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Arm 아키텍처 학습방법

ukjin — Sun, 21 Sep 2025 20:25:06 +0900

Arm 프로세서는 왜 배워야 할까?

브링업을 잘 하기 위해
디바이스 드라이버 개발을 잘 하기 위해
RTOS나 리눅스 커널을 깊이 있게 이해하기 위해
디버깅을 통한 문제 해결 능력을 키우기 위해

브링업을 잘 하기 위해

시스템 소프트웨어 개발자들은 다양한 유형의 프로젝트를 진행하기에 개발 업무를 간단히 정의하긴 어렵다. 하지만 간단하게 정리하면 '보드 블링업 - 기능 안정화 - 유지 보수' 단계로 분류할 수 있다.

이 가운데 '보드 브링업' 단계에서는 다음과 같은 작업을 한다.

부트로더에서 '스타트업' 코드를 작성
메모리나 캐시와 가은 시스템 자원을 초기화
키보드나 USB 같은 주변 장치 초기화

스타트업 코드란?
시스템에 전원이 들어오면 가장 먼저 실행되는 주소에 있는 코드를 '스타트업 코드'라고 한다. 스타트업 코드는 시스템을 초기화 및 설정하는 다음과 같은 루틴으로 구성돼 있다.
* MMU(Memory Management Unit) 같은 하드웨어 유닛과 캐시를 설정
* 동작 모드 혹은 익셉션 레벨별로 스택 크기를 지정
* 익셉션 핸들러 구성
그리고 이러한 스타트업 코드는 어셈블리 명령어로 구성돼 있다.

스타트업 코드를 프로젝트에서 정한 스펙에 맞게 프로그래밍 하려면 Arm 어셈블리 명령어를 알야 한다. 동작 모드별로 스택 주소를 설정하고, Arm 프로세서를 초기화하는 코드는 C 언어가 아니라 어셈블리 명령어를 사용해야 하기 때문이다.

Arm 어셈블리 명령어를 이용해 시스템을 세세하게 설정하려면 어셈블리 명령어를 이해하는 것은 물론 동작 모드와 MMU 같은 Arm 아키텍처를 구성하는 주요 기능의 동작 원리도 잘 알아야 한다.

스타트업 코드는 왜 어셈블리 명령어로 구성되어 있을까?
대부분의 스타트업 코드를 처음 보면 분석하기 어렵다. 그래서 '스타트업 코드를 어셈블리 명령어가 아닌 C 언어로 프로그래밍 하면 좋지 않을까' 하는 생각도 든다. 스타트업 코드를 어셈블리 명령어로 프로그래밍하는 이유는 무엇일까? C 나 C++로 함수가 호출ㄹ되려면 각각 Arm 아키텍처별로 스택이 초기화돼 있어야 하기 때문이다.
* Armv7: 동작 모드별로 스택 초기화 및 설정
* Armv8: 익셉션 레벨별로 스택 초기화 및 설정
그런데 스택을 초기화하려면 어셈블리 명령어가 실행돼야 한다.

디바이스 드라이버 개발을 잘하기 위해

많은 외부 I/O 디바이스는 인터럽트를 통해 드라이버와 커뮤니케이션 한다. 그런데 GIC(Generic Interrupt Controller)처럼 Arm 프로세서가 인터럽트를 어떤 방식으로 처리하는지 알고 있으면 다음과 같은 세부 속성을 설정할 수 있다.

인터럽트의 우선순위
인터럽트를 RIQ 혹은 FIQ로 설정할지 여부

또한 멀티미디어와 관련된 드라이버를 작성할 때는 성능이 제대로 나와야 하므로, Arm 프로세서가 어떻게 동작하는지를 아는 것을 통해 성능을 최적화하는 코드를 작성할 수 있다.

RTOS나 리눅스 커널을 깊이 있게 이해하기 위해

리눅스 커널이나 RTOS를 구성하는 세부 서브시스템의 핵심 루틴은 Arm 어셈블리 명령어로 구현되어 있다. 예를 들어, 리눅스 커널이나 RTOS를 구성하는 다음과 같은 기능은 어셈블리 명령어로 구현돼 있다.

