痞子衡嵌入式：飛思卡爾i.MX RTyyyy系列MCU啓動那些事（13）- 從Serial(1-bit SPI) EEPROM/NOR恢復啓動

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　　你們好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給你們介紹的是飛思卡爾i.MX RTyyyy系列MCU的Serial EEPROM/NOR恢復啓動。

　　在前幾篇裏痞子衡介紹的Boot Device都屬於主動啓動的Primary Boot Device（Serial NOR/NAND, Parallel NOR/NAND， SD/eMMC），試想一下若是遇到這樣的狀況，你選擇啓動的某個Primary Boot Device正常工做一段時間後某次開機忽然由於某種未知緣由沒法啓動了，此時系統沒法正常工做，但若是你但願系統可以有必定的容錯/魯棒能力，即便這種場合下也可以保證基本工做，那應該怎麼作？別擔憂，i.MXRTyyyy BootROM提供了一種解決方案，即Recovery Boot機制，BootROM支持Serial EEPROM/NOR做爲Recovery Boot Device，你只須要將備份application事先放進Recovery Boot Device便可，任何主動啓動的Primary Boot Device啓動失敗，BootROM會自動啓動Recovery Boot Device中的備份application保證系統能正常工做，是否是以爲recovery boot很貼心？今天痞子衡就爲你們介紹Recovery Boot：

1、支持的Serial EEPROM/NOR

　　i.MXRT支持加載恢復啓動的主要是1-bit SPI接口的EEPROM，除此之外市面上有些Serial(QSPI) NOR也兼容EEPROM命令集（即1bit read/normal read模式），因此這些QSPI NOR也能被i.MXRT用做恢復啓動。關於Serial EEPROM基本知識請先看一下痞子衡的另外一篇文章 EEPROM接口事實標準及Serial EEPROM簡介。
　　Serial EEPROM/NOR廠商很是多，對應Serial EEPROM/NOR芯片型號也不少，若是你在選型時不肯定到底該爲i.MXRT選擇哪一款Serial EEPROM/NOR時，可選用下面三款芯片，痞子衡均實測過：

Onsemi CAT25512HU5I-GT3         （EEPROM,    1-bit SPI,    20MHz,      128B Page/512Kb Device）
Micron MT25QL128ABA1ESE-OSIT    （NOR Flash, Multiple I/O, 133MHz-STR, 64B Page/4-32-64KB Sector/128Mb Device）
Spansion S25FL129P              （NOR Flash, Multiple I/O, 80MHz,      256B Page/4-8-64-256KB Sector/128Mb Device）

Note1: BootROM固定使用SPI Mode(0,0)（即CPOL=0, CPHA=0）去訪問外部EEPROM/NOR。
Note2: BootROM主要支持2bytes（存儲範圍爲4Kb - 512Kb） / 3bytes（存儲範圍爲1Mb - 128Mb）地址的外部EEPROM/NOR。

2、Serial EEPROM/NOR硬件鏈接

　　肯定了Serial EEPROM/NOR芯片選型後，底下便進入Serial EEPROM/NOR硬件電路設計及與i.MXRT的信號鏈接環節：

　　i.MXRT對於Serial EEPROM/NOR的底層接口支持是經過內部LPSPI這個IP實現的，i.MXRT內部一共有4個LPSPI，BootROM對這4組LPSPI都支持，具體pinmux以下：

　　以下是典型的SPI EEPROM硬件鏈接設計，示例EEPROM芯片是CAT25512HU5I-GT3，標準1-bit SPI，直接鏈接便可:

　　以下是典型的QSPI NOR硬件鏈接設計，示例NOR芯片是MT25QL128ABA1ESE-OSIT，該NOR芯片爲Multiple I/O，數據線爲DQ[3:0]，當用做1-bit SPI模式時，僅需鏈接DQ[1:0]：

3、Serial EEPROM/NOR加載啓動過程

　　確保Serial EEPROM/NOR硬件相關設計無誤以後，底下即是下載更新Bootable Image進Serial EEPROM/NOR以供BootROM加載啓動了，在下載Bootable image以前有必要先了解Serial EEPROM/NOR的加載啓動過程：

