home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Chip 1998 September / CHIP Eylül 1998.iso / Slackwar / docs / Assembly-HOWTO < prev    next >
Text File  |  1997-11-15  |  52KB  |  1,264 lines

  1.   Assembly HOWTO
  2.   Franτois-RenΘ Rideau rideau@ens.fr
  3.   v0.4l, 16 November 1997
  4.  
  5.   This is the Linux Assembly HOWTO.  This document describes how to pro¡
  6.   gram in assembly using FREE programming tools, focusing on development
  7.   for or from the Linux Operating System on i386 platforms.  Included
  8.   material may or may not be applicable to other hardware and/or soft¡
  9.   ware platforms.  Contributions about these would be gladly accepted.
  10.   keywords: assembly, assembler, free, macroprocessor, preprocessor,
  11.   asm, inline asm, 32-bit, x86, i386, gas, as86, nasm
  12.  
  13.   1.  INTRODUCTION
  14.  
  15.   1.1.  Legal Blurp
  16.  
  17.   Copyright ⌐ 1996,1997 by Franτois-RenΘ Rideau.  This document may be
  18.   distributed under the terms set forth in the LDP license at
  19.   <http://sunsite.unc.edu/LDP/COPYRIGHT.html>.
  20.  
  21.   1.2.  IMPORTANT NOTE
  22.  
  23.   This is expectedly the last release I'll make of this document.
  24.   There's one candidate new maintainer, but until he really takes the
  25.   HOWTO over, I'll accept feedback.
  26.  
  27.   You are especially invited to ask questions, to answer to questions,
  28.   to correct given answers, to add new FAQ answers, to give pointers to
  29.   other software, to point the current maintainer to bugs or
  30.   deficiencies in the pages.  If you're motivated, you could even TAKE
  31.   OVER THE MAINTENANCE OF THE FAQ.  In one word, contribute!
  32.  
  33.   To contribute, please contact whoever appears to maintain the
  34.   Assembly-HOWTO.  Current maintainers are Franτois-RenΘ Rideau
  35.   <mailto:rideau@clipper.ens.fr> and now Paul Anderson
  36.   <mailto:paul@geeky1.ebtech.net>.
  37.  
  38.   1.3.  Foreword
  39.  
  40.   This document aims at answering frequently asked questions of people
  41.   who program or want to program 32-bit x86 assembly using free
  42.   assemblers, particularly under the Linux operating system.  It may
  43.   also point to other documents about non-free, non-x86, or non-32-bit
  44.   assemblers, though such is not its primary goal.
  45.  
  46.   Because the main interest of assembly programming is to build to write
  47.   the guts of operating systems, interpreters, compilers, and games,
  48.   where a C compiler fails to provide the needed expressivity
  49.   (performance is more and more seldom an issue), we stress on
  50.   development of such software.
  51.  
  52.   1.3.1.  How to use this document
  53.  
  54.   This document contains answers to some frequently asked questions.  At
  55.   many places, Universal Resource Locators (URL) are given for some
  56.   software or documentation repository.  Please see that the most useful
  57.   repositories are mirrored, and that by accessing a nearer mirror site,
  58.   you relieve the whole Internet from unneeded network traffic, while
  59.   saving your own precious time.  Particularly, there are large
  60.   repositories all over the world, that mirror other popular
  61.   repositories.  You should learn and note what are those places near
  62.   you (networkwise).  Sometimes, the list of mirrors is listed in a
  63.   file, or in a login message. Please heed the advice.  Else, you should
  64.   ask archie about the software you're looking for...
  65.  
  66.   The most recent version for this documents sits in
  67.  
  68.   <http://www.eleves.ens.fr:8080/home/rideau/Assembly-HOWTO> or
  69.   <http://www.eleves.ens.fr:8080/home/rideau/Assembly-HOWTO.sgml>
  70.  
  71.   but what's in Linux HOWTO repositories should be fairly up to date,
  72.   too (I can't know):
  73.  
  74.   <ftp://sunsite.unc.edu/pub/Linux/docs/HOWTO/> (?)
  75.  
  76.   A french translation of this HOWTO can be found around
  77.  
  78.   <ftp://ftp.ibp.fr/pub/linux/french/HOWTO/>
  79.  
  80.   1.3.2.  Other related documents
  81.  
  82.   ╖  If you don't know what free software is, please do read carefully
  83.      the GNU General Public License, which is used in a lot of free
  84.      software, and is a model for most of their licenses.  It generally
  85.      comes in a file named COPYING, with a library version in a file
  86.      named COPYING.LIB.  Litterature from the FSF (free software
  87.      foundation) might help you, too.
  88.  
  89.   ╖  Particularly, the interesting kind of free software comes with
  90.      sources that you can consult and correct, or sometimes even borrow
  91.      from.  Read your particular license carefully, and do comply to it.
  92.  
  93.   ╖  There is a FAQ for comp.lang.asm.x86 that answers generic questions
  94.      about x86 assembly programming, and questions about some commercial
  95.      assemblers in a 16-bit DOS environment.  Some of it apply to free
  96.      32-bit asm programming, so you may want to read this FAQ...
  97.  
  98.      <http://www2.dgsys.com/~raymoon/faq/asmfaq.zip>
  99.  
  100.   ╖  FAQs and docs exist about programming on your favorite platform,
  101.      whichever it is, that you should consult for platform-specific
  102.      issues not directly related to programming in assembler.
  103.  
  104.   1.4.  History
  105.  
  106.   Each version includes a few fixes and minor corrections, which needs
  107.   not be repeatedly mentionned every time.
  108.  
  109.      Version 0.1     23 Apr 1996
  110.         Francois-Rene "FarΘ" Rideau <rideau@ens.fr> creates and
  111.         publishes the first mini-HOWTO, because ``I'm sick of answering
  112.         ever the same questions on comp.lang.asm.x86''
  113.  
  114.      Version 0.2     4 May 1996
  115.         *
  116.  
  117.      Version 0.3c    15 Jun 1996
  118.         *
  119.  
  120.      Version 0.3f    17 Oct 1996
  121.         found -fasm option to enable GCC inline assembler w/o -O
  122.         optimizations
  123.  
  124.      Version 0.3g    2 Nov 1996
  125.         Created the History. Added pointers in cross-compiling section.
  126.         Added section about I/O programming under Linux (particularly
  127.         video).
  128.  
  129.      Version 0.3h    6 Nov 1996
  130.         more about cross-compiling -- See on sunsite: devel/msdos/
  131.  
  132.      Version 0.3i    16 Nov 1996
  133.         NASM is getting pretty slick
  134.  
  135.      Version 0.3j    24 Nov 1996
  136.         point to french translated version
  137.  
  138.      Version 0.3k    19 Dec 1996
  139.         What? I had forgotten to point to terse???
  140.  
  141.      Version 0.3l    11 Jan 1997
  142.         *
  143.  
  144.      Version 0.4pre1 13 Jan 1997
  145.         text mini-HOWTO transformed into a full linuxdoc-sgml HOWTO, to
  146.         see what the SGML tools are like.
  147.  
  148.      Version 0.4     20 Jan 1997
  149.         first release of the HOWTO as such.
  150.  
  151.      Version 0.4a    20 Jan 1997
  152.         CREDITS section added
  153.  
  154.      Version 0.4b    3 Feb 1997
  155.         NASM moved: now is before AS86
  156.  
  157.      Version 0.4c    9 Feb 1997
  158.         Added section "DO YOU NEED ASSEMBLY?"
  159.  
  160.      Version 0.4d    28 Feb 1997
  161.         Vapor announce of a new Assembly-HOWTO maintainer.
  162.  
