Modern U-Boot bootflow / bootmeth — 새 추상화 레이어 분석

#한 줄 요약

bootflow와 bootmeth는 U-Boot 2023년 즈음부터 distro_bootcmd 환경 스크립트를 대체하기 위해 도입된 C 코드 기반의 부트 추상화입니다. 부트 방법(method)과 시도된 부트 시나리오(flow)를 코드로 다루고, 환경 변수 의존을 줄입니다.

13장에서 본 distro_bootcmd는 수백 줄의 환경 변수 스크립트입니다. 디버깅이 어렵고, 한 변수만 잘못 지워도 부트가 꼬입니다. 보드 메인테이너가 늘 보드별로 손봐야 합니다. U-Boot 커뮤니티는 이 문제를 코드 모듈로 옮기기로 했습니다. 결과가 bootmeth(부트 방법 드라이버)와 bootflow(시도된 부트 시나리오)입니다.

이 글에서는 두 개념의 모델, 사용 명령, 주요 bootmeth 드라이버, 그리고 distro_bootcmd에서 migration 경로를 정리합니다.

#모델 — bootdev × bootmeth = bootflow

세 가지 추상을 구분합니다.

부트는 다음 흐름입니다.

1. bootdev 목록 = U-Boot가 인식한 부트 장치.
2. bootmeth 목록 = 빌드 시 포함된 부트 방법 드라이버.
3. 각 bootdev × bootmeth 조합을 시도 → bootflow 생성.
4. 성공한 bootflow를 boot.

distro_bootcmd가 환경 변수의 텍스트로 표현한 외곽선이라면, bootflow는 C 코드의 데이터 구조입니다.

#bootflow 명령

U-Boot 2023.07부터 표준 명령으로 들어 있습니다.

1
=> bootflow scan -l
2
Scanning for bootflows in all bootdevs
3
Seq  Method       State   Uclass    Part  Name                      Filename
4
---  -----------  ------  --------  ----  ------------------------  ----------------
5
  0  extlinux     ready   mmc          1  mmc@30b40000.bootdev.part_1  /extlinux/extlinux.conf
6
  1  efi          ready   mmc          1  mmc@30b40000.bootdev.part_1  efi/boot/bootaa64.efi
7
  2  extlinux     ready   usb          1  usb_mass_storage.lun0.bootdev.part_1
8
  3  pxe          ready   ethernet  -     ethernet@30be0000.bootdev
9
---  -----------  ------  --------  ----  ------------------------  ----------------
10
(4 bootflows, 4 valid)
11

12
=> bootflow list
13
Showing all bootflows
14
Seq  Method       State   Uclass    Part  Name
15
---  -----------  ------  --------  ----  ------------------------
16
  0  extlinux     ready   mmc          1  mmc@30b40000.bootdev.part_1
17
  1  efi          ready   mmc          1  mmc@30b40000.bootdev.part_1
18
  ...
19

20
=> bootflow select 0
21
=> bootflow info
22
Name:      mmc@30b40000.bootdev.part_1
23
Device:    mmc@30b40000.bootdev
24
Block dev: mmc@30b40000.blk
25
Method:    extlinux
26
State:     ready
27
Partition: 1
28
Subdir:    (none)
29
Filename:  /extlinux/extlinux.conf
30
Buffer:    7df50000
31
Size:      241 (577 bytes)
32

33
=> bootflow boot

scan, list, select, info, boot 다섯 개가 핵심입니다. bootflow boot는 선택된 flow를 실행합니다. bootflow scan -b는 scan + 첫 번째 valid flow boot입니다.

bootcmd=bootflow scan -b만 두면 distro_bootcmd 전체를 대체합니다.

#주요 bootmeth 드라이버

빌드 시 CONFIG_BOOTMETH_*로 포함을 선택합니다.

같은 보드에서 여러 bootmeth가 활성이면 순서대로 시도합니다. 순서는 bootmeths 환경 변수 또는 device tree의 /bootstd 노드로 정합니다.

1
=> bootmeth list
2
Order  Seq  Name                Description
3
-----  ---  ------------------  -----------------------------------
4
    0    0  extlinux            Extlinux boot from a block device
5
    1    1  efi                 EFI boot from an .efi file
6
    2    2  pxe                 PXE boot from a network device
7
    3    3  script              Script boot from a block device
8

9
=> setenv bootmeths "efi extlinux"     # efi 우선

#extlinux bootmeth — 가장 흔한 경로

리눅스 distro의 표준은 extlinux입니다. Debian, Fedora 등이 extlinux.conf를 적재용 파일로 만들어 둡니다.

