i.MX RT启动数据DCD的结构及配置

NXP管管

i.MX RT启动数据DCD的结构及配置

目前NXP的i.MX RT因为很好的性能，在MCU市场上受到了广泛的欢迎。i.MX RT内部有三种SRAM，分别是ITCM、DTCM和OCRAM。主流使用的i.MX RT的内部SRAM都小于1MB，但对于有些应用，比如需要LCD显示的应用，则需要更大的RAM存放所需显示的每帧数据。如对于分辨率为WQGA(480x272)的屏，显示16bit的色深，用一个数据缓存区，显示一帧的数据至少需要260KB的RAM；如果想支持分辨率更高，得到更好的显示性能，如i.MX RT可支持分辨率WVGA(800x480)的LCD屏，显示24bit的色深，使用两个数据缓存区，则显示一帧的数据至少需要2.3MB的RAM；如果再加上其他的应用代码，1MB的内部SRAM是远远不够的。因此，很多应用需要外扩RAM，通常SDRAM用的比较多。
毫无疑问，i.MX RT支持SDRAM，并通过SEMC接口实现SDRAM的读写。

说到SDRAM的使用就不得不说i.MX RT的启动。除了内部RAM，i.MX RT启动支持以下6种外部存储器：


·Serial NOR Flash via FlexSPI
·Serial NAND Flash via FlexSPI
·Parallel NOR Flash via SEMC
·RAW NAND Flash via SEMC
·SD/MMC via uSDHC
·SPI NOR/EEPROM via LPSPI
其中Serial/Parallel NOR这两种存储器可以XIP(直接执行)，其他4种存储器无法XIP，需要把代码拷贝到内部RAM或外接SDRAM里运行。对于内部RAM和SDRAM，两个都是易失性存储器，存放的代码或数据掉电会丢失，所以无法直接启动。


POR上电后，要么通过外部调试器，直接将应用程序和数据下载进SRAM/SDRAM，并将PC指向应用程序开始执行；要么通过存储在FLASH/ROM中的Bootloader程序，将应用程序和数据先加载到SRAM/SDRAM里，然后再跳转过去执行。
只不过SRAM是挂在系统总线上，一上电内部的SRAM就已经初始化完成了，而SDRAM是挂在存储器接口控制器上，因此需要先初始化SDRAM，才能向SDRAM中加载应用程序和数据。
除了从SDRAM 启动时需要在外部flash加载应用程序前提前初始化SDRAM，使SDRAM处于ready状态；有些应用同样需要在进入用户主程序前，完成SDRAM的初始化，以便CPU加载数据或代码到SDRAM时不会出错。如LCD的显示，对于字库和图形库文件的加载。
通常我们用DCD（Device configuration data）来初始化SDRAM.。但是DCD文件一般放在哪里及怎样定义呢，这里还是要说一下RT的启动，及一个可启动的image是如何构成的。
因为众所周知绝大多数的RT系列产品是没有内部FLASH的, 除了个别型号如i.MX RT1064；对于大多数有内部FLASH的MCU， FLASH地址是映射在内核的4GB系统空间内的（一般从0x0地址开始）, MCU上电后可直接从内部FLASH读取应用代码并原地执行。
对于RT系列来说则是由片内的BootROM进行引导的，BootROM读取BOOT_MODE寄存器和eFUSEs的值，确定从哪个存储器启动，从外部存储器加载应用程序代码到内部SRAM、外部SDRAM或直接从Flash原地执行(XIP)。要让系统能够正常启动起来，以FlexSPI NOR flash为例，则烧写到外部SPIFlash里面的完整代码段必须按照BootROM规定的格式编写，也就是必须在用户的应用程序前加一个头文件， 这个头文件包含如下部分，这样才能正常启动。在这个头文件中就包含了SDRAM的配置信息，也就是DCD的定义。
通常可启动的Image头文件包含如下部分：
·Flash Configuration Parameters (FCP) — Flash的配置参数；
·Image Vector Table (IVT) — 包含指向固定物理地址的程序入口指针，包含指向DCD的指针，及其他的启动过程中ROM需要用到的指针，并通过查找这些入口地址找到程序的各组成部分；
·Boot data — 包含程序镜像文件的地址，大小及Plugin标志；
·Device Configuration Data (DCD) — 芯片配置数据，比如SDRAM寄存器的设置；这段数据的入口也包含在IVT中，这段数据最大为1768字
·Application — 用户程序及数据；


