이번 글에서는 시프트 연산의 마지막 주제인 회전 시프트 (Rotate Shift) 를 다룹니다. ARMv4에서는 두 가지 회전 시프트 명령어를 제공합니다: ror (Rotate Right), rrx (Rotate Right with eXtend)

이 명령어들은 단순히 비트를 밀어내는 것이 아니라, 밀려난 비트를 다시 반대편에서 채워 넣는 방식으로 동작합니다.

ARM 에서 제공하는 회전 시프트

명령어 설명
ror 오른쪽 회전
rrx 오른쪽 회전 확장

ror은 다른 시프트 연산자들과 동일하게 즉시값이나 레지스터로 시프트양을 지정할 수 있습니다.

  • ror #<imm> : 즉시값 만큼 시프트 연산
  • ror <Rs> : 레지스터값 만큼 시프트 연산

rrx는 피연산자를 가지지 않으며, 항상 1비트를 시프트합니다. 대신 CPSR의 캐리(Carry) 플래그를 포함하여 33비트 시프트처럼 동작합니다.

ROR: Rotate Right

ror 명령은 오른쪽으로 시프트되는 비트를 최상위 비트로 되돌려 삽입합니다.
즉, 모든 비트를 보존하면서 위치만 바꾸는 연산입니다.

ror.s

  .text
  .global _start
_start:
  mov r0, #0x96
  mov r1, r0, ror #4

R0의 초기값은 0x96(0b10010...0110)입니다. ror #4를 실행하면 오른쪽 4비트를 잘라낸 후, 그것을 다시 상위 비트에 붙입니다.

Before:   0b0000_0000_0000_0000_0000_0000_1001_0110 = 0x96
After:    0b0110_0000_0000_0000_0000_0000_0000_1001 = 0x60000009

RRX: Rotate Right with Extend

rrx는 ror #1과 거의 같지만, CPSR의 캐리 플래그와 함께 작동하여 32비트가 아닌 33비트 시프트처럼 동작합니다.

  • 오른쪽으로 1비트를 밀면, LSB는 캐리 플래그로 이동
  • 동시에 현재 캐리 플래그의 값이 MSB로 채워짐

rrx.s

  .text
  .global _start
_start:
  mov r0, #0x69
  movs r1, r0, rrx
  movs r2, r1, rrx
  b .

0b0000_0000_0000_0000_0000_0000_0110_1001 = 0x69

[rrx/C=0]: 0b0000_0000_0000_0000_0000_0000_0011_0100 -> R1=0x34, C=1
[rrx/C=1]: 0b1000_0000_0000_0000_0000_0000_0001_1010 -> R2=0x8000001a, C=0

GDB로 캐리 플래그 확인

$ arm-none-eabi-gcc -Ttext=0x10000 -nostdlib rrx.s -o rrx.elf
$ qemu-system-arm -machine versatilepb -nographic -S -s -kernel rrx.elf
$ gdb-multiarch rrx.elf

(gdb) target remote :1234
(gdb) si                          # mov r0, #0x69 실행
0x00010004 in _start ()
(gdb) i r r0
r0             0x69     105
(gdb) p ($cpsr >> 29) & 1         # 최초 캐리플래그 확인
$3 = 0
(gdb) si                          # movs r1, r0, rrx 실행
0x00010008 in _start ()
(gdb) p ($cpsr >> 29) & 1
$4 = 1
(gdb) i r r1
r1             0x34     52
(gdb) si                          # movs r2, r1, rrx 실행
0x0001000c in _start ()
(gdb) p ($cpsr >> 29) & 1
$5 = 0
(gdb) i r r0 r1 r2
r0             0x69     105
r1             0x34     52
r2             0x8000001a       -2147483622

왜 왼쪽 회전 시프트는 없을까?

ARMv4T에는 ROR(우회전)만 있고 ROL(좌회전)은 없습니다. 이유는 두 가지입니다. 첫째, 32비트 회전에서는 좌회전과 우회전이 서로 같습니다. n비트 좌회전은 32 - n비트 우회전과 결과가 완전히 같기 때문입니다. 따라서 ror 하나만 있으면 좌회전도 표현할 수 있고, rol을 따로 둘 이유가 없습니다.

둘째, ARM은 시프트를 독립 명령이 아니라 barrel shifter를 통해 데이터 처리 명령의 두 번째 오퍼랜드에 통합해 처리합니다. 이때 시프트 종류를 지정하는 필드는 2비트뿐이라 네 가지(lsl, lsr, asr, ror)만 담을 수 있습니다. 좌방향은 이미 lsl이 차지하고 있고 회전은 좌우가 동치이므로, 제한된 인코딩 공간을 효율적으로 사용하기 위해 ror하나만 채택했습니다.

마무리

이번 포스팅에서는 ARM의 회전 시프트 명령어인 ror과 rrx를 살펴봤습니다.

  • ror: 비트를 오른쪽으로 밀고 최상위 비트로 다시 삽입
  • rrx: 캐리 플래그를 포함한 33비트 순환 시프트
  • rol은 명령어로 존재하지 않지만 lsl + ror 조합으로 구현 가능

다음 글에서는 이 시프트 연산들이 실제 연산 명령어(add, sub)와 어떻게 결합되어 쓰이는지, 그리고 Carry/Overflow 플래그의 의미와 역할에 대해 자세히 다룰 예정입니다.