1
timeout 30
2
default linux
3

4
label linux
5
    menu label Linux 6.6
6
    linux /boot/Image
7
    fdt /boot/myboard.dtb
8
    initrd /boot/initramfs.cpio
9
    append console=ttyS0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw rootwait
10

11
label linux-old
12
    menu label Linux 6.1 (fallback)
13
    linux /boot/Image.old
14
    fdt /boot/myboard.dtb
15
    append console=ttyS0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw rootwait

bootflow boot에 들어가면 extlinux bootmeth가 이 파일을 파싱해, kernel + fdt + initrd + append를 정확히 적재합니다. 환경 변수에 일일이 적을 필요가 없습니다.

부트 이미지를 파일 시스템 안에서 관리하는 점이 핵심입니다. 새 커널을 배포할 때 U-Boot 환경은 그대로 두고, extlinux.conf와 Image만 교체합니다.

#EFI bootmgr — EFI 환경에서

U-Boot의 EFI 구현은 ARM SystemReady IR의 핵심입니다. SystemReady IR 인증 보드는 EFI에서 부팅하는 표준 경로를 가져야 합니다.

1
=> bootflow scan
2
=> bootflow list
3
Seq  Method       State   Uclass    Part  Name
4
---  -----------  ------  --------  ----  ------------------------
5
  0  efi          ready   mmc          1  EFI/boot/bootaa64.efi
6
  1  efi_mgr      ready   (none)    -     <efi_bootmgr>

efi_mgr bootmeth는 EFI BootOrder NVRAM 변수를 따라 부트합니다. GRUB이나 systemd-boot 같은 distro 부트로더가 EFI 변수에 자기 자신을 등록하면, U-Boot가 그것을 honor합니다.

1
=> efidebug boot dump
2
Boot0000:
3
  attributes: A-- (0x00000001)
4
  label: ubuntu
5
  file_path: HD(1,GPT,...)/File(\EFI\ubuntu\grubaa64.efi)
6

7
=> efidebug boot order
8
BootOrder: 0000
9

10
=> bootefi bootmgr

EFI 경로를 통해 PC와 동일한 distro 이미지를 ARM 보드에서 그대로 부팅할 수 있습니다. 이것이 SystemReady IR의 핵심 목적입니다.

#보드 정의에서의 활성화

기존 보드에서 bootflow로 옮기려면 Kconfig 옵션과 환경 변수를 조정합니다.

1
# defconfig
2
CONFIG_BOOTSTD=y                  # 새 모델 활성화
3
CONFIG_BOOTSTD_DEFAULTS=y         # 기본 bootmeth 모음
4
CONFIG_BOOTMETH_EXTLINUX=y
5
CONFIG_BOOTMETH_EFI=y
6
CONFIG_BOOTMETH_PXE=y
7
CONFIG_BOOTMETH_SCRIPT=y
8
CONFIG_DISTRO_DEFAULTS=n          # 기존 distro_bootcmd 끄기
9
CONFIG_CMD_BOOTFLOW=y
10
CONFIG_CMD_BOOTFLOW_FULL=y

환경 변수의 bootcmd를 단순화합니다.

1
# 기존
2
bootcmd=run distro_bootcmd
3

4
# 새 모델
5
bootcmd=bootflow scan -b

distro_bootcmd가 쓰던 boot_targets, mmc_boot, scan_dev_for_boot_part 같은 변수를 모두 삭제해도 됩니다. C 코드의 bootdev가 그 역할을 합니다.

#bootmeth 드라이버 작성

새 부트 형식을 추가하려면 bootmeth 드라이버를 만듭니다.