인터럽트 핸들러
컨텍스트 스위칭
선점 스케줄링(Preemption Scheduling)
시스템 콜 핸들럴를 호출하는 루틴

디버깅을 통한 문제 해결 능력을 키우기 위해

실전 프로젝트를 진행하다 보면 다양한 버그를 만나게 된다. 대표적으로 메모리 어보트가 유발되어 시스템이 크래시되는 버그다. 크래시나 메모리 어보트가 유발되면 Arm 아키텍처는 개발자가 참고할 수 있는 다음과 같은 다양한 정보를 알려준다.

메모리 어보트가 유발되는 시점의 주소
메모리 어보트의 세부 유발 인자
스택 주소와 콜 스택

Arm 아키텍처 관점에서 메모리 어보트가 발생하면 익셉션이 유발되는데, 익셉션의 동작 원리와 관련 레지시터의 용법을 파악하면 문제가 발생한 원인을 효율적으로 확인할 수 있다.

난이도나 복잡도가 높은 드라이버를 맡으면 커널 패닉이나 와치독 리셋과 같은 문제를 만날 수 있다. 이러한 크래시 문제를 디버깅하려면 Arm 프로세서의 동작 원리를 잘 알고 있어야 한다.

Arm 아키텍처를 일반 소프트웨어 개발자도 배워야 하는 이유

모든 소프트웨어 개발자가 Arm 아키텍처를 배울 필요는 없다.

아래 그림의 안드로이드 OS 계층 구조를 보고 알아보자.

위 그림에서 네 가지 계층이 존재한다:

Application
Application Framework
Libraries
Linux Kernel

Application

Appilcation 계층의 코드는 대부분 JAVA 언어로 구현되며, 이 계층에서 실행되는 Application의 개발자는 Application의 시나리오나 안드로이드 프레임워크에서 제공하는 함수의 용법을 파악한다. JAVA를 사용하는 개발자들은 굳이 Arm Architecutre를 자세히 알 필요는 없다.

Application Framework & Libraries

C나 C++ 로 구현된 Application Framework나 Libaries를 개발하는 개발자들은 Arm Architecture를 잘 알아야 한다.

이유는 "디바이스 드라이버 개발을 잘하기 위해" 이유와 유사하다.

Arm 아키텍처는 어떻게 공부해야 할까?

디버깅을 하면서 어셈블리 명령어을 익한다.
운영체제의 기본 원리와 함께 Arm 아키텍처를 배운다.
실전 프로젝트에서 배운 내용이 어떤 방식으로 구현돼 있는지 확인한다.
1. Linux Kenrel
2. XEN Hypervisor

Arm 프로세서 소개

ukjin — Sun, 21 Sep 2025 20:00:58 +0900

Arm 프로세서 시리즈

시리즈	특징
Cortex-A	리눅스처럼 복잡도가 높은 운영체제를 실행 높은 성능이 요구되는 스마트폰, 넷북, 디지털 TV 등의 제품에 사용
Cortex-R	실시간 요구사항을 충족하는 RTOS를 실행 실시간 응답이 요구되는 통신 모뎀, 산업용 마이크로컨트롤러 등의 제품에 사용
Cortex-M	주로 베어메탈 RTOS를 실행 낮은 전력 소모와 저렴한 가격의 마이크로컨트롤러를 제작

Cortex-A, Cortex-R, Cortex-M 시리즈의 접미사를 모두 합치면 ARM이다.

Cortex-A 시리즈

고성능 애플리케이션 프로세서에 탑재되는 프로세서. 주로 모바일 기기 및 서버, 자동차(인포테인먼트, 자율주행) 등 다양한 플랫폼에서 개발되는 제품을 위한 Arm의 주력 상품군. 주로 범용 운영체제인 리눅스나 윈도우가 실행된다.

