二.I.MX6U的启动方式及头部文件

2024-01-21 12:14:40

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在上一章我们通过点亮LED实现了第一个小程序。在烧录程序完成插入SD卡后有个选择启动拨码开关的步骤，那么这个启动方式是如何实现的，今天我们就来大致了解下I.MX6U的启动方式

一.启动模式选择

按照I.MX6UL的开发手册上所说，整个BOOT的处理过程就是芯片上电后，芯片首先会根据BOOT_MODE[]1:0]的设置来选择启动方式

00为通过可编程熔断丝启动，这种方式只能修改一次，后面就不能修改了，我们不会使用

01为串行下载器模式，就是通过USB或者UART将代码下载到板子的外置存储设备中。针对阿尔法开发板，可以使用支持OTG的USB接口向板子上的SD/EMMC、NAND等设备下载代码。这个下载需要NXP(恩智浦)提供的一个软件，在量产的时候使用。

10为内部BOOT模式，在此模式下芯片会执行bootROM代码，这段代码会进行硬件初始化，然后从boot设备中将代码拷贝出来复制到指定的RAM中，一般就是DDR。

结合硬件原理图来看(下面拨码开关9那里标注不对，应该是LCD_DATA7。并且这个图我修改过，原图拨码开关标注左边是off)

拨码开关1、2位就是启动方式的选择，我们常用的就是01(USB)或10(内部).

二.启动设备选择

如果要选择启动设备，前提是MODE1=1和MODE0=0，即内部BOOT模式。开发手册上说明了这个模式下支持的设备

我们最常用的就是NANDflash，SD，EMMC，QSPIFlash(轻量级，便宜)

设备的选择是通过BOOT_CFG1,2,4几个寄存器，每个8为，通过LCD1_DATA00-23y一共24个值决定的。

而在开发板上，大部分都是通过47K的下拉电阻接地（BT_CFG4全接地，CFG2上面两个上拉是DNP也就是未焊接，也是全部接地的）

往前翻一下那个拨码开关，可以看一下旁边画的草图，当开关on的时候，LCD_DATA点通过47K的下拉电阻可以得到近似3.3V的电压，可以判定为1。

然后除过1、2两个开关剩下6个拨码分别控制了LCD_DATA3/4/5/6/11脚，对应的BOOT_CFG1[3:7]和BOOT_CFG2[3]

下面的表是讲到BOOT_CFG2的定义

3和4一同决定了板子首冲SDHC1还是SDHC2启动。6ULL支持两个SD卡接口，是通过拨码开关3选择，为1的时候是从SDHC2启动

重要的是BOOT_CFG1，还是结合图表来看

首先，0,1,2都是定死的，3-7被引到了拨码开关。

由于前三种设备我们都未使用，3同2一同决定了是选择SD或MMC/eMMC的速度(能选的只有3,一般都是0)，对于NANDFlash是定义了设备的数量

剩下的就直接看SD,eMMC和NAND的设置就行了

对于SD来说，[7:5]是订好的010,[4]是快速启动，我们一般都是0

eMMC时和SD一样，[7:4]是0110

NAND模式时，[7]固定为1,而[6:4]查手册可以发现

[6]是NAND的协议模式，一般我们都用0

[5:4]决定了块的页大小，这个要看NANDFlash的手册了。

三.启动头文件

我们在led的裸机试验里讲过，我们在生成的led.bin文件前要添加一些头文件，在我们选择了从内部BOOT启动时，BOOTROM就会从我们选择的设备里读取加了头部信息的bin文件。

那么BootRom要做哪些事情呢？参考下开发手册8.4设备初始化的部分可以得到

设置内核时钟：396MHz(8.4.3ARM PLL)。

使能MMU和caches(8.4.4)，包含L1cache，L2cache，MMU，目的是加速启动。

从BOOT_CFG24个设置外置存储中读取image，然后做相应的处理，在读取底image文件上是包含了头部信息的，那么这里的头部信息又包含什么呢？

bin文件的头部信息

开发手册8.7里讲到下面的内容

IVT镜像向量表 ,包含了镜像那个的入口，DCD的地址等一系列数据信息，这个表在不同启动设备的存储地址及大小是不同的，对于不同设备的IVT起始地址是有规定的，其相应的便宜地址及初始化加载大小如下。BootRom只要知道IVT的地址，其他的组成部分在IVT中的内容就能查到。

