아키텍처가 달라지면 커널 내부에서 아키텍처 의존성이 강한 부분들이 직접적으로 영향을 받는다.

특히 시스템 콜과 예외 처리, 컨텍스트 스위치 같은 동작은 각 아키텍처의 명령어 집합이나 레지스터

구조에 따라 구현 방식이 크게 달라진다.

아키텍처별 시스템 콜 흐름과 커널 변경 컴포넌트

아키텍처가 바뀌면 커널의 구조와 동작 흐름에 영향을 미치는 주요 컴포넌트가 달라진다.

특히 시스템 콜 호출 방식, 예외 처리, 컨텍스트 스위치, 초기화 루틴, 디바이스 트리 적용 방식은

아키텍처별로 구현 방식이 전혀 다르다. 표로 작성하면 아래와 같다.

Component	Description	x86 (32-bit)	x86_64 (AMD64)	ARMv7 (AArch32)	ARMv8 (AArch64)
System Call Handling	방식 및 호출 규약	Uses int 0x80 instructionSyscall number in EAX, args in EBX~	Uses syscall instructionNumber in RAX, args in RDI, RSI, RDX, R10, R8, R9	Uses svc #0Number in r7, args in r0~r6	Uses svc #0Number in x8, args in x0~x5
Exception / Interrupt Handling	트랩 벡터와 예외 진입	IDT (Interrupt Descriptor Table), gate type 설정	MSRs (Model Specific Registers) 사용, SYSCALL/SYSRET 트랩 처리	Vector table, 각 모드별 레지스터 뱅크 존재	Exception levels (EL0~EL3), SPSR/ELR 레지스터로 상태 저장
Context Switch	레지스터 저장 및 복원	EAX~EDI, EIP, ESP, EFLAGS 등 저장	RAX~R15, RIP, RSP, RFLAGS 등 저장	r0~r12, SP, LR, CPSR 등, 필요 시 FPU 상태 포함	x0~x30, SP, SPSR_EL1, ELR_EL1 등, SIMD 상태 포함
Boot and Initialization Code	페이징, MMU, 캐시 설정	CR0, CR3, GDT, IDT 설정 후 페이징 시작	Long mode 진입, IA32_EFER, PML4 세팅	MMU 켜기 위해 page table, TTBR 설정	Translation table 생성, TTBR0_EL1, MAIR_EL1 등 시스템 레지스터 구성
Device Tree & Driver Binding	플랫폼 초기화와 연결 정보	일반적으로 ACPI 또는 BIOS 정보 기반	ACPI 기반으로 디바이스 리소스 파악	Flattened Device Tree (FDT) 방식 사용보드별 DTS 파일 필요	Device Tree 사용 방식은 동일하나 64비트용 드라이버 구성 필요

위 내용 처럼 아키텍처별로 커널 동작 흐름이 바뀌는 이유는 각 CPU 아키텍처가 서로 다른 하드웨어 구조와 명령어 집합(ISA: Instruction Set Architecture)을 가지고 있기 때문이다.

커널은 하드웨어와 직접 맞닿아 있는 소프트웨어이기 때문에, 아래와 같은 요소들이 달라지면 커널의 동작 방식도 구조적으로 달라질 수밖에 없다.

또한 꼭 ISA 의 차이 말고도 레지스터나 부트 초기화 방식에 따라서도 차이가 나타날 수 있으며 보다 상세한 설명은 표로 대체한다.

** 커널 동작 흐름이 아키텍처별로 바뀌는 이유

구분	설명
명령어 집합(ISA)	각 아키텍처는 서로 다른 명령어 집합을 가진다. 예를 들어 x86은 int 0x80, ARM은 svc #0을 사용하여 시스템 콜을 호출한다. 커널은 이 명령어에 맞춰 진입 루틴을 구현해야 한다.
레지스터 구조	인자 전달, 반환값 저장, 컨텍스트 스위치 등은 레지스터를 통해 이루어진다. 아키텍처마다 레지스터 수와 명칭, 용도가 다르기 때문에 커널의 시스템 콜 처리, 스케줄러, 인터럽트 핸들러 코드가 달라진다.
예외/인터럽트 처리 구조	트랩 벡터 테이블의 위치와 구조, 모드 전환 방식이 아키텍처마다 다르다. ARM은 Exception Level(EL) 구조를 가지고 있고, x86은 IDT와 privilege level 기반이다.
MMU 및 페이징 구조	메모리 보호와 가상 주소 변환에 사용하는 페이지 테이블 형식이 아키텍처마다 다르다. 따라서 초기화 코드와 페이지 테이블 생성 코드도 각각 다르게 구현된다.
부트 및 초기화 방식	부트로더와 커널의 초기화 진입 방식 또한 아키텍처별로 차이가 있다. 예를 들어 x86은 BIOS 또는 UEFI를 통해 진입하고, ARM은 U-Boot과 DTB(Device Tree Blob)를 사용한다.
하드웨어 인터페이스 표준	x86은 ACPI 기반으로 디바이스를 초기화하는 반면, ARM은 Device Tree를 통해 하드웨어 정보를 전달한다. 이에 따라 플랫폼 드라이버 초기화 코드가 다르다.

