i.MXRT支持存儲類型一共有三種：一是96KB的ROM（即BootROM）、二是總容量3*256KB的RAM（OCRAM/DTCM/ITCM）、三是分配給外部存儲器介面控制器（SEMC/QSPI）的2GB區域。i.MXRT Boot方式主要是藉助BootROM從外部存儲器載入Application... ...
大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是飛思卡爾i.MX RT系列MCU的BootROM功能簡介。
截止目前為止i.MX RT系列已開始供貨的晶元有兩款i.MXRT105x, i.MXRT102x，所以本文的研究對象便是這兩款晶元，從參考手冊來看，這兩款晶元的BootROM功能差別不大，所以一篇文章可以概括這兩款晶元的BootROM特性。
一、Boot基本原理
1.1 從內部FLASH啟動
Boot是任何一款MCU都有的特性。提及Boot，首先應該聯想到的是FLASH，通常Cortex-M微控制器晶元內部一般都會集成FLASH（從FLASH分類上來看應該屬於Parallel NOR FLASH），你的Application代碼都是保存在FLASH里，每次上電CPU會自動從FLASH里獲取Application代碼並執行，這個行為就是Boot。
大家都知道，ARM Cortex-M記憶體使用的是統一編址，32bit匯流排的地址空間是4GB (0x00000000 - 0xFFFFFFFF)。打開最新的Arm®v6/7/8-M Architecture Reference Manual手冊找到如下system address map表，你會發現ARM已經將這4GB空間內容給初步規