  163.      Version 0.4e    13 Mar 1997
  164.         Release for DrLinux
  165.  
  166.      Version 0.4f    20 Mar 1997
  167.         *
  168.  
  169.      Version 0.4g    30 Mar 1997
  170.         *
  171.  
  172.      Version 0.4h    19 Jun 1997
  173.         still more on "how not to use assembly"; updates on NASM, GAS.
  174.  
  175.      Version 0.4i    17 July 1997
  176.         info on 16-bit mode access from Linux.
  177.  
  178.      Version 0.4j    7 September 1997
  179.         *
  180.  
  181.      Version 0.4k    19 October 1997
  182.         *
  183.  
  184.      Version 0.4l    16 November 1997
  185.         release for LSL 6th edition.
  186.  
  187.         This is yet another last-release-by-FarΘ-before-new-maintainer-
  188.         takes-over (?)
  189.  
  190.   1.5.  Credits
  191.  
  192.   I would like to thanks the following persons, by order of appearance:
  193.  
  194.   ╖  Linus Torvalds <mailto:buried.alive@in.mail> for Linux
  195.  
  196.   ╖  Bruce Evans <mailto:bde@zeta.org.au> for bcc from which as86 is
  197.      extracted
  198.  
  199.   ╖  Simon Tatham <mailto:anakin@poboxes.com> and Julian Hall
  200.      <mailto:jules@earthcorp.com> for NASM
  201.  
  202.   ╖  Jim Neil <mailto:jim-neil@digital.net> for Terse
  203.  
  204.   ╖  Greg Hankins <mailto:gregh@sunsite.unc.edu> for maintaining HOWTOs
  205.  
  206.   ╖  Raymond Moon <mailto:raymoon@moonware.dgsys.com> for his FAQ
  207.  
  208.   ╖  Eric Dumas <mailto:dumas@excalibur.ibp.fr> for his translation of
  209.      the mini-HOWTO into french (sad thing for the original author to be
  210.      french and write in english)
  211.  
  212.   ╖  Paul Anderson <mailto:paul@geeky1.ebtech.net> and Rahim Azizarab
  213.      <mailto:rahim@megsinet.net> for helping me, if not for taking over
  214.      the HOWTO.
  215.  
  216.   ╖  All the people who have contributed ideas, remarks, and moral
  217.      support.
  218.  
  219.   2.  DO YOU NEED ASSEMBLY?
  220.  
  221.   Well, I wouldn't want to interfere with what you're doing, but here
  222.   are a few advice from hard-earned experience.
  223.  
  224.   2.1.  Pros and Cons
  225.  
  226.   2.1.1.  The advantages of Assembly
  227.  
  228.   Assembly can express very low-level things:
  229.  
  230.   ╖  you can access machine-dependent registers and I/O.
  231.  
  232.   ╖  you can control the exact behavior of code in critical sections
  233.      that might involve hardware or I/O lock-ups
  234.  
  235.   ╖  you can break the conventions of your usual compiler, which might
  236.      allow some optimizations (like temporarily breaking rules about GC,
  237.      threading, etc).
  238.  
  239.   ╖  get access to unusual programming modes of your processor (e.g. 16
  240.      bit code for startup or BIOS interface on Intel PCs)
  241.  
  242.   ╖  you can build interfaces between code fragments using incompatible
  243.      conventions (e.g. produced by different compilers, or separated by
  244.      a low-level interface).
  245.  
  246.   ╖  you can produce reasonably fast code for tight loops to cope with a
  247.      bad non-optimizing compiler (but then, there are free optimizing
  248.      compilers available!)
  249.  
  250.   ╖  you can produce hand-optimized code that's perfectly tuned for your
  251.      particular hardware setup, though not to anyone else's.
  252.  
  253.   ╖  you can write some code for your new language's optimizing compiler
  254.      (that's something few will ever do, and even they, not often).
  255.  
  256.   2.1.2.  The disadvantages of Assembly
  257.  
  258.   Assembly is a very low-level language (the lowest above hand-coding
  259.   the binary instruction patterns).  This means
  260.  
  261.   ╖  it's long and tedious to write initially,
  262.  
  263.   ╖  it's very bug-prone,
  264.  
  265.   ╖  your bugs will be very difficult to chase,
  266.  
  267.   ╖  it's very difficult to understand and modify, i.e. to maintain.
  268.  
  269.   ╖  the result is very non-portable to other architectures, existing or
  270.      future,
  271.  
  272.   ╖  your code will be optimized only for a certain implementation of a
  273.      same architecture: for instance, among Intel-compatible platforms,
  274.      each CPU design and variation (bus width, relative speed and size
  275.      of CPU/caches/RAM/Bus/disks presence of FPU, MMX extensions, etc)
  276.      implies potentially completely different optimization techniques.
  277.      CPU designs already include Intel 386, 486, Pentium, PPro, Pentium
  278.      II; Cyrix 5x86, 6x86; AMD K5, K6.  New designs keep appearing, so
  279.      don't expect either this listing or your code to be up-to-date.
  280.  
  281.   ╖  your code might also be unportable accross different OS platforms
  282.      on the same architecture, by lack of proper tools.  (well, GAS
  283.      seems to work on all platforms; NASM seems to work or be workable
  284.      on all intel platforms).
  285.  
  286.   ╖  you spend more time on a few details, and can't focus on small and
  287.      large algorithmic design, that are known to bring the largest part
  288.      of the speed up.  [e.g. you might spend some time building very
  289.      fast list/array manipulation primitives in assembly; only a hash
  290.      table would have sped up your program much more; or, in another
  291.      context, a binary tree; or some high-level structure distributed
  292.      over a cluster of CPUs]
  293.  
  294.   ╖  a small change in algorithmic design might completely invalidate
  295.      all your existing assembly code.  So that either you're ready (and
  296.      able) to rewrite it all, or you're tied to a particular algorithmic
  297.      design;
  298.  
  299.   ╖  On code that ain't too far from what's in standard benchmarks,
  300.      commercial optimizing compilers outperform hand-coded assembly
  301.      (well, that's less true on the x86 architecture than on RISC
  302.      architectures, and perhaps less true for widely available/free
  303.      compilers; anyway, for typical C code, GCC is fairly good);
  304.  
  305.   ╖  And in any case, as says moderator John Levine on comp.compilers,
  306.      ``compilers make it a lot easier to use complex data structures,
  307.      and compilers don't get bored halfway through and generate reliably
  308.      pretty good code.''  They will also correctly propagate code
  309.      transformations throughout the whole (huge) program when optimizing
  310.      code between procedures and module boundaries.
  311.  
  312.   2.1.3.  Assessment
  313.  
  314.   All in all, you might find that though using assembly is sometimes
  315.   needed, and might even be useful in a few cases where it is not,
  316.   you'll want to:
  317.  
  318.   ╖  minimize the use of assembly code,
  319.  
  320.   ╖  encapsulate this code in well-defined interfaces
  321.  
  322.   ╖  have your assembly code automatically generated from patterns
  323.      expressed in a higher-level language than assembly (e.g. GCC
  324.      inline-assembly macros).
  325.  
  326.   ╖  have automatic tools translate these programs into assembly code
  327.  
  328.   ╖  have this code be optimized if possible
  329.  
  330.   ╖  All of the above, i.e. write (an extension to) an optimizing
  331.      compiler back-end.
  332.  
  333.   Even in cases when Assembly is needed (e.g. OS development), you'll
  334.   find that not so much of it is, and that the above principles hold.
  335.  