정리하자면 커널은 단순한 프로그램이 아니라, 하드웨어를 제어하는 프로그램이며,

이에 따라 CPU가 사용하는 명령어, 레지스터, 인터럽트 처리 방식, 메모리 접근 구조가 바뀌면, 이를 전제로 만들어진 커널 코드도 아키텍처에 맞게 설계되어야 한다.

그래서 커널에는 항상 arch/ 디렉터리 아래에 아키텍처별 구현 코드가 따로 존재한다.

이는 단순히 문법이나 표기 방식이 달라지는 것이 아니라, 동작의 기본 원칙과 흐름이 하드웨어 구조에 맞게 설계되어야 한다는 것을 의미한다.

아키텍처별 시스템 콜 흐름 비교

(System Call Flow Comparison by Architecture)

아키텍처별 시스템 콜 흐름 비교를 위해 각 아키텍처가 시스템 콜을 처리하는 방식, 명령어,

레지스터 전달 규약, 진입 시 레벨 변화 등을 정리한 표로 커널 포팅이나

아키텍처별 syscall handler 구현 시 참고하기 위해 정리하였다.

항목	x86 (IA-32)	x86_64 (AMD64)	ARMv7 (AArch32)	ARMv8 (AArch64)
호출 명령어	int 0x80	syscall	svc #0	svc #0
진입 방식	소프트웨어 인터럽트(INT instruction)	Fast syscall path(SYSCALL MSR + STAR)	Supervisor Call 벡터	Exception Level 전환 (EL0 → EL1)
시스템 콜 번호	EAX	RAX	r7	x8
인자 전달	EBX, ECX, EDX, ESI, EDI, EBP	RDI, RSI, RDX, R10, R8, R9	r0 ~ r6	x0 ~ x5
반환값	EAX	RAX	r0	x0
커널 진입점	IDT (Interrupt Descriptor Table)	MSRs + syscall handler (do_syscall_64)	Vector table base + SVC handler	VBAR_EL1 벡터 테이블 + EL1 핸들러
복귀 명령어	iret	sysret	movs pc, lr (또는 subs pc, lr, #4)	eret
모드 전환	사용자 모드 → 커널 모드	Ring 3 → Ring 0	사용자 모드 → SVC 모드	EL0 → EL1
보안/권한 보호	Ring level 기반 (Ring 3 → 0)	동일 (Ring 기반)	CPSR 모드 플래그	SPSR_EL1 + ELR_EL1 조합으로 제어

표에서 나타난 주요 차이점에 대해 간단히 설명하자면

x86: 전통적인 방식인 int 0x80 사용, 느리지만 단순함.

x86_64: syscall 명령으로 빠른 진입. syscall 번호는 RAX, 인자는 최대 6개 고정 레지스터.

ARMv7: svc #0을 통해 진입, syscall 번호는 r7 레지스터에, 인자는 r0부터 전달.

ARMv8: ARMv7과 유사하지만 64비트 전용 구조. EL0에서 EL1로 예외 전환되며 x8에 syscall 번호 전달.

ARMv8은 ARMv7과 명령어는 같지만 구조는 훨씬 정교하다. 유저 모드인 EL0에서 커널 모드인 EL1로 전환되며, syscall 번호는 x8, 인자는 x0부터 x5까지 사용된다. 커널은 VBAR_EL1에 지정된 벡터 테이블을 통해 예외를 처리하고, 복귀는 eret 명령으로 수행된다.

커널 개발 프로젝트에 앞서 필자는 “ARMv8” 아키텍처를 사용할 것이며

앞으로 작성되는 글에 대해서는 해당 아키텍처를 기준으로 작성할 예정이다.