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[FreeBSD/releng/10.0.git] / contrib / binutils / gas / doc / c-mips.texi
1 @c Copyright 1991, 1992, 1993, 1994, 1995, 1997, 1999, 2000, 2001,
2 @c 2002, 2003, 2004
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 MIPS-Dependent
9 @chapter MIPS Dependent Features
10 @end ifset
11 @ifclear GENERIC
12 @node Machine Dependencies
13 @chapter MIPS Dependent Features
14 @end ifclear
15
16 @cindex MIPS processor
17 @sc{gnu} @code{@value{AS}} for @sc{mips} architectures supports several
18 different @sc{mips} processors, and MIPS ISA levels I through V, MIPS32,
19 and MIPS64.  For information about the @sc{mips} instruction set, see
20 @cite{MIPS RISC Architecture}, by Kane and Heindrich (Prentice-Hall).
21 For an overview of @sc{mips} assembly conventions, see ``Appendix D:
22 Assembly Language Programming'' in the same work.
23
24 @menu
25 * MIPS Opts::           Assembler options
26 * MIPS Object::         ECOFF object code
27 * MIPS Stabs::          Directives for debugging information
28 * MIPS ISA::            Directives to override the ISA level
29 * MIPS symbol sizes::   Directives to override the size of symbols
30 * MIPS autoextend::     Directives for extending MIPS 16 bit instructions
31 * MIPS insn::           Directive to mark data as an instruction
32 * MIPS option stack::   Directives to save and restore options
33 * MIPS ASE instruction generation overrides:: Directives to control
34                         generation of MIPS ASE instructions
35 @end menu
36
37 @node MIPS Opts
38 @section Assembler options
39
40 The @sc{mips} configurations of @sc{gnu} @code{@value{AS}} support these
41 special options:
42
43 @table @code
44 @cindex @code{-G} option (MIPS)
45 @item -G @var{num}
46 This option sets the largest size of an object that can be referenced
47 implicitly with the @code{gp} register.  It is only accepted for targets
48 that use @sc{ecoff} format.  The default value is 8.
49
50 @cindex @code{-EB} option (MIPS)
51 @cindex @code{-EL} option (MIPS)
52 @cindex MIPS big-endian output
53 @cindex MIPS little-endian output
54 @cindex big-endian output, MIPS
55 @cindex little-endian output, MIPS
56 @item -EB
57 @itemx -EL
58 Any @sc{mips} configuration of @code{@value{AS}} can select big-endian or
59 little-endian output at run time (unlike the other @sc{gnu} development
60 tools, which must be configured for one or the other).  Use @samp{-EB}
61 to select big-endian output, and @samp{-EL} for little-endian.
62
63 @item -KPIC
64 @cindex PIC selection, MIPS
65 @cindex @option{-KPIC} option, MIPS
66 Generate SVR4-style PIC.  This option tells the assembler to generate
67 SVR4-style position-independent macro expansions.  It also tells the
68 assembler to mark the output file as PIC.
69
70 @item -mvxworks-pic
71 @cindex @option{-mvxworks-pic} option, MIPS
72 Generate VxWorks PIC.  This option tells the assembler to generate
73 VxWorks-style position-independent macro expansions.
74
75 @cindex MIPS architecture options
76 @item -mips1
77 @itemx -mips2
78 @itemx -mips3
79 @itemx -mips4
80 @itemx -mips5
81 @itemx -mips32
82 @itemx -mips32r2
83 @itemx -mips64
84 @itemx -mips64r2
85 Generate code for a particular MIPS Instruction Set Architecture level.
86 @samp{-mips1} corresponds to the @sc{r2000} and @sc{r3000} processors,
87 @samp{-mips2} to the @sc{r6000} processor, @samp{-mips3} to the
88 @sc{r4000} processor, and @samp{-mips4} to the @sc{r8000} and
89 @sc{r10000} processors.  @samp{-mips5}, @samp{-mips32}, @samp{-mips32r2},
90 @samp{-mips64}, and @samp{-mips64r2}
91 correspond to generic
92 @sc{MIPS V}, @sc{MIPS32}, @sc{MIPS32 Release 2}, @sc{MIPS64},
93 and @sc{MIPS64 Release 2}
94 ISA processors, respectively.  You can also switch
95 instruction sets during the assembly; see @ref{MIPS ISA, Directives to
96 override the ISA level}.
