i.MX RT1170上串行NOR Flash雙程序可交替啟動(dòng)設(shè)計(jì)

在前一篇文章 《i.MX RT1060/1010上串行NOR Flash冗余程序啟動(dòng)設(shè)計(jì)》里，我詳細(xì)介紹了i.MX RT10xx上的冗余程序啟動(dòng)設(shè)計(jì)，本質(zhì)上這就是個(gè)雙備份程序啟動(dòng)， NORFlash里存兩份一樣的image，物理地址靠前的image 0啟動(dòng)失效就繼續(xù)啟動(dòng)后面的image 1，多一層保障。

i.MX RT1170是區(qū)別于i.MX RT10xx的第二代架構(gòu)，性能/功能更加強(qiáng)大，其在繼承 i.MX RT10xx冗余程序啟動(dòng)的基礎(chǔ)上，新增了雙程序可交替啟動(dòng)設(shè)計(jì)，今天我們就來聊聊這個(gè)話題：

一、初識(shí)雙程序可交替啟動(dòng)

先說跟i.MX RT10xx上一樣的冗余程序啟動(dòng)流程，i.MX RT1170上電先啟動(dòng)物理地址靠前的image L，如果image L被破壞了，則繼續(xù)啟動(dòng)image H。

什么是雙程序可交替啟動(dòng)呢？簡(jiǎn)單說就是物理地址靠前的image L并不總是上電首先啟動(dòng)的image，在i.MX RT1170上新增了如下原型的image version啟動(dòng)頭（在固定偏移 0x600 處），芯片上電 BootROM 會(huì)嘗試判斷兩個(gè) image L/H 里的 version 頭版本，高版本的 image 優(yōu)先被啟動(dòng)。這種設(shè)計(jì)方便了 OTA 升級(jí)。

• Note: 當(dāng)image L/H中均不含有效version啟動(dòng)頭時(shí)（img_ver 等于 0xFFFFFFFF，或者高低16bit不符合取反關(guān)系），雙程序可交替啟動(dòng)特性就不生效，此時(shí)等效于冗余程序啟動(dòng)，image L 永遠(yuǎn)被優(yōu)先啟動(dòng)。

二、回顧冗余程序啟動(dòng)

在測(cè)試雙程序可交替啟動(dòng)新特性之前，還是先過一下冗余程序啟動(dòng)。按照文章《i.MX RT1060/1010上串行NOR Flash冗余程序啟動(dòng)設(shè)計(jì)》第2節(jié)里一模一樣的方法，在恩智浦官方MIMXRT1170-EVK開發(fā)板上做測(cè)試，這個(gè)板子FlexSPI1上掛了兩片F(xiàn)lash，默認(rèn)連接的16MB QuadSPI Flash，還有一片 64MB OctalFlash（需要做板子改動(dòng)才能使能）。

在 i.MX RT1170 fuse 里關(guān)于冗余程序啟動(dòng)的使能位定義與i.MX RT10xx上差不多，只不過 fuse 地址從 0x6E0 換到了0xC80。還是跟之前測(cè)試一樣借助MCUBootUtility工具將 FLEXSPI_NOR_SEC_IMAGE_OFFSET 燒錄為 0x10，xSPI_FLASH_IMAGE_SIZE 保持默認(rèn) 0，即第二份 image 偏移地址在 Flash 0x400000（4MB）處，最大 image 長(zhǎng)度也是4MB。

繼續(xù)用SDK_2.11.0_MIMXRT1170-EVKoardsevkmimxrt1170demo_appsled_blinkycm7iarflexspi_nor_debug例程生成兩個(gè)稍微不一樣的 image，閃燈間隔時(shí)間一個(gè)是200ms（image L - iled_blinky_cm7_delay200ms.bin），另一個(gè)是 2s（image H - iled_blinky_cm7_delay2s.bin）。在 MCUBootUtility 工具主界面下使用 All-In-One 操作將 image L 下載進(jìn) Flash（baseaddress 設(shè)為 0x30000400），使用通用編程器界面 Write 操作將 image H 也下載進(jìn) Flash（Start 設(shè)為0x400400）。

現(xiàn)在Flash 里有了兩份 image，當(dāng)?shù)谝环?image 啟動(dòng)失敗后，i.MX RT1170 BootROM 不是立刻去執(zhí)行下一份 image ，還是那個(gè)取巧的方法，在一個(gè)軟復(fù)位不置位的寄存器里（SRC_GPR10）標(biāo)記當(dāng)前狀態(tài)，然后調(diào)用 NVIC_SystemReset() 重新進(jìn)入 BootROM 執(zhí)行。不過此時(shí)標(biāo)記位從 GPR10[30] 換到了 GPR10[27:26]，雖然是 2bit 狀態(tài)，但設(shè)值 1/2/3 等效于設(shè)值 1，因?yàn)閷?duì)于串行 NOR Flash 最多就是兩份 image。這時(shí)候如果你想掛 J-Link 改寫 SRC_GPR10 去做快速驗(yàn)證恐怕無法如愿，原因請(qǐng)看《i.MX RT1170上用J-Link連接復(fù)位后PC總是停在0x223104》。

所以在i.MX RT1170上只能老老實(shí)實(shí)做破壞 image 完整性的動(dòng)作來驗(yàn)證冗余程序啟動(dòng)，經(jīng)實(shí)測(cè)其效果與i.MX RT10xx 是完全一致的。

三、實(shí)測(cè)雙程序可交替啟動(dòng)

現(xiàn)在我們開始實(shí)測(cè)雙程序可交替啟動(dòng)，主要的工作量就是為 image L 和 image H 添加 version 啟動(dòng)頭，并且將它們分別下載進(jìn) Flash。因?yàn)槲覀兿腧?yàn)證物理地址靠后的 image H 比 image L 優(yōu)先啟動(dòng)（冗余程序啟動(dòng)做不到這點(diǎn)），所以需要將 image H 的 version 頭版本設(shè)高一點(diǎn)。

