crt0_64.S의 임시 stack과 global data | U-Boot

QUESTION

crt0_64.S의 임시 stack과 global data 단계에서 실제로 바뀌는 상태는 무엇인가?

x18의 global data 포인터와 SP의 배치를 함께 봐야 한다. 둘 중 하나가 잘못되면 첫 C 함수의 지역 변수나 gd 필드 접근부터 망가진다.

임시 stack과 gd 영역은 서로 겹치지 않고 요구 정렬을 만족해야 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. crt0_64.S의 임시 stack과 global data에서 입력, 내부 상태, 출력의 경계

입력과 전제내부 상태외부로 공개되는 결과

01SRAM top

02stack frame

03global data

04C ABI boundary

INVARIANT

임시 stack과 gd 영역은 서로 겹치지 않고 요구 정렬을 만족해야 한다.

gd_t / initial stack를 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

_start

_main

initial SP

gd allocation

board_init_f

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	`_start`	초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥	SRAM top	_main
02	`_main`	_start 완료 상태	stack frame	initial SP
03	`initial SP`	_main 완료 상태	global data	gd allocation
04	`gd allocation`	initial SP 완료 상태	C ABI boundary	board_init_f
05	`board_init_f`	gd allocation 완료 상태	C ABI boundary	최종 최종 부트로더 이미지 또는 다음 stage

공통 불변 조건: 임시 stack과 gd 영역은 서로 겹치지 않고 요구 정렬을 만족해야 한다. 한 단계의 출력이 다음 단계의 입력 조건을 만족하지 않으면 오류가 실제로 드러난 위치보다 앞의 생산 단계부터 조사한다.

VISUAL WALKTHROUGH

주소와 객체의 이동을 그림으로 읽기

아래 그림은 호출 이름보다 주소, 객체 수명과 handoff 경계를 먼저 볼 수 있도록 구성했다. 실제 주소와 크기는 사용 중인 보드의 bdinfo, map과 linker symbol을 대입한다.

그림 3. 초기 SRAM과 relocation 이후 DRAM의 SP·gd 배치

왼쪽은 _main 진입 직후, 오른쪽은 relocation 준비가 끝난 뒤의 개념 배치다. 주소는 위로 갈수록 커진다.

초기 SRAM

01SRAM top

02초기 stack

03struct board_f

04초기 gd_t (x18)

05early malloc

06U-Boot text/data

DRAM 예약 결과

01DRAM top

02relocated U-Boot

03runtime malloc

04new bd_info

05new gd_t

06relocated FDT

07new stack

그림 4. SP와 x18이 새 주소로 넘어가는 순서

두 register는 함께 보이지만 담당 객체와 전환 시점이 다르다.

01초기 SP 설정

02gd_t 공간 확보

03x18 = 초기 gd

04board_init_f

05DRAM에 new gd·stack 예약

06gd 복사

07SP·x18 전환

08board_init_r

각 단계에서 (PC, SP, x18) 세 값을 동시에 기록하면 stack 문제와 global data 문제를 분리할 수 있다.

UPSTREAM SOURCE

원본 코드

아래 코드는 U-Boot v2026.07의 arch/arm/lib/crt0_64.S에서 43-131줄을 그대로 가져온 것이다. 설명을 위해 실제 코드를 가짜 의사 코드로 바꾸지 않았다.

commitece349ade2973e220f524ce59e59711cc919263fsymbolENTRY(_main)

