첫 부팅 추적 — 0%부터 login prompt까지의 단계 분석

#한 줄 요약

부팅은 “한 번에 성공”이 아니라 7~10개의 짧은 단계가 차례로 성공하는 과정입니다. 각 단계가 시리얼에 어떤 신호를 남기는지 미리 알아두면, 어디서 멈췄는지 5초 안에 판별할 수 있습니다.

새 보드의 전원 스위치를 처음 누를 때, BSP 엔지니어는 시리얼 콘솔의 빈 화면을 30초 정도 응시하게 됩니다. 그동안 어떤 문자가 언제 떠야 하는지의 기대치가 있어야 디버깅이 가능합니다. 이번 글은 i.MX8M Mini 보드를 기준으로 BootROM부터 systemd login까지의 단계를 시간 순서대로, 각 단계가 남기는 흔적과 함께 정리합니다.

#부팅 단계 — 큰 그림

타이밍은 보드와 스토리지 속도에 따라 ±50% 변동이 흔합니다. 핵심은 순서와 어떤 signal이 나오느냐입니다.

#단계 1 — BootROM

전원이 들어오면 SoC 내부의 mask ROM이 실행됩니다. BootROM의 동작은 SoC TRM에 적혀 있으며 수정 불가능합니다.

• 보안 fuse(eFuse) 확인. 보안 부팅 활성화 여부, secure key, lifecycle state 확인.
• 부팅 모드 핀 읽기. SD, eMMC, USB, QSPI 중 어디서 부팅할지 결정.
• 1차 부트로더(SPL 또는 FIT 헤더) 로드.

i.MX 계열은 BootROM이 시리얼에 출력을 거의 안 남깁니다. 출력이 있다면 보통 다음 같은 짧은 stamp입니다.

1
fsbl_log v0.1
2
mode: sd

대부분의 SoC는 BootROM 단계에서는 시리얼이 조용합니다. 따라서 시리얼이 영영 빈 채로 멈춰 있다면 BootROM 단계 또는 클럭/전원 단계의 문제일 가능성이 높습니다.

#BootROM이 의심될 때

• 전원 시퀀스: PMIC가 정확한 순서로 전압을 올렸는지 오실로스코프 확인.
• 부팅 모드 핀: BOOT_MODE[2
  ] 핀이 의도한 strap 값인지 측정.
• 32 kHz 또는 24 MHz 크리스털: SoC reset 직후 안정적으로 oscillation하는지 확인.
• eFuse: factory에서 무심코 burn한 보안 옵션이 부팅을 막을 수 있습니다.

#단계 2 — SPL (Secondary Program Loader)

BootROM이 SPL을 SRAM에 올리고 점프합니다. SPL은 작은 U-Boot입니다(보통 ≤ 256 KB). SRAM은 64~256 KB 정도라서 모든 코드가 들어가지 못해 SPL과 U-Boot proper로 분리합니다.

SPL의 책임:

1. UART 콘솔 활성화. 첫 디버그 출력이 가능한 시점.
2. DRAM 초기화. DDR 컨트롤러를 셋업, 메모리 trim/calibration.
3. ATF BL31 + U-Boot proper를 DRAM에 로드.
4. ATF BL31로 점프.

성공하면 시리얼에 다음과 유사한 첫 라인이 보입니다.

1
U-Boot SPL 2023.04 (Sep 12 2025 - 14:23:01 +0000)
2
DDR4 dram init done
3
Trying to boot from MMC1
4
Loading Environment from MMC... OK
5
Booting BL31...

이 시점이 “보드가 살아 있다”의 첫 증거입니다. 여기까지 못 오면 콘솔 UART pinmux, baud rate, DRAM 초기화 중 하나가 의심됩니다.

#단계 3 — ATF BL31

Arm Trusted Firmware의 EL3 runtime입니다. 한 번 동작이 시작되면 PSCI, SMC handler, secure monitor로서 시스템 전체 기간 동안 살아 있습니다.

1
NOTICE:  BL31: v2.8(release):imx_5.15.71_2.2.0
2
NOTICE:  BL31: Built : 14:23:15, Sep 12 2025

ATF는 보통 한두 줄만 남기고 U-Boot proper로 ERET합니다. 실패 시 panic 메시지를 떨굽니다.

1
PANIC at PC : 0x0000000000924118

#단계 4 — U-Boot proper

DRAM에서 실행되는 본격적인 U-Boot입니다. 환경설정, 부팅 스크립트, 네트워크, USB 등 전체 기능이 활성화됩니다.

