QUESTION
ARM64 reset entry와 예외 벡터 단계에서 실제로 바뀌는 상태는 무엇인가?
이 시점에는 C ABI, stack, BSS, 정상적인 전역 변수를 믿을 수 없다. 어셈블리 한 줄이 어떤 선행 조건을 만드는지부터 확인한다.
분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 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
분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다.
_start를 중심에 놓고 왼쪽의 입력이 어떤 검사를 거쳐 오른쪽 결과로 공개되는지 표시했다. 실제 디버깅에서는 각 블록의 주소와 크기를 로그에 대입한다.
CALL PATH
실행 흐름
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 | MMU와 cache가 보장되지 않은 reset 문맥 | vector table | _start |
| 02 | _start | Boot ROM 완료 상태 | reset branch | reset vector |
| 03 | reset vector | _start 완료 상태 | exception slots | save boot parameters |
| 04 | save boot parameters | reset vector 완료 상태 | runtime entry | _main |
| 05 | _main | save boot parameters 완료 상태 | runtime entry | 최종 ARM64 U-Boot text image 또는 다음 stage |
공통 불변 조건: 분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다. 한 단계의 출력이 다음 단계의 입력 조건을 만족하지 않으면 오류가 실제로 드러난 위치보다 앞의 생산 단계부터 조사한다.
UPSTREAM SOURCE
원본 코드
아래 코드는 U-Boot v2026.07의 arch/arm/lib/vectors.S에서 45-133줄을 그대로 가져온 것이다. 설명을 위해 실제 코드를 가짜 의사 코드로 바꾸지 않았다.
45 */
46
47.globl _start
48
49/*
50 *************************************************************************
51 *
52 * Vectors have their own section so linker script can map them easily
53 *
54 *************************************************************************
55 */
56
57 .section ".vectors", "ax"
58
59#if defined(CONFIG_ENABLE_ARM_SOC_BOOT0_HOOK)
60/*
61 * Various SoCs need something special and SoC-specific up front in
62 * order to boot, allow them to set that in their boot0.h file and then
63 * use it here.
64 *
65 * To allow a boot0 hook to insert a 'special' sequence after the vector
66 * table (e.g. for the socfpga), the presence of a boot0 hook supresses
67 * the below vector table and assumes that the vector table is filled in
68 * by the boot0 hook. The requirements for a boot0 hook thus are:
69 * (1) defines '_start:' as appropriate
70 * (2) inserts the vector table using ARM_VECTORS as appropriate
71 */
72#include <asm/arch/boot0.h>
73#else
74
75/*
76 *************************************************************************
77 *
78 * Exception vectors as described in ARM reference manuals
79 *
80 * Uses indirect branch to allow reaching handlers anywhere in memory.
81 *
82 *************************************************************************
83 */
84
85_start:
86#ifdef CFG_SYS_DV_NOR_BOOT_CFG
87 .word CFG_SYS_DV_NOR_BOOT_CFG
88#endif
89 ARM_VECTORS
90#endif /* !defined(CONFIG_ENABLE_ARM_SOC_BOOT0_HOOK) */
91
92#if !CONFIG_IS_ENABLED(SYS_NO_VECTOR_TABLE)
93/*
94 *************************************************************************
95 *
96 * Indirect vectors table
97 *
98 * Symbols referenced here must be defined somewhere else
99 *
100 *************************************************************************
101 */
102
103 .globl _reset
104 .globl _undefined_instruction
105 .globl _software_interrupt
106 .globl _prefetch_abort
107 .globl _data_abort
108 .globl _not_used
109 .globl _irq
110 .globl _fiq
111
112#ifdef CONFIG_ARCH_K3
113_reset: .word reset
114#endif
115_undefined_instruction: .word undefined_instruction
116_software_interrupt: .word software_interrupt
117_prefetch_abort: .word prefetch_abort
118_data_abort: .word data_abort
119_not_used: .word not_used
120_irq: .word irq
121_fiq: .word fiq
122
123 .balignl 16,0xdeadbeef
124#endif
125
126/*
127 *************************************************************************
128 *
129 * Interrupt handling
130 *
131 *************************************************************************
132 */
133LINE BY LINE
45-133줄 해설
원본에 보이는 모든 줄을 순서대로 설명한다. 빈 줄도 block 경계로 남겨, 코드와 설명의 위치가 어긋나지 않게 했다.