43 *
44 * 4a.For U-Boot proper (not SPL), call relocate_code(). This function
45 *    relocates U-Boot from its current location into the relocation
46 *    destination computed by board_init_f().
47 *
48 * 4b.For SPL, board_init_f() just returns (to crt0). There is no
49 *    code relocation in SPL.
50 *
51 * 5. Set up final environment for calling board_init_r(). This
52 *    environment has BSS (initialized to 0), initialized non-const
53 *    data (initialized to their intended value), and stack in system
54 *    RAM (for SPL moving the stack and GD into RAM is optional - see
55 *    CONFIG_SPL_STACK_R). GD has retained values set by board_init_f().
56 *
57 * TODO: For SPL, implement stack relocation on AArch64.
58 *
59 * 6. For U-Boot proper (not SPL), some CPUs have some work left to do
60 *    at this point regarding memory, so call c_runtime_cpu_setup.
61 *
62 * 7. Branch to board_init_r().
63 *
64 * For more information see 'Board Initialisation Flow in README.
65 */
66
67ENTRY(_main)
68
69/*
70 * Set up initial C runtime environment and call board_init_f(0).
71 */
72#if CONFIG_IS_ENABLED(HAVE_INIT_STACK)
73	ldr	x0, =CONFIG_VAL(STACK)
74#elif defined(CONFIG_INIT_SP_RELATIVE)
75#if CONFIG_POSITION_INDEPENDENT
76	adrp	x0, __bss_start     /* x0 <- Runtime &__bss_start */
77	add	x0, x0, #:lo12:__bss_start
78#else
79	adr	x0, __bss_start
80#endif
81	add	x0, x0, #CONFIG_SYS_INIT_SP_BSS_OFFSET
82#else
83	ldr	x0, =(SYS_INIT_SP_ADDR)
84#endif
85	bic	sp, x0, #0xf	/* 16-byte alignment for ABI compliance */
86	mov	x0, sp
87	bl	board_init_f_alloc_reserve
88	mov	sp, x0
89	/* set up gd here, outside any C code */
90	mov	x18, x0
91	bl	board_init_f_init_reserve
92
93#if defined(CONFIG_DEBUG_UART) && CONFIG_IS_ENABLED(SERIAL)
94	bl	debug_uart_init
95#endif
96
97	mov	x0, #0
98	bl	board_init_f
99
100#if !defined(CONFIG_XPL_BUILD)
101/*
102 * Set up intermediate environment (new sp and gd) and call
103 * relocate_code(addr_moni). Trick here is that we'll return
104 * 'here' but relocated.
105 */
106	ldr	x0, [x18, #GD_START_ADDR_SP]	/* x0 <- gd->start_addr_sp */
107	bic	sp, x0, #0xf	/* 16-byte alignment for ABI compliance */
108	ldr	x18, [x18, #GD_NEW_GD]		/* x18 <- gd->new_gd */
109
110	/* Skip relocation in case gd->gd_flags & GD_FLG_SKIP_RELOC */
111	ldr	x0, [x18, #GD_FLAGS]		/* x0 <- gd->flags */
112	tbnz	x0, 11, relocation_return	/* GD_FLG_SKIP_RELOC is bit 11 */
113
114	adr	lr, relocation_return
115#if CONFIG_POSITION_INDEPENDENT
116	/* Add in link-vs-runtime offset */
117	adrp	x0, _start		/* x0 <- Runtime value of _start */
118	add	x0, x0, #:lo12:_start
119	ldr	x9, _TEXT_BASE		/* x9 <- Linked value of _start */
120	sub	x9, x9, x0		/* x9 <- Run-vs-link offset */
121	add	lr, lr, x9
122#if defined(CONFIG_ENV_RELOC_GD_ENV_ADDR)
123	ldr	x0, [x18, #GD_ENV_ADDR]	/* x0 <- gd->env_addr */
124	add	x0, x0, x9
125	str	x0, [x18, #GD_ENV_ADDR]
126#endif
127#endif
128	/* Add in link-vs-relocation offset */
129	ldr	x9, [x18, #GD_RELOC_OFF]	/* x9 <- gd->reloc_off */
130	add	lr, lr, x9	/* new return address after relocation */
131	ldr	x0, [x18, #GD_RELOCADDR]	/* x0 <- gd->relocaddr */

LINE BY LINE

43-131줄 해설

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

43*

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

44* 4a.For U-Boot proper (not SPL), call relocate_code(). This function

원본 주석이 '4a.For U-Boot proper (not SPL), call relocate_code(). This function'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

45* relocates U-Boot from its current location into the relocation

원본 주석이 'relocates U-Boot from its current location into the relocation'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

46* destination computed by board_init_f().