1
U-Boot 2023.04 (Sep 12 2025 - 14:23:01 +0000)
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3
CPU:   Freescale i.MX8MMQ rev1.0 1800 MHz (running at 1200 MHz)
4
CPU:   Industrial temperature grade (-40C to 105C) at 42C
5
Reset cause: POR
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DRAM:  2 GiB
7
Core:  167 devices, 17 uclasses, devicetree: separate
8
WDT:   Started watchdog@30280000 with servicing (60s timeout)
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MMC:   FSL_SDHC: 0, FSL_SDHC: 1
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Loading Environment from MMC... OK
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In:    serial@30890000
12
Out:   serial@30890000
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Err:   serial@30890000
14
Net:   eth0: ethernet@30be0000
15

16
Hit any key to stop autoboot:  0

Hit any key to stop autoboot 카운트다운이 끝나면 bootcmd가 실행됩니다. printenv로 확인하고 setenv로 수정합니다.

1
=> printenv bootcmd
2
bootcmd=fatload mmc 0:1 ${loadaddr} Image; \
3
        fatload mmc 0:1 ${fdt_addr_r} imx8mm-myboard.dtb; \
4
        booti ${loadaddr} - ${fdt_addr_r}
5

6
=> printenv bootargs
7
bootargs=console=ttymxc0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rootwait rw

bootargs가 kernel command line입니다. 부트로더 → 커널로 넘어가는 유일한 텍스트 인터페이스이며, 여기서 잘못된 콘솔이나 root device를 넘기면 커널이 침묵하거나 panic으로 끝납니다.

#단계 5 — Kernel decompress와 첫 printk

booti(arm64) 또는 bootm(arm 32)이 호출되면 U-Boot가 커널 entry로 점프합니다. arm64의 Image는 압축 안 한 raw이므로 decompress 단계가 없지만, Image.gz는 self-decompressing 헤더가 압축을 풉니다.

이 시점에 earlycon이 활성이면 다음 같은 라인이 보입니다.

1
[    0.000000] Booting Linux on physical CPU 0x0000000000 [0x410fd042]
2
[    0.000000] Linux version 6.6.0 (build@host) (aarch64-linux-gnu-gcc ...) #1 SMP PREEMPT Sat Sep 12 ...
3
[    0.000000] Machine model: NXP i.MX8MM EVK
4
[    0.000000] earlycon: ec_imx6q0 at MMIO 0x0000000030890000 (options '115200n8')
5
[    0.000000] printk: bootconsole [ec_imx6q0] enabled
6
[    0.000000] efi: UEFI not found.
7
[    0.000000] Memory limited to 2048MB

earlycon이 없으면 완전히 침묵합니다. 커널이 죽었는지 살아 있는지조차 모릅니다. 그래서 BSP 초기에는 bootargs에 항상 earlycon=ec_imx6q0,0x30890000,115200n8 같은 형식을 넣어 둡니다.

#단계 6 — start_kernel과 driver probe

start_kernel()이 호출되면 커널이 자기 자신을 초기화합니다. 이 단계의 로그는 ftrace 없이도 dmesg로 직접 보입니다.

1
[    0.000123] CPU features: detected: GIC system register CPU interface
2
[    0.001234] percpu: Embedded 30 pages/cpu s84120 r8192 d28520 u122880
3
[    0.012345] Memory: 1985944K/2097152K available
4
[    0.234567] Detected PIPT I-cache on CPU0
5
[    0.345678] GICv3: 480 SPIs implemented
6
[    0.456789] arch_timer: cp15 timer(s) running at 8.00MHz
7
[    0.567890] Console: colour dummy device 80x25
8
[    0.678901] printk: console [tty0] enabled
9
[    0.789012] printk: bootconsole [ec_imx6q0] disabled
10
[    0.890123] Calibrating delay loop (skipped), value calculated using timer frequency.. 16.00 BogoMIPS (lpj=80000)

bootconsole disabled가 보이면 정식 console이 인계받은 시점입니다. 다음 줄부터는 earlycon이 아니라 console=ttymxc0,115200에서 정한 UART에서 출력됩니다.

이후 driver probe 단계에서 다음과 같은 라인이 줄줄이 흐릅니다.

