relocation 이후 board_init_r | U-Boot

QUESTION

relocation 이후 board_init_r 단계에서 실제로 바뀌는 상태는 무엇인가?

relocation은 memcpy 하나가 아니다. absolute relocation, gd 교체, BSS, malloc, driver model 재초기화가 어느 주소 기준으로 수행되는지 분리한다.

board_init_r에 들어왔을 때 PC, SP, gd와 relocation table이 모두 새 주소 체계를 가리켜야 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. relocation 이후 board_init_r에서 입력, 내부 상태, 출력의 경계

입력과 전제내부 상태외부로 공개되는 결과

01old image

02relocated image

03runtime heap

04devices and CLI

CONTRACT

이 흐름의 전제와 실패 조건

gd_t after relocation / init_sequence_r[]를 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

relocate_code

fix relocations

new gd

board_init_r

main_loop

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

각 단계의 입력과 처리 후 바뀌는 상태를 정리한 표다. 사용 중인 소스 버전에서 다른 필드를 변경한다면 그에 맞춰 표도 수정한다.

#	단계	진입 시 신뢰할 상태	성공 뒤 남아야 할 상태	다음 소비자
01	`relocate_code`	부트 CPU의 동기 실행 문맥	old image	fix relocations
02	`fix relocations`	relocate_code 완료 상태	relocated image	new gd
03	`new gd`	fix relocations 완료 상태	runtime heap	board_init_r
04	`board_init_r`	new gd 완료 상태	devices and CLI	main_loop
05	`main_loop`	board_init_r 완료 상태	devices and CLI	이 단계의 처리 결과를 사용하는 코드

분석 범위의 전제와 비교해, 다음 단계에 잘못된 입력을 넘긴 부분부터 조사한다.

VISUAL WALKTHROUGH

주소와 객체의 이동을 그림으로 읽기

아래 그림은 주소, 객체를 사용하는 기간, 제어권을 넘기는 시점을 중심으로 정리했다. 실제 주소와 크기는 사용 중인 보드의 bdinfo, 맵 파일과 링커 심벌로 확인한다.

그림 3. 옛 image에서 새 DRAM image로 제어권이 이동하는 과정

copy, pointer fixup, register 전환과 runtime 초기화는 서로 다른 단계다.

01old PC에서 실행

02새 DRAM 주소로 image copy

03relocation entry 적용

04D-cache clean

05I-cache invalidate

06새 SP·gd 선택

07새 PC로 분기

08board_init_r

그림 4. link-time symbol과 runtime 주소의 관계

image 내부 symbol을 새 base로 옮길 때 사용하는 기본 관계다.

01offsetnew_base - link_base

gd->reloc_off의 개념

02symbollink_symbol + offset

새 image 안의 symbol 주소

03pointerold_image_pointer + offset

fixup 대상 pointer

04stackreserved_stack_top

단순 offset이 아니라 예약 결과 사용

05gdreserved_new_gd

내용을 복사한 뒤 register 교체

그림 5. relocation 전후에 같은 이름이 가리키는 객체

이름은 같아도 주소와 수명이 달라진다.

Pre-relocation

01old text/data

02초기 gd

03초기 stack

04early malloc

05원래 FDT

06pre-reloc device

Post-relocation

01new text/data

02new gd

03new stack

04runtime malloc

05relocated FDT

06다시 bind/probe된 device

UPSTREAM SOURCE

원본 코드

아래 코드는 U-Boot v2026.07의 common/board_r.c에서 755-810줄을 그대로 가져온 것이다. 설명을 위해 실제 코드를 가짜 의사 코드로 바꾸지 않았다.

commitece349ade2973e220f524ce59e59711cc919263fanchor · L779void board_init_r(gd_t *new_gd, ulong dest_addr)

