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Modern Embedded Recipes · 24/152

C 컴파일 4단계 — Preprocess·Compile·Assemble·Link 추적

· Hawk · 3분 읽기

#한 줄 요약

gcc main.c는 사실 4개의 도구를 차례로 부른 것입니다.” preprocess → compile → assemble → link. 각 단계를 분리해 보면 디버깅이 훨씬 쉬워집니다.

#어떤 상황에서 쓰나

  • 매크로가 예상대로 펼쳐졌는지 확인하고 싶을 때
  • 컴파일러가 만든 assembly를 보고 최적화 결과 확인
  • Linker error의 단계별 원인 추적
  • 빌드 시스템에서 단계별 캐싱 설계

#핵심 개념

#1) 4단계 — 도구별 역할

main.c ──[1]──→ main.i ──[2]──→ main.s ──[3]──→ main.o ──[4]──→ app.elf
cpp cc1 as ld
(preprocess) (compile) (assemble) (link)
단계도구입력출력
Preprocesscpp.c + 헤더.i (전개된 C 소스)
Compilecc1.i.s (assembly)
Assembleas.s.o (object)
Linkld.o + library.elf (실행)

#2) GCC 단계별 옵션

옵션의미
-Epreprocess만 (.i 출력)
-Scompile까지 (.s 출력)
-cassemble까지 (.o 출력)
(none)link까지

#3) Preprocess — .i

매크로 확장, #include 삽입, 조건부 컴파일이 일어납니다.

main.c
#define LED_PIN 5
#include <stdint.h>
int main(void) {
uint32_t pin = 1 << LED_PIN;
return pin;
}
Terminal window
arm-none-eabi-gcc -E main.c -o main.i

main.i는 수백 줄의 전개 결과입니다. 마지막에 다음과 비슷한 코드:

typedef unsigned int uint32_t;
# 4 "main.c"
int main(void) {
uint32_t pin = 1 << 5;
return pin;
}

매크로 디버깅 시 가장 빠른 도구입니다.

#4) Compile — .s

.i를 architecture에 맞는 assembly로 변환합니다.

Terminal window
arm-none-eabi-gcc -S -mcpu=cortex-m4 -mthumb main.c -o main.s
main:
movs r0, #32 @ 1 << 5
bx lr

-O2 등 최적화 옵션의 효과를 직접 봅니다.

#5) Assemble — .o

.s를 binary로 변환합니다. 아직 외부 symbol 참조는 unresolved입니다.

Terminal window
arm-none-eabi-as -mcpu=cortex-m4 -mthumb main.s -o main.o
arm-none-eabi-nm main.o
# 00000000 T main

nm으로 symbol을 확인합니다.

여러 .o와 libraries를 합쳐 최종 실행 파일을 만듭니다. linker script가 메모리 배치를 결정합니다.

Terminal window
arm-none-eabi-ld -T linker.ld main.o startup.o -o app.elf
arm-none-eabi-objdump -h app.elf
# Sections:
# Idx Name Size VMA
# 0 .text 00000040 08000000
# 1 .data 00000008 20000000
# 2 .bss 00000020 20000008

#코드 / 실제 사용 예

매크로 확장 결과를 보는 디버깅:

Terminal window
# 어떤 헤더에서 정의된 매크로인지 모를 때
arm-none-eabi-gcc -E -dM main.c | grep RCC_AHB1
# #define RCC_AHB1ENR_GPIOAEN ((uint32_t)0x00000001)
# ...
# 특정 헤더 위치 확인
arm-none-eabi-gcc -E -H main.c 2>&1 | head
# . /usr/include/stdint.h
# .. /usr/include/sys/_stdint.h

최적화 결과 확인:

Terminal window
# -O0 vs -O2 비교
arm-none-eabi-gcc -S -O0 main.c -o main-O0.s
arm-none-eabi-gcc -S -O2 main.c -o main-O2.s
diff main-O0.s main-O2.s

