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標題: 迅為i.MX6ULL開發板啟動方式和鏡像文件格式 [打印本頁]

作者: 落風 時間: 2020-6-10 10:09
標題: 迅為i.MX6ULL開發板啟動方式和鏡像文件格式

L i.MX6ULL 啟動方式啟動方式

I.MX6ULL 支持多種啟動方式，可以從 EMMC、SD 卡、NAND FLASH、USB、QSPI 等設備啟動。通過查看《IMX6ULL 參考手冊.pdf》手冊的第 8 章 System Boot，可我們可以了解到 i.MX6ULL 在上電以后，芯片 ROM里面固化的程序會根據 BOOT_MODE[1:0]寄存器的值來選擇啟動方式。

BOOT_MODE[1:0]寄存器的值有兩種方式可以修改：一種是采用 eFuses（熔絲）的方式；另一種是是通過設置 BOOT_MODE[1:0]對應的 GPIO 的狀態。我們在平常使用的時候基本都是采用設置 BOOT_MODE[1:0]對應的 GPIO 狀態來選擇啟動方式的。

BOOT_MODE[1:0]對應的 GPIO 引腳是 BOOT_MODE1 和 BOOT_MODE0，如下圖所示：

BOOT_MODE1 和 BOOT_MODE0 這兩個引腳在芯片內部默認有 100K 的下拉，所以這兩個引腳在懸空狀態下默認是低電平（0）。我們把這兩個引腳引到了底板上，并連接到了撥碼開關上，撥碼開關對應的另一端通過 10K 電阻接到了 3.3V 電源上，這樣我們可以通過撥碼開關來設置這兩個 IO 的狀態了（高電平或低電平）。如下圖所示：

從上面的截圖我們,可以看到如果我們要設置 BOOT1 和 BOOT0 為高電平我們需要將對應的撥碼開關設置到“ON”位置，這樣就通過 10K 電阻上拉到 3.3V，芯片內部有 100K 的下拉，所以此時這兩個 IO 的電平是：100/(10+100)*3.3V=3V，屬于高電平。

從參考手冊我們看到 BOOT_MODE[1:0]兩個 IO 可以設置四種狀態，對應著四種啟動方式，如下圖所示：

從上圖可以看到 BOOT_MODE[1:0]：設置為 00 的時候從 Fuses 啟動，設置為 01 的時候串行下載，設置為 10 的時候內部 Boot 模式，設置為 11 作為保留使用。我們用到的是“串行下載”和“內部 Boot”模式這兩種。

首先我們來看下“串行下載”，它是指可以通過 USB 接口（板子的 OTG1 接口）將代碼下載到板子上然后運行。通過此方式我們可以實現開發板鏡像的燒寫（我們將在后面章節介紹具體的燒寫方法）。

然后我們看下“內部 Boot 模式”，它是指在此種模式下，芯片會執行內部 ROM 里面固化的 boot 程序。這段程序會進行硬件的初始化，然后從 Boot 設備（EMMC、SD 卡、NAND FLASH）中讀取出鏡像到內存中。如果在“內部 Boot 模式”運行過程中發生錯誤，則會進入“串行下載模式”。

當 BOOT_MODE 設置為“內部 Boot 模式”后，i.MX6ULL 可以從 SPI，EIM，NOR，SD，MMC，QSPI 等設備啟動，同時也可以配置相應的參數（例如 SD 的總線寬度，速度等等）。啟動設備和對應的參數我們可以使用 eFUSEs 的方式設置，也可以通過 GPIO 來配置（我們主要使用 GPIO 的方式）。下面我們來看一下如何通過 GPIO 設置啟動設備。

從參考手冊我們可以看到啟動設備主要通過三組 IO 來設置，他們分別是 BOOT_CFG1[7:0]，

BOOT_CFG2[7:0]，BOOT_CFG4[7:0]這三組 IO。如下圖所示：

從上圖我們可以看到這三組決定啟動設備的 IO 正好用到的 RGB 的 24 根數據 IO，在 i.MX6ULL 芯片剛開始上電的時候這 24 個 IO 先作為“選擇啟動設備”的功能來使用，在 ROM 中的固化程序把啟動鏡像從啟動設備加載到內存，并開始從啟動鏡像（Uboot）開始運行的時候，這 24 個 IO 就可以當做 RGB 來使用了。

現在我們來總結一下，i.MX6ULL 啟動流程：首先根據 BOOT_MODE 的兩個 IO（BOOT_MODE1，BOOT_MODE0）先確定啟動方式，如果是串行下載模式，就會進入 USB 啟動模式。如果是“內部 Boot”啟動方式，然后就根據 BOOT_CFG1，BOOT_CFG2，BOOT_CFG4 這三組 IO 的配置來決定從哪種設備啟動（讀取啟動鏡像到內存，并開始啟動）。

接下來我們看下 BOOT_CFG1，BOOT_CFG2，BOOT_CFG4 這三組 IO 是怎么配置啟動方式的，在我們的底板原理圖上有如下圖表：

上圖中最左側一列是支持的啟動設備，后面的每一列分別對應 BOOT_CFG 的 IO，我們可以看到決定啟動方式的是由 BOOT_CFG1 和 BOOT_CFG2 這兩組 IO 決定。打擊愛也許覺得這么多 IO 需要配置，操作起來太麻煩了，實際上這些 IO 中大部分都是默認下拉的，需要配置的只有 6 個，從我們的原理圖可以看到（因為我們用了一個 8 位的撥碼開關，其中有兩位是 BOOT_MOD 的），如下圖所示：