97
98 @item -mgp32
99 @itemx -mfp32
100 Some macros have different expansions for 32-bit and 64-bit registers.
101 The register sizes are normally inferred from the ISA and ABI, but these
102 flags force a certain group of registers to be treated as 32 bits wide at
103 all times.  @samp{-mgp32} controls the size of general-purpose registers
104 and @samp{-mfp32} controls the size of floating-point registers.
105
106 The @code{.set gp=32} and @code{.set fp=32} directives allow the size
107 of registers to be changed for parts of an object. The default value is
108 restored by @code{.set gp=default} and @code{.set fp=default}.
109
110 On some MIPS variants there is a 32-bit mode flag; when this flag is
111 set, 64-bit instructions generate a trap.  Also, some 32-bit OSes only
112 save the 32-bit registers on a context switch, so it is essential never
113 to use the 64-bit registers.
114
115 @item -mgp64
116 @itemx -mfp64
117 Assume that 64-bit registers are available.  This is provided in the
118 interests of symmetry with @samp{-mgp32} and @samp{-mfp32}.
119
120 The @code{.set gp=64} and @code{.set fp=64} directives allow the size
121 of registers to be changed for parts of an object. The default value is
122 restored by @code{.set gp=default} and @code{.set fp=default}.
123
124 @item -mips16
125 @itemx -no-mips16
126 Generate code for the MIPS 16 processor.  This is equivalent to putting
127 @code{.set mips16} at the start of the assembly file.  @samp{-no-mips16}
128 turns off this option.
129
130 @item -msmartmips
131 @itemx -mno-smartmips
132 Enables the SmartMIPS extensions to the MIPS32 instruction set, which
133 provides a number of new instructions which target smartcard and
134 cryptographic applications.  This is equivalent to putting
135 @code{.set smartmips} at the start of the assembly file.
136 @samp{-mno-smartmips} turns off this option.
137
138 @item -mips3d
139 @itemx -no-mips3d
140 Generate code for the MIPS-3D Application Specific Extension.
141 This tells the assembler to accept MIPS-3D instructions.
142 @samp{-no-mips3d} turns off this option.
143
144 @item -mdmx
145 @itemx -no-mdmx
146 Generate code for the MDMX Application Specific Extension.
147 This tells the assembler to accept MDMX instructions.
148 @samp{-no-mdmx} turns off this option.
149
150 @item -mdsp
151 @itemx -mno-dsp
152 Generate code for the DSP Release 1 Application Specific Extension.
153 This tells the assembler to accept DSP Release 1 instructions.
154 @samp{-mno-dsp} turns off this option.
155
156 @item -mdspr2
157 @itemx -mno-dspr2
158 Generate code for the DSP Release 2 Application Specific Extension.
159 This option implies -mdsp.
160 This tells the assembler to accept DSP Release 2 instructions.
161 @samp{-mno-dspr2} turns off this option.
162
163 @item -mmt
164 @itemx -mno-mt
165 Generate code for the MT Application Specific Extension.
166 This tells the assembler to accept MT instructions.
167 @samp{-mno-mt} turns off this option.
168
169 @item -mfix7000
170 @itemx -mno-fix7000
171 Cause nops to be inserted if the read of the destination register
172 of an mfhi or mflo instruction occurs in the following two instructions.
173
174 @item -mfix-vr4120
175 @itemx -no-mfix-vr4120
176 Insert nops to work around certain VR4120 errata.  This option is
177 intended to be used on GCC-generated code: it is not designed to catch
178 all problems in hand-written assembler code.