특정 함수만 assembly로 보기:

Terminal window
arm-none-eabi-objdump -d main.o | grep -A 20 "<my_function>"

Inline 대상 결정 확인:

Terminal window
arm-none-eabi-gcc -O2 -fdump-tree-einline main.c
# main.c.157t.einline 파일이 생성됨

#측정 / 비교

단계시간 (간단한 main.c)출력 크기
Preprocess10 ms200 KB (.i, 전개된 헤더 포함)
Compile30 ms500 B (.s)
Assemble5 ms100 B (.o)
Link50 ms (libc 검색)2 KB (.elf)
옵션효과
-pipe단계 간 임시 파일 안 만들고 파이프로
-fsyntax-onlyparse만 (출력 없음, 빠른 검증)
-v각 단계의 실제 호출 표시

#자주 보는 함정

⚠️ Preprocess 결과 안 보고 매크로 디버깅

매크로 충돌, 우선순위 문제는 .i 파일을 직접 보면 즉시 해결됩니다.

⚠️ -S 출력에서 함수 사라짐

-O2 이상에서 inline된 함수는 별도 entry가 안 보입니다. 그 함수가 inline 된 호출자 코드를 봐야 합니다.

⚠️ Object file의 section을 모르고 size 분석

size 명령은 .text, .data, .bss만 보여줍니다. 진짜 분석은 objdump -h로 모든 section을 봐야 합니다.

⚠️ Link 단계의 search path 부족

-L<path> 없이 외부 library를 찾으면 linker가 default path만 봅니다. -v 옵션으로 실제 search path 확인.

⚠️ -c 빠뜨리고 여러 파일 빌드

gcc a.c b.c -o app 하면 link까지 진행해 _start나 startup 함수 없으면 error. gcc -c a.c gcc -c b.c 후 link.

#정리

  • 한 번의 gcc main.c는 사실 cpp, cc1, as, ld 4단계가 차례로 실행됩니다.
  • -E, -S, -c로 단계별 중간 산출물을 만들 수 있습니다.
  • .i로 매크로, .s로 최적화, .o로 symbol, .elf로 메모리 배치를 확인합니다.
  • -v, -dM, -H 옵션으로 빌드 내부를 들여다봅니다.
  • 단계 분리는 빌드 디버깅의 가장 강력한 도구입니다.

다음 편에서는 ELF 파일 구조를 다룹니다. .elf의 내부를 dissect 합니다.

