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恩智浦i.MX RTxxx系列MCU的1-bit SPI NOR恢復啟動。

　　在前幾篇裡痞子衡介紹的Boot Device都屬於主動啟動的Master Boot Device（Serial(Multi-IO) NOR, SD/eMMC），試想一下如果遇到這樣的情況，你選擇啟動的某個Master Boot Device正常工作一段時間後某次開機突然因為某種未知原因無法啟動了，此時系統無法正常工作，但如果你希望系統能夠有一定的容錯/魯棒能力，即使這種場合下也能夠保證基本工作，那應該怎麼做？別擔心，i.MXRTxxx BootROM提供了一種解決方案，即Recovery Boot機制，BootROM支援Serial NOR作為Recovery Boot Device，你只需要將備份application事先放進Recovery Boot Device即可，任何主動啟動的Master Boot Device啟動失敗，BootROM會自動啟動Recovery Boot Device中的備份application保證系統能正常工作，是不是覺得recovery boot很貼心？今天痞子衡就為大家介紹Recovery Boot：

一、支援的Serial NOR

　　i.MXRTxxx支援載入恢復啟動的主要是1-bit SPI介面（其實Multi-IO也行，只要支援1bit read/normal read模式）的NOR Flash。Serial NOR廠商非常多，對應Serial NOR晶片型號也很多，如果你在選型時不確定到底該為i.MXRTxxx選擇哪一款Serial NOR時，可選用下面三款晶片，痞子衡均實測過：

Adesto AT25SF641-SUB-T          （NOR Flash, Multiple I/O, 104MHz,     256B Page/4-32-64KB Sector/64Mb Device）
Micron MT25QL128ABA1ESE-OSIT    （NOR Flash, Multiple I/O, 133MHz-STR, 64B Page/4-32-64KB Sector/128Mb Device）
Spansion S25FL129P              （NOR Flash, Multiple I/O, 80MHz,      256B Page/4-8-64-256KB Sector/128Mb Device）
 

Note1: BootROM固定使用SPI Mode(0,0)（即CPOL=0, CPHA=0），24MHz SPI Clk去訪問外部NOR。
Note2: 在BootROM的Device Boot模式下想要啟動NOR不需要知道任何Flash屬性引數（如Sector/Page Size），因此Device Boot模式下僅需要指定SPI Port連線即可。
Note3: 在BootROM的Serial ISP模式下擦寫NOR時需要知道其Sector/Page Size，ROM支援兩種方式獲取Sector/Page Size，一是手工填寫引數，另一個是利用SFDP。
Note4: BootROM主要支援3bytes（儲存範圍為1Mb - 128Mb）地址的外部NOR，其實市面上3bytes地址位的EEPROM也可以用作Recovery Boot Device（不過BootROM僅能在Device Boot模式下啟動(讀)EEPROM，但不支援Serial ISP模式下擦寫EEPROM）。

二、Serial NOR硬體連線

　　確定了Serial NOR晶片選型後，底下便進入Serial NOR硬體電路設計及與i.MXRTxxx的訊號連線環節：

　　i.MXRTxxx對於Serial NOR的底層介面支援是通過內部Flexcomm SPI這個IP實現的，i.MXRTxxx內部一共有8個Flexcomm SPI，BootROM對這8組Flexcomm SPI都支援，具體pinmux如下（適用RT600）：

　　如下是典型的QSPI NOR硬體連線設計，示例NOR晶片是AT25SF641-SUB-T，該NOR晶片為Multiple I/O，資料線為DQ[3:0]，當用作1-bit SPI模式時，僅需連線DQ[1:0]：

三、Serial NOR載入啟動過程

　　確保Serial NOR硬體相關設計無誤之後，底下便是下載更新Bootable Image進Serial NOR以供BootROM載入啟動了，在下載Bootable image之前有必要先了解Serial NOR的載入啟動過程：

　　痞子衡在啟動系列文章的第五篇 Bootable image格式與載入(elftosb/.json) 裡的最後已經介紹過Non-XIP image載入啟動過程，這個過程其實已經充分地描述了Serial NOR的載入啟動過程。
　　有了Non-XIP image載入啟動的背景知識，Serial NOR的載入啟動過程便是上電之後，在主動選擇的Master Boot Device啟動失敗之後，BootROM會從Serial NOR偏移0x1000地址處讀取image header資料（一共64個位元組），找到其中的imageLength和imageLoadAddress，這樣就知道了Application載入起始地址以及總長度，然後再將Application全部拷貝到相應SRAM裡去啟動，其過程如下圖所示：

四、下載Application進Serial NOR

　　理解了Serial NOR載入啟動過程，我們便可以開始使用BootROM的Serial ISP模式去下載Application進Serial NOR晶片中：

　　痞子衡在啟動系列文章的第三篇 Serial ISP模式(blhost)) 和第五篇 Bootable image格式與載入(elftosb/.json) 裡分別介紹了Serial ISP模式的使用以及如何將你的Application製作成Bootable image，後續內容假定你已經制作好一個Bootable image並且使用blhost工具與BootROM的Serial ISP模式建立了基本通訊，正要開始將Bootable image下載進Serial NOR。