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

47*

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

48* 4b.For SPL, board_init_f() just returns (to crt0). There is no

원본 주석이 '4b.For SPL, board_init_f() just returns (to crt0). There is no'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

49* code relocation in SPL.

원본 주석이 'code relocation in SPL.'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

50*

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

51* 5. Set up final environment for calling board_init_r(). This

원본 주석이 '5. Set up final environment for calling board_init_r(). This'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

52* environment has BSS (initialized to 0), initialized non-const

원본 주석이 'environment has BSS (initialized to 0), initialized non-const'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

53* data (initialized to their intended value), and stack in system

원본 주석이 'data (initialized to their intended value), and stack in system'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

54* RAM (for SPL moving the stack and GD into RAM is optional - see

원본 주석이 'RAM (for SPL moving the stack and GD into RAM is optional - see'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

55* CONFIG_SPL_STACK_R). GD has retained values set by board_init_f().

원본 주석이 'CONFIG_SPL_STACK_R). GD has retained values set by board_init_f().'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

56*

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

57* TODO: For SPL, implement stack relocation on AArch64.

원본 주석이 'TODO: For SPL, implement stack relocation on AArch64.'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

58*

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

59* 6. For U-Boot proper (not SPL), some CPUs have some work left to do

원본 주석이 '6. For U-Boot proper (not SPL), some CPUs have some work left to do'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

60* at this point regarding memory, so call c_runtime_cpu_setup.

원본 주석이 'at this point regarding memory, so call c_runtime_cpu_setup.'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

61*

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

62* 7. Branch to board_init_r().

원본 주석이 '7. Branch to board_init_r().'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

63*

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

64* For more information see 'Board Initialisation Flow in README.

원본 주석이 'For more information see 'Board Initialisation Flow in README.'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

65*/

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

66(빈 줄)

*/까지의 동작과 ENTRY(_main)에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 C ABI boundary 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

67ENTRY(_main)

'ENTRY(_main)' 매크로가 진입 symbol 또는 정적 descriptor를 linker section에 놓는다. 단순 함수 호출이 아니므로 map 파일에서 실제 section과 주소를 찾는다.

68(빈 줄)

ENTRY(_main)까지의 동작과 /*에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 C ABI boundary 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

69/*

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

70* Set up initial C runtime environment and call board_init_f(0).

원본 주석이 'Set up initial C runtime environment and call board_init_f(0).'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

71*/

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

72#if CONFIG_IS_ENABLED(HAVE_INIT_STACK)

#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.

73ldr x0, =CONFIG_VAL(STACK)

CONFIG_VAL(STACK)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 gd_t / initial stack의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 C ABI boundary 항목과 대조한다.

74#elif defined(CONFIG_INIT_SP_RELATIVE)

#elif 전처리 지시문으로 이 줄 아래의 code가 binary에 존재할지를 결정한다. 관련 설정은 CONFIG_INIT_SP_RELATIVE이다. 현재 .config와 compiler의 -dD -E 출력에서 실제로 남은 branch를 확인한 뒤 line-by-line 흐름에 포함한다.

75#if CONFIG_POSITION_INDEPENDENT

#if 전처리 지시문으로 이 줄 아래의 code가 binary에 존재할지를 결정한다. 관련 설정은 CONFIG_POSITION_INDEPENDENT이다. 현재 .config와 compiler의 -dD -E 출력에서 실제로 남은 branch를 확인한 뒤 line-by-line 흐름에 포함한다.

76adrp x0, __bss_start /* x0 <- Runtime &__bss_start */

adrp x0, __bss_start /* x0 <- Runtime &__bss_start */ 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

77add x0, x0, #:lo12:__bss_start

add x0, x0, #:lo12:__bss_start 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

78#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.

79adr x0, __bss_start

adr x0, __bss_start 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

80#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.

