i.MX6ULL开发笔记 | 02 - i.MX6ULL启动方式与镜像格式

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了i.MX6ULL开发笔记 | 02 - i.MX6ULL启动方式与镜像格式相关的知识，希望对你有一定的参考价值。


一、i.MX6ULL启动方式

1. 启动代码Boot Code

Boot ROM是i.MX6ULL芯片内部的一小段存储空间，用于存放Boot Code（启动代码），i.MX6ULL芯片上电之后（Power-On Reset，POR）永远会执行​Boot ROM中存放的启动代码​。

boot code 使用内部寄存器BOOT_MODE[1:0]的值、eFUSEs配置、相关GPIO电平配置来决定启动流程。

boot code的特性如下：


  • 支持从多种boot devices启动
  • 支持串行下载（USB OTG或者UART）
  • 支持DCD（Device Configuration Data，用来配置启动设备的参数）
  • 支持基于HAB（High-Assurance Boot）的数字签名和解密
  • 支持从低功耗模式唤醒

2. 启动过程的干预

i.MX6ULL的启动过程非常复杂：

i.MX6ULL开发笔记

其实启动流程中的一些选择项是取决于寄存器的，寄存器的值改变方式主要有两种：


  • eFuse：熔丝方式，这种方式只能烧录一次，适用于量产产品时使用；
  • GPIO：GPIO电平方式，在启动时利用相应GPIO读取电平，启动后恢复普通引脚

3. 启动模式选择（Boot Mode）

i.MX6ULL有四个启动模式，如下表，具体使用哪种启动模式通过内部寄存器 BOOT_MODE 中的值来选择，如图：

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只不过​在上电时，芯片对BOOT_MODE0引脚和BOOT_MODE1引脚采样​，获得 BOOT_MODE 寄存器的初始值，通过该寄存器决定​启动代码下一步的行为​：


  • Boot From Fuses：根据Fuses中的配置来选择外部存储器
  • Serial Downloader：开始等待用户通过串口/USB接口下载程序
  • Internal Boot：继续执行启动代码，并根据用户GPIO引脚配置来选择外部存储器

在采样完成之后，BOOT_MODE0和BOOT_MODE1引脚的电平不会对BOOT_MODE寄存器的值产生影响。

4.外部启动设备配置（Boot Devices）

当启动模式选择为Internal Boot后，boot code进入下一步：从用户选择的启动设备加载镜像文件。

4.1. 启动设备选择

i.MX6ULL支持的外部启动设备非常多，如下：


  • Nor Flash
  • Nand Flash
  • OneNand Flash
  • SD/MMC/
  • 串行Nor Flash（SPI）/EEPROM
  • QuadSPI（QSPI）Flash

用户通过设置 ​BOOT_CFG1[7:4]​ 的值来选择使用哪种类型的设备，如图：

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针对这个复杂的表，原子的教程中总结出了一个表，并指出了寄存器位与GPIO引脚的对应：

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本文中我所使用的i.MX6ULL开发板，启动配置拨码开关的原理图如下：

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拨码开关不同的设置对应的启动设备如下：

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4.2. 启动设备属性配置

在访问每种外部存储器设备时，都需要配置一些基本参数，比如位宽、工作频率、访问时序等必要参数，i.MX6ULL针对每种存储器设备都提供了配置方式。该部分内容较多，可以在参考手册中查看。

除了使用 eFUSEs和GPIO配置两种方式外，还支持 ​DCD配置​，DCD是程序镜像中包含的一些配置信息，用来配置外设的参数，比较灵活。

5. 串行下载

除了正常启动外，启动代码的串行下载模式还​支持通过串口/USB接口接收PC端上位机工具（mfgtool）发送的程序镜像​，适用于量产产品时的程序烧录。

二、i.MX6ULL镜像格式

i.MX6ULL对加载的用户程序镜像有要求，由以下内容组成：


  • Image vector table（IVT）：位于固定地址的指针列表，ROM检查它以确定程序映像的其他组件位于何处；
  • Boot data：指出程序镜像位置、以字节为单位的程序镜像大小和插件标志的一张表；
  • Device configuration data（DCD）：IC配置数据，比如DDR的初始化配置；
  • User code and data：用户代码和数据，比如用户编译出的普通bin文件。

1. Image vector table

映像向量表(Image Vector Table, IVT)是ROM Code从启动设备读取的数据结构，该设备提供包含执行成功启动所需的数据组件的程序映像。

IVT包括程序镜像入口地址、DCD指针和其它指针：

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ROM Code 从不同启动设备的​固定地址​加载IVT，每个启动设备类型的IVT从基地地址偏移量和初始加载区域大小在下表中定义：

