痞子衡嵌入式：飛思卡爾i.MX RTyyyy系列MCU啓動那些事（9）- 從Parallel NOR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Parallel NOR啓動。

　　上一篇講i.MXRTyyyy從Raw NAND啓動的文章 從Raw NAND啓動 一經放出，深刻廣大網友喜好，短期內閱讀量飆升，這讓痞子衡深刻鼓舞，因此趁熱打鐵繼續把從Parallel NOR啓動也順便一塊兒講了，爲何說是順便呢？由於Parallel NOR與Raw NAND都是並行接口，屬於同一門派，且這兩種外存設備在i.MXRT內部是經過同一IP（SEMC）實現底層接口通訊的，因此瞭解了Raw NAND啓動，再來看Parallel NOR啓動會以爲簡單不少。話很少說，開講。

1、支持的Parallel NOR

　　依舊開門見山，i.MXRTyyyy支持加載啓動的主要是兼容CFI/JESD68標準且內置EPSCD命令集（這個命令集是目前的主流，最新的NOR產品都是使用這個命令集）的ADM SLC Parallel NOR，至於數據線寬度，x8,x16都支持；關於時鐘模式，i.MXRT105x/i.MXRT102x僅支持Asynchronous，i.MXRT106x既支持Asynchronous也支持Synchronous。關於Parallel NOR基本知識請先看一下痞子衡的另外一篇文章 通用NOR接口標準(CFI-JESD68)及SLC Parallel NOR簡介。
　　Parallel NOR廠商很是多，對應Parallel 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Parallel NOR時，可選用下面三款芯片，痞子衡均實測過：

Micron MT28EW128ABA1LPC-0SIT    （x8/x16 bits, 32B Page/128KB Block/128Mb Device,   Non-ADM, Asynchronous）
Winbond W29GL128CH9T            （x8/x16 bits, 64B Page/128KB Sector/128Mb Device,  Non-ADM, Asynchronous）
Spansion S29GL128S90TFI020      （x16 bits,    512B Page/128KB Sector/128Mb Device, Non-ADM, Asynchronous）

Note: ADM即地址線與數據線複用，爲了減小pin腳，有些Parallel NOR芯片會將低bit地址線與數據線複用，但目前市面上主流Parallel NOR芯片仍是Non-ADM（即地址與數據是不復用的）居多，i.MXRT雖不能直接鏈接Non-ADM NOR芯片，但在i.MXRT與Non-ADM NOR芯片之間使用一片74系列鎖存器橋接一下便能正常工做。

2、Parallel NOR硬件鏈接

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

　　i.MXRT對於Parallel NOR的底層接口支持是經過內部SEMC這個IP實現的，SEMC最多能支持五種設備（SDRAM, NAND, NOR, SRAM, 8080 Display），但SEMC接口信號是複用的，因此同一時刻僅能支持一種設備。下表是SEMC接口複用表，關於NOR接口信號，須要特別說一下的是CE#信號和地址線寬度，從表中咱們能夠看到NOR的CE4#信號有6個，即有6種配置選擇，但i.MXRT BootROM固定選擇的是SEMC_CSX[0]，至於地址線寬度，SEMC自己最大可支持28bits地址寬度，可是i.MXRT BootROM裏最大隻支持24bits地址寬度（即A0-A23，最大128Mb），這2點在設計NOR硬件鏈接時須要特別注意。

Note: 對於小容量Paralle NOR芯片（好比512KB，地址線A0-A18），i.MXRT固然也能夠支持，SEMC未用的地址線（此處爲A19-A23）可不用管。

　　以下是典型的NOR硬件鏈接設計，示例NOR芯片是MT28EW128ABA1LPC-0SIT，該NOR芯片爲Non-ADM，因此咱們使用了一片74ALVT16373鎖存器橋接了一下，當WEIM_ADV_B信號爲高電平時，鎖存器Dx會輸出給Qx，即此時WEIM_DATA[15:0]做爲地址線輸出給A[15:0]，而WEIM_ADV_B信號爲低電平時，WEIM_DATA[15:0]就是數據線（即此處WEIM_ADV_B做爲ADV#信號是高有效，這在後續配置NOR eFUSE時會涉及到）。

