IMX6ULL启动流程

IMX6ULL的启动流程可以分为以下几个阶段：

• 上电
• BootROM: 芯片内部固化的只读代码， 负责初始化硬件并加载引导加载程序（如 U-boot).
• 引导设备选择： Boot ROM 根据 BT_FUSE_SEL 和 GPIO 配置选择启动设备（如 eMMC、SD 卡、NAND 等）。
• 加载引导程序： 从选择的引导设备中加载引导程序（如从 EMMC中加载 U-boot).
• HAB启动： 如果开启了HAB( High Assurance Boot), Boot ROM 会先验证引导程序的签名。
• 系统启动： 引导程序验证通过后（如开启了HAB），加载并启动系统。

这篇文章主要介绍从上电到Boot ROM阶段。本文主要参考IMX6ULL的参考手册 i.MX 6ULL Applications Processor Reference Manual。

Boot ROM

Boot ROM 的主要功能包括：

• 支持从多种启动设备启动
• 支持串行下载器（USB OTG 和 UART）
• 支持设备配置数据（DCD）和插件
• 支持基于数字签名和加密的高保证启动（HAB）
• 支持从低功耗模式唤醒

Boot 的启动流程：

从上电（Power-On Reset, POR)开始, ARM 内核开始执行片上的 Boot ROM. Boot ROM 对应的内存地址：

Boot ROM 首先读取 BOOT_MODE[1:0] 寄存器（由BOOT_MODE0 和 BOOT_MODE1这2个IO口设置）， eFuse 和 相关GPIO(BOOT_CFG1~4)的设置来选择启动设备。
Boot ROM 支持的启动设备包括： NOR/NAND/OneNAND flash, SD/MMC, SPI/QSPI flash 等。

Boot Mode 的设置

Boot Mode 的设置主要由 BOOT_MODE0, BOOT_MODE1两个IO引脚的状态决定：

Note

上面三种模式都支持 HAB功能。

启动设备的选择

启动设备的选择由 BOOT_CFG1[6:4]来设置，对应关系见下图：

Boot ROM通过以下步骤选择启动设备和启动配置：

1. 读取BT_FUSE_SEL:
   BT_FUSE_SEL 是 eFuse 中的一个位（位于 SRC_SBMR1 寄存器中），用于决定启动配置的控制方式。

• BT_FUSE_SEL = 1：
  • 所有启动选项由 eFUSE 控制。
  • 启动配置固定，无法通过 GPIO 覆盖。
  • 适用于量产设备。
• BT_FUSE_SEL = 0：
  • 启动配置可以通过 GPIO 引脚设置。
  • 部分 eFUSE 设置可以被 GPIO 覆盖（具体可覆盖的参数见表 8-2）。
  • 适用于开发阶段。

BT_FUSE_SEL在eFuse里的位置及描述见下图：

2. GPIO设置

• 如果 BT_FUSE_SEL = 0，Boot ROM 会读取 GPIO 的状态（BOOT_CFGx[y] 引脚）来决定启动设备。

• GPIO 的状态对应不同的启动设备（如 eMMC、SD 卡、NAND 等）。
  

• GPIO boot config 的引脚及和efuse的映射关系如下图：
  

• 可以通过 GPIO 覆盖的 eFUSE 参数， 参见下图的BOOT_CFG
  

• GPIO 覆盖的适用场景

  • 开发阶段：
    • 通过 GPIO 覆盖 eFUSE 设置，快速测试不同的启动配置。
    • 例如：
      • 通过 GPIO 切换启动设备（如 eMMC 和 SD 卡）。
      • 临时禁用 HAB，方便调试未签名的代码。
  • 量产阶段：
  • GPIO 覆盖不适用，因为 GPIO 引脚可能用于其他功能。
  • 建议通过 eFUSE 固定启动配置，确保稳定性和安全性。

