이번 글에서는 시프트 연산의 마지막 주제인 순환 시프트 (Rotate Shift) 를 다룹니다. ARMv4에서는 두 가지 순환 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 순환 시프트

명령어 설명
ror Rotate Right
rrx Rotate Right with eXtend

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 순환시프트는 없을까?

ARM에는 ROL (Rotate Left) 명령어가 없습니다. 왜냐하면, 기존의 lsl + ror 조합으로 쉽게 구현할 수 있기 때문입니다.

예를 들어:

  @ ROL r1, r0, #n  (Rotate Left)
  lsl r2, r0, #n           @ 왼쪽으로 n비트 밀기
  ror r3, r0, #(32 - n)    @ 오른쪽으로 (32-n)비트 밀기
  orr r1, r2, r3           @ 합치면 ROL

만약, r0 = 0x80000001, n=1 이라면:

  • LSL → 0x00000002
  • ROR(31) → 0x40000000
  • ORR → 0x40000002 (정상적인 ROL 결과)

orr 은 논리합(OR) 연산입니다!

마무리

이번 포스팅에서는 ARM의 순환 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.