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IVT的格式如下，每个entry都是32-bit：

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其中IVT header的格式如下：

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2. Boot data

boot data必须遵从下面的格式，每个entry 32bit：

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3. Device configuration data（DCD）

DCD是包含在程序映像(ROM外部)中的配置信息，ROM code解析该数据来配置芯片上的各种外围设备。

ROM Code根据位于IVT中的信息确定DCD表的位置，下图所示的DCD表是允许的DCD命令的大端字节数组，DCD最大限制为1768B。

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DCD Header的格式如下，占用4个字节：

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DCD命令有Write data command、Check data command、NOP command、Unlock command，这里不做展开，有兴趣可以查看IMX6ULLRM文档8.7.2章节。

4. imx格式镜像生成

imx格式镜像就是在普通镜像的基础上，添加IVT+Boot data+DCD，左神写了一个小工具，直接将官方uboot.imx文件的头部信息读出来，然后添加到我们自己的镜像中去，还是很好用的。

5. 文件烧写到sd卡中

将生成的imx格式镜像使用dd命令烧写到sd中即可，左神的小工具中一起写了。

三、imxdownload工具


工具作者：左忠凯。


1. 源码

imxdownload.c：

#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"

#define SHELLCMD_LEN  (200)
#define BIN_OFFSET    (3072)

/* 此宏指明是否打印u-boot.imx的IVT DCD表信息，不同的开发板其IVT和DCD
 * 表的数据是不同的，因此需要获取所使用的开发板的IVT和DCD表信息，最
 * 简单的方法就是读取开发板配套资料里面的u-boot.imx的前1KB数据，理论上
 * 应该读取3KB的数据，但是表信息远远没有3K这么多，因此读1KB即可 
 */
#define PRINT_TAB   0 
/*
 * 介绍： 此软件是针对NXP的IMX6U系列芯片的，软件用来烧写bin文件到SD卡里面，
 *        本软件会自动添加IVT、DCD等信息到原始的bin文件里面，主要用于裸机和uboot的烧写。
 * 使用方法： 1、编译好原始的二进制bin文件，如，u-boot.bin等，并将编译好的.bin文件和本
 *             软件放置到同一个目录下！！！！
 *          2、执行命令sudo ./imxdownload <soucre_bin> <sd_device>
 *             如烧写u-boot.bin到/dev/sdd中即可使用如下所示命令:
 *             sudo ./imxdownload u-boot.bin /dev/sdd
 */

/* IMX6U IVT DCD表信息  暂时定义为1K Bytes，此表是读取的u-boot.imx前1K Bytes
 * imx6_ivedcd_table[9]是指明代码长度的，本应该根据实际的代码长度来修改
 * 这里为了方便，就直接定义为2M Bytes，即
 */

const int imx6_512mb_ivtdcd_table[256] = 
0X402000D1,0X87800000,0X00000000,0X877FF42C,0X877FF420,0X877FF400,0X00000000,0X00000000,
0X877FF000,0X00200000,0X00000000,0X40E801D2,0X04E401CC,0X68400C02,0XFFFFFFFF,0X6C400C02,
0XFFFFFFFF,0X70400C02,0XFFFFFFFF,0X74400C02,0XFFFFFFFF,0X78400C02,0XFFFFFFFF,0X7C400C02,
0XFFFFFFFF,0X80400C02,0XFFFFFFFF,0XB4040E02,0X00000C00,0XAC040E02,0X00000000,0X7C020E02,
0X30000000,0X50020E02,0X30000000,0X4C020E02,0X30000000,0X90040E02,0X30000000,0X88020E02,
0X30000C00,0X70020E02,0X00000000,0X60020E02,0X30000000,0X64020E02,0X30000000,0XA0040E02,
0X30000000,0X94040E02,0X00000200,0X80020E02,0X30000000,0X84020E02,0X30000000,0XB0040E02,
0X00000200,0X98040E02,0X30000000,0XA4040E02,0X30000000,0X44020E02,0X30000000,0X48020E02,
0X30000000,0X1C001B02,0X00800000,0X00081B02,0X030039A1,0X0C081B02,0X0B000300,0X3C081B02,
0X44014801,0X48081B02,0X302C4040,0X50081B02,0X343E4040,0X1C081B02,0X33333333,0X20081B02,
0X33333333,0X2C081B02,0X333333F3,0X30081B02,0X333333F3,0XC0081B02,0X09409400,0XB8081B02,
0X00080000,0X04001B02,0X2D000200,0X08001B02,0X3030331B,0X0C001B02,0XF3526B67,0X10001B02,
0X630B6DB6,0X14001B02,0XDB00FF01,0X18001B02,0X40172000,0X1C001B02,0X00800000,0X2C001B02,
0XD2260000,0X30001B02,0X23106B00,0X40001B02,0X4F000000,0X00001B02,0X00001884,0X90081B02,
0X00004000,0X1C001B02,0X32800002,0X1C001B02,0X33800000,0X1C001B02,0X31800400,0X1C001B02,
0X30802015,0X1C001B02,0X40800004,0X20001B02,0X00080000,0X18081B02,0X27020000,0X04001B02,
0X2D550200,0X04041B02,0X06100100,0X1C001B02,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000
;

