @samp{ret far @var{stack-adjust}}.
324
325 @cindex sections, i386
326 @cindex i386 sections
327 @cindex sections, x86-64
328 @cindex x86-64 sections
329 @item
330 The AT&T assembler does not provide support for multiple section
331 programs.  Unix style systems expect all programs to be single sections.
332 @end itemize
333
334 @node i386-Mnemonics
335 @section Instruction Naming
336
337 @cindex i386 instruction naming
338 @cindex instruction naming, i386
339 @cindex x86-64 instruction naming
340 @cindex instruction naming, x86-64
341
342 Instruction mnemonics are suffixed with one character modifiers which
343 specify the size of operands.  The letters @samp{b}, @samp{w}, @samp{l}
344 and @samp{q} specify byte, word, long and quadruple word operands.  If
345 no suffix is specified by an instruction then @code{@value{AS}} tries to
346 fill in the missing suffix based on the destination register operand
347 (the last one by convention).  Thus, @samp{mov %ax, %bx} is equivalent
348 to @samp{movw %ax, %bx}; also, @samp{mov $1, %bx} is equivalent to
349 @samp{movw $1, bx}.  Note that this is incompatible with the AT&T Unix
350 assembler which assumes that a missing mnemonic suffix implies long
351 operand size.  (This incompatibility does not affect compiler output
352 since compilers always explicitly specify the mnemonic suffix.)
353
354 Almost all instructions have the same names in AT&T and Intel format.
355 There are a few exceptions.  The sign extend and zero extend
356 instructions need two sizes to specify them.  They need a size to
357 sign/zero extend @emph{from} and a size to zero extend @emph{to}.  This
358 is accomplished by using two instruction mnemonic suffixes in AT&T
359 syntax.  Base names for sign extend and zero extend are
360 @samp{movs@dots{}} and @samp{movz@dots{}} in AT&T syntax (@samp{movsx}
361 and @samp{movzx} in Intel syntax).  The instruction mnemonic suffixes
362 are tacked on to this base name, the @emph{from} suffix before the
363 @emph{to} suffix.  Thus, @samp{movsbl %al, %edx} is AT&T syntax for
364 ``move sign extend @emph{from} %al @emph{to} %edx.''  Possible suffixes,
365 thus, are @samp{bl} (from byte to long), @samp{bw} (from byte to word),
366 @samp{wl} (from word to long), @samp{bq} (from byte to quadruple word),
367 @samp{wq} (from word to quadruple word), and @samp{lq} (from long to
368 quadruple word).
369
370 @cindex encoding options, i386
371 @cindex encoding options, x86-64
372
373 Different encoding options can be specified via optional mnemonic
374 suffix.  @samp{.s} suffix swaps 2 register operands in encoding when
375 moving from one register to another.
376
377 @cindex conversion instructions, i386
378 @cindex i386 conversion instructions
379 @cindex conversion instructions, x86-64
380 @cindex x86-64 conversion instructions
381 The Intel-syntax conversion instructions
382
383 @itemize @bullet
384 @item
385 @samp{cbw} --- sign-extend byte in @samp{%al} to word in @samp{%ax},
386
387 @item
388 @samp{cwde} --- sign-extend word in @samp{%ax} to long in @samp{%eax},
389
390 @item
391 @samp{cwd} --- sign-extend word in @samp{%ax} to long in @samp{%dx:%ax},
392
393 @item
394 @samp{cdq} --- sign-extend dword in @samp{%eax} to quad in @samp{%edx:%eax},
395
396 @item
397 @samp{cdqe} --- sign-extend dword in @samp{%eax} to quad in @samp{%rax}
398 (x86-64 only),
399
400 @item
401 @samp{cqo} --- sign-extend quad in @samp{%rax} to octuple in
402 @samp{%rdx:%rax} (x86-64 only),
403 @end itemize
404
405 @noindent
406 are called @samp{cbtw}, @samp{cwtl}, @samp{cwtd}, @samp{cltd}, @samp{cltq}, and
407 @samp{cqto} in AT&T naming.  @code{@value{AS}} accepts either naming for these
408 instructions.
409
410 @cindex jump instructions, i386
411 @cindex call instructions, i386
412 @cindex jump instructions, x86-64
413 @cindex call instructions, x86-64
414 Far call/jump instructions are @samp{lcall} and @samp{ljmp} in
415 AT&T syntax, but are @samp{call far} and @samp{jump far} in Intel
416 convention.