179
180 @item -mfix-vr4130
181 @itemx -no-mfix-vr4130
182 Insert nops to work around the VR4130 @samp{mflo}/@samp{mfhi} errata.
183
184 @item -m4010
185 @itemx -no-m4010
186 Generate code for the LSI @sc{r4010} chip.  This tells the assembler to
187 accept the @sc{r4010} specific instructions (@samp{addciu}, @samp{ffc},
188 etc.), and to not schedule @samp{nop} instructions around accesses to
189 the @samp{HI} and @samp{LO} registers.  @samp{-no-m4010} turns off this
190 option.
191
192 @item -m4650
193 @itemx -no-m4650
194 Generate code for the MIPS @sc{r4650} chip.  This tells the assembler to accept
195 the @samp{mad} and @samp{madu} instruction, and to not schedule @samp{nop}
196 instructions around accesses to the @samp{HI} and @samp{LO} registers.
197 @samp{-no-m4650} turns off this option.
198
199 @itemx -m3900
200 @itemx -no-m3900
201 @itemx -m4100
202 @itemx -no-m4100
203 For each option @samp{-m@var{nnnn}}, generate code for the MIPS
204 @sc{r@var{nnnn}} chip.  This tells the assembler to accept instructions
205 specific to that chip, and to schedule for that chip's hazards.
206
207 @item -march=@var{cpu}
208 Generate code for a particular MIPS cpu.  It is exactly equivalent to
209 @samp{-m@var{cpu}}, except that there are more value of @var{cpu}
210 understood.  Valid @var{cpu} value are:
211
212 @quotation
213 2000,
214 3000,
215 3900,
216 4000,
217 4010,
218 4100,
219 4111,
220 vr4120,
221 vr4130,
222 vr4181,
223 4300,
224 4400,
225 4600,
226 4650,
227 5000,
228 rm5200,
229 rm5230,
230 rm5231,
231 rm5261,
232 rm5721,
233 vr5400,
234 vr5500,
235 6000,
236 rm7000,
237 8000,
238 rm9000,
239 10000,
240 12000,
241 4kc,
242 4km,
243 4kp,
244 4ksc,
245 4kec,
246 4kem,
247 4kep,
248 4ksd,
249 m4k,
250 m4kp,
251 24kc,
252 24kf,
253 24kx,
254 24kec,
255 24kef,
256 24kex,
257 34kc,
258 34kf,
259 34kx,
260 74kc,
261 74kf,
262 74kx,
263 5kc,
264 5kf,
265 20kc,
266 25kf,
267 sb1,
268 sb1a
269 @end quotation
270
271 @item -mtune=@var{cpu}
272 Schedule and tune for a particular MIPS cpu.  Valid @var{cpu} values are
273 identical to @samp{-march=@var{cpu}}.
274
275 @item -mabi=@var{abi}
276 Record which ABI the source code uses.  The recognized arguments
277 are: @samp{32}, @samp{n32}, @samp{o64}, @samp{64} and @samp{eabi}.
278
279 @item -msym32
280 @itemx -mno-sym32
281 @cindex -msym32
282 @cindex -mno-sym32
283 Equivalent to adding @code{.set sym32} or @code{.set nosym32} to
284 the beginning of the assembler input.  @xref{MIPS symbol sizes}.
285
286 @cindex @code{-nocpp} ignored (MIPS)
287 @item -nocpp
288 This option is ignored.  It is accepted for command-line compatibility with
289 other assemblers, which use it to turn off C style preprocessing.  With
290 @sc{gnu} @code{@value{AS}}, there is no need for @samp{-nocpp}, because the
291 @sc{gnu} assembler itself never runs the C preprocessor.
292
293 @item --construct-floats
294 @itemx --no-construct-floats
295 @cindex --construct-floats
296 @cindex --no-construct-floats
297 The @code{--no-construct-floats} option disables the construction of
298 double width floating point constants by loading the two halves of the
299 value into the two single width floating point registers that make up
300 the double width register.  This feature is useful if the processor
301 support the FR bit in its status  register, and this bit is known (by
302 the programmer) to be set.  This bit prevents the aliasing of the double
303 width register by the single width registers.
304
305 By default @code{--construct-floats} is selected, allowing construction
306 of these floating point constants.
