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，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。這樣就實現(xiàn)了從SD/eMMC/NAND等設(shè)備的啟動了。