恩智浦i.MXRT1xxx系列MCU的Serial NAND啟動

大家好，我是痞子衡，是正經(jīng)搞技術(shù)的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是恩智浦i.MXRT1xxx系列MCU的Serial NAND啟動。

最近越來越多的客戶在咨詢 i.MXRT1xxx 從 Serial NAND 啟動的事情，讓這個本來比較冷門的啟動設(shè)備突然火熱起來。據(jù)痞子衡的了解，其實(shí)客戶主要目的是在應(yīng)用里基于 Serial NAND 去做文件系統(tǒng)（看起來隨著技術(shù)的發(fā)展，就文件系統(tǒng)應(yīng)用或者多媒體數(shù)據(jù)存儲方面而言 Raw NAND 已經(jīng)不是絕對優(yōu)勢了），然后順便用它做應(yīng)用代碼啟動。借此機(jī)會，今天痞子衡就給大家介紹一下 Serial NAND 上制作、下載、啟動程序的方法：

Note：文中貼圖、代碼主要以 i.MXRT1050 為例，其余 i.MXRT1xxx 系列原理類似。

一、支持的Serial NAND

Serial NAND 廠商非常多，對應(yīng) Serial NAND 芯片型號也很多，如果你在選型時不確定到底該為 i.MXRT 選擇哪一款 Serial NAND 時，可選用下面四款芯片，痞子衡均實(shí)測過：

Macronix MX35LF2G24AD       （120MHz, x4 bits, 2KB Page/128KB Block/2Gb Device,  8-bit/544byte ECC, 3.3V）
Winbond W25N01GV            （104MHz, x4 bits, 2KB Page/128KB Block/1Gb Device,  1-bit/528byte ECC, 3.3V）
GigaDevice GD5F1GQ5UEYIG    （133MHz, x4 bits, 2KB Page/128KB Block/1Gb Device,  4-bit/528byte ECC, 3.3V）
Micron MT29F1G01ABA         （133MHz, x4 bits, 2KB Page/128KB Block/1Gb Device,  8-bit/Sector  ECC, 3.3V）

需要特別注意的是，與《i.MXRT從Raw NAND啟動》里既可使用純軟件 ECC 也可利用 Flash 自帶硬件 ECC 特性不同的是，從 Serial NAND 啟動必須依賴 Flash 自帶硬件 ECC。

二、Serial NAND硬件連接

除了 i.MXRT1010/1024/1064 不支持 Serial NAND 啟動之外，其余 i.MXRT1xxx 都可以支持。其中 i.MXRT10xx 系列只支持一組引腳連接組合，而 i.MXRT11xx 則支持多組引腳連接組合。i.MXRT1050 BootROM 支持如下 pinmux 來連接 Serial NAND 去啟動：

如下是 IMXRT1050EVK12_Rev.A 板上四線 QSPI Flash 連接設(shè)計(jì)，板載默認(rèn) U33 芯片是 Serial NOR Flash，我們可以換成同封裝 Serial NAND，痞子衡就將其換成了 MX35LF2G24AD 來做測試，當(dāng)然 FLASH_VCC 也相應(yīng)改成了 3.3V：

三、Serial NAND加載啟動過程

我們知道 Serial NAND 中僅能放置 Non-XIP Application（鏈接到內(nèi)部 SRAM 或者外部 RAM 空間），其啟動加載流程跟《從 Serial(1-bit SPI) NOR/EEPROM恢復(fù)啟動》加載流程差不多（參考文章第 3 小節(jié)）。

i.MXRT BootROM 中對于 Serial NAND 啟動流程處理和對于 Raw NAND 啟動處理幾乎是一樣的，都是依賴 FCB 和 DBBT 這兩個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（當(dāng)然 Serial NAND 和 Raw NAND 里對于這兩個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具體成員定義有差異）。關(guān)于 FCB 和 DBBT 的使用，痞子衡在《i.MXRT從Raw NAND啟動》一文中三、四小節(jié)講得很清楚，這里不再贅述。

i.MXRT1050 參考手冊 System Boot 章節(jié)里畫了上電啟動時 BootROM 代碼搜索 FCB 和 DBBT 的流程，能找到這兩個數(shù)據(jù)，應(yīng)用程序就能夠被正常加載。這里需要特別注意，F(xiàn)CB 和 DBBT 是在配套 Flashloader 執(zhí)行過程中動態(tài)生成的，因?yàn)樯婕?NAND Flash 里具體壞塊分布信息，所以無法在 PC 端直接制作 FCB 和 DBBT，這就意味著我們無法像 NOR Flash 那樣事先得到一個完整的含全部啟動頭(FCB&DBBT&IVT&BD)的 NAND bootable image。

