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痞子衡嵌入式:飛思卡爾i.MX RT系列微控制器啟動篇(2)- Boot配置(BOOT_CFG Pin/eFUSE)

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  大家好,我是痞子衡,是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是飛思卡爾i.MX RT系列MCU的Boot配置

  在上一篇文章 飛思卡爾i.MX RT系列微控制器啟動篇(1)- Boot簡介 裏痞子衡為大家介紹了Boot基本原理以及i.MXRT Boot方式簡介。今天痞子衡就來重點聊一聊i.MXRT Boot方式具體由哪些配置決定的。

  無論是什麽芯片裏的BootROM,其最核心的功能無非兩個:一、從存放Application的存儲器中加載執行;二、通過支持的通信接口接收來自Host的Application數據完成更新,所以Boot配置也主要圍繞這兩個核心功能。

一、Boot行為模式選擇

  BOOT_MODE[1:0] pin是決定i.MXRT Boot行為的最頂層配置,但是與前面介紹的Kinetis/LPC/STM32 Boot Mode配置不同的是,i.MXRT上電永遠是從ROM裏開始啟動,此處的BOOT_MODE[1:0]決定的僅是BootROM程序的不同行為模式(執行代碼分支),而Kinetis/LPC/STM32 Boot Mode側重的是決定CPU從ROM還是FLASH裏啟動。

1.1 BOOT_MODE[1:0] Pinout

  下表是BOOT_MODE相關pinout信息,可在參考手冊的External Signals and Pin Multiplexing章節中找到。

  i.MXRT105x pinout:
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  i.MXRT102x pinout:
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1.2 BMOD[1:0]三種模式

  BOOT_MODE[1:0] pin狀態是在POR_B pin上沿時被自動采樣存儲在芯片內部的寄存器SRC->SBMR2[25:24]中的,這兩個bit也叫BMOD[1:0],BootROM其實是根據BMOD[1:0]的值來決定Boot行為的。(註意:如果改變了BOOT_MODE[1:0] pins的輸入狀態而使用ONOFF pin(RESET_B)去軟復位,Boot行為並不會改變,因為BMOD[1:0]值並未改變)。
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  從上述Boot MODE pin settings表中我們可以知道,除了BMOD[1:0]=2‘b11這種情況是reserved之外,其余三種情況對應三種Boot行為,痞子衡為大家逐一分析,先從最簡單的行為模式(Serial Downloader)說起。

1.2.1 Serial Downloader模式

  Serial Downloader模式顧名思義即串行下載模式,在這種模式下,BootROM通過指定的USB或者UART口來接收來自Host(恩智浦提供了上位機工具sdphost.exe或者mfgtool)的Application數據,並將數據存儲在SRAM中執行,這種模式其實就是從SRAM啟動,但是如果用這種模式去Boot Application缺點很明顯,每次上電都需要將Application重新下載進SRAM,無法做到脫機自動Boot,所以顯然這種模式的主要目的並不是從SRAM啟動Application,那它到底有什麽用?
  其實Serial Downloader模式主要是用來從SRAM中啟動Flashloader,恩智浦官方提供了Flashloader程序,Flashloader程序可以用來將你的Application下載進i.MXRT支持的所有外部非易失性存儲器中,為後續從外部存儲器啟動做準備。除此以外Serial Downloader模式還可以用來燒寫Fuse。
  關於Serial Downloader模式以及Flashloader具體如何應用,痞子衡會在下一篇文章裏進一步介紹。

1.2.2 Boot From Fuses模式

  Boot From Fuses模式從名字來看其實會讓人誤解,這個模式並不是從Fuse裏加載Application啟動的意思,而是根據Fuse裏的一些Boot配置值來決定從哪個外部存儲器Boot。Fuse是i.MXRT裏一塊特殊的存儲區域,用於存放全部芯片配置信息,其中有一部分配置信息和Boot相關。
  在參考手冊Fusemap這一章節,可以看到完整的Fuse Map表,其中偏移0x460處的32bit配置數據的bit7是BT_FUSE_SEL,這個bit至關重要,決定了Boot From Fuses模式的主要行為,具體表現如下:

  • BT_FUSE_SEL=0:表明所有外部存儲器中均沒有Application,此時Boot From Fuses模式等同於Serial Downloader模式。
  • BT_FUSE_SEL=1:表明有外部存儲器中存在有效Application,此時BootROM會根據Fuse中其他Boot配置信息進一步選擇指定的外部存儲器(Boot Device)去Boot。

  關於Fuse中其他Boot配置信息,文章後面痞子衡會繼續講。

1.2.3 Internal Boot模式

  Internal Boot模式其實跟Boot From Fuses模式(BT_FUSE_SEL=1時)很類似,只是這個模式下BT_FUSE_SEL的意義有點不同,具體表現如下:

  • BT_FUSE_SEL=0:BootROM完全根據Fuse中Boot配置信息選擇指定的Boot Device去Boot。
  • BT_FUSE_SEL=1:BootROM根據BOOT_CFG[x:0] pins和Fuse中Boot配置綜合決定Boot Device,其中BOOT_CFG[x:0] pins的配置會覆蓋Fuse中意義相同的Boot配置信息。

  我們可以通過更改BOOT_CFG[x:0] pins輸入狀態來切換Boot配置,這部分Boot配置在Fuse裏也同樣存在,但是使用BOOT_CFG[x:0]來更改Boot配置顯然比燒寫Fuse更方便快捷(也可以認為BOOT_CFG[x:0]主要用於產品開發過程中,待產品開發結束後,應直接用Fuse來鎖定Boot配置)。關於BOOT_CFG[x:0] pin具體提供哪些Boot配置,文章後面痞子衡會繼續講。

二、Boot Device類型選擇

  前面痞子衡講了,無論是Boot From Fuses模式還是Internal Boot模式,最終目的都是為了選擇合適的Boot Device加載啟動,那麽Boot Device到底如何確定?主要取決於BOOT_CFG[x:0] pin以及Fuse裏的BOOT_CFG1位。
  BOOT_CFG[x:0] pin(在RT105x上是12bit,在RT102x上是10bit)跟Boot Device選擇相關的是BOOT_CFG[7:4]這4個bit,對應Fuse裏是偏移0x450處32bit配置數據裏的bit4-7(也叫BOOT_CFG1[7:4]),本小節主要介紹的是BOOT_CFG1[7:4]。

2.1 BOOT_CFG[x:0] Pinout

  下表是BOOT_CFG相關pinout信息,可在參考手冊的External Signals and Pin Multiplexing章節中找到。
  i.MXRT105x pinout:
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  i.MXRT102x pinout:
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2.2 BOOT_CFG1[7:4]六種Device

  BOOT_CFG1[7:4]用於選擇具體Boot Device,無論是RT105x還是RT102x,它們支持的外部存儲器種類是一樣的,但是這裏的具體配置值兩個芯片上稍稍有些區別(主要是SD和SEMC NAND不一樣)。
  下表是BOOT_CFG1[7:4]具體配置值信息,可在參考手冊的Fusemap章節中找到。
  i.MXRT105x device selection:
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  i.MXRT102x device selection:
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三、Boot Device具體配置

  當Boot Device已經確定之後,底下就是配置該Device具體屬性了。假設我們選擇了Serial NOR FLASH,但是Serial NOR只是一類FLASH的統稱,市面上有非常多的Serial NOR芯片,每個芯片特性可能不完全一樣,那麽BootROM怎麽知道這些不同的Serial NOR芯片的特性呢?還是通過BOOT_CFG[x:0] pin和Fuse來指定。

3.1 BOOT_CFG[x:0]

  BOOT_CFG[x:0] pin其實是跟Fuse裏是偏移0x450處32bit配置數據裏的bit0-x是對應的。

  • BOOT_CFG[7:0] pin對應的是Fuse BOOT_CFG1[7:0]
  • BOOT_CFG[x:8] pin對應的是Fuse BOOT_CFG2[x:0]

  前面講過BOOT_CFG1[7:4]是用來確定Boot Device類型的,其余bit就是用來配置當前選擇的Boot Device的具體信息,因此不同的Boot Device,這些bit的意義是不一樣的。具體在Fuse裏統一介紹。

3.2 eFUSE map

  前面講過,Fuse是i.MXRT裏一塊特殊的存儲區域,用於存放全部芯片配置信息,其中有一部分區域分配給Boot。參考手冊的Fusemap章節中可見所有bit具體定義,這裏痞子衡僅貼出一部分用於示例:
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  從上表中我們可以看到i.MXRT105x上BOOT_CFG1,BOOT_CFG2共16bit的完整定義,除了BOOT_CFG1[7:4]前面已經介紹過之外,從其余bit的定義來看,確實是與具體Boot Device屬性相關的。
  這些Boot相關的Fuse定義,在這裏逐一解釋意義不大,需要結合具體Boot Device一起來看,痞子衡後續會在介紹每個Boot Device啟動的文章裏再進一步分析。

  至此,飛思卡爾i.MX RT系列MCU的Boot配置痞子衡便介紹完畢了,掌聲在哪裏~~~

痞子衡嵌入式:飛思卡爾i.MX RT系列微控制器啟動篇(2)- Boot配置(BOOT_CFG Pin/eFUSE)