OSDN Git Service

Support AVX Programming Reference (June, 2011).
[pf3gnuchains/pf3gnuchains4x.git] / gas / doc / c-i386.texi
1 @c Copyright 1991, 1992, 1993, 1994, 1995, 1997, 1998, 1999, 2000,
2 @c 2001, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 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{k6},
115 @code{k6_2},
116 @code{athlon},
117 @code{opteron},
118 @code{k8},
119 @code{amdfam10},
120 @code{bdver1},
121 @code{bdver2},
122 @code{generic32} and
123 @code{generic64}.
124
125 In addition to the basic instruction set, the assembler can be told to 
126 accept various extension mnemonics.  For example,
127 @code{-march=i686+sse4+vmx} extends @var{i686} with @var{sse4} and
128 @var{vmx}.  The following extensions are currently supported:
129 @code{8087},
130 @code{287},
131 @code{387},
132 @code{no87},
133 @code{mmx},
134 @code{nommx},
135 @code{sse},
136 @code{sse2},
137 @code{sse3},
138 @code{ssse3},
139 @code{sse4.1},
140 @code{sse4.2},
141 @code{sse4},
142 @code{nosse},
143 @code{avx},
144 @code{avx2},
145 @code{noavx},
146 @code{vmx},
147 @code{smx},
148 @code{xsave},
149 @code{xsaveopt},
150 @code{aes},
151 @code{pclmul},
152 @code{fsgsbase},
153 @code{rdrnd},
154 @code{f16c},
155 @code{bmi2},
156 @code{fma},
157 @code{movbe},
158 @code{ept},
159 @code{lzcnt},
160 @code{invpcid},
161 @code{clflush},
162 @code{lwp},
163 @code{fma4},
164 @code{xop},
165 @code{syscall},
166 @code{rdtscp},
167 @code{3dnow},
168 @code{3dnowa},
169 @code{sse4a},
170 @code{sse5},
171 @code{svme},
172 @code{abm} and
173 @code{padlock}.
174 Note that rather than extending a basic instruction set, the extension
175 mnemonics starting with @code{no} revoke the respective functionality.
176
177 When the @code{.arch} directive is used with @option{-march}, the
178 @code{.arch} directive will take precedent.
179
180 @cindex @samp{-mtune=} option, i386
181 @cindex @samp{-mtune=} option, x86-64
182 @item -mtune=@var{CPU}
183 This option specifies a processor to optimize for. When used in
184 conjunction with the @option{-march} option, only instructions
185 of the processor specified by the @option{-march} option will be
186 generated.
187
188 Valid @var{CPU} values are identical to the processor list of
189 @option{-march=@var{CPU}}.
190
191 @cindex @samp{-msse2avx} option, i386
192 @cindex @samp{-msse2avx} option, x86-64
193 @item -msse2avx
194 This option specifies that the assembler should encode SSE instructions
195 with VEX prefix.
196
197 @cindex @samp{-msse-check=} option, i386
198 @cindex @samp{-msse-check=} option, x86-64
199 @item -msse-check=@var{none}
200 @itemx -msse-check=@var{warning}
201 @itemx -msse-check=@var{error}
202 These options control if the assembler should check SSE intructions.
203 @option{-msse-check=@var{none}} will make the assembler not to check SSE
204 instructions,  which is the default.  @option{-msse-check=@var{warning}}
205 will make the assembler issue a warning for any SSE intruction.
206 @option{-msse-check=@var{error}} will make the assembler issue an error
207 for any SSE intruction.
208
209 @cindex @samp{-mavxscalar=} option, i386
210 @cindex @samp{-mavxscalar=} option, x86-64
211 @item -mavxscalar=@var{128}
212 @itemx -mavxscalar=@var{256}
213 This options control how the assembler should encode scalar AVX
214 instructions.  @option{-mavxscalar=@var{128}} will encode scalar
215 AVX instructions with 128bit vector length, which is the default.
216 @option{-mavxscalar=@var{256}} will encode scalar AVX instructions
217 with 256bit vector length.
218
219 @cindex @samp{-mmnemonic=} option, i386
220 @cindex @samp{-mmnemonic=} option, x86-64
221 @item -mmnemonic=@var{att}
222 @itemx -mmnemonic=@var{intel}
223 This option specifies instruction mnemonic for matching instructions. 
224 The @code{.att_mnemonic} and @code{.intel_mnemonic} directives will
225 take precedent.
226
227 @cindex @samp{-msyntax=} option, i386
228 @cindex @samp{-msyntax=} option, x86-64
229 @item -msyntax=@var{att}
230 @itemx -msyntax=@var{intel}
231 This option specifies instruction syntax when processing instructions. 
232 The @code{.att_syntax} and @code{.intel_syntax} directives will
233 take precedent.
234
235 @cindex @samp{-mnaked-reg} option, i386
236 @cindex @samp{-mnaked-reg} option, x86-64
237 @item -mnaked-reg
238 This opetion specifies that registers don't require a @samp{%} prefix.
239 The @code{.att_syntax} and @code{.intel_syntax} directives will take precedent.
240
241 @end table
242 @c man end
243
244 @node i386-Directives
245 @section x86 specific Directives
246
247 @cindex machine directives, x86
248 @cindex x86 machine directives
249 @table @code
250
251 @cindex @code{lcomm} directive, COFF
252 @item .lcomm @var{symbol} , @var{length}[, @var{alignment}]
253 Reserve @var{length} (an absolute expression) bytes for a local common
254 denoted by @var{symbol}.  The section and value of @var{symbol} are
255 those of the new local common.  The addresses are allocated in the bss
256 section, so that at run-time the bytes start off zeroed.  Since
257 @var{symbol} is not declared global, it is normally not visible to
258 @code{@value{LD}}.  The optional third parameter, @var{alignment},
259 specifies the desired alignment of the symbol in the bss section.