  336.   See the sources for the Linux kernel about it: as little assembly as
  337.   needed, resulting in a fast, reliable, portable, maintainable OS.
  338.   Even a successful game like DOOM was almost massively written in C,
  339.   with a tiny part only being written in assembly for speed up.
  340.  
  341.   2.2.  How to NOT use Assembly
  342.  
  343.   2.2.1.  General procedure to achieve efficient code
  344.  
  345.   As says Charles Fiterman on comp.compilers about human vs computer-
  346.   generated assembly code,
  347.  
  348.   ``The human should always win and here is why.
  349.  
  350.   ╖  First the human writes the whole thing in a high level language.
  351.  
  352.   ╖  Second he profiles it to find the hot spots where it spends its
  353.      time.
  354.  
  355.   ╖  Third he has the compiler produce assembly for those small sections
  356.      of code.
  357.  
  358.   ╖  Fourth he hand tunes them looking for tiny improvements over the
  359.      machine generated code.
  360.  
  361.      The human wins because he can use the machine.''
  362.  
  363.   2.2.2.  Languages with optimizing compilers
  364.  
  365.   Languages like ObjectiveCAML, SML, CommonLISP, Scheme, ADA, Pascal, C,
  366.   C++, among others, all have free optimizing compilers that'll optimize
  367.   the bulk of your programs, and often do better than hand-coded
  368.   assembly even for tight loops, while allowing you to focus on higher-
  369.   level details, and without forbidding you to grab a few percent of
  370.   extra performance in the above-mentionned way, once you've reached a
  371.   stable design.  Of course, there are also commercial optimizing
  372.   compilers for most of these languages, too!
  373.  
  374.   Some languages have compilers that produce C code, which can be
  375.   further optimized by a C compiler.  LISP, Scheme, Perl, and many other
  376.   are suches.  Speed is fairly good.
  377.  
  378.   2.2.3.  General procedure to speed your code up
  379.  
  380.   As for speeding code up, you should do it only for parts of a program
  381.   that a profiling tool has consistently identified as being a
  382.   performance bottleneck.
  383.  
  384.   Hence, if you identify some code portion as being too slow, you should
  385.  
  386.   ╖  first try to use a better algorithm;
  387.  
  388.   ╖  then try to compile it rather than interpret it;
  389.  
  390.   ╖  then try to enable and tweak optimization from your compiler;
  391.  
  392.   ╖  then give the compiler hints about how to optimize (typing
  393.      information in LISP; register usage with GCC; lots of options in
  394.      most compilers, etc).
  395.  
  396.   ╖  then possibly fallback to assembly programming
  397.  
  398.   Finally, before you end up writing assembly, you should inspect
  399.   generated code, to check that the problem really is with bad code
  400.   generation, as this might really not be the case: compiler-generated
  401.   code might be better than what you'd have written, particularly on
  402.   modern multi-pipelined architectures!  Slow parts of a program might
  403.   be intrinsically so.  Biggest problems on modern architectures with
  404.   fast processors are due to delays from memory access, cache-misses,
  405.   TLB-misses, and page-faults; register optimization becomes useless,
  406.   and you'll more profitably re-think data structures and threading to
  407.   achieve better locality in memory access.  Perhaps a completely
  408.   different approach to the problem might help, then.
  409.  
  410.   2.2.4.  Inspecting compiler-generated code
  411.  
  412.   There are many reasons to inspect compiler-generated assembly code.
  413.   Here are what you'll do with such code:
  414.  
  415.   ╖  check whether generated code can be obviously enhanced with hand-
  416.      coded assembly (or by tweaking compiler switches)
  417.  
  418.   ╖  when that's the case, start from generated code and modify it
  419.      instead of starting from scratch
  420.  
  421.   ╖  more generally, use generated code as stubs to modify, which at
  422.      least gets right the way your assembly routines interface to the
  423.      external world
  424.   ╖  track down bugs in your compiler (hopefully rarer)
  425.  
  426.   The standard way to have assembly code be generated is to invoke your
  427.   compiler with the -S flag.  This works with most Unix compilers,
  428.   including the GNU C Compiler (GCC), but YMMV.  As for GCC, it will
  429.   produce more understandable assembly code with the -fverbose-asm
  430.   command-line option.  Of course, if you want to get good assembly
  431.   code, don't forget your usual optimization options and hints!
  432.  
  433.   3.  ASSEMBLERS
  434.  
  435.   3.1.  GCC Inline Assembly
  436.  
  437.   The well-known GNU C/C++ Compiler (GCC), an optimizing 32-bit compiler
  438.   at the heart of the GNU project, supports the x86 architecture quite
  439.   well, and includes the ability to insert assembly code in C programs,
  440.   in such a way that register allocation can be either specified or left
  441.   to GCC.  GCC works on most available platforms, notably Linux, *BSD,
  442.   VSTa, OS/2, *DOS, Win*, etc.
  443.  
  444.   3.1.1.  Where to find GCC
  445.  
  446.   The original GCC site is the GNU FTP site
  447.   <ftp://prep.ai.mit.edu/pub/gnu/> together with all the released
  448.   application software from the GNU project.  Linux-configured and
  449.   precompiled versions can be found in
  450.   <ftp://sunsite.unc.edu/pub/Linux/GCC/> There exists a lot of FTP
  451.   mirrors of both sites.  everywhere around the world, as well as CD-ROM
  452.   copies.
  453.  
  454.   GCC development has split in two branches recently.  See more about
  455.   the experimental version, egcs, at <http://www.cygnus.com/egcs/>
  456.  
  457.   Sources adapted to your favorite OS, and binaries precompiled for it,
  458.   should be found at your usual FTP sites.
  459.  
  460.   For most popular DOS port of GCC is named DJGPP, and can be found in
  461.   directories of such name in FTP sites. See:
  462.  
  463.   <http://www.delorie.com/djgpp/>
  464.  
  465.   There is also a port of GCC to OS/2 named EMX, that also works under
  466.   DOS, and includes lots of unix-emulation library routines.  See
  467.   around:
  468.  
  469.   <http://www.leo.org/pub/comp/os/os2/gnu/emx+gcc/>
  470.  
  471.   <http://warp.eecs.berkeley.edu/os2/software/shareware/emx.html>
  472.  
  473.   <ftp://ftp-os2.cdrom.com/pub/os2/emx09c/>
  474.  
  475.   3.1.2.  Where to find docs for GCC Inline Asm
  476.  
  477.   The documentation of GCC includes documentation files in texinfo
  478.   format.  You can compile them with tex and print then result, or
  479.   convert them to .info, and browse them with emacs, or convert them to
  480.   .html, or nearly whatever you like.  convert (with the right tools) to
  481.   whatever you like, or just read as is.  The .info files are generally
  482.   found on any good installation for GCC.
  483.  
  484.   The right section to look for is: C Extensions::Extended Asm::
  485.  
  486.   Section Invoking GCC::Submodel Options::i386 Options:: might help too.
  487.   Particularly, it gives the i386 specific constraint names for
  488.   registers: abcdSDB correspond to %eax, %ebx, %ecx, %edx, %esi, %edi,
  489.   %ebp respectively (no letter for %esp).
  490.  
  491.   The DJGPP Games resource (not only for game hackers) has this page
  492.   specifically about assembly:
  493.  
  494.   <http://www.rt66.com/~brennan/djgpp/djgpp_asm.html>
  495.  
  496.   Finally, there is a web page called, ``DJGPP Quick ASM Programming
  497.   Guide'', that covers URLs to FAQs, AT&T x86 ASM Syntax, Some inline
  498.   ASM information, and converting .obj/.lib files:
  499.  
