LV04-01-IMX6ULL启动流程-01-启动方式

发表于 2023-09-08 分类于嵌入式开发， 02IMX6ULL平台， LV04-裸机开发本文字数： 4.6k 阅读时长 ≈ 17 分钟

本文主要是I.MX6ULL启动流程——启动方式的相关笔记，若笔记中有错误或者不合适的地方，欢迎批评指正😃。

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	nxp-imx/linux-imx/releases/tag/rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga	NXP linux内核仓库tags中的rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga
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I.MX6ULL	i.MX 6ULL Applications Processors for Industrial Products	I.MX6ULL 芯片手册（datasheet，可以在线查看）
I.MX6ULL	i.MX 6ULL Applications ProcessorReference Manual	I.MX6ULL 参考手册（下载后才能查看，需要登录NXP官网）

一、手册内容解读

首先我们先看参考手册：《i.MX 6ULL Applications Processor Reference Manual 》的Chapter 8 System Boot ，这一部分就是专门讲解I.MX6ULL启动相关内容的章节。

1. boot ROM概述

I.MX6ULL芯片内部有一个 boot ROM，上电后 boot ROM 上的程序就会运行。它会根据 BOOT_MODE[1:0]的值，以及 eFUSE 或 GPIO 的值决定后续的启动流程。

说明： eFUSE 即熔丝，只能烧写一次，一般正式发布产品时烧写最终值；平时调试时通过 GPIO 来设置开发板的启动方式。

boot ROM 上的程序功能强大，可以从 USB 口或串口下载程序并把它烧写到Flash 等设备上，也可以从 SD 卡或 EMMC、 Flash 等设备上读出程序、运行程序。

2. 从哪读取程序

2.1 由什么决定从哪读？

boot ROM 是从 USB 口下载、运行程序，还是从 SD 卡等设备上读出、运行程序，谁决定？答案是由 BOOT_MODE[1:0] 的值来决定启动方式，它们来自于2个引脚BOOT_MODE1、 BOOT_MODE0。这 2 个引脚在上电时是输入引脚，芯片启动后采集这 2 个引脚的值，存入 BOOT_MODE 寄存器。以后这 2 个引脚就可以用于其他功能，不会影响到 BOOT_MODE 寄存器。 BOOT_MODE[1:0]的值确定了 4 种启动模式：

在正点原子的开发板中，这两个引脚的原理图如下：

其中 BOOT_MODE1 和 BOOT_MODE0 在芯片内部是有 100KΩ下拉电阻的，所以默认是0。 BOOT_MODE1 和 BOOT_MODE0 这两个引脚我们也接到了底板的拨码开关上，这样我们就可以通过拨码开关来控制 BOOT_MODE1 和 BOOT_MODE0 的高低电平。以 BOOT_MODE1为例，当我们把 BOOT_CFG 的第一个开关拨到“ON”的时候，就相当于 BOOT_MODE1 引脚通过 R88 这个 10K 电阻接到了 3.3V 电源，芯片内部的 BOOT_MODE1 又是 100K 下拉电阻接地，因此此时 BOOT_MODE1 的电压就是 100/(10+100)*3.3V= 3V，这是个高电平，因此 BOOT_CFG 的中的 8 个开关拨到 “ON” 就是高电平，拨到 “OFF” 就是低电平。

2.2 四种模式

2.2.1 00 模式

也就是从 FUSE 启动，在我们的开发过程中很少用到。简单介绍一下。

在这种模式下， GPIO的值被忽略。boot ROM 会根据 eFUSE 的值来选择启动设备、设置启动设备。但是，对于刚出厂的芯片 eFUSE 值可能是错乱的、不适合我们的设备的，那这怎么办？eFUSE 中有一个值 BT_FUSE_SEL，它的出厂值是0，表示 eFUSE 未被烧写。 boot ROM 程序发现 BT_FUSE_SEL 为 0 时，它会通过 USB 或串口来下载程序；发现 BT_FUSE_SEL 为 1 时，才会根据eFUSE 的值选择启动设备，读出、运行该设备上的程序。

2.2.2 01 模式

就是串行下载模式。此模式下boot ROM 程序可以通过 USB 或串口下载、运行程序。这种模式可以将代码下载到板子上的外置存储设备中，我们可以使用 OTG1 这个 USB口向开发板上的 SD/EMMC、 NAND 等存储设备下载代码。我们需要将 BOOT_MODE1 拨到“OFF”，将 BOOT_MODE0 拨到“ON”。开发板出厂时，一般就是通过这个模式下载、烧写出厂程序的。

