i.MX RT1050上手手册 (外部Flash)

相津童

本文章转载自"施长浩 恩智浦MCU加油站",

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i.MX RT1050自推出以来，我们陆续收到不少客户咨询外接Flash闪存的事项。针对该产品无闪存的特点(需要外挂片外Flash或其他存储介质)，结合客户提到比较多的问题，本文着重介绍常用的FlexSPI NOR器件在i.MX RT1050上的使用。

支持的Flash类型

i.MX RT1050可以支持所有符合JEDEC标准(JESD216)，或符合后续JESD216A, JEDSD216B规范的闪存器件。对于不符合上述规范的特殊Flash类型，Flashloader也预留了512字节的配置表，通过特殊配置给予支持。另外，具体支持的Flash清单，请大家参照NXP官网发布的AN12108 (How to Enable Boot from QSPI Flash)和 AN12107 (How to Enable Bootfrom HyperFlash and SD Card)。

什么是BootROM？

i.MX RT系统启动是由片内的BootROM进行引导的，BootROM是芯片在出厂前固化在片内只读存储区(ROM)里的一段Bootloader程序。从芯片参考手册的存储器映像表(Memory map)里可以看出，i.MX RT1050支持的存储类型一共有三种：

• 96KB的ROM（即BootROM）；
• 片内RAM（OCRAM/DTCM/ITCM）；
• 分配给外部存储器接口控制器(SEMC/QSPI)的2GB区域。
  
  

i.MX RT Boot方式主要是借助BootROM，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执行(XIP)。

什么是XIP？

XIP全称eXecute In Place， 意思就是通过FlexSPI接口扩展外部Flash，并且支持直接从连接的外部Flash中执行程序指令。具体过程如下：

• 硬件复位后，硬件复位逻辑(POR)驱动CPU(ARM核)从BootROM开始执行程序；
• BootROM读取BOOT_MODE寄存器和eFUSEs的值，确定从哪个存储器启动。针对开发需求，用户可以用GPIO输入取代eFUSEs的预设值。
• i.MX RT的串行或并行NOR闪存接口，都可以支持XIP执行。如果代码存储在其它介质，例如SD卡、并行NAND或EMMC等，则需要把代码拷贝到内部RAM或外接SDRAM里才能运行。
  
  

启动代码的结构

要让系统能够正常启动(Boot)起来，则烧写到外部串行SPIFlash里面的完整代码段必须按照BootROM规定的存储格式，如下图二所示，启动代码 包含以下几个部分:

• Flash Configuration Parameters (FCP) — 闪存的配置参数；
• Image Vector Table (IVT) — 包含指针序列指向固定的物理地址，ROM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；
• Application — 用户程序及数据；
  
  

其中FCP和IVT是存放在固定的地址的。 闪存配置参数一共512 字节，从偏移地址0x0开始。存放IVT的偏移地址由启动设备类型决定，对于XIP存储设备来说，偏移地址是是0x1000(4K字节偏移)开始，非XIP存储设备的IVT是从0x400(1K字节偏移)开始存放。

Boot data, DCD及Application的地址则由IVT指定，无论是直接编译生成或使用MFG工具添加，启动代码的目标文件里只有包含了这几个部分，BootROM才会认可并执行。

图二 应用代码结构

关于每个部分的结构及内容，用户需要对照参考手册和SDK实例学习，SDK2.3.1版本的应用实例都是支持XIP启动的，SDK 2.3.1例程中XIP头文件的内容和EVK上使用的Flash型号(S26KS512SDPBHI02)是一一对应的。

如何生成XIP代码

用户可以用以下两种方式建立一个执行XIP的应用镜像:

第一种方法是直接在程序中增加XIP头文件，这样编译出来的镜像文件符合启动代码的格式，可以直接Boot。

这种方法适用于在官方EVK板上进行程序调试，SDK工程文件里面自带XIP头文件。请注意这里的XIP头文件是针对EVK上用的HyperFlash型号，如果是用户自己的开发板，需要根据所选Flash对XIP头文件进行修改，如果涉及到调试，还需要修改IDE下的Flashloader, 请参照AN12183 (How to Enable Debugging for FLEXSPI NOR Flash)进行XIP头文件及IAR下Flashloader的修改。

第二种方法是在生成的用户镜像文件基础上，运用MFG工具加上XIP的头文件，最后生成可以烧写并最终XIP启动的目标SB文件。

这种方法适用于用户设计的板子（选用不同的Flash）。具体过程是通过宏配置，生成不带任何XIP头文件的目标文件，然后运用MFG工具，选择特定Flash所对应的启动描述（BD）文件来修改其参数和配置生成SB文件，再通过USB OTG1进行烧写,用户可以参照AN12108 (How to Enable Boot from QSPI Flash)及AN12107 (How to Enable Boot from HyperFlash and SD Card)所描述的步骤进行操作。

FlexSPI Flash启动

FlexSPI Flash启动时间如图三所示，其中Flash需要3ms左右初始化，步骤如下。

• POR后ARM核执行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；
• XIP直接执行（非XIP需先拷贝4K Byte到OCRAM，ROM根据内容决定如何执行）；
  
  

图三 QSPI Boot

整个过程中用户需要注意的事项：

• 参考SDK例程，选用flex_spi_debug/ flex_spi_release workspace，使用正确的链接文件。
• 使用MFG工具添加XIP头文件，应针对Flash型号选用正确的BD文件，具体参照以下目录：
  Flashloader_RT1050_1.1\Tools\bd_file\imx10xx；
• 配置正确的Boot_MOD、Boot_CFG或者eFuse的值，从FlexSPI NOR启动；
• 如无法判断XIP Boot是否成功，可以连接JLINK调试器，查看PC指针是否指向FlexSPI的映射空间；
  
  

综上所述，本文主要介绍了i.MX RT的BootROM和XIP的基本概念，描述了启动代码的各个组成部分，并讨论如何生成ROM能够识别的XIP镜像文件。此外文章还介绍了i.MX RT支持的外部Flash型号及Flash启动的过程和注意事项，通过这一套对外部Flash的支持机制，i.MX RT可以很好的支持全球几乎的所有QSPI Flash，同时也克服了传统MCU片内Flash不方便扩展，价格昂贵的缺点。

要努力不要命

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