# 第1章: ブートシーケンス

リセット直後の CPU が何をするかを追いかけ、ベクタテーブル（例外や割り込みが起きたときに飛ぶ先のアドレスを並べた表）から main() に至る道筋を自分の手でたどります。

## サンプルコード

- ディレクトリ: `docs/os-on-arduino/code/01_boot`
- ビルドと書き込み:

```bash
uv run pio run -d 01_boot -t upload
uv run pio device monitor -b 115200
```

コードを見る: [docs/os-on-arduino/code/01_boot](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/tree/main/docs/os-on-arduino/code/01_boot)


## ソースコード

この章のスケッチです。ファイル名をクリックすると開きます。コードは原稿リポジトリから自動で同期されているので、ここに出ているものが常に最新です。

### `docs/os-on-arduino/code/01_boot`

:::{dropdown} `src/main.cpp` — 63 行
:icon: code

[GitHub で開く](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/blob/main/docs/os-on-arduino/code/01_boot/src/main.cpp)

```{literalinclude} ../../../../code/01_boot/src/main.cpp
:language: cpp
:linenos:
```

:::

### `docs/os-on-arduino/code/01_boot_vector_dump`

:::{dropdown} `src/main.cpp` — 60 行
:icon: code

[GitHub で開く](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/blob/main/docs/os-on-arduino/code/01_boot_vector_dump/src/main.cpp)

```{literalinclude} ../../../../code/01_boot_vector_dump/src/main.cpp
:language: cpp
:linenos:
```

:::


## 実機での出力

Arduino UNO R4 WiFi の実機で実際に取得した出力です（macOS / Windows の
両方で同じ結果を確認しています）。手元の出力と見比べてください。

`S` を 1 文字送ると出力が始まります。

```{figure} ../_static/ch01_boot.gif
:name: fig-ch01-boot
:width: 100%

モニタを開いてしばらくは何も出ず、`S` を送った瞬間にまとめて出てくるところ。
`data_var` が `12345` になっていれば、初期化済みデータのコピーが効いています
```

```text
=== Boot Sequence Check ===

bss_var (should be 0): 0
data_var (should be 12345): 12345

=== Memory Addresses ===
&bss_var:  0x200000C4
&data_var: 0x20000000
VTOR:      0x20007F00
MSP:       0x20007EC8

If you see this, boot sequence completed!
...
```

`VTOR`（Vector Table Offset Register）はベクタテーブルの置き場所を示すレジスタ、
`MSP`（Main Stack Pointer）はいま使っているスタックの位置を指すレジスタの値です。

### 演習1-2: ベクタテーブルの読み取り

この出力は別のプロジェクト `01_boot_vector_dump` のものです。書き込んでモニタを開き、
`S` を送ってください。

```bash
uv run pio run -d 01_boot_vector_dump -t upload
uv run pio device monitor -b 115200
```

```text
=== Vector Table Dump ===

[ 0] 0x20007F00  Initial SP
[ 1] 0x000098DD  Reset
[ 2] 0x00009BA1  NMI
[ 3] 0x00006651  HardFault
[ 4] 0x000098D9  MemManage
[ 5] 0x000098D9  BusFault
[ 6] 0x000098D9  UsageFault
[ 7] 0x000098D9  Reserved
[ 8] 0x00000000  Reserved
[ 9] 0x00000000  Reserved
[10] 0x00000000  Reserved
[11] 0x000098D9  SVCall
[12] 0x000098D9  DebugMon
[13] 0x00000000  Reserved
[14] 0x000098D9  PendSV
[15] 0x000098D9  SysTick

Note: Handler addresses point to Flash (0x000xxxxx)
      Initial SP points to RAM top (0x200xxxxx)
...
```

右の名前は例外の種類です。主なものを挙げます。

- `NMI`: 止める（マスクする）ことができない割り込み
- `HardFault`: ほかで処理できない重大なエラーのときの例外。第6章で詳しく扱います
- `SVCall`: `svc` 命令で呼び出す例外。応用編2でシステムコールの入り口に使います
- `PendSV`: 「あとで実行して」と予約できる例外。第3章でタスクの切り替えに使います
- `SysTick`: 一定周期で起きるタイマ割り込み。第4章でスケジューラの時計に使います

## つまずきやすいポイント

（読者からの質問に応じて随時追記します。質問は
[GitHub Issues](https://github.com/iory/build-your-own-arduino-rtos/issues)
へどうぞ）