755	INITCALL(initr_boot_led_blink);
756	/* PPC has a udelay(20) here dating from 2002. Why? */
757#if CONFIG_IS_ENABLED(BOARD_LATE_INIT)
758	INITCALL(board_late_init);
759#endif
760#if CONFIG_IS_ENABLED(PCI_ENDPOINT)
761	INITCALL(pci_ep_init);
762#endif
763#if CONFIG_IS_ENABLED(NET)
764	WATCHDOG_RESET();
765	INITCALL(initr_net);
766#endif
767#if CONFIG_IS_ENABLED(POST)
768	INITCALL(initr_post);
769#endif
770	WATCHDOG_RESET();
771	INITCALL_EVT(EVT_LAST_STAGE_INIT);
772#if defined(CFG_PRAM)
773	INITCALL(initr_mem);
774#endif
775	INITCALL(initr_boot_led_on);
776	INITCALL(run_main_loop);
777}
778
779void board_init_r(gd_t *new_gd, ulong dest_addr)
780{
781	/*
782	 * The pre-relocation drivers may be using memory that has now gone
783	 * away. Mark serial as unavailable - this will fall back to the debug
784	 * UART if available.
785	 *
786	 * Do the same with log drivers since the memory may not be available.
787	 */
788	gd->flags &= ~(GD_FLG_SERIAL_READY | GD_FLG_LOG_READY);
789
790	/*
791	 * Set up the new global data pointer. So far only x86 does this
792	 * here.
793	 * TODO(sjg@chromium.org): Consider doing this for all archs, or
794	 * dropping the new_gd parameter.
795	 */
796	if (CONFIG_IS_ENABLED(X86_64) && !IS_ENABLED(CONFIG_EFI_APP))
797		arch_setup_gd(new_gd);
798
799#if defined(CONFIG_RISCV)
800	set_gd(new_gd);
801#elif !defined(CONFIG_X86) && !defined(CONFIG_ARM) && !defined(CONFIG_ARM64)
802	gd = new_gd;
803#endif
804	gd->flags &= ~GD_FLG_LOG_READY;
805
806	initcall_run_r();
807
808	/* NOTREACHED - run_main_loop() does not return */
809	hang();
810}

READING CONTRACT

발췌 범위와 읽기 기준

원문 755-810줄에는 앞뒤 문맥이 포함됩니다. 기준 구문 void board_init_r(gd_t *new_gd, ulong dest_addr)은 L779에 있습니다. 발췌 첫 줄을 함수 정의의 시작으로 해석하지 않습니다.

relocation은 memcpy 하나가 아니다. absolute relocation, gd 교체, BSS, malloc, driver model 재초기화가 어느 주소 기준으로 수행되는지 분리한다.

DETAILS

내부 동작을 더 깊게 읽기

진입 조건을 먼저 고정한다

relocate_code에서 들어온 실행은 부트 CPU의 동기 실행 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.

relocation은 memcpy 하나가 아니다. absolute relocation, gd 교체, BSS, malloc, driver model 재초기화가 어느 주소 기준으로 수행되는지 분리한다.

중심 객체의 생성과 공개를 나눈다

이 글의 중심 객체는 gd_t after relocation / init_sequence_r[]다. 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 코드에서는 주소 계산 오류를 주의해야 한다. 원본과 목적지의 주소 범위, 헤더에 기록된 데이터 크기, 블록·페이지 단위를 표로 정리하고 각 구간의 끝 주소를 계산한다. 끝 주소가 start + size - 1처럼 마지막 바이트를 가리키는지, 구간 바로 다음 주소를 가리키는지는 API 규약에서 확인한다.

성공 flag와 실제 완료 시점을 맞춘다

fix relocations → new gd → board_init_r 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, 인터럽트 처리기, USB 완료 콜백, 셸 명령에서도 이 상태를 읽는다면 메모리 접근 순서와 잠금 범위를 함께 확인한다.

제어권을 넘기기 전에 확인할 조건을 정리한다

정상 경로는 main_loop에서 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.

호출한 함수로 돌아오는 경로라면 오류와 일부 처리만 완료된 상태를 구분하는지 확인한다. 이어서 다음 후보를 시도할지, 복구 절차를 실행할지 살펴본다.

