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[FreeBSD/releng/8.1.git] / contrib / binutils / gas / doc / c-alpha.texi
1 @c Copyright 2002
2 @c Free Software Foundation, Inc.
3 @c This is part of the GAS manual.
4 @c For copying conditions, see the file as.texinfo.
5
6 @ifset GENERIC
7 @page
8 @node Alpha-Dependent
9 @chapter Alpha Dependent Features
10 @end ifset
11
12 @ifclear GENERIC
13 @node Machine Dependencies
14 @chapter Alpha Dependent Features
15 @end ifclear
16
17 @cindex Alpha support
18 @menu
19 * Alpha Notes::                Notes
20 * Alpha Options::              Options
21 * Alpha Syntax::               Syntax
22 * Alpha Floating Point::       Floating Point
23 * Alpha Directives::           Alpha Machine Directives
24 * Alpha Opcodes::              Opcodes
25 @end menu
26
27 @node Alpha Notes
28 @section Notes
29 @cindex Alpha notes
30 @cindex notes for Alpha
31
32 The documentation here is primarily for the ELF object format.
33 @code{@value{AS}} also supports the ECOFF and EVAX formats, but
34 features specific to these formats are not yet documented.
35
36 @node Alpha Options
37 @section Options
38 @cindex Alpha options
39 @cindex options for Alpha
40
41 @table @option
42 @cindex @code{-m@var{cpu}} command line option, Alpha
43 @item -m@var{cpu}
44 This option specifies the target processor.  If an attempt is made to
45 assemble an instruction which will not execute on the target processor,
46 the assembler may either expand the instruction as a macro or issue an
47 error message.  This option is equivalent to the @code{.arch} directive.
48
49 The following processor names are recognized: 
50 @code{21064},
51 @code{21064a},
52 @code{21066},
53 @code{21068},
54 @code{21164},
55 @code{21164a},
56 @code{21164pc},
57 @code{21264},
58 @code{21264a},
59 @code{21264b},
60 @code{ev4},
61 @code{ev5},
62 @code{lca45},
63 @code{ev5},
64 @code{ev56},
65 @code{pca56},
66 @code{ev6},
67 @code{ev67},
68 @code{ev68}.
69 The special name @code{all} may be used to allow the assembler to accept
70 instructions valid for any Alpha processor.
71
72 In order to support existing practice in OSF/1 with respect to @code{.arch},
73 and existing practice within @command{MILO} (the Linux ARC bootloader), the
74 numbered processor names (e.g.@: 21064) enable the processor-specific PALcode
75 instructions, while the ``electro-vlasic'' names (e.g.@: @code{ev4}) do not.
76
77 @cindex @code{-mdebug} command line option, Alpha
78 @cindex @code{-no-mdebug} command line option, Alpha
79 @item -mdebug
80 @itemx -no-mdebug
81 Enables or disables the generation of @code{.mdebug} encapsulation for
82 stabs directives and procedure descriptors.  The default is to automatically
83 enable @code{.mdebug} when the first stabs directive is seen.
84
85 @cindex @code{-relax} command line option, Alpha
86 @item -relax
87 This option forces all relocations to be put into the object file, instead
88 of saving space and resolving some relocations at assembly time.  Note that
89 this option does not propagate all symbol arithmetic into the object file,
90 because not all symbol arithmetic can be represented.  However, the option
91 can still be useful in specific applications.
92
93 @cindex @code{-g} command line option, Alpha
94 @item -g
95 This option is used when the compiler generates debug information.  When
96 @command{gcc} is using @command{mips-tfile} to generate debug
97 information for ECOFF, local labels must be passed through to the object
98 file.  Otherwise this option has no effect.
99
100 @cindex @code{-G} command line option, Alpha
101 @item -G@var{size}
102 A local common symbol larger than @var{size} is placed in @code{.bss},
103 while smaller symbols are placed in @code{.sbss}.
104
105 @cindex @code{-F} command line option, Alpha
106 @cindex @code{-32addr} command line option, Alpha
107 @item -F
108 @itemx -32addr
109 These options are ignored for backward compatibility.
110 @end table
111
112 @cindex Alpha Syntax
113 @node Alpha Syntax
114 @section Syntax
115 The assembler syntax closely follow the Alpha Reference Manual;
116 assembler directives and general syntax closely follow the OSF/1 and
117 OpenVMS syntax, with a few differences for ELF.
118
119 @menu
120 * Alpha-Chars::                Special Characters
121 * Alpha-Regs::                 Register Names
122 * Alpha-Relocs::               Relocations
123 @end menu
124
125 @node Alpha-Chars
126 @subsection Special Characters
127
128 @cindex line comment character, Alpha
129 @cindex Alpha line comment character
130 @samp{#} is the line comment character.