#관련 항목

Modern Embedded Recipes · 25 of 152

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  32. 32임베디드 컴파일러 최적화 분석 — -O0~-O3·-Os·-LTO 비교
  33. 33Map 파일 분석 — Symbol·Section·Size 추적으로 코드 크기 진단
  34. 34Make·CMake 크로스 컴파일 — Toolchain File·Sysroot 통합
  35. 35임베디드 Bootloader 체인 — BootROM·SPL·U-Boot·Kernel·Secure Boot
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  38. 38GPIO 드라이버 직접 구현 — STM32 HAL 없이 레지스터로
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  59. 59CAN 통신 구현 — bxCAN·Filter·Mailbox·CAN-FD
  60. 60USB Device 기초 — Descriptor·Enumeration·Endpoint·HID/CDC
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  64. 64RTOS 도입 결정 분석 — Super Loop vs RTOS 트레이드오프
  65. 65RTOS Task 설계 패턴 — 우선순위·스택·State Machine
  66. 66RTOS Scheduler 동작 분석 — Tick·Context Switch·Yield
  67. 67RTOS Semaphore 활용 — Binary·Counting·ISR Give
  68. 68RTOS Mutex 활용 — Recursive·Priority Inheritance 적용
  69. 69RTOS Queue 활용 — By-Value·By-Reference·Timeout 패턴
  70. 70RTOS Event Group 활용 — Bit Wait·Sync·Notify
  71. 71RTOS Software Timer 활용 — One-shot·Auto-reload·Daemon Task
  72. 72ISR-Safe API 설계 — Reentrant·Atomic·Defer 패턴
  73. 73Priority Inversion 진단·예방 — Mars Pathfinder Lesson 추적
  74. 74Timer Wheel 분석 — Hashed·Hierarchical·O(1) Tick
  75. 75RTOS 디버깅 기법 — Tracealyzer·SystemView·Stack 추적
  76. 76임베디드 Linux 부팅 흐름 분석 — BootROM·U-Boot·Kernel·init
  77. 77U-Boot 활용 — bootcmd·env·tftp·boot.scr 분석
  78. 78Device Tree 실전 — DTS·DTB·Overlay·Phandle 추적
  79. 79Device Tree Overlay 적용 — Runtime fragment·dtoverlay
  80. 80임베디드 커널 빌드 — defconfig·menuconfig·Image·zImage
  81. 81커널 모듈 기초 — init/exit·Parameter·KBuild·DKMS
  82. 82캐릭터 드라이버 작성 — file_operations·cdev·register_chrdev
  83. 83Platform 드라이버 작성 — probe·remove·of_match·DT 바인딩
  84. 84mmap 4가지 모드 — Anonymous·File·Shared·Huge Page
  85. 85epoll 실전 — LT·ET·ONESHOT·EXCLUSIVE 비교
  86. 86UIO·VFIO 분석 — User-Space Driver와 IOMMU 격리
  87. 87sysfs·configfs 활용 — kobject 기반 User 인터페이스
  88. 88IRQ Affinity 튜닝 — smp_affinity·isolcpus·irqbalance
  89. 89루트 파일시스템 구축 — Buildroot 기초·Package·Toolchain
  90. 90임베디드 동적 메모리 — malloc 위험·결정성·대안 분석
  91. 91메모리 정렬과 패딩 분석 — Natural·Strict Alignment·Trap
  92. 92Cache Line Alignment — alignas·Padding·SoA 적용
  93. 93DMA-Friendly Allocator — dma_alloc_coherent·IOMMU·Pool
  94. 94Zero-Copy Pipeline — DMA-BUF·sendfile·io_uring·splice
  95. 95NUMA Memory Topology — numactl·numa_alloc·HBM 적용
  96. 96SIMD 활용 분석 — Intrinsics·Auto-Vectorization·OpenMP SIMD
  97. 97ARM NEON 심화 — Matrix Multiply·FFT·Image Filter 적용
  98. 98임베디드 스택 분석 — high-water·overflow 탐지
  99. 99임베디드 코드 크기 최적화 — -Os·LTO·Section Garbage Collection
  100. 100임베디드 전력 최적화 — Sleep Mode·Clock Gating·DVFS
  101. 101WCET 분석 기법 — Static·Measurement·Hybrid 방법론
  102. 102Lock-Free Ring Buffer 구현 — SPSC·Power-of-2·Memory Order
  103. 103Wait-Free Signaling — Atomic Flag·Sequence·Latest-Value
