ARM裸机开发：I.MX6U 启动方式

Posted 2021-11-12 JeckXu666

文章目录

• ARM裸机开发：I.MX6U 启动方式
• • 一、硬件平台：
  • 二、启动方式选择
  • • 2.1 串行下载
    • 2.2 内部BOOT模式
    • 2.3 BOOT ROM初始化内容
    • 2.4 内部BOOT启动设备
  • 三、镜像烧写
  • • 3.1 IVT + Boot data 存放内容：
    • 3.2 DCD数据

ARM裸机开发：I.MX6U 启动方式

一、硬件平台：

正点原子I.MX6U阿尔法开发板

二、启动方式选择

I.MX6U 支持多种启动方式以及启动设备，比如可以从 SD/EMMC、NAND Flash、QSPI Flash 等启动。用户可以根据实际情况，选择合适的启动设备。

芯片上电以后，芯片会根据 BOOT_MODE[1:0] 的设置来选择 BOOT 方式， BOOT_MODE[1:0] 的值有两者控制方式

1. eFUSE(熔丝) 控制电平：修改 eFUSE 的方式通过熔断对应的熔丝修改电平，该方式只能修改一次（不推荐）
2. 修改 BOOT_MODE[1:0] 对应的 GPIO 高低电平来选择启动方式

I.MX6U 使用的是控制 IO 电平来控制启动方式，原理图上位置如下：

BOOT_MODE[1:0] 与启动方式关系：

BOOT_MODE[1:0]	BOOT 类型
00	从FUSE 启动
01	串行下载
10	内部BOOT 模式
11	保留

一般我们使用 01 和 10 启动方式

2.1 串行下载

BOOT_MODE[1:0] 为 01；

串行下载：可以通过 USB 或者 UART 将代码下载到板子上的外置存储设备中，比如载串行下载模式下，我们可以使用 OTG1 这个 USB 口向开发板上的 SD/EMMC、NAND 等存储设备下载代码

2.2 内部BOOT模式

BOOT_MODE[1:0] 为 10；

此模式下，芯片会执 行内部的 boot ROM 代码，这段 boot ROM 代码会进行部分硬件初始化，然后从 boot 设 备(就是存放代码的设备、比如 SD/EMMC、NAND)中将代码拷贝出来复制到指定的 RAM 中， 一般是 DDR

2.3 BOOT ROM初始化内容

在内部 BOOT 模式下，芯片执行 BOOT ROM 初始化内容，BOOT ROM 如何执行呢？

首先 BOOT ROM 代码先初始化时钟，按下下图初始化各个时钟总线的分配器

同时内部 boot ROM 为了加快执行速度会打开 MMU（内存管理单元） 和 Cache（缓存），下载镜像的时候 L1 ICache（1级指令缓存） 会打 开，验证镜像的时候 L1 DCache、L2 Cache 和 MMU 都会打开。一旦镜像验证完成，boot ROM 就会关闭 L1 DCache、L2 Cache 和 MMU

之后中断向量偏移会被设置到 boot ROM 的起始位置，当 boot ROM 启动了用户代码以后就可以重新设置中断向量偏移了

2.4 内部BOOT启动设备

当 BOOT_MODE 设置为内部 BOOT 模式以后，可以从以下设备中启动：

• 接到 EIM 接口的 CS0 上的 16 位 NOR Flash
• 接到 EIM 接口的 CS0 上的 NAND Flash
• 接到 GPMI 接口上的 MLC/SLC NAND Flash，NAND Flash 页大小支持 2KByte、4KByte 和 8KByte，8 位宽。
• Quad SPI Flash。
• 接到 USDHC 接口上的 SD/MMC/eSD/SDXC/eMMC 等设备。
• SPI 接口的 EEPROM

关于启动设备的选择，I.MX 6U 同样提供了 eFUSE 和 GPIO 量种配置方式，常用的是 GPIO 选择启动设备

启动设备是通过 BOOT_CFG1[7:0]、BOOT_CFG2[7:0]和 BOOT_CFG4[7:0]这 24 个配置 IO，这 24 个配置 IO 刚好对应着 LCD 的 24 根数据线 LCD_DATA0~LCDDATA23，当启动完成以后这 24 个 IO 就可以 作为 LCD 的数据线使用。这 24 根线和 BOOT_MODE1、BOOT_MODE0 共同组成了 I.MX6U 的启动选择引脚

