ARM PBL과 barebox_arm_entry | Barebox

QUESTION

ARM PBL과 barebox_arm_entry 단계에서 실제로 바뀌는 상태는 무엇인가?

보드 entry가 넘기는 membase, memsize, FDT의 출처를 확인한다. PBL은 일반 driver model과 heap을 기대할 수 없는 별도 실행 환경이다.

압축 해제 목적지와 early stack, FDT, firmware reserved range가 겹치지 않아야 한다. 이 문장을 기준으로 코드를 위에서 아래로 읽으면, 함수 이름을 외우는 대신 어느 시점에 어떤 상태를 신뢰할 수 있는지 판단할 수 있다.

STRUCTURE

객체와 주소가 놓이는 구조

그림 1. ARM PBL과 barebox_arm_entry에서 입력, 내부 상태, 출력의 경계

입력과 전제내부 상태외부로 공개되는 결과

01PBL text

02early stack

03compressed main image

04DRAM destination

INVARIANT

압축 해제 목적지와 early stack, FDT, firmware reserved range가 겹치지 않아야 한다.

membase/memsize/FDT / PBL image를 중심에 놓고 왼쪽의 입력이 어떤 검사를 거쳐 오른쪽 결과로 공개되는지 표시했다. 실제 디버깅에서는 각 블록의 주소와 크기를 로그에 대입한다.

CALL PATH

실행 흐름

그림 2. 정상 경로의 주요 호출과 상태 전달

Boot ROM

board entry

barebox_arm_entry

relocate/decompress

start_barebox

화살표는 단순 호출 순서만 뜻하지 않는다. 각 단계가 성공을 반환할 때 다음 단계가 읽을 수 있는 상태가 무엇인지 함께 확인한다. 오류 반환이 발생하면 바로 다음 화살표로 진행하지 않고 해당 단계의 정리 경로를 따라간다.

STATE LEDGER

단계별 입력과 출력

호출 순서를 함수 이름으로만 외우지 않고, 각 단계가 무엇을 받아 무엇을 공개하는지 적은 표다. 실제 소스에서 생산 필드가 다르면 표를 고치는 방식으로 사용한다.

#	단계	진입 시 신뢰할 상태	성공 뒤 남아야 할 상태	다음 소비자
01	`Boot ROM`	PBL early ARM 문맥	PBL text	board entry
02	`board entry`	Boot ROM 완료 상태	early stack	barebox_arm_entry
03	`barebox_arm_entry`	board entry 완료 상태	compressed main image	relocate/decompress
04	`relocate/decompress`	barebox_arm_entry 완료 상태	DRAM destination	start_barebox
05	`start_barebox`	relocate/decompress 완료 상태	DRAM destination	최종 최종 부트로더 이미지 또는 다음 stage

공통 불변 조건: 압축 해제 목적지와 early stack, FDT, firmware reserved range가 겹치지 않아야 한다. 한 단계의 출력이 다음 단계의 입력 조건을 만족하지 않으면 오류가 실제로 드러난 위치보다 앞의 생산 단계부터 조사한다.

UPSTREAM SOURCE

원본 코드

아래 코드는 Barebox v2026.06.1의 arch/arm/cpu/entry.c에서 15-48줄을 그대로 가져온 것이다. 설명을 위해 실제 코드를 가짜 의사 코드로 바꾸지 않았다.

commit314c679eea2d0ca847c64d1b646a1cf91225c0ecsymbolvoid NAKED __noreturn barebox_arm_entry

15 * region. boarddata will be preserved and can be accessed later with
16 * barebox_arm_boarddata().
17 *
18 * -> membase + memsize
19 *   STACK_SIZE              - stack
20 *   16KiB, aligned to 16KiB - First level page table if early MMU support
21 *                             is enabled
22 *   128KiB                  - early memory space
23 * -> maximum end of barebox binary
24 *
25 * Usually a TEXT_BASE of 1MiB below your lowest possible end of memory should
26 * be fine.
27 */
28
29/*
30 * It can be hard to convince GCC to not use old stack pointer after
31 * we modify it with arm_setup_stack() on ARM64, so we implement the
32 * low level details in assembly
33 */
34void __noreturn __barebox_arm_entry(unsigned long membase,
35				    unsigned long memsize,
36				    void *boarddata,
37				    unsigned long sp);
38
39void NAKED __noreturn barebox_arm_entry(unsigned long membase,
40					unsigned long memsize, void *boarddata)
41{
42	__barebox_arm_entry(membase, memsize, boarddata,
43			    arm_mem_stack_top(membase + memsize));
44}
45
46void __noreturn barebox_pbl_entry(ulong, ulong, void *)
47	__alias(barebox_arm_entry);
48

LINE BY LINE

15-48줄 해설

원본에 보이는 모든 줄을 순서대로 설명한다. 빈 줄도 block 경계로 남겨, 코드와 설명의 위치가 어긋나지 않게 했다.

