Foreword

与ST对比,i.MXRT1xxx系列的启动方式和流程都有很大不同,对比ST来说有一部分可以说相当麻烦。

Armv7-M Address Map

一般来说 0x00000000-0x1FFFFFFF的范围程序ROM的地址,SRAM都是从0x20000000-0x3FFFFFFF开始的,一般这个空间上的RAM都是片内的RAM,之后紧接着的就是片上外设的地址。0x60000000-0x7FFFFFFF一般IMXRT系列用的外部RAM都分配在这个区域

对于ST来说官方提供了BootROM,也就是常用的ISP下载,提供了BootMode,可以选择是从官方Boot启动还是自定义启动,到了F7H7的时候,直接给了用户自定义启动地址。一般来说可以从内部Flash或者官方ROM启动,视为一级启动,即可以不借助其他设备的情况下直接启动。而SRAM或者是外部Flash启动,则是二级启动,是需要提前被写好的程序引导启动的,而不能独自完成启动。

IMXRT系列基本都是没有内部Flash的,所以他们都是二级启动,需要在执行内部Flash之前,先走一次引导程序。IMXRT也同样有BootROM,也支持ISP下载等。

IMXRT Boot启动分析

不同的芯片外接的Flash芯片不同(NOR、NAND、SD Card、eMMC等),具体的Boot程序就需要先初始化芯片,让他能读写才行。这就导致了实际使用的时候要根据不同芯片,写不同的设置。如果是NAND Flash 就需要先copy到SRAM,然后才能执行,而NOR Flash就可以直接加载执行了。

同理,如果芯片没有内部SRAM,那么所用的外部RAM就也需要初始化,不过IMXRT 都是有内部SRAM的,这个问题就可以延后考虑,等系统起来以后再去初始化外部RAM什么的。

结合不同的Boot Mode、不同的Boot CFG以及Fuse中的配置,最终芯片可以通过不同的DCD配置,实现从不同的Flash中启动。

Memory Map

存储器一般可以分成8块,每块各自还有细分

0,一般是代码存储区域,片内存储,比如bootload,ICTM

1,一般是内存存储区域,片内存储,DTCM

2,一般是各种外设,寄存器地址什么的

3,如果片内内存不够用,需要扩展,那么就接在这里

4,同理,如果有外部设备,分配在这里

5,主要是内核相关的寄存器分配位置,比如滴答定时器

6,7不太常用,跳过

细分如下

从参考手册里可以看到 0x00200000-0x00217FFF这个范围被保留了,实际上是BootROM,而他之后接着的就是ITCM区域,0x80000000-0xDFFFFFFF0x60000000-0x7F7FFFFF则是分配给外设的区域

(这个图是从野火等国内拿过来的,实际官方找不到这张图)

ROMCP是原厂的boot存储区域

RAM Bank

ITCM和DTCM以及OCRAM,三者是共享512KB的,FlexRAM机制让我们可以调整这三者所占大小。

  • 但是有一点要注意,OCRAM是必须要配置的,因为实际上BOOROM启动时也需要内存,这个部分用的就是OCRAM的,而且大小也不能小于64KB

image-20230302164945147

对应到ld文件,对于他们的分配,这里以配置0为例

/* Specify the memory areas */
MEMORY
{
  m_flash_config        (RX)  : ORIGIN = 0x60000000, LENGTH = 0x00001000
  m_ivt                 (RX)  : ORIGIN = 0x60001000, LENGTH = 0x00001000
  m_interrupts          (RX)  : ORIGIN = 0x60002000, LENGTH = 0x00000400
  m_text                (RX)  : ORIGIN = 0x60002400, LENGTH = 0x003FDC00
  /* itcm */
  m_qacode              (RX)  : ORIGIN = 0x00000000, LENGTH = 0x00020000
  /* dtcm */
  m_data                (RW)  : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 0x00020000
  /* oc ram */
  m_data2               (RW)  : ORIGIN = 0x20200000, LENGTH = 0x00040000
}

调整SRAM有两种方式,一种是烧写Fuse改变,一种是通过动态加载修改内存分配,可以立即生效,动态加载的话,这部分最好是写在Reset中,在程序搬运内存之前就完成。

这里参考痞子衡,修改了一版给gnu arm交叉编译的

Reset_Handler:
	.equ __iomux_gpr14_adr, 0x400AC038
    .equ __iomux_gpr16_adr, 0x400AC040
    .equ __iomux_gpr17_adr, 0x400AC044
    .equ __flexram_bank_cfg, 0x55555FAA

    .equ __flexram_itcm_size, 0x0       /*   0KB*/
    .equ __flexram_dtcm_size, 0x9        /* 256KB*/
    /* adjust sram */
    CPSID I                
#define FLEXRAM_CFG_ENABLE
#ifdef FLEXRAM_CFG_ENABLE
    /*分配Bank,并且激活Bank配置*/
    LDR R0,=__iomux_gpr17_adr
    LDR R1,=__flexram_bank_cfg
    STR R1,[R0]
    LDR R0,=__iomux_gpr16_adr
    LDR R1,[R0]
    ORR R1,R1,#4
    STR R1,[R0]