3、Parallel NOR加載啓動過程

　　確保Parallel NOR硬件相關設計無誤以後，底下即是下載更新Bootable Image進Parallel NOR以供BootROM加載啓動了，在下載Bootable image以前有必要先了解Parallel 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，但實際上那個過程主要適用於存儲在外部NAND Flash中Bootable image加載啓動，對於存儲在外部Parallel NOR的Bootable image而言有一些區別，咱們知道NOR Flash是支持XIP執行的，因此從NOR啓動有兩種選擇，一種是Non-XIP，另外一種是XIP。
　　對於Non-XIP啓動而言，其基本流程與第六篇裏介紹的non-XIP image加載啓動過程相似，只有兩點區別，第一個區別是存儲在NOR Flash裏的Bootable image中IVT偏移地址是固定在0x1000（對於NAND Flash，偏移固定是0x400）；第二個區別是BootROM加載initial image的大小爲12KB（對於NAND Flash，initial image是4KB），且這個initial image的加載不須要通過OCRAM緩存，BootROM是直接從NOR對應的SEMC map region去獲取的。
　　對於XIP啓動而言，其基本流程與non-XIP image加載啓動過程差別就比較大了，由於整個Bootable image都不須要搬運，BootROM直接從NOR對應的SEMC map region去獲取IVT,BootData,Application，而BootROM中分配給SEMC NOR的XIP空間爲0x90000000 - 0x90FFFFFF，因此XIP執行的Application須要連接在這個空間裏。

　　有了前面的背景知識，NOR的加載啓動過程即是上電以後，BootROM先從NOR起始地址處加載initial image數據（12KB），再根據initial image裏的IVT獲取Application起始地址，如Application地址是連接在SRAM裏，便認爲這是個Non-XIP Application，而後再將Application拷貝到相應SRAM裏去啓動；如Application地址是連接在SEMC NOR XIP空間裏，則不須要拷貝，直接原地XIP執行啓動。

4、下載Application進Parallel NOR

　　理解了Parallel NOR加載啓動過程，咱們即可以開始使用Flashloader下載Application進Parallel 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，但那裏面製做的Bootable image主要是用於NAND啓動，而對於NOR啓動，其用於生成Bootable image的BD文件稍有不一樣。
　　先來看Non-XIP的狀況，下面是一個Non-XIP的BD文件示例，ivtOffset必須設0x1000，由於startAddress = 0x8000, initialLoadSize = 0x3000，因此Application只讀段應從0xb000處開始連接：

options {
    flags = 0x00;
    # Note: This is an example address, it can be any non-zero address in ITCM region
    startAddress = 0x8000;
    ivtOffset = 0x1000;
    initialLoadSize = 0x3000;
    # Note: This is required if the default entrypoint is not the Reset_Handler 
    #       Please set the entryPointAddress to Reset_Handler address 
    // entryPointAddress = 0xd531;
}

sources {
    elfFile = extern(0);
}

section (0)
{
}

　　再來看XIP的狀況，下面是一個XIP的BD文件示例，ivtOffset也必須設0x1000，由於startAddress = 0x90000000, initialLoadSize = 0x3000，因此Application只讀段應從0x90003000處開始連接：

options {
    flags = 0x00;
    startAddress = 0x90000000;
    ivtOffset = 0x1000;
    initialLoadSize = 0x3000;
    # Note: This is required if the default entrypoint is not the Reset_Handler 
    #       Please set the entryPointAddress to Reset_Handler address 
    // entryPointAddress = 0x90005531;
}

sources {
    elfFile = extern(0);
}

section (0)
{
}

　　假定你已經制做好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Parallel NOR。
　　與Raw NAND啓動同樣，Parallel NOR也支持configuration block，只不過configuration block對於BootROM啓動而言不是必需的，configuration block必須放在NOR Flash起始地址處，下面是其結構原型（若是你還有印象的話，你會發現它跟Raw NAND的semc_nand_config_t很像），若是想使能configuration block，你須要手動建立這256bytes數據，而且用其覆蓋bootable image的前256bytes，在本文裏暫不使能configuration block。

#define SEMC_NOR_INIT_IMG_SIZE (12u * 1024)
#define SEMC_NOR_MAX_SIZE (16U * 1024 * 1024)

#define SEMC_MEM0_BASE (0x80000000u)
#define SEMC_MEM1_BASE (0x90000000u)
#define SEMC_MEM2_BASE (0xA0000000u)
#define SEMC_MEM3_BASE (0xC0000000u)
#define SEMC_MEM_NOR_AXI_BASE SEMC_MEM1_BASE

typedef struct __semc_nor_config
{
    semc_mem_config_t memConfig; //!< [0x000-0x04f]
    uint8_t vendorType;          //!< [0x050-0x050]
    uint8_t acTimingMode;        //!< [0x051-0x051]
    uint8_t deviceCommandSet;    //!< [0x052-0x052]
    uint8_t reserved0[77];       //!< [0x053-0x09f]
    uint32_t pageSizeInBytes;    //!< [0x0a0-0x0a3]
    uint32_t blockSizeInBytes;   //!< [0x0a4-0x0a7]
    uint32_t blockCount;         //!< [0x0a8-0x0ab]
    uint32_t reserved1[21];      //!< [0x0ac-0x0ff]
} semc_nor_config_t;