1
static int mycustom_check(struct udevice *dev, struct bootflow_iter *iter)
2
{
3
    /* 이 bootdev가 이 bootmeth를 시도할 가치가 있는지 판단 */
4
    if (!bootflow_iter_check_blk(iter))
5
        return -ENOTSUPP;
6
    return 0;
7
}
8

9
static int mycustom_read_bootflow(struct udevice *dev, struct bootflow *bflow)
10
{
11
    /* 파티션을 마운트하고, 내가 처리할 파일을 찾고, bflow에 적재 */
12
    int ret = bootmeth_check_fs(bflow);
13
    if (ret) return ret;
14

15
    ret = bootmeth_alloc_file(bflow, "/mycustom/boot.cfg",
16
                              0x10000, &bflow->buf, &bflow->size);
17
    if (ret) return ret;
18

19
    bflow->state = BOOTFLOWST_READY;
20
    return 0;
21
}
22

23
static int mycustom_boot(struct udevice *dev, struct bootflow *bflow)
24
{
25
    /* 적재된 파일을 해석해 부트 실행 */
26
    /* run_command 등으로 처리 */
27
    return 0;
28
}
29

30
static struct bootmeth_ops mycustom_ops = {
31
    .check          = mycustom_check,
32
    .read_bootflow  = mycustom_read_bootflow,
33
    .boot           = mycustom_boot,
34
};
35

36
U_BOOT_DRIVER(bootmeth_mycustom) = {
37
    .name   = "bootmeth_mycustom",
38
    .id     = UCLASS_BOOTMETH,
39
    .ops    = &mycustom_ops,
40
    .priv_auto = sizeof(struct mycustom_priv),
41
};

세 함수가 핵심입니다.

• check — 이 bootdev에서 이 bootmeth가 의미 있는지 빠른 사전 검사.
• read_bootflow — 부트 자원(파일 등)을 적재하고, bootflow 구조에 채워 넣는다.
• boot — 실제 부트 명령 실행.

distro_bootcmd 시절 환경 변수 100줄로 표현하던 로직이 C 함수 세 개로 표현됩니다. 디버거를 붙일 수 있고, 단위 테스트도 가능합니다.

#자주 하는 실수

• CONFIG_BOOTSTD_FULL=y를 끄고 bootflow scan -b만 의존합니다. _FULL이 없으면 GUI(menu)·자세한 정보 표시 같은 부분이 빠집니다. dev 단계에서는 켜 두는 게 편합니다.
• distro_bootcmd 변수가 그대로 남아 충돌합니다. boot_targets이 살아 있으면 옛 로직이 같이 동작합니다. env default -a; saveenv로 깨끗이 시작하세요.
• bootmeth 우선순위를 잊습니다. EFI와 extlinux가 같은 파티션에 모두 있으면 순서대로 시도합니다. bootmeths 변수나 device tree에서 의도한 순서로 정렬하세요.
• EFI bootmgr 변수가 비어 있어 부팅 안 됩니다. distro가 EFI에 자기를 등록하지 않은 상태에서 efi_mgr bootmeth만 활성이면 부트 후보가 0개입니다. efidebug boot add로 수동 등록하거나 efi bootmeth(direct file)을 같이 켜세요.
• bootflow scan이 같은 미디어를 두 번 봅니다. bootmeths 변수에 중복 항목이 있으면 같은 파티션을 여러 번 스캔합니다. 깨끗하게 정리하세요.

#정리

• bootflow/bootmeth는 distro_bootcmd 환경 스크립트를 C 코드로 옮긴 모델입니다.
• bootdev(장치) × bootmeth(방법)의 조합이 bootflow(시도)입니다.
• 명령 다섯 개(scan, list, select, info, boot)로 모든 흐름을 제어합니다.
• 주요 bootmeth는 extlinux, efi, script, pxe입니다.
• bootcmd=bootflow scan -b 한 줄이 distro_bootcmd 전체를 대체합니다.
• 새 부트 형식은 bootmeth 드라이버로 추가합니다. C 함수 세 개를 채우면 됩니다.
• EFI bootmgr 경로가 SystemReady IR의 표준 진입점입니다.

#다음 장 예고

다음 글에서는 FIT image를 봅니다. kernel·DTB·ramdisk를 한 컨테이너로 묶고, hash와 서명으로 검증하는 표준 포맷입니다.

#관련 항목

• Ch 13: 환경 변수와 bootcmd — 옛 distro_bootcmd
• Ch 15: FIT image — bootflow가 다루는 이미지 포맷
• Ch 18: EFI in U-Boot — efi_mgr bootmeth의 자세한 동작
• BSP Ch 6: U-Boot 포팅 — 보드별 bootflow 활성화
• U-Boot Standard Boot 문서