131
132 @cindex line separator, Alpha
133 @cindex statement separator, Alpha
134 @cindex Alpha line separator
135 @samp{;} can be used instead of a newline to separate statements.
136
137 @node Alpha-Regs
138 @subsection Register Names
139 @cindex Alpha registers
140 @cindex register names, Alpha
141
142 The 32 integer registers are referred to as @samp{$@var{n}} or
143 @samp{$r@var{n}}.  In addition, registers 15, 28, 29, and 30 may
144 be referred to by the symbols @samp{$fp}, @samp{$at}, @samp{$gp},
145 and @samp{$sp} respectively.
146
147 The 32 floating-point registers are referred to as @samp{$f@var{n}}.
148
149 @node Alpha-Relocs
150 @subsection Relocations
151 @cindex Alpha relocations
152 @cindex relocations, Alpha
153
154 Some of these relocations are available for ECOFF, but mostly
155 only for ELF.  They are modeled after the relocation format 
156 introduced in Digital Unix 4.0, but there are additions.
157
158 The format is @samp{!@var{tag}} or @samp{!@var{tag}!@var{number}}
159 where @var{tag} is the name of the relocation.  In some cases
160 @var{number} is used to relate specific instructions.
161
162 The relocation is placed at the end of the instruction like so:
163
164 @example
165 ldah  $0,a($29)    !gprelhigh
166 lda   $0,a($0)     !gprellow
167 ldq   $1,b($29)    !literal!100
168 ldl   $2,0($1)     !lituse_base!100
169 @end example
170
171 @table @code
172 @item !literal
173 @itemx !literal!@var{N}
174 Used with an @code{ldq} instruction to load the address of a symbol
175 from the GOT.
176
177 A sequence number @var{N} is optional, and if present is used to pair
178 @code{lituse} relocations with this @code{literal} relocation.  The
179 @code{lituse} relocations are used by the linker to optimize the code
180 based on the final location of the symbol.
181
182 Note that these optimizations are dependent on the data flow of the
183 program.  Therefore, if @emph{any} @code{lituse} is paired with a
184 @code{literal} relocation, then @emph{all} uses of the register set by
185 the @code{literal} instruction must also be marked with @code{lituse}
186 relocations.  This is because the original @code{literal} instruction
187 may be deleted or transformed into another instruction.
188
189 Also note that there may be a one-to-many relationship between
190 @code{literal} and @code{lituse}, but not a many-to-one.  That is, if
191 there are two code paths that load up the same address and feed the
192 value to a single use, then the use may not use a @code{lituse}
193 relocation.
194
195 @item !lituse_base!@var{N}
196 Used with any memory format instruction (e.g.@: @code{ldl}) to indicate
197 that the literal is used for an address load.  The offset field of the
198 instruction must be zero.  During relaxation, the code may be altered
199 to use a gp-relative load.
200
201 @item !lituse_jsr!@var{N}
202 Used with a register branch format instruction (e.g.@: @code{jsr}) to
203 indicate that the literal is used for a call.  During relaxation, the
204 code may be altered to use a direct branch (e.g.@: @code{bsr}).
205
206 @item !lituse_bytoff!@var{N}
207 Used with a byte mask instruction (e.g.@: @code{extbl}) to indicate
208 that only the low 3 bits of the address are relevant.  During relaxation,
209 the code may be altered to use an immediate instead of a register shift.
210
211 @item !lituse_addr!@var{N}
212 Used with any other instruction to indicate that the original address
213 is in fact used, and the original @code{ldq} instruction may not be
214 altered or deleted.  This is useful in conjunction with @code{lituse_jsr}
215 to test whether a weak symbol is defined.
216
217 @example
218 ldq  $27,foo($29)   !literal!1
219 beq  $27,is_undef   !lituse_addr!1
220 jsr  $26,($27),foo  !lituse_jsr!1
221 @end example
222
223 @item !lituse_tlsgd!@var{N}
224 Used with a register branch format instruction to indicate that the
225 literal is the call to @code{__tls_get_addr} used to compute the 
226 address of the thread-local storage variable whose descriptor was
227 loaded with @code{!tlsgd!@var{N}}.
228
229 @item !lituse_tlsldm!@var{N}
230 Used with a register branch format instruction to indicate that the
231 literal is the call to @code{__tls_get_addr} used to compute the 
232 address of the base of the thread-local storage block for the current
233 module.  The descriptor for the module must have been loaded with
234 @code{!tlsldm!@var{N}}.