*/원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
(빈 줄)*/까지의 동작과 .globl _start에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 reset branch 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.
.globl _start원본 47번 줄의 .globl _start는 앞의 이전 block 경계 결과를 받아 다음 다음 block 경계로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 '분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.
(빈 줄).globl _start까지의 동작과 /*에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 runtime entry 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.
/*원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
*************************************************************************원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
*원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
* Vectors have their own section so linker script can map them easily원본 주석이 'Vectors have their own section so linker script can map them easily'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
*원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
*************************************************************************원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
*/원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
(빈 줄)*/까지의 동작과 .section ".vectors", "ax"에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 runtime entry 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.
.section ".vectors", "ax"원본 57번 줄의 .section ".vectors", "ax"는 앞의 이전 block 경계 결과를 받아 다음 다음 block 경계로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 '분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.
(빈 줄).section ".vectors", "ax"까지의 동작과 #if defined(CONFIG_ENABLE_ARM_SOC_BOOT0_HOOK)에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 runtime entry 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.
#if defined(CONFIG_ENABLE_ARM_SOC_BOOT0_HOOK)#if 전처리 지시문으로 이 줄 아래의 code가 binary에 존재할지를 결정한다. 관련 설정은 CONFIG_ENABLE_ARM_SOC_BOOT0_HOOK이다. 현재 .config와 compiler의 -dD -E 출력에서 실제로 남은 branch를 확인한 뒤 line-by-line 흐름에 포함한다.
/*원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
* Various SoCs need something special and SoC-specific up front in원본 주석이 'Various SoCs need something special and SoC-specific up front in'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
* order to boot, allow them to set that in their boot0.h file and then원본 주석이 'order to boot, allow them to set that in their boot0.h file and then'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
* use it here.원본 주석이 'use it here.'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
*원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
* To allow a boot0 hook to insert a 'special' sequence after the vector원본 주석이 'To allow a boot0 hook to insert a 'special' sequence after the vector'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
* table (e.g. for the socfpga), the presence of a boot0 hook supresses원본 주석이 'table (e.g. for the socfpga), the presence of a boot0 hook supresses'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
* the below vector table and assumes that the vector table is filled in원본 주석이 'the below vector table and assumes that the vector table is filled in'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
* by the boot0 hook. The requirements for a boot0 hook thus are:원본 주석이 'by the boot0 hook. The requirements for a boot0 hook thus are:'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
* (1) defines '_start:' as appropriate원본 주석이 '(1) defines '_start:' as appropriate'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
* (2) inserts the vector table using ARM_VECTORS as appropriate원본 주석이 '(2) inserts the vector table using ARM_VECTORS as appropriate'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
*/원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
#include <asm/arch/boot0.h>#include 전처리 지시문으로 이 줄 아래의 code가 binary에 존재할지를 결정한다. architecture 또는 build stage 조건을 여닫는다. 현재 .config와 compiler의 -dD -E 출력에서 실제로 남은 branch를 확인한 뒤 line-by-line 흐름에 포함한다.
#else#else 전처리 지시문으로 이 줄 아래의 code가 binary에 존재할지를 결정한다. architecture 또는 build stage 조건을 여닫는다. 현재 .config와 compiler의 -dD -E 출력에서 실제로 남은 branch를 확인한 뒤 line-by-line 흐름에 포함한다.
(빈 줄)#else까지의 동작과 /*에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 runtime entry 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.
/*원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
*************************************************************************원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
*원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
* Exception vectors as described in ARM reference manuals원본 주석이 'Exception vectors as described in ARM reference manuals'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
*원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
* Uses indirect branch to allow reaching handlers anywhere in memory.원본 주석이 'Uses indirect branch to allow reaching handlers anywhere in memory.'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
*원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
*************************************************************************원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
*/원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
(빈 줄)*/까지의 동작과 _start:에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 runtime entry 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.
_start:'_start' label이다. 이곳을 참조하는 branch를 역검색하고 각 진입 경로의 register, stack, lock 조건이 같은지 확인한다.
