i.MX RT1050学习笔记9-镜像文件分解

NXP管管

i.MX RT1050学习笔记9-镜像文件分解

1 前言

我们在《小猫爪：i.MX RT1050学习笔记1-启动》中介绍了一下RT系列芯片的启动过程与一般MCU的启动机制不一样，提到RT的bin文件是经过加工之后的镜像文件，接下就让我们看看RT的镜像文件进行了怎么的加工，才能让RT正常启动。

2 RT启动过程

之前在介绍RT的启动，就简单介绍了RT的正常启动流程，接下来再简单介绍一下：

首先BootROM根据BootMode引脚选择从哪里启动，再根据具体的CFG引脚或者eFUSE的相关配置决定从什么存储设备开始启动，随后BootROM才会从该指定的存储设备读取镜像文件，然后再开始分析镜像并执行镜像中的APP。

我们这一章的重点在于BootROM读取镜像的过程。

3 头信息组成

在介绍读取镜像的过程前，我们首先得了解一下镜像的组成。为了让RT正常启动，我们需要在传统意义上的bin文件（也就是APP主体）增加一个头，那这个头具体内容是什么。

这个头信息包含了以下部分：

①FCB（存储器接口配置数据）

②IVT（Image VectorTable）

③Boot Data

④DCD（Deviceconfiguration data）

下面我们根据具体的实例来对每一个部分进行分解。我打开了NXP的官方的demo Hello World生成的镜像来进行详细的介绍。（环境：IAR；链接文件为：MIMXRT1052xxxxx_flexspi_nor_sdram.icf；使能SDRAM）

3.1 FCB

该部分是可选的，也是整个镜像最开始部分，其本身没有统一的结构，具体结构根据启动FLASH的接口类型而定，其一般是用来存储RT存储器接口配置数据以及当前连接的FLASH的具体特性参数，BootROM首先会使用通用且可靠的FLASH接口控制器配置（即BootROM中默认参数配置、CFG引脚以及eFUSE的配置，一般是比较低速通用的配置）去访问外接FLASH并获取这部分数据，然后根其参数去重新配置FLASH接口控制器再去进一步访问FLASH。占的空间大小随着外部存储器类型而改变，下表为不同类型存储器对应的所占空间大小：

这一部分数据对于不同的存储器类型是不一样的，我们知道RT有FlexSPI，SEMC，uSDHC 三种外部存储器接口，所以这一部分数据是根据不同的存储器接口来进行划分的。

①对于FlexSPI，存储器接口配置数据则包括两个部分，分别是FlexSPI初始化配置数据和存储器配置数据。这部分数据的具体定义大家可参考官方参考指南《i.MX RT1050 Processor Reference Manual》的SerialNAND Flash Boot over FlexSPI。

②对于SEMC，存储器接口配置数据则包括两个部分，分别是SEMC初始化配置数据和存储器配置数据。这部分数据的具体定义大家可参考官方参考指南《i.MXRT1050 Processor Reference Manual》的Parallel NOR andNAND configuration based on SEMC interface。

③对于uSDHC ，这一部分则是不需要了。因为对于SD协议来说，有相关的信息来区别不同的存储器。

（对于NAND而言，这一部分还包括关于坏块处理的FCB和DBBT数据，后续将具体介绍。）

以通过FlexSPI NOR为启动存储设备为例，在NXP官方demo程序中，是通过一个结构体来实现这部分数据，代码如下：

1. /*
   
2. *  Serial NOR configuration block
   
3. */
   
4. typedef struct _flexspi_nor_config
   
5. {
   
6.     flexspi_mem_config_t memConfig; //!< Common memory configuration info via FlexSPI
   
