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恩智浦i.MX RT1170 uSDHC eMMC啟動時間。
本篇是 i.MXRT1170 啟動時間評測第五彈，前四篇分別給大家評測了 Raw NAND 啟動時間（基於 MIMXRT1170-EVK_Rev.B）、Serial NOR 啟動時間（基於 MIMXRT1170-EVB_Rev.A2）、1bit SPI NOR 恢復啟動時間（基於 MIMXRT1170-EVK_Rev.C）、Serial NAND 啟動時間（基於 MIMXRT1170-EVKB_Rev.B）。
關於 i.MXRT 系列從 SD/eMMC 啟動使能方法，痞子衡寫過兩篇文章，分別是 《RT600從eMMC啟動》、《RT1050從SD啟動》，文章裡的方法其實是通用整個 i.MXRT 系列的（僅一些細微差異）。最近痞子衡在支援一個 RT1170 客戶，他們使用了 eMMC 啟動，並且將板子寄給了痞子衡幫助除錯問題，趁此機會，痞子衡就在客戶板卡上詳細測試一下 eMMC 啟動時間：
一、準備工作
1.1 知識儲備
除了依賴的底層資料傳輸介面外設型別不同之外，SD/eMMC 啟動流程和 Serial NAND/Raw NAND 啟動流程幾乎是一致的，因為儲存介質角度而言兩者都是 NAND，這裡就不過多展開了，參考痞子衡前面測評文章 1.1 節。
不過這裡需要特別注意的是，前面測評的啟動裝置（串並行NOR/NAND）讀寫資料率效能接近於介面速率（當然 NAND 有額外 ECC 校驗時間），但是 SD/eMMC 因為涉及壞塊管理/磨損平衡處理等，裝置內部處理會產生更多時間開銷，所以實際資料讀寫率跟資料介面速率之間存在一定差異，這個差異因廠商產品裡的處理演算法而異，需要翻看裝置晶片資料手冊。
本次測試客戶板卡上用了一顆來自江波龍的相容 eMMC5.1 標準的 8GB 容量晶片 FEMDME008G-A8A39，在其資料手冊上介面最高速率是 400MBps（HS400模式），但是實際資料讀寫率分別是 290MBps、115MBps。
eMMC 5.1 specification compatibility
- Backward compatible to eMMC 4.41/4.5/5.0
Bus mode
- Data bus width: 1 bit (default), 4 bits, 8 bits
- Data transfer rate: up to 400 MB/s (HS 400)
- MMC I/F Clock frequency: 0~ 200 MHz
1.2 時間界定
關於時間起點和終點，參考《FlexSPI NOR啟動時間》 裡的1.2節，雖然此次測試用得是客戶板卡，但是時間起點我們只需要選好 POR_B 測量點即可。
1.3 製作應用程式
關於應用程式製作，參考《Serial NAND啟動時間》 裡的1.3節。其實 Non-XIP 程式製作一直有一個小限制，之前的測評文章裡都沒有特別強調，前段時間痞子衡終於專門寫了篇文章 《Non-XIP App一般連結限制》，大家可以瞭解一下。
1.4 下載應用程式
應用程式的下載需藉助痞子衡開發的 NXP-MCUBootUtility 工具。由於 8bit eMMC 僅 uSDHC2 支援，客戶一般都將 eMMC 掛在 uSDHC2 引腳上，工具下載配置 eMMC 的時候，主要保證 instance 正確即可，至於其他速度模式方面的選擇，僅跟程式下載速度有關，並不影響 eMMC 啟動時間。
對 eMMC 啟動時間產生影響得主要是 RT1170 晶片 fuse 裡的如下配置，其中紅框選項是根據硬體情況必設的，籃圈選項是使用者可按自己要求選擇的（這裡也是下一節測試啟動時間的影響因子）。紫框裡決定了 BootROM 執行時的核心主頻，CM7 做主核時預設是 400MHz，可高配到 700MHz，這裡我們不改 BootROM 預設核心頻率配置。
1.5 示波器抓取訊號
一切準備就緒，可以用示波器抓 eMMC 啟動時間了。這次痞子衡偷了個懶，就測量兩路訊號，一個通道監測主晶片 POR 訊號，另一個通道監測 GPIO 訊號（App 裡會拉低這個 GPIO）。與以往不同的是，這次 GPIO 選得是複用 BOOT_CFG 功能的 pin，這個 pin 加了外部強上拉，下一節測試結果小節裡會有額外有趣發現。