  500.   <http://remus.rutgers.edu/~avly/djasm.html>
  501.  
  502.   GCC depends on GAS for assembling, and follow its syntax (see below);
  503.   do mind that inline asm needs percent characters to be quoted so they
  504.   be passed to GAS.  See the section about GAS below.
  505.  
  506.   Find lots of useful examples in the linux/include/asm-i386/
  507.   subdirectory of the sources for the Linux kernel.
  508.  
  509.   3.1.3.  Invoking GCC to have it properly inline assembly code ?
  510.  
  511.   Be sure to invoke GCC with the -O flag (or -O2, -O3, etc), to enable
  512.   optimizations and inline assembly.  If you don't, your code may
  513.   compile, but not run properly!!!  Actually (kudos to Tim Potter,
  514.   timbo@moshpit.air.net.au), it is enough to use the -fasm flag (and
  515.   perhaps -finline-functions) which is part of all the features enabled
  516.   by -O.  So if you have problems with buggy optimizations in your
  517.   particular implementation/version of GCC, you can still use inline
  518.   asm.  Similarly, use -fno-asm to disable inline assembly (why would
  519.   you?).
  520.  
  521.   More generally, good compile flags for GCC on the x86 platform are
  522.  
  523.   ______________________________________________________________________
  524.           gcc -O2 -fomit-frame-pointer -m386 -Wall
  525.   ______________________________________________________________________
  526.  
  527.   -O2 is the good optimization level. Optimizing besides it yields code
  528.   that is a lot larger, but only a bit faster; such overoptimizationn
  529.   might be useful for tight loops only (if any), which you may be doing
  530.   in assembly anyway; if you need that, do it just for the few routines
  531.   that need it.
  532.  
  533.   -fomit-frame-pointer allows generated code to skip the stupid frame
  534.   pointer maintenance, which makes code smaller and faster, and frees a
  535.   register for further optimizations.  It precludes the easy use of
  536.   debugging tools (gdb), but when you use these, you just don't care
  537.   about size and speed anymore anyway.
  538.  
  539.   -m386 yields more compact code, without any measurable slowdown, (note
  540.   that small code also means less disk I/O and faster execution) but
  541.   perhaps on the above-mentioned tight loops; you might appreciate
  542.   -mpentium for special pentium-optimizing GCC targetting a specifically
  543.   pentium platform.
  544.  
  545.   -Wall enables all warnings and helps you catch obvious stupid errors.
  546.  
  547.   To optimize even more, option -mregparm=2 and/or corresponding
  548.   function attribute might help, but might pose lots of problems when
  549.   linking to foreign code...
  550.  
  551.   Note that you can add make these flags the default by editing file
  552.   /usr/lib/gcc-lib/i486-linux/2.7.2.2/specs or wherever that is on your
  553.   system (better not add -Wall there, though).
  554.  
  555.   3.2.  GAS
  556.  
  557.   GAS is the GNU Assembler, that GCC relies upon.
  558.  
  559.   3.2.1.  Where to find it
  560.  
  561.   Find it at the same place where you found GCC, in a package named
  562.   binutils.
  563.  
  564.   3.2.2.  What is this AT&T syntax
  565.  
  566.   Because GAS was invented to support a 32-bit unix compiler, it uses
  567.   standard ``AT&T'' syntax, which resembles a lot the syntax for
  568.   standard m68k assemblers, and is standard in the UNIX world.  This
  569.   syntax is no worse, no better than the ``Intel'' syntax.  It's just
  570.   different.  When you get used to it, you find it much more regular
  571.   than the Intel syntax, though a bit boring.
  572.  
  573.   Here are the major caveats about GAS syntax:
  574.  
  575.   ╖  Register names are prefixed with %, so that registers are %eax, %dl
  576.      and suches instead of just eax, dl, etc.  This makes it possible to
  577.      include external C symbols directly in assembly source, without any
  578.      risk of confusion, or any need for ugly underscore prefixes.
  579.  
  580.   ╖  The order of operands is source(s) first, and destination last, as
  581.      opposed to the intel convention of destination first and sources
  582.      last.  Hence, what in intel syntax is mov ax,dx (move contents of
  583.      register dx into register ax) will be in att syntax mov %dx, %ax.
  584.  
  585.   ╖  The operand length is specified as a suffix to the instruction
  586.      name.  The suffix is b for (8-bit) byte, w for (16-bit) word, and l
  587.      for (32-bit) long. For instance, the correct syntax for the above
  588.      instruction would have been movw %dx,%ax.  However, gas does not
  589.      require strict att syntax was, so the suffix is optional when
  590.      length can be guessed from register operands, and else defaults to
  591.      32-bit (with a warning).
  592.  
  593.   ╖  Immediate operands are marked with a $ prefix, as in addl $5,%eax
  594.      (add immediate long value 5 to register %eax).
  595.  
  596.   ╖  No prefix to an operand indicates it is a memory-address; hence
  597.      movl $foo,%eax puts the address of variable foo in register %eax,
  598.      but movl foo,%eax puts the contents of variable foo in register
  599.      %eax.
  600.  
  601.   ╖  Indexing or indirection is done by enclosing the index register or
  602.      indirection memory cell address in parentheses, as in testb
  603.      $0x80,17(%ebp) (test the high bit of the byte value at offset 17
  604.      from the cell pointed to by %ebp).
  605.  
  606.   A program exists to help you convert programs from TASM syntax to AT&T
  607.   syntax. See
  608.  
  609.   <ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming/convert/ta2asv08.zip>
  610.  
  611.   GAS has comprehensive documentation in TeXinfo format, which comes at
  612.   least with the source distribution.  Browse extracted .info pages with
  613.   Emacs or whatever.  There used to be a file named gas.doc or as.doc
  614.   around the GAS source package, but it was merged into the TeXinfo
  615.   docs.  Of course, in case of doubt, the ultimate documentation is the
  616.   sources themselves!  A section that will particularly interest you is
  617.   Machine Dependencies::i386-Dependent::
  618.  
  619.   Again, the sources for Linux (the OS kernel), come in as good
  620.   examples; see under linux/arch/i386, the following files: kernel/*.S,
  621.   boot/compressed/*.S, mathemu/*.S
  622.  
  623.   If you are writing kind of a language, a thread package, etc you might
  624.   as well see how other languages (OCaml, gforth, etc), or thread
  625.   packages (QuickThreads, MIT pthreads, LinuxThreads, etc), or whatever,
  626.   do it.
  627.  
  628.   Finally, just compiling a C program to assembly might show you the
  629.   syntax for the kind of instructions you want.  See section ``Do you
  630.   need Assembly?'' above.
  631.  
  632.   3.2.3.  Limited 16-bit mode
  633.  
  634.   GAS is a 32-bit assembler, meant to support a 32-bit compiler.  It
  635.   currently has only limited support for 16-bit mode, which consists in
  636.   prepending the 32-bit prefixes to instructions, so you write 32-bit
  637.   code that runs in 16-bit mode on a 32 bit CPU.  In both modes, it
  638.   supports 16-bit register usage, but what is unsupported is 16-bit
  639.   addressing.  Use the directive .code16 and .code32 to switch between
  640.   modes.  Note that an inline assembly statement asm(".code16\n") will
  641.   allow GCC to produce 32-bit code that'll run in real mode!
  642.  
  643.   I've been told that most code needed to fully support 16-bit mode
  644.   programming was added to GAS by Bryan Ford (please confirm?), but at
  645.   least, it doesn't show up in any of the distribution I tried, up to
  646.   binutils-2.8.1.x ... more info on this subject would be welcome.
  647.  