#ifdef FLEXRAM_ITCM_ZERO_SIZE
    /*禁掉ITCM*/
    LDR R0,=__iomux_gpr16_adr
    LDR R1,[R0]
    AND R1,R1,#0xFFFFFFFE
    STR R1,[R0]
#endif

#ifdef FLEXRAM_DTCM_ZERO_SIZE
    /*禁掉DTCM*/
    LDR R0,=__iomux_gpr16_adr
    LDR R1,[R0]
    AND R1,R1,#0xFFFFFFFD
    STR R1,[R0]
#endif

    /*调整TCM容量*/
    LDR R0,=__iomux_gpr14_adr
    LDR R1,[R0]
    MOVT R1,#0x0000
    MOV R2,#__flexram_itcm_size
    MOV R3,#__flexram_dtcm_size
    LSL R2,R2,#16
    LSL R3,R3,#20
    ORR R1,R2,R3
    STR R1,[R0]
#endif

    /* default reset handle */
    .equ    VTOR, 0xE000ED08
    ldr     r0, =VTOR
    ldr     r1, =__isr_vector
    str     r1, [r0]
    ldr     r2, [r1]
    msr     msp, r2
#ifndef __NO_SYSTEM_INIT
    ldr   r0,=SystemInit
    blx   r0
#endif

Boot Devices

可以被Boot的设备也有说明:

FLEXSPI_B接口是第二优先级,所以他不能作为启动接口

Boot Mode

一般情况下其实都是从Internal Boot启动,然后再根据选择不同有了不同走向

Boot From Fuses,Fuse中存储的是关于芯片外部存储芯片的信息,从而让芯片知道该从哪个地址启动对应的外设,从而加载应用程序。

Serial Downloader也就是一般的ISP下载,由于支持的外设Flash比较多,所以具体要根据不同设备去下载对应的固件。

Internal Boot这种方式比较像Fuse,但是他多考虑了一个Boot_CFG的配置,来决定最终启动的是什么,感觉上是产品从测试阶段转向成品时方便切换Boot配置使用的,具体的要参考手册的详细说明了。

图中还有一种特殊的方式,就是从SD启动

不同的CFG最终决定不同的Flash启动

Boot Fuse

Boot Fuse的具体配置比较复杂,根据外设的不同,Fuse中的很多设置也不一样。

比如启动设备的选择就是通过BOOT_CFG的选项中确定的,他们都是引脚直接确认,而不是烧写出来的

这里可以看出来,被映射到了哪个引脚上面。启动时会从这些引脚上获取信息

配合电路上的连接,这里就很明显了

Boot 流程

这里只说NorFlash的流程,这里是原厂BOOT ROM的启动流程

1.第一步是根据引脚启动,然后时钟设置到30Mhz(低速率,为了兼容),读取配置信息,实际是从0x60000000中读取前512字节(Flash前512字节必然是配置信息)

2.从Flash中读取到对应的配置信息以后,再进行一次配置,这次其实就是提升总线速率,加载flash驱动,让这个flash可以工作在正常工作的频率下

3.Flash已经完全可用了,这时设置程序启动的地址,内存地址等等,准备开始加载启动。

对应的Flash 512字节是什么内容:

fsl_flexspi_nor_flash.c中可以看到关于这个512字节是如何定义的

#if defined(HYPERFLASH_BOOT)    
const flexspi_nor_config_t hyperflash_config =
{
    .memConfig =
    {
        .tag = FLEXSPI_CFG_BLK_TAG,
        .version = FLEXSPI_CFG_BLK_VERSION,
        .readSampleClkSrc = kFlexSPIReadSampleClk_ExternalInputFromDqsPad,
        .csHoldTime = 3u,
        .csSetupTime = 3u,
        .columnAddressWidth = 3u,
        // Enable DDR mode, Wordaddassable, Safe configuration, Differential clock
        .controllerMiscOption = (1u << kFlexSpiMiscOffset_DdrModeEnable) |
                                (1u << kFlexSpiMiscOffset_WordAddressableEnable) |
                                (1u << kFlexSpiMiscOffset_SafeConfigFreqEnable) |
                                (1u << kFlexSpiMiscOffset_DiffClkEnable),
        .sflashPadType = kSerialFlash_8Pads,
        .serialClkFreq = kFlexSpiSerialClk_133MHz,
        .sflashA1Size = 64u * 1024u * 1024u,
        .dataValidTime = {16u, 16u},
        .lookupTable =
            {
                // Read LUTs
                FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_DDR, FLEXSPI_8PAD, 0xA0, RADDR_DDR, FLEXSPI_8PAD, 0x18),
                FLEXSPI_LUT_SEQ(CADDR_DDR, FLEXSPI_8PAD, 0x10, DUMMY_DDR, FLEXSPI_8PAD, 0x06),
                FLEXSPI_LUT_SEQ(READ_DDR, FLEXSPI_8PAD, 0x04, STOP, FLEXSPI_1PAD, 0x0),
            },
    },
    .pageSize = 512u,
    .sectorSize = 256u * 1024u,
    .blockSize = 256u * 1024u,
    .isUniformBlockSize = true,
};