417
418 @section AT&T Mnemonic versus Intel Mnemonic
419
420 @cindex i386 mnemonic compatibility
421 @cindex mnemonic compatibility, i386
422
423 @code{@value{AS}} supports assembly using Intel mnemonic.
424 @code{.intel_mnemonic} selects Intel mnemonic with Intel syntax, and
425 @code{.att_mnemonic} switches back to the usual AT&T mnemonic with AT&T
426 syntax for compatibility with the output of @code{@value{GCC}}.
427 Several x87 instructions, @samp{fadd}, @samp{fdiv}, @samp{fdivp},
428 @samp{fdivr}, @samp{fdivrp}, @samp{fmul}, @samp{fsub}, @samp{fsubp},
429 @samp{fsubr} and @samp{fsubrp},  are implemented in AT&T System V/386
430 assembler with different mnemonics from those in Intel IA32 specification.
431 @code{@value{GCC}} generates those instructions with AT&T mnemonic.
432
433 @node i386-Regs
434 @section Register Naming
435
436 @cindex i386 registers
437 @cindex registers, i386
438 @cindex x86-64 registers
439 @cindex registers, x86-64
440 Register operands are always prefixed with @samp{%}.  The 80386 registers
441 consist of
442
443 @itemize @bullet
444 @item
445 the 8 32-bit registers @samp{%eax} (the accumulator), @samp{%ebx},
446 @samp{%ecx}, @samp{%edx}, @samp{%edi}, @samp{%esi}, @samp{%ebp} (the
447 frame pointer), and @samp{%esp} (the stack pointer).
448
449 @item
450 the 8 16-bit low-ends of these: @samp{%ax}, @samp{%bx}, @samp{%cx},
451 @samp{%dx}, @samp{%di}, @samp{%si}, @samp{%bp}, and @samp{%sp}.
452
453 @item
454 the 8 8-bit registers: @samp{%ah}, @samp{%al}, @samp{%bh},
455 @samp{%bl}, @samp{%ch}, @samp{%cl}, @samp{%dh}, and @samp{%dl} (These
456 are the high-bytes and low-bytes of @samp{%ax}, @samp{%bx},
457 @samp{%cx}, and @samp{%dx})
458
459 @item
460 the 6 section registers @samp{%cs} (code section), @samp{%ds}
461 (data section), @samp{%ss} (stack section), @samp{%es}, @samp{%fs},
462 and @samp{%gs}.
463
464 @item
465 the 3 processor control registers @samp{%cr0}, @samp{%cr2}, and
466 @samp{%cr3}.
467
468 @item
469 the 6 debug registers @samp{%db0}, @samp{%db1}, @samp{%db2},
470 @samp{%db3}, @samp{%db6}, and @samp{%db7}.
471
472 @item
473 the 2 test registers @samp{%tr6} and @samp{%tr7}.
474
475 @item
476 the 8 floating point register stack @samp{%st} or equivalently
477 @samp{%st(0)}, @samp{%st(1)}, @samp{%st(2)}, @samp{%st(3)},
478 @samp{%st(4)}, @samp{%st(5)}, @samp{%st(6)}, and @samp{%st(7)}.
479 These registers are overloaded by 8 MMX registers @samp{%mm0},
480 @samp{%mm1}, @samp{%mm2}, @samp{%mm3}, @samp{%mm4}, @samp{%mm5},
481 @samp{%mm6} and @samp{%mm7}.
482
483 @item
484 the 8 SSE registers registers @samp{%xmm0}, @samp{%xmm1}, @samp{%xmm2},
485 @samp{%xmm3}, @samp{%xmm4}, @samp{%xmm5}, @samp{%xmm6} and @samp{%xmm7}.
486 @end itemize
487
488 The AMD x86-64 architecture extends the register set by:
489
490 @itemize @bullet
491 @item
492 enhancing the 8 32-bit registers to 64-bit: @samp{%rax} (the
493 accumulator), @samp{%rbx}, @samp{%rcx}, @samp{%rdx}, @samp{%rdi},
494 @samp{%rsi}, @samp{%rbp} (the frame pointer), @samp{%rsp} (the stack
495 pointer)
496
497 @item
498 the 8 extended registers @samp{%r8}--@samp{%r15}.
