大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是飛思卡爾i.MX RT系列MCU的Serial EEPROM/NOR恢復啟動。
在前幾篇裡痞子衡介紹的Boot Device都屬於主動啟動的Primary Boot Device（Serial NOR/NAND, Parallel NOR/NAND， SD/eMMC），試想一下如果遇到這樣的情況，你選擇啟動的某個Primary Boot Device正常工作一段時間後某次開機突然因為某種未知原因無法啟動了，此時系統無法正常工作，但如果你希望系統能夠有一定的容錯/魯棒能力，即使這種場合下也能夠保證基本工作，那應該怎麼做？別擔心，i.MXRT BootROM提供了一種解決方案，即Recovery Boot機制，BootROM支援Serial EEPROM/NOR作為Recovery Boot Device，你只需要將備份application事先放進Recovery Boot Device即可，任何主動啟動的Primary Boot Device啟動失敗，BootROM會自動啟動Recovery Boot Device中的備份application保證系統能正常工作，是不是覺得recovery boot很貼心？今天痞子衡就為大家介紹Recovery Boot：
一、支援的Serial EEPROM/NOR
i.MXRT支援載入恢復啟動的主要是1-bit SPI介面的EEPROM，除此以外市面上有些Serial(QSPI) NOR也相容EEPROM命令集（即1bit read/normal read模式），所以這些QSPI NOR也能被i.MXRT用作恢復啟動。關於Serial EEPROM基本知識請先看一下痞子衡的另一篇文章 EEPROM介面事實標準及Serial EEPROM簡介。
Serial EEPROM/NOR廠商非常多，對應Serial EEPROM/NOR晶片型號也很多，如果你在選型時不確定到底該為i.MXRT選擇哪一款Serial EEPROM/NOR時，可選用下面三款晶片，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主要支援2bytes（儲存範圍為4Kb - 512Kb） / 3bytes（儲存範圍為1Mb - 128Mb）地址的外部EEPROM/NOR。
二、Serial EEPROM/NOR硬體連線
確定了Serial EEPROM/NOR晶片選型後，底下便進入Serial EEPROM/NOR硬體電路設計及與i.MXRT的訊號連線環節：
i.MXRT對於Serial EEPROM/NOR的底層介面支援是通過內部LPSPI這個IP實現的，i.MXRT內部一共有4個LPSPI，BootROM對這4組LPSPI都支援，具體pinmux如下：
如下是典型的SPI EEPROM硬體連線設計，示例EEPROM晶片是CAT25512HU5I-GT3，標準1-bit SPI，直接連線即可:
如下是典型的QSPI NOR硬體連線設計，示例NOR晶片是MT25QL128ABA1ESE-OSIT，該NOR晶片為Multiple I/O，資料線為DQ[3:0]，當用作1-bit SPI模式時，僅需連線DQ[1:0]：
三、Serial EEPROM/NOR載入啟動過程
確保Serial EEPROM/NOR硬體相關設計無誤之後，底下便是下載更新Bootable Image進Serial EEPROM/NOR以供BootROM載入啟動了，在下載Bootable image之前有必要先了解Serial EEPROM/NOR的載入啟動過程：
痞子衡在啟動系列文章的第六篇 Bootable image格式與載入(elftosb/.bd) 裡的最後已經介紹過non-XIP image載入啟動過程，這個過程其實已經充分地描述了Serial EEPROM/NOR的載入啟動過程。
有了non-XIP image載入啟動的背景知識，Serial EEPROM/NOR的載入啟動過程便是上電之後，在主動選擇的Primary Boot Device啟動失敗之後，BootROM會從Serial EEPROM/NOR起始地址處載入initial image資料（4KB），再根據initial image裡的IVT,Boot Data獲取Application起始地址以及總長度，然後再將Application全部拷貝到相應SRAM裡去啟動，其過程如下圖所示：
四、下載Application進Serial EEPROM/NOR
理解了Serial EEPROM/NOR載入啟動過程，我們便可以開始使用Flashloader下載Application進Serial EEPROM/NOR晶片中：
痞子衡在啟動系列文章的第四篇 Flashloader初體驗(blhost) 和第六篇 Bootable image格式與載入(elftosb/.bd) 裡分別介紹了Flashloader的基本使用以及如何將你的Application製作成Bootable image，後續內容假定你已經制作好一個Bootable image並且使用blhost工具與Flashloader建立了基本通訊，正要開始將Bootable image下載進Serial EEPROM/NOR。
