痞子衡嵌入式：在i.MXRT1xxx系列上用NAND型启动设备时可用两级设计缩短启动时间

2024-04-21 21:10 由痞子衡发表于 #操作系统

　　大家好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家分享的是在i.MXRT1xxx系列上用NAND型启动设备时可用两级设计缩短启动时间。

　　去年痞子衡写过一篇骚操作文章《借助i.MXRT10xx系列INIT_VTOR功能可以缩短程序热重启时间》，这对于 NAND 型启动设备上程序热重启时间的缩短非常有帮助。我们知道随着项目进程的推进，代码功能逐渐完善，程序体积也会变得越来越大，相应地启动时间也会增大（每次复位 BootROM 都会搬移一次程序，搬移时间和程序长度成正比），痞子衡已经为大家解决了程序热重启时间问题，但是程序上电启动（冷启动）时间仍然过长怎么办？

　　最近痞子衡在支持一个 RT1170 汽车电子客户，他们使用了 eMMC 作为启动设备，他们就对程序启动时间比较担心。鉴于此，痞子衡决定给他们做一个示例，这个方法其实痞子衡在《测量RT1170 Raw NAND启动时间》一文 2.2 小节里简单提及过，就是小 L2Boot + 大 App 两级启动设计（L2Boot尽量小，App可以很大，L2Boot起来之后去做一些用户启动任务，然后由L2Boot再去慢慢加载App）。那会痞子衡只是放个嘴炮，这次咱们就动个真格：

Note：本文以 eMMC 启动设备为例，但思想方法同样适用 Raw/Serial NAND, SD 等启动设备。

一、RT1170从eMMC启动

　　RT1xxx 系列包含两个 uSDHC 模块，其中 uSDHC1 主要支持 1/4-bit 模式，而 uSDHC2 可以支持 1/4/8-bit 模式，因此大部分客户都会将 8-bit eMMC 挂在 uSDHC2 上。这个汽车电子客户选用了来自江波龙的兼容 eMMC5.1 标准的 8GB 容量芯片 FEMDME008G-A8A39，硬件设计上内存介质供电 VCC 是 3.3V，主机接口供电 VCCQ 是 1.8V（高速）：

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

　　要从 eMMC 启动，首先需要准备一个 Non-XIP 程序，具体可参考《RT上Non-App制作限制》。有了程序，然后将芯片 Boot Mode 设置为 2'b01 串行下载模式，再使用痞子衡 MCUBootUtility 工具做一键下载即可，软件配置如下：

　　程序下载完成之后，将芯片 Boot Mode 设置为 2'b10，此外 BOOT_CFG[1/5/7/8/9] 均设为1，即从 uSDHC2 8-bit 1.8V High-Speed 模式启动，断电复位，你应该能看到程序从 eMMC 中被启动了。

二、支持eMMC读取的L2Boot设计

　　确认基本的 eMMC 启动过程没问题了，现在开始设计 L2Boot。其实这个 L2Boot 也没啥玄机，本质上也是一个 Non-XIP 程序，只不过程序功能包含：用户启动任务执行、eMMC 数据读取驱动、用户程序加载执行。痞子衡这里的 L2Boot 设计主要涉及 eMMC 数据读取以及用户程序加载执行。

　　目前官方 SDK_2_15_000_MIMXRT1170-EVKB 里没有单纯的 eMMC 例程，但是其它 RT 型号倒是有例程 \SDK_2_15_000_EVKB-IMXRT1050\boards\evkbimxrt1050\sdmmc_examples\mmccard_freertos，痞子衡其实就想要一个最简单的裸机版本的 eMMC 读写测试。

　　为了不重复造轮子，痞子衡就在 \SDK_2_15_000_MIMXRT1170-EVKB\boards\evkbmimxrt1170\bootloader_examples\flashloader 基础上做了删减，仅保留 eMMC 读写以及程序跳转功能，代码仓库如下：

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

　　这个 L2Boot 工程里最核心的函数 bootloader_run() 如下，其中用户程序拷贝过程目标地址和长度使用了 HARDCODE，这里其实是可以改进的（可参考 RTxxx 系列启动设计在用户程序中断向量表保留区域放置 APP_EXEC_START 和 APP_LENGTH）。此外 APP_EMMC_START 设 0x80000，是因为这款 eMMC 芯片擦除单元（erase group）为 512KB，第一个 group 我们放置了 L2Boot，用户 App 可从第二个 Group 开始放。

#define APP_EMMC_START  (0x80000)  // 用户程序数据在eMMC中起始位置
#define APP_EXEC_START  (0x2000)   // 用户程序首地址(中断向量表地址)，这里是 ITCM 偏移 0x2000 处（偏移不强制）
#define APP_LENGTH      (0x6000)   // 用户程序体大小

　　需要提醒的是，这个 L2Boot 务必要遵循 BootROM 对于 Non-XIP 程序加载的链接限制（空出前面位置给启动头），因为上电后其由 BootROM 加载执行。

三、L2Boot与App联动

　　为了测试 L2Boot 功能是否正常，痞子衡在仓库里也放了一个示例用户 App 工程（其实就是 SDK 里的 hello world 例程），这个 App 由于是被 L2Boot 加载执行，所以它也不存在 BootROM 关于 Non-XIP 程序的链接地址限制问题了，完全看 L2Boot 的代码设计要求。

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

　　现在我们用 MCUBootUtility 工具依次将痞子衡仓库里的 mmc_boot 程序（一键下载方式）和 mmc_app 程序（通用编程器下载方式，如下图）下载进 eMMC 里。切换 Boot Mode 后断电复位，如果你看到 mmc_app 正在执行，恭喜你，两级启动设计完成了。

　　至此，在i.MXRT1xxx系列上用NAND型启动设备时可用两级设计缩短启动时间痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~

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