痞子衡嵌入式：飛思卡爾i.MX RT系列微控制器啟動篇（9）- 從Parallel NOR啟動
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Parallel NOR啟動。
上一篇講i.MXRT從Raw NAND啟動的文章 飛思卡爾i.MX RT系列微控制器啟動篇（8）- 從Raw NAND啟動 一經放出，深入廣大網友喜愛，短時間內閱讀量飆升，這讓痞子衡深入鼓舞，所以趁熱打鐵繼續把從Parallel NOR啟動也順便一起講了，為什麽說是順便呢？因為Parallel NOR與Raw NAND都是並行接口，屬於同一門派，且這兩種外存設備在i.MXRT內部是通過同一IP（SEMC）實現底層接口通信的，所以了解了Raw NAND啟動，再來看Parallel NOR啟動會覺得簡單很多。話不多說，開講。
一、支持的Parallel NOR
依舊開門見山，i.MXRT支持加載啟動的主要是兼容CFI標準且內置EPSCD命令集的ADM SLC Parallel NOR，至於數據線寬度，x8,x16都支持；關於時鐘模式，i.MXRT105x/i.MXRT102x僅支持Asynchronous，i.MXRT106x既支持Asynchronous也支持Synchronous。關於Parallel NOR基本知識請先看一下痞子衡的另一篇文章 並行接口NOR標準(CFI)及SLC Parallel NOR簡介。
Parallel NOR廠商非常多，對應Parallel NOR芯片型號也很多，如果你在選型時不確定到底該為i.MXRT選擇哪一款Parallel NOR時，可選用下面三款芯片，痞子衡均實測過：
Micron MT28EW128ABA1LPC-0SIT （x8/x16 bits, 32B Page/128KB Block/128Mb Device, Non-ADM, Asynchronous） Winbond W29GL128CH9T （x8/x16 bits, 64B Page/128KB Sector/128Mb Device, Non-ADM, Asynchronous） Spansion S29GL128S90TFI020 （x16 bits, 512B Page/128KB Sector/128Mb Device, Non-ADM, Asynchronous）
Note: ADM即地址線與數據線復用，為了減少pin腳，有些Parallel NOR芯片會將低bit地址線與數據線復用，但目前市面上主流Parallel NOR芯片還是Non-ADM（即地址與數據是不復用的）居多，i.MXRT雖不能直接連接Non-ADM NOR芯片，但在i.MXRT與Non-ADM NOR芯片之間使用一片74系列鎖存器橋接一下便能正常工作。
二、Parallel NOR硬件連接
確定了Parallel NOR芯片選型後，底下便進入Parallel NOR硬件電路設計及與i.MXRT的信號連接環節：
i.MXRT對於Parallel NOR的底層接口支持是通過內部SEMC這個IP實現的，SEMC最多能支持五種設備（SDRAM, NAND, NOR, SRAM, 8080 Display），但SEMC接口信號是復用的，所以同一時刻僅能支持一種設備。下表是SEMC接口復用表，關於NOR接口信號，需要特別說一下的是CE#信號和地址線寬度，從表中我們可以看到NOR的CE4#信號有6個，即有6種配置選擇，但i.MXRT BootROM固定選擇的是SEMC_CSX[0]，至於地址線寬度，SEMC本身最大可支持28bits地址寬度，但是i.MXRT BootROM裏最大只支持24bits地址寬度（即A0-A23，最大128Mb），這2點在設計NOR硬件連接時需要特別註意。
Note: 對於小容量Paralle NOR芯片（比如512KB，地址線A0-A18），i.MXRT當然也可以支持，SEMC未用的地址線（此處為A19-A23）可不用管。
如下是典型的NOR硬件連接設計，示例NOR芯片是MT28EW128ABA1LPC-0SIT，該NOR芯片為Non-ADM，所以我們使用了一片74ALVT16373鎖存器橋接了一下，當WEIM_ADV_B信號為高電平時，鎖存器Dx會輸出給Qx，即此時WEIM_DATA[15:0]作為地址線輸出給A[15:0]，而WEIM_ADV_B信號為低電平時，WEIM_DATA[15:0]就是數據線（即此處WEIM_ADV_B作為ADV#信號是高有效，這在後續配置NOR eFUSE時會涉及到）。
三、Parallel NOR加載啟動過程
確保Parallel NOR硬件相關設計無誤之後，底下便是下載更新Bootable Image進Parallel NOR以供BootROM加載啟動了，在下載Bootable image之前有必要先了解Parallel NOR的加載啟動過程：