499
500 @item
501 the 8 32-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8d}--@samp{%r15d}
502
503 @item
504 the 8 16-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8w}--@samp{%r15w}
505
506 @item
507 the 8 8-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8b}--@samp{%r15b}
508
509 @item
510 the 4 8-bit registers: @samp{%sil}, @samp{%dil}, @samp{%bpl}, @samp{%spl}.
511
512 @item
513 the 8 debug registers: @samp{%db8}--@samp{%db15}.
514
515 @item
516 the 8 SSE registers: @samp{%xmm8}--@samp{%xmm15}.
517 @end itemize
518
519 @node i386-Prefixes
520 @section Instruction Prefixes
521
522 @cindex i386 instruction prefixes
523 @cindex instruction prefixes, i386
524 @cindex prefixes, i386
525 Instruction prefixes are used to modify the following instruction.  They
526 are used to repeat string instructions, to provide section overrides, to
527 perform bus lock operations, and to change operand and address sizes.
528 (Most instructions that normally operate on 32-bit operands will use
529 16-bit operands if the instruction has an ``operand size'' prefix.)
530 Instruction prefixes are best written on the same line as the instruction
531 they act upon. For example, the @samp{scas} (scan string) instruction is
532 repeated with:
533
534 @smallexample
535         repne scas %es:(%edi),%al
536 @end smallexample
537
538 You may also place prefixes on the lines immediately preceding the
539 instruction, but this circumvents checks that @code{@value{AS}} does
540 with prefixes, and will not work with all prefixes.
541
542 Here is a list of instruction prefixes:
543
544 @cindex section override prefixes, i386
545 @itemize @bullet
546 @item
547 Section override prefixes @samp{cs}, @samp{ds}, @samp{ss}, @samp{es},
548 @samp{fs}, @samp{gs}.  These are automatically added by specifying
549 using the @var{section}:@var{memory-operand} form for memory references.
550
551 @cindex size prefixes, i386
552 @item
553 Operand/Address size prefixes @samp{data16} and @samp{addr16}
554 change 32-bit operands/addresses into 16-bit operands/addresses,
555 while @samp{data32} and @samp{addr32} change 16-bit ones (in a
556 @code{.code16} section) into 32-bit operands/addresses.  These prefixes
557 @emph{must} appear on the same line of code as the instruction they
558 modify. For example, in a 16-bit @code{.code16} section, you might
559 write:
560
561 @smallexample
562         addr32 jmpl *(%ebx)
563 @end smallexample
564
565 @cindex bus lock prefixes, i386
566 @cindex inhibiting interrupts, i386
567 @item
568 The bus lock prefix @samp{lock} inhibits interrupts during execution of
569 the instruction it precedes.  (This is only valid with certain
570 instructions; see a 80386 manual for details).
571
572 @cindex coprocessor wait, i386
573 @item
574 The wait for coprocessor prefix @samp{wait} waits for the coprocessor to
575 complete the current instruction.  This should never be needed for the
576 80386/80387 combination.
577
578 @cindex repeat prefixes, i386
579 @item
580 The @samp{rep}, @samp{repe}, and @samp{repne} prefixes are added
581 to string instructions to make them repeat @samp{%ecx} times (@samp{%cx}
582 times if the current address size is 16-bits).
583 @cindex REX prefixes, i386
584 @item
585 The @samp{rex} family of prefixes is used by x86-64 to encode
586 extensions to i386 instruction set.  The @samp{rex} prefix has four
587 bits --- an operand size overwrite (@code{64}) used to change operand size
588 from 32-bit to 64-bit and X, Y and Z extensions bits used to extend the
589 register set.
590
591 You may write the @samp{rex} prefixes directly. The @samp{rex64xyz}
592 instruction emits @samp{rex} prefix with all the bits set.  By omitting
593 the @code{64}, @code{x}, @code{y} or @code{z} you may write other
594 prefixes as well.  Normally, there is no need to write the prefixes
595 explicitly, since gas will automatically generate them based on the
596 instruction operands.