  648.   A cheap solution is to define macros (see below) that somehow produce
  649.   the binary encoding (with .byte) for just the 16-bit mode instructions
  650.   you need (almost nothing if you use code16 as above, and can safely
  651.   assume the code will run on a 32-bit capable x86 CPU).  To find the
  652.   proper encoding, you can get inspiration from the sources of 16-bit
  653.   capable assemblers for the encoding.
  654.  
  655.   3.3.  GASP
  656.  
  657.   GASP is the GAS Preprocessor.  It adds macros and some nice syntax to
  658.   GAS.
  659.  
  660.   3.3.1.  Where to find GASP
  661.  
  662.   GASP comes together with GAS in the GNU binutils archive.
  663.  
  664.   3.3.2.  How it works
  665.  
  666.   It works as a filter, much like cpp and the like.  I have no idea on
  667.   details, but it comes with its own texinfo documentation, so just
  668.   browse them (in .info), print them, grok them.  GAS with GASP looks
  669.   like a regular macro-assembler to me.
  670.  
  671.   3.4.  NASM
  672.  
  673.   The Netwide Assembler project is producing yet another assembler,
  674.   written in C, that should be modular enough to eventually support all
  675.   known syntaxes and object formats.
  676.  
  677.   3.4.1.  Where to find NASM
  678.  
  679.   <http://www.cryogen.com/Nasm>
  680.  
  681.   Binary release on your usual sunsite mirror in devel/lang/asm/ Should
  682.   also be available as .rpm or .deb in your usual RedHat/Debian
  683.   distributions' contrib.
  684.  
  685.   3.4.2.  What it does
  686.  
  687.   At the time this HOWTO is written, the current NASM version is 0.96.
  688.  
  689.   The syntax is Intel-style.  Some macroprocessing support is
  690.   integrated.
  691.  
  692.   Supported object file formats are bin, aout, coff, elf, as86, (DOS)
  693.   obj, win32, (their own format) rdf.
  694.  
  695.   NASM can be used as a backend for the free LCC compiler (support files
  696.   included).
  697.  
  698.   Surely NASM evolves too fast for this HOWTO to be kept up to date.
  699.   Unless you're using BCC as a 16-bit compiler (which is out of scope of
  700.   this 32-bit HOWTO), you should use NASM instead of say AS86 or MASM,
  701.   because it is actively supported online, and runs on all platforms.
  702.  
  703.   Note: NASM also comes with a disassembler, NDISASM.
  704.  
  705.   Its hand-written parser makes it much faster than GAS, though of
  706.   course, it doesn't support three bazillion different architectures.
  707.   For the x86 target, it should be the assembler of choice...
  708.  
  709.   3.5.  AS86
  710.  
  711.   AS86 is a 80x86 assembler, both 16-bit and 32-bit, part of Bruce
  712.   Evans' C Compiler (BCC).  It has mostly Intel-syntax, though it
  713.   differs slightly as for addressing modes.
  714.  
  715.   3.5.1.  Where to get AS86
  716.  
  717.   A completely outdated version of AS86 is distributed by HJLu just to
  718.   compile the Linux kernel, in a package named bin86 (current version
  719.   0.4), available in any Linux GCC repository.  But I advise no one to
  720.   use it for anything else but compiling Linux.  This version supports
  721.   only a hacked minix object file format, which is not supported by the
  722.   GNU binutils or anything, and it has a few bugs in 32-bit mode, so you
  723.   really should better keep it only for compiling Linux.
  724.  
  725.   The most recent versions by Bruce Evans (bde@zeta.org.au) are
  726.   published together with the FreeBSD distribution.  Well, they were: I
  727.   could not find the sources from distribution 2.1 on :( Hence, I put
  728.   the sources at my place:
  729.  
  730.   <http:///www.eleves.ens.fr:8080/home/rideau/files/bcc-95.3.12.src.tgz>
  731.  
  732.   The Linux/8086 (aka ELKS) project is somehow maintaining bcc (though I
  733.   don't think they included the 32-bit patches).  See around
  734.   <http://www.linux.org.uk/Linux8086.html> <ftp://linux.mit.edu/>.
  735.  
  736.   Among other things, these more recent versions, unlike HJLu's,
  737.   supports Linux GNU a.out format, so you can link you code to Linux
  738.   programs, and/or use the usual tools from the GNU binutil package to
  739.   manipulate your data.  This version can co-exist without any harm with
  740.   the previous one (see according question below).
  741.  
  742.   BCC from 12 march 1995 and earlier version has a misfeature that makes
  743.   all segment pushing/popping 16-bit, which is quite annoying when
  744.   programming in 32-bit mode.  A patch is published in the Tunes project
  745.   <http://www.eleves.ens.fr:8080/home/rideau/Tunes/> subpage
  746.   files/tgz/tunes.0.0.0.25.src.tgz in unpacked subdirectory LLL/i386/
  747.   The patch should also be in available directly from
  748.   <http://www.eleves.ens.fr:8080/home/rideau/files/as86.bcc.patch.gz>
  749.   Bruce Evans accepted this patch, so if there is a more recent version
  750.   of bcc somewhere someday, the patch should have been included...
  751.  
  752.   3.5.2.  How to invoke the assembler?
  753.  
  754.   Here's the GNU Makefile entry for using bcc to transform .s asm into
  755.   both GNU a.out .o object and .l listing:
  756.  
  757.   ______________________________________________________________________
  758.   %.o %.l:        %.s
  759.           bcc -3 -G -c -A-d -A-l -A$*.l -o $*.o $<
  760.   ______________________________________________________________________
  761.  
  762.   Remove the %.l, -A-l, and -A$*.l, if you don't want any listing.  If
  763.   you want something else than GNU a.out, you can see the docs of bcc
  764.   about the other supported formats, and/or use the objcopy utility from
  765.   the GNU binutils package.
  766.  
  767.   3.5.3.  Where to find docs
  768.  
  769.   The docs are what is included in the bcc package.  Man pages are also
  770.   available somewhere on the FreeBSD site.  When in doubt, the sources
  771.   themselves are often a good docs: it's not very well commented, but
  772.   the programming style is straightforward.  You might try to see how
  773.   as86 is used in Tunes 0.0.0.25...
  774.   3.5.4.  What if I can't compile Linux anymore with this new version ?
  775.  
  776.   Linus is buried alive in mail, and my patch for compiling Linux with a
  777.   Linux a.out as86 didn't make it to him (!).  Now, this shouldn't
  778.   matter: just keep your as86 from the bin86 package in /usr/bin, and
  779.   let bcc install the good as86 as /usr/local/libexec/i386/bcc/as where
  780.   it should be. You never need explicitly call this ``good'' as86,
  781.   because bcc does everything right, including conversion to Linux
  782.   a.out, when invoked with the right options; so assemble files
  783.   exclusively with bcc as a frontend, not directly with as86.
  784.  
  785.   3.6.  OTHER ASSEMBLERS
  786.  
  787.   These are other, non-regular, options, in case the previous didn't
  788.   satisfy you (why?), that I don't recommend in the usual (?) case, but
  789.   that could prove quite useful if the assembler must be integrated in
  790.   the software you're designing (i.e. an OS or development environment).
  791.  
  792.   3.6.1.  Win32Forth assembler
  793.  
  794.   Win32Forth is a free 32-bit ANS FORTH system that successfully runs
  795.   under Win32s, Win95, Win/NT.  It includes a free 32-bit assembler
  796.   (either prefix or postfix syntax) integrated into the FORTH language.