235
236 @item !gpdisp!@var{N}
237 Used with @code{ldah} and @code{lda} to load the GP from the current
238 address, a-la the @code{ldgp} macro.  The source register for the
239 @code{ldah} instruction must contain the address of the @code{ldah}
240 instruction.  There must be exactly one @code{lda} instruction paired
241 with the @code{ldah} instruction, though it may appear anywhere in 
242 the instruction stream.  The immediate operands must be zero.
243
244 @example
245 bsr  $26,foo
246 ldah $29,0($26)     !gpdisp!1
247 lda  $29,0($29)     !gpdisp!1
248 @end example
249
250 @item !gprelhigh
251 Used with an @code{ldah} instruction to add the high 16 bits of a
252 32-bit displacement from the GP.
253
254 @item !gprellow
255 Used with any memory format instruction to add the low 16 bits of a
256 32-bit displacement from the GP.
257
258 @item !gprel
259 Used with any memory format instruction to add a 16-bit displacement
260 from the GP.
261
262 @item !samegp
263 Used with any branch format instruction to skip the GP load at the
264 target address.  The referenced symbol must have the same GP as the
265 source object file, and it must be declared to either not use @code{$27}
266 or perform a standard GP load in the first two instructions via the
267 @code{.prologue} directive.
268
269 @item !tlsgd
270 @itemx !tlsgd!@var{N}
271 Used with an @code{lda} instruction to load the address of a TLS
272 descriptor for a symbol in the GOT.
273
274 The sequence number @var{N} is optional, and if present it used to
275 pair the descriptor load with both the @code{literal} loading the
276 address of the @code{__tls_get_addr} function and the @code{lituse_tlsgd}
277 marking the call to that function.
278
279 For proper relaxation, both the @code{tlsgd}, @code{literal} and
280 @code{lituse} relocations must be in the same extended basic block.
281 That is, the relocation with the lowest address must be executed
282 first at runtime.
283
284 @item !tlsldm
285 @itemx !tlsldm!@var{N}
286 Used with an @code{lda} instruction to load the address of a TLS
287 descriptor for the current module in the GOT.
288
289 Similar in other respects to @code{tlsgd}.
290
291 @item !gotdtprel
292 Used with an @code{ldq} instruction to load the offset of the TLS
293 symbol within its module's thread-local storage block.  Also known
294 as the dynamic thread pointer offset or dtp-relative offset.
295
296 @item !dtprelhi
297 @itemx !dtprello
298 @itemx !dtprel
299 Like @code{gprel} relocations except they compute dtp-relative offsets.
300
301 @item !gottprel
302 Used with an @code{ldq} instruction to load the offset of the TLS
303 symbol from the thread pointer.  Also known as the tp-relative offset.
304
305 @item !tprelhi
306 @itemx !tprello
307 @itemx !tprel
308 Like @code{gprel} relocations except they compute tp-relative offsets.
309 @end table
310
311 @node Alpha Floating Point
312 @section Floating Point
313 @cindex floating point, Alpha (@sc{ieee})
314 @cindex Alpha floating point (@sc{ieee})
315 The Alpha family uses both @sc{ieee} and VAX floating-point numbers.
316
317 @node Alpha Directives
318 @section Alpha Assembler Directives
319
320 @command{@value{AS}} for the Alpha supports many additional directives for
321 compatibility with the native assembler.  This section describes them only
322 briefly.
323
324 @cindex Alpha-only directives
325 These are the additional directives in @code{@value{AS}} for the Alpha:
326
327 @table @code
328 @item .arch @var{cpu}
329 Specifies the target processor.  This is equivalent to the
330 @option{-m@var{cpu}} command-line option.  @xref{Alpha Options, Options},
331 for a list of values for @var{cpu}.
332
333 @item .ent @var{function}[, @var{n}]
334 Mark the beginning of @var{function}.  An optional number may follow for
335 compatibility with the OSF/1 assembler, but is ignored.  When generating
336 @code{.mdebug} information, this will create a procedure descriptor for
337 the function.  In ELF, it will mark the symbol as a function a-la the
338 generic @code{.type} directive.
339
340 @item .end @var{function}
341 Mark the end of @var{function}.  In ELF, it will set the size of the symbol
342 a-la the generic @code{.size} directive.
343
344 @item .mask @var{mask}, @var{offset}
345 Indicate which of the integer registers are saved in the current
346 function's stack frame.  @var{mask} is interpreted a bit mask in which
347 bit @var{n} set indicates that register @var{n} is saved.  The registers
348 are saved in a block located @var{offset} bytes from the @dfn{canonical
349 frame address} (CFA) which is the value of the stack pointer on entry to
350 the function.  The registers are saved sequentially, except that the
351 return address register (normally @code{$26}) is saved first.
