임베디드 스타트업 코드 분석 — Reset_Handler·Vector Table·SystemInit
#한 줄 요약
“전원이 들어오고
main이 호출되기까지 수십 줄의 startup code가 실행됩니다.” 이 시간 동안 stack, RAM, FPU, C++ 생성자가 차례로 준비됩니다.
#어떤 상황에서 쓰나
- 전역 변수 초기값이 main에서 이상할 때
- C++ static 객체 생성자가 안 불릴 때
printf의 첫 호출이 hardfault일 때- 새 chip 지원 시 startup file 직접 작성
#핵심 개념
#1) 전원 → main까지 순서
- 전원 인가
- CPU가
0x00000000(또는 boot pin에 따른 alias)에서 MSP,Reset_Handler를 fetch - MSP를 R13에 적재
Reset_Handler로 점프SystemInit()— 클럭, FPU.data복사 (Flash → RAM).bss클리어 (RAM 0으로 채움)__libc_init_array()— C++ static constructor 호출main()호출main이 반환되면exit()→ 무한 loop
#2) Vector table
linker script에서 0x08000000(또는 chip별 boot address)에 배치된 vector table:
// startup_stm32f4xx.s 일부 (C 표현)__attribute__((section(".isr_vector")))const uint32_t vector_table[] = { (uint32_t)&_estack, // 0x00: Initial MSP (uint32_t)Reset_Handler, // 0x04: Reset (uint32_t)NMI_Handler, // 0x08: NMI (uint32_t)HardFault_Handler, // 0x0C (uint32_t)MemManage_Handler, (uint32_t)BusFault_Handler, (uint32_t)UsageFault_Handler, 0, 0, 0, 0, (uint32_t)SVC_Handler, // 0x2C (uint32_t)DebugMon_Handler, 0, (uint32_t)PendSV_Handler, // 0x38 (uint32_t)SysTick_Handler, // 0x3C // ... external IRQ};CPU의 reset 처리 hardware가 첫 두 word(MSP, Reset_Handler)를 자동으로 사용합니다.
#3) Reset_Handler
.global Reset_Handler.type Reset_Handler, %functionReset_Handler: @ MSP는 hardware가 이미 적재했지만, code에서도 다시 ldr r0, =_estack mov sp, r0
@ FPU enable (M4 + FPU 옵션) ldr r0, =0xE000ED88 @ CPACR ldr r1, [r0] orr r1, r1, #(0xF << 20) str r1, [r0]
@ SystemInit — 클럭, PLL bl SystemInit
@ .data 복사 ldr r0, =_sidata ldr r1, =_sdata ldr r2, =_edatacopy_data: cmp r1, r2 ittt lt ldrlt r3, [r0], #4 strlt r3, [r1], #4 blt copy_data
@ .bss 클리어 ldr r0, =_sbss ldr r1, =_ebss mov r2, #0zero_bss: cmp r0, r1 itt lt strlt r2, [r0], #4 blt zero_bss
@ C++ static constructor bl __libc_init_array
@ main bl main
@ main이 반환되면 b .#4) __libc_init_array — C++ static 생성자
C++ static 객체나 __attribute__((constructor)) 함수들을 호출합니다.
// newlib의 __libc_init_array 단순 구현extern void (*__init_array_start[])(void);extern void (*__init_array_end[])(void);
void __libc_init_array(void) { size_t count = __init_array_end - __init_array_start; for (size_t i = 0; i < count; i++) { __init_array_start[i](); }}linker가 모든 .init_array section을 모아 함수 포인터 배열을 만들고, startup이 차례로 호출합니다.
// 예 — C++ static 객체class Sensor {public: Sensor() { initialize(); } // __libc_init_array가 호출};
static Sensor s_sensor; // main 전에 생성됨#5) SystemInit
ARM CMSIS의 표준 함수. chip vendor가 구현합니다. 클럭 설정, vector table 위치(SCB->VTOR), FPU 등을 설정.
void SystemInit(void) { // FPU enable SCB->CPACR |= ((3UL << 10*2) | (3UL << 11*2));
// Vector table 위치 SCB->VTOR = FLASH_BASE | 0x00;
// (보통 클럭은 main에서 설정)}vendor 마다 SystemInit 내용이 다릅니다. ST는 PLL 설정까지, NXP는 최소만.