虽然有 24 个 IO，但是实际需要调整的只有那几个 IO，其它的 IO 全部下拉 接地即可，如下图，大部分 IO 一直保持下拉接地，只有几个 IO （BOOT_CFG2[7:0]和 BOOT_CFG1[7:0]）需要我们关注：

IO 与启动设备的关系如下图：

各个模式间切换时，许多 IO 是基本保持不变的，所以进一步简化，只需要 LCD_DATA3 ~ LCDDATA7、LCD_DATA11 这 6 个 IO 也被引出来了，其中 LCD_DATA11 就 是 BOOT_CFG2[3]，LCD_DATA3~LCD_DATA7 就是 BOOT_CFG1[3]~BOOT_CFG1[7]

对应的设备模式如下：

所以 I.MX6U 开发板从 SD 卡、EMMC、NAND 启动 的时候拨码开关各个位设置方式如表

1	2	3	4	5	6	7	8	启动设备
0	1	x	x	x	x	x	x	串行下载，可以通过 USB 烧写镜像文件。
1	0	0	0	0	0	1	0	SD 卡启动。
1	0	1	0	0	1	1	0	EMMC 启动。
1	0	0	0	1	0	0	1	NAND FLASH 启动。

三、镜像烧写

学习 STM32 的时候我们可以直接将编译生成的.bin 文件烧写到 STM32 内部 flash 里面，但 I.MX6U 不能直接烧写编译生成的.bin 文件，我们需要在.bin 文件前面添加一些头信息构成 满足 I.MX6U 需求的最终可烧写文件

I.MX6U 的最终可烧写文件组成如下：

• Image vector table，简称 IVT，IVT 里面包含了一系列的地址信息，这些地址信息在 ROM 中按照固定的地址存放着
• Boot data，启动数据，包含了镜像要拷贝到哪个地址，拷贝的大小是多少等等
• Device configuration data，简称 DCD，设备配置信息，重点是 DDR3 的初始化配置
• 用户代码可执行文件，比如 led.bin

所以烧写文件的最终组成为： IVT + Boot data + DCD + usr.bin；其中 IVT + Boot data + DCD 大小为3KB

IVT 包含了镜像程序的入口点、指向 DCD 的指 针和一些用作其它用途的指针。内部 Boot ROM 要求 IVT 应该放到指定的位置，不同的启动设备位置不同，而 IVT 在整个 load.imx 的最前面，其实就相当于要求 imx 文件在烧写的时候应该烧写到存储设备的指定位置去。整个位置都是相对于存储设备的起始地址的偏移

3.1 IVT + Boot data 存放内容：

header：

Tag 为一个字节长度，固定为 0XD1，Length 是两个字节，保存着 IVT 长度，大端格式（高字节保存在低地址）最后的 Version 是一个字节，为 0X40 或者 0X41

entry：入口地址，也就是镜像第一行指令所在的位置。 0X87800000 就是我们的链接地址

reserved1：保留位

dcd：DCD 地址，镜像地址为 0X87800000，IVT+Boot Data+DCD 整个大小为 3KByte。因此 .imx 文件的起始地址就是 0X87800000-0XC00=0X877FF400

Boot Data：boot 地址，header 里面已经设置了 IVT 大小是 32 个 字节，其结构如下：

• start 整个 load.imx 的起始地址，包括前面 1KByte 的地址偏移。

• length 镜像大小，这里设置 2MByte。镜像大小不能超过 2MByte。

• plugin 插件

self： IVT 复制到 DDR 中以后的首地址

csf： CSF 地址

reserved2：保留，未使用

3.2 DCD数据

复位以后，I.MX6U 片内的所有寄存器都会复位为默认值，但是这些默认值往往不是我们想要的值，有些外设我们必须在使用之前初始化它。为此 I.MX6U 提出了一个 DCD (Device Config Data) 的概念，和 IVT、Boot Data 一样，DCD 也是添加到 load.imx 里面的，紧跟在 IVT 和 Boot Data 后面，IVT 里面也指定了 DCD 的位置。

DCD 其实就是 I.MX6U 寄存器地址和对应的配置信息集合，Boot ROM 会使用这些寄存器地址和配置集合来初始化相应的寄存器，比如 开启某些外设的时钟、初始化 DDR 等等。DCD 区域不能超过 1768Byte ！

DCD 里面的初始化配置主要包括三方面：

1. 设置 CCGR0~CCGR6 这 7 个外设时钟使能寄存器，默认打开所有的外设时钟
2. 配置 DDR3 所用的所有 IO
3. 配置 MMDC 控制器，初始化 DDR3