15* region. boarddata will be preserved and can be accessed later with

원본 주석이 'region. boarddata will be preserved and can be accessed later with'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

16* barebox_arm_boarddata().

원본 주석이 'barebox_arm_boarddata().'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

17*

원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

18* -> membase + memsize

원본 주석이 '-> membase + memsize'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

19* STACK_SIZE - stack

원본 주석이 'STACK_SIZE - stack'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

20* 16KiB, aligned to 16KiB - First level page table if early MMU support

원본 주석이 '16KiB, aligned to 16KiB - First level page table if early MMU support'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

21* is enabled

원본 주석이 'is enabled'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

22* 128KiB - early memory space

원본 주석이 '128KiB - early memory space'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

23* -> maximum end of barebox binary

원본 주석이 '-> maximum end of barebox binary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

24*

원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

25* Usually a TEXT_BASE of 1MiB below your lowest possible end of memory should

원본 주석이 'Usually a TEXT_BASE of 1MiB below your lowest possible end of memory should'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

26* be fine.

원본 주석이 'be fine.'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

27*/

원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

28(빈 줄)

*/까지의 동작과 /*에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 DRAM destination 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

29/*

원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

30* It can be hard to convince GCC to not use old stack pointer after

원본 주석이 'It can be hard to convince GCC to not use old stack pointer after'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

31* we modify it with arm_setup_stack() on ARM64, so we implement the

원본 주석이 'we modify it with arm_setup_stack() on ARM64, so we implement the'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

32* low level details in assembly

원본 주석이 'low level details in assembly'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

33*/

원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

34void __noreturn __barebox_arm_entry(unsigned long membase,

__barebox_arm_entry(인자 없음)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 membase/memsize/FDT / PBL image의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 DRAM destination 항목과 대조한다.

35unsigned long memsize,

원본 35번 줄의 unsigned long memsize,는 앞의 void __noreturn __barebox_arm_entry(unsigned long membase, 결과를 받아 다음 void *boarddata,로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 '압축 해제 목적지와 early stack, FDT, firmware reserved range가 겹치지 않아야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.

36void *boarddata,

원본 36번 줄의 void *boarddata,는 앞의 unsigned long memsize, 결과를 받아 다음 unsigned long sp);로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 '압축 해제 목적지와 early stack, FDT, firmware reserved range가 겹치지 않아야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.

37unsigned long sp);

unsigned long sp)를 선언한다. 함수 안 선언이면 현재 stack frame, file scope와 static이면 image의 data/BSS에 놓인다. 이 값이 membase/memsize/FDT / PBL image를 직접 소유하는지 pointer만 빌리는지, PBL early ARM 문맥를 벗어난 뒤에도 참조되는지 다음 대입과 callback 등록까지 따라간다.

38(빈 줄)

unsigned long sp);까지의 동작과 void NAKED __noreturn barebox_arm_entry(unsigned long membase,에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 DRAM destination 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

39void NAKED __noreturn barebox_arm_entry(unsigned long membase,

barebox_arm_entry(인자 없음)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 membase/memsize/FDT / PBL image의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 DRAM destination 항목과 대조한다.

40unsigned long memsize, void *boarddata)

원본 40번 줄의 unsigned long memsize, void *boarddata)는 앞의 void NAKED __noreturn barebox_arm_entry(unsigned long membase, 결과를 받아 다음 {로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 '압축 해제 목적지와 early stack, FDT, firmware reserved range가 겹치지 않아야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.

41{

바로 위 함수·조건·초기화의 block이 열린다. 이 scope 안에서 만들어지는 지역 객체와 오류 이동 지점을 membase/memsize/FDT / PBL image의 수명에 맞춰 묶어 읽는다.

42__barebox_arm_entry(membase, memsize, boarddata,

43arm_mem_stack_top(membase + memsize));

arm_mem_stack_top(membase + memsize))를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 membase/memsize/FDT / PBL image의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 DRAM destination 항목과 대조한다.