Cortex-R 시리즈

실시간 처리가 가능한 RTOS 기반 제품을 위한 프로세서. Cortex-A 보다 상대적으로 성능은 낮지만 실시간 처리를 위해 높은 안정성이 요구되는 제품군을 위해 설계된 시리즈.

주요 특징은 가상 메모리를 지원하지 않는 대신 MPU(Memory Protection Units)나 TCM(Tightly-Coupled Memory)과 같은 기능을 제공.

낮은 인터럽트 레이턴시 (인터럽트 발생 시 빠른 응답 처리 시간)를 보장하기 위해 다양한 기능을 제공.

주로 로봇이나 항공 시스템을 구축하는 데 활용된다.

MPU와 TCM?
MPU는 특정 메모리 공간에 접근할 수 있는 프로세스만 해당 메모리 공간에 접근할 수 있는 권한을 부여해 메모리를 보호하는 하드웨어 유닛.
TCM은 캐시보다 더 성능을 극대화하기 위해 사용되는 하드웨어 블록으로, Arm 코어 바로 옆에 위치한 고성능의 SRM을 뜻한다.

Cortex-M 시리즈

낮은 전력 소모와 저렴한 가격이 요구되는 마이크로컨트롤러에 주로 활용.

Cortex-A vs Cortex-R

항목	Cortex-A	Cortex-R
주소 배치	가상 주소(VA) <-> 물리 주소(PA)	물리 주소 직접 사용
하드웨어	MMU(TLB, 페이지 테이블)	MPU (몇 ~ 수십 개의 영역, 크기/권한/속성)
보호/격리	프로세스별 주소공간 분리, 유저/커널 분리	영역 단위 접근권한(RWX, 프리빌리지), 프로세스 격리는 제한
캐시/일관성	L1/L2 캐시, 스누핑/내장 일관성, DSB/ISB 대응	더 단순한 캐시(없거나 작음), 소프트웨어 플러시/배리어 중심
메모리 속성	페이지/섹션 단위 Normal/Device/Strongly-ordered, 쉐어러블, 액세스 플래그등	MPU 영역 단위 일관성/버퍼링/실행가능 여부(XN) 등 기본 속성
메모리 모델	Out-of-order 고려, 메모리 배리어(DMB/DSB/ISB) 필수	대부분 단순, 배리어 필요성은 낮지만 DMA/주변장치 연계 시 필요
특권/레벨	AArch64: EL0~EL3(유저/커널/하이퍼바이저/보안)	Thread/Handler 모드 + Privileged/Unprivileged, 단순
보안(TrustZone)	TrustZone-A: Secure/Non-secure 세계 분리, 가상메모리와 결합	TrustZone-M: SAU/IDAU + MPU 로 영역 단위 보안 분리
컨텍스트 스위칭	페이지 테이블 전환 + TLB 관리	MPU 재설정(영역 재프로그램) 정도
전형적 OS	리눅스/Windows, 대형 RTOS	FreeRTOS/Zephyr/bare-metal 등

Arm 프로세서 관련 용어

Arm 아키텍처

하드웨어 관점에서 Arm 프로세서는 트랜지스터로 구성된 반도체이다. 이 같은 Arm 프로세서를 소프트웨어로 제어하려면 Arm 프로세서의 세부 기능을 설정할 수 있는 인터페이스를 제공해야 한다. Arm 프로세서를 소프트웨어 입장에서 분석한 주요 개념이나 기능을 Arm 아키텍처라고 하며, Arm 아키텍처는 레지스터, 메모리 구조, Arm 어셈블리 명령어, 함수 호출 규약과 같이 소프트웨어 개발자가 알아야 하는 주요 요소를 포함한다.

Arm 아키텍처를 구성하는 주요 기능 가운데 프로그래머가 알아야 할 핵심 요소(어셈블리 명령어, 레지스터, 동작 모드, 익셉션 레벨, 익셉션)를 프로그래머 모델이라고 하며, 프로그래머 모델은 Arm 아키텍처와 거의 비슷한 의미를 지닌 용어이다.

