痞子衡嵌入式：瞭解i.MXRTxxx系列ROM API及其與i.MXRT1xxx系列的差異

痞子衡發表於2020-08-06
API

　　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i.MXRTxxx系列ROM API設計細節。

　　痞子衡之前寫過兩篇文章 《利用i.MXRT1xxx系列ROM提供的FlexSPI driver API可輕鬆IAP》、《其實i.MXRT1050,1020,1015系列ROM也提供了FlexSPI driver API》 基本把i.MXRT1xxx全系列的ROM API及其FlexSPI NOR驅動設計都講清楚了，其實i.MXRTxxx系列的ROM API設計跟i.MXRT1xxx系列的設計思路差不多（其實本就是同一個恩智浦研發小組負責的），僅有一些微小區別，本文痞子衡主要就是點出那些區別。

一、ROM基址差異

　　ROM API程式碼首先是在BootROM裡，BootROM程式碼是出廠前固化在ROM區域的。因為架構設計的關係，i.MXRTxxx系列和i.MXRT1xxx系列的ROM區域在系統記憶體裡的對映地址不同。

　　下表是i.MXRTxxx系列代表型號i.MXRT500的部分系統記憶體對映，可以看到ROM區域起始地址是0x03000000（非安全域）。目前i.MXRTxxx都是Cortex-M33核心，支援TrustZone特性，所以0x13000000也是ROM起始地址（安全域），為了通用性，我們認0x03000000就可以了，這個地址在安全狀態和非安全狀態下都能被訪問。

　　下表是i.MXRT1xxx系列代表型號i.MXRT1060的部分系統記憶體對映，可以看到ROM區域起始地址是0x00200000。i.MXRT1xxx系列都是Cortex-M7核心，沒有TrustZone特性，不存在i.MXRTxxx上那樣的兩種狀態域下的地址。

二、API基址備份位置差異

　　在i.MXRT1xxx系列ROM API介紹的文章裡，痞子衡介紹過g_bootloaderTree地址值被複制了一份放在了BootROM中斷向量表第8個向量的位置處（該向量為ARMv7-M架構下未定義的系統向量），因此讀取0x0020001c處開始的4bytes便能找到i.MXRT1xxx系列的g_bootloaderTree。

　　但是由於i.MXRTxxx是Cortex-M33核心，屬於ARMv8-M架構，從下圖中可以看出ARMv8-M架構下中斷向量表第8個向量是SecureFault，已經被定義了，因此BootROM把g_bootloaderTree地址值放到了第9個向量的位置處（該向量為ARMv8-M架構下未定義的系統向量），故讀取0x03000020處開始的4bytes才能找到i.MXRTxxx系列的g_bootloaderTree（這種方式在實際API呼叫中並不可取，至於原因嘛，先賣個關子）。

　　下面是i.MXRT500 BootROM工程的startup檔案（IAR版），g_bootloaderTree確實在第9個向量處：

        MODULE  ?cstartup

        ;; Forward declaration of sections.
        SECTION CSTACK:DATA:NOROOT(3)
        SECTION .intvec:CODE:NOROOT(2)

        EXTERN  __iar_program_start
        EXTERN  g_bootloaderTree
        PUBLIC  __vector_table
        PUBLIC  __vector_table_0x1c

        DATA

__vector_table
        DCD     sfe(CSTACK)
        DCD     Reset_Handler
        DCD     DefaultISR
        DCD     HardFault_Handler
        DCD     DefaultISR
        DCD     DefaultISR
        DCD     UsageFault_Handler
__vector_table_0x1c
        DCD     SecureFault_Handler
        DCD     g_bootloaderTree
        DCD     0
        DCD     0
        DCD     SVC_Handler
        DCD     DefaultISR
        DCD     0
        DCD     DefaultISR
        DCD     SysTick_Handler
                ;; ...

三、API原型定義差異

　　下面是i.MXRTxxx系列ROM API原型定義及其例項（適用i.MXRT500/600），基本形式跟i.MXRT1xxx差不多，但是API功能更豐富，除了FlexSPI NOR驅動，還有iap api、USB low-level driver、otp driver等（我們知道，i.MXRTxxx與LPC系列同根同源，LPC系列ROM裡一般都會整合很多經典SDK驅動，比如內部flash、low power驅動，有了這些穩定的驅動API，LPC系列的使用者手冊裡甚至都會省去這些IP的暫存器介紹，直接就是API的介紹）。

typedef struct
{
    void (*runBootloader)(void *arg);
    uint32_t version;
    const char *copyright;
    const bootloader_context_t *runtimeContext;
    const kb_interface_t *kbApi;
    const usb_driver_interface_t *usbDriver;
    const USBD_API_T *lpcUsbDriver;
    const flexspi_nor_flash_driver_t *flexspiNorDriver;
    const ocotp_driver_t *otpDriver;
    const skboot_authenticate_interface_t *skbootAuthenticate;
} bootloader_api_entry_t;