四、下載Application進(jìn)Serial NAND

現(xiàn)在假定你已經(jīng)制作好一個 Bootable image 并且使用 blhost 工具與 Flashloader 建立了基本通信，正要開始將 Bootable image 下載進(jìn) Serial NAND。此時我們只需要提供簡化的 12 - 44byte 配置數(shù)據(jù)就可以完成 Serial NAND 的全部配置，下面是適用 MX35LF2G24AD 的 Application 下載更新示例：

// 在 SRAM 里臨時存儲 Serial NAND 配置數(shù)據(jù)（FCB Opt）
blhost -u -- fill-memory 0x20202000 0x4 0xC2000103 // searchCount=2, searchStride = 64 pages, Address type: Block Address, Option Block size: 3 long words
blhost -u -- fill-memory 0x20202004 0x4 0x2020200C // nand opt address
blhost -u -- fill-memory 0x20202008 0x4 0x4004     // image0 從 Block 4 開始，長度最大 4 個 Block

// 在 SRAM 里臨時存儲 Serial NAND 配置數(shù)據(jù)（NAND Opt）
blhost -u -- fill-memory 0x2020200C 0x4 0xC0020023 // Flash size: 2Gbit, 1 Plane, 64 Pages/Block, 2KB Page Size, Max Freq:60MHz

// 使用 Serial NAND 配置數(shù)據(jù)去配置 FlexSPI 接口以及寫入完整 FCB, DBBT 數(shù)據(jù)
blhost -u -- configure-memory 0x101 0x20202000

上述 fill-memory 命令中 FCB Opt 配置數(shù)據(jù)組織詳見下表：

上述 fill-memory 命令中 NAND Opt 配置數(shù)據(jù)組織詳見下表：

上表 12 - 44byte 數(shù)據(jù)提供的配置信息主要是 FCB 和 NAND 屬性。configure-memory 命令執(zhí)行成功之后，底下只需要將 Bootable image 從 Serial NAND 對應(yīng) Block 地址處開始下載即可，具體步驟如下：

// 擦除 Serial NAND 并將 image 下載進(jìn) Serial NAND
blhost -u -- flash-erase-region 0x4 0x4 0x101     // 從第4個Block開始擦除，范圍為4個Block長度
blhost -u -- write-memory 0x4 bt_image.bin 0x101  // 從第4個Block開始下載含 ivt, bd 的鏡像文件

當(dāng)然以上所有繁雜的命令行操作都可以使用 MCUBootUtility 工具（v5.2.1及以上）來一鍵完成：

五、進(jìn)入Serial NAND啟動模式

Application 已經(jīng)被成功下載進(jìn) Serial NAND 卡之后，此時我們便可以開始設(shè)置芯片從 Serial NAND 啟動。

先確定 BOOT_MODE[1:0]=2'b10，即芯片處于 Internal Boot 模式，再來選擇 Boot Device，Boot Device 由 BOOT_CFG1[7:4] 這四個 pin 的輸入狀態(tài)決定，其中 Serial NAND 啟動模式為 4'b11xx。

六、配置eFuse啟動Serial NAND

設(shè)置好芯片啟動模式是從 Serial NAND 啟動之后，我們還需要最后關(guān)注一下與 Serial NAND 相關(guān)的具體特性配置，主要集中在芯片內(nèi)部 eFuse 0x6e0/0x450 區(qū)域里，根據(jù)前面配置，這里我們只需要設(shè)置 BOOT_SEARCH_COUNT bit 為 1，其余保持默認(rèn) 0 即可。

這里單獨(dú)解釋下 COL_ADDRESS_WIDTH 默認(rèn) 0 即 12bits，看起來對應(yīng)了 4KB Page size，但是因?yàn)?ECC 特性，這樣設(shè)置下的低 2KB page 空間存真實(shí)數(shù)據(jù)，高 2KB page 空間其實(shí)屬于所謂 Spare 空間，會被 Flash 自動用來存放 ECC 校驗(yàn)碼，不過這個 Spare 空間有效范圍 64byte-128byte 不等（對于 MX35LF2G24AD 則是 128）。