從上面的原理圖我們可以看到 8 位的撥碼開關一端上拉到 3.3V，另一端分別接到了 BOOT_MODE1，BOOT_MODE0，BOOTCFG2[3]，BOOTCFG1[3]，BOOTCFG1[4]，BOOTCFG1[5]，BOOTCFG1[6]，BOOTCFG1[7]。所以我們設置啟動方式，只需要修改這 8 位（有兩位是 BOOT_MODE）IO 的狀態，我們看下負責啟動方式的這 6 個 IO 的含義，如下表所示：

根據上面的表格，我們設置開發板分別從串行下載，EMMC，SD 卡，NAND FLASH 啟動的時候，可以按照下面的表格設置，如下表：

下面是 i.MX6ULL 終結者底板上的撥碼開關書屋圖片，如下圖所示：

上圖中的 8 位撥碼，撥到上面“ON”位置就是 1，撥到下面就是“0”，8 位撥碼按照表 2.1 中的設置就可以按照對應的方式啟動

5.2 鏡像格式鏡像格式

I.MX6ULL 的鏡像文件由下面幾部分組成：

1.Image vector table 簡稱 IVT。

2.Boot data，啟動數據。

3.Device configuration data，簡稱 DCD，主要是芯片的配置信息

4.用戶代碼生成的執行文件。比如 uboot 等。

所以 i.MX6ULL 的鏡像組成為：IVT+Boot Data+DCD+用戶程序。

我們首先看下 IVT 部分：它里面包含了程序的入口點，一個指向設備配置數據（DCD）的指針，以及其他在啟動過征中程被 ROM 固化程序用到的指針。IVT 被存儲在啟動設備固定的位置（但是不同的啟動設備保存的位置可能會不一樣）。IVT 在鏡像文件的最前面，下圖是不同啟動設備，IVT 所在的位置偏移（相對于設備首地址）：

這里我們以 EMMC 為例，從上表可以看出他的偏移是 1Kbyte（1024 字節），假設 EMMC 的每個扇區是 512字節，那么我們的 IVT 要從第三個扇區開始保存。我們從《IMX6ULL 參考手冊.pdf》的 8.7.1.1 章節可以看到IVT 的數據格式如下圖所示：

其中的 Tag 是一個字節設置為 0xD1，length 是 2 個字節，按照大端模式存儲，表示 IVT 的長度，對后一個Version 是版本信息，占用一個字節，通常為 0x40 或 0x41。由于《IMX6ULL 參考手冊.pdf》文檔只有 header的描述其它幾個字節的描述沒有涉及。我們可以打開編譯生成的Uboot鏡像uboot.imx查看下它里面的內容。

接下來是 Boot data，它的數據格式如下所示：

從上圖可以看出 Boot data 一共是三個字段，每個字段 32 位。

然后是 DCD，DCD 緊跟在 Boot Data 后面，IVT 里面也定義了 DCD 的位置。DCD 主要是初始化片內的寄存器。

DCD 的數據格式如下圖所示：

第一個是 Header 包頭信息，他是一個 32 位的包頭，具體定義如下所示：

Tag 占一個字節，被設置為 0xD2；Length 占兩個字節，按照大端模式存儲，表示 DCD 的區域大小（包含包頭的長度），Version 占一個字節，設置為 0x40 或 0x41。

Header 后面的是 CMD 配置寄存器的字節，每個 CMD 的結構如下圖所示：

CMD 域的第一個是 Tag，占一個字節，設置為 0xcc；然后是 Lehgth 占兩個字節，按照大端模式存儲，表示該 CMD 的長度（包含 CMD 的包頭），Parameter 占一個字節，這個字的每個為含義如下圖所示：

上圖中的 bytes 表示目標位置寬度，單位為 byte，可以設置為 1，2，4 字節。Flags 是命令控制標志位。

然后 CMD 域后面的是 Address 和 Value/Mask。這兩個分別是要初始化的寄存器地址，設置的值。

緊接著 DCD 的就是我們的程序生成的.bin 文件。至此關于 i.MX6ULL 鏡像的組成格式我們就分析完成了。只是看上面的介紹大家也許感覺到會很枯燥，接下來我們結合 uboot.imx 鏡像，來一起看看這些數據的組織格式。我們使用 winhex 軟件（在光盤資料的“i.MX6UL 終結者光盤資料\02_開發所需軟件”目錄下面）打開光盤資料的“i.MX6UL 終結者光盤資料\06_開發板系統鏡像\uboot\emmc\u-boot.imx”文件，如下圖所示：

從上圖可以看出是按照小端方式顯示的，我們首先把前面 44 個字節按照 4 個字節一組的方式組合在一起就

是：0x402000D1，0x87800000，0x00000000，0x877FF42C，0x877FF420，0x877FF400，0x00000000，0x00000000。

這 8 組數據是 IVT 的數據，我們整理成下表：

然后是 Boot Data 域，我們把接下來的 12 個字節按照 4 個字節一組的方式組合在一起就是 0x877FF000，

0x0007E000，0x00000000。我們整理成下表所示：

從上面的表格我們可以看到 DCD 主要做了下面的配置：

1. 使能所有外設的時鐘。

2. 配置 DDR3 所用的所有 IO。

3. 配置 MMDC 控制器，初始化 DDR3。

關于 i.MX6ULL 的啟動流程和啟動鏡像文件格式我們就介紹到這里。通過本章的講解我們可以掌握 i.MX6ULL的啟動設置了。我們編譯出的二進制.bin 文件，不能直接燒寫到 EMMC 中，需要在它前面加上 IVT，Boot Data和 DCD 這三部分的數據域。我們之中燒寫到 EMMC 的鏡像文件時：IVT+Boot Data+CDC+用戶的.bin 文件。

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