7.     uint32_t pageSize;              //!< Page size of Serial NOR
   
8.     uint32_t sectorSize;            //!< Sector size of Serial NOR
   
9.     uint8_t ipcmdSerialClkFreq;     //!< Clock frequency for IP command
   
10.     uint8_t isUniformBlockSize;     //!< Sector/Block size is the same
    
11.     uint8_t reserved0[2];           //!< Reserved for future use
    
12.     uint8_t serialNorType;          //!< Serial NOR Flash type: 0/1/2/3
    
13.     uint8_t needExitNoCmdMode;      //!< Need to exit NoCmd mode before other IP command
    
14.     uint8_t halfClkForNonReadCmd;   //!< Half the Serial Clock for non-read command: true/false
    
15.     uint8_t needRestoreNoCmdMode;   //!< Need to Restore NoCmd mode after IP commmand execution
    
16.     uint32_t blockSize;             //!< Block size
    
17.     uint32_t reserve2[11];          //!< Reserved for future use
    
18. } flexspi_nor_config_t;
    

复制代码

3.2 IVT

IVT里面包含了一系列的地址信息，这些地址信息按照固定的序列存放着，对于RT启动至关重要， 大小为32个字节。

IVT的具体组成如下：

打开Hello World.bin，因为链接文件MIMXRT1052xxxxx_flexspi_nor_sdram.icf决定了程序从FlexSPINOR启动，我们可以知道IVT的偏移地址为0x10000。我们找到Bin文件的0x10000处：

再对应IVT结构我们可以得到：

（注：链接地址就是当前数据被存储到RT的映射地址位置, 可以理解成其在RT的memorymap中所在的绝对地址，通过查询可得到FlexSPI NOR的映射地址为0x60000000。）

在NXP官方demo程序中，是通过一个结构体来实现这部分数据，代码如下：

1. /*************************************
   
2. *  IVT Data
   
3. *************************************/
   
4. typedef struct _ivt_ {
   
5.     /** @ref hdr with tag #HAB_TAG_IVT, length and HAB version fields
   
6.      *  (see @ref data)
   
7.      */
   
8.     uint32_t hdr;
   
9.     /** Absolute address of the first instruction to execute from the
   
10.      *  image
    
11.      */
    
12.     uint32_t entry;
    
13.     /** Reserved in this version of HAB: should be NULL. */
    
14.     uint32_t reserved1;
    
15.     /** Absolute address of the image DCD: may be NULL. */
    
16.     uint32_t dcd;
    
17.     /** Absolute address of the Boot Data: may be NULL, but not interpreted
    
18.      *  any further by HAB
    
19.      */
    
20.     uint32_t boot_data;
    
21.     /** Absolute address of the IVT.*/
    
22.     uint32_t self;
    
23.     /** Absolute address of the image CSF.*/
    
24.     uint32_t csf;
    
25.     /** Reserved in this version of HAB: should be zero. */
    
26.     uint32_t reserved2;
    
27. } ivt;
    

复制代码

3.3 Boot Data

Boot Data即启动数据，包含了镜像要拷贝到哪个地址，拷贝的大小是多少，其必须紧跟在IVT的后面，位置不能随意变动。所占空间大小为12个字节，其结构如下图。

我们从IVT中可以得到BootData的链接地址为0X60001020，所以我们在bin文件中找到0x1020处：

再对应Boot Data结构我们可以得到：

在NXP官方demo程序中，是通过一个结构体来实现这部分数据，代码如下：

1. typedef struct _boot_data_ {
   
2.   uint32_t start;           /* boot start location */
   
3.   uint32_t size;            /* size */
   
4.   uint32_t plugin;          /* plugin flag - 1 if downloaded application is plugin */
   
5.   uint32_t placeholder;                /* placehoder to make even 0x10 size */
   
6. }BOOT_DATA_T;

复制代码

最后一项placeholder不是必须的，只是用来凑数，让数据对齐用的，可省略。

3.4 DCD

DCD即设备配置信息，其实就是RT启动前初始化，目的就是为了初始化SEMC，所以能通过DCD初始化的寄存器都是和SEMC有关的寄存器。原理就是里面存储着寄存器地址和数据对，读取地址和数据后，再讲相应的数据写到对应的地址。（注：我们在《小猫爪：i.MX RT1050学习笔记8-SEMC》就曾经介绍过可以使用DCD来提前初始化SEMC。）