260
261 This directive is only available for COFF based x86 targets.
262
263 @c FIXME: Document other x86 specific directives ?  Eg: .code16gcc,
264 @c .largecomm
265
266 @end table
267
268 @node i386-Syntax
269 @section i386 Syntactical Considerations
270 @menu
271 * i386-Variations::           AT&T Syntax versus Intel Syntax
272 * i386-Chars::                Special Characters
273 @end menu
274
275 @node i386-Variations
276 @subsection AT&T Syntax versus Intel Syntax
277
278 @cindex i386 intel_syntax pseudo op
279 @cindex intel_syntax pseudo op, i386
280 @cindex i386 att_syntax pseudo op
281 @cindex att_syntax pseudo op, i386
282 @cindex i386 syntax compatibility
283 @cindex syntax compatibility, i386
284 @cindex x86-64 intel_syntax pseudo op
285 @cindex intel_syntax pseudo op, x86-64
286 @cindex x86-64 att_syntax pseudo op
287 @cindex att_syntax pseudo op, x86-64
288 @cindex x86-64 syntax compatibility
289 @cindex syntax compatibility, x86-64
290
291 @code{@value{AS}} now supports assembly using Intel assembler syntax.
292 @code{.intel_syntax} selects Intel mode, and @code{.att_syntax} switches
293 back to the usual AT&T mode for compatibility with the output of
294 @code{@value{GCC}}.  Either of these directives may have an optional
295 argument, @code{prefix}, or @code{noprefix} specifying whether registers
296 require a @samp{%} prefix.  AT&T System V/386 assembler syntax is quite
297 different from Intel syntax.  We mention these differences because
298 almost all 80386 documents use Intel syntax.  Notable differences
299 between the two syntaxes are:
300
301 @cindex immediate operands, i386
302 @cindex i386 immediate operands
303 @cindex register operands, i386
304 @cindex i386 register operands
305 @cindex jump/call operands, i386
306 @cindex i386 jump/call operands
307 @cindex operand delimiters, i386
308
309 @cindex immediate operands, x86-64
310 @cindex x86-64 immediate operands
311 @cindex register operands, x86-64
312 @cindex x86-64 register operands
313 @cindex jump/call operands, x86-64
314 @cindex x86-64 jump/call operands
315 @cindex operand delimiters, x86-64
316 @itemize @bullet
317 @item
318 AT&T immediate operands are preceded by @samp{$}; Intel immediate
319 operands are undelimited (Intel @samp{push 4} is AT&T @samp{pushl $4}).
320 AT&T register operands are preceded by @samp{%}; Intel register operands
321 are undelimited.  AT&T absolute (as opposed to PC relative) jump/call
322 operands are prefixed by @samp{*}; they are undelimited in Intel syntax.
323
324 @cindex i386 source, destination operands
325 @cindex source, destination operands; i386
326 @cindex x86-64 source, destination operands
327 @cindex source, destination operands; x86-64
328 @item
329 AT&T and Intel syntax use the opposite order for source and destination
330 operands.  Intel @samp{add eax, 4} is @samp{addl $4, %eax}.  The
331 @samp{source, dest} convention is maintained for compatibility with
332 previous Unix assemblers.  Note that @samp{bound}, @samp{invlpga}, and
333 instructions with 2 immediate operands, such as the @samp{enter}
334 instruction, do @emph{not} have reversed order.  @ref{i386-Bugs}.
335
336 @cindex mnemonic suffixes, i386
337 @cindex sizes operands, i386
338 @cindex i386 size suffixes
339 @cindex mnemonic suffixes, x86-64
340 @cindex sizes operands, x86-64
341 @cindex x86-64 size suffixes
342 @item
343 In AT&T syntax the size of memory operands is determined from the last
344 character of the instruction mnemonic.  Mnemonic suffixes of @samp{b},
345 @samp{w}, @samp{l} and @samp{q} specify byte (8-bit), word (16-bit), long
346 (32-bit) and quadruple word (64-bit) memory references.  Intel syntax accomplishes
347 this by prefixing memory operands (@emph{not} the instruction mnemonics) with
348 @samp{byte ptr}, @samp{word ptr}, @samp{dword ptr} and @samp{qword ptr}.  Thus,
349 Intel @samp{mov al, byte ptr @var{foo}} is @samp{movb @var{foo}, %al} in AT&T
350 syntax.
351
352 In 64-bit code, @samp{movabs} can be used to encode the @samp{mov}
353 instruction with the 64-bit displacement or immediate operand.
354
355 @cindex return instructions, i386
356 @cindex i386 jump, call, return
357 @cindex return instructions, x86-64
358 @cindex x86-64 jump, call, return
359 @item
360 Immediate form long jumps and calls are
361 @samp{lcall/ljmp $@var{section}, $@var{offset}} in AT&T syntax; the
362 Intel syntax is
363 @samp{call/jmp far @var{section}:@var{offset}}.  Also, the far return
364 instruction
365 is @samp{lret $@var{stack-adjust}} in AT&T syntax; Intel syntax is
366 @samp{ret far @var{stack-adjust}}.
367
368 @cindex sections, i386
369 @cindex i386 sections
370 @cindex sections, x86-64
371 @cindex x86-64 sections
372 @item
373 The AT&T assembler does not provide support for multiple section
374 programs.  Unix style systems expect all programs to be single sections.