Serial EEPROM/NOR也支援configuration block，只不過configuration block對於BootROM恢復啟動而言不是必需的，configuration block結構原型是下面的spi_nor_eeprom_config_t，在本文裡暫不使能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資料下載進Serial EEPROM/NOR中呢？當然還是靠Flashloader工具，我們只需要提供簡化的8byte配置資料即可。下面是一種Application下載更新示例（該示例適用於 Serial NOR晶片MT25QL128ABA1ESE-OSIT）：
// 在SRAM裡臨時儲存Serial EEPROM/NOR配置資料
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配置資料去配置SPI介面
blhost -p COMx -- configure-memory 0x110 0x2000在上述示例裡痞子衡首先使用了fill-memory命令在0x2000地址處暫存了8byte配置資料，然後通過config-memory將這8byte資料裡的資訊配置到Flashloader的Serial EEPROM/NOR介面中，實際上這2個命令成功執行後，你就可以開始使用Flashloader下載Bootable image了。那麼這8byte配置資料到底是怎麼組織的？詳見下表：
從上表我們可以知道，其實這8byte資料提供的配置資訊主要是SPI連線以及EEPROM/NOR Device屬性配置。configure-memory命令執行成功之後，底下image的下載很簡單，只需要將Bootable image從Serial EEPROM/NOR起始地址開始下載即可，具體步驟如下：
// 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 0x110Bootable image下載成功之後，我們可以試著用read-memory從Serial EEPROM/NOR晶片裡讀回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的下載工作便結束了。
五、進入Serial EEPROM/NOR備份啟動模式
Application已經被成功下載進Serial EEPROM/NOR晶片之後，此時我們便可以開始設定晶片從Serial EEPROM/NOR啟動：
在進入Boot Device選擇之前，你首先需要設定BOOT_MODE[1:0]=2'b10，即晶片處於Internal Boot模式，並且確認BT_FUSE_SEL（eFUSE偏移0x460處的32bit配置資料的bit4）為1'b0，或者也可以設定BOOT_MODE[1:0]=2'b00，即晶片處於Boot From Fuses模式，並且將BT_FUSE_SEL（eFUSE偏移0x460處的32bit配置資料的bit4）燒寫為1'b1，這裡看不懂的朋友請溫習痞子衡前面的文章 Boot配置(BOOT Pin/eFUSE)。
設定好正確Boot模式後，再來選擇Boot Device，Serial EEPROM/NOR屬於Recovery Boot Device，並不是可以主動選擇啟動的Boot device，所以並沒有BOOT_CFG pin或者eFUSE來配置選擇直接從Serial EEPROM/NOR啟動，如果想驗證從Seril EEPROM/NOR啟動是否能成功，你需要確保當前BOOT_CFG/eFUSE決定的Primary Boot Device中沒有Bootable image。
六、配置eFUSE啟動Serial EEPROM/NOR
設定好晶片啟動模式是從Serial EEPROM/NOR啟動之後，我們還需要最後關注一下與Serial EEPROM/NOR相關的具體特性配置：
Serial EEPROM/NOR的配置相對還是比較簡單的，只有4部分：Recovery Boot Enable、SPI Speed、SPI addressing、SPI Port，其中Recovery Boot Enable是一定要開啟的，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是唯一的可以自由配置的選項（當然不能超過所選Serial EEPROM/NOR的最高速度）。
七、幾個注意事項
- 市面上基本大於64KB的QSPI NOR均相容EEPROM命令集（即1bit read/normal read模式）。
- 雖然從Serial EEPROM/NOR啟動的設計目的是用於recovery boot，但如果你硬要將Serial EEPROM/NOR作為系統裡的唯一Boot Device，也並不是不可以，你需要在板級設計時考慮與Primary Boot Device連線的i.MXRT相關引腳在上電時的電平轉換（BootROM總是會嘗試先啟動Primary Boot Device）的影響。
上述所有步驟全部完成之後，復位晶片你就應該能看到你放在Serial EEPROM/NOR裡的Application已經正常地啟動了。
至此，飛思卡爾i.MX RT系列MCU的Serial EEPROM/NOR恢復啟動痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡~~~