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Modern Embedded Recipes · 28/152

임베디드 스타트업 코드 분석 — Reset_Handler·Vector Table·SystemInit

· Hawk · 4분 읽기

#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

  1. 전원 인가
  2. CPU가 0x00000000 (또는 boot pin에 따른 alias)에서 MSP, Reset_Handler를 fetch
  3. MSP를 R13에 적재
  4. Reset_Handler로 점프
  5. SystemInit() — 클럭, FPU
  6. .data 복사 (Flash → RAM)
  7. .bss 클리어 (RAM 0으로 채움)
  8. __libc_init_array() — C++ static constructor 호출
  9. main() 호출
  10. main이 반환되면 exit() → 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, %function
Reset_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, =_edata
copy_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, #0
zero_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 구현
extern 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 객체
class 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

단계시간 (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 진입총 2 ~ 5 ms
Section보통 크기
.isr_vector0.3 ~ 1 KB
Reset_Handler100 ~ 200 byte
.init_array4 byte * 생성자 수

#자주 보는 함정

⚠️ .data 복사 누락

전역 변수에 초기값을 줬는데 main에서 0이거나 garbage라면 startup의 .data 복사가 빠졌거나 _sidata symbol이 잘못된 위치를 가리키는 것.

⚠️ .bss 클리어 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_array 호출 누락

C는 문제 없지만 C++ static 객체 생성자가 안 불립니다. 객체가 default(0) 상태로 사용됨.

⚠️ main 반환 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/end symbol을 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.

#관련 항목

Modern Embedded Recipes · 29 of 152

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  91. 91메모리 정렬과 패딩 분석 — Natural·Strict Alignment·Trap
  92. 92Cache Line Alignment — alignas·Padding·SoA 적용
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  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
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  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