迅为i.MX6ULL开发板启动方式和镜像文件格式

ID:245207 · 发表于 2020-6-10 11:13

i.MX6ULL 启动方式启动方式

I.MX6ULL 支持多种启动方式，可以从 EMMC、SD 卡、NAND FLASH、USB、QSPI 等设备启动。通过查看《IMX6ULL 参考手册.pdf》手册的第 8 章 System Boot，可我们可以了解到 i.MX6ULL 在上电以后，芯片 ROM里面固化的程序会根据 BOOT_MODE[1:0]寄存器的值来选择启动方式。

BOOT_MODE[1:0]寄存器的值有两种方式可以修改：一种是采用 eFuses（熔丝）的方式；另一种是是通过设置 BOOT_MODE[1:0]对应的 GPIO 的状态。我们在平常使用的时候基本都是采用设置 BOOT_MODE[1:0]对应的 GPIO 状态来选择启动方式的。

BOOT_MODE[1:0]对应的 GPIO 引脚是 BOOT_MODE1 和 BOOT_MODE0，如下图所示：

BOOT_MODE1 和 BOOT_MODE0 这两个引脚在芯片内部默认有 100K 的下拉，所以这两个引脚在悬空状态下默认是低电平（0）。我们把这两个引脚引到了底板上，并连接到了拨码开关上，拨码开关对应的另一端通过 10K 电阻接到了 3.3V 电源上，这样我们可以通过拨码开关来设置这两个 IO 的状态了（高电平或低电平）。如下图所示：

从上面的截图我们,可以看到如果我们要设置 BOOT1 和 BOOT0 为高电平我们需要将对应的拨码开关设置到“ON”位置，这样就通过 10K 电阻上拉到 3.3V，芯片内部有 100K 的下拉，所以此时这两个 IO 的电平是：100/(10+100)*3.3V=3V，属于高电平。

从参考手册我们看到 BOOT_MODE[1:0]两个 IO 可以设置四种状态，对应着四种启动方式，如下图所示：

从上图可以看到 BOOT_MODE[1:0]：设置为 00 的时候从 Fuses 启动，设置为 01 的时候串行下载，设置为 10 的时候内部 Boot 模式，设置为 11 作为保留使用。我们用到的是“串行下载”和“内部 Boot”模式这两种。

首先我们来看下“串行下载”，它是指可以通过 USB 接口（板子的 OTG1 接口）将代码下载到板子上然后运行。通过此方式我们可以实现开发板镜像的烧写（我们将在后面章节介绍具体的烧写方法）。

然后我们看下“内部 Boot 模式”，它是指在此种模式下，芯片会执行内部 ROM 里面固化的 boot 程序。这段程序会进行硬件的初始化，然后从 Boot 设备（EMMC、SD 卡、NAND FLASH）中读取出镜像到内存中。如果在“内部 Boot 模式”运行过程中发生错误，则会进入“串行下载模式”。

当 BOOT_MODE 设置为“内部 Boot 模式”后，i.MX6ULL 可以从 SPI，EIM，NOR，SD，MMC，QSPI 等设备启动，同时也可以配置相应的参数（例如 SD 的总线宽度，速度等等）。启动设备和对应的参数我们可以使用 eFUSEs 的方式设置，也可以通过 GPIO 来配置（我们主要使用 GPIO 的方式）。下面我们来看一下如何通过 GPIO 设置启动设备。

从参考手册我们可以看到启动设备主要通过三组 IO 来设置，他们分别是 BOOT_CFG1[7:0]，

BOOT_CFG2[7:0]，BOOT_CFG4[7:0]这三组 IO。如下图所示：

从上图我们可以看到这三组决定启动设备的 IO 正好用到的 RGB 的 24 根数据 IO，在 i.MX6ULL 芯片刚开始上电的时候这 24 个 IO 先作为“选择启动设备”的功能来使用，在 ROM 中的固化程序把启动镜像从启动设备加载到内存，并开始从启动镜像（Uboot）开始运行的时候，这 24 个 IO 就可以当做 RGB 来使用了。

现在我们来总结一下，i.MX6ULL 启动流程：首先根据 BOOT_MODE 的两个 IO（BOOT_MODE1，BOOT_MODE0）先确定启动方式，如果是串行下载模式，就会进入 USB 启动模式。如果是“内部 Boot”启动方式，然后就根据 BOOT_CFG1，BOOT_CFG2，BOOT_CFG4 这三组 IO 的配置来决定从哪种设备启动（读取启动镜像到内存，并开始启动）。

接下来我们看下 BOOT_CFG1，BOOT_CFG2，BOOT_CFG4 这三组 IO 是怎么配置启动方式的，在我们的底板原理图上有如下图表：

上图中最左侧一列是支持的启动设备，后面的每一列分别对应 BOOT_CFG 的 IO，我们可以看到决定启动方式的是由 BOOT_CFG1 和 BOOT_CFG2 这两组 IO 决定。打击爱也许觉得这么多 IO 需要配置，操作起来太麻烦了，实际上这些 IO 中大部分都是默认下拉的，需要配置的只有 6 个，从我们的原理图可以看到（因为我们用了一个 8 位的拨码开关，其中有两位是 BOOT_MOD 的），如下图所示：

