[Arm프로세서] Armv8 - SP_ELn과 X30 레지스터란?

[Arm프로세서] Armv8 - SP_ELn과 X30 레지스터란?
 
Armv8 아키텍처에서 정의된 레지스터 중 SP_ELn과 X30 레지스터는 AAPCS와 연관된 핵심 레지스터입니다. 전체 레지스터 목록 중에서 SP_ELn과 X30 레지스터를 먼저 소개하겠습니다.

전체 레지스터 목록 중 SP_ELn과 X30 레지스터

다음 그림을 보면서 Armv8 아키텍처에서 정의된 레지스터 중 AAPCS와 연관된 레지스터 목록을 알아봅시다.

 
그림 13.1 Armv8 아키텍처의 레지스터 목록 중 AAPCS와 연관된 레지스터

위 그림은 Armv8 아키텍처에서 정의된 레지스터 목록입니다. 그림에서 빗금으로 표기된 박스를 보겠습니다.

SP_EL1은 EL1(익셉션 레벨1)에서 실행되는 SP 레지스터, SP_EL0는 EL0(익셉션 레벨0)에서 실행되는 SP 레지스터를 의미합니다. 또한 하이퍼바이저가 실행되는 EL2에서 실행되는 SP 레지스터는 SP_EL2로 표기합니다.

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[정보] SP 레지스터와 SP_ELn 레지스터의 상관관계

Armv8 아키텍처에서는 SP 레지스터를 SP_ELn으로도 표기합니다. 그렇다면 다음과 같은 명령어는 어떻게 해석해야 할까요?

SUB SP, SP, #4

Armv8 아키텍처의 어셈블리 명령어에서 SP가 보이면 어셈블리 명령어를 실행하는 익셉션 레벨을 기준으로 해석하면 됩니다. 만약 위 명령어를 실행하는 익셉션 레벨이 EL1이면 SP_EL1, EL2이면 SP_EL2를 의미합니다.

예를 들어, 운영체제 커널은 EL1에서 실행되므로 커널 공간에 있는 프로세스의 SP 레지스터는 SP_EL1에서 확인할 수 있습니다. 하이퍼바이저는 EL2에서 실행되므로 하이퍼바이저에서 실행되는 프로세스의 SP 레지스터는 SP_EL2에서 확인할 수 있습니다. 
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X30 레지스터는 링크 레지스터를 뜻하며, 서브루틴을 호출한 다음에 복귀할 주소를 저장합니다. Armv7 아키텍처의 링크 레지스터인 R14와 같은 기능입니다.

SP_ELn 아랫 부분에 표기된 레지스터를 보겠습니다. 프로세서의 상태를 저장하는 SPSR(Saved Program Status Register) 레지스터와 ELR(Exception Link Register) 레지스터가 있습니다. 이 레지스터도 익셉션 레벨별로 정의돼 있어 SPSR_ELx, ELR_ELx로 표기합니다. 이 레지스터는 AAPCS와는 직접적인 연관은 없습니다. 익셉션이 유발돼 익셉션을 처리한 다음에 이전 익셉션 레벨로 복귀하기 위한 용도로 쓰입니다. 

Arm 스펙 문서에서 본 SP 레지스터

이번에는 Arm 스펙 문서를 보면서 SP와 X30 레지스터에 대해 더 자세히 알아봅시다. 먼저 SP 레지스터를 살펴봅시다.  

출처: ARM® Cortex®-A Series Programmer's Guide for ARMv8-A https://developer.arm.com/documentation/den0024/latest/
4.1.2 Stack pointer

In the ARMv8 architecture, the choice of stack pointer to use is separated to some extent from the Exception level. By default, taking an exception selects the stack pointer for the target Exception level, SP_ELn. 

For example, taking an exception to EL1 selects SP_EL1. Each Exception level has its own stack pointer, SP_EL0, SP_EL1, SP_EL2, and SP_EL3.

위 스펙 내용에서 중요한 부분은 다음과 같이 정리할 수 있습니다.

 익셉션 레벨별로 스택이 존재하는데, 이 스택 주소를 저장하는 SP_ELn 레지스터가 있다.
 SP_EL0, SP_EL1, SP_EL2, SP_EL3와 같은 스택 포인터 레지스터가 존재한다.

여기서 언급된 스택은 프로세스가 사용하는 스택을 의미합니다. Armv8에서 정의된 SP_ELn 레지스터도 프로세스의 스택 주소 구간 내 특정 주소로 업데이트됩니다. 
 

<강의 영상>

 

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