i.MXRT1170上串行NOR Flash雙程序可交替啟動設(shè)計

大家好，我是痞子衡，是正經(jīng)搞技術(shù)的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是i.MXRT1170上串行NOR Flash雙程序可交替啟動設(shè)計。

在上一篇文章 《i.MXRT1060/1010上串行NOR Flash冗余程序啟動設(shè)計》 里，痞子衡詳細介紹了 i.MXRT10xx 上的冗余程序啟動設(shè)計，本質(zhì)上這就是個雙備份程序啟動， NOR Flash 里存兩份一樣的 image，物理地址靠前的 image 0 啟動失效就繼續(xù)啟動后面的 image 1，多一層保障。

i.MXRT1170 是區(qū)別于 i.MXRT10xx 的第二代架構(gòu)，性能/功能更加強大，其在繼承 i.MXRT10xx 冗余程序啟動的基礎(chǔ)上，新增了雙程序可交替啟動設(shè)計，今天我們就來聊聊這個話題：

一、初識雙程序可交替啟動

與 i.MXRT10xx 一樣，這里要聊的還是在一片掛載在 FlexSPI 上的串行 NOR Flash 里做冗余/雙程序設(shè)計，就是下圖中的 image L 和 image H，不涉及 LPSPI 接口 Flash B 里的 image 2。

先說跟 i.MXRT10xx 上一樣的冗余程序啟動流程，i.MXRT1170 上電先啟動物理地址靠前的 image L，如果 image L 被破壞了，則繼續(xù)啟動 image H。

什么是雙程序可交替啟動呢？簡單說就是物理地址靠前的 image L 并不總是上電首先啟動的 image，在 i.MXRT1170 上新增了如下原型的 image version 啟動頭（在固定偏移 0x600 處），芯片上電 BootROM 會嘗試判斷兩個 image L/H 里的 version 頭版本，高版本的 image 優(yōu)先被啟動。這種設(shè)計方便了 OTA 升級。

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

typedefstruct
{
uint16_tversion;//版本值
uint16_tinversion;//version值的取反（~version）
}img_ver_t;

二、回顧冗余程序啟動

在測試雙程序可交替啟動新特性之前，還是先過一下冗余程序啟動。按照文章 《i.MXRT1060/1010上串行NOR Flash冗余程序啟動設(shè)計》 第 2 節(jié)里一模一樣的方法，在恩智浦官方 MIMXRT1170-EVK 開發(fā)板上做測試，這個板子 FlexSPI1 上掛了兩片 Flash，默認連接的 16MB QuadSPI Flash，還有一片 64MB OctalFlash（需要做板子改動才能使能）。

在 i.MXRT1170 fuse 里關(guān)于冗余程序啟動的使能位定義與 i.MXRT10xx 上差不多，只不過 fuse 地址從 0x6E0 換到了 0xC80。還是跟之前測試一樣借助 MCUBootUtility 工具將 FLEXSPI_NOR_SEC_IMAGE_OFFSET 燒錄為 0x10，xSPI_FLASH_IMAGE_SIZE 保持默認 0，即第二份 image 偏移地址在 Flash 0x400000（4MB）處，最大 image 長度也是 4MB。

繼續(xù)用 SDK_2.11.0_MIMXRT1170-EVKoardsevkmimxrt1170demo_appsled_blinkycm7iarflexspi_nor_debug 例程生成兩個稍微不一樣的 image，閃燈間隔時間一個是 200ms（image L - iled_blinky_cm7_delay200ms.bin），另一個是 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 Flash（base address 設(shè)為 0x30000400），使用通用編程器界面 Write 操作將 image H 也下載進 Flash（Start 設(shè)為 0x400400）。

現(xiàn)在 Flash 里有了兩份 image，當(dāng)?shù)谝环?image 啟動失敗后，i.MXRT1170 BootROM 不是立刻去執(zhí)行下一份 image ，還是那個取巧的方法，在一個軟復(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() 重新進入 BootROM 執(zhí)行。不過此時標(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，因為對于串行 NOR Flash 最多就是兩份 image。這時候如果你想掛 J-Link 改寫 SRC_GPR10 去做快速驗證恐怕無法如愿，因為 《i.MXRT1170上用J-Link連接復(fù)位后PC總是停在0x223104》。

所以在 i.MXRT1170 上只能老老實實做破壞 image 完整性的動作來驗證冗余程序啟動，經(jīng)實測其效果與 i.MXRT10xx 是完全一致的。

三、實測雙程序可交替啟動

現(xiàn)在我們開始實測雙程序可交替啟動，主要的工作量就是為 image L 和 image H 添加 version 啟動頭，并且將它們分別下載進 Flash。因為我們想驗證物理地址靠后的 image H 比 image L 優(yōu)先啟動（冗余程序啟動做不到這點），所以需要將 image H 的 version 頭版本設(shè)高一點。

3.1 為 image 添加 version 啟動頭

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

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

同樣的工程，再生成另一個閃燈間隔時間為 2s（image H - iled_blinky_cm7_delay2s_ver1.bin） 的 image 時使用如下常量 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，i.MXRT1170 SDK XIP binary 文件起始數(shù)據(jù)對應(yīng) Flash 偏移是 0x400，因此文件中 0x200 處才對應(yīng) Flash 偏移 0x600）：

3.2 下載含 version 頭的 image 進 Flash

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

兩個 image 下載完成，一切工作就結(jié)束了，這時候你調(diào)整芯片啟動模式到 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 啟動頭是否有效以及版本高低判斷邏輯其實是有一點復(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雙程序可交替啟動特性。

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。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。

uint32_timage_l_base=FlexSPIx_AMBA_BASE
uint32_timage_h_base=FlexSPIx_AMBA_BASE+FLEXSPI_NOR_SEC_IMAGE_OFFSET

uint32_tget_image_index(void)
{
uint32_tredundant_boot=((SRC->GPR[9]&0x0C000000)>>26);

staticuint32_timage_index[]={0,0};
img_ver_timage_l_version=*(img_ver_t*)(image_l_base+0x600);
img_ver_timage_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.version0]=1;
}
else
{
image_index[1]=1;
}

returnimage_index[redundant_boot];
}

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

四、一些關(guān)于 image 的注意事項

• Note1: 雖然文中所有的測試均是針對 XIP image，但這個冗余程序/雙程序可交替啟動特性對于 Non-XIP image 也同樣適用。
• Note2: 如果是 XIP image，其鏈接地址不一定要固定在偏移 0x2000 處，因為 IVT 的存在，其是可以鏈接在偏移 0x2000 之后的任意位置的。
• Note3: 如果是 Non-XIP image，在 SDK 包里無法直接生成含啟動頭的 Non-XIP image binary，這時候可以先使用 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頭的 Non-XIP image binary。

至此，i.MXRT1170上串行NOR Flash雙程序可交替啟動設(shè)計痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪里~~~

審核編輯 ：李倩