375 @end itemize
376
377 @node i386-Chars
378 @subsection Special Characters
379
380 @cindex line comment character, i386
381 @cindex i386 line comment character
382 The presence of a @samp{#} appearing anywhere on a line indicates the
383 start of a comment that extends to the end of that line.
384
385 If a @samp{#} appears as the first character of a line then the whole
386 line is treated as a comment, but in this case the line can also be a
387 logical line number directive (@pxref{Comments}) or a preprocessor
388 control command (@pxref{Preprocessing}).
389
390 If the @option{--divide} command line option has not been specified
391 then the @samp{/} character appearing anywhere on a line also
392 introduces a line comment.
393
394 @cindex line separator, i386
395 @cindex statement separator, i386
396 @cindex i386 line separator
397 The @samp{;} character can be used to separate statements on the same
398 line.
399
400 @node i386-Mnemonics
401 @section Instruction Naming
402
403 @cindex i386 instruction naming
404 @cindex instruction naming, i386
405 @cindex x86-64 instruction naming
406 @cindex instruction naming, x86-64
407
408 Instruction mnemonics are suffixed with one character modifiers which
409 specify the size of operands.  The letters @samp{b}, @samp{w}, @samp{l}
410 and @samp{q} specify byte, word, long and quadruple word operands.  If
411 no suffix is specified by an instruction then @code{@value{AS}} tries to
412 fill in the missing suffix based on the destination register operand
413 (the last one by convention).  Thus, @samp{mov %ax, %bx} is equivalent
414 to @samp{movw %ax, %bx}; also, @samp{mov $1, %bx} is equivalent to
415 @samp{movw $1, bx}.  Note that this is incompatible with the AT&T Unix
416 assembler which assumes that a missing mnemonic suffix implies long
417 operand size.  (This incompatibility does not affect compiler output
418 since compilers always explicitly specify the mnemonic suffix.)
419
420 Almost all instructions have the same names in AT&T and Intel format.
421 There are a few exceptions.  The sign extend and zero extend
422 instructions need two sizes to specify them.  They need a size to
423 sign/zero extend @emph{from} and a size to zero extend @emph{to}.  This
424 is accomplished by using two instruction mnemonic suffixes in AT&T
425 syntax.  Base names for sign extend and zero extend are
426 @samp{movs@dots{}} and @samp{movz@dots{}} in AT&T syntax (@samp{movsx}
427 and @samp{movzx} in Intel syntax).  The instruction mnemonic suffixes
428 are tacked on to this base name, the @emph{from} suffix before the
429 @emph{to} suffix.  Thus, @samp{movsbl %al, %edx} is AT&T syntax for
430 ``move sign extend @emph{from} %al @emph{to} %edx.''  Possible suffixes,
431 thus, are @samp{bl} (from byte to long), @samp{bw} (from byte to word),
432 @samp{wl} (from word to long), @samp{bq} (from byte to quadruple word),
433 @samp{wq} (from word to quadruple word), and @samp{lq} (from long to
434 quadruple word).
435
436 @cindex encoding options, i386
437 @cindex encoding options, x86-64
438
439 Different encoding options can be specified via optional mnemonic
440 suffix.  @samp{.s} suffix swaps 2 register operands in encoding when
441 moving from one register to another.  @samp{.d32} suffix forces 32bit
442 displacement in encoding.
443
444 @cindex conversion instructions, i386
445 @cindex i386 conversion instructions
446 @cindex conversion instructions, x86-64
447 @cindex x86-64 conversion instructions
448 The Intel-syntax conversion instructions
449
450 @itemize @bullet
451 @item
452 @samp{cbw} --- sign-extend byte in @samp{%al} to word in @samp{%ax},
453
454 @item
455 @samp{cwde} --- sign-extend word in @samp{%ax} to long in @samp{%eax},
456
457 @item
458 @samp{cwd} --- sign-extend word in @samp{%ax} to long in @samp{%dx:%ax},
459
460 @item
461 @samp{cdq} --- sign-extend dword in @samp{%eax} to quad in @samp{%edx:%eax},
462
463 @item
464 @samp{cdqe} --- sign-extend dword in @samp{%eax} to quad in @samp{%rax}
465 (x86-64 only),
466
467 @item
468 @samp{cqo} --- sign-extend quad in @samp{%rax} to octuple in
469 @samp{%rdx:%rax} (x86-64 only),
470 @end itemize
471
472 @noindent
473 are called @samp{cbtw}, @samp{cwtl}, @samp{cwtd}, @samp{cltd}, @samp{cltq}, and
474 @samp{cqto} in AT&T naming.  @code{@value{AS}} accepts either naming for these
475 instructions.
476
477 @cindex jump instructions, i386
478 @cindex call instructions, i386
479 @cindex jump instructions, x86-64
480 @cindex call instructions, x86-64
481 Far call/jump instructions are @samp{lcall} and @samp{ljmp} in
482 AT&T syntax, but are @samp{call far} and @samp{jump far} in Intel
483 convention.
484
485 @section AT&T Mnemonic versus Intel Mnemonic
486
487 @cindex i386 mnemonic compatibility
488 @cindex mnemonic compatibility, i386
489
490 @code{@value{AS}} supports assembly using Intel mnemonic.
491 @code{.intel_mnemonic} selects Intel mnemonic with Intel syntax, and
492 @code{.att_mnemonic} switches back to the usual AT&T mnemonic with AT&T
493 syntax for compatibility with the output of @code{@value{GCC}}.