IVT的结构如下：

前几个字段都是内置的Boot ROM在初始化芯片时需要被读取的数据。初始化完成后会跳转到用户代码开始执行，也即Reset_handler。


SDK的例程中关于IVT/FCB/DCD/LUT的定义及地址分配

下面以常见的FlexSPI NOR Flash的启动为例，说明启动的过程

芯片POR上电后，Arm CPU核心首先执行Boot ROM程序，判断并决定最终从QSPI Flash启动；ROM配置FlexSPI的PINMUX，时钟配置为30MHz，单线模式；读取Flash初始的512字节读取配置参数，并配置IOMUXC，LUT等；根据读取的参数配置Flash到正常运行模式；读取IVT并判断是否是XIP；如果是XIP直接从flash中执行，如果非XIP需先拷贝4K Byte数据到OCRAM。这4K Byte数据包含IVT、DCD和Boot Data。通过IVT找到DCD的入口地址后，ROM代码执行DCD检查，读取配置信息来对外设进行初始化，如SEMC的初始化；再从Boot Data中提取出程序镜像的地址和大小，然后加载到到RAM(SDRAM)中，并跳转到RAM(SDRAM)中开始执行。


当使用SDRAM时，大家经常会担心，MCU是什么时候初始化SDRAM，什么时候加载代码到SDRAM并开始执行的，会不会出现还没有初始化就开始加载代码的情况。
除了上面介绍的FlexSPI Flash的启动流程，下面以IAR的启动过程为例，可以在startup_MIMXRT1052.s中找到CPU的起始入口Reset_Handler，程序的加载过程实际上是在__iar_program_start这个函数里面实现的，这个函数是包含在IAR的lib库中。

这里可以看出来代码加载是在用户程序里执行的。但DCD的读取也就是SDRAM的初始化是在Boot Rom中执行的，所以是不会影响到后面代码和数据加载到SDRAM的。当然如果对DCD不熟，想直接初始化SDRAM，也可以把这些初始化放在SystemInit函数里面，因为SystemInit是在__iar_program_start之前执行完毕的，一样不会影响对SDRAM的读写。

除了DCD文件，如果IDE使用IAR，我们也可用SDRAM的预处理文件(如evkmimxrt1050_sdram_init.mac)文件来初始化SDRAM。mac文件主要是SDRAM Debug模式时使用，当然在mac文件中配置的内容是和DCD一致的，在IDE的属性中可以找到mac文件的链接位置。

下面介绍一下DCD的结构及如何生成一个DCD文件。DCD 仅限于对启动有至关重要的内存区域和外设地址的设置。


ROM根据IVT中的信息确定DCD表的位置。下面显示的DCD表是大端模式DCD命令字节数组。DCD最大限制为1768字节。



　　　　　　　　　　　　　DCD data format

DCD 头为 4 字节，格式如下：

·标签（Tag）：单字节字段设置为0xD2
·长度（Length）：包含DCD总长度的大端模式的两字节字段（以字节为单位），包括标头
·版本(Version)：单字节字段设置为0x41


写入数据命令(CMD)


写入数据命令用于把给定的1、2或4字节数值（或位掩码）写入到相应的目标地址中。



下表是写入数据命令的格式（在大端字节数组中）：

·标签（Tag）：单字节字段设置为0xCC
·长度(Length)：大端模式的双字节字段，包含写入数据的长度，命令（以字节为单位），包括标头
·地址(Address)：必须将数据写入的目标地址
·值/掩码(Value/Mask)：要写入上述地址的数据值（或位掩码）



参数字段(Parameter)是由位字段组成的单字节，如下所示：

·字节(bytes)：以字节为单位的目标地址的宽度（1、2或4）
·标志(flags)：命令行为的控制标志
·数据掩码=位3：如果设置，目标地址上只能覆盖特定位（否则所有位都可以覆盖）
·数据集=位4：如果已设置，目标地址的位将使用此标志覆盖（否则将被忽略）