3. eFuse设置

• 如果 BT_FUSE_SEL = 1，Boot ROM 会直接读取 eFuse 中的启动配置。

• eFuse 的配置具体信息可以参考imx6ullRM 的 8.3.1 Boot eFUSE descriptions。
  

• eFuse 中的配置可以通过以下方式设置：

  • 使用 imx-mkimage 工具生成 eFuse 配置文件。
  • 通过 U-Boot 命令 fuse prog 烧录 eFuse。

Boot From Fuses mode

这个模式和Internal Boot mode模式相似， 唯一的不同点是这个模式只会从eFuse里读取设置， 不会读取 BOOT_CFG 的状态。

• BT_FUSE_SEL = 0： 表示启动设备(SD/EMMC 等)里没有程序， 直接跳转到Serial Downloader
• BT_FUSE_SEL = 1：遵循上面的boot 启动流程，ROM尝试从选定的启动设备启动。
  当板卡首次使用时，默认的 eFUSE 可能与平台上的硬件配置不匹配。在这种情况下，Boot ROM 代码可能会尝试从不存在的设备启动。这可能会导致某些引脚（pad）上出现电气/逻辑冲突。
  使用“从 eFuse 启动模式”可以解决这个问题。
  设置 BT_FUSE_SEL=0 会强制 ROM 代码直接跳转到Serial Downloader。
  这允许下载一个bootloader，该程序可以用bootloader配置启动设备，并烧录 BT_FUSE_SEL 和其他启动配置 eFUSE。
  复位后，Boot ROM 代码检测到 BT_FUSE_SEL 已被烧录（BT_FUSE_SEL = 1），并根据新的 eFUSE 设置执行内部启动。
  这允许用户在生产设备上设置 BOOT_MODE[1:0]=00b，并在同一设备上烧录 eFuse（通过强制进入Serial Downloader），
  而无需更改 BOOT_MODE[1:0] 的值。

Serial Downloader

串行下载器是 i.MX 6ULL 芯片内置的一种功能，允许通过串行接口（如 USB OTG 或 UART）将程序映像（如 U-Boot、操作系统内核）下载到芯片中。
它是一种恢复或调试机制，用于在无法从常规启动设备（如 eMMC、SD 卡）加载代码时，通过外部主机（如 PC）直接下载代码。

1. 工作原理：

   • 芯片检测到无有效启动设备时，会自动进入串行下载模式。
   • 主机通过 USB OTG 或 UART 与芯片通信，发送程序映像。
   • 芯片接收并执行下载的程序映像。

2. 串行下载流程

2.1 进入串行下载模式：

• 芯片上电后，检测到无有效启动设备（如 eMMC 或 SD 卡中无有效引导加载程序）。
• 芯片自动进入串行下载模式，等待主机连接。

2.2 主机连接：

• 主机通过 USB OTG 或 UART 连接到芯片。
• 主机运行下载工具（如 NXP 的 uuu 工具或 imx_usb_loader）。

2.3 下载程序映像：

• 主机发送程序映像（如 U-Boot）到芯片。
• 芯片接收并存储程序映像到内存（如 RAM）。

2.4 执行程序映像：

• 芯片跳转到程序映像的入口地址，开始执行。
• 如果程序映像是引导加载程序（如 U-Boot），则继续加载操作系统。
  

3. 应用场景

• 开发阶段：
  • 快速下载和调试程序映像。
  • 例如：
    • 通过 USB OTG 下载 U-Boot 到开发板。
    • 通过 UART 下载小容量测试程序。
• 量产阶段：
  • 批量烧录固件到芯片。
  • 例如：
    • 通过 USB OTG 将生产固件写入 eMMC。
• 恢复模式：
  • 当设备因固件损坏无法启动时，通过串行下载器恢复系统。
    • 例如：
      • 通过 UART 下载恢复程序，修复损坏的引导加载程序。

Internal Boot mode

Boot ROM 初始化硬件，从选定的启动设备加载image， 使用HAB（如果开启了HAB功能）验证image，然后跳转到image。如果在启动过程中出现错误，Boot ROM 会直接跳转到 Serial Downloader 。

总结

本文粗略介绍了 imx6ull Boot ROM 的基本启动流程， 包括 Boot ROM 的基本功能， boot mode的选择， BT_FUSE_SEL不同设置对应的启动控制方式，启动控制方式中 eFuse 的内容， GPIO和eFuse的映射关系等。