494 Several x87 instructions, @samp{fadd}, @samp{fdiv}, @samp{fdivp},
495 @samp{fdivr}, @samp{fdivrp}, @samp{fmul}, @samp{fsub}, @samp{fsubp},
496 @samp{fsubr} and @samp{fsubrp},  are implemented in AT&T System V/386
497 assembler with different mnemonics from those in Intel IA32 specification.
498 @code{@value{GCC}} generates those instructions with AT&T mnemonic.
499
500 @node i386-Regs
501 @section Register Naming
502
503 @cindex i386 registers
504 @cindex registers, i386
505 @cindex x86-64 registers
506 @cindex registers, x86-64
507 Register operands are always prefixed with @samp{%}.  The 80386 registers
508 consist of
509
510 @itemize @bullet
511 @item
512 the 8 32-bit registers @samp{%eax} (the accumulator), @samp{%ebx},
513 @samp{%ecx}, @samp{%edx}, @samp{%edi}, @samp{%esi}, @samp{%ebp} (the
514 frame pointer), and @samp{%esp} (the stack pointer).
515
516 @item
517 the 8 16-bit low-ends of these: @samp{%ax}, @samp{%bx}, @samp{%cx},
518 @samp{%dx}, @samp{%di}, @samp{%si}, @samp{%bp}, and @samp{%sp}.
519
520 @item
521 the 8 8-bit registers: @samp{%ah}, @samp{%al}, @samp{%bh},
522 @samp{%bl}, @samp{%ch}, @samp{%cl}, @samp{%dh}, and @samp{%dl} (These
523 are the high-bytes and low-bytes of @samp{%ax}, @samp{%bx},
524 @samp{%cx}, and @samp{%dx})
525
526 @item
527 the 6 section registers @samp{%cs} (code section), @samp{%ds}
528 (data section), @samp{%ss} (stack section), @samp{%es}, @samp{%fs},
529 and @samp{%gs}.
530
531 @item
532 the 3 processor control registers @samp{%cr0}, @samp{%cr2}, and
533 @samp{%cr3}.
534
535 @item
536 the 6 debug registers @samp{%db0}, @samp{%db1}, @samp{%db2},
537 @samp{%db3}, @samp{%db6}, and @samp{%db7}.
538
539 @item
540 the 2 test registers @samp{%tr6} and @samp{%tr7}.
541
542 @item
543 the 8 floating point register stack @samp{%st} or equivalently
544 @samp{%st(0)}, @samp{%st(1)}, @samp{%st(2)}, @samp{%st(3)},
545 @samp{%st(4)}, @samp{%st(5)}, @samp{%st(6)}, and @samp{%st(7)}.
546 These registers are overloaded by 8 MMX registers @samp{%mm0},
547 @samp{%mm1}, @samp{%mm2}, @samp{%mm3}, @samp{%mm4}, @samp{%mm5},
548 @samp{%mm6} and @samp{%mm7}.
549
550 @item
551 the 8 SSE registers registers @samp{%xmm0}, @samp{%xmm1}, @samp{%xmm2},
552 @samp{%xmm3}, @samp{%xmm4}, @samp{%xmm5}, @samp{%xmm6} and @samp{%xmm7}.
553 @end itemize
554
555 The AMD x86-64 architecture extends the register set by:
556
557 @itemize @bullet
558 @item
559 enhancing the 8 32-bit registers to 64-bit: @samp{%rax} (the
560 accumulator), @samp{%rbx}, @samp{%rcx}, @samp{%rdx}, @samp{%rdi},
561 @samp{%rsi}, @samp{%rbp} (the frame pointer), @samp{%rsp} (the stack
562 pointer)
563
564 @item
565 the 8 extended registers @samp{%r8}--@samp{%r15}.
566
567 @item
568 the 8 32-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8d}--@samp{%r15d}
569
570 @item
571 the 8 16-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8w}--@samp{%r15w}
572
573 @item
574 the 8 8-bit low ends of the extended registers: @samp{%r8b}--@samp{%r15b}
575
576 @item
577 the 4 8-bit registers: @samp{%sil}, @samp{%dil}, @samp{%bpl}, @samp{%spl}.
578
579 @item
580 the 8 debug registers: @samp{%db8}--@samp{%db15}.
581
582 @item
583 the 8 SSE registers: @samp{%xmm8}--@samp{%xmm15}.
584 @end itemize
585
586 @node i386-Prefixes
587 @section Instruction Prefixes
588
589 @cindex i386 instruction prefixes
590 @cindex instruction prefixes, i386
591 @cindex prefixes, i386
592 Instruction prefixes are used to modify the following instruction.  They
593 are used to repeat string instructions, to provide section overrides, to
594 perform bus lock operations, and to change operand and address sizes.
595 (Most instructions that normally operate on 32-bit operands will use
596 16-bit operands if the instruction has an ``operand size'' prefix.)
597 Instruction prefixes are best written on the same line as the instruction
598 they act upon. For example, the @samp{scas} (scan string) instruction is
599 repeated with:
600
601 @smallexample
602         repne scas %es:(%edi),%al
603 @end smallexample
604
605 You may also place prefixes on the lines immediately preceding the
606 instruction, but this circumvents checks that @code{@value{AS}} does
607 with prefixes, and will not work with all prefixes.
608
609 Here is a list of instruction prefixes:
610
611 @cindex section override prefixes, i386
612 @itemize @bullet
613 @item
614 Section override prefixes @samp{cs}, @samp{ds}, @samp{ss}, @samp{es},
615 @samp{fs}, @samp{gs}.  These are automatically added by specifying
616 using the @var{section}:@var{memory-operand} form for memory references.