　　痞子衡在啓動系列文章的第六篇 Bootable image格式與加載(elftosb/.bd) 裏的最後已經介紹過non-XIP image加載啓動過程，這個過程其實已經充分地描述了Serial EEPROM/NOR的加載啓動過程。
　　有了non-XIP image加載啓動的背景知識，Serial EEPROM/NOR的加載啓動過程即是上電以後，在主動選擇的Primary Boot Device啓動失敗以後，BootROM會從Serial EEPROM/NOR起始地址處加載initial image數據（4KB），再根據initial image裏的IVT,Boot Data獲取Application起始地址以及總長度，而後再將Application所有拷貝到相應SRAM裏去啓動，其過程以下圖所示：

4、下載Application進Serial EEPROM/NOR

　　理解了Serial EEPROM/NOR加載啓動過程，咱們即可以開始使用Flashloader下載Application進Serial EEPROM/NOR芯片中：

　　痞子衡在啓動系列文章的第四篇 Flashloader初體驗(blhost) 和第六篇 Bootable image格式與加載(elftosb/.bd) 裏分別介紹了Flashloader的基本使用以及如何將你的Application製做成Bootable image，後續內容假定你已經制做好一個Bootable image而且使用blhost工具與Flashloader創建了基本通訊，正要開始將Bootable image下載進Serial EEPROM/NOR。

　　Serial EEPROM/NOR也支持configuration block，只不過configuration block對於BootROM恢復啓動而言不是必需的，configuration block結構原型是下面的spi_nor_eeprom_config_t，在本文裏暫不使能configuration block。

//! @brief Serial NOR/EEPROM peripheral Config block structure
typedef struct __spi_nor_eeprom_peripheral_config
{
    uint8_t spiIndex;     //!< Index of SPI module
    uint8_t spiPcsx;      //!< PCS instance of SPI module
    uint8_t reserved0[2]; //!< Reserved0
    uint32_t spiSpeed_Hz; //!< SPI transfer speed to connected NOR/EEPROM
} spi_nor_eeprom_peripheral_config_t;

//! @brief Serial NOR/EEPROM Config block structure
typedef struct __serial_nor_eeprom_config
{
    uint8_t memoryType;                            //!< Determines the connected memory type
    uint8_t addressLengthInBits;                   //!< Nor/Eeprom address length
    uint8_t waitTime;                              //!< Wait time before read
    uint8_t reserved0;                             //!< Reserved0
    uint32_t memorySizeInBytes;                    //!< Nor/Eeprom memory size
    uint32_t pageSizeInBytes;                      //!< Nor/Eeprom page size
    uint32_t sectorSizeInBytes;                    //!< Nor/Eeprom sector size
    serial_nor_eeprom_command_set commandSet;      //!< Nor/Eeprom command set
} serial_nor_eeprom_config_t;

//! @brief Serial NOR/EEPROM Config block structure
typedef struct __spi_nor_eeprom_config
{
    uint32_t tag;                                 //!< [0x000-0x003]
    uint32_t version;                             //!< [0x004-0x007]
    spi_nor_eeprom_peripheral_config_t spiConfig; //!< [0x008-0x00f]
    serial_nor_eeprom_config_t memoryConfig;      //!< [0x010-0x02b]
} spi_nor_eeprom_config_t;

　　前面扯了些沒用的，那麼到底怎麼樣將Bootable image數據下載進Serial EEPROM/NOR中呢？固然仍是靠Flashloader工具，咱們只須要提供簡化的8byte配置數據便可。下面是一種Application下載更新示例（該示例適用於 Serial NOR芯片MT25QL128ABA1ESE-OSIT）：

// 在SRAM裏臨時存儲Serial EEPROM/NOR配置數據
blhost -p COMx -- fill-memory 0x2000 0x4 0xC1100500 // SPI1, PCS0, NOR Flash, 256B Page, 4KB Sector, 16MB Device
blhost -p COMx -- fill-memory 0x2004 0x4 0x00000000 // 20MHz SPI Speed

// 使用Serial EEPROM/NOR配置數據去配置SPI接口
blhost -p COMx -- configure-memory 0x110 0x2000