352
353 This and the other directives that describe the stack frame are
354 currently only used when generating @code{.mdebug} information.  They
355 may in the future be used to generate DWARF2 @code{.debug_frame} unwind
356 information for hand written assembly.
357
358 @item .fmask @var{mask}, @var{offset}
359 Indicate which of the floating-point registers are saved in the current
360 stack frame.  The @var{mask} and @var{offset} parameters are interpreted
361 as with @code{.mask}.
362
363 @item .frame @var{framereg}, @var{frameoffset}, @var{retreg}[, @var{argoffset}]
364 Describes the shape of the stack frame.  The frame pointer in use is
365 @var{framereg}; normally this is either @code{$fp} or @code{$sp}.  The
366 frame pointer is @var{frameoffset} bytes below the CFA.  The return
367 address is initially located in @var{retreg} until it is saved as
368 indicated in @code{.mask}.  For compatibility with OSF/1 an optional
369 @var{argoffset} parameter is accepted and ignored.  It is believed to
370 indicate the offset from the CFA to the saved argument registers.
371
372 @item .prologue @var{n}
373 Indicate that the stack frame is set up and all registers have been
374 spilled.  The argument @var{n} indicates whether and how the function
375 uses the incoming @dfn{procedure vector} (the address of the called
376 function) in @code{$27}.  0 indicates that @code{$27} is not used; 1
377 indicates that the first two instructions of the function use @code{$27}
378 to perform a load of the GP register; 2 indicates that @code{$27} is
379 used in some non-standard way and so the linker cannot elide the load of
380 the procedure vector during relaxation.
381
382 @item .usepv @var{function}, @var{which}
383 Used to indicate the use of the @code{$27} register, similar to 
384 @code{.prologue}, but without the other semantics of needing to 
385 be inside an open @code{.ent}/@code{.end} block.
386
387 The @var{which} argument should be either @code{no}, indicating that
388 @code{$27} is not used, or @code{std}, indicating that the first two
389 instructions of the function perform a GP load.
390
391 One might use this directive instead of @code{.prologue} if you are
392 also using dwarf2 CFI directives.
393
394 @item .gprel32 @var{expression}
395 Computes the difference between the address in @var{expression} and the
396 GP for the current object file, and stores it in 4 bytes.  In addition
397 to being smaller than a full 8 byte address, this also does not require
398 a dynamic relocation when used in a shared library.
399
400 @item .t_floating @var{expression}
401 Stores @var{expression} as an @sc{ieee} double precision value.
402
403 @item .s_floating @var{expression}
404 Stores @var{expression} as an @sc{ieee} single precision value.
405
406 @item .f_floating @var{expression}
407 Stores @var{expression} as a VAX F format value.
408
409 @item .g_floating @var{expression}
410 Stores @var{expression} as a VAX G format value.
411
412 @item .d_floating @var{expression}
413 Stores @var{expression} as a VAX D format value.
414
415 @item .set @var{feature}
416 Enables or disables various assembler features.  Using the positive
417 name of the feature enables while using @samp{no@var{feature}} disables.
418
419 @table @code
420 @item at
421 Indicates that macro expansions may clobber the @dfn{assembler
422 temporary} (@code{$at} or @code{$28}) register.  Some macros may not be
423 expanded without this and will generate an error message if @code{noat}
424 is in effect.  When @code{at} is in effect, a warning will be generated
425 if @code{$at} is used by the programmer.
426
427 @item macro
428 Enables the expansion of macro instructions.  Note that variants of real
429 instructions, such as @code{br label} vs @code{br $31,label} are
430 considered alternate forms and not macros.
431
432 @item move
433 @itemx reorder
434 @itemx volatile
435 These control whether and how the assembler may re-order instructions.
436 Accepted for compatibility with the OSF/1 assembler, but @command{@value{AS}}
437 does not do instruction scheduling, so these features are ignored.
438 @end table
439 @end table
440
441 The following directives are recognized for compatibility with the OSF/1
442 assembler but are ignored.
443
444 @example
445 .proc           .aproc
446 .reguse         .livereg
447 .option         .aent
448 .ugen           .eflag
449 .alias          .noalias
450 @end example
451
452 @node Alpha Opcodes
453 @section Opcodes
454 For detailed information on the Alpha machine instruction set, see the
455 @c Attempt to work around a very overfull hbox.
456 @iftex
457 Alpha Architecture Handbook located at
458 @smallfonts
459 @example
460 ftp://ftp.digital.com/pub/Digital/info/semiconductor/literature/alphaahb.pdf
461 @end example
462 @textfonts
463 @end iftex
464 @ifnottex
465 @uref{ftp://ftp.digital.com/pub/Digital/info/semiconductor/literature/alphaahb.pdf,Alpha Architecture Handbook}.
466 @end ifnottex