81add x0, x0, #CONFIG_SYS_INIT_SP_BSS_OFFSET

add x0, x0, #CONFIG_SYS_INIT_SP_BSS_OFFSET 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

82#else

83ldr x0, =(SYS_INIT_SP_ADDR)

ldr x0, =(SYS_INIT_SP_ADDR) 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

84#endif

85bic sp, x0, #0xf /* 16-byte alignment for ABI compliance */

원본 85번 줄의 bic sp, x0, #0xf /* 16-byte alignment for ABI compliance */는 앞의 #endif 결과를 받아 다음 mov x0, sp로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 '임시 stack과 gd 영역은 서로 겹치지 않고 요구 정렬을 만족해야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.

86mov x0, sp

mov x0, sp 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

87bl board_init_f_alloc_reserve

bl board_init_f_alloc_reserve 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

88mov sp, x0

mov sp, x0 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

89/* set up gd here, outside any C code */

원본 주석이 'set up gd here, outside any C code'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

90mov x18, x0

mov x18, x0 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

91bl board_init_f_init_reserve

bl board_init_f_init_reserve 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

92(빈 줄)

bl board_init_f_init_reserve까지의 동작과 #if defined(CONFIG_DEBUG_UART) && CONFIG_IS_ENABLED(SERIAL)에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 C ABI boundary 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

93#if defined(CONFIG_DEBUG_UART) && CONFIG_IS_ENABLED(SERIAL)

#if 전처리 지시문으로 이 줄 아래의 code가 binary에 존재할지를 결정한다. 관련 설정은 CONFIG_DEBUG_UART, CONFIG_IS_ENABLED이다. 현재 .config와 compiler의 -dD -E 출력에서 실제로 남은 branch를 확인한 뒤 line-by-line 흐름에 포함한다.

94bl debug_uart_init

bl debug_uart_init 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

95#endif

96(빈 줄)

#endif까지의 동작과 mov x0, #0에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 C ABI boundary 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

97mov x0, #0

mov x0, #0 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

98bl board_init_f

bl board_init_f 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

99(빈 줄)

bl board_init_f까지의 동작과 #if !defined(CONFIG_XPL_BUILD)에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 C ABI boundary 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

100#if !defined(CONFIG_XPL_BUILD)

#if 전처리 지시문으로 이 줄 아래의 code가 binary에 존재할지를 결정한다. 관련 설정은 CONFIG_XPL_BUILD이다. 현재 .config와 compiler의 -dD -E 출력에서 실제로 남은 branch를 확인한 뒤 line-by-line 흐름에 포함한다.

101/*

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

102* Set up intermediate environment (new sp and gd) and call

원본 주석이 'Set up intermediate environment (new sp and gd) and call'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

103* relocate_code(addr_moni). Trick here is that we'll return

원본 주석이 'relocate_code(addr_moni). Trick here is that we'll return'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

104* 'here' but relocated.

원본 주석이 ''here' but relocated.'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

105*/

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

106ldr x0, [x18, #GD_START_ADDR_SP] /* x0 <- gd->start_addr_sp */

ldr x0, [x18, #GD_START_ADDR_SP] /* x0 <- gd->start_addr_sp */ 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

107bic sp, x0, #0xf /* 16-byte alignment for ABI compliance */

원본 107번 줄의 bic sp, x0, #0xf /* 16-byte alignment for ABI compliance */는 앞의 ldr x0, [x18, #GD_START_ADDR_SP] /* x0 <- gd->start_addr_sp */ 결과를 받아 다음 ldr x18, [x18, #GD_NEW_GD] /* x18 <- gd->new_gd */로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 '임시 stack과 gd 영역은 서로 겹치지 않고 요구 정렬을 만족해야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.

108ldr x18, [x18, #GD_NEW_GD] /* x18 <- gd->new_gd */

ldr x18, [x18, #GD_NEW_GD] /* x18 <- gd->new_gd */ 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

109(빈 줄)

ldr x18, [x18, #GD_NEW_GD] /* x18 <- gd->new_gd */까지의 동작과 /* Skip relocation in case gd->gd_flags & GD_FLG_SKIP_RELOC */에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 C ABI boundary 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

110/* Skip relocation in case gd->gd_flags & GD_FLG_SKIP_RELOC */

원본 주석이 'Skip relocation in case gd->gd_flags & GD_FLG_SKIP_RELOC'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