617
618 @cindex size prefixes, i386
619 @item
620 Operand/Address size prefixes @samp{data16} and @samp{addr16}
621 change 32-bit operands/addresses into 16-bit operands/addresses,
622 while @samp{data32} and @samp{addr32} change 16-bit ones (in a
623 @code{.code16} section) into 32-bit operands/addresses.  These prefixes
624 @emph{must} appear on the same line of code as the instruction they
625 modify. For example, in a 16-bit @code{.code16} section, you might
626 write:
627
628 @smallexample
629         addr32 jmpl *(%ebx)
630 @end smallexample
631
632 @cindex bus lock prefixes, i386
633 @cindex inhibiting interrupts, i386
634 @item
635 The bus lock prefix @samp{lock} inhibits interrupts during execution of
636 the instruction it precedes.  (This is only valid with certain
637 instructions; see a 80386 manual for details).
638
639 @cindex coprocessor wait, i386
640 @item
641 The wait for coprocessor prefix @samp{wait} waits for the coprocessor to
642 complete the current instruction.  This should never be needed for the
643 80386/80387 combination.
644
645 @cindex repeat prefixes, i386
646 @item
647 The @samp{rep}, @samp{repe}, and @samp{repne} prefixes are added
648 to string instructions to make them repeat @samp{%ecx} times (@samp{%cx}
649 times if the current address size is 16-bits).
650 @cindex REX prefixes, i386
651 @item
652 The @samp{rex} family of prefixes is used by x86-64 to encode
653 extensions to i386 instruction set.  The @samp{rex} prefix has four
654 bits --- an operand size overwrite (@code{64}) used to change operand size
655 from 32-bit to 64-bit and X, Y and Z extensions bits used to extend the
656 register set.
657
658 You may write the @samp{rex} prefixes directly. The @samp{rex64xyz}
659 instruction emits @samp{rex} prefix with all the bits set.  By omitting
660 the @code{64}, @code{x}, @code{y} or @code{z} you may write other
661 prefixes as well.  Normally, there is no need to write the prefixes
662 explicitly, since gas will automatically generate them based on the
663 instruction operands.
664 @end itemize
665
666 @node i386-Memory
667 @section Memory References
668
669 @cindex i386 memory references
670 @cindex memory references, i386
671 @cindex x86-64 memory references
672 @cindex memory references, x86-64
673 An Intel syntax indirect memory reference of the form
674
675 @smallexample
676 @var{section}:[@var{base} + @var{index}*@var{scale} + @var{disp}]
677 @end smallexample
678
679 @noindent
680 is translated into the AT&T syntax
681
682 @smallexample
683 @var{section}:@var{disp}(@var{base}, @var{index}, @var{scale})
684 @end smallexample
685
686 @noindent
687 where @var{base} and @var{index} are the optional 32-bit base and
688 index registers, @var{disp} is the optional displacement, and
689 @var{scale}, taking the values 1, 2, 4, and 8, multiplies @var{index}
690 to calculate the address of the operand.  If no @var{scale} is
691 specified, @var{scale} is taken to be 1.  @var{section} specifies the
692 optional section register for the memory operand, and may override the
693 default section register (see a 80386 manual for section register
694 defaults). Note that section overrides in AT&T syntax @emph{must}
695 be preceded by a @samp{%}.  If you specify a section override which
696 coincides with the default section register, @code{@value{AS}} does @emph{not}
697 output any section register override prefixes to assemble the given
698 instruction.  Thus, section overrides can be specified to emphasize which
699 section register is used for a given memory operand.
700
701 Here are some examples of Intel and AT&T style memory references:
702
703 @table @asis
704 @item AT&T: @samp{-4(%ebp)}, Intel:  @samp{[ebp - 4]}
705 @var{base} is @samp{%ebp}; @var{disp} is @samp{-4}. @var{section} is
706 missing, and the default section is used (@samp{%ss} for addressing with
707 @samp{%ebp} as the base register).  @var{index}, @var{scale} are both missing.
708
709 @item AT&T: @samp{foo(,%eax,4)}, Intel: @samp{[foo + eax*4]}
710 @var{index} is @samp{%eax} (scaled by a @var{scale} 4); @var{disp} is
711 @samp{foo}.  All other fields are missing.  The section register here
712 defaults to @samp{%ds}.
713
714 @item AT&T: @samp{foo(,1)}; Intel @samp{[foo]}
715 This uses the value pointed to by @samp{foo} as a memory operand.
716 Note that @var{base} and @var{index} are both missing, but there is only
717 @emph{one} @samp{,}.  This is a syntactic exception.
718
719 @item AT&T: @samp{%gs:foo}; Intel @samp{gs:foo}
720 This selects the contents of the variable @samp{foo} with section
721 register @var{section} being @samp{%gs}.
722 @end table
723
724 Absolute (as opposed to PC relative) call and jump operands must be
725 prefixed with @samp{*}.  If no @samp{*} is specified, @code{@value{AS}}
726 always chooses PC relative addressing for jump/call labels.
727
728 Any instruction that has a memory operand, but no register operand,
729 @emph{must} specify its size (byte, word, long, or quadruple) with an
730 instruction mnemonic suffix (@samp{b}, @samp{w}, @samp{l} or @samp{q},
731 respectively).
732
733 The x86-64 architecture adds an RIP (instruction pointer relative)
734 addressing.  This addressing mode is specified by using @samp{rip} as a
735 base register.  Only constant offsets are valid. For example:
736
737 @table @asis
738 @item AT&T: @samp{1234(%rip)}, Intel: @samp{[rip + 1234]}
739 Points to the address 1234 bytes past the end of the current
740 instruction.