DCD的结构如下图所示：

其中Header的格式如下：

Tag为0xD2，长度为整个DCD的长度，Version为0x41。

我们从IVT中可以得到BootData的链接地址为0X60001030，所以我们在bin文件中找到0x1030处：

从图中，0x1030处的数据0x411004D2,可以得到DCD大小为0x0410 = 1040Byte，我们找到DCD结束的位置如下：

所以DCD的大小为0x1440-0x1030=0x0410，和上面对应正确，所以这个推断没有错。

CMD即为指令，一般有三种：写指令，检查指令和空指令。每一种指令都有自己的格式，在这里我就不展开说了。

在NXP官方demo程序中，是通过一个数组来实现DCD数据，我们可以直接通过修改这个数组来更改DCD数据，根据所使用的SDRAM、FLASH特性来初始化SEMC，具体代码如下：

1. const uint8_t dcd_data[] = {
   
2.         /* HEADER */
   
3.         /* Tag */
   
4.         0xD2,
   
5.         /* Image Length */
   
6.         0x04, 0x10,
   
7.         /* Version */
   
8.         0x41,
   
9. 
   
10.         /* COMMANDS */
    
11. 
    
12.         /* group: 'Imported Commands' */
    
13.         /* #1.1-113, command header bytes for merged 'Write - value' command */
    
14.         0xCC, 0x03, 0x8C, 0x04,
    
15.         /* #1.1, command: write_value, address: CCM_CCGR0, value: 0xFFFFFFFF, size: 4 */
    
16.         0x40, 0x0F, 0xC0, 0x68, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,
    
17.         /* #1.2, command: write_value, address: CCM_CCGR1, value: 0xFFFFFFFF, size: 4 */
    
18.         0x40, 0x0F, 0xC0, 0x6C, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,
    
19.         
    
20.     .........
    
21.    
    
22.         /* #9, command: write_value, address: SEMC_SDRAMCR3, value: 0x50210A09, size: 4 */
    
23.         0xCC, 0x00, 0x0C, 0x04, 0x40, 0x2F, 0x00, 0x4C, 0x50, 0x21, 0x0A, 0x09
    
24.         };

复制代码

到这里，我们给镜像添加的头文件分解完毕。我们只要把这个头信息和APP合二为一就是一个最简单的镜像文件了，这样可以确保RT的正常运行。

除了上面介绍的头信息部分和APP部分，一个镜像文件还可以有CSF（Command Sequence File）和 KeyBlob两个部分，这两个部分主要用于安全启动的认证相关特性。后面我们接触到再对其进行深入学习。

4 镜像文件的生成

对于镜像文件的生成可以通过NXP的elftosb工具来生成，实例命令如下：

1. elftosb.exe -f imx -V -c APP.bd -o APP.bin APP.out

复制代码

APP.bin就是我们最终的镜像文件；APP.out就是你的APP工程编译链接生成的ELF文件；APP.bd是用户配置文件，该文件主要是指示elftosb工具如何在Application binary基础上添加头信息等其他信息数据从而构成镜像文件，bd文件有专门语法格式，在\Flashloader_i.MXRT1050_GA\Flashloader_RT1050_1.1\Tools\bd_file\imx10xx目录下给了很多bd文件示例。

不过这样太过麻烦。现在NXP官方在例程中都添加了XIP文件，在文件中，我们可以非常方便的修改这些信息，在修改相关的链接文件，就可以按照我们的想法做出相关镜像文件。最后生成的bin文件即为最终的镜像文件，每一个部分在代码中怎么去实现，前面已经介绍的非常清楚。

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版权声明：本文为「小猫爪」的原创文章

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