307
308 @item --trap
309 @itemx --no-break
310 @c FIXME!  (1) reflect these options (next item too) in option summaries;
311 @c         (2) stop teasing, say _which_ instructions expanded _how_.
312 @code{@value{AS}} automatically macro expands certain division and
313 multiplication instructions to check for overflow and division by zero.  This
314 option causes @code{@value{AS}} to generate code to take a trap exception
315 rather than a break exception when an error is detected.  The trap instructions
316 are only supported at Instruction Set Architecture level 2 and higher.
317
318 @item --break
319 @itemx --no-trap
320 Generate code to take a break exception rather than a trap exception when an
321 error is detected.  This is the default.
322
323 @item -mpdr
324 @itemx -mno-pdr
325 Control generation of @code{.pdr} sections.  Off by default on IRIX, on
326 elsewhere.
327
328 @item -mshared
329 @itemx -mno-shared
330 When generating code using the Unix calling conventions (selected by
331 @samp{-KPIC} or @samp{-mcall_shared}), gas will normally generate code
332 which can go into a shared library.  The @samp{-mno-shared} option
333 tells gas to generate code which uses the calling convention, but can
334 not go into a shared library.  The resulting code is slightly more
335 efficient.  This option only affects the handling of the
336 @samp{.cpload} and @samp{.cpsetup} pseudo-ops.
337 @end table
338
339 @node MIPS Object
340 @section MIPS ECOFF object code
341
342 @cindex ECOFF sections
343 @cindex MIPS ECOFF sections
344 Assembling for a @sc{mips} @sc{ecoff} target supports some additional sections
345 besides the usual @code{.text}, @code{.data} and @code{.bss}.  The
346 additional sections are @code{.rdata}, used for read-only data,
347 @code{.sdata}, used for small data, and @code{.sbss}, used for small
348 common objects.
349
350 @cindex small objects, MIPS ECOFF
351 @cindex @code{gp} register, MIPS
352 When assembling for @sc{ecoff}, the assembler uses the @code{$gp} (@code{$28})
353 register to form the address of a ``small object''.  Any object in the
354 @code{.sdata} or @code{.sbss} sections is considered ``small'' in this sense.
355 For external objects, or for objects in the @code{.bss} section, you can use
356 the @code{@value{GCC}} @samp{-G} option to control the size of objects addressed via
357 @code{$gp}; the default value is 8, meaning that a reference to any object
358 eight bytes or smaller uses @code{$gp}.  Passing @samp{-G 0} to
359 @code{@value{AS}} prevents it from using the @code{$gp} register on the basis
360 of object size (but the assembler uses @code{$gp} for objects in @code{.sdata}
361 or @code{sbss} in any case).  The size of an object in the @code{.bss} section
362 is set by the @code{.comm} or @code{.lcomm} directive that defines it.  The
363 size of an external object may be set with the @code{.extern} directive.  For
364 example, @samp{.extern sym,4} declares that the object at @code{sym} is 4 bytes
365 in length, whie leaving @code{sym} otherwise undefined.
366
367 Using small @sc{ecoff} objects requires linker support, and assumes that the
368 @code{$gp} register is correctly initialized (normally done automatically by
369 the startup code).  @sc{mips} @sc{ecoff} assembly code must not modify the
370 @code{$gp} register.
371
372 @node MIPS Stabs
373 @section Directives for debugging information
374
375 @cindex MIPS debugging directives
376 @sc{mips} @sc{ecoff} @code{@value{AS}} supports several directives used for
377 generating debugging information which are not support by traditional @sc{mips}
378 assemblers.  These are @code{.def}, @code{.endef}, @code{.dim}, @code{.file},
379 @code{.scl}, @code{.size}, @code{.tag}, @code{.type}, @code{.val},
380 @code{.stabd}, @code{.stabn}, and @code{.stabs}.  The debugging information
381 generated by the three @code{.stab} directives can only be read by @sc{gdb},
382 not by traditional @sc{mips} debuggers (this enhancement is required to fully
383 support C++ debugging).  These directives are primarily used by compilers, not
384 assembly language programmers!