从上面的原理图我们可以看到 8 位的拨码开关一端上拉到 3.3V，另一端分别接到了 BOOT_MODE1，BOOT_MODE0，BOOTCFG2[3]，BOOTCFG1[3]，BOOTCFG1[4]，BOOTCFG1[5]，BOOTCFG1[6]，BOOTCFG1[7]。所以我们设置启动方式，只需要修改这 8 位（有两位是 BOOT_MODE）IO 的状态，我们看下负责启动方式的这 6 个 IO 的含义，如下表所示：

根据上面的表格，我们设置开发板分别从串行下载，EMMC，SD 卡，NAND FLASH 启动的时候，可以按照下面的表格设置，如下表：

下面是 i.MX6ULL 终结者底板上的拨码开关书屋图片，如下图所示：

上图中的 8 位拨码，拨到上面“ON”位置就是 1，拨到下面就是“0”，8 位拨码按照表 2.1 中的设置就可以按照对应的方式启动

5.2 镜像格式镜像格式

I.MX6ULL 的镜像文件由下面几部分组成：

1.Image vector table 简称 IVT。

2.Boot data，启动数据。

3.Device configuration data，简称 DCD，主要是芯片的配置信息

4.用户代码生成的执行文件。比如 uboot 等。

所以 i.MX6ULL 的镜像组成为：IVT+Boot Data+DCD+用户程序。

我们首先看下 IVT 部分：它里面包含了程序的入口点，一个指向设备配置数据（DCD）的指针，以及其他在启动过征中程被 ROM 固化程序用到的指针。IVT 被存储在启动设备固定的位置（但是不同的启动设备保存的位置可能会不一样）。IVT 在镜像文件的最前面，下图是不同启动设备，IVT 所在的位置偏移（相对于设备首地址）：

这里我们以 EMMC 为例，从上表可以看出他的偏移是 1Kbyte（1024 字节），假设 EMMC 的每个扇区是 512字节，那么我们的 IVT 要从第三个扇区开始保存。我们从《IMX6ULL 参考手册.pdf》的 8.7.1.1 章节可以看到IVT 的数据格式如下图所示：

其中的 Tag 是一个字节设置为 0xD1，length 是 2 个字节，按照大端模式存储，表示 IVT 的长度，对后一个Version 是版本信息，占用一个字节，通常为 0x40 或 0x41。由于《IMX6ULL 参考手册.pdf》文档只有 header的描述其它几个字节的描述没有涉及。我们可以打开编译生成的Uboot镜像uboot.imx查看下它里面的内容。

接下来是 Boot data，它的数据格式如下所示：

从上图可以看出 Boot data 一共是三个字段，每个字段 32 位。

然后是 DCD，DCD 紧跟在 Boot Data 后面，IVT 里面也定义了 DCD 的位置。DCD 主要是初始化片内的寄存器。

DCD 的数据格式如下图所示：

第一个是 Header 包头信息，他是一个 32 位的包头，具体定义如下所示：

Tag 占一个字节，被设置为 0xD2；Length 占两个字节，按照大端模式存储，表示 DCD 的区域大小（包含包头的长度），Version 占一个字节，设置为 0x40 或 0x41。

Header 后面的是 CMD 配置寄存器的字节，每个 CMD 的结构如下图所示：

CMD 域的第一个是 Tag，占一个字节，设置为 0xcc；然后是 Lehgth 占两个字节，按照大端模式存储，表示该 CMD 的长度（包含 CMD 的包头），Parameter 占一个字节，这个字的每个为含义如下图所示：

上图中的 bytes 表示目标位置宽度，单位为 byte，可以设置为 1，2，4 字节。Flags 是命令控制标志位。

然后 CMD 域后面的是 Address 和 Value/Mask。这两个分别是要初始化的寄存器地址，设置的值。

紧接着 DCD 的就是我们的程序生成的.bin 文件。至此关于 i.MX6ULL 镜像的组成格式我们就分析完成了。只是看上面的介绍大家也许感觉到会很枯燥，接下来我们结合 uboot.imx 镜像，来一起看看这些数据的组织格式。我们使用 winhex 软件（在光盘资料的“i.MX6UL 终结者光盘资料\02_开发所需软件”目录下面）打开光盘资料的“i.MX6UL 终结者光盘资料\06_开发板系统镜像\uboot\emmc\u-boot.imx”文件，如下图所示：

从上图可以看出是按照小端方式显示的，我们首先把前面 44 个字节按照 4 个字节一组的方式组合在一起就

是：0x402000D1，0x87800000，0x00000000，0x877FF42C，0x877FF420，0x877FF400，0x00000000，0x00000000。

这 8 组数据是 IVT 的数据，我们整理成下表：

然后是 Boot Data 域，我们把接下来的 12 个字节按照 4 个字节一组的方式组合在一起就是 0x877FF000，

0x0007E000，0x00000000。我们整理成下表所示：

从上面的表格我们可以看到 DCD 主要做了下面的配置：

1. 使能所有外设的时钟。

2. 配置 DDR3 所用的所有 IO。

3. 配置 MMDC 控制器，初始化 DDR3。

关于 i.MX6ULL 的启动流程和启动镜像文件格式我们就介绍到这里。通过本章的讲解我们可以掌握 i.MX6ULL的启动设置了。我们编译出的二进制.bin 文件，不能直接烧写到 EMMC 中，需要在它前面加上 IVT，Boot Data和 DCD 这三部分的数据域。我们之中烧写到 EMMC 的镜像文件时：IVT+Boot Data+CDC+用户的.bin 文件。

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