1
[    0.912345] mmc0: SDHCI controller on 30b40000.mmc [30b40000.mmc] using ADMA
2
[    1.023456] usb 1-1: New USB device found, idVendor=0bda, idProduct=8153
3
[    1.234567] sdhci-esdhc-imx 30b40000.mmc: SDHCI controller on 30b40000.mmc
4
[    1.345678] mmc0: new HS200 MMC card at address 0001
5
[    1.456789] mmcblk0: mmc0:0001 SDW32G 29.7 GiB

#단계 7 — Rootfs mount

1
[    1.567890] EXT4-fs (mmcblk0p2): mounted filesystem with ordered data mode.
2
[    1.678901] VFS: Mounted root (ext4 filesystem) readonly on device 179:2.
3
[    1.789012] devtmpfs: mounted
4
[    1.890123] Freeing unused kernel memory: 5184K
5
[    1.901234] Run /sbin/init as init process

Run /sbin/init이 보이면 커널은 자기 일을 끝낸 셈입니다. 이제 사용자 공간이 시작됩니다.

#단계 8 — init과 systemd

init(보통 systemd 또는 BusyBox)이 PID 1로 실행됩니다.

1
[    2.012345] systemd[1]: systemd 252 running in system mode (+PAM +AUDIT ...)
2
[    2.123456] systemd[1]: Detected architecture arm64.
3
[    2.234567] systemd[1]: Hostname set to <myboard>.
4
[    2.345678] systemd[1]: Queued start job for default target Multi-User System.
5
[    3.456789] systemd[1]: Started Journal Service.
6
[    3.567890] systemd[1]: Mounting Temporary Directory (/tmp)...
7
[    4.678901] systemd[1]: Started Network Manager.
8
[    4.789012] systemd[1]: Started Login Service.
9
[    4.890123] systemd[1]: Reached target Multi-User System.

마지막으로 getty가 시리얼 콘솔에 login prompt를 띄웁니다.

1
Welcome to MyBoard Linux 1.0!
2

3
myboard login:

#체크포인트별 결정 트리

부팅이 멈추는 위치에 따라 진단이 달라집니다.

#실제 측정 — boot time 분석

systemd-analyze가 사용자 공간의 단계를 잘게 보여줍니다.

1
$ systemd-analyze
2
Startup finished in 1.234s (kernel) + 3.456s (userspace) = 4.690s
3
multi-user.target reached after 3.401s in userspace.
4

5
$ systemd-analyze blame
6
   1.234s NetworkManager-wait-online.service
7
   0.567s docker.service
8
   0.345s systemd-journald.service
9
   0.234s systemd-udev-trigger.service
10
   ...
11

12
$ systemd-analyze critical-chain
13
graphical.target @3.401s
14
└─multi-user.target @3.401s
15
  └─NetworkManager.service @1.234s +234ms
16
    └─dbus.service @1.001s
17
      ...

커널 단계를 더 분해하려면 bootargs에 initcall_debug printk.time=1을 넣어 각 init함수 호출 시간을 dmesg에 남깁니다.

#흔한 실수

• console=ttyS0 대신 console=ttymxc0이 맞는 보드: i.MX는 ttymxc, Rockchip은 ttyS, BCM은 ttyAMA 또는 ttyS로 다릅니다. SoC 매뉴얼을 확인합니다.
• rootwait 누락: MMC 디스크가 인식되기 전에 root mount를 시도해 panic.
• bootargs에 quiet 또는 loglevel=0: 양산 펌웨어에서는 적절하지만 BSP 초기에는 최대 verbose로 둡니다.
• earlycon을 빌트인 안 함: CONFIG_SERIAL_EARLYCON=y가 없으면 인자 무시.
• mmcblk0p2 대신 mmcblk0p1: 파티션 번호 확인. fdisk -l로 검증.

#정리

• 부팅은 BootROM → SPL → ATF → U-Boot → kernel → init → systemd의 단계별 진행입니다.
• 각 단계는 시리얼에 고유한 첫 라인을 남기며, 그 라인 유무로 진행 위치를 판별합니다.
• SPL의 첫 출력은 DRAM 초기화 직후입니다. 이 라인이 없으면 콘솔/전원/모드 문제입니다.
• earlycon과 console을 정확히 지정해야 커널 첫 단계가 보입니다.
• bootargs의 root=, console=, rootwait는 BSP의 가장 기본적인 약속입니다.
• Run /sbin/init 이후는 사용자 공간이며 systemd-analyze로 분석합니다.
• 멈춘 위치별로 결정 트리가 다르므로 어디까지 나왔는지가 디버깅의 첫 질문입니다.

#다음 편 예고

Ch 11: 부트로그 디버깅에서는 시리얼 garbage, hang, panic, late hang 같은 실제 부팅 실패 패턴을 카탈로그로 정리합니다.

#관련 항목

• Ch 9: Multi-core SMP bring-up
• Ch 11: 부트로그 디버깅
• Ch 12: 드라이버 추가
• Buildroot로 첫 이미지 만들기 — initramfs와 rootfs 만들기
• Modern Embedded Recipes — 양산 부팅 최적화