741
742 @item AT&T: @samp{symbol(%rip)}, Intel: @samp{[rip + symbol]}
743 Points to the @code{symbol} in RIP relative way, this is shorter than
744 the default absolute addressing.
745 @end table
746
747 Other addressing modes remain unchanged in x86-64 architecture, except
748 registers used are 64-bit instead of 32-bit.
749
750 @node i386-Jumps
751 @section Handling of Jump Instructions
752
753 @cindex jump optimization, i386
754 @cindex i386 jump optimization
755 @cindex jump optimization, x86-64
756 @cindex x86-64 jump optimization
757 Jump instructions are always optimized to use the smallest possible
758 displacements.  This is accomplished by using byte (8-bit) displacement
759 jumps whenever the target is sufficiently close.  If a byte displacement
760 is insufficient a long displacement is used.  We do not support
761 word (16-bit) displacement jumps in 32-bit mode (i.e. prefixing the jump
762 instruction with the @samp{data16} instruction prefix), since the 80386
763 insists upon masking @samp{%eip} to 16 bits after the word displacement
764 is added. (See also @pxref{i386-Arch})
765
766 Note that the @samp{jcxz}, @samp{jecxz}, @samp{loop}, @samp{loopz},
767 @samp{loope}, @samp{loopnz} and @samp{loopne} instructions only come in byte
768 displacements, so that if you use these instructions (@code{@value{GCC}} does
769 not use them) you may get an error message (and incorrect code).  The AT&T
770 80386 assembler tries to get around this problem by expanding @samp{jcxz foo}
771 to
772
773 @smallexample
774          jcxz cx_zero
775          jmp cx_nonzero
776 cx_zero: jmp foo
777 cx_nonzero:
778 @end smallexample
779
780 @node i386-Float
781 @section Floating Point
782
783 @cindex i386 floating point
784 @cindex floating point, i386
785 @cindex x86-64 floating point
786 @cindex floating point, x86-64
787 All 80387 floating point types except packed BCD are supported.
788 (BCD support may be added without much difficulty).  These data
789 types are 16-, 32-, and 64- bit integers, and single (32-bit),
790 double (64-bit), and extended (80-bit) precision floating point.
791 Each supported type has an instruction mnemonic suffix and a constructor
792 associated with it.  Instruction mnemonic suffixes specify the operand's
793 data type.  Constructors build these data types into memory.
794
795 @cindex @code{float} directive, i386
796 @cindex @code{single} directive, i386
797 @cindex @code{double} directive, i386
798 @cindex @code{tfloat} directive, i386
799 @cindex @code{float} directive, x86-64
800 @cindex @code{single} directive, x86-64
801 @cindex @code{double} directive, x86-64
802 @cindex @code{tfloat} directive, x86-64
803 @itemize @bullet
804 @item
805 Floating point constructors are @samp{.float} or @samp{.single},
806 @samp{.double}, and @samp{.tfloat} for 32-, 64-, and 80-bit formats.
807 These correspond to instruction mnemonic suffixes @samp{s}, @samp{l},
808 and @samp{t}. @samp{t} stands for 80-bit (ten byte) real.  The 80387
809 only supports this format via the @samp{fldt} (load 80-bit real to stack
810 top) and @samp{fstpt} (store 80-bit real and pop stack) instructions.
811
812 @cindex @code{word} directive, i386
813 @cindex @code{long} directive, i386
814 @cindex @code{int} directive, i386
815 @cindex @code{quad} directive, i386
816 @cindex @code{word} directive, x86-64
817 @cindex @code{long} directive, x86-64
818 @cindex @code{int} directive, x86-64
819 @cindex @code{quad} directive, x86-64
820 @item
821 Integer constructors are @samp{.word}, @samp{.long} or @samp{.int}, and
822 @samp{.quad} for the 16-, 32-, and 64-bit integer formats.  The
823 corresponding instruction mnemonic suffixes are @samp{s} (single),
824 @samp{l} (long), and @samp{q} (quad).  As with the 80-bit real format,
825 the 64-bit @samp{q} format is only present in the @samp{fildq} (load
826 quad integer to stack top) and @samp{fistpq} (store quad integer and pop
827 stack) instructions.
828 @end itemize
829
830 Register to register operations should not use instruction mnemonic suffixes.
831 @samp{fstl %st, %st(1)} will give a warning, and be assembled as if you
832 wrote @samp{fst %st, %st(1)}, since all register to register operations
833 use 80-bit floating point operands. (Contrast this with @samp{fstl %st, mem},
834 which converts @samp{%st} from 80-bit to 64-bit floating point format,
835 then stores the result in the 4 byte location @samp{mem})
836
837 @node i386-SIMD
838 @section Intel's MMX and AMD's 3DNow! SIMD Operations
839
840 @cindex MMX, i386
841 @cindex 3DNow!, i386
842 @cindex SIMD, i386
843 @cindex MMX, x86-64
844 @cindex 3DNow!, x86-64
845 @cindex SIMD, x86-64
846
847 @code{@value{AS}} supports Intel's MMX instruction set (SIMD
848 instructions for integer data), available on Intel's Pentium MMX
849 processors and Pentium II processors, AMD's K6 and K6-2 processors,
850 Cyrix' M2 processor, and probably others.  It also supports AMD's 3DNow!@:
851 instruction set (SIMD instructions for 32-bit floating point data)
852 available on AMD's K6-2 processor and possibly others in the future.