44}

현재 block, initializer 또는 호출의 경계를 닫는다. 이 지점까지 획득한 resource가 성공 경로와 실패 경로에서 대칭인지 점검한다.

45(빈 줄)

}까지의 동작과 void __noreturn barebox_pbl_entry(ulong, ulong, void *)에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 DRAM destination 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

46void __noreturn barebox_pbl_entry(ulong, ulong, void *)

barebox_pbl_entry 함수 정의가 시작된다. 입력은 ulong, ulong, void *이며, PBL early ARM 문맥에서 호출된다는 전제로 반환 전까지의 상태 변화를 읽는다.

47__alias(barebox_arm_entry);

__alias(barebox_arm_entry)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 membase/memsize/FDT / PBL image의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 DRAM destination 항목과 대조한다.

48(빈 줄)

__alias(barebox_arm_entry);까지의 동작과 다음 block 경계에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 DRAM destination 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

DETAILS

내부 동작을 더 깊게 읽기

진입 조건을 먼저 고정한다

Boot ROM에서 들어온 실행은 PBL early ARM 문맥에 놓여 있다. 이때 interrupt, MMU/cache, stack, heap 중 무엇이 이미 준비되었는지 소스의 호출자까지 올라가 확인한다. 같은 함수라도 SPL, relocation 전후, app thread처럼 호출 문맥이 달라지면 허용되는 API와 지연 시간이 달라진다.

보드 entry가 넘기는 membase, memsize, FDT의 출처를 확인한다. PBL은 일반 driver model과 heap을 기대할 수 없는 별도 실행 환경이다.

중심 객체의 생성과 공개를 나눈다

이 글의 중심 객체는 membase/memsize/FDT / PBL image다. 메모리를 확보한 시점, 필드를 채운 시점, 전역 list나 다른 subsystem에 공개한 시점을 구분한다. 공개 뒤 오류가 발생한다면 목록에서 제거하고 child, buffer, reference를 역순으로 정리하는지 확인한다.

빌드 산출물 관점에서는 최종 부트로더 이미지 안에 해당 symbol과 section이 실제로 포함되었는지도 map과 objdump로 검증한다.

주소, 크기와 정렬을 계산한다

부트 코드의 오류는 논리보다 주소 계산에서 먼저 드러나는 경우가 많다. source range, destination range, header가 말하는 payload size, block 또는 page 단위를 표로 적고 각 구간의 끝 주소를 직접 계산한다. 끝 주소는 start + size - 1인지 exclusive end인지 API 계약을 확인한다.

압축 해제 목적지와 early stack, FDT, firmware reserved range가 겹치지 않아야 한다.

성공 flag와 실제 완료 시점을 맞춘다

board entry → barebox_arm_entry → relocate/decompress 구간에서는 부분 초기화 상태가 생길 수 있다. flag, list insertion, callback 등록, storage write 완료 중 무엇이 성공의 기준인지 찾는다. hardware write나 DMA가 포함되면 함수 반환과 장치 완료가 같은 시점인지도 확인한다.

다른 CPU, interrupt handler, USB completion 또는 shell command가 상태를 관찰할 수 있다면 memory ordering과 lock 범위도 함께 읽는다.

마지막 handoff의 계약을 적는다

정상 경로는 start_barebox에서 끝난다. 이 단계가 함수 반환인지, scheduler 전환인지, 다른 image로의 비복귀 분기인지 구분한다. 비복귀 handoff라면 cache clean/invalidate, interrupt disable, 장치 quiesce, argument register와 FDT 또는 image address가 최종 점검 항목이다.

반환하는 경로라면 caller가 오류와 부분 성공을 구분하고 다음 후보 또는 복구 경로를 선택하는지 확인한다.

IMPLEMENTATION NOTES

구현을 읽을 때 놓치기 쉬운 부분

barebox_arm_entry는 ROM 상태를 C runtime 계약으로 바꾼다

진입 address, memory base/size와 board data를 받아 stack과 relocation/decompression 경로를 준비한다. cache, MMU와 current EL이 어떤 상태로 들어오는지 SoC별 entry wrapper까지 올라가 확인한다.

인자로 받은 board data가 FDT pointer인지 machine data인지 configuration에 따라 다르면 type과 lifetime을 명시한다.