111ldr x0, [x18, #GD_FLAGS] /* x0 <- gd->flags */

ldr x0, [x18, #GD_FLAGS] /* x0 <- gd->flags */ 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

112tbnz x0, 11, relocation_return /* GD_FLG_SKIP_RELOC is bit 11 */

원본 112번 줄의 tbnz x0, 11, relocation_return /* GD_FLG_SKIP_RELOC is bit 11 */는 앞의 ldr x0, [x18, #GD_FLAGS] /* x0 <- gd->flags */ 결과를 받아 다음 다음 block 경계로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 '임시 stack과 gd 영역은 서로 겹치지 않고 요구 정렬을 만족해야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.

113(빈 줄)

tbnz x0, 11, relocation_return /* GD_FLG_SKIP_RELOC is bit 11 */까지의 동작과 adr lr, relocation_return에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 C ABI boundary 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

114adr lr, relocation_return

adr lr, relocation_return 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

115#if CONFIG_POSITION_INDEPENDENT

116/* Add in link-vs-runtime offset */

원본 주석이 'Add in link-vs-runtime offset'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

117adrp x0, _start /* x0 <- Runtime value of _start */

adrp x0, _start /* x0 <- Runtime value of _start */ 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

118add x0, x0, #:lo12:_start

add x0, x0, #:lo12:_start 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

119ldr x9, _TEXT_BASE /* x9 <- Linked value of _start */

ldr x9, _TEXT_BASE /* x9 <- Linked value of _start */ 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

120sub x9, x9, x0 /* x9 <- Run-vs-link offset */

sub x9, x9, x0 /* x9 <- Run-vs-link offset */ 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

121add lr, lr, x9

add lr, lr, x9 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

122#if defined(CONFIG_ENV_RELOC_GD_ENV_ADDR)

#if 전처리 지시문으로 이 줄 아래의 code가 binary에 존재할지를 결정한다. 관련 설정은 CONFIG_ENV_RELOC_GD_ENV_ADDR이다. 현재 .config와 compiler의 -dD -E 출력에서 실제로 남은 branch를 확인한 뒤 line-by-line 흐름에 포함한다.

123ldr x0, [x18, #GD_ENV_ADDR] /* x0 <- gd->env_addr */

ldr x0, [x18, #GD_ENV_ADDR] /* x0 <- gd->env_addr */ 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

124add x0, x0, x9

add x0, x0, x9 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

125str x0, [x18, #GD_ENV_ADDR]

str x0, [x18, #GD_ENV_ADDR] 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

126#endif

127#endif

128/* Add in link-vs-relocation offset */

원본 주석이 'Add in link-vs-relocation offset'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

129ldr x9, [x18, #GD_RELOC_OFF] /* x9 <- gd->reloc_off */

ldr x9, [x18, #GD_RELOC_OFF] /* x9 <- gd->reloc_off */ 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

130add lr, lr, x9 /* new return address after relocation */

add lr, lr, x9 /* new return address after relocation */ 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

131ldr x0, [x18, #GD_RELOCADDR] /* x0 <- gd->relocaddr */

ldr x0, [x18, #GD_RELOCADDR] /* x0 <- gd->relocaddr */ 명령이 register, memory 또는 PC를 직접 바꾼다. 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 문맥에서 source operand의 이전 값과 destination operand의 새 값을 debugger로 확인한다.

DETAILS

내부 동작을 더 깊게 읽기

진입 조건을 먼저 고정한다

_start에서 들어온 실행은 초기 SRAM에서 실행하는 어셈블리 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.

x18의 global data 포인터와 SP의 배치를 함께 봐야 한다. 둘 중 하나가 잘못되면 첫 C 함수의 지역 변수나 gd 필드 접근부터 망가진다.

중심 객체의 생성과 공개를 나눈다

이 글의 중심 객체는 gd_t / initial stack다. 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.

임시 stack과 gd 영역은 서로 겹치지 않고 요구 정렬을 만족해야 한다.