2.2.3 10 模式

称之为内部模式（内部BOOT模式），简单地说就是从 SD 卡、 EMMC 等设备启动程序。当 BOOT_MODE1 为 1， BOOT_MODE0 为 0 的时候此模式使能，在此模式下，芯片会执行内部的 boot ROM 代码，这段 boot ROM 代码会进行硬件初始化(一部分外设)，然后从 boot 设备(就是存放代码的设备、比如 SD/EMMC、 NAND)中将代码拷贝出来复制到指定的 RAM 中，一般是 DDR。

当我们设置 BOOT 模式为“内部 BOOT 模式”以后， I.MX6U 内部的 boot ROM 代码就会执行，这个 boot ROM 代码都会做什么处理呢？首先肯定是初始化时钟， boot ROM 设置的系统时钟如图：

在图中 BT_FREQ 模式为 0，可以看到， boot ROM 会将 I.MX6U 的内核时钟设置为396MHz，也就是主频为 396Mhz。 System PLL=528Mhz， USB PLL=480MHz， AHB=132MHz，IPG=66MHz。关于 I.MX6U 的系统时钟，我们后面会详细学习。

内部 boot ROM 为了加快执行速度会打开 MMU 和 Cache，下载镜像的时候 L1 ICache 会打开，验证镜像的时候 L1 DCache、 L2 Cache 和 MMU 都会打开。一旦镜像验证完成， boot ROM就会关闭 L1 DCache、 L2 Cache 和 MMU。

中断向量偏移会被设置到 boot ROM 的起始位置，当 boot ROM 启动了用户代码以后就可以重新设置中断向量偏移了。一般是重新设置到我们用户代码的开始地方，关于中断的内容后面会详细学习。

2.2.4 11 模式

11模式一般是保留的。

2.3 支持从哪些设备启动？

当 BOOT_MODE 设置为内部 BOOT 模式以后，可以从以下设备中启动：

（1）接到 EIM 接口的 CS0 上的 16 位 NOR Flash。

（2）接到 EIM 接口的 CS0 上的 OneNAND Flash。

（3）接到 GPMI 接口上的 MLC/SLC NAND Flash， NAND Flash 页大小支持 2KByte、 4KByte和 8KByte， 8 位宽。

（4） QuadSPI(QSPI) Flash。

（5）接到 USDHC 接口上的 SD/MMC/eSD/SDXC/eMMC 等设备。

（6）SPI 接口的 NOR flash 和 EEPROM。

总的来说就是支持这一些：NOR flash、NAND flash、OneNAND flash、SD/MMC、Serial (SPI) NOR flash and EEPROM、QuadSPI (QSPI) flash 。

这些启动设备如何选择呢？ I.MX6U 提供了 eFUSE 和 GPIO 配置两种。

3. 如何选择启动设备？

3.1 怎么区分eFUSE和GPIO的情况？

00 模式下是通过 eFUSE 的值选择启动设备，我们不关心。10 模式下既可以通过 eFUSE 的值也可以通过 GPIO 的值来选择启动设备（谁说的？一开始没找到，后看翻了手册还真有说明）：

但是到底通过谁来决定？上图其实已经给了答案：eFUSE 中有一个值 BT_FUSE_SEL，它的初始值为 0，表示 eFUSE 未被烧写。在 10 模式下，当 BT_FUSE_SEL 为 0 时就会通过 GPIO 来选择启动设备；当 BT_FUSE_SEL 为 1 时就会通过 eFUSE 来选择启动设备。

3.2 选择启动设备

通过 eFUSE 或 GPIO 不仅能选择启动设备，还可以设置启动设备。为什么还需要设置？比如 Nand Flash 参数各有不同，有些的页大小是 2048，有些是 4096。这些参数不同， boot ROM 程序读 Nand Flash 的方法就不同，我们必须把这些参数告诉 boot ROM：通过 eFUSE 或 GPIO 来标明这些参数。

首先看看要设置哪些 eFUSE 或 GPIO 来选择不同的启动设备。我们既可以使用 eFUSE 也可以使用 GPIO 来选择启动设备，GPIO 可以覆盖 eFUSE 的值。

哪些 GPIO 覆盖哪些 eFUSE？这可以查看《i.MX 6ULL Applications Processor Reference Manual 》中Chapter 8: System Boot 里的 GPIO boot overrides 。选择启动设备后，还需要标明一些参数。比如选择 EMMC 启动时， EMMC 接在哪一个接口， eSDHC1 还是 eSDHC2？它的速度如何？比如选择 TF 卡启动时， TF卡接在哪一个接口， eSDHC1 还是 eSDHC2？它的速度如何？假设使用 EMMC 启动，或是 TF 卡启动，怎么设置 eFUSE 或 GPIO？这些信息可以查询《i.MX 6ULL Applications Processor Reference Manual 》的Chapter 5：Fusemap。

