I.MX6ULL启动详解：Boot配置、Bootable image启动头的组成

本文主要是介绍I.MX6ULL启动详解：Boot配置、Bootable image启动头的组成，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

本篇文章来了解一下I.MX6ULL的启动方式，实际上之前我介绍了NXP的跨界MCU RT1170的启动方式：I.MX RT1170启动详解：Boot配置、Bootable image头的组成，两个芯片虽然一个是Cortex-M，一个是Cortex-A，但是都是来源于NXP，所以有类似的BootROM代码，在启动的引导方式上是类似的，下面就来详细介绍一下。

文章目录

1 基础知识
2 Boot配置
- 2.1 BOOT_MODE
- 2.2 BOOT_CFG配置
3 Bootable image启动头
- 3.1 组成
- 3.2 实例
- - 3.2.1 程序结构
  - 3.2.2 程序镜像内容分析

1 基础知识

1、BootROM

在上电后，会执行一段固定的BootROM程序，这段程序是由NXP官方写好的，主要是用来根据用户提供的信息对镜像进行引导。比如说用户希望将代码从Nand/EMMC/SD拷贝到SDRAM执行、用户希望上电时能初始化好SDRAM…这都可以交给BootROM完成。

2、image头

那BootROM要怎么知道用户希望做哪些初始化呢？我们就需要在编译出来的.bin文件的开头添加一些头信息，以提供给BootROM，让它知道如何引导程序启动。

3、eFuse

eFuse顾名思义就是熔丝，它的状态只能由0转为1，这是不可逆的。比如说对于不同的启动方式来说，我们可以将手册中指定的硬件上的几个启动引脚拉高或拉低，从而表示设备会从哪里启动。对于这些，在硬件上我们飞个线或者去掉一个电阻就能更改这些启动方式了，那有什么办法可以固定这个启动方式而不被更改呢？

在eFuse中就有和几个启动引脚相对应的位，然后我们只要烧写eFuse中的BT_FUSE_SEL位，就表示以后上电就是从eFuse中对应的配置读取启动配置，而不会从硬件中读取。

2 Boot配置

2.1 BOOT_MODE

在这里插入图片描述

Boot From Fuses：通过熔丝的配置来Boot。如果是这种启动方式，就会根据刚刚所说的BT_FUSE_SEL来判断要不要使用eFuse的配置进行启动引导，如果想根据eFuse的配置进行启动，则需要烧写BT_FUSE_SEL位。默认BT_FUSE_SEL为0，在该模式下，会进入Serial Downloader模式。
Serial Downlaoder：我们可以通过串口或USB与BootROM进行通信，我们就可以根据此功能烧写一段代码到内置的RAM里然后运行，这段代码可以完成Flash的擦写、eFuse的烧写等操作。
Internal Boot：与Boot From Fuses模式类似，也会根据BT_FUSE_SEL位来读取配置，只是BT_FUSE_SEL为0时候的定义和Boot From Fuses不同，如果为0，则使用GPIO的配置进行引导。

2.2 BOOT_CFG配置

前面有了启动方式后，BootROM还需要知道从哪里读取代码启动，如果是从NOR Flash启动的话，那就直接在NOR Flash运行，如果是从EMMC、SD等存储设备启动，则还需要拷贝代码到SRAM/SDRAM等RAM中运行。这些都是根据BOOT_CFG来配置的。在I.MX6ULL中支持以下几种存储设备启动：

NOR Flash
NAND Flash
OneNAND Flash
SD/MMC
Serial (SPI) NOR Flash and EEPROM
QuadSPI (QSPI) Flash

BOOT_CFG引脚包括BOOT_CFGx[0]-BOOT_CFGx[7](x=1,2,3)，共24个引脚。

在这里插入图片描述

对于不同的启动设备来说，BOOT_CFG1[7:4]配置如下：

在这里插入图片描述

至于其它的24个引脚的配置，我们不用对每个引脚都进行配置，因为在不同的启动设备下，仅需要配置个别的配置引脚，大家可以根据自己的启动设备，参考8.5 Boot Device(Internal Boot)章节中的配置。比如使用NOR Flash启动，我们只需要再配置表格中的这些引脚即可：

在这里插入图片描述

同样的，BOOT_CFG引脚在eFuse中也有对应的位来表示

3 Bootable image启动头

3.1 组成

既然BootROM需要引导程序，它并不知道程序中断向量表所在的位置，如果程序需要从存储设备拷贝到RAM中，那是从哪个地址拷贝到哪个地址呢？另外，前面我们有提到BootROM还可以对SDRAM等外设进行初始化，那不同的SDRAM参数不同，应该如何让BootROM知道呢？我们就可以在启动头中添加这些信息，这个启动头称为IVT(Image Vector Table)。

对于不同的启动设备来说，启动头存放的位置也不同，如下图所示：

在这里插入图片描述

如下所示，包括IVT的字段，BootROM就通过这些字段将程序从Boot Device拷贝到Dest Memory。

在这里插入图片描述

各个字段的含义如下：

Field	Description
header	执行镜像中第一条指令的绝对地址
reserved1	保留字段，应设为0
dcd	镜像DCD的绝对地址。DCD是可选的，如果不需要，则此字段可以设置为0。
boot data	启动数据的绝对地址
self	IVT 的绝对地址。ROM内部使用
csf	用于加密启动，不用的话设置为0
reserved2	保留字段，应设为0

这里的CSF用于HAB认证，可以参考我写的这一篇文章RT1170加密启动详解(2)：HAB认证原理

实际上这些字段和RT1170中的IVT启动头一模一样，这里就不做详细介绍了，可以参考I.MX RT1170启动详解：Boot配置、Bootable image头的组成。下面直接举一个实际的例子，来看看这些字段是如何配置的。

3.2 实例

3.2.1 程序结构

这里我们假设Boot Device为SD，我们希望将代码拷贝到DDR中运行。根据前面这张图，我们知道从SD启动的话整个头的大小为4KB，其中IVT的偏移为0x400。

在这里插入图片描述

由下图可知，DDR的起始地址为0x80000000。

在这里插入图片描述
另外I.MX6ULL属于ARMv7内核，来看一下CP15协处理器中的向量表字段：

也就是说在ARMv7中，向量表地址的低5位有别的作用，实际上就是可以指定上电后进入的异常(默认为Reset异常)。如果低5位用不了的话，也就代表着我们的向量表地址要32位对齐。

所以我们可以这样设计镜像格式：
在这里插入图片描述

最终DDR的0x80000000开始的内存内容就是以上的格式。由于我们设置了从SD启动，所以我们只需要把这整个固件放在SD中就行了，上电后BootROM会帮我们拷贝到0x80000000处，然后去运行0x80100000处的代码。

由于程序放在0x80100000，所以我们在编译的时候，需要修改链接脚本的链接地址，将程序链接到0x80100000处
这里仅是举一个极端的情况，让大家可以更好地理解这个启动头的作用。我们完全可以把向量表放在0x80100000-0x1000的位置。否则这样的话，如果一次烧写整个镜像到SD卡，那至少要烧写0x100000的大小。同样地，BootROM拷贝也会非常慢。

3.2.2 程序镜像内容分析

(1)0~0x400：暂时没有用到，填0

在这里插入图片描述

2、IVT(Image Vector Table)：偏移0x400

在这里插入图片描述
其中TAG为d1，IVT Length为0x20(这个字段大端表示)，version为0x40，entrypoint Address(程序的链接地址或程序reset_handler的地址)为0x80100000，DCD的绝对地址为0x8000042C，Boot Data链接地址为0x80000420，IVT链接地址为0x80000400。