痞子衡嵌入式：恩智浦i.MX RTxxx系列MCU啓動那些事（8）- 從Serial(1-bit SPI) 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恩智浦i.MX RTxxx系列MCU的1-bit SPI 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Master Boot Device（Serial(Multi-IO) NOR, SD/eMMC），試想一下若是遇到這樣的狀況，你選擇啓動的某個Master 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.MXRTxxx BootROM提供了一種解決方案，即Recovery Boot機制，BootROM支持Serial 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Master 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 NOR

　　i.MXRTxxx支持加載恢復啓動的主要是1-bit SPI接口（其實Multi-IO也行，只要支持1bit read/normal read模式）的NOR Flash。Serial NOR廠商很是多，對應Serial NOR芯片型號也不少，若是你在選型時不肯定到底該爲i.MXRTxxx選擇哪一款Serial NOR時，可選用下面三款芯片，痞子衡均實測過：

Adesto AT25SF641-SUB-T          （NOR Flash, Multiple I/O, 104MHz,     256B Page/4-32-64KB Sector/64Mb 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），24MHz SPI Clk去訪問外部NOR。
Note2: 在BootROM的Device Boot模式下想要啓動NOR不須要知道任何Flash屬性參數（如Sector/Page Size），所以Device Boot模式下僅須要指定SPI Port鏈接便可。
Note3: 在BootROM的Serial ISP模式下擦寫NOR時須要知道其Sector/Page Size，ROM支持兩種方式獲取Sector/Page Size，一是手工填寫參數，另外一個是利用SFDP。
Note4: BootROM主要支持3bytes（存儲範圍爲1Mb - 128Mb）地址的外部NOR，其實市面上3bytes地址位的EEPROM也能夠用做Recovery Boot Device（不過BootROM僅能在Device Boot模式下啓動(讀)EEPROM，但不支持Serial ISP模式下擦寫EEPROM）。

2、Serial NOR硬件鏈接

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

　　i.MXRTxxx對於Serial NOR的底層接口支持是經過內部Flexcomm SPI這個IP實現的，i.MXRTxxx內部一共有8個Flexcomm SPI，BootROM對這8組Flexcomm SPI都支持，具體pinmux以下（適用RT600）：

　　以下是典型的QSPI NOR硬件鏈接設計，示例NOR芯片是AT25SF641-SUB-T，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 NOR加載啓動過程

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

　　痞子衡在啓動系列文章的第五篇 Bootable image格式與加載(elftosb/.json) 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 NOR的加載啓動過程。
　　有了Non-XIP image加載啓動的背景知識，Serial NOR的加載啓動過程即是上電以後，在主動選擇的Master Boot Device啓動失敗以後，BootROM會從Serial NOR偏移0x1000地址處讀取image header數據（一共64個字節），找到其中的imageLength和imageLoadAddress，這樣就知道了Application加載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 NOR

　　理解了Serial NOR加載啓動過程，咱們即可以開始使用BootROM的Serial ISP模式去下載Application進Serial NOR芯片中：

　　痞子衡在啓動系列文章的第三篇 Serial ISP模式(blhost)) 和第五篇 Bootable image格式與加載(elftosb/.json) 裏分別介紹了Serial ISP模式的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BootROM的Serial ISP模式創建了基本通訊，正要開始將Bootable image下載進Serial NOR。

　　跟Master Boot Device不一樣的是，Serial NOR不支持configuration block，configuration block結構原型是下面的spi_mem_config_t，下文說起的簡化option block其實就是用來設置這個configuration block的。

//! @brief Serial NOR Config block structure
typedef struct
{
    uint8_t tag;
    uint8_t memoryType;
    uint8_t blockEraseAvailable;
    uint8_t sfdpTableAvailable;
    uint8_t sectorEraseCmd;
    uint8_t blockEraseCmd;
    uint8_t chipEraseCmd;
    uint8_t addressBits;
    uint32_t pageSizeInBytes;
    uint32_t sectorSizeInBytes;
    uint32_t blockSizeInBytes;
    uint32_t memorySizeInBytes;
} spi_mem_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 NOR中呢？固然仍是靠Serial ISP模式，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 Serial NOR芯片AT25SF641-SUB-T）：

// 在SRAM裏臨時存儲1bit SPI NOR配置數據
blhost -p COMx -- fill-memory 0x1C000 0x4 0xC0100000 // Flexcomm SPI1, Default NOR Flash

// 使用1bit SPI NOR配置數據去配置Flexcomm SPI接口
blhost -p COMx -- configure-memory 0x110 0x1C000

　　在上述示例裏痞子衡首先使用了fill-memory命令在0x1C000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Serial 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Serial ISP命令下載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SPI鏈接以及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 NOR起始地址開始下載便可，具體步驟以下：

// 擦除1bit SPI NOR並將image下載進1bit SPI NOR
blhost -p COMx -- flash-erase-region 0x0 0x20000 0x110
blhost -p COMx -- write-memory 0x1000 bt_image.bin 0x110

　　Bootable image下載成功以後，咱們能夠試着用read-memory從Serial NOR芯片裏讀回Application確認一下，Bootable image起始地址在0x1000，痞子衡下載的是一個長度爲13516byte，從0x80000處開始連接的Non-XIP image，這從讀回的image header解析裏能夠證明：

　　至此，Application的下載工做便結束了。

5、進入Serial NOR備份啓動模式

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

　　痞子衡在前面的文章 Boot配置(ISP Pin/OTP) 介紹過Boot行爲模式有兩種選擇方式（經過OTP或ISP pin）。在OTP裏，若是設置PRIMARY_BOOT_SRC[3:0]爲SPI_FLASH_BOOT（即4b'0111），則芯片直接從1bit SPI NOR啓動，再也不須要先通過Master Boot Device，這至關於將1bit SPI NOR地位提高到Master Boot Device。
　　不過1bit SPI NOR啓動最經常使用的Boot行爲模式配置不是上面那種，而是真的用做Recovery Boot Device，這纔是它的最大意義所在，以下表所示，共有6種不一樣的配置（橘色框裏）均能使能備份啓動模式（適用RT600）。

6、配置OTP啓動Serial NOR

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

　　Serial NOR的Device配置很是簡單，只須要在OTP裏指定SPI index便可（在BOOT_CFG[0]裏的REDUNDANT_SPI_PORT裏），痞子衡在文章第一節的Note2裏就備註過，在BootROM的Device Boot模式下想要啓動1bit SPI NOR不須要知道任何Flash屬性參數（如Sector/Page Size），所以只要指定是哪一個SPI Port就好了。

7、幾個注意事項

1. 市面上基本大於64KB的QSPI NOR均支持1bit read/normal read模式。
2. 雖然從Serial NOR啓動的設計目的是用於recovery boot，但若是你硬要將Serial NOR做爲系統裏的惟一Boot Device，也並非不能夠（假設Recovery Boot沒有升級爲Master Boot），你須要在板級設計時考慮與Master Boot Device鏈接的i.MXRTxxx相關引腳在上電時的電平轉換（BootROM老是會嘗試先啓動Master 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 NOR裏的Application已經正常地啓動了。

　　至此，恩智浦i.MX RTxxx系列MCU的1-bit SPI NOR恢復啓動痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裏~~~