385
386 @node MIPS symbol sizes
387 @section Directives to override the size of symbols
388
389 @cindex @code{.set sym32}
390 @cindex @code{.set nosym32}
391 The n64 ABI allows symbols to have any 64-bit value.  Although this
392 provides a great deal of flexibility, it means that some macros have
393 much longer expansions than their 32-bit counterparts.  For example,
394 the non-PIC expansion of @samp{dla $4,sym} is usually:
395
396 @smallexample
397 lui     $4,%highest(sym)
398 lui     $1,%hi(sym)
399 daddiu  $4,$4,%higher(sym)
400 daddiu  $1,$1,%lo(sym)
401 dsll32  $4,$4,0
402 daddu   $4,$4,$1
403 @end smallexample
404
405 whereas the 32-bit expansion is simply:
406
407 @smallexample
408 lui     $4,%hi(sym)
409 daddiu  $4,$4,%lo(sym)
410 @end smallexample
411
412 n64 code is sometimes constructed in such a way that all symbolic
413 constants are known to have 32-bit values, and in such cases, it's
414 preferable to use the 32-bit expansion instead of the 64-bit
415 expansion.
416
417 You can use the @code{.set sym32} directive to tell the assembler
418 that, from this point on, all expressions of the form
419 @samp{@var{symbol}} or @samp{@var{symbol} + @var{offset}}
420 have 32-bit values.  For example:
421
422 @smallexample
423 .set sym32
424 dla     $4,sym
425 lw      $4,sym+16
426 sw      $4,sym+0x8000($4)
427 @end smallexample
428
429 will cause the assembler to treat @samp{sym}, @code{sym+16} and
430 @code{sym+0x8000} as 32-bit values.  The handling of non-symbolic
431 addresses is not affected.
432
433 The directive @code{.set nosym32} ends a @code{.set sym32} block and
434 reverts to the normal behavior.  It is also possible to change the
435 symbol size using the command-line options @option{-msym32} and
436 @option{-mno-sym32}.
437
438 These options and directives are always accepted, but at present,
439 they have no effect for anything other than n64.
440
441 @node MIPS ISA
442 @section Directives to override the ISA level
443
444 @cindex MIPS ISA override
445 @kindex @code{.set mips@var{n}}
446 @sc{gnu} @code{@value{AS}} supports an additional directive to change
447 the @sc{mips} Instruction Set Architecture level on the fly: @code{.set
448 mips@var{n}}.  @var{n} should be a number from 0 to 5, or 32, 32r2, 64
449 or 64r2.
450 The values other than 0 make the assembler accept instructions
451 for the corresponding @sc{isa} level, from that point on in the
452 assembly.  @code{.set mips@var{n}} affects not only which instructions
453 are permitted, but also how certain macros are expanded.  @code{.set
454 mips0} restores the @sc{isa} level to its original level: either the
455 level you selected with command line options, or the default for your
456 configuration.  You can use this feature to permit specific @sc{mips3}
457 instructions while assembling in 32 bit mode.  Use this directive with
458 care!
459
460 @cindex MIPS CPU override
461 @kindex @code{.set arch=@var{cpu}}
462 The @code{.set arch=@var{cpu}} directive provides even finer control.
463 It changes the effective CPU target and allows the assembler to use
464 instructions specific to a particular CPU.  All CPUs supported by the
465 @samp{-march} command line option are also selectable by this directive.
466 The original value is restored by @code{.set arch=default}.
467
468 The directive @code{.set mips16} puts the assembler into MIPS 16 mode,
469 in which it will assemble instructions for the MIPS 16 processor.  Use
470 @code{.set nomips16} to return to normal 32 bit mode.
471
472 Traditional @sc{mips} assemblers do not support this directive.
473
474 @node MIPS autoextend
475 @section Directives for extending MIPS 16 bit instructions
476
477 @kindex @code{.set autoextend}
478 @kindex @code{.set noautoextend}
479 By default, MIPS 16 instructions are automatically extended to 32 bits
480 when necessary.  The directive @code{.set noautoextend} will turn this
481 off.  When @code{.set noautoextend} is in effect, any 32 bit instruction
482 must be explicitly extended with the @code{.e} modifier (e.g.,
483 @code{li.e $4,1000}).  The directive @code{.set autoextend} may be used
484 to once again automatically extend instructions when necessary.