const int imx6_256mb_ivtdcd_table[256] = 
0X402000D1,0X87800000,0X00000000,0X877FF42C,0X877FF420,0X877FF400,0X00000000,0X00000000,
0X877FF000,0X00076000,0X00000000,0X40E801D2,0X04E401CC,0X68400C02,0XFFFFFFFF,0X6C400C02,
0XFFFFFFFF,0X70400C02,0XFFFFFFFF,0X74400C02,0XFFFFFFFF,0X78400C02,0XFFFFFFFF,0X7C400C02,
0XFFFFFFFF,0X80400C02,0XFFFFFFFF,0XB4040E02,0X00000C00,0XAC040E02,0X00000000,0X7C020E02,
0X30000000,0X50020E02,0X30000000,0X4C020E02,0X30000000,0X90040E02,0X30000000,0X88020E02,
0X30000C00,0X70020E02,0X00000000,0X60020E02,0X30000000,0X64020E02,0X30000000,0XA0040E02,
0X30000000,0X94040E02,0X00000200,0X80020E02,0X30000000,0X84020E02,0X30000000,0XB0040E02,
0X00000200,0X98040E02,0X30000000,0XA4040E02,0X30000000,0X44020E02,0X30000000,0X48020E02,
0X30000000,0X1C001B02,0X00800000,0X00081B02,0X030039A1,0X0C081B02,0X04000000,0X3C081B02,
0X3C013C01,0X48081B02,0X38324040,0X50081B02,0X28304040,0X1C081B02,0X33333333,0X20081B02,
0X33333333,0X2C081B02,0X333333F3,0X30081B02,0X333333F3,0XC0081B02,0X09409400,0XB8081B02,
0X00080000,0X04001B02,0X2D000200,0X08001B02,0X3030331B,0X0C001B02,0XF352433F,0X10001B02,
0X630B6DB6,0X14001B02,0XDB00FF01,0X18001B02,0X40172000,0X1C001B02,0X00800000,0X2C001B02,
0XD2260000,0X30001B02,0X23104300,0X40001B02,0X47000000,0X00001B02,0X00001883,0X90081B02,
0X00004000,0X1C001B02,0X32800002,0X1C001B02,0X33800000,0X1C001B02,0X31800400,0X1C001B02,
0X30802015,0X1C001B02,0X40800004,0X20001B02,0X00080000,0X18081B02,0X27020000,0X04001B02,
0X2D550200,0X04041B02,0X06100100,0X1C001B02,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
;



/*
 * 输出一些信息
 */
void message_print(void)
 
  printf("I.MX6ULL bin download software\\r\\n");
  printf("Edit by:zuozhongkai\\r\\n");
  printf("Date:2019/6/10\\r\\n");
  printf("Version:V1.1\\r\\n");
  printf("log:V1.0 initial version,just support 512MB DDR3\\r\\n");
  printf("    V1.1 and support 256MB DDR3\\r\\n");


int main(int argc, char *argv[])

  FILE *fp;
  unsigned char *buf;
  unsigned char *cmdbuf;
  int nbytes, filelen;
  int i = 0, j = 0;
  int ddrsize = 0; /* 0为512MB，1为256MB，2为128MB...... */

  message_print();

  if((argc != 3) && (argc != 4))
    printf("Error Usage! Reference Below:\\r\\n");
    printf("sudo ./%s <-512m or -256m> <source_bin> <sd_device>\\r\\n", argv[0]);
    return -1;
  