  797.   Macro processing is done with the full power of the reflective
  798.   language FORTH; however, the only supported input and output contexts
  799.   is Win32For itself (no dumping of .obj file -- you could add that
  800.   yourself, of course).  Find it at
  801.   <ftp://ftp.forth.org/pub/Forth/win32for/>
  802.  
  803.   3.6.2.  Terse
  804.  
  805.   Terse is a programming tool that provides THE most compact assembler
  806.   syntax for the x86 family!  See  <http://www.terse.com>.  It is said
  807.   that there was a free clone somewhere, that was abandonned after
  808.   worthless pretenses that the syntax would be owned by the original
  809.   author, and that I invite you to take over, in case the syntax
  810.   interests you.
  811.  
  812.   3.6.3.  Non-free and/or Non-32bit x86 assemblers.
  813.  
  814.   You may find more about them, together with the basics of x86 assembly
  815.   programming, in Raymond Moon's FAQ for comp.lang.asm.x86
  816.   <http://www2.dgsys.com/~raymoon/faq/asmfaq.zip>
  817.  
  818.   Note that all DOS-based assemblers should work inside the Linux DOS
  819.   Emulator, as well as other similar emulators, so that if you already
  820.   own one, you can still use it inside a real OS.  Recent DOS-based
  821.   assemblers also support COFF and/or other object file formats that are
  822.   supported by the GNU BFD library, so that you can use them together
  823.   with your free 32-bit tools, perhaps using GNU objcopy (part of the
  824.   binutils) as a conversion filter.
  825.  
  826.   4.  METAPROGRAMMING/MACROPROCESSING
  827.  
  828.   Assembly programming is a bore, but for critical parts of programs.
  829.  
  830.   You should use the appropriate tool for the right task, so don't
  831.   choose assembly when it's not fit; C, OCAML, perl, Scheme, might be a
  832.   better choice for most of your programming.
  833.  
  834.   However, there are cases when these tools do not give a fine enough
  835.   control on the machine, and assembly is useful or needed.  In those
  836.   case, you'll appreciate a system of macroprocessing and
  837.   metaprogramming that'll allow recurring patterns to be factored each
  838.   into a one indefinitely reusable definition, which allows safer
  839.   programming, automatic propagation of pattern modification, etc.  A
  840.   ``plain'' assembler is often not enough, even when one is doing only
  841.   small routines to link with C.
  842.  
  843.   4.1.  What's integrated into the above
  844.  
  845.   Yes I know this section does not contain much useful up-to-date
  846.   information.  Feel free to contribute what you discover the hard
  847.   way...
  848.  
  849.   4.1.1.  GCC
  850.  
  851.   GCC allows (and requires) you to specify register constraints in your
  852.   ``inline assembly'' code, so the optimizer always know about it; thus,
  853.   inline assembly code is really made of patterns, not forcibly exact
  854.   code.
  855.  
  856.   Then, you can make put your assembly into CPP macros, and inline C
  857.   functions, so anyone can use it in as any C function/macro.  Inline
  858.   functions resemble macros very much, but are sometimes cleaner to use.
  859.   Beware that in all those cases, code will be duplicated, so only local
  860.   labels (of 1: style) should be defined in that asm code.  However, a
  861.   macro would allow the name for a non local defined label to be passed
  862.   as a parameter (or else, you should use additional meta-programming
  863.   methods).  Also, note that propagating inline asm code will spread
  864.   potential bugs in them, so watch out doubly for register constraints
  865.   in such inline asm code.
  866.  
  867.   Lastly, the C language itself may be considered as a good abstraction
  868.   to assembly programming, which relieves you from most of the trouble
  869.   of assembling.
  870.  
  871.   Beware that some optimizations that involve passing arguments to
  872.   functions through registers may make those functions unsuitable to be
  873.   called from external (and particularly hand-written assembly) routines
  874.   in the standard way; the "asmlinkage" attribute may prevent a routine
  875.   to be concerned by such optimization flag; see the linux kernel
  876.   sources for examples.
  877.  
  878.   4.1.2.  GAS
  879.  
  880.   GAS has some macro capability included, as detailed in the texinfo
  881.   docs.  Moreover, while GCC recognizes .s files as raw assembly to send
  882.   to GAS, it also recognizes .S files as files to pipe through CPP
  883.   before to feed them to GAS.  Again and again, see Linux sources for
  884.   examples.
  885.   4.1.3.  GASP
  886.  
  887.   It adds all the usual macroassembly tricks to GAS.  See its texinfo
  888.   docs.
  889.  
  890.   4.1.4.  NASM
  891.  
  892.   NASM has some macro support, too.  See according docs.  If you have
  893.   some bright idea, you might wanna contact the authors, as they are
  894.   actively developing it.  Meanwhile, see about external filters below.
  895.  
  896.   4.1.5.  AS86
  897.  
  898.   It has some simple macro support, but I couldn't find docs.  Now the
  899.   sources are very straightforward, so if you're interested, you should
  900.   understand them easily.  If you need more than the basics, you should
  901.   use an external filter (see below).
  902.  
  903.   4.1.6.  OTHER ASSEMBLERS
  904.  
  905.   ╖  Win32FORTH: CODE and END-CODE are normal that do not switch from
  906.      interpretation mode to compilation mode, so you have access to the
  907.      full power of FORTH while assembling.
  908.  
  909.   ╖  TUNES: it doesn't work yet, but the Scheme language is a real high-
  910.      level language that allows arbitrary meta-programming.
  911.  
  912.   4.2.  External Filters
  913.  
  914.   Whatever is the macro support from your assembler, or whatever
  915.   language you use (even C !), if the language is not expressive enough
  916.   to you, you can have files passed through an external filter with a
  917.   Makefile rule like that:
  918.  
  919.   ______________________________________________________________________
  920.   %.s:    %.S other_dependencies
  921.           $(FILTER) $(FILTER_OPTIONS) < $< > $@
  922.   ______________________________________________________________________
  923.  
  924.   4.2.1.  CPP
  925.  
  926.   CPP is truely not very expressive, but it's enough for easy things,
  927.   it's standard, and called transparently by GCC.
  928.  
  929.   As an example of its limitations, you can't declare objects so that
  930.   destructors are automatically called at the end of the declaring
  931.   block; you don't have diversions or scoping, etc.
  932.  
  933.   CPP comes with any C compiler. If you could make it without one, don't
  934.   bother fetching CPP (though I wonder how you could).
  935.  
  936.   4.2.2.  M4
  937.  
  938.   M4 gives you the full power of macroprocessing, with a Turing
  939.   equivalent language, recursion, regular expressions, etc.  You can do
  940.   with it everything that CPP cannot.
  941.  
  942.   See macro4th/This4th from <ftp://ftp.forth.org/pub/Forth/> in
  943.   Reviewed/ ANS/ (?), or the Tunes 0.0.0.25 sources as examples of
  944.   advanced macroprogramming using m4.
  945.  
  946.   However, its disfunctional quoting and unquoting semantics force you
  947.   to use explicit continuation-passing tail-recursive macro style if you
  948.   want to do advanced macro programming (which is remindful of TeX --
  949.   BTW, has anyone tried to use TeX as a macroprocessor for anything else
  950.   than typesetting ?).  This is NOT worse than CPP that does not allow
  951.   quoting and recursion anyway.
  952.  
  953.   The right version of m4 to get is GNU m4 1.4 (or later if exists),
  954.   which has the most features and the least bugs or limitations of all.
  955.   m4 is designed to be slow for anything but the simplest uses, which
  956.   might still be ok for most assembly programming (you're not writing
  957.   million-lines assembly programs, are you?).
  958.  