　　前面鋪墊了這麼多，終於來到關鍵地方了，到底怎麼樣將Bootable image數據下載進Parallel NOR中呢？固然仍是靠Flashloader工具，咱們只須要提供簡化的4byte配置數據便可。下面是一種Application下載更新示例（該示例適用於第二節裏介紹的NOR硬件鏈接）：

// 在SRAM裏臨時存儲Parallel NOR配置數據
blhost -p COMx -- fill-memory 0x2000 0x4 0xD0000600 // CSX0, ADV high active, 16bits IO, safe AC timing mode

// 使用Parallel NOR配置數據去配置Parallel NOR接口
blhost -p COMx -- configure-memory 0x8 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4byte配置數據，而後經過config-memory將這4byte數據裏的信息配置到Flashloader的Parallel 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4byte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4byte數據提供的配置信息主要是NOR配置，這4byte裏真正須要注意的只有兩個地方（ADV# Polarity、Data Port Size），其他可用固定配置。
　　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SEMC NOR起始map地址開始下載便可，具體步驟以下：

// 擦除Parallel NOR並將image下載進Parallel NOR
blhost -p COMx -- flash-erase-region 0x90000000 0x20000
blhost -p COMx -- write-memory 0x90000000 ivt_image.bin

Note: 實測發現，RT1050 Flashloader 1.1裏使用USB接口去下載Parallel NOR會報kStatus_SemcNOR_ProgramVerifyFailure錯誤，而使用UART接口下載則正常，應該是USB下載對NOR的支持有缺陷，指望在後續版本的Flashloader裏修復這個問題。

　　Bootable image下載成功以後，咱們能夠試着用read-memory從NOR芯片裏讀回IVT,BootData,Application確認一下，Bootable image起始地址在0x90000000，那麼IVT,BootData應該在0x90001000，Application應該在0x90003000：
　　Non-XIP Bootable image讀回狀況以下，檢查初始PC可知其連接在SRAM空間

　　XIP Bootable image讀回狀況以下，檢查初始PC可知其連接在SEMC NOR map空間

Note: 若是Application是XIP在SEMC NOR空間，其時鐘初始化代碼不能覆蓋BootROM裏對於SEMC的相關配置，不然XIP可能會失敗。

　　至此，Application的下載工做便結束了。

5、進入Parallel NOR啓動模式

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

　　在進入Boot Device選擇以前，你首先須要肯定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，，你還須要將BOOT_CFG1[7:4]（eFUSE偏移0x450處的32bit配置數據的bit7:4）燒寫成4'b0001，此時便進入了從SEMC NOR啓動模式。
　　若是想確保i.MXRT芯片必定正在從Parallel NOR啓動，可在芯片上電時使用Jlink調試器或者藉助Flashloader讀取芯片內部2個寄存器的值，這2個寄存器分別是SRC_SBMR1/2, 咱們設的關於啓動模式的BOOT_MODE pins/BOOT_CFG pin/eFUSE偏移0x450配置值在上電時會自動加載到SRC_SBMR1/2寄存器裏，BootROM主要是根據SRC_SBMR1/2寄存器的值來判斷啓動模式的。

　　PS: BOOT_MODE[1:0]也能夠設爲2'b10，即芯片處於Internal Boot模式，此時須要確保BT_FUSE_SEL（eFUSE偏移0x460處的32bit配置數據的bit4）爲1'b0和BOOT_CFG1[7:4]這四個pin的輸入狀態設爲4'b0001。

6、配置eFUSE啓動Parallel NOR

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

　　你應該記得咱們在使用Flashloader下載Application的時候提供過4bytes的NOR配置數據，這4bytes的NOR配置數據是爲了讓Flashloader可以正確初始化Parallel NOR接口去訪問NOR芯片（主要是寫Bootable image），一樣BootROM上電也須要初始化Parallel NOR接口去訪問NOR芯片（主要是讀Bootable image），因此BootROM也須要相似這4bytes NOR配置數據，而BootROM的NOR配置便放在以下的eFUSE區域裏：

　　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Parallel 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Parallel NOR啓動痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裏~~~