I.MX6ULL启动详解：Boot配置、Bootable image启动头的组成

本篇文章来了解一下I.MX6ULL的启动方式，实际上之前我介绍了NXP的跨界MCU RT1170的启动方式：I.MX RT1170启动详解：Boot配置、Bootable image头的组成，两个芯片虽然一个是Cortex-M，一个是Cortex-A，但是都是来源于NXP，所以有类似的BootROM代码，在启动的引导方式上是类似的，下面就来详细介绍一下。

1 基础知识

1、BootROM

在上电后，会执行一段固定的BootROM程序，这段程序是由NXP官方写好的，主要是用来根据用户提供的信息对镜像进行引导。比如说用户希望将代码从Nand/EMMC/SD拷贝到SDRAM执行、用户希望上电时能初始化好SDRAM…这都可以交给BootROM完成。

2、image头

那BootROM要怎么知道用户希望做哪些初始化呢？我们就需要在编译出来的.bin文件的开头添加一些头信息，以提供给BootROM，让它知道如何引导程序启动。

3、eFuse

eFuse顾名思义就是熔丝，它的状态只能由0转为1，这是不可逆的。比如说对于不同的启动方式来说，我们可以将手册中指定的硬件上的几个启动引脚拉高或拉低，从而表示设备会从哪里启动。对于这些，在硬件上我们飞个线或者去掉一个电阻就能更改这些启动方式了，那有什么办法可以固定这个启动方式而不被更改呢？

在eFuse中就有和几个启动引脚相对应的位，然后我们只要烧写eFuse中的BT_FUSE_SEL位，就表示以后上电就是从eFuse中对应的配置读取启动配置，而不会从硬件中读取。

2 Boot配置

2.1 BOOT_MODE

• Boot From Fuses：通过熔丝的配置来Boot。如果是这种启动方式，就会根据刚刚所说的BT_FUSE_SEL来判断要不要使用eFuse的配置进行启动引导，如果想根据eFuse的配置进行启动，则需要烧写BT_FUSE_SEL位。默认BT_FUSE_SEL为0，在该模式下，会进入Serial Downloader模式。
• Serial Downlaoder：我们可以通过串口或USB与BootROM进行通信，我们就可以根据此功能烧写一段代码到内置的RAM里然后运行，这段代码可以完成Flash的擦写、eFuse的烧写等操作。
• Internal Boot：与Boot From Fuses模式类似，也会根据BT_FUSE_SEL位来读取配置，只是BT_FUSE_SEL为0时候的定义和Boot From Fuses不同，如果为0，则使用GPIO的配置进行引导。

2.2 BOOT_CFG配置

前面有了启动方式后，BootROM还需要知道从哪里读取代码启动，如果是从NOR Flash启动的话，那就直接在NOR Flash运行，如果是从EMMC、SD等存储设备启动，则还需要拷贝代码到SRAM/SDRAM等RAM中运行。这些都是根据BOOT_CFG来配置的。在I.MX6ULL中支持以下几种存储设备启动：

• NOR Flash
• NAND Flash
• OneNAND Flash
• SD/MMC
• Serial (SPI) NOR Flash and EEPROM
• QuadSPI (QSPI) Flash

BOOT_CFG引脚包括BOOT_CFGx[0]-BOOT_CFGx[7](x=1,2,3)，共24个引脚。

对于不同的启动设备来说，BOOT_CFG1[7:4]配置如下：

至于其它的24个引脚的配置，我们不用对每个引脚都进行配置，因为在不同的启动设备下，仅需要配置个别的配置引脚，大家可以根据自己的启动设备，参考8.5 Boot Device(Internal Boot)章节中的配置。比如使用NOR Flash启动，我们只需要再配置表格中的这些引脚即可：

• 同样的，BOOT_CFG引脚在eFuse中也有对应的位来表示

3 Bootable image启动头

3.1 组成

既然BootROM需要引导程序，它并不知道程序中断向量表所在的位置，如果程序需要从存储设备拷贝到RAM中，那是从哪个地址拷贝到哪个地址呢？另外，前面我们有提到BootROM还可以对SDRAM等外设进行初始化，那不同的SDRAM参数不同，应该如何让BootROM知道呢？我们就可以在启动头中添加这些信息，这个启动头称为IVT(Image Vector Table)。

对于不同的启动设备来说，启动头存放的位置也不同，如下图所示：

如下所示，包括IVT的字段，BootROM就通过这些字段将程序从Boot Device拷贝到Dest Memory。

各个字段的含义如下：

Field	Description
header	执行镜像中第一条指令的绝对地址
reserved1	保留字段，应设为0
dcd	镜像DCD的绝对地址。DCD是可选的，如果不需要，则此字段可以设置为0。
boot data	启动数据的绝对地址
self	IVT 的绝对地址。ROM内部使用
csf	用于加密启动，不用的话设置为0
reserved2	保留字段，应设为0

• 这里的CSF用于HAB认证，可以参考我写的这一篇文章RT1170加密启动详解(2)：HAB认证原理

实际上这些字段和RT1170中的IVT启动头一模一样，这里就不做详细介绍了，可以参考I.MX RT1170启动详解：Boot配置、Bootable image头的组成。下面直接举一个实际的例子，来看看这些字段是如何配置的。

3.2 实例

3.2.1 程序结构

这里我们假设Boot Device为SD，我们希望将代码拷贝到DDR中运行。根据前面这张图，我们知道从SD启动的话整个头的大小为4KB，其中IVT的偏移为0x400。

由下图可知，DDR的起始地址为0x80000000。

另外I.MX6ULL属于ARMv7内核，来看一下CP15协处理器中的向量表字段：

也就是说在ARMv7中，向量表地址的低5位有别的作用，实际上就是可以指定上电后进入的异常(默认为Reset异常)。如果低5位用不了的话，也就代表着我们的向量表地址要32位对齐。

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所以我们可以这样设计镜像格式：

最终DDR的0x80000000开始的内存内容就是以上的格式。由于我们设置了从SD启动，所以我们只需要把这整个固件放在SD中就行了，上电后BootROM会帮我们拷贝到0x80000000处，然后去运行0x80100000处的代码。

• 由于程序放在0x80100000，所以我们在编译的时候，需要修改链接脚本的链接地址，将程序链接到0x80100000处
• 这里仅是举一个极端的情况，让大家可以更好地理解这个启动头的作用。我们完全可以把向量表放在0x80100000-0x1000的位置。否则这样的话，如果一次烧写整个镜像到SD卡，那至少要烧写0x100000的大小。同样地，BootROM拷贝也会非常慢。

3.2.2 程序镜像内容分析

(1)0~0x400：暂时没有用到，填0

2、IVT(Image Vector Table)：偏移0x400

其中TAG为d1，IVT Length为0x20(这个字段大端表示)，version为0x40，entrypoint Address(程序的链接地址或程序reset_handler的地址)为0x80100000，DCD的绝对地址为0x8000042C，Boot Data链接地址为0x80000420，IVT链接地址为0x80000400。

3、BD(Boot Data)：偏移0x420

其中镜像的绝对起始地址为0x80000000，程序镜像的大小为0x200000(2M,可以根据DDR最大的大小填写)。

4、DCD：偏移0x42C

从0x42C开始都是DCD的配置了，实际上就是使用指定的格式来配置寄存器，比如可以配置SDRAM的寄存器，这样BootROM就能帮我们初始化好SDRAM。

• 具体格式参考手册：8.7.2 Device Configuration Data

5、程序镜像：偏移0x100000

最后就是我们编译出来的原始bin文件了。