　　跟Master Boot Device不同的是，Serial NOR不支援configuration block，configuration block結構原型是下面的spi_mem_config_t，下文提及的簡化option block其實就是用來設定這個configuration block的。

//! @brief Serial NOR Config block structure
typedef struct
{
    uint8_t tag;
    uint8_t memoryType;
    uint8_t blockEraseAvailable;
    uint8_t sfdpTableAvailable;
    uint8_t sectorEraseCmd;
    uint8_t blockEraseCmd;
    uint8_t chipEraseCmd;
    uint8_t addressBits;
    uint32_t pageSizeInBytes;
    uint32_t sectorSizeInBytes;
    uint32_t blockSizeInBytes;
    uint32_t memorySizeInBytes;
} spi_mem_config_t;

　　前面扯了些沒用的，那麼到底怎麼樣將Bootable image資料下載進Serial NOR中呢？當然還是靠Serial ISP模式，我們只需要提供簡化的4byte配置資料即可。下面是一種Application下載更新示例（該示例適用於 Serial NOR晶片AT25SF641-SUB-T）：

// 在SRAM裡臨時儲存1bit SPI NOR配置資料
blhost -p COMx -- fill-memory 0x1C000 0x4 0xC0100000 // Flexcomm SPI1, Default NOR Flash

// 使用1bit SPI NOR配置資料去配置Flexcomm SPI介面
blhost -p COMx -- configure-memory 0x110 0x1C000

　　在上述示例裡痞子衡首先使用了fill-memory命令在0x1C000地址處暫存了4byte配置資料，然後通過config-memory將這4byte資料裡的資訊配置到Serial NOR介面中，實際上這2個命令成功執行後，你就可以開始使用Serial ISP命令下載Bootable image了。那麼這4byte配置資料到底是怎麼組織的？詳見下表：

　　從上表我們可以知道，其實這4byte資料提供的配置資訊主要是SPI連線以及NOR Device屬性配置。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Serial NOR起始地址開始下載即可，具體步驟如下：

// 擦除1bit SPI NOR並將image下載進1bit SPI NOR
blhost -p COMx -- flash-erase-region 0x0 0x20000 0x110
blhost -p COMx -- write-memory 0x1000 bt_image.bin 0x110

　　Bootable image下載成功之後，我們可以試著用read-memory從Serial NOR晶片裡讀回Application確認一下，Bootable image起始地址在0x1000，痞子衡下載的是一個長度為13516byte，從0x80000處開始連結的Non-XIP image，這從讀回的image header解析裡可以證實：

　　至此，Application的下載工作便結束了。

五、進入Serial NOR備份啟動模式

　　Application已經被成功下載進Serial NOR晶片之後，此時我們便可以開始設定晶片從Serial NOR啟動：

　　痞子衡在前面的文章 Boot配置(ISP Pin/OTP) 介紹過Boot行為模式有兩種選擇方式（通過OTP或ISP pin）。在OTP裡，如果設定PRIMARY_BOOT_SRC[3:0]為SPI_FLASH_BOOT（即4b'0111），則晶片直接從1bit SPI NOR啟動，不再需要先經過Master Boot Device，這相當於將1bit SPI NOR地位提升到Master Boot Device。
　　不過1bit SPI NOR啟動最常用的Boot行為模式配置不是上面那種，而是真的用作Recovery Boot Device，這才是它的最大意義所在，如下表所示，共有6種不同的配置（橘色框裡）均能使能備份啟動模式（適用RT600）。

六、配置OTP啟動Serial NOR

　　設定好晶片啟動模式是從Serial NOR備份啟動之後，我們還需要最後關注一下與Serial NOR相關的具體特性配置：

　　Serial NOR的Device配置非常簡單，只需要在OTP裡指定SPI index即可（在BOOT_CFG[0]裡的REDUNDANT_SPI_PORT裡），痞子衡在文章第一節的Note2裡就備註過，在BootROM的Device Boot模式下想要啟動1bit SPI NOR不需要知道任何Flash屬性引數（如Sector/Page Size），因此只要指定是哪個SPI Port就行了。

七、幾個注意事項

1. 市面上基本大於64KB的QSPI NOR均支援1bit read/normal read模式。
2. 雖然從Serial NOR啟動的設計目的是用於recovery boot，但如果你硬要將Serial NOR作為系統裡的唯一Boot Device，也並不是不可以（假設Recovery Boot沒有升級為Master Boot），你需要在板級設計時考慮與Master Boot Device連線的i.MXRTxxx相關引腳在上電時的電平轉換（BootROM總是會嘗試先啟動Master Boot Device）的影響。

　　上述所有步驟全部完成之後，復位晶片你就應該能看到你放在Serial NOR裡的Application已經正常地啟動了。

　　至此，恩智浦i.MX RTxxx系列MCU的1-bit SPI NOR恢復啟動痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