可以指定一个或多个目标地址和值/位掩码对。相同的字节和标志的参数应用于命令中的所有位置。



成功后，此命令将按照如下标志写入每个目标地址：

检查数据命令


检查数据命令用于测试源地址中给定的1字节、2字节或4字节位掩码。



检查数据命令是一个大端字节数组，其格式如下表所示：

·标记（Tag）：单字节字段设置为0xCF
·长度(Length)：包含检查数据长度的大端字节格式的两字节字段命令（以字节为单位），包括标头
·地址(Address)：要测试的源地址
·掩码(Mask)：要测试的位掩码
·计数(Count)：可选轮询计数;如果未指定计数，则此命令无限轮询,直到满足退出条件。如果计数=0，则此命令与NOP一样。



参数字段是一个由位字段组成的单字节，如下所示：

·字节（bytes）：以字节为单位的目标地址的宽度（1、2或4）
·标志(flags)：命令行为的控制标志
·数据掩码 (Data Mast)=位 3：如果设置，则只能在目标地址覆盖特定位(否则所有位都可以覆盖）
·数据集(Data Set)=位 4：如果已设置，目标地址的位将使用此标志覆盖（否则将被忽略）



此命令轮询源地址，直到满足退出条件，或者达到轮询计数。退出条件由标志确定，如下所示：

NOP 命令



此命令不起作用。NOP 命令的格式是一个大端四字节数组，如下表所示：

·标记（Tag）：单字节字段设置为0xC0
·长度：大端模式的两字节字段，包含以字节为单位的NOP命令的长度（固定为值 4）
·未定义：此字节将被忽略，可以设置为任何值。


Unlock 命令


解锁命令用于防止特定功能在退出ROM被锁定。



下表显示了解锁命令的格式（在大端字节数组中）：

下面是一个DCD的配置函数(DCD.cfg)，由此可生成符合上述要求的DCD格式的文件（如dcd.c或dcd.bin）。从DCD的配置函数中可以清楚看到哪些寄存器需要配置，但需要符合DCD的存储格式还是需要有个变换，因此可以用NXP提供的工具来完成。比如常用的dcdgen、MCUXpresso Config Tool、MCUBootUtility。其实可以看出MCUXpresso Config Tool和MCUBootUtility只是把命令行工具dcdgen集成进了各自的GUI中。


从DCD的配置文件中可以清楚的看到，SDRAM的初始化都包括哪些内容，比如时钟的初始化，SDRAM所用管脚的复用功能选择、管脚的属性配置、SEMC控制器的配置。

DCD.cfg

DCD.c

Dcdgen工具是个命令行工具，可以生成符合DCD要求的C或Binary的代码

下面是MCUBootUtility中如何生成DCD.c或DCD.bin，可以看到可使用已有的DCD.cfg文件，也可以自定义这些寄存器。

下面是MCUXpresso Config Tool中如何生成DCD.c，其中只能在Device Configuration Data(DCD)窗口中把要配置的寄存器、命令属性、寄存器赋值一一添加进去，在Code Preview中就能看到生成的DCD.c的代码了。

当然除了使用上述几种工具，也可以手动直接修改DCD.c的配置，尤其对于同一品牌，差异较小的SDRAM的配置改动，其实手动修改更简单方便。


如想把当前使用的32MB SDRAM换成更便宜的8MB SDRAM，如何修改DCD.c的配置呢？除了修改SEMC控制器BRx寄存器中SDRAM容量的大小，从32MB改为8MB，根据SDRAM容量的计算可知SDRAM的容量还和列地址数、Bank数，所以就要做相应的修改。



    SDRAM Size(MB) = 2^(行地址数X列地址数) X BANK总数X 数据位宽 / 1024 / 1024 /8

也就是还要修改evkmimxrt1060_sdram_ini_dcd.c中对应的SEMC_SDRAMCR0寄存器即可。

当然如果要使用SDRAM debug 模式，也可以直接修改mac文件中的相应寄存器配置即可，如下图所示。

需要注意的是对于i.MX RT105x系列产品，SDRAM的配置选项的列地址数没有8bit的选项，因此i.MX RT105x系列的产品不支持小容量的SDRAM，支持的最小SDRAM容量是16MB。






文章出处：恩智浦MCU加油站

阅读全文

eefocus_3778687

请问如果使用8MB的SDRAM具体要如何配置呢？