对于我们常用的SD/MMC什么的，偏移量是1K，因为对于SD卡等存储设备，前512个字节包含了分区表等信息，肯定是不能用的。所以前面给了个偏移量。而整个IVT+BootData+DCD还有前面被偏移的量一共是4K，那么剩下IVT+BootData+DCD的大小就剩了3K了,所以我们的实际bin地址就是3*1024,也就是0xC00。

这样就能知道我们烧写到SD卡中的load.imx文件是在SD卡中的起始地址为0x400,既然IVT是一个表(Table)，那么每个地址的格式都是定死的。IVT具体结构如下表，每个成员都是32bit(4个字节)

我们用hexedit打开那个 load.imx文件，截取从0x00000000到0x0000025F一共608个字节的数据,注意打印出来的内容，左边是低字节，右边是高字节

关注下前44个字节，我们把前44个字节的数据按照4个字节一起的方式组合下数据，分别就是

0x402000D1
0x87800000
0x00000000
0x877FF42C
0x877FF420
0x877FF400
0x00000000
0x00000000
0x877FF000
0x00200000
0x00000000

这11个数据就是IVT和BootData的数据。我们对照给定的IVT的格式来看下IVT的内容

header：

Tag，固定的为1个字节，固定为0xD1；Length为2个字节，保存IVT长度，注意为大端格式，即高字节保存在低地址中；最后的Version也是1个字节，为0x40或0x41

这里有个很奇怪的点，按照这个图表上画的Tag是在前边，但是对照我们的load.imx文件的前4个字节，0x402000D1，0xD1是低字节的数据，0x40是高字节的数据，那么Tag应该就是对应的低字节。中间两个字节是长度，big endian模式，2000对应的长度应该是0x20，也就是32个字节，这个长度是包含header的。因为每条数据格式都是固定的，都是4个字节，所以IVT就有32/4=8条信息，刚好跟IVT的Format一致。

entry

入口地址，image那个第一行指令的位置，也就是编译时候指定的链接那个地址，我们在编译的时候-Ttext后面指定的链接地址是0x87800000，和第二条数据一致。

resvered1

保留，未使用，数据为0x00000000

dcd

dcd地址，镜像地址为0x87800000(bin的起始地址),IVT+BootData+DCD大小为3Kb(0xC00)，因此load.imx的起始地址就是0x87800000-0xC00=0x877FF400，这个地址也就是IVT的起始地址。这个起始地址加上IVT(0x20，32字节)，还有BootData的地址就是DCD的地址。BootData的大小在后面讲BootData的时候会讲到，一共12个字节(0xC)，所以dcd的起始地址就是（0x877FF400+0x20+0xC=0x877FF42C)，和实际数据一样。

真实数据为0x877FF42C，后面时候会再讲到

bootdata

BootData的为地址，因为IVT的起始地址为0x877FF400，长度为0x20，所以Boot的起始地址为0x0x877FF420，和实际数据一致。

self

IVT复制到DDR中的首地址，就是前面计算的IVT的起始地址0x877FF400，和实际数据相同。

csf

未使用，数据为0x00000000

resvered2

未使用，数据为0x00000000

Bootdata数据结构

BootData的数据结构有也是固定的，每条信息4个字节，共3条信息。

先看一下这三条数据也就是上面说的11条数据的最后三条：

0x877FF000
0x00200000
0x00000000

start

第一条就是img的绝对地址，也就是load.imx的绝对地址，即0x87800000-4*1024 = 0x877FF000，和实际相同。注意这个地址是包含了1K的偏移量的(所以是4*1024,包含1K的偏移量和3K的Initial Load Region)。

length

镜像的大小，这里封顶为0x200000，换算为10进制后除以1024就是2048，即2MB。也就是镜像大小不能超过2MB。这个是提供的烧录软件定死的。

plugin

插件，这里没用。

上面的IVT和BootData是教程里从恩智浦给定的u-boot.imx文件提取出来的。整个头部的结构应该是这样的

DCD数据

I.MX6U在每次上电或复位以后，片内所有的寄存器都会被复位为默认值，但是这些值通常不是我们需要的，并且有些外设在使用的时候必须初始化。这就是DCD(Device Config Data)的作用。和IVT、BootData一样，DCD也是添加到load.imx里的，位置就在BootData后面，IVT里也指定了DCD的地址。DCD其实就是I.MX6U寄存器地址和对应的配置信息的集合。BootRom会根据这些信息去初始化相应的寄存器。要注意的是，DCD的区域不能超过1768Byte。其结构如下图所示