ARM에서 CMP 명령은 두 값을 비교하기 위해 사용되는 명령어입니다. 비교는 내부적으로 두 값을 뺄셈하여 결과의 상태를 확인하는 방식으로 이루어집니다. 예를 들어, 5 - 3 = 2는 양수이므로 5가 3보다 크다는 것을 알 수 있고, 3 - 5 = -2는 음수이므로 3이 5보다 작다는 것을 알 수 있습니다. 또한 5 - 5 = 0이므로 두 값이 동일하다는 것도 확인할 수 있습니다.

CMP 명령은 이러한 산술 원리를 이용하여 실제 계산 결과 대신, 결과의 상태만 CPSR에 기록합니다.

GitHub 예제 코드

CPU 연산과 CPSR의 관계

ARM에서는 모든 산술 및 논리 연산의 상태가 CPSR에 저장됩니다. CPSR의 최상위 4비트에는 N, Z, C, V 플래그가 위치하며, 계산 결과를 정리합니다.

연산 결과값 자체는 레지스터에 저장되며, CPSR에는 그 결과의 상태만 저장됩니다.

CPSR에 대한 자세한 내용은 이 포스팅을 참고해 주세요.

CMP 명령

  cmp Rn, Operand2

여기서 Rn은 반드시 레지스터여야 하며, Operand2는 시프트 피연산자(Shifter Operand)입니다. 앞서 설명한 것처럼 CMP는 실질적으로 뺄셈 연산(Rn - Operand2) 을 수행합니다.

하지만, 그 결과값을 Rn에 저장하지 않고, CPSR 플래그만 갱신합니다. 즉, cmp Rn, Operand2는 subs Rn, Rn, Operand2와 동일한 연산을 수행하지만 레지스터 값은 변경되지 않습니다.

CMP를 비롯한 몇몇 비교 명령어는 접미사 s 없이도 CPSR을 자동으로 갱신하는 특별한 명령어입니다.

예제 코드

  .text
  .global _start
_start:
    mov r0, #5
    mov r1, #5
    cmp r0, r1
    beq equal

equal:
    mov r2, #0xff

cmp r0, r1 실행 후 CPSR의 상태는 다음과 같습니다.

CPSR 플래그 값 이유
N 0 5 - 5 ≥ 0
Z 1 5 - 5 = 0
C 1 빌림 없음
V 0 오버플로우 없음

CMP에서 C 플래그(Bit[29])는 부호 없는(unsigned) 비교용입니다.
빌림이 없으면 C=1, 빌림이 발생하면 C=0입니다.

디버깅

(gdb) i r cpsr
0x60000010

GDB에서 i r cpsr 명령을 실행하면 CMP로 인해 갱신된 CPSR값을 확인할 수 있습니다. CPSR은 32비트 전체가 출력되지만, 우리가 관심 있는 영역은 최상위 4비트(N, Z, C, V) 입니다.

파이썬을 사용해 이 비트들을 쉽게 확인할 수 있습니다.

cpsr = 0x60000010
flags = (cpsr >> 28) & 0xF
print("{:04b}".format(flags))

참고자료