　　在上述示例裏痞子衡首先使用了fill-memory命令在0x2000地址處暫存了8byte配置數據，而後經過config-memory將這8byte數據裏的信息配置到Flashloader的Serial EEPROM/NOR接口中，實際上這2個命令成功執行後，你就能夠開始使用Flashloader下載Bootable image了。那麼這8byte配置數據究竟是怎麼組織的？詳見下表：

　　從上表咱們能夠知道，其實這8byte數據提供的配置信息主要是SPI鏈接以及EEPROM/NOR Device屬性配置。configure-memory命令執行成功以後，底下image的下載很簡單，只須要將Bootable image從Serial EEPROM/NOR起始地址開始下載便可，具體步驟以下：

// 擦除Serial EEPROM/NOR並將image下載進Serial EEPROM/NOR
blhost -p COMx -- flash-erase-region 0x0 0x20000 0x110
blhost -p COMx -- write-memory 0x0 ivt_image.bin 0x110

　　Bootable image下載成功以後，咱們能夠試着用read-memory從Serial EEPROM/NOR芯片裏讀回IVT,BootData,Application確認一下，Bootable image起始地址在0x0，那麼IVT,BootData應該在0x400，Application應該在0x2000：

　　至此，Application的下載工做便結束了。

5、進入Serial EEPROM/NOR備份啓動模式

　　Application已經被成功下載進Serial EEPROM/NOR芯片以後，此時咱們即可以開始設置芯片從Serial EEPROM/NOR啓動：

　　在進入Boot Device選擇以前，你首先須要設置BOOT_MODE[1:0]=2'b10，即芯片處於Internal Boot模式，而且確認BT_FUSE_SEL（eFUSE偏移0x460處的32bit配置數據的bit4）爲1'b0，或者也能夠設置BOOT_MODE[1:0]=2'b00，即芯片處於Boot From Fuses模式，而且將BT_FUSE_SEL（eFUSE偏移0x460處的32bit配置數據的bit4）燒寫爲1'b1，這裏看不懂的朋友請溫習痞子衡前面的文章 Boot配置(BOOT Pin/eFUSE)。
　　設置好正確Boot模式後，再來選擇Boot Device，Serial EEPROM/NOR屬於Recovery Boot Device，並非能夠主動選擇啓動的Boot device，因此並無BOOT_CFG pin或者eFUSE來配置選擇直接從Serial EEPROM/NOR啓動，若是想驗證從Seril EEPROM/NOR啓動是否能成功，你須要確保當前BOOT_CFG/eFUSE決定的Primary Boot Device中沒有Bootable image。

6、配置eFUSE啓動Serial EEPROM/NOR

　　設置好芯片啓動模式是從Serial EEPROM/NOR啓動以後，咱們還須要最後關注一下與Serial EEPROM/NOR相關的具體特性配置：

　　Serial EEPROM/NOR的配置相對仍是比較簡單的，只有4部分：Recovery Boot Enable、SPI Speed、SPI addressing、SPI Port，其中Recovery Boot Enable是必定要開啓的，SPI Port要根據板級線路設計而定，SPI addressing根據選用的Serial EEPROM/NOR型號而定，SPI Speed是惟一的能夠自由配置的選項（固然不能超過所選Serial EEPROM/NOR的最高速度）。

7、幾個注意事項

1. 市面上基本大於64KB的QSPI NOR均兼容EEPROM命令集（即1bit read/normal read模式）。
2. 雖然從Serial EEPROM/NOR啓動的設計目的是用於recovery boot，但若是你硬要將Serial EEPROM/NOR做爲系統裏的惟一Boot Device，也並非不能夠，你須要在板級設計時考慮與Primary Boot Device鏈接的i.MXRT相關引腳在上電時的電平轉換（BootROM老是會嘗試先啓動Primary Boot Device）的影響。

　　上述全部步驟所有完成以後，復位芯片你就應該能看到你放在Serial EEPROM/NOR裏的Application已經正常地啓動了。

　　至此，飛思卡爾i.MX RTyyyy系列MCU的Serial EEPROM/NOR恢復啓動痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裏~~~