853
854 Currently, @code{@value{AS}} does not support Intel's floating point
855 SIMD, Katmai (KNI).
856
857 The eight 64-bit MMX operands, also used by 3DNow!, are called @samp{%mm0},
858 @samp{%mm1}, ... @samp{%mm7}.  They contain eight 8-bit integers, four
859 16-bit integers, two 32-bit integers, one 64-bit integer, or two 32-bit
860 floating point values.  The MMX registers cannot be used at the same time
861 as the floating point stack.
862
863 See Intel and AMD documentation, keeping in mind that the operand order in
864 instructions is reversed from the Intel syntax.
865
866 @node i386-LWP
867 @section AMD's Lightweight Profiling Instructions
868
869 @cindex LWP, i386
870 @cindex LWP, x86-64
871
872 @code{@value{AS}} supports AMD's Lightweight Profiling (LWP)
873 instruction set, available on AMD's Family 15h (Orochi) processors.
874
875 LWP enables applications to collect and manage performance data, and
876 react to performance events.  The collection of performance data
877 requires no context switches.  LWP runs in the context of a thread and
878 so several counters can be used independently across multiple threads.
879 LWP can be used in both 64-bit and legacy 32-bit modes.
880
881 For detailed information on the LWP instruction set, see the
882 @cite{AMD Lightweight Profiling Specification} available at
883 @uref{http://developer.amd.com/cpu/LWP,Lightweight Profiling Specification}.
884
885 @node i386-BMI
886 @section Bit Manipulation Instructions
887
888 @cindex BMI, i386
889 @cindex BMI, x86-64
890
891 @code{@value{AS}} supports the Bit Manipulation (BMI) instruction set.
892
893 BMI instructions provide several instructions implementing individual
894 bit manipulation operations such as isolation, masking, setting, or
895 resetting.  
896
897 @c Need to add a specification citation here when available.
898
899 @node i386-TBM
900 @section AMD's Trailing Bit Manipulation Instructions
901
902 @cindex TBM, i386
903 @cindex TBM, x86-64
904
905 @code{@value{AS}} supports AMD's Trailing Bit Manipulation (TBM)
906 instruction set, available on AMD's BDVER2 processors (Trinity and
907 Viperfish).
908
909 TBM instructions provide instructions implementing individual bit
910 manipulation operations such as isolating, masking, setting, resetting,
911 complementing, and operations on trailing zeros and ones.
912
913 @c Need to add a specification citation here when available.
914
915 @node i386-16bit
916 @section Writing 16-bit Code
917
918 @cindex i386 16-bit code
919 @cindex 16-bit code, i386
920 @cindex real-mode code, i386
921 @cindex @code{code16gcc} directive, i386
922 @cindex @code{code16} directive, i386
923 @cindex @code{code32} directive, i386
924 @cindex @code{code64} directive, i386
925 @cindex @code{code64} directive, x86-64
926 While @code{@value{AS}} normally writes only ``pure'' 32-bit i386 code
927 or 64-bit x86-64 code depending on the default configuration,
928 it also supports writing code to run in real mode or in 16-bit protected
929 mode code segments.  To do this, put a @samp{.code16} or
930 @samp{.code16gcc} directive before the assembly language instructions to
931 be run in 16-bit mode.  You can switch @code{@value{AS}} to writing
932 32-bit code with the @samp{.code32} directive or 64-bit code with the
933 @samp{.code64} directive.
934
935 @samp{.code16gcc} provides experimental support for generating 16-bit
936 code from gcc, and differs from @samp{.code16} in that @samp{call},
937 @samp{ret}, @samp{enter}, @samp{leave}, @samp{push}, @samp{pop},
938 @samp{pusha}, @samp{popa}, @samp{pushf}, and @samp{popf} instructions
939 default to 32-bit size.  This is so that the stack pointer is
940 manipulated in the same way over function calls, allowing access to
941 function parameters at the same stack offsets as in 32-bit mode.
942 @samp{.code16gcc} also automatically adds address size prefixes where
943 necessary to use the 32-bit addressing modes that gcc generates.
944
945 The code which @code{@value{AS}} generates in 16-bit mode will not
946 necessarily run on a 16-bit pre-80386 processor.  To write code that
947 runs on such a processor, you must refrain from using @emph{any} 32-bit
948 constructs which require @code{@value{AS}} to output address or operand
949 size prefixes.
950
951 Note that writing 16-bit code instructions by explicitly specifying a
952 prefix or an instruction mnemonic suffix within a 32-bit code section
953 generates different machine instructions than those generated for a
954 16-bit code segment.  In a 32-bit code section, the following code
955 generates the machine opcode bytes @samp{66 6a 04}, which pushes the
956 value @samp{4} onto the stack, decrementing @samp{%esp} by 2.
957
958 @smallexample
959         pushw $4
960 @end smallexample
961
962 The same code in a 16-bit code section would generate the machine
963 opcode bytes @samp{6a 04} (i.e., without the operand size prefix), which
964 is correct since the processor default operand size is assumed to be 16
965 bits in a 16-bit code section.
966
967 @node i386-Bugs
968 @section AT&T Syntax bugs
969
970 The UnixWare assembler, and probably other AT&T derived ix86 Unix
971 assemblers, generate floating point instructions with reversed source
972 and destination registers in certain cases.  Unfortunately, gcc and
973 possibly many other programs use this reversed syntax, so we're stuck
974 with it.
975
976 For example
977
978 @smallexample
979         fsub %st,%st(3)
980 @end smallexample
981 @noindent
982 results in @samp{%st(3)} being updated to @samp{%st - %st(3)} rather
983 than the expected @samp{%st(3) - %st}.  This happens with all the
984 non-commutative arithmetic floating point operations with two register
985 operands where the source register is @samp{%st} and the destination
986 register is @samp{%st(i)}.