二、開始測試
在公佈結果之前，痞子衡先帶大家分析一下示波器抓取的啟動時間波形，方便大家理解後續表格裡的各項組成。POR 訊號電壓上升時間比較緩慢，其供電來自於 VDD_1V8，我們時間起點暫取其標準有效值 70% - 1.2V 處。
此外我們可以看到 GPIO 在 POR 拉高之前早就被拉高，說明 GPIO 上電早於 POR，這樣的硬體設計是符合 i.MXRT 上電取樣時序規範的，痞子衡有一篇文章 《RT離線無法啟動，請先檢視SRC_SBMRx暫存器》 就和這點有關。
2.1 不同App長度測試
首先做的是不同 App 型別及長度相關的測試，App 分為連結在 ITCM 和 SDRAM 兩種（後者需要使能 BootROM DCD 初始化）。此外由於 SDRAM 空間大，因此測試多種 App 長度。所有的測試均在同一種 Boot Config 配置下，即痞子衡 《NAND型啟動裝置時可用兩級設計縮短啟動時間》 一文裡的配置，這也是該客戶使用的啟動配置。
從測試結果來看，eMMC 啟動時間在 1MB 以內 App 情況下相差無幾，跟 App 長度不成明顯正比關係。即使是 4MB 以內，也是看不出明顯關係，但是以 4MB 為單位來看，倒是有一定正比關係。
| App長度 | 複製App目標區域 | Boot Config配置 | 測量啟動時間 | ||
|---|---|---|---|---|---|
| CFG2[2:1]-Bus Width | CFG1[5]-SDMMC Speed | CFG1[0]-Fast Boot | |||
| 24KB | ITCM 396MHz@64bit |
2'b01 - 8bit DDR | 1'b1 - High | 1'b0 - Regular | ~39.5ms |
| 240KB | ~41.5ms | ||||
| 24KB | SDRAM 166MHz@32bit |
~41.1ms | |||
| 240KB | ~46.7ms | ||||
| 1MB | ~53.1ms | ||||
| 2MB | ~63.3ms | ||||
| 4MB | ~87.4ms | ||||
| 8MB | ~133.3ms | ||||
| 16MB | ~225.8ms | ||||
2.2 不同速度模式測試
因為 4MB 在 SDRAM 執行 App 有一定代表性，痞子衡就以這個為基礎測試了不同的 Boot Config 配置組合，在 BOOT_CFG1[0] 為 Fast Boot 情況下普遍無法啟動（可能需要更多展開配置）。在 BOOT_CFG1[0] 為 Regular Boot 情況下，High Speed 比 Normal Speed 快近一倍，8-Bit DDR 比 8-Bit SDR 也快近一倍。
| App長度 | 複製App目標區域 | Boot Config配置 | 測量啟動時間 | ||
|---|---|---|---|---|---|
| CFG2[2:1]-Bus Width | CFG1[5]-SDMMC Speed | CFG1[0]-Fast Boot | |||
| 4MB | SDRAM 166MHz@32bit |
2'b01 - 8bit SDR | 1'b0 - Normal | 1'b0 - Regular | ~219ms |
| 1'b1 - Fast | TBD | ||||
| 1'b1 - High | 1'b0 - Regular | ~130.6ms | |||
| 1'b1 - Fast | 無法啟動，DAP不可連線 | ||||
| 2'b11 - 8bit DDR | 1'b0 - Normal | 1'b0 - Regular | 無法啟動，DAP可連線 | ||
| 1'b1 - Fast | TBD | ||||
| 1'b1 - High | 1'b0 - Regular | ~87.4ms | |||
| 1'b1 - Fast | 無法啟動，DAP不可連線 | ||||
至此，恩智浦i.MX RT1170 uSDHC eMMC啟動時間痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡~~~
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