#ifdef CFG_SYS_DV_NOR_BOOT_CFG#ifdef 전처리 지시문으로 이 줄 아래의 code가 binary에 존재할지를 결정한다. architecture 또는 build stage 조건을 여닫는다. 현재 .config와 compiler의 -dD -E 출력에서 실제로 남은 branch를 확인한 뒤 line-by-line 흐름에 포함한다.
.word CFG_SYS_DV_NOR_BOOT_CFG원본 87번 줄의 .word CFG_SYS_DV_NOR_BOOT_CFG는 앞의 #ifdef CFG_SYS_DV_NOR_BOOT_CFG 결과를 받아 다음 #endif로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 '분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.
#endif#endif 전처리 지시문으로 이 줄 아래의 code가 binary에 존재할지를 결정한다. architecture 또는 build stage 조건을 여닫는다. 현재 .config와 compiler의 -dD -E 출력에서 실제로 남은 branch를 확인한 뒤 line-by-line 흐름에 포함한다.
ARM_VECTORS원본 89번 줄의 ARM_VECTORS는 앞의 #endif 결과를 받아 다음 #endif /* !defined(CONFIG_ENABLE_ARM_SOC_BOOT0_HOOK) */로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 '분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.
#endif /* !defined(CONFIG_ENABLE_ARM_SOC_BOOT0_HOOK) */#endif 전처리 지시문으로 이 줄 아래의 code가 binary에 존재할지를 결정한다. 관련 설정은 CONFIG_ENABLE_ARM_SOC_BOOT0_HOOK이다. 현재 .config와 compiler의 -dD -E 출력에서 실제로 남은 branch를 확인한 뒤 line-by-line 흐름에 포함한다.
(빈 줄)#endif /* !defined(CONFIG_ENABLE_ARM_SOC_BOOT0_HOOK) */까지의 동작과 #if !CONFIG_IS_ENABLED(SYS_NO_VECTOR_TABLE)에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 runtime entry 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.
#if !CONFIG_IS_ENABLED(SYS_NO_VECTOR_TABLE)#if 전처리 지시문으로 이 줄 아래의 code가 binary에 존재할지를 결정한다. 관련 설정은 CONFIG_IS_ENABLED이다. 현재 .config와 compiler의 -dD -E 출력에서 실제로 남은 branch를 확인한 뒤 line-by-line 흐름에 포함한다.
/*원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
*************************************************************************원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
*원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
* Indirect vectors table원본 주석이 'Indirect vectors table'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
*원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
* Symbols referenced here must be defined somewhere else원본 주석이 'Symbols referenced here must be defined somewhere else'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
*원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
*************************************************************************원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
*/원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
(빈 줄)*/까지의 동작과 .globl _reset에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 runtime entry 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.
.globl _reset원본 103번 줄의 .globl _reset는 앞의 이전 block 경계 결과를 받아 다음 .globl _undefined_instruction로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 '분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.
.globl _undefined_instruction원본 104번 줄의 .globl _undefined_instruction는 앞의 .globl _reset 결과를 받아 다음 .globl _software_interrupt로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 '분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.
.globl _software_interrupt원본 105번 줄의 .globl _software_interrupt는 앞의 .globl _undefined_instruction 결과를 받아 다음 .globl _prefetch_abort로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 '분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.
.globl _prefetch_abort원본 106번 줄의 .globl _prefetch_abort는 앞의 .globl _software_interrupt 결과를 받아 다음 .globl _data_abort로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 '분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.
.globl _data_abort원본 107번 줄의 .globl _data_abort는 앞의 .globl _prefetch_abort 결과를 받아 다음 .globl _not_used로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 '분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.
.globl _not_used원본 108번 줄의 .globl _not_used는 앞의 .globl _data_abort 결과를 받아 다음 .globl _irq로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 '분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.
.globl _irq원본 109번 줄의 .globl _irq는 앞의 .globl _not_used 결과를 받아 다음 .globl _fiq로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 '분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.
.globl _fiq원본 110번 줄의 .globl _fiq는 앞의 .globl _irq 결과를 받아 다음 다음 block 경계로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 '분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.
(빈 줄).globl _fiq까지의 동작과 #ifdef CONFIG_ARCH_K3에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 runtime entry 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.