  /* 查找参数，获取DDR容量 */
  for(i = 0; i < argc; i++)
  
    char *param = argv[i];
    if(param[0] != -)
      continue;
    if(strcmp(param, "-256m") == 0)     /* 256MB */
      ddrsize = 1;
    else if(strcmp(param, "-512m") == 0)  /* 512MB */
      ddrsize = 0;
  
  if(argc == 3) /* 三个参数，也就是不输入DDR容量的话默认为512MB */
    ddrsize = 0;

  /* 打开bin文件 */
  fp = fopen(argv[1], "rb"); /* 以二进制只读方式打开bin文件 */
  if(fp == NULL)
    printf("Cant Open file %s\\r\\n", argv[1]);
    return -1;
  

  /* 获取bin文件长度 */
  fseek(fp, 0L, SEEK_END);
  filelen = ftell(fp);
  fseek(fp, 0L, SEEK_SET);
  printf("file %s size = %dBytes\\r\\n", argv[1], filelen);

  /* 读取bin文件到缓冲区buf中 */
  buf = malloc(filelen + BIN_OFFSET);
  if(buf == NULL)
    printf("Mem Malloc Failed!\\r\\n");
    fclose(fp);
    return -1;
  
  memset(buf, 0, filelen + BIN_OFFSET); /* 清零 */
  /* 读取bin源码文件 */
  fread(buf + BIN_OFFSET, 1, filelen, fp);

  /* 关闭文件 */
  fclose(fp);

#if PRINT_TAB
  printf("IVT DCD Table:\\r\\n");
  for(i = 0; i < 1024/32; i++)
    for(j = 0; j < 8; j++)
    
      printf("0X%08X,",*(int *)(buf + BIN_OFFSET + (((i * 8) + j) * 4)));
    
    printf("\\r\\n");
   
  free(buf);
  return 0;
#endif

  /* 添加IVT DCD等表信息到bin文件里面 */
  if(ddrsize == 0)     /* 512MB */
    printf("Board DDR SIZE: 512MB\\r\\n");
    memcpy(buf, imx6_512mb_ivtdcd_table, sizeof(imx6_512mb_ivtdcd_table));
  
  else if (ddrsize == 1)   /* 256MB */
    printf("Board DDR SIZE: 256MB\\r\\n");
    memcpy(buf, imx6_256mb_ivtdcd_table, sizeof(imx6_256mb_ivtdcd_table));
  

  /* 现在我们已经在buf中构建好了可以用于下载的bin文件，将buf中的数据保存到
   * 到一个文件中，文件命名为load.imx
   */
  printf("Delete Old load.imx\\r\\n");
  system("rm -rf load.imx");    /* 先删除旧的load.imx文件  */

  printf("Create New load.imx\\r\\n");
  system("touch load.imx");   /* 创建新的load.imx文件   */
  fp = fopen("load.imx", "wb"); /* 打开laod.imx       */
  if(fp == NULL)
    printf("Cantt Open load.imx!!!\\r\\n");
    free(buf);
    return -1;
  
  nbytes = fwrite(buf, 1, filelen + BIN_OFFSET, fp);
  if(nbytes != (filelen + BIN_OFFSET))
    printf("File Write Error!\\r\\n");
    free(buf);
    fclose(fp);
    return -1;
  
  free(buf);
  fclose(fp); 

  /* 构建烧写的shell命令 */
  cmdbuf = malloc(SHELLCMD_LEN);
  sprintf(cmdbuf, "sudo dd iflag=dsync oflag=dsync if=load.imx of=%s bs=512 seek=2",argv[2]); 
  printf("Download load.imx to %s  ......\\r\\n", argv[2]);

  /* 执行上面的shell命令 */
  system(cmdbuf);
  free(cmdbuf);
  return 0;

2. 编译

gcc imxdownload.c -o imxdownload

3. 使用方法

sudo ./imxdownload <-512m or -256m> <source_bin> <sd_device>

推荐在usr/local/bin 文件夹下建立软链接，后续可以直接使用imxdownload命令：

sudo ln -s ~/imx6ull/tools/imxdownload/imxdownload /usr/local/bin/imxdownload

i.MX6ULL开发笔记

测试一下：

i.MX6ULL开发笔记



以上是关于i.MX6ULL开发笔记 | 02 - i.MX6ULL启动方式与镜像格式的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

i.MX6ULL开发笔记 | 01 - i.MX6ULL Alpha开发板快速上手

i.MX6ULL驱动开发 | 02-字符设备驱动框架

i.MX6ULL开发板终结者硬件资源说明

初识GPIO及其操作

迅为I.MX6ULL终结者开发板资源介绍

i.MX6ULL驱动开发 | 36 - 注册spilcd为framebuffer设备并使用lvgl测试