PBL stack과 payload destination을 겹치지 않게 계산한다

SRAM 상단 stack, decompressor workspace, compressed piggydata와 DRAM destination의 구간을 모두 적는다. DDR가 아직 준비되지 않았다면 어떤 callback 뒤부터 destination write가 가능한지도 구분한다.

copy/decompress source와 destination overlap을 지원하는 algorithm인지 확인한다.

full image로의 분기는 비복귀 경계다

cache clean/invalidate와 instruction visibility를 보장하고 최종 entry가 기대하는 argument register와 stack을 만든 뒤 분기한다. PBL의 static pointer를 full image에 넘기지 않는다.

첫 full image symbol에 도달하지 못하면 decompressed byte, entry offset과 cache 상태를 차례로 검증한다.

OBJECT LIFETIME

객체와 수명

대상	만들어지는 시점	유효 범위	확인할 조건
`membase/memsize/FDT / PBL image`	board entry	start_barebox 또는 오류 정리 완료까지	압축 해제 목적지와 early stack, FDT, firmware reserved range가 겹치지 않아야 한다.
입력 buffer / metadata	Boot ROM	parse와 검증이 끝날 때까지	길이, 정렬, 소유권, 변조 가능성
등록된 list / descriptor	barebox_arm_entry	subsystem 종료 또는 image handoff까지	이중 등록, dangling pointer, 오류 unwind
hardware 또는 persistent state	실제 write/probe가 완료된 뒤	reset 또는 명시적 해제·갱신까지	flush, timeout, 전원 차단, rollback
`최종 부트로더 이미지`	link/image 생성 시점	다음 stage가 새 image로 교체할 때까지	load address, entry, section과 header 일치

FAILURE PATH

실패 지점과 증상

#	조건	관찰되는 증상	먼저 볼 단계
01	RAM 크기 오판	main image overwrite	board entry
02	FDT pointer 수명 오류	decompression 후 손상	barebox_arm_entry
03	cache 상태 불일치	새 image 실행 실패	relocate/decompress

로그가 끊긴 마지막 함수만 고치지 않는다. 그 함수가 받은 주소, size, flag가 만들어진 앞 단계까지 올라가고, 오류 뒤 등록 객체와 hardware 상태가 남았는지도 확인한다.

EVIDENCE

소스 밖에서 확인할 증거

소스 해석은 실제 빌드 산출물과 target 로그로 닫아야 한다. 아래 명령의 보드 이름과 toolchain prefix는 사용 중인 빌드 환경에 맞게 바꾼다.

#	목적	명령 또는 계측	판정 기준
01	빌드 구성	`make <board>_defconfig && make V=1`	Kconfig, linker section과 최종 barebox image 생성 명령을 보관한다.
02	symbol과 section	`${CROSS_COMPILE}nm -n barebox \| grep 'void NAKED __noreturn barebox_arm_entry'`	initcall, command, driver descriptor가 image에 남았는지 확인한다.
03	주소와 resource	`iomem`	image, malloc, stack, device resource와 reserved 영역의 겹침을 확인한다.
04	device 상태	`devinfo; drvinfo; of_dump`	DT node 생성, device 등록, driver probe를 서로 구분한다.
05	boot 정책	`boot -d -v; state -d`	entry 탐색 결과와 persistent state가 실제 선택에 미친 영향을 확인한다.

LAB

직접 확인할 실험

01
entry 인자와 DRAM controller 설정값 비교
board entry 진입 전후에 PBL text의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다. 결과는 정상 부팅 여부로 끝내지 말고 압축 해제 목적지와 early stack, FDT, firmware reserved range가 겹치지 않아야 한다. 조건이 처음 깨지는 줄을 기록한다.
02
decompress source/destination range 출력
barebox_arm_entry 진입 전후에 early stack의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다. 결과는 정상 부팅 여부로 끝내지 말고 압축 해제 목적지와 early stack, FDT, firmware reserved range가 겹치지 않아야 한다. 조건이 처음 깨지는 줄을 기록한다.
03
PBL breakpoint에서 start_barebox까지 PC 추적
relocate/decompress 진입 전후에 compressed main image의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다. 결과는 정상 부팅 여부로 끝내지 말고 압축 해제 목적지와 early stack, FDT, firmware reserved range가 겹치지 않아야 한다. 조건이 처음 깨지는 줄을 기록한다.

PRIMARY REFERENCES

원문과 다음 글

arch/arm/cpu/entry.cv2026.06.1 원본 파일 Barebox source tree기준 commit 314c679eea2d