#코드 / 실제 사용 예
C로 작성된 단순한 startup:
#include <stdint.h>
extern uint32_t _estack;extern uint32_t _sidata, _sdata, _edata;extern uint32_t _sbss, _ebss;extern void (*__init_array_start[])(void);extern void (*__init_array_end[])(void);
extern int main(void);extern void SystemInit(void);
void Default_Handler(void) { while (1);}
void Reset_Handler(void) { SystemInit();
uint32_t *src = &_sidata; uint32_t *dst = &_sdata; while (dst < &_edata) *dst++ = *src++;
for (uint32_t *p = &_sbss; p < &_ebss; p++) *p = 0;
size_t count = __init_array_end - __init_array_start; for (size_t i = 0; i < count; i++) { __init_array_start[i](); }
main();
while (1);}
__attribute__((weak, alias("Default_Handler"))) void NMI_Handler(void);__attribute__((weak, alias("Default_Handler"))) void HardFault_Handler(void);// ... 나머지 IRQ도 weak alias
__attribute__((section(".isr_vector"), used))void (* const vector_table[])(void) = { (void (*)(void))((uint32_t)&_estack), Reset_Handler, NMI_Handler, HardFault_Handler, // ...};#측정 / 비교
| 단계 | 시간 (Cortex-M4 @ 168 MHz) |
|---|---|
| Reset → Reset_Handler | < 1 µs |
| SystemInit (PLL) | 2 ms (PLL lock) |
| .data 복사 (1 KB) | 5 µs |
| .bss 클리어 (16 KB) | 80 µs |
| __libc_init_array (생성자 10개) | 100 µs ~ 1 ms |
| main 진입 | 총 2 ~ 5 ms |
| Section | 보통 크기 |
|---|---|
| .isr_vector | 0.3 ~ 1 KB |
| Reset_Handler | 100 ~ 200 byte |
| .init_array | 4 byte * 생성자 수 |
#자주 보는 함정
⚠️
.data복사 누락
전역 변수에 초기값을 줬는데 main에서 0이거나 garbage라면 startup의 .data 복사가 빠졌거나 _sidata symbol이 잘못된 위치를 가리키는 것.
⚠️
.bss클리어 누락
0으로 초기화한 전역 변수가 random 값을 가짐. C 표준은 .bss가 0으로 시작한다고 정의하므로 startup 책임.
⚠️ FPU enable 없이 float 사용
M4 FPU 활성 없이 float 연산 시 hardfault. SystemInit 또는 Reset_Handler에서 CPACR 설정 필수.
⚠️
__libc_init_array호출 누락
C는 문제 없지만 C++ static 객체 생성자가 안 불립니다. 객체가 default(0) 상태로 사용됨.
⚠️
main반환 시 무한 loop 안 만들어 둠
main이 반환하면 stack의 LR(garbage)로 점프해 hardfault. 반드시 while (1); 또는 exit 처리.
⚠️ Vendor의 SystemInit이 PLL을 설정하는데 main에서 다시 설정
이중 PLL 설정으로 클럭이 어긋날 수 있습니다. vendor의 SystemInit이 무엇을 하는지 코드로 확인.
#정리
- 전원 → Reset → main까지 vector table fetch, SystemInit, .data 복사, .bss 클리어, C++ 생성자 순으로 진행됩니다.
- Vector table의 첫 두 word는 hardware가 자동으로 MSP와 Reset_Handler로 사용합니다.
_sidata,_sdata,_edata,_sbss,_ebss,__init_array_start/endsymbol을 linker script가 정의합니다.- C++ static 생성자는
__libc_init_array가 main 전에 호출합니다. - 전체 startup 시간은 2 ~ 5 ms 정도입니다. PLL lock이 대부분 차지.
다음 편에서는 **C 런타임 (crt0)**을 다룹니다. newlib의 _start와 system call stub입니다.
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