#ifdef CONFIG_ARCH_K3#ifdef 전처리 지시문으로 이 줄 아래의 code가 binary에 존재할지를 결정한다. 관련 설정은 CONFIG_ARCH_K3이다. 현재 .config와 compiler의 -dD -E 출력에서 실제로 남은 branch를 확인한 뒤 line-by-line 흐름에 포함한다.
_reset: .word reset원본 113번 줄의 _reset: .word reset는 앞의 #ifdef CONFIG_ARCH_K3 결과를 받아 다음 #endif로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 '분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.
#endif#endif 전처리 지시문으로 이 줄 아래의 code가 binary에 존재할지를 결정한다. architecture 또는 build stage 조건을 여닫는다. 현재 .config와 compiler의 -dD -E 출력에서 실제로 남은 branch를 확인한 뒤 line-by-line 흐름에 포함한다.
_undefined_instruction: .word undefined_instruction원본 115번 줄의 _undefined_instruction: .word undefined_instruction는 앞의 #endif 결과를 받아 다음 _software_interrupt: .word software_interrupt로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 '분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.
_software_interrupt: .word software_interrupt원본 116번 줄의 _software_interrupt: .word software_interrupt는 앞의 _undefined_instruction: .word undefined_instruction 결과를 받아 다음 _prefetch_abort: .word prefetch_abort로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 '분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.
_prefetch_abort: .word prefetch_abort원본 117번 줄의 _prefetch_abort: .word prefetch_abort는 앞의 _software_interrupt: .word software_interrupt 결과를 받아 다음 _data_abort: .word data_abort로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 '분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.
_data_abort: .word data_abort원본 118번 줄의 _data_abort: .word data_abort는 앞의 _prefetch_abort: .word prefetch_abort 결과를 받아 다음 _not_used: .word not_used로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 '분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.
_not_used: .word not_used원본 119번 줄의 _not_used: .word not_used는 앞의 _data_abort: .word data_abort 결과를 받아 다음 _irq: .word irq로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 '분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.
_irq: .word irq원본 120번 줄의 _irq: .word irq는 앞의 _not_used: .word not_used 결과를 받아 다음 _fiq: .word fiq로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 '분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.
_fiq: .word fiq원본 121번 줄의 _fiq: .word fiq는 앞의 _irq: .word irq 결과를 받아 다음 다음 block 경계로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 '분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.
(빈 줄)_fiq: .word fiq까지의 동작과 .balignl 16,0xdeadbeef에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 runtime entry 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.
.balignl 16,0xdeadbeef원본 123번 줄의 .balignl 16,0xdeadbeef는 앞의 이전 block 경계 결과를 받아 다음 #endif로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 '분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.
#endif#endif 전처리 지시문으로 이 줄 아래의 code가 binary에 존재할지를 결정한다. architecture 또는 build stage 조건을 여닫는다. 현재 .config와 compiler의 -dD -E 출력에서 실제로 남은 branch를 확인한 뒤 line-by-line 흐름에 포함한다.
(빈 줄)#endif까지의 동작과 /*에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 runtime entry 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.
/*원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
*************************************************************************원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
*원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
* Interrupt handling원본 주석이 'Interrupt handling'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
*원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
*************************************************************************원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
*/원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.
(빈 줄)*/까지의 동작과 다음 block 경계에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 runtime entry 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.
DETAILS
내부 동작을 더 깊게 읽기
진입 조건을 먼저 고정한다
Boot ROM에서 들어온 실행은 MMU와 cache가 보장되지 않은 reset 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.
이 시점에는 C ABI, stack, BSS, 정상적인 전역 변수를 믿을 수 없다. 어셈블리 한 줄이 어떤 선행 조건을 만드는지부터 확인한다.
중심 객체의 생성과 공개를 나눈다
이 글의 중심 객체는 _start다. 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 ARM64 U-Boot text image 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.
분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다.