  959.   4.2.3.  Macroprocessing with yer own filter
  960.  
  961.   You can write your own simple macro-expansion filter with the usual
  962.   tools: perl, awk, sed, etc.  That's quick to do, and you control
  963.   everything.  But of course, any power in macroprocessing must be
  964.   earned the hard way.
  965.  
  966.   4.2.4.  Metaprogramming
  967.  
  968.   Instead of using an external filter that expands macros, one way to do
  969.   things is to write programs that write part or all of other programs.
  970.  
  971.   For instance, you could use a program outputing source code
  972.  
  973.   ╖  to generate sine/cosine/whatever lookup tables,
  974.  
  975.   ╖  to extract a source-form representation of a binary file,
  976.  
  977.   ╖  to compile your bitmaps into fast display routines,
  978.  
  979.   ╖  to extract documentation, initialization/finalization code,
  980.      description tables, as well as normal code from the same source
  981.      files,
  982.  
  983.   ╖  to have customized assembly code, generated from a
  984.      perl/shell/scheme script that does arbitrary processing,
  985.  
  986.   ╖  to propagate data defined at one point only into several cross-
  987.      referencing tables and code chunks.
  988.  
  989.   ╖  etc.
  990.  
  991.   Think about it!
  992.  
  993.   4.2.4.1.  Backends from existing compilers
  994.  
  995.   Compilers like SML/NJ, Objective CAML, MIT-Scheme, etc, do have their
  996.   own generic assembler backend, which you might or not want to use, if
  997.   you intend to generate code semi-automatically from the according
  998.   languages.
  999.  
  1000.   4.2.4.2.  The New-Jersey Machine-Code Toolkit
  1001.  
  1002.   There is a project, using the programming language Icon, to build a
  1003.   basis for producing assembly-manipulating code.  See around
  1004.   <http://www.cs.virginia.edu/~nr/toolkit/>
  1005.  
  1006.   4.2.4.3.  Tunes
  1007.  
  1008.   The Tunes OS project is developping its own assembler as an extension
  1009.   to the Scheme language, as part of its development process.  It
  1010.   doesn't run at all yet, though help is welcome.
  1011.  
  1012.   The assembler manipulates symbolic syntax trees, so it could equally
  1013.   serve as the basis for a assembly syntax translator, a disassembler, a
  1014.   common assembler/compiler back-end, etc.  Also, the full power of a
  1015.   real language, Scheme, make it unchallenged as for
  1016.   macroprocessing/metaprograming.
  1017.  
  1018.   <http://www.eleves.ens.fr:8080/home/rideau/Tunes/>
  1019.  
  1020.   5.  CALLING CONVENTIONS
  1021.  
  1022.   5.1.  Linux
  1023.  
  1024.   5.1.1.  Linking to GCC
  1025.  
  1026.   That's the preferred way.  Check GCC docs and examples from Linux
  1027.   kernel .S files that go through gas (not those that go through as86).
  1028.  
  1029.   32-bit arguments are pushed down stack in reverse syntactic order
  1030.   (hence accessed/popped in the right order), above the 32-bit near
  1031.   return address.  %ebp, %esi, %edi, %ebx are callee-saved, other
  1032.   registers are caller-saved; %eax is to hold the result, or %edx:%eax
  1033.   for 64-bit results.
  1034.  
  1035.   FP stack: I'm not sure, but I think it's result in st(0), whole stack
  1036.   caller-saved.
  1037.  
  1038.   Note that GCC has options to modify the calling conventions by
  1039.   reserving registers, having arguments in registers, not assuming the
  1040.   FPU, etc. Check the i386 .info pages.
  1041.  
  1042.   Beware that you must then declare the cdecl attribute for a function
  1043.   that will follow standard GCC calling conventions (I don't know what
  1044.   it does with modified calling conventions).  See in the GCC info pages
  1045.   the section: C Extensions::Extended Asm::
  1046.   5.1.2.  ELF vs a.out problems
  1047.  
  1048.   Some C compilers prepend an underscore before every symbol, while
  1049.   others do not.
  1050.  
  1051.   Particularly, Linux a.out GCC does such prepending, while Linux ELF
  1052.   GCC does not.
  1053.  
  1054.   If you need cope with both behaviors at once, see how existing
  1055.   packages do.  For instance, get an old Linux source tree, the Elk,
  1056.   qthreads, or OCAML...
  1057.  
  1058.   You can also override the implicit C->asm renaming by inserting
  1059.   statements like
  1060.  
  1061.   ______________________________________________________________________
  1062.           void foo asm("bar") (void);
  1063.   ______________________________________________________________________
  1064.  
  1065.   to be sure that the C function foo will be called really bar in assem¡
  1066.   bly.
  1067.  
  1068.   Note that the utility objcopy, from the binutils package, should allow
  1069.   you to transform your a.out objects into ELF objects, and perhaps the
  1070.   contrary too, in some cases.  More generally, it will do lots of file
  1071.   format conversions.
  1072.  
  1073.   5.1.3.  Direct Linux syscalls
  1074.  
  1075.   This is specifically NOT recommended, because the conventions change
  1076.   from time to time or from kernel flavor to kernel flavor (cf L4Linux),
  1077.   plus it's not portable, it's a burden to write, it's redundant with
  1078.   the libc effort, AND it precludes fixes and extensions that are made
  1079.   to the libc, like, for instance the zlibc package, that does on-the-
  1080.   fly transparent decompression of gzip-compressed files.  The standard,
  1081.   recommended way to call Linux system services is, and will stay, to go
  1082.   through the libc.
  1083.  
  1084.   Shared objects should keep your stuff small.  And if you really want
  1085.   smaller binaries, do use #! stuff, with the interpreter having all the
  1086.   overhead you want to keep out of your binaries.
  1087.  
  1088.   Now, if for some reason, you don't want to link to the libc, go get
  1089.   the libc and understand how it works!  After all, you're pretending to
  1090.   replace it, ain't you?
  1091.  
  1092.   You might also take a look at how my eforth 1.0c
  1093.   <ftp://ftp.forth.org/pub/Forth/Linux/linux-eforth-1.0c.tgz> does it.
  1094.  
  1095.   The sources for Linux come in handy, too, particularly the
  1096.   asm/unistd.h header file, that describes how to do system calls...
  1097.  
  1098.   Basically, you issue an int $0x80, with the __NR_syscallname number
  1099.   (from asm/unistd.h) in %eax, and parameters (up to five) in %ebx,
  1100.   %ecx, %edx, %esi, %edi respectively.  Result is returned in %eax, with
  1101.   a negative result being an error whose opposite is what libc would put
  1102.   in errno.  The user-stack is not touched, so you needn't have a valid
  1103.   one when doing a syscall.
  1104.  
  1105.   5.1.4.  I/O under Linux
  1106.  
  1107.   If you want to do direct I/O under Linux, either it's something very
  1108.   simple that needn't OS arbitration, and you should see the IO-Port-
  1109.   Programming mini-HOWTO; or it needs a kernel device driver, and you
  1110.   should try to learn more about kernel hacking, device driver
  1111.   development, kernel modules, etc, for which there are other excellent
  1112.   HOWTOs and documents from the LDP.
  1113.  
  1114.   Particularly, if what you want is Graphics programming, then do join
  1115.   the GGI project: <http://synergy.caltech.edu/~ggi/>
  1116.   <http://sunserver1.rz.uni-duesseldorf.de/~becka/doc/scrdrv.html>
  1117.  
  1118.   Anyway, in all these cases, you'll be better off using GCC inline
  1119.   assembly with the macros from linux/asm/*.h than writing full assembly
  1120.   source files.
