ESP32를 Arduino IDE로 개발하면 처음에 다음 두 함수만 보인다.

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void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
}

단순해 보이지만, 이 구조가 왜 이렇게 생겼는지 알고 쓰는 것과 모르고 쓰는 건 다르다고 생각한다.

전원이 들어오면 실제로 무슨 일이 일어날까

1) MCU 리셋

전원이 인가되거나 리셋 버튼을 누르면, MCU 내부에서 가장 먼저 일어나는 일은 프로그램 카운터(PC) 초기화다.

프로그램 카운터가 초기화되지 않으면 이전 실행 주소가 남아있게 된다. 그러면 엉뚱한 위치부터 코드가 실행되거나 무한루프에 빠져 시스템이 원하는 대로 동작하지 않는다.

2) 부트로더 실행

프로그램 카운터가 초기화되면, 플래시 메모리에 저장된 부트로더 코드가 먼저 실행된다.

부트로더가 하는 일:

  • 새로운 프로그램 업로드 요청이 있는지 확인
  • 업로드가 없으면 → 사용자 프로그램으로 점프

Arduino Core가 숨겨놓은 진짜 시작점

사용자는 main()을 작성하지 않는다. 하지만 Arduino Core 내부에는 실제로 main 함수가 존재한다.

다음은 Arduino의 main.cpp다.

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#include <Arduino.h>

int atexit(void (* /*func*/ )()) { return 0; }

void initVariant() __attribute__((weak));
void initVariant() { }

void setupUSB() __attribute__((weak));
void setupUSB() { }

int main(void)
{
    init();
    initVariant();

#if defined(USBCON)
    USBDevice.attach();
#endif

    setup();

    for (;;) {
        loop();
        if (serialEventRun) serialEventRun();
    }

    return 0;
}

setup()은 단 한 번 호출되고, 그 다음 for(;;) 안에서 loop()가 무한히 반복되는 구조다.

setup()은 왜 한 번만 실행될까

setup()은 초기화 전용 함수다. 여기서 주로 하는 일은 이렇다.

  • GPIO 방향 설정 (pinMode)
  • 통신 초기화 (Serial.begin, Wire.begin 등)
  • 센서 초기 설정
  • 변수 초기값 세팅

임베디드 개발 관점에서 보면 setup()은 시스템 초기화 단계에 해당한다.

만약 setup()이 반복 실행된다면 어떻게 될까.

  • 통신이 계속 초기화되고
  • 핀 상태가 계속 리셋되고
  • 시스템 전체가 불안정해진다

그래서 Arduino Core는 setup은 1회, loop는 무한 반복이라는 구조를 강제한다.

loop()에서 delay()를 쓰면 안 되는 이유

loop()의 실행 구조를 다시 보면:

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for (;;) {
    loop();
    if (serialEventRun) serialEventRun();
}

loop()는 for(;;) 안에서 계속 호출된다. 여기서 delay()를 사용하면 CPU가 그 시간 동안 아무것도 하지 못하고 멈춰버린다. 이걸 Blocking이라고 표현한다.

LED 하나 깜빡이는 수준에서는 문제가 없다. 하지만 센서를 읽으면서 Wi-Fi 통신도 처리하고 웹 서버도 돌려야 하는 상황이라면 delay() 하나가 전체 흐름을 막아버린다. ESP32처럼 많은 걸 동시에 처리해야 하는 환경에서는 특히 문제가 된다.

이걸 해결하는 방법은 크게 두 가지다.

  • 인터럽트 — 특정 이벤트가 발생했을 때만 CPU가 반응하도록
  • RTOS — 여러 작업을 시분할로 나눠 실행 (ESP32는 FreeRTOS가 기본 탑재)

마무리

취미로 ESP32를 쓴다면 setup에 초기화, loop에 반복 동작을 넣는 것만 알아도 충분하다.

하지만 조금 더 나아가려면 이 구조가 왜 이렇게 설계됐는지, 내부에서 어떤 순서로 실행되는지를 이해하는 게 도움이 된다. 특히 delay() 대신 인터럽트나 타이머를 쓰기 시작하면, 결국 이 실행 구조를 알고 있어야 제대로 활용할 수 있다.