  104. 104RCU (Read-Copy-Update) 기초 — Quiescent State·Grace Period
  105. 105Hazard Pointer 분석 — Lock-Free Memory Reclamation
  106. 106Compare-And-Swap 패턴 — Stack·Counter·Linked List 적용
  107. 107Atomic Operation 비용 분석 — Fence·Cache Line·Contention
  108. 108Spinlock vs Mutex 결정 가이드 — Context Switch·Hold Time
  109. 109ABA 문제 회피 — Tagged Pointer·Hazard·Generation Counter
  110. 110False Sharing 해결 — Cache Line Padding·SoA 적용
  111. 111MPMC Queue 구현 — Multi-producer Multi-consumer Lock-Free
  112. 112임베디드 디버깅 마인드셋 — 가설·격리·재현·이분탐색
  113. 113JTAG·SWD 안 붙을 때 — 핀·전압·속도·세션 진단
  114. 114GDB 원격 디버깅 — OpenOCD·J-Link·target remote 구성
  115. 115Cortex-M 하드폴트 분석 — Stacked Frame·CFSR 읽기
  116. 116UART 안 찍힐 때 — Bare-metal 체크리스트
  117. 117임베디드 부팅 실패 진단 — 단계별 Isolation
  118. 118인터럽트 누락·중복 진단 — Priority·Pending·Re-entry 추적
  119. 119메모리 오버플로우·오염 진단 — Canary·MPU·Pattern 분석
  120. 120타이밍·Race 진단 — Heisenbug 잡는 법
  121. 121통신 프로토콜 분석 — Logic Analyzer와 Protocol Decoder
  122. 122임베디드 로깅 시스템 설계 — 레벨·버퍼·SWO·Deferred
  123. 123임베디드 포스트모템 분석 — Core Dump와 Field Crash
  124. 124FPGA 기초 분석 — LUT·FF·BRAM·DSP 자원 구조
  125. 125Vivado 사용법 — Project·Constraint·Synth·Impl·Bitstream
  126. 126PCIe BAR 매핑 분석 — Config Space·Enumeration·MMIO 접근
  127. 127AXI 인터페이스 — AXI4·AXI4-Lite·AXI-Stream 비교
  128. 128Zynq PS-PL 통신 — GP·HP·ACP 인터페이스 선택
  129. 129Mailbox Protocol 분석 — Host와 Accelerator를 잇는 Doorbell
  130. 130Command Queue·Submission Queue — NVMe·XDMA 공통 패턴
  131. 131DMA Completion 메커니즘 — Interrupt·Polling·Completion Ring
  132. 132PCIe Streaming 분석 — BAR Type·MSI-X·Kernel Bypass
  133. 133Vitis HLS 분석 — Pragma·Pipeline II·Dataflow 실전 감각
  134. 134HLS 최적화 기법 — Pipeline·Unroll·Partition·Dataflow
  135. 135Vitis AI 분석 — DPU·xmodel·VART
  136. 136OpenCL on FPGA — Kernel·Channel·Burst Memory 분석
  137. 137Intel Quartus 사용법 — Platform Designer·Nios II·HLS
  138. 138Edge Inference 분석 — Cloud vs Edge·Latency·Privacy
  139. 139NPU 아키텍처 분석 — Ethos·Hexagon·Systolic Array 비교
  140. 140딥러닝 Quantization 분석 — PTQ·QAT·INT8·INT4·Calibration
  141. 141TensorRT 분석 — ONNX→Engine·FP16·INT8·DLA·Multi-Stream
  142. 142TFLite Micro 분석 — Op Resolver·Tensor Arena·Cortex-M
  143. 143ONNX Runtime 분석 — Execution Provider와 Cross-Platform 배포
  144. 144Edge Thermal Management — Throttling·DVFS·Fan Curve·Sustained
  145. 145NVIDIA Jetson 분석 — Nano·Xavier·Orin·Thor·JetPack·DLA·VPI
  146. 146Zero-Copy Camera Pipeline — V4L2·DMA-BUF·GPU Import·NPU 직결
  147. 147온디바이스 LLM 추론 — llama.cpp·GGUF·MLX·KV Cache·NPU Backend
  148. 148Cortex-M33 TF-M·TrustZone — Secure Firmware·PSA·MCUboot
  149. 149Matter·Thread 분석 — IoT 통합 표준·Commissioning·Multi-Fabric
  150. 150PCIe → CXL 진화 — 같은 PHY 위 cache-coherent 프로토콜 추가
  151. 151QEMU CXL Type 3 디바이스 에뮬레이션 — 노트북에서 CXL 개발 환경 구축
  152. 152Linux CXL 드라이버 분석 — cxl_pci·cxl_core·region·DAX