Arm 프로세서

말 그래도 Arm 아키텍처를 탑재한 프로세서이다.

Arm 아키텍처	Arm 코어 (디바이스)
Arm7-A	Cortex-A5
	Cortex-A7
	Cortex-A9
	Cortex-A15
Arm8-A	Cortex-A53
	Cortex-A57
	Cortex-A72

뉴욕 11일차

ukjin — Tue, 9 Sep 2025 09:07:11 +0900

오늘은 복귀날이다.

그전에 갤러거 스테이크 하우스를 점심에 방문했다.

점심은 인당 $34에 먹을 수 있는 가성비 맛집이다.

에피타이저 메뉴를 먼저 선택할 수 있다. 나는 웻지 샐러드를 시켰다.

메인메뉴는 스테이크. 미디움 레어로 했는데 맛났음.

마무리는 치즈케이크. 역시 맛났다.

다만 아쉬운 점은 물 맛이 수돗물 맛이다.

이후 도심 구경하다가 집으로 복귀.

저녁도 스테이크다. 맛났음!

저녁 먹고 뉴왁 공항으로 고고.

에어프레미아는 Level 2 존C에서 체크인 한다. 사람이 없어서 금방끝났다. 너무 일찍 간듯...

이후 기내식 2번 먹고 15시간 비행 후 도착!

뉴욕 여행 끝

뉴욕 10일차

ukjin — Mon, 8 Sep 2025 06:20:30 +0900

오늘은 뉴저지 sports illustrated stadium 에서 하는 한국 vs 미국 친선 국대 축구 경기를 관람했다.

그 전에 코스트코에 들려서 핫도그와 피자를 먹었다. 매우 저렴... 거의 저거 다해서 $10 정도이다.

이후 경기장 도착! 비가 많이 왔었는데 거의 그쳐감.

경기장 안에서 한컷. 한국인이 엄청많다.

경기장안에서 한컷. 관중은 약 25000명 정도 입장할 수 있는 규모인데, 작아서 좋은 듯!

연습하는 선수들

경기 종료 후 인사하는 선수들

결과는 기분 좋게 2:0 승리!

다만 후반전은 너무 수비 위주라서 아쉬웠다.

소리를 너무 질러서 목이 아픔 ㅠ

이후 한인 식당으러 가서 해물찜으로 마무리.

주변에 다 경기 응원하신 분들 ㅋㅋㅋ

맛났다.

뉴욕 9일차

ukjin — Sat, 6 Sep 2025 11:37:17 +0900

오늘은 베슬, 하이라인, 첼시마켓, 리틀아일랜드를 방문했다

베슬 보러 가는 길. 엠파이어 스테이트 빌딩은 멀리서 봐도 멋진듯.

멀리서 베슬이 보인다. 벌집같다.

한쪽에는 테니스 중계도 해준다. 이따 사람 꽉찰듯.

하이라인 도착. 부지런히 걸어야한다.

멀리서 보이는 엣지전망대.

첼시마켓 도착 후 랍스타롤을 먹어주고

마라탕도 먹었다.

스타벅스 리저브 매장에서 레모네이드도 시음했다. 시다.

리틀아일랜드 도착!

좋다.

잔디밭에도 앉아본다

날씨 좋쥬?

다시 집가는 길에 들른 베슬. 조코비치 vs 알카라즈 경기 중 사람들이 많아졌다.

이후 집 복귀.

뉴욕 8일차

ukjin — Fri, 5 Sep 2025 23:07:17 +0900

오늘은 메트로폴리탄 박물관과 브로드웨이 뮤지컬 보는 날이다! 가장 돈 많이 쓴날.

먼저 센트럴파크를 가로질러 MET으로 향한다.

도착!

나는 도슨트 신청해서 여기서 대기

첫번째는 이집트관. 신전을 통째로 가져다놓았다. 이집트가 기증했다고 한다.

성모 마리아(?) 조각상

페르세우스가 메두사 머리를 들고 있는 조각상.

로댕의 생각하는 사람.

반고흐 초상화.