597 @end itemize
598
599 @node i386-Memory
600 @section Memory References
601
602 @cindex i386 memory references
603 @cindex memory references, i386
604 @cindex x86-64 memory references
605 @cindex memory references, x86-64
606 An Intel syntax indirect memory reference of the form
607
608 @smallexample
609 @var{section}:[@var{base} + @var{index}*@var{scale} + @var{disp}]
610 @end smallexample
611
612 @noindent
613 is translated into the AT&T syntax
614
615 @smallexample
616 @var{section}:@var{disp}(@var{base}, @var{index}, @var{scale})
617 @end smallexample
618
619 @noindent
620 where @var{base} and @var{index} are the optional 32-bit base and
621 index registers, @var{disp} is the optional displacement, and
622 @var{scale}, taking the values 1, 2, 4, and 8, multiplies @var{index}
623 to calculate the address of the operand.  If no @var{scale} is
624 specified, @var{scale} is taken to be 1.  @var{section} specifies the
625 optional section register for the memory operand, and may override the
626 default section register (see a 80386 manual for section register
627 defaults). Note that section overrides in AT&T syntax @emph{must}
628 be preceded by a @samp{%}.  If you specify a section override which
629 coincides with the default section register, @code{@value{AS}} does @emph{not}
630 output any section register override prefixes to assemble the given
631 instruction.  Thus, section overrides can be specified to emphasize which
632 section register is used for a given memory operand.
633
634 Here are some examples of Intel and AT&T style memory references:
635
636 @table @asis
637 @item AT&T: @samp{-4(%ebp)}, Intel:  @samp{[ebp - 4]}
638 @var{base} is @samp{%ebp}; @var{disp} is @samp{-4}. @var{section} is
639 missing, and the default section is used (@samp{%ss} for addressing with
640 @samp{%ebp} as the base register).  @var{index}, @var{scale} are both missing.
641
642 @item AT&T: @samp{foo(,%eax,4)}, Intel: @samp{[foo + eax*4]}
643 @var{index} is @samp{%eax} (scaled by a @var{scale} 4); @var{disp} is
644 @samp{foo}.  All other fields are missing.  The section register here
645 defaults to @samp{%ds}.
646
647 @item AT&T: @samp{foo(,1)}; Intel @samp{[foo]}
648 This uses the value pointed to by @samp{foo} as a memory operand.
649 Note that @var{base} and @var{index} are both missing, but there is only
650 @emph{one} @samp{,}.  This is a syntactic exception.
651
652 @item AT&T: @samp{%gs:foo}; Intel @samp{gs:foo}
653 This selects the contents of the variable @samp{foo} with section
654 register @var{section} being @samp{%gs}.
655 @end table
656
657 Absolute (as opposed to PC relative) call and jump operands must be
658 prefixed with @samp{*}.  If no @samp{*} is specified, @code{@value{AS}}
659 always chooses PC relative addressing for jump/call labels.
660
661 Any instruction that has a memory operand, but no register operand,
662 @emph{must} specify its size (byte, word, long, or quadruple) with an
663 instruction mnemonic suffix (@samp{b}, @samp{w}, @samp{l} or @samp{q},
664 respectively).
665
666 The x86-64 architecture adds an RIP (instruction pointer relative)
667 addressing.  This addressing mode is specified by using @samp{rip} as a
668 base register.  Only constant offsets are valid. For example:
669
670 @table @asis
671 @item AT&T: @samp{1234(%rip)}, Intel: @samp{[rip + 1234]}
672 Points to the address 1234 bytes past the end of the current
673 instruction.
674
675 @item AT&T: @samp{symbol(%rip)}, Intel: @samp{[rip + symbol]}
676 Points to the @code{symbol} in RIP relative way, this is shorter than
677 the default absolute addressing.
678 @end table
679
680 Other addressing modes remain unchanged in x86-64 architecture, except
681 registers used are 64-bit instead of 32-bit.
682
683 @node i386-Jumps
684 @section Handling of Jump Instructions
685
686 @cindex jump optimization, i386
687 @cindex i386 jump optimization
688 @cindex jump optimization, x86-64
689 @cindex x86-64 jump optimization
690 Jump instructions are always optimized to use the smallest possible
691 displacements.  This is accomplished by using byte (8-bit) displacement
692 jumps whenever the target is sufficiently close.  If a byte displacement
693 is insufficient a long displacement is used.  We do not support
694 word (16-bit) displacement jumps in 32-bit mode (i.e. prefixing the jump
695 instruction with the @samp{data16} instruction prefix), since the 80386
696 insists upon masking @samp{%eip} to 16 bits after the word displacement
697 is added. (See also @pxref{i386-Arch})
698
699 Note that the @samp{jcxz}, @samp{jecxz}, @samp{loop}, @samp{loopz},
700 @samp{loope}, @samp{loopnz} and @samp{loopne} instructions only come in byte
701 displacements, so that if you use these instructions (@code{@value{GCC}} does
702 not use them) you may get an error message (and incorrect code).  The AT&T
703 80386 assembler tries to get around this problem by expanding @samp{jcxz foo}
704 to
705
706 @smallexample
707          jcxz cx_zero
708          jmp cx_nonzero
709 cx_zero: jmp foo
710 cx_nonzero:
711 @end smallexample
712
713 @node i386-Float
714 @section Floating Point
715
716 @cindex i386 floating point
717 @cindex floating point, i386
718 @cindex x86-64 floating point
719 @cindex floating point, x86-64
720 All 80387 floating point types except packed BCD are supported.
721 (BCD support may be added without much difficulty).  These data
722 types are 16-, 32-, and 64- bit integers, and single (32-bit),
723 double (64-bit), and extended (80-bit) precision floating point.
724 Each supported type has an instruction mnemonic suffix and a constructor
725 associated with it.  Instruction mnemonic suffixes specify the operand's
726 data type.  Constructors build these data types into memory.
727
728 @cindex @code{float} directive, i386
729 @cindex @code{single} directive, i386
730 @cindex @code{double} directive, i386
731 @cindex @code{tfloat} directive, i386
732 @cindex @code{float} directive, x86-64
733 @cindex @code{single} directive, x86-64
734 @cindex @code{double} directive, x86-64
735 @cindex @code{tfloat} directive, x86-64
736 @itemize @bullet
737 @item
738 Floating point constructors are @samp{.float} or @samp{.single},
739 @samp{.double}, and @samp{.tfloat} for 32-, 64-, and 80-bit formats.
740 These correspond to instruction mnemonic suffixes @samp{s}, @samp{l},
741 and @samp{t}. @samp{t} stands for 80-bit (ten byte) real.  The 80387
742 only supports this format via the @samp{fldt} (load 80-bit real to stack
743 top) and @samp{fstpt} (store 80-bit real and pop stack) instructions.
744
745 @cindex @code{word} directive, i386
746 @cindex @code{long} directive, i386
747 @cindex @code{int} directive, i386
748 @cindex @code{quad} directive, i386
749 @cindex @code{word} directive, x86-64
750 @cindex @code{long} directive, x86-64
751 @cindex @code{int} directive, x86-64
752 @cindex @code{quad} directive, x86-64
753 @item
754 Integer constructors are @samp{.word}, @samp{.long} or @samp{.int}, and
755 @samp{.quad} for the 16-, 32-, and 64-bit integer formats.  The
756 corresponding instruction mnemonic suffixes are @samp{s} (single),
757 @samp{l} (long), and @samp{q} (quad).  As with the 80-bit real format,
758 the 64-bit @samp{q} format is only present in the @samp{fildq} (load
759 quad integer to stack top) and @samp{fistpq} (store quad integer and pop
760 stack) instructions.
761 @end itemize
762
763 Register to register operations should not use instruction mnemonic suffixes.
764 @samp{fstl %st, %st(1)} will give a warning, and be assembled as if you
765 wrote @samp{fst %st, %st(1)}, since all register to register operations
766 use 80-bit floating point operands. (Contrast this with @samp{fstl %st, mem},
767 which converts @samp{%st} from 80-bit to 64-bit floating point format,
768 then stores the result in the 4 byte location @samp{mem})
769
770 @node i386-SIMD
771 @section Intel's MMX and AMD's 3DNow! SIMD Operations
772
773 @cindex MMX, i386
774 @cindex 3DNow!, i386
775 @cindex SIMD, i386
776 @cindex MMX, x86-64
777 @cindex 3DNow!, x86-64
778 @cindex SIMD, x86-64
779
780 @code{@value{AS}} supports Intel's MMX instruction set (SIMD
781 instructions for integer data), available on Intel's Pentium MMX
782 processors and Pentium II processors, AMD's K6 and K6-2 processors,
783 Cyrix' M2 processor, and probably others.  It also supports AMD's 3DNow!@:
784 instruction set (SIMD instructions for 32-bit floating point data)
785 available on AMD's K6-2 processor and possibly others in the future.