  1121.  
  1122.   5.1.5.  Accessing 16-bit drivers from Linux/i386
  1123.  
  1124.   Such thing is theoretically possible (proof: see how DOSEMU can
  1125.   selectively grant hardware port access to programs),and I've heard
  1126.   rumors that someone somewhere did actually do it (in the PCI driver?
  1127.   Some VESA access stuff? ISA PnP? dunno).  If you have some more
  1128.   precise information on that, you'll be most welcome.  Anyway, good
  1129.   places to look for more information are the Linux kernel sources,
  1130.   DOSEMU sources (and other programs in the DOSEMU repository
  1131.   <ftp://tsx-11.mit.edu/pub/linux/ALPHA/dosemu/>), and sources for
  1132.   various low-level programs under Linux...  (perhaps GGI if it supports
  1133.   VESA).
  1134.  
  1135.   Basically, you must either use 16-bit protected mode or vm86 mode.
  1136.  
  1137.   The first is simpler to setup, but only works with well-behaved code
  1138.   that won't do any kind of segment arithmetics or absolute segment
  1139.   addressing (particularly addressing segment 0), unless by chance it
  1140.   happens that all segments used can be setup in advance in the LDT.
  1141.  
  1142.   The later allows for more "compatibility" with vanilla 16-bit
  1143.   environments, but requires more complicated handling.
  1144.  
  1145.   In both cases, before you can jump to 16-bit code, you must
  1146.  
  1147.   ╖  mmap any absolute address used in the 16-bit code (such as ROM,
  1148.      video buffers, DMA targets, and memory-mapped I/O) from /dev/mem to
  1149.      your process' address space,
  1150.  
  1151.   ╖  setup the LDT and/or vm86 mode monitor.
  1152.  
  1153.   ╖  grab proper I/O permissions from the kernel (see the above section)
  1154.  
  1155.   Again, carefully read the source for the stuff contributed to the
  1156.   DOSEMU repository above, particularly these mini-emulators for running
  1157.   ELKS and/or simple .COM programs under Linux/i386.
  1158.  
  1159.   5.2.  DOS
  1160.  
  1161.   Most DOS extenders come with some interface to DOS services.  Read
  1162.   their docs about that, but often, they just simulate int $0x21 and
  1163.   such, so you do ``as if'' you were in real mode (I doubt they have
  1164.   more than stubs and extend things to work with 32-bit operands; they
  1165.   most likely will just reflect the interrupt into the real-mode or vm86
  1166.   handler).
  1167.   Docs about DPMI and such (and much more) can be found on
  1168.   <ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming/>
  1169.  
  1170.   DJGPP comes with its own (limited) glibc
  1171.   derivative/subset/replacement, too.
  1172.  
  1173.   It is possible to cross-compile from Linux to DOS, see the
  1174.   devel/msdos/ directory of your local FTP mirror for sunsite.unc.edu
  1175.   Also see the MOSS dos-extender from the Flux project in utah.
  1176.  
  1177.   Other documents and FAQs are more DOS-centered.  We do not recommend
  1178.   DOS development.
  1179.  
  1180.   5.3.  Winblows and suches
  1181.  
  1182.   Hey, this document covers only free software.  Ring me when Winblows
  1183.   becomes free, or when there are free dev tools for it!
  1184.  
  1185.   Well, after all there is: Cygnus Solutions <http://www.cygnus.com> has
  1186.   developped the cygwin32.dll library, for GNU programs to run on
  1187.   MacroShit platforms.  Thus, you can use GCC, GAS, all the GNU tools,
  1188.   and many other Unix applications.  Have a look around their homepage.
  1189.   I (FarΘ) don't intend to expand on Losedoze programming, but I'm sure
  1190.   you can find lots of documents about it everywhere...
  1191.  
  1192.   5.4.  Yer very own OS
  1193.  
  1194.   Control being what attract many programmers to assembly, want of OS
  1195.   development is often what leads to or stems from assembly hacking.
  1196.   Note that any system that allows self-development could be qualified
  1197.   an "OS" even though it might run "on top" of an underlying system that
  1198.   multitasking or I/O (much like Linux over Mach or OpenGenera over
  1199.   Unix), etc.  Hence, for easier debugging purpose, you might like to
  1200.   develop your ``OS'' first as a process running on top of Linux
  1201.   (despite the slowness), then use the Flux OS kit
  1202.   <http://ww.cs.utah.edu/projects/flux/> (which grants use of Linux and
  1203.   BSD drivers in yer own OS) to make it standalone.  When your OS is
  1204.   stable, it's still time to write your own hardware drivers if you
  1205.   really love that.
  1206.  
  1207.   This HOWTO will not itself cover topics such as Boot loader code &
  1208.   getting into 32-bit mode, Handling Interrupts, The basics about intel
  1209.   ``protected mode'' or ``V86/R86'' braindeadness, defining your object
  1210.   format and calling conventions.  The main place where to find reliable
  1211.   information about that all is source code of existing OSes and
  1212.   bootloaders.  Lots of pointers lie in the following WWW page:
  1213.   <http://www.eleves.ens.fr:8080/home/rideau/Tunes/Review/OSes.html>
  1214.  
  1215.   6.  TODO & POINTERS
  1216.  
  1217.   ╖  fill incomplete sections
  1218.  
  1219.   ╖  add more pointers to software and docs
  1220.  
  1221.   ╖  add simple examples from real life to illustrate the syntax, power,
  1222.      and limitations of each proposed solution.
  1223.  
  1224.   ╖  ask people to help with this HOWTO
  1225.  
  1226.   ╖  find someone who has got some time to takeover the maintenance
  1227.  
  1228.   ╖  perhaps give a few words for assembly on other platforms?
  1229.  
  1230.   ╖  A few pointers (in addition to those already in the rest of the
  1231.      HOWTO)
  1232.  
  1233.   ╖  pentium manuals <http://www.intel.com/design/pentium/manuals/>
  1234.  
  1235.   ╖  cpu bugs in the x86 family <http://www.xs4all.nl/~feldmann>
  1236.  
  1237.   ╖  hornet.eng.ufl.edu for assembly coders <http://www.eng.ufl.edu/ftp>
  1238.  
  1239.   ╖  ftp.luth.se <ftp://ftp.luth.se/pub/msdos/demos/code/>
  1240.  
  1241.   ╖  PM FAQ <ftp://zfja-gate.fuw.edu.pl/cpu/protect.mod>
  1242.  
  1243.   ╖  80x86 Assembly Page <http://www.fys.ruu.nl/~faber/Amain.html>
  1244.  
  1245.   ╖  Courseware <http://www.cit.ac.nz/smac/csware.htm>
  1246.  
  1247.   ╖  game programming <http://www.ee.ucl.ac.uk/~phart/gameprog.html>
  1248.  
  1249.   ╖  experiments with asm-only linux programming
  1250.      <http://bewoner.dma.be/JanW>
  1251.  
  1252.   ╖  And of course, do use your usual Internet Search Tools to look for
  1253.      more information, and tell me anything interesting you find!
  1254.  
  1255.   Authors' .sig:
  1256.  
  1257.   --    ,                                         ,           _ v    ~  ^  --
  1258.   -- Fare -- rideau@clipper.ens.fr -- Francois-Rene Rideau -- +)ang-Vu Ban --
  1259.   --                                      '                   / .          --
  1260.   Join the TUNES project for a computing system based on computing freedom !
  1261.                    TUNES is a Useful, Not Expedient System
  1262.   WWW page at URL: http://www.eleves.ens.fr:8080/home/rideau/Tunes/
  1263.  
  1264.