성공 flag와 실제 완료 시점을 맞춘다

_main → initial SP → gd allocation 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 board_init_f에서 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

SP와 x18은 서로 독립된 두 경계다

AArch64 U-Boot는 x18을 global data pointer로 예약한다. _main은 초기 SRAM 상단에서 stack을 내리고 정렬한 뒤 gd_t 공간을 확보해 x18에 넣으므로 SP가 맞더라도 x18이 틀리면 첫 gd-> 접근에서 잘못된 주소를 읽는다.

compiler가 x18을 일반 register로 사용하지 않도록 toolchain option과 U-Boot ABI가 일치해야 한다. hand-written assembly가 C로 진입하기 전 callee-saved register와 stack alignment도 AAPCS64 조건을 만족해야 한다.

초기 gd는 runtime gd와 수명이 다르다

초기 gd_t는 작은 SRAM stack 근처에 놓이고 DRAM relocation을 준비하는 장부로 쓰인다. DRAM 상단에 새 gd 공간을 예약한 뒤 내용을 복사하고 register를 바꾸므로 pre-relocation gd의 pointer를 static 객체나 device private data에 저장하면 relocation 후 dangling reference가 된다.

gd 안의 모든 pointer가 자동으로 relocation되는 것도 아니다. 필드별로 원래 image 내부 주소인지, heap allocation인지, FDT나 bloblist처럼 명시적으로 옮겨지는 객체인지 구분해야 한다.

stack 여유는 map이 아니라 최악 호출 깊이로 검증한다

초기 stack은 full driver model과 runtime malloc이 없는 상태에서 printf, FDT scan, DRAM init 같은 코드가 사용할 수 있다. 단순히 sizeof(gd_t)와 정적 frame만 더하지 말고 exception frame, nested call, early malloc 영역과의 충돌까지 고려한다.

stack watermark pattern을 채운 뒤 board_init_f() 직전과 반환 직전에 최저 사용 주소를 측정하면 보드 설정 변경에 따른 여유를 수치로 남길 수 있다. debug build의 큰 stack frame도 별도로 측정한다.

OBJECT LIFETIME

객체와 수명

대상	만들어지는 시점	유효 범위	확인할 조건
`gd_t / initial stack`	_main	board_init_f 또는 오류 정리 완료까지	임시 stack과 gd 영역은 서로 겹치지 않고 요구 정렬을 만족해야 한다.
입력 buffer / metadata	_start	parse와 검증이 끝날 때까지	길이, 정렬, 소유권, 변조 가능성
등록된 list / descriptor	initial SP	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	SRAM 크기 오판	stack overwrite	_main
02	x18 초기화 누락	gd 접근 fault	initial SP
03	BSS 사용 시점 오류	초기값 오염	gd allocation

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	`${CROSS_COMPILE}nm -n u-boot \| grep 'ENTRY'`	symbol 주소가 기대한 stage와 image에 들어갔는지 확인한다.
03	어셈블리 대조	`${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
_main 진입 전후 SP/x18 덤프
_main 진입 전후에 SRAM top의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다. 결과는 정상 부팅 여부로 끝내지 말고 임시 stack과 gd 영역은 서로 겹치지 않고 요구 정렬을 만족해야 한다. 조건이 처음 깨지는 줄을 기록한다.
02
map 파일에서 초기 stack 심볼 확인
initial SP 진입 전후에 stack frame의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다. 결과는 정상 부팅 여부로 끝내지 말고 임시 stack과 gd 영역은 서로 겹치지 않고 요구 정렬을 만족해야 한다. 조건이 처음 깨지는 줄을 기록한다.
03
gd 크기 변경 후 정렬과 여유 공간 재검사
gd allocation 진입 전후에 global data의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다. 결과는 정상 부팅 여부로 끝내지 말고 임시 stack과 gd 영역은 서로 겹치지 않고 요구 정렬을 만족해야 한다. 조건이 처음 깨지는 줄을 기록한다.

PRIMARY REFERENCES

원문과 다음 글

arch/arm/lib/crt0_64.Sv2026.07 원본 파일 U-Boot source tree기준 commit ece349ade297