786
787 Currently, @code{@value{AS}} does not support Intel's floating point
788 SIMD, Katmai (KNI).
789
790 The eight 64-bit MMX operands, also used by 3DNow!, are called @samp{%mm0},
791 @samp{%mm1}, ... @samp{%mm7}.  They contain eight 8-bit integers, four
792 16-bit integers, two 32-bit integers, one 64-bit integer, or two 32-bit
793 floating point values.  The MMX registers cannot be used at the same time
794 as the floating point stack.
795
796 See Intel and AMD documentation, keeping in mind that the operand order in
797 instructions is reversed from the Intel syntax.
798
799 @node i386-16bit
800 @section Writing 16-bit Code
801
802 @cindex i386 16-bit code
803 @cindex 16-bit code, i386
804 @cindex real-mode code, i386
805 @cindex @code{code16gcc} directive, i386
806 @cindex @code{code16} directive, i386
807 @cindex @code{code32} directive, i386
808 @cindex @code{code64} directive, i386
809 @cindex @code{code64} directive, x86-64
810 While @code{@value{AS}} normally writes only ``pure'' 32-bit i386 code
811 or 64-bit x86-64 code depending on the default configuration,
812 it also supports writing code to run in real mode or in 16-bit protected
813 mode code segments.  To do this, put a @samp{.code16} or
814 @samp{.code16gcc} directive before the assembly language instructions to
815 be run in 16-bit mode.  You can switch @code{@value{AS}} back to writing
816 normal 32-bit code with the @samp{.code32} directive.
817
818 @samp{.code16gcc} provides experimental support for generating 16-bit
819 code from gcc, and differs from @samp{.code16} in that @samp{call},
820 @samp{ret}, @samp{enter}, @samp{leave}, @samp{push}, @samp{pop},
821 @samp{pusha}, @samp{popa}, @samp{pushf}, and @samp{popf} instructions
822 default to 32-bit size.  This is so that the stack pointer is
823 manipulated in the same way over function calls, allowing access to
824 function parameters at the same stack offsets as in 32-bit mode.
825 @samp{.code16gcc} also automatically adds address size prefixes where
826 necessary to use the 32-bit addressing modes that gcc generates.
827
828 The code which @code{@value{AS}} generates in 16-bit mode will not
829 necessarily run on a 16-bit pre-80386 processor.  To write code that
830 runs on such a processor, you must refrain from using @emph{any} 32-bit
831 constructs which require @code{@value{AS}} to output address or operand
832 size prefixes.
833
834 Note that writing 16-bit code instructions by explicitly specifying a
835 prefix or an instruction mnemonic suffix within a 32-bit code section
836 generates different machine instructions than those generated for a
837 16-bit code segment.  In a 32-bit code section, the following code
838 generates the machine opcode bytes @samp{66 6a 04}, which pushes the
839 value @samp{4} onto the stack, decrementing @samp{%esp} by 2.
840
841 @smallexample
842         pushw $4
843 @end smallexample
844
845 The same code in a 16-bit code section would generate the machine
846 opcode bytes @samp{6a 04} (i.e., without the operand size prefix), which
847 is correct since the processor default operand size is assumed to be 16
848 bits in a 16-bit code section.
849
850 @node i386-Bugs
851 @section AT&T Syntax bugs
852
853 The UnixWare assembler, and probably other AT&T derived ix86 Unix
854 assemblers, generate floating point instructions with reversed source
855 and destination registers in certain cases.  Unfortunately, gcc and
856 possibly many other programs use this reversed syntax, so we're stuck
857 with it.
858
859 For example
860
861 @smallexample
862         fsub %st,%st(3)
863 @end smallexample
864 @noindent
865 results in @samp{%st(3)} being updated to @samp{%st - %st(3)} rather
866 than the expected @samp{%st(3) - %st}.  This happens with all the
867 non-commutative arithmetic floating point operations with two register
868 operands where the source register is @samp{%st} and the destination
869 register is @samp{%st(i)}.
