I.MX6ULL启动详解:Boot配置、Bootable image启动头的组成

发布时间:2023年12月21日

本篇文章来了解一下I.MX6ULL的启动方式,实际上之前我介绍了NXP的跨界MCU RT1170的启动方式:I.MX RT1170启动详解:Boot配置、Bootable image头的组成,两个芯片虽然一个是Cortex-M,一个是Cortex-A,但是都是来源于NXP,所以有类似的BootROM代码,在启动的引导方式上是类似的,下面就来详细介绍一下。

1 基础知识

1、BootROM

在上电后,会执行一段固定的BootROM程序,这段程序是由NXP官方写好的,主要是用来根据用户提供的信息对镜像进行引导。比如说用户希望将代码从Nand/EMMC/SD拷贝到SDRAM执行、用户希望上电时能初始化好SDRAM…这都可以交给BootROM完成。

2、image头

那BootROM要怎么知道用户希望做哪些初始化呢?我们就需要在编译出来的.bin文件的开头添加一些头信息,以提供给BootROM,让它知道如何引导程序启动。

3、eFuse

eFuse顾名思义就是熔丝,它的状态只能由0转为1,这是不可逆的。比如说对于不同的启动方式来说,我们可以将手册中指定的硬件上的几个启动引脚拉高或拉低,从而表示设备会从哪里启动。对于这些,在硬件上我们飞个线或者去掉一个电阻就能更改这些启动方式了,那有什么办法可以固定这个启动方式而不被更改呢?

在eFuse中就有和几个启动引脚相对应的位,然后我们只要烧写eFuse中的BT_FUSE_SEL位,就表示以后上电就是从eFuse中对应的配置读取启动配置,而不会从硬件中读取。

2 Boot配置

2.1 BOOT_MODE

在这里插入图片描述

  • Boot From Fuses:通过熔丝的配置来Boot。如果是这种启动方式,就会根据刚刚所说的BT_FUSE_SEL来判断要不要使用eFuse的配置进行启动引导,如果想根据eFuse的配置进行启动,则需要烧写BT_FUSE_SEL位。默认BT_FUSE_SEL为0,在该模式下,会进入Serial Downloader模式。
  • Serial Downlaoder:我们可以通过串口或USB与BootROM进行通信,我们就可以根据此功能烧写一段代码到内置的RAM里然后运行,这段代码可以完成Flash的擦写、eFuse的烧写等操作。
  • Internal Boot:与Boot From Fuses模式类似,也会根据BT_FUSE_SEL位来读取配置,只是BT_FUSE_SEL为0时候的定义和Boot From Fuses不同,如果为0,则使用GPIO的配置进行引导。

2.2 BOOT_CFG配置

前面有了启动方式后,BootROM还需要知道从哪里读取代码启动,如果是从NOR Flash启动的话,那就直接在NOR Flash运行,如果是从EMMC、SD等存储设备启动,则还需要拷贝代码到SRAM/SDRAM等RAM中运行。这些都是根据BOOT_CFG来配置的。在I.MX6ULL中支持以下几种存储设备启动:

  • NOR Flash
  • NAND Flash
  • OneNAND Flash
  • SD/MMC
  • Serial (SPI) NOR Flash and EEPROM
  • QuadSPI (QSPI) Flash

BOOT_CFG引脚包括BOOT_CFGx[0]-BOOT_CFGx[7](x=1,2,3),共24个引脚。

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对于不同的启动设备来说,BOOT_CFG1[7:4]配置如下:

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至于其它的24个引脚的配置,我们不用对每个引脚都进行配置,因为在不同的启动设备下,仅需要配置个别的配置引脚,大家可以根据自己的启动设备,参考8.5 Boot Device(Internal Boot)章节中的配置。比如使用NOR Flash启动,我们只需要再配置表格中的这些引脚即可:

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  • 同样的,BOOT_CFG引脚在eFuse中也有对应的位来表示

3 Bootable image启动头

3.1 组成

既然BootROM需要引导程序,它并不知道程序中断向量表所在的位置,如果程序需要从存储设备拷贝到RAM中,那是从哪个地址拷贝到哪个地址呢?另外,前面我们有提到BootROM还可以对SDRAM等外设进行初始化,那不同的SDRAM参数不同,应该如何让BootROM知道呢?我们就可以在启动头中添加这些信息,这个启动头称为IVT(Image Vector Table)。

对于不同的启动设备来说,启动头存放的位置也不同,如下图所示:

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如下所示,包括IVT的字段,BootROM就通过这些字段将程序从Boot Device拷贝到Dest Memory。

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各个字段的含义如下:

FieldDescription
header执行镜像中第一条指令的绝对地址
reserved1保留字段,应设为0
dcd镜像DCD的绝对地址。DCD是可选的,如果不需要,则此字段可以设置为0。
boot data启动数据的绝对地址
selfIVT 的绝对地址。ROM内部使用
csf用于加密启动,不用的话设置为0
reserved2保留字段,应设为0

实际上这些字段和RT1170中的IVT启动头一模一样,这里就不做详细介绍了,可以参考I.MX RT1170启动详解:Boot配置、Bootable image头的组成。下面直接举一个实际的例子,来看看这些字段是如何配置的。

3.2 实例

3.2.1 程序结构

这里我们假设Boot Device为SD,我们希望将代码拷贝到DDR中运行。根据前面这张图,我们知道从SD启动的话整个头的大小为4KB,其中IVT的偏移为0x400。

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由下图可知,DDR的起始地址为0x80000000。

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另外I.MX6ULL属于ARMv7内核,来看一下CP15协处理器中的向量表字段:
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也就是说在ARMv7中,向量表地址的低5位有别的作用,实际上就是可以指定上电后进入的异常(默认为Reset异常)。如果低5位用不了的话,也就代表着我们的向量表地址要32位对齐。


所以我们可以这样设计镜像格式:
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最终DDR的0x80000000开始的内存内容就是以上的格式。由于我们设置了从SD启动,所以我们只需要把这整个固件放在SD中就行了,上电后BootROM会帮我们拷贝到0x80000000处,然后去运行0x80100000处的代码。

  • 由于程序放在0x80100000,所以我们在编译的时候,需要修改链接脚本的链接地址,将程序链接到0x80100000
  • 这里仅是举一个极端的情况,让大家可以更好地理解这个启动头的作用。我们完全可以把向量表放在0x80100000-0x1000的位置。否则这样的话,如果一次烧写整个镜像到SD卡,那至少要烧写0x100000的大小。同样地,BootROM拷贝也会非常慢。

3.2.2 程序镜像内容分析

(1)0~0x400:暂时没有用到,填0

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2、IVT(Image Vector Table):偏移0x400

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其中TAG为d1,IVT Length为0x20(这个字段大端表示),version为0x40,entrypoint Address(程序的链接地址或程序reset_handler的地址)为0x80100000,DCD的绝对地址为0x8000042C,Boot Data链接地址为0x80000420,IVT链接地址为0x80000400。

3、BD(Boot Data):偏移0x420

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其中镜像的绝对起始地址为0x80000000,程序镜像的大小为0x200000(2M,可以根据DDR最大的大小填写)。

4、DCD:偏移0x42C

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从0x42C开始都是DCD的配置了,实际上就是使用指定的格式来配置寄存器,比如可以配置SDRAM的寄存器,这样BootROM就能帮我们初始化好SDRAM。

  • 具体格式参考手册:8.7.2 Device Configuration Data

5、程序镜像:偏移0x100000
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最后就是我们编译出来的原始bin文件了。

文章来源:https://blog.csdn.net/tilblackout/article/details/134897905
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