IMPLEMENTATION NOTES

구현을 읽을 때 놓치기 쉬운 부분

코드 복사와 relocation fixup은 별개의 작업이다

image byte를 새 DRAM 주소로 복사해도 absolute pointer와 relocation entry가 옛 link 주소를 가리킬 수 있다. architecture별 relocation loop가 어떤 relocation type을 지원하고 gd->reloc_off를 어디에 더하는지 ELF relocation table과 대조한다.

instruction cache와 data cache가 켜져 있다면 copy 완료, cache clean, instruction invalidate, 새 PC 분기의 순서도 실행 계약이다. debugger가 memory를 읽어 새 코드가 보인다는 사실만으로 CPU가 그 명령을 fetch한다고 단정할 수 없다.

board_init_r은 새 주소 세계의 첫 C 경계다

board_init_r(new_gd, dest_addr)에 들어오면 SP, PC와 gd가 모두 DRAM 쪽을 가리켜야 한다. init_sequence_r는 runtime malloc, driver model 재초기화, storage와 console, environment를 열기 때문에 pre-relocation 객체를 그대로 재사용하는 코드가 가장 쉽게 드러난다.

pre-relocation device는 flag에 따라 다시 bind/probe되며 cyclic callback도 새 객체에서 재등록된다. old gd와 old device pointer가 list에 남지 않았는지 주소 범위로 검사한다.

relocation 전후 로그는 같은 symbol의 주소가 다르다

함수 이름만 기록하면 두 실행 단계를 구분하기 어렵다. 현재 PC, gd, SP와 reloc_off를 함께 출력하고 map의 link-time symbol에 offset을 더한 값이 runtime PC와 일치하는지 확인한다.

BSS clear 시점이 architecture와 configuration에 따라 다를 수 있으므로 무조건 relocation 직후 0이라고 가정하지 않는다. 초기화 flag가 사라지는 문제는 BSS clear와 object copy 순서를 먼저 본다.

OBJECT LIFETIME

객체와 수명

대상	만들어지는 시점	유효 범위	확인할 조건
`gd_t after relocation / init_sequence_r[]`	fix relocations	main_loop 또는 오류 정리 완료까지	진입 전제와 상태 계약
입력 buffer / metadata	relocate_code	parse와 검증이 끝날 때까지	길이, 정렬, 소유권, 변조 가능성
등록된 list / descriptor	new gd	하위 시스템을 종료하거나 다음 이미지에 제어권을 넘길 때까지	중복 등록, 해제된 객체를 가리키는 포인터, 오류 후 자원 정리
hardware 또는 persistent state	실제 write/probe가 완료된 뒤	reset 또는 명시적 해제·갱신까지	쓰기 완료, 시간 초과, 전원 차단, 이전 상태 복원
`최종 부트로더 이미지`	link/image 생성 시점	다음 stage가 새 image로 교체할 때까지	적재 주소, 진입점, 섹션, 헤더의 일치 여부

FAILURE PATH

실패 지점과 증상

#	조건	관찰되는 증상	먼저 볼 단계
01	relocation fixup 누락	함수 포인터 오분기	fix relocations
02	old gd 참조	임의 상태 읽기	new gd
03	cache 정리 누락	옛 instruction 실행	board_init_r

로그가 끊긴 함수뿐 아니라 그 함수에 주소, 크기, 플래그를 전달한 앞 단계도 조사한다. 오류 처리 후 등록된 객체나 하드웨어 설정이 그대로 남아 있는지도 확인한다.

EVIDENCE

소스 밖에서 확인할 증거

소스에서 파악한 동작을 실제 빌드 결과와 대상 보드의 로그로 확인한다. 아래 명령의 보드 이름과 툴체인 접두사는 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	`${CROSS_COMPILE}nm -n u-boot \| grep 'void board_init_r'`	symbol 주소가 기대한 stage와 image에 들어갔는지 확인한다.
03	어셈블리 대조	`${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

01
reloc_off와 심볼 실주소 비교
fix relocations 진입 전후에 old image의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다.
02
relocation table entry 하나를 objdump로 추적
new gd 진입 전후에 relocated image의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다.
03
I-cache invalidate 전후 fault 차이 확인
board_init_r 진입 전후에 runtime heap의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다.

PRIMARY REFERENCES

원문과 다음 글

common/board_r.cv2026.07 원본 파일 U-Boot source tree기준 commit ece349ade297