870
871 @node i386-Arch
872 @section Specifying CPU Architecture
873
874 @cindex arch directive, i386
875 @cindex i386 arch directive
876 @cindex arch directive, x86-64
877 @cindex x86-64 arch directive
878
879 @code{@value{AS}} may be told to assemble for a particular CPU
880 (sub-)architecture with the @code{.arch @var{cpu_type}} directive.  This
881 directive enables a warning when gas detects an instruction that is not
882 supported on the CPU specified.  The choices for @var{cpu_type} are:
883
884 @multitable @columnfractions .20 .20 .20 .20
885 @item @samp{i8086} @tab @samp{i186} @tab @samp{i286} @tab @samp{i386}
886 @item @samp{i486} @tab @samp{i586} @tab @samp{i686} @tab @samp{pentium}
887 @item @samp{pentiumpro} @tab @samp{pentiumii} @tab @samp{pentiumiii} @tab @samp{pentium4}
888 @item @samp{prescott} @tab @samp{nocona} @tab @samp{core} @tab @samp{core2}
889 @item @samp{corei7} @tab @samp{l1om}
890 @item @samp{k6} @tab @samp{k6_2} @tab @samp{athlon} @tab @samp{k8}
891 @item @samp{amdfam10}
892 @item @samp{generic32} @tab @samp{generic64}
893 @item @samp{.mmx} @tab @samp{.sse} @tab @samp{.sse2} @tab @samp{.sse3}
894 @item @samp{.ssse3} @tab @samp{.sse4.1} @tab @samp{.sse4.2} @tab @samp{.sse4}
895 @item @samp{.avx} @tab @samp{.vmx} @tab @samp{.smx} @tab @samp{.xsave}
896 @item @samp{.aes} @tab @samp{.pclmul} @tab @samp{.fma} @tab @samp{.movbe}
897 @item @samp{.ept} @tab @samp{.clflush}
898 @item @samp{.3dnow} @tab @samp{.3dnowa} @tab @samp{.sse4a} @tab @samp{.sse5}
899 @item @samp{.syscall} @tab @samp{.rdtscp} @tab @samp{.svme} @tab @samp{.abm}
900 @item @samp{.padlock}
901 @end multitable
902
903 Apart from the warning, there are only two other effects on
904 @code{@value{AS}} operation;  Firstly, if you specify a CPU other than
905 @samp{i486}, then shift by one instructions such as @samp{sarl $1, %eax}
906 will automatically use a two byte opcode sequence.  The larger three
907 byte opcode sequence is used on the 486 (and when no architecture is
908 specified) because it executes faster on the 486.  Note that you can
909 explicitly request the two byte opcode by writing @samp{sarl %eax}.
910 Secondly, if you specify @samp{i8086}, @samp{i186}, or @samp{i286},
911 @emph{and} @samp{.code16} or @samp{.code16gcc} then byte offset
912 conditional jumps will be promoted when necessary to a two instruction
913 sequence consisting of a conditional jump of the opposite sense around
914 an unconditional jump to the target.
915
916 Following the CPU architecture (but not a sub-architecture, which are those
917 starting with a dot), you may specify @samp{jumps} or @samp{nojumps} to
918 control automatic promotion of conditional jumps. @samp{jumps} is the
919 default, and enables jump promotion;  All external jumps will be of the long
920 variety, and file-local jumps will be promoted as necessary.
921 (@pxref{i386-Jumps})  @samp{nojumps} leaves external conditional jumps as
922 byte offset jumps, and warns about file-local conditional jumps that
923 @code{@value{AS}} promotes.
924 Unconditional jumps are treated as for @samp{jumps}.
925
926 For example
927
928 @smallexample
929  .arch i8086,nojumps
930 @end smallexample
931
932 @node i386-Notes
933 @section Notes
934
935 @cindex i386 @code{mul}, @code{imul} instructions
936 @cindex @code{mul} instruction, i386
937 @cindex @code{imul} instruction, i386
938 @cindex @code{mul} instruction, x86-64
939 @cindex @code{imul} instruction, x86-64
940 There is some trickery concerning the @samp{mul} and @samp{imul}
941 instructions that deserves mention.  The 16-, 32-, 64- and 128-bit expanding
942 multiplies (base opcode @samp{0xf6}; extension 4 for @samp{mul} and 5
943 for @samp{imul}) can be output only in the one operand form.  Thus,
944 @samp{imul %ebx, %eax} does @emph{not} select the expanding multiply;
945 the expanding multiply would clobber the @samp{%edx} register, and this
946 would confuse @code{@value{GCC}} output.  Use @samp{imul %ebx} to get the
947 64-bit product in @samp{%edx:%eax}.
948
949 We have added a two operand form of @samp{imul} when the first operand
950 is an immediate mode expression and the second operand is a register.
951 This is just a shorthand, so that, multiplying @samp{%eax} by 69, for
952 example, can be done with @samp{imul $69, %eax} rather than @samp{imul
953 $69, %eax, %eax}.
954