System Boot啟動的分析

Boot Mode

I.MX6ULL使用BOOT_MODE[1:0]兩個寄存器來確定通電或者復(fù)位時的啟動方式,下面這個表格列舉了具體的四種啟動方式:

Boot From Fuses: 從熔絲引導(dǎo)啟動,這個啟動與Internal Boot模式很像,但這種方式對于GPIO配置的啟動參數(shù)無效，需要使用eFuses專用的配置進(jìn)行引導(dǎo)。它的配置只能修改一次，后面就不能再修改了，所以這種方式基本不用。

Serial Downloader: 通過USB或者UART下載一個鏡像引導(dǎo)程序到內(nèi)部的RAM中啟動。

Internal Boot: 從內(nèi)部boot code啟動。boot code是固定在SOC上面的一段代碼,boot code還會對硬件進(jìn)行初始化(如果初始化系統(tǒng)時鐘頻率)。根據(jù)BOOT_CFG的配置選擇從啟動設(shè)備進(jìn)行啟動，跳轉(zhuǎn)到指定的鏡像文件地址開始執(zhí)行。如果在啟動過程中遇到了錯誤,則會從Serial Downloader進(jìn)行啟動。

開發(fā)板開關(guān)電路圖分析

下面這張圖展示了開發(fā)板上面連接的具體引腳以BOOT_MODE0為例,管腳芯片內(nèi)部接了一個100K的下拉電阻,默認(rèn)狀態(tài)是低電平(值0),當(dāng)把開關(guān)撥到ON后電源接通,引腳通過一個10K的電阻接到了一個3.3V的電源，通過計(jì)算可得到引腳上分到了3V的電壓為高電平，則引用值是1。

Internal Boot 配置

I.MX6ULL提供BOOT_MODE[1:0]與其它的24根LCD引腳共通組成了復(fù)雜的啟動配置選項(xiàng)，但是在使用時能用到的只有其中少部分，其它大部分都是默認(rèn)下拉接地(即值是0)不需要額外配置，如下圖:其中BT_CFG4全部下拉接地了，這一組就忽略它。下面這張圖給出了BT_CFG1與BT_CFG2的配置與其功能:

BT_CFG2[4:3]: I.MX6ULL支持兩個SD/eMMC，00是SD1/eMMC1，01是SD2/eMMC2。10與11是保留未使用，可見實(shí)際起作用的是BT_CFG2[3]這個引用的值決定了從哪一張SD卡啟動。BT_CFG2[3]對應(yīng)了I.MX6ULL手冊中的LCD_DATA11引用。I.MX6ULL開發(fā)板上面0用于外接SDK卡，1用于板載的eMMC。

BOOT_CFG1[3]: 當(dāng)從 SD/EMMC 啟動的時候設(shè)置啟動速度，當(dāng)從 NAND 啟動的話設(shè)置 NAND 數(shù)量。

BOOT_CFG1[7:4]的配置如下圖:圖中某些位是用x來表示的，即這個位不管是0還是1都是同等的啟動效果。

更完整的詳解表格如下圖:

實(shí)例啟動配置表:

通過以上的配置可將指定具體的啟動設(shè)備，如果了啟動設(shè)備之后,boot code會從指定設(shè)備中讀取鏡像文件來執(zhí)行。

鏡像文件分析

I.MX6ULL使用的是小端模式,手冊中使用大端模式的地方會特意說明。

通過對LED驅(qū)動實(shí)現(xiàn)最終燒寫的load.mix文件得到如下圖表:

IVT(Image Vector Table)

上面這個表格詳細(xì)的描述了IVT+BOOT DATA+DCD在不同啟動設(shè)備中的固定位置(相對設(shè)備起始地址的偏移量)以及從起始地址開始可用的初始化加載范圍,SD/eMMC啟動模式偏移量為1KB,整個初始化加載范圍是4KB,則IVT+BOOT DATA+DCD可使用的范圍是3KB。

• header: 描述了整個IVT

• entry: 0x87800000,bin文件第一條指令地址,這個地址是在DDR中的地址。
• boot data: 0x877FF420,相對于IVT的起始地址: 0x877FF400偏移了32個字節(jié)。
• dcd: 0x877FF42C,即dcd的數(shù)據(jù)在DDR中的地址。entry的地址是0x87800000,那可以計(jì)算(減去3KB: 0xC00)得到IVT的起始地址是: 0x877FF400。dcd的起始地址相對于IVT起始地址偏移了44個字節(jié)(ivt+boot data結(jié)構(gòu),即: 0x2C), IVT的地址加上0x2C得到dcd的地址是: 0x877FF42C。

BOOT DATA

• start: 描述了整個load.mix(燒寫到SD卡中的文件)的起始地址(在DDR中)，包括了偏移的1KB,entry地址(鏈接起始地址)為:0x87800000 - 0x1000(4KB) = 0x877FF000。
• length: 描述了整個load.mix的大小,在燒寫的時候?qū)懭氲氖?x00200000,即2MB大小，整個鏡像文件的大小不能超過2MB。
• plugin: 0x00000000,沒有插件設(shè)置成0

DCD(Device Configuration Data)

DCD數(shù)據(jù)的作用則是在boot code啟動加載的時候?qū)θO(shè)備進(jìn)行配置以及檢查,通過配置寄存器的寫入數(shù)據(jù)可快速高效的實(shí)現(xiàn)寄存器或者DDR的初始化。

• header: 頭部結(jié)構(gòu)描述了整個DCD的長度

• Write Data Command: 對指定寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入操作 每一個Command的都有一個頭部，描述了這個Command需要執(zhí)行的指令長度, Parameter的第0、1、2三位描述了指定目標(biāo)的長度，0x04(100)表示指令目標(biāo)(指令對應(yīng)的Value)的長度是4字節(jié)。Length描述了整個Command有484個字節(jié)的指令數(shù)量，包含了頭信息，那實(shí)際操作的指令是: (484 - 4) / 8 = 60,即當(dāng)前Command有60條寫寄存器數(shù)據(jù)的操作指令。

除了Write Data Command還有Check data command、NOP command以及Unlock command指令塊。

boot code根據(jù)啟動設(shè)備的不同從固定的地址開始加載鏡像文件之后并對鏡像文件進(jìn)行解析,通過IVT中的地址將數(shù)據(jù)拷貝到DDR中指定的地址,讀取DCD初始化硬件(比如DDR)之后,開始執(zhí)行bin文件0x87800000的第一條指令。這樣就實(shí)現(xiàn)了從SD/eMMC/NAND等設(shè)備的啟動了。