#else
const flexspi_nor_config_t Qspiflash_config =
{
    .memConfig =
    {
        .tag = FLEXSPI_CFG_BLK_TAG,
        .version = FLEXSPI_CFG_BLK_VERSION,
        .readSampleClkSrc = kFlexSPIReadSampleClk_LoopbackInternally,
        .csHoldTime = 3u,
        .csSetupTime = 3u,
        .deviceModeCfgEnable = true,
        .deviceModeType = 1,//Quad Enable command
        .deviceModeSeq.seqNum = 1,
        .deviceModeSeq.seqId = 4,				
        .deviceModeArg = 0x000200,//Set QE
        .deviceType = kFlexSpiDeviceType_SerialNOR,
        .sflashPadType = kSerialFlash_4Pads,
        .serialClkFreq = kFlexSpiSerialClk_100MHz,//80MHz for Winbond, 100MHz for GD, 133MHz for ISSI
        .sflashA1Size = 4u * 1024u * 1024u,//4MBytes
        .dataValidTime = {16u, 16u},
        .lookupTable =
        {
//         //Fast Read Sequence
//         [0]  = FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x0B, RADDR_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x18),
//         [1]  = FLEXSPI_LUT_SEQ(DUMMY_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x08, READ_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x08),
//         [2]  = FLEXSPI_LUT_SEQ(JMP_ON_CS, 0, 0, 0, 0, 0),
           //Quad Input/output read sequence
           [0] = FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0xEB, RADDR_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0x18),
           [1] = FLEXSPI_LUT_SEQ(DUMMY_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0x06, READ_SDR, FLEXSPI_4PAD, 0x04),
           [2] = FLEXSPI_LUT_SEQ(0, 0, 0, 0, 0, 0),
           //Read Status
           [1*4] = FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x05, READ_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x04),
           //Write Enable
           [3*4] = FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x06, STOP, 0, 0),
           //Write status
           [4*4] = FLEXSPI_LUT_SEQ(CMD_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x01, WRITE_SDR, FLEXSPI_1PAD, 0x2),
	 },
    },
    .pageSize = 256u,
    .sectorSize = 4u * 1024u,
};

#endif

接着就是Image相关的内容,比如向量表、程序所在位置以及可能的外设配置和驱动

这里前三个数据都存在fls_flexspi_nor_boot.c

/************************************* 
 *  IVT Data 
 *************************************/
typedef struct _ivt_ {
    /** @ref hdr with tag #HAB_TAG_IVT, length and HAB version fields
     *  (see @ref data)
     */
    uint32_t hdr;
    /** Absolute address of the first instruction to execute from the
     *  image
     */
    uint32_t entry;
    /** Reserved in this version of HAB: should be NULL. */
    uint32_t reserved1;
    /** Absolute address of the image DCD: may be NULL. */
    uint32_t dcd;
    /** Absolute address of the Boot Data: may be NULL, but not interpreted
     *  any further by HAB
     */
    uint32_t boot_data;
    /** Absolute address of the IVT.*/
    uint32_t self;
    /** Absolute address of the image CSF.*/
    uint32_t csf;
    /** Reserved in this version of HAB: should be zero. */
    uint32_t reserved2;
} ivt;

const ivt image_vector_table = {
  IVT_HEADER,                         /* IVT Header */
  0x60002000,                         /* Image  Entry Function */
  IVT_RSVD,                           /* Reserved = 0 */
  (uint32_t)DCD_ADDRESS,              /* Address where DCD information is stored */
  (uint32_t)BOOT_DATA_ADDRESS,        /* Address where BOOT Data Structure is stored */
  (uint32_t)&image_vector_table,      /* Pointer to IVT Self (absolute address */
  (uint32_t)CSF_ADDRESS,              /* Address where CSF file is stored */
  IVT_RSVD                            /* Reserved = 0 */
};

boot data 主要是定义了flash启动的空间和大小

const BOOT_DATA_T boot_data = {
  FLASH_BASE,                 /* boot start location */
  (FLASH_END-FLASH_BASE),     /* size */
  PLUGIN_FLAG,                /* Plugin flag*/
  0xFFFFFFFF  				  /* empty - extra data word */
};

dcd数据比较多,关系到各种外设的初始配置,特别是RAM,建议直接使用工具生成

const uint8_t dcd_sdram[1072] = {
	/*0000*/ 0xD2,
    0x04,
    0x30,
    0x41,
    0xCC,
    0x03,
    0xAC,
    0x04,
    0x40,
    0x0F,
    ...
}

Summary

到这里基本整体的启动流程就看完了,这部分是NXP和ST不同的地方,至于分散加载什么的已经分析过了

Quote

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