987
988 @node i386-Arch
989 @section Specifying CPU Architecture
990
991 @cindex arch directive, i386
992 @cindex i386 arch directive
993 @cindex arch directive, x86-64
994 @cindex x86-64 arch directive
995
996 @code{@value{AS}} may be told to assemble for a particular CPU
997 (sub-)architecture with the @code{.arch @var{cpu_type}} directive.  This
998 directive enables a warning when gas detects an instruction that is not
999 supported on the CPU specified.  The choices for @var{cpu_type} are:
1000
1001 @multitable @columnfractions .20 .20 .20 .20
1002 @item @samp{i8086} @tab @samp{i186} @tab @samp{i286} @tab @samp{i386}
1003 @item @samp{i486} @tab @samp{i586} @tab @samp{i686} @tab @samp{pentium}
1004 @item @samp{pentiumpro} @tab @samp{pentiumii} @tab @samp{pentiumiii} @tab @samp{pentium4}
1005 @item @samp{prescott} @tab @samp{nocona} @tab @samp{core} @tab @samp{core2}
1006 @item @samp{corei7} @tab @samp{l1om}
1007 @item @samp{k6} @tab @samp{k6_2} @tab @samp{athlon} @tab @samp{k8}
1008 @item @samp{amdfam10} @tab @samp{bdver1} @tab @samp{bdver2}
1009 @item @samp{generic32} @tab @samp{generic64}
1010 @item @samp{.mmx} @tab @samp{.sse} @tab @samp{.sse2} @tab @samp{.sse3}
1011 @item @samp{.ssse3} @tab @samp{.sse4.1} @tab @samp{.sse4.2} @tab @samp{.sse4}
1012 @item @samp{.avx} @tab @samp{.vmx} @tab @samp{.smx} @tab @samp{.ept}
1013 @item @samp{.clflush} @tab @samp{.movbe} @tab @samp{.xsave} @tab @samp{.xsaveopt}
1014 @item @samp{.aes} @tab @samp{.pclmul} @tab @samp{.fma} @tab @samp{.fsgsbase}
1015 @item @samp{.rdrnd} @tab @samp{.f16c} @tab @samp{.avx2} @tab @samp{.bmi2}
1016 @item @samp{.lzcnt} @tab @samp{.invpcid}
1017 @item @samp{.3dnow} @tab @samp{.3dnowa} @tab @samp{.sse4a} @tab @samp{.sse5}
1018 @item @samp{.syscall} @tab @samp{.rdtscp} @tab @samp{.svme} @tab @samp{.abm}
1019 @item @samp{.lwp} @tab @samp{.fma4} @tab @samp{.xop}
1020 @item @samp{.padlock}
1021 @end multitable
1022
1023 Apart from the warning, there are only two other effects on
1024 @code{@value{AS}} operation;  Firstly, if you specify a CPU other than
1025 @samp{i486}, then shift by one instructions such as @samp{sarl $1, %eax}
1026 will automatically use a two byte opcode sequence.  The larger three
1027 byte opcode sequence is used on the 486 (and when no architecture is
1028 specified) because it executes faster on the 486.  Note that you can
1029 explicitly request the two byte opcode by writing @samp{sarl %eax}.
1030 Secondly, if you specify @samp{i8086}, @samp{i186}, or @samp{i286},
1031 @emph{and} @samp{.code16} or @samp{.code16gcc} then byte offset
1032 conditional jumps will be promoted when necessary to a two instruction
1033 sequence consisting of a conditional jump of the opposite sense around
1034 an unconditional jump to the target.
1035
1036 Following the CPU architecture (but not a sub-architecture, which are those
1037 starting with a dot), you may specify @samp{jumps} or @samp{nojumps} to
1038 control automatic promotion of conditional jumps. @samp{jumps} is the
1039 default, and enables jump promotion;  All external jumps will be of the long
1040 variety, and file-local jumps will be promoted as necessary.
1041 (@pxref{i386-Jumps})  @samp{nojumps} leaves external conditional jumps as
1042 byte offset jumps, and warns about file-local conditional jumps that
1043 @code{@value{AS}} promotes.
1044 Unconditional jumps are treated as for @samp{jumps}.
1045
1046 For example
1047
1048 @smallexample
1049  .arch i8086,nojumps
1050 @end smallexample
1051
1052 @node i386-Notes
1053 @section Notes
1054
1055 @cindex i386 @code{mul}, @code{imul} instructions
1056 @cindex @code{mul} instruction, i386
1057 @cindex @code{imul} instruction, i386
1058 @cindex @code{mul} instruction, x86-64
1059 @cindex @code{imul} instruction, x86-64
1060 There is some trickery concerning the @samp{mul} and @samp{imul}
1061 instructions that deserves mention.  The 16-, 32-, 64- and 128-bit expanding
1062 multiplies (base opcode @samp{0xf6}; extension 4 for @samp{mul} and 5
1063 for @samp{imul}) can be output only in the one operand form.  Thus,
1064 @samp{imul %ebx, %eax} does @emph{not} select the expanding multiply;
1065 the expanding multiply would clobber the @samp{%edx} register, and this
1066 would confuse @code{@value{GCC}} output.  Use @samp{imul %ebx} to get the
1067 64-bit product in @samp{%edx:%eax}.
1068
1069 We have added a two operand form of @samp{imul} when the first operand
1070 is an immediate mode expression and the second operand is a register.
1071 This is just a shorthand, so that, multiplying @samp{%eax} by 69, for
1072 example, can be done with @samp{imul $69, %eax} rather than @samp{imul
1073 $69, %eax, %eax}.
1074