지금까지는 명령어가 실행될 순서가 되면 무조건 실행되는 구조만 살펴봤습니다. 하지만 ARM 아키텍처는 조금 더 특별합니다. CPSR 레지스터의 조건 플래그를 사용하면 특정 조건에서만 명령어를 실행하도록 만들 수 있습니다.

이 기능은 ARM의 핵심 특징 중 하나이며, 모든 명령어에 조건을 붙여 분기 없이도 조건문을 구현할 수 있다는 점이 큰 장점입니다. 또한, 불필요한 분기를 줄여 파이프라인 성능 향상에도 도움이 됩니다.

CPSR (Current Program Status Register) 레지스터

CPSR 레지스터는 일반적인 범용 레지스터(R0~R15)와 달리, CPU의 프로그램 상태를 저장하는 특수 목적 레지스터입니다.

CPU는 연산 결과에 따라 아래의 4가지 상태를 가질 수 있으며, 이 값들이 CPSR의 상위 4비트에 각각 1비트씩 기록됩니다.

  • 음수
  • 0 혹은 양수
  • 캐리
  • 오버플로우
비트 위치 플래그 의미
31 N (Negative) 음수
30 Z (Zero) 결과가 0
29 C (Carry) 캐리
28 V (Overflow) 오버플로우

플래그를 업데이트하려면?

연산 결과를 플래그에 반영하려면 명령어 뒤에 s를 붙여야 합니다.
예: adds, subs, movs 등, 이 내용은 이전 포스팅에서 다뤘습니다.

조건 플래그 (Condition Flags)

ARM의 거의 모든 명령어는 CPSR 플래그 값을 기준으로 명령어를 실행하거나 건너뛸 수 있습니다. 이를 위해 명령어 뒤에 두 자리 조건 코드(EQ, NE, MI, PL 등)를 붙여 사용합니다.

ARM condition code table
그림 1. ARM 아키텍처에서 제공하는 조건 코드 목록

ARM은 총 15개의 조건 코드를 제공합니다.
지금까지 사용한 명령어들은 모두 기본값인 AL(Always) 조건이 적용된 형태로, 생략된 것입니다.
AL은 항상 실행된다는 의미입니다.

명령어 + 조건

  {instruction}{condition}

예를 들어, 이전 연산 결과가 음수일 때만 mov를 실행하고 싶다면:

  movmi r0, r1
  • MI(Minus) = N == 1

즉, 결과가 음수일 때만 실행됩니다.

예제 코드

  .text
  .global _start
_start:
  movs r0, #-1
  addmi r0, r0, #5
  addpl r0, r0, #1
  b .

위 예제는 R0에 -1을 저장한 뒤:

  • 음수(N==1)이면 5를 더하고
  • 양수 또는 0(N==0)이면 1을 더하는 동작을 수행합니다.

플래그 업데이트를 위해 movs를 사용했습니다.

여기서

  • MI: N == 1 → 음수일 때 실행
  • PL: N == 0 → 양수 또는 0일 때 실행

따라서 C 코드로 표현하면 다음과 같습니다.

  int r0 = -1;
  r0 += (r0 < 0) ? 5 : 1;

디버깅

GDB에서 CPSR 전체를 확인하려면:

(gdb) p/x $cpsr

각 플래그는 다음과 같이 추출할 수 있습니다.

(gdb) p ($cpsr >> 31) & 1   # N flag
(gdb) p ($cpsr >> 30) & 1   # Z flag
(gdb) p ($cpsr >> 29) & 1   # C flag
(gdb) p ($cpsr >> 28) & 1   # V flag

마무리

이번 글에서는 CPSR 플래그와 조건 코드를 이용한 조건부 명령 실행을 살펴봤습니다. 다음 글에서는 비교 연산자(CMP, CMN 등)를 이용한 실제 조건 분기를 다루고, 조건부 실행과 조건 분기를 어떻게 선택해야 하는지도 함께 설명드리겠습니다.