痞子衡在啟動系列文章的第六篇 飛思卡爾i.MX RT系列微控制器啟動篇（6）- Bootable image格式與加載(elftosb/.bd) 裏的最後已經介紹過non-XIP image加載啟動過程，但實際上那個過程主要適用於存儲在外部NAND Flash中Bootable image加載啟動，對於存儲在外部Parallel NOR的Bootable image而言有一些區別，我們知道NOR Flash是支持XIP執行的，所以從NOR啟動有兩種選擇，一種是Non-XIP，另一種是XIP。
對於Non-XIP啟動而言，其基本流程與第六篇裏介紹的non-XIP image加載啟動過程類似，只有兩點區別，第一個區別是存儲在NOR Flash裏的Bootable image中IVT偏移地址是固定在0x1000（對於NAND Flash，偏移固定是0x400）；第二個區別是BootROM加載initial image的大小為12KB（對於NAND Flash，initial image是4KB），且這個initial image的加載不需要經過OCRAM緩存，BootROM是直接從NOR對應的SEMC map region去獲取的。
對於XIP啟動而言，其基本流程與non-XIP image加載啟動過程差異就比較大了，因為整個Bootable image都不需要搬運，BootROM直接從NOR對應的SEMC map region去獲取IVT,BootData,Application，而BootROM中分配給SEMC NOR的XIP空間為0x90000000 - 0x90FFFFFF，所以XIP執行的Application需要鏈接在這個空間裏。
有了前面的背景知識，NOR的加載啟動過程便是上電之後，BootROM先從NOR起始地址處加載initial image數據（12KB），再根據initial image裏的IVT獲取Application起始地址，如Application地址是鏈接在SRAM裏，便認為這是個Non-XIP Application，然後再將Application拷貝到相應SRAM裏去啟動；如Application地址是鏈接在SEMC NOR XIP空間裏，則不需要拷貝，直接原地XIP執行啟動。
四、下載Application進Parallel NOR
理解了Parallel NOR加載啟動過程，我們便可以開始使用Flashloader下載Application進Parallel NOR芯片中：
痞子衡在啟動系列文章的第四篇 飛思卡爾i.MX RT系列微控制器啟動篇（4）- Flashloader初體驗(blhost) 和第六篇 飛思卡爾i.MX RT系列微控制器啟動篇（6）- Bootable image格式與加載(elftosb/.bd) 裏分別介紹了Flashloader的基本使用以及如何將你的Application制作成Bootable image，但那裏面制作的Bootable image主要是用於NAND啟動，而對於NOR啟動，其用於生成Bootable image的BD文件稍有不同。
先來看Non-XIP的情況，下面是一個Non-XIP的BD文件示例，ivtOffset必須設0x1000，因為startAddress = 0x8000, initialLoadSize = 0x3000，所以Application只讀段應從0xb000處開始鏈接：
options {
flags = 0x00;
# Note: This is an example address, it can be any non-zero address in ITCM region
startAddress = 0x8000;
ivtOffset = 0x1000;
initialLoadSize = 0x3000;
# Note: This is required if the default entrypoint is not the Reset_Handler
# Please set the entryPointAddress to Reset_Handler address
// entryPointAddress = 0xd531;
}
sources {
elfFile = extern(0);
}
section (0)
{
}再來看XIP的情況，下面是一個XIP的BD文件示例，ivtOffset也必須設0x1000，因為startAddress = 0x90000000, initialLoadSize = 0x3000，所以Application只讀段應從0x90003000處開始鏈接：
options {
flags = 0x00;
startAddress = 0x90000000;
ivtOffset = 0x1000;