正如启动模式由 BOOT_MODE[1:0]来选择一样，启动设备是通过BOOT_CFG1[7:0]、 BOOT_CFG2[7:0]和 BOOT_CFG4[7:0]这 24 个配置 IO，这 24 个配置 IO 刚好对应着 LCD 的 24 根数据线 LCD_DATA0~LCDDATA23，当启动完成以后这 24 个 IO 就可以作为 LCD 的数据线使用。这 24 根线和BOOT_MODE1、 BOOT_MODE0 共同组成了 I.MX6U的启动选择引脚，下图列出了一小部分：

选择启动设备后，还需要标明一些参数。比如选择EMMC启动时，EMMC接在哪一个接口，eSDHC1还是eSDHC2？它的速度如何？选择TF卡启动时，TF卡接在哪一个接口，eSDHC1还是eSDHC2？它的速度如何？假设使用EMMC启动，或是TF卡启动，怎么设置eFUSE或GPIO？这些信息可以查询 i.MX6ULL 参考手册《Chapter 5: Fusemap》：

前边我们知道 BOOT_MODE[1:0] 设置启动模式（下边的0b应该是表示个前缀吧，我是这样理解的）：

当 BOOT_MODE 设置为 0b00 时，通过 eFUSE 选择启动设备，通过 eFUSE 获得设备的参数。
当 BOOT_MODE 设置为 0b10 时，通过 eFUSE 或 GPIO 来选择启动设备，获得设备的参数；使用 eFUSE 还是 GPIO 由 eFUSE 中的 BT_FUSE_SEL 决定，它默认是 0，表示使用 GPIO。

以 BOOT_MODE 为 0b10 为例，我们看一下要设置为 SD 卡、 TF 卡启动的话要怎么搞：

方式一：

（1）设置 eFUSE 的 BOOT_CFG1[7:5]为 0b010 ；

（2）查看i.MX6ULL参考手册的《8.3.2 GPIO boot overrides 》确定 BOOT_CFG1[7:5]对应的GPIO 为 LCD1_DATA07~05，把这 3 个引脚设置为 0b010。

根据 SD 卡、 TF 卡的性能，可以设置 eFUSE 或 GPIO 来表示它能否提供更高的速度：

方式二：

（1）设置 eFUSE 的 BOOT_CFG1[4:0]

（2）查看i.MX6ULL参考手册的《8.3.2 GPIO boot overrides 》确定 BOOT_CFG1[4:0]对应的GPIO 为 LCD1_DATA04~00，设置这些引脚。

（3）IMX6ULL 有两个 SD 卡、 TF 卡接口，使用哪一个接口？设置 eFUSE 的 BOOT_CFG2[4:3]可以确定使用 eSDHC1 或 eSDHC2。

（4）查看i.MX6U参考手册的《8.3.2 GPIO boot overrides 》确定 BOOT_CFG2[4:3]对应的GPIO 为 LCD1_DATA12~11，设置这些引脚

二、ALPHA板中的启动方式

前边我们知道选择启动设备的时候要调整这 24 个 IO 的高低电平，这得多复杂啊？其实不然，虽然有 24 个 IO，但是实际需要调整的只有那几个 IO，其它的 IO 全部下拉接地即可，也就是设置为 0。打开 I.MX6U-ALPHA 开发板的核心板原理图，这 24 个 IO 的默认设置如图所示：

大部分的 IO 都接地了，只有几个 IO 接高，尤其是 BOOT_CFG4[7:0]这 8 个 IO 都 10K 电阻下拉接地，所以我们压根就不需要去关注BOOT_CFG4[7:0]。我们需要重点关注的就只剩下了 BOOT_CFG2[7:0]和 BOOT_CFG1[7:0]这 16 个 IO。

BOOT_CFG1[7:0]和 BOOT_CFG2[7:0]这 16 个 IO 还能不能在减少呢？我们打开 I.MX6U-ALPHA 开发板的底板原理图，底板上启动设备选择拨码开关原理图如图所示：

除了 BOOT_MODE1 和 BOOT_MODE0必须引出来，LCD_DATA3~LCDDATA7、 LCD_DATA11 这 6 个 IO 也被引出来了，可以通过拨码开关来设置
其对应的高低电平，拨码开关拨到“ON”就是 1，拨到“OFF”就是 0。其中 LCD_DATA11 就是 BOOT_CFG2[3]， LCD_DATA3~LCD_DATA7 就是BOOT_CFG1[3]~BOOT_CFG1[7]，这 6 个IO 的配置含义如表：

BOOT IO 含义， I.MX6U-ALPHA 开发板从 SD 卡、 EMMC、 NAND 启动的时候拨码开关各个位设置方式如下表

1	2	3	4	5	6	7	8	启动设备
0	1	x	x	x	x	x	x	串行下载，可以通过 USB 烧写镜像文件。
1	0	0	0	0	0	1	0	SD 卡启动。
1	0	1	0	0	1	1	0	EMMC 启动。
1	0	0	0	1	0	0	1	NAND FLASH 启动。