//! @brief Static API tree.
__root const bootloader_api_entry_t g_bootloaderTree @".rom_api_tree_section" = {
    .runBootloader = bootloader_user_entry,
    .version = MAKE_VERSION('K', 3, 0, 0),
    .copyright = "Copyright 2019 NXP.",
    .runtimeContext = &g_bootloaderContext,
    .kbApi = &g_romApiInterface,
    .usbDriver = &g_usbDriverInterface,
    .flexspiNorDriver = &g_flexspiNorFlashDriverInterface,
    .otpDriver = &g_otpDriverInterface,
    .skbootAuthenticate = &g_skbootAuthenticateInterface,
};

四、API例項連結差異

　　i.MXRT1xxx系列ROM API例項g_bootloaderTree都是讓連結器自由連結的，因此每個具體型號的實際ROM API連結地址沒有一致的規律可循（這也是為什麼要在中斷向量表裡固定位置統一儲存一份），而這點在i.MXRTxxx上有了改進，i.MXRTxxx裡將g_bootloaderTree放到了 .rom_api_tree_section 段裡，在連結檔案裡將該段固定連結在ROM區域最後4KB處（BootROM程式碼沒有把全部ROM空間用盡）。

　　下面是i.MXRTxxx BootROM原始檔中g_bootloaderTree的定義，加了段修飾。此外還有額外的k_romcrc，標示API例項區域的結束。

__root const bootloader_api_entry_t g_bootloaderTree @".rom_api_tree_section" = {
    .runBootloader = bootloader_user_entry,
    .version = MAKE_VERSION('K', 3, 0, 0),
    .copyright = "Copyright 2019 NXP.",
    .runtimeContext = &g_bootloaderContext,
    // ...
};

__root const uint32_t k_romcrc @".romcrc" = 0xdeadbeef;

　　下面是i.MXRTxxx連結檔案（IAR工程）中 .rom_api_tree_section 段的處理（i.MXRT500型號示例，ROM空間是192KB）。你可能好奇為啥ROM_API_TREE_xx等值是放在0x13000000開始的安全域ROM空間對映，BootROM屬於上電啟動第一級，負責晶片系統的安全和啟動，當然是工作在安全狀態下，可以訪問安全域地址空間。

define symbol __ICFEDIT_region_ROM_API_TREE_start__     = 0x1302f000;
define symbol __ICFEDIT_region_ROM_API_TREE_end__       = 0x1302f0ff;
define symbol __ICFEDIT_region_ROM_CRC_CHECKSUM_start__ = 0x1302fffc;
define symbol __ICFEDIT_region_ROM_CRC_CHECKSUM_end__   = 0x1302ffff;

define region ROM_API_TREE_region = mem:[from  __ICFEDIT_region_ROM_API_TREE_start__ to  __ICFEDIT_region_ROM_API_TREE_end__];
define region ROM_CRC_CHECKSUM = mem:[from  __ICFEDIT_region_ROM_CRC_CHECKSUM_start__ to  __ICFEDIT_region_ROM_CRC_CHECKSUM_end__];

place in ROM_API_TREE_region { section .rom_api_tree_section };
place in ROM_CRC_CHECKSUM { section .romcrc };

　　基於上面的設計，你才會在i.MXRT500參考手冊裡Non-Secure Boot ROM章節看到如下ROM API地址及結構資訊圖（圖中僅標了常用的API功能函式），實際ROM API呼叫時，App的執行其實都是經過ROM引導和認證的，App中既可以訪問安全域地址（0x1302f000）來呼叫API，也可以訪問非安全域地址（0x0302f000）來呼叫API。

　　最後再來回答前面賣的關子，為什麼i.MXRTxxx系列通過BootROM中斷向量表第9個向量值來訪問ROM API這種方式並不可取？其實從BootROM煞費苦心地將g_bootloaderTree固定連結在ROM區域最後4KB處，你就能看出其用意。如果你掛上偵錯程式直接訪問i.MXRTxxx的ROM區域前20KB的空間，你會發現無法訪問，在App裡AHB方式讀這個區域，也會直接產生HardFault，因為BootROM裡做了特殊設計故意隱藏了前20KB空間，這個空間裡存放了BootROM想要保護的資料和程式碼，至於內容是啥，純屬機密，恕不奉告，哈哈。

　　至此，i.MXRTxxx系列ROM API設計細節痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡~~~

歡迎訂閱

文章會同時釋出到我的 部落格園主頁、CSDN主頁、知乎主頁、微信公眾號 平臺上。

微信搜尋"痞子衡嵌入式"或者掃描下面二維碼，就可以在手機上第一時間看了哦。

相關文章