initialLoadSize = 0x3000;
# Note: This is required if the default entrypoint is not the Reset_Handler
# Please set the entryPointAddress to Reset_Handler address
// entryPointAddress = 0x90005531;
}
sources {
elfFile = extern(0);
}
section (0)
{
} 假定你已經制作好Bootable image並且使用blhost工具與Flashloader建立了基本通信，正要開始將Bootable image下載進Parallel NOR。
與Raw NAND啟動一樣，Parallel NOR也支持configuration block，只不過configuration block對於BootROM啟動而言不是必需的，configuration block必須放在NOR Flash起始地址處，下面是其結構原型（如果你還有印象的話，你會發現它跟Raw NAND的semc_nand_config_t很像），如果想使能configuration block，你需要手動創建這256bytes數據，並且用其覆蓋bootable image的前256bytes，在本文裏暫不使能configuration block。
#define SEMC_NOR_INIT_IMG_SIZE (12u * 1024)
#define SEMC_NOR_MAX_SIZE (16U * 1024 * 1024)
#define SEMC_MEM0_BASE (0x80000000u)
#define SEMC_MEM1_BASE (0x90000000u)
#define SEMC_MEM2_BASE (0xA0000000u)
#define SEMC_MEM3_BASE (0xC0000000u)
#define SEMC_MEM_NOR_AXI_BASE SEMC_MEM1_BASE
typedef struct __semc_nor_config
{
semc_mem_config_t memConfig; //!< [0x000-0x04f]
uint8_t vendorType; //!< [0x050-0x050]
uint8_t acTimingMode; //!< [0x051-0x051]
uint8_t deviceCommandSet; //!< [0x052-0x052]
uint8_t reserved0[77]; //!< [0x053-0x09f]
uint32_t pageSizeInBytes; //!< [0x0a0-0x0a3]
uint32_t blockSizeInBytes; //!< [0x0a4-0x0a7]
uint32_t blockCount; //!< [0x0a8-0x0ab]
uint32_t reserved1[21]; //!< [0x0ac-0x0ff]
} semc_nor_config_t;前面鋪墊了這麽多，終於來到關鍵地方了，到底怎麽樣將Bootable image數據下載進Parallel NOR中呢？當然還是靠Flashloader工具，我們只需要提供簡化的4byte配置數據即可。下面是一種Application下載更新示例（該示例適用於第二節裏介紹的NOR硬件連接）：
// 在SRAM裏臨時存儲Parallel NOR配置數據
blhost -p COMx -- fill-memory 0x2000 0x4 0xD0000600 (Configure to CSX0, ADV high active, 16bits IO, safe AC timing mode)
// 使用Parallel NOR配置數據去配置Parallel NOR接口
blhost -p COMx -- configure-memory 0x8 0x2000在上述示例裏痞子衡首先使用了fill-memory命令在0x2000地址處暫存了4byte配置數據，然後通過config-memory將這4byte數據裏的信息配置到Flashloader的Parallel NOR接口中，實際上這2個命令成功執行後，你就可以開始使用Flashloader下載Bootable image了。那麽這4byte配置數據到底是怎麽組織的？詳見下表：
從上表我們可以知道，其實這4byte數據提供的配置信息主要是NOR配置，這4byte裏真正需要註意的只有兩個地方（ADV# Polarity、Data Port Size），其余可用固定配置。
configure-memory命令執行成功之後，底下image的下載很簡單，只需要將Bootable image從SEMC NOR起始map地址開始下載即可，具體步驟如下：