485
486 This directive is only meaningful when in MIPS 16 mode.  Traditional
487 @sc{mips} assemblers do not support this directive.
488
489 @node MIPS insn
490 @section Directive to mark data as an instruction
491
492 @kindex @code{.insn}
493 The @code{.insn} directive tells @code{@value{AS}} that the following
494 data is actually instructions.  This makes a difference in MIPS 16 mode:
495 when loading the address of a label which precedes instructions,
496 @code{@value{AS}} automatically adds 1 to the value, so that jumping to
497 the loaded address will do the right thing.
498
499 @node MIPS option stack
500 @section Directives to save and restore options
501
502 @cindex MIPS option stack
503 @kindex @code{.set push}
504 @kindex @code{.set pop}
505 The directives @code{.set push} and @code{.set pop} may be used to save
506 and restore the current settings for all the options which are
507 controlled by @code{.set}.  The @code{.set push} directive saves the
508 current settings on a stack.  The @code{.set pop} directive pops the
509 stack and restores the settings.
510
511 These directives can be useful inside an macro which must change an
512 option such as the ISA level or instruction reordering but does not want
513 to change the state of the code which invoked the macro.
514
515 Traditional @sc{mips} assemblers do not support these directives.
516
517 @node MIPS ASE instruction generation overrides
518 @section Directives to control generation of MIPS ASE instructions
519
520 @cindex MIPS MIPS-3D instruction generation override
521 @kindex @code{.set mips3d}
522 @kindex @code{.set nomips3d}
523 The directive @code{.set mips3d} makes the assembler accept instructions
524 from the MIPS-3D Application Specific Extension from that point on
525 in the assembly.  The @code{.set nomips3d} directive prevents MIPS-3D
526 instructions from being accepted.
527
528 @cindex SmartMIPS instruction generation override
529 @kindex @code{.set smartmips}
530 @kindex @code{.set nosmartmips}
531 The directive @code{.set smartmips} makes the assembler accept
532 instructions from the SmartMIPS Application Specific Extension to the
533 MIPS32 @sc{isa} from that point on in the assembly.  The
534 @code{.set nosmartmips} directive prevents SmartMIPS instructions from
535 being accepted.
536
537 @cindex MIPS MDMX instruction generation override
538 @kindex @code{.set mdmx}
539 @kindex @code{.set nomdmx}
540 The directive @code{.set mdmx} makes the assembler accept instructions
541 from the MDMX Application Specific Extension from that point on
542 in the assembly.  The @code{.set nomdmx} directive prevents MDMX
543 instructions from being accepted.
544
545 @cindex MIPS DSP Release 1 instruction generation override
546 @kindex @code{.set dsp}
547 @kindex @code{.set nodsp}
548 The directive @code{.set dsp} makes the assembler accept instructions
549 from the DSP Release 1 Application Specific Extension from that point
550 on in the assembly.  The @code{.set nodsp} directive prevents DSP
551 Release 1 instructions from being accepted.
552
553 @cindex MIPS DSP Release 2 instruction generation override
554 @kindex @code{.set dspr2}
555 @kindex @code{.set nodspr2}
556 The directive @code{.set dspr2} makes the assembler accept instructions
557 from the DSP Release 2 Application Specific Extension from that point
558 on in the assembly.  This dirctive implies @code{.set dsp}.  The
559 @code{.set nodspr2} directive prevents DSP Release 2 instructions from
560 being accepted.
561
562 @cindex MIPS MT instruction generation override
563 @kindex @code{.set mt}
564 @kindex @code{.set nomt}
565 The directive @code{.set mt} makes the assembler accept instructions
566 from the MT Application Specific Extension from that point on
567 in the assembly.  The @code{.set nomt} directive prevents MT
568 instructions from being accepted.
569
570 Traditional @sc{mips} assemblers do not support these directives.