3.1 為 image 添加version 啟動(dòng)頭

還是在SDK_2.11.0_MIMXRT1170-EVKoardsevkmimxrt1170demo_appsled_blinkycm7iarflexspi_nor_debug例程基礎(chǔ)上，首先在工程鏈接文件 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.icf 添加如下語句，指定 .img_ver 段的位置。

define symbol m_boot_img_ver_start = 0x30000600;

place at address mem: m_boot_img_ver_start { section .img_ver };

然后在工程隨便一個(gè)源文件里添加如下常量 s_bt_img_l_ver 定義，這個(gè) image 閃燈間隔時(shí)間是 200ms（image L -iled_blinky_cm7_delay200ms_ver0.bin），版本是 0x0000（注意編譯鏈接工程時(shí)為防止 s_bt_img_l_ver 被優(yōu)化，可以在工程選項(xiàng) Linker / Input /Keep symbols 里將其添加進(jìn)去）。

constimg_ver_ts_bt_img_l_ver@".img_ver"={
.version=0x0000,
.inversion=~0x0000,
};

同樣的工程，再生成另一個(gè)閃燈間隔時(shí)間為 2s（image H -iled_blinky_cm7_delay2s_ver1.bin） 的 image 時(shí)使用如下常量s_bt_img_h_ver 定義，版本是 0x0001。

constimg_ver_ts_bt_img_h_ver@".img_ver"={
.version=0x0001,
.inversion=~0x0001,
};

當(dāng)然如果你嫌上述方法繁瑣，也可以直接在最終 image binary 文件上做修改（注意 offset 位置一定要找對(duì)，i.MX RT1170 SDK XIP binary 文件起始數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng) Flash 偏移是 0x400，因此文件中 0x200 處才對(duì)應(yīng) Flash 偏移 0x600）：

現(xiàn)在需要借助 MCUBootUtility 工具的通用編程器功能分別將兩個(gè)含 version 頭的 image L/H 下載進(jìn) Flash。這里需要注意的是此時(shí) image L 無法再通過主界面 All-In-One 操作來下載了，因?yàn)楣ぞ?v3.4 版本及以下沒有對(duì) version 啟動(dòng)頭做識(shí)別處理，因此會(huì)丟掉 version 頭數(shù)據(jù)（這個(gè)考慮會(huì)在 v4.0 之后加入支持）。

兩個(gè) image下載完成，一切工作就結(jié)束了，這時(shí)候你調(diào)整芯片啟動(dòng)模式到 2'b10 - Flash boot，給板卡重新上電，應(yīng)該可以看到 image H 正在執(zhí)行。

3.3 BootROM中判斷version的邏輯

BootROM中關(guān)于 version 啟動(dòng)頭是否有效以及版本高低判斷邏輯其實(shí)是有一點(diǎn)復(fù)雜的，這里把具體代碼分享給大家，方便大家為 image 設(shè)置有效的 version 頭以及正確使能這個(gè)雙程序可交替啟動(dòng)特性。

判斷邏輯代碼主要意思是僅當(dāng) image L 的版本不是 0xFFFFFFFF 且 image H 的版本是有效的（img_ver 高低16bit符合取反關(guān)系）情況下，如果 image L 版本無效或者 image L 版本有效但比 image H 版本低，則物理地址靠后的 image H 優(yōu)先啟動(dòng)。除此以外其余情況，一律是物理地址靠前的 image L 優(yōu)先啟動(dòng)。

uint32_t image_l_base = FlexSPIx_AMBA_BASE
uint32_t image_h_base = FlexSPIx_AMBA_BASE + FLEXSPI_NOR_SEC_IMAGE_OFFSET

uint32_t get_image_index(void)
{
    uint32_t redundant_boot = ((SRC->GPR[9] & 0x0C000000) >> 26);

    static uint32_t image_index[] = { 0, 0 };
    img_ver_t image_l_version = *(img_ver_t *)(image_l_base + 0x600);
    img_ver_t image_h_version = *(img_ver_t *)(image_h_base + 0x600);
    if ((image_l_version.version != 0xFFFFu || image_l_version.inversion != 0xFFFFu) &&
        ((0xFFFFu & image_h_version.version) == (0xFFFFu ^ image_h_version.inversion)) &&
        ((0xFFFFu & image_l_version.version) != (0xFFFFu ^ image_l_version.inversion) || (image_l_version.version < image_h_version.version)))
    {
        image_index[0] = 1;
    }
    else
    {
        image_index[1] = 1;
    }

    return image_index[redundant_boot];
}

痞子衡在MIMXRT1170-EVK 開發(fā)板上對(duì)image 版本設(shè)置情況也做了比較全面的實(shí)測(cè)，測(cè)試結(jié)果如下：

四、一些關(guān)于image的注意事項(xiàng)

1. 雖然文中所有的測(cè)試均是針對(duì) XIP image，但這個(gè)冗余程序/雙程序可交替啟動(dòng)特性對(duì)于 Non-XIP image 也同樣適用。
2. 如果是 XIP image，其鏈接地址不一定要固定在偏移 0x2000 處，因?yàn)?IVT 的存在，其是可以鏈接在偏移 0x2000 之后的任意位置的。
3. 如果是 Non-XIP image，在 SDK 包里無法直接生成含啟動(dòng)頭的 Non-XIP image binary，這時(shí)候可以先使用 MCUBootUtility 主界面的 All-In-One 操作下載一次 image，再通過通用編程器界面 Read 操作讀回來便是含啟動(dòng)頭的 Non-XIP image binary。

審核編輯 ：李倩