성공 flag와 실제 완료 시점을 맞춘다
_start → reset vector → save boot parameters 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 _main에서 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
reset entry에서는 C 언어의 전제를 아직 사용할 수 없다
Boot ROM이 넘긴 PC와 exception level, cache 상태, register 값은 SoC boot protocol의 산물이다. _start 직후에는 stack과 BSS가 준비되지 않았으므로 함수 호출, 지역 변수, 초기값을 가진 전역 객체를 사용하기 전에 assembly가 각 전제를 직접 만들어야 한다.
x0에 FDT나 ROM parameter가 들어오는 보드라면 그 값은 임시 register나 global data가 준비될 때까지 보존해야 한다. register 하나를 scratch로 재사용해도 Linux handoff보다 훨씬 앞에서 부팅 정보가 사라질 수 있다.
exception vector는 크기와 정렬이 ABI의 일부다
AArch64 vector table은 현재 EL과 stack 선택, lower EL의 AArch64/AArch32 진입을 위한 고정 크기 slot을 가진다. label의 존재만 볼 것이 아니라 table 시작 주소 정렬과 각 slot이 허용된 범위를 넘지 않는지 link map에서 확인한다.
VBAR_ELx를 설정하기 전 발생한 synchronous exception은 새 vector로 오지 않을 수 있다. 첫 system register access를 single-step할 때 현재 VBAR, CurrentEL, ESR과 FAR를 함께 기록해야 원래 fault와 잘못된 vector 설정을 구분할 수 있다.
첫 분기 실패는 instruction address와 image format을 함께 본다
ROM이 image를 SRAM에 적재한 주소와 ELF가 link된 _start 주소가 다르면 PC-relative 명령 일부는 동작해도 absolute reference에서 깨질 수 있다. secure monitor가 EL을 바꾸거나 image 앞 header를 건너뛰는지도 boot protocol 문서와 실제 PC로 확인한다.
디버거가 붙지 않는 장치에서는 서로 다른 초기 구간에 GPIO pattern이나 SRAM signature를 남겨 binary search한다. UART 출력이 없다는 사실만으로 _start에 도달하지 않았다고 결론 내리면 안 된다.
OBJECT LIFETIME
객체와 수명
| 대상 | 만들어지는 시점 | 유효 범위 | 확인할 조건 |
|---|---|---|---|
_start | _start | _main 또는 오류 정리 완료까지 | 분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다. |
| 입력 buffer / metadata | Boot ROM | parse와 검증이 끝날 때까지 | 길이, 정렬, 소유권, 변조 가능성 |
| 등록된 list / descriptor | reset vector | 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 |
ARM64 U-Boot text image | 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 | 잘못된 exception level | system register 접근 예외 | _start |
| 02 | vector base 미설정 | 예외 원인 추적 불가 | reset vector |
| 03 | boot parameter 훼손 | FDT 주소 소실 | save boot parameters |
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 | 전처리 결과 | make <board>_defconfig && make V=1 | 선택된 CONFIG와 실제 compile/link 명령을 보관한다. |
| 02 | symbol과 section | ${CROSS_COMPILE}nm -n u-boot | grep '_start' | symbol 주소가 기대한 stage와 image에 들어갔는지 확인한다. |
| 03 | 어셈블리 대조 | ${CROSS_COMPILE}objdump -drS u-boot | C 한 줄이 실제 branch, relocation, memory access로 어떻게 바뀌었는지 본다. |
| 04 | 주소 배치 | bdinfo | relocaddr, malloc, FDT, stack과 DRAM bank 주소를 한 번에 기록한다. |
| 05 | runtime 관찰 | dm tree; dm uclass; printenv | driver model과 환경이 이 단계에서 실제로 공개되었는지 확인한다. |
LAB
직접 확인할 실험
- 01reset 직후 PC와 CurrentEL 기록
_start진입 전후에 vector table의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다. 결과는 정상 부팅 여부로 끝내지 말고 분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다. 조건이 처음 깨지는 줄을 기록한다. - 02objdump -d에서 _start 실제 주소 확인
reset vector진입 전후에 reset branch의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다. 결과는 정상 부팅 여부로 끝내지 말고 분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다. 조건이 처음 깨지는 줄을 기록한다. - 03QEMU -S -s로 첫 분기 single-step
save boot parameters진입 전후에 exception slots의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다. 결과는 정상 부팅 여부로 끝내지 말고 분기 대상과 현재 실행 위치가 relocation 전 주소 체계에서 유효해야 한다. 조건이 처음 깨지는 줄을 기록한다.
PRIMARY REFERENCES