// 擦除Parallel NOR並將image下載進Parallel NOR
blhost -p COMx -- flash-erase-region 0x90000000 0x20000
blhost -p COMx -- write-memory 0x90000000 ivt_image.binNote: 實測發現，RT1050 Flashloader 1.1裏使用USB接口去下載Parallel NOR會報kStatus_SemcNOR_ProgramVerifyFailure錯誤，而使用UART接口下載則正常，應該是USB下載對NOR的支持有缺陷，期望在後續版本的Flashloader裏修復這個問題。
Bootable image下載成功之後，我們可以試著用read-memory從NOR芯片裏讀回IVT,BootData,Application確認一下，Bootable image起始地址在0x90000000，那麽IVT,BootData應該在0x90001000，Application應該在0x90003000：
Non-XIP Bootable image讀回情況如下，檢查初始PC可知其鏈接在SRAM空間
XIP Bootable image讀回情況如下，檢查初始PC可知其鏈接在SEMC NOR map空間
Note: 如果Application是XIP在SEMC NOR空間，其時鐘初始化代碼不能覆蓋BootROM裏對於SEMC的相關配置，否則XIP可能會失敗。
至此，Application的下載工作便結束了。
五、進入Parallel NOR啟動模式
Application已經被成功下載進Parallel NOR芯片之後，此時我們便可以開始設置芯片從Parallel NOR啟動：
在進入Boot Device選擇之前，你首先需要確定BOOT_MODE[1:0]=2‘b00，即芯片處於Boot From Fuses模式，並且將BT_FUSE_SEL（eFUSE偏移0x460處的32bit配置數據的bit4）燒寫為1‘b1，這裏看不懂的朋友請溫習痞子衡前面的文章 飛思卡爾i.MX RT系列微控制器啟動篇（2）- Boot配置(BOOT Pin/eFUSE)。
設置好正確Boot模式後，再來選擇Boot Device，，你還需要將BOOT_CFG1[7:4]（eFUSE偏移0x450處的32bit配置數據的bit7:4）燒寫成4‘b0001，此時便進入了從SEMC NOR啟動模式。
如果想確保i.MXRT芯片一定正在從Parallel NOR啟動，可在芯片上電時使用Jlink調試器或者借助Flashloader讀取芯片內部2個寄存器的值，這2個寄存器分別是SRC_SBMR1/2, 我們設的關於啟動模式的BOOT_MODE pins/BOOT_CFG pin/eFUSE偏移0x450配置值在上電時會自動加載到SRC_SBMR1/2寄存器裏，BootROM主要是根據SRC_SBMR1/2寄存器的值來判斷啟動模式的。
PS: BOOT_MODE[1:0]也可以設為2‘b10，即芯片處於Internal Boot模式，此時需要確保BT_FUSE_SEL（eFUSE偏移0x460處的32bit配置數據的bit4）為1‘b0和BOOT_CFG1[7:4]這四個pin的輸入狀態設為4‘b0001。
六、配置eFUSE啟動Parallel NOR
設置好芯片啟動模式是從Parallel NOR啟動之後，我們還需要最後關註一下與Parallel NOR相關的具體特性配置：
你應該記得我們在使用Flashloader下載Application的時候提供過4bytes的NOR配置數據，這4bytes的NOR配置數據是為了讓Flashloader能夠正確初始化Parallel NOR接口去訪問NOR芯片（主要是寫Bootable image），同樣BootROM上電也需要初始化Parallel NOR接口去訪問NOR芯片（主要是讀Bootable image），所以BootROM也需要類似這4bytes NOR配置數據，而BootROM的NOR配置便放在如下的eFUSE區域裏：
七、幾個註意事項
- 市面上Parallel NOR從內置命令集角度分為兩大類，一類是以Micron MT28EW系列為代表的EPSCD命令集，另一類是以Micron MT28GU為代表的SFMCD命令集，BootROM本身對於這兩類NOR芯片都是支持的，但Flashloader目前只支持內置EPSCD命令集的NOR芯片。
至此，飛思卡爾i.MX RT系列MCU的Parallel NOR啟動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（9）- 從Parallel NOR啟動