痞子衡嵌入式：在i.MXRT1xxx系列上用NAND型啟動裝置時可用兩級設計縮短啟動時間

痞子衡發表於2024-04-21
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　　大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家分享的是在i.MXRT1xxx系列上用NAND型啟動裝置時可用兩級設計縮短啟動時間。

　　去年痞子衡寫過一篇騷操作文章 《藉助i.MXRT10xx系列INIT_VTOR功能可以縮短程式熱重啟時間》，這對於 NAND 型啟動裝置上程式熱重啟時間的縮短非常有幫助。我們知道隨著專案程序的推進，程式碼功能逐漸完善，程式體積也會變得越來越大，相應地啟動時間也會增大（每次復位 BootROM 都會搬移一次程式，搬移時間和程式長度成正比），痞子衡已經為大家解決了程式熱重啟時間問題，但是程式上電啟動（冷啟動）時間仍然過長怎麼辦？

　　最近痞子衡在支援一個 RT1170 汽車電子客戶，他們使用了 eMMC 作為啟動裝置，他們就對程式啟動時間比較擔心。鑑於此，痞子衡決定給他們做一個示例，這個方法其實痞子衡在 《測量RT1170 Raw NAND啟動時間》 一文 2.2 小節裡簡單提及過，就是小 L2Boot + 大 App 兩級啟動設計（L2Boot儘量小，App可以很大，L2Boot起來之後去做一些使用者啟動任務，然後由L2Boot再去慢慢載入App）。那會痞子衡只是放個嘴炮，這次咱們就動個真格：

  • Note：本文以 eMMC 啟動裝置為例，但思想方法同樣適用 Raw/Serial NAND, SD 等啟動裝置。

一、RT1170從eMMC啟動

　　RT1xxx 系列包含兩個 uSDHC 模組，其中 uSDHC1 主要支援 1/4-bit 模式，而 uSDHC2 可以支援 1/4/8-bit 模式，因此大部分客戶都會將 8-bit eMMC 掛在 uSDHC2 上。這個汽車電子客戶選用了來自江波龍的相容 eMMC5.1 標準的 8GB 容量晶片 FEMDME008G-A8A39，硬體設計上記憶體介質供電 VCC 是 3.3V，主機介面供電 VCCQ 是 1.8V（高速）：

VCCQ = 1.8V，低功耗模式，可支援 HS200/HS400
VCCQ = 3.3V，高功耗模式，可支援 52MHz CLK SDR/DDR

　　要從 eMMC 啟動，首先需要準備一個 Non-XIP 程式，具體可參考 《RT上Non-App製作限制》。有了程式，然後將晶片 Boot Mode 設定為 2'b01 序列下載模式，再使用痞子衡 MCUBootUtility 工具做一鍵下載即可，軟體配置如下：

　　程式下載完成之後，將晶片 Boot Mode 設定為 2'b10，此外 BOOT_CFG[1/5/7/8/9] 均設為1，即從 uSDHC2 8-bit 1.8V High-Speed 模式啟動，斷電覆位，你應該能看到程式從 eMMC 中被啟動了。

二、支援eMMC讀取的L2Boot設計

　　確認基本的 eMMC 啟動過程沒問題了，現在開始設計 L2Boot。其實這個 L2Boot 也沒啥玄機，本質上也是一個 Non-XIP 程式，只不過程式功能包含：使用者啟動任務執行、eMMC 資料讀取驅動、使用者程式載入執行。痞子衡這裡的 L2Boot 設計主要涉及 eMMC 資料讀取以及使用者程式載入執行。

　　目前官方 SDK_2_15_000_MIMXRT1170-EVKB 裡沒有單純的 eMMC 例程，但是其它 RT 型號倒是有例程 \SDK_2_15_000_EVKB-IMXRT1050\boards\evkbimxrt1050\sdmmc_examples\mmccard_freertos，痞子衡其實就想要一個最簡單的裸機版本的 eMMC 讀寫測試。

　　為了不重複造輪子，痞子衡就在 \SDK_2_15_000_MIMXRT1170-EVKB\boards\evkbmimxrt1170\bootloader_examples\flashloader 基礎上做了刪減，僅保留 eMMC 讀寫以及程式跳轉功能，程式碼倉庫如下：

https://github.com/JayHeng/RT-SDMMC/tree/dev_l2boot_emmc/boards/mcu/mmc_boot

　　這個 L2Boot 工程裡最核心的函式 bootloader_run() 如下，其中使用者程式複製過程目標地址和長度使用了 HARDCODE，這裡其實是可以改進的（可參考 RTxxx 系列啟動設計在使用者程式中斷向量表保留區域放置 APP_EXEC_START 和 APP_LENGTH）。此外 APP_EMMC_START 設 0x80000，是因為這款 eMMC 晶片擦除單元（erase group）為 512KB，第一個 group 我們放置了 L2Boot，使用者 App 可從第二個 Group 開始放。

#define APP_EMMC_START  (0x80000)  // 使用者程式資料在eMMC中起始位置
#define APP_EXEC_START  (0x2000)   // 使用者程式首地址(中斷向量表地址)，這裡是 ITCM 偏移 0x2000 處（偏移不強制）
#define APP_LENGTH      (0x6000)   // 使用者程式體大小

　　需要提醒的是，這個 L2Boot 務必要遵循 BootROM 對於 Non-XIP 程式載入的連結限制（空出前面位置給啟動頭），因為上電後其由 BootROM 載入執行。

三、L2Boot與App聯動

　　為了測試 L2Boot 功能是否正常，痞子衡在倉庫裡也放了一個示例使用者 App 工程（其實就是 SDK 裡的 hello world 例程），這個 App 由於是被 L2Boot 載入執行，所以它也不存在 BootROM 關於 Non-XIP 程式的連結地址限制問題了，完全看 L2Boot 的程式碼設計要求。

https://github.com/JayHeng/RT-SDMMC/tree/dev_l2boot_emmc/boards/mcu/mmc_app

　　現在我們用 MCUBootUtility 工具依次將痞子衡倉庫裡的 mmc_boot 程式（一鍵下載方式）和 mmc_app 程式（通用程式設計器下載方式，如下圖）下載進 eMMC 裡。切換 Boot Mode 後斷電覆位，如果你看到 mmc_app 正在執行，恭喜你，兩級啟動設計完成了。

　　至此，在i.MXRT1xxx系列上用NAND型啟動裝置時可用兩級設計縮短啟動時間痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡~~~

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