앤디워홀 작품.

두시간 정도 도슨트 투어 후 배고파서 점심식사. 먹을 곳이 애매해서 칙필레 방문.

짜다.

아메리카노도 한잔하고 다시 MET으로 고고

이제 혼자 다시 돌아봤다.

MET 옥상 정원에서 바라본 스카이라인. 오늘도 날씨가 좋댜...

아시아관 방문

한국관도 있다. 한복 등이 전시되어있음

아시아관 다 보고 중세 유럽관으로 고고

미술책에서 본것 같은 그림.

이후 다섯시가 다되어서 퇴장

퇴장 전 한컷.

돌아가기 위해 다시 센트럴파크에서 한컷.

저녁은 피자 먹었다. 짜다.

이후 알라딘 관람! 영어 대사는 하나도 못알아들었지만 만족.

이후 집복귀.

뉴욕 7일차

ukjin — Thu, 4 Sep 2025 10:48:37 +0900

오늘은 써밋전망대와 911메모리얼 빅물관을 방문했다.
써밋전망대는 12:30 예약이라 미리 맨해튼으로 넘어가서 타임스퀘어를 구경

저기 앉아있다가 점심은 로스앤타코넘버1

맛남. 역시 맛집이엇군. 주문은 이제 그냥 대충한다. 긴장이란 없다. 될대로 되라지.
배를 채우고 써밋전망대 도착

대기 시간은 한 이십분정도(?) 걸린듯. 신발에 덧신 신어야하고 선글라스는 제공해준다.
첨에 무슨 영상 보고 엘베타고 올라간다.

첫 번째는 거울로 된 곳. 자연광이 너무 밝아서 사진이 잘나옴.

기묘하다.

두 번째는 뭔지 모르겠다. 빠르게 넘어갔다.

세 번째는 여러 풍선이 있다. 멋지당.

전망대는 역시 경치지. 오늘도 날씨는 미춌다.

이후 들른 곳은 소호! 쇼핑 거리다. 나는 윌슨 매장 구경했다.

신상품들인가보다. 갖고싶다. 안에 보면 시타실도 있는데 시간없는 나는 패스.

징퐁 레스토랑이라는 곳에서 딤섬도 먹었다.

딤섬 두개 콜라 하나. $23(?) 정도 지출. 맛나긴했다.

이후 차이나타운 구경. 유튜브에서 이서진이 차이나타운에서 짝퉁 리스트를 들고있고 고르면 창고같은 곳에서 가지고 온다는 얘기를 들었는데 실제로 그 장면을 목격했다. 신기함...

피고라는 아이스크림도 가는길에 사먹음.

이후 911메모리얼 파크 도착. 가장 먼저 보이는 건물. 지하철 역이란다. 건물이름은 오큘러스(?)

내부에서 한컷

911메모리얼파크. 테러 이전 빌딩 위치에 지운 건축물이다. 네면의 분수대에서 물이 저 공간으로 들어간다. 슬픔을 형상화 했다고 한다.

이렇개 곳곳에 희상자들 이름이 적혀있다. 한국인 이름도 보인다.

박물관 내부도 관람했다. 이건 예전 쌍둥이빌딩이다.

붕괴되는 모습.

평소에 관심갖지 않던 내용이었는데, 다녀와서 관련 내용을 찾아보게되는 하루.

이후 집으로 복귀.

테러랑 전쟁은 끔찍한듯 하다.

뉴욕 6일차

ukjin — Wed, 3 Sep 2025 08:56:10 +0900

오늘은 브라이언트파크, 뉴욕공립도서관, MOMA를 다녀왔다.

오늘도 어김없이 날씨가 좋다

공원에서 요가하는 사람들

뉴욕공립도서관

도서관 내부에서 한컷

점심은 에사베이글. 주문이 빡셋다. 뭐라고 하는지 몰리서 위드 에브리띵했다.

여기서 아이스 아메리카노도 한잔 뽑았다

브라이언트파크에서 먹는 베이글과 아메리카노. 나도 이제 뉴욕커다.

점심 다먹고 MOMA로 향했다.

티켓 보여주고 입장. 미국은 가방검사를 항상 하는 듯

2층부터 5층까지이고 방마다 번호가 있으니 순서대로 보는 게 좋다. 아무대나 들어가면 중간에 못찾아간다. 헷갈림.
5층에 반고흐랑 피카소 작품이 있어서 그런지 사람이 제일 많았음. (미알못인 나도 아는 두사람)

파워 버튼 키 유래(?) 신기했음

이건 브루클린 브릿지 란다. 나도 그릴 수 있을 것 같다.

Girl before a mirror

피카소 그림이다. 멋진듯 거울 앞 소녀라는 작품이다. 소녀가 거울을 보고 있는데 거울 속 모습이랑 다르다. 내면과 외면을 표현한듯(?)

The Starry Night

고흐의 별이 빛나는 밤. 고흐가 정신병원에 입원했을 때 창밖 풍경을 그린 그림이라고 하더라. 나 좀 유식해진듯?
유명한 그림이다.

뭔지 모르겠는데 집에다 걸어놓고 싶다.

모마는 다 보는데 3시간 정도 걸린 듯 싶다. 다리가 후들거렸다.

이후 나와서 던킨도넛 사서 먹으면서 당보충을 해줬다.

키오스크 개편함. 영어로 주문 안해도 돼.
이후 집으로 복귀. 이만보 걸었다. 뉴욕커 되는게 쉽지 않은듯.

끝!

뉴욕 5일차

ukjin — Tue, 2 Sep 2025 09:34:22 +0900

오늘은 페리타고 자유의 여신상 보러간닷

페리타는 곳은 뉴욕이랑 뉴저지가 있는데 나는 가까운 뉴저지에서 탐

페리타는곳

12시에 출발~

배타고 가는중

중간에 엘리스 아일랜드라는 곳에 먼저 내린다.

엘리스아일랜드

엘리스 아일랜드는 옛날에 이민자들이 들어오기 전에 검역 받은 곳이다. 내려서 박물관 다니면서 손에 들 수 있는 기계를 주는데, 거기서 한국어로 성우들이 설명해준다.(신기방기)

엘리스 아일랜드 박물관에서 한컷 손에 든 단말기에서 한국어로 된 설명이 나온다. 은근 무겁다

이제 구경 다하면 다시 페리타고 자유의 여신상있는 섬으로 간다

멀리서 본 자유의 여신상

밑에서 본 자유의 여신상

뒤에서 본 자유의 여신상

열심히 관람하고 다시 페리타고 뉴저지로 복귀

복귀 컷

이후 UGG 아울렛에 들려서 옷 몇개사고 파파이스 먹고 집으로 복귀

힘들댜

뉴욕 4일차

ukjin — Mon, 1 Sep 2025 09:21:16 +0900

오늘은 센트럴 파크를 방문했다!

졸린 몸뚱아리를 깨우기 위한 모닝 커피 -$9(드럽게 비싼데 맛낫음. 구글맵 평점 4.9 인 커피집인데 리뷰에 한국인 알바가 친절하다는데 나는 보지못했다)

이후 뚜벅뚜벅 걸어가면서 5 ave를 통해 센트럴파크로 향했다

록펠러센터

루이비똥

루이비똥은 건물이 가방이다. 신기방기

애플 매장에서 한컷

센트럴파크 진입

여기는 쉽미도우(sheep meadow)라는 곳인데, 사람들이 다들 누워서 광합성 중이다.

점심은 라멘집이다. 긴라멘이라는 곳

여기서 자전거 대여해서 다시 센트럴파크 한바퀴 돌 예정

자전거와 한컷

센트럴 파크 안에 테니스코트가 30면이나 있더라... 부럽다브뤄오

자전거 반납 후 집가기 전 JOE & THE JUICE 에서 주스 사먹엇는데 조코비치 에디션이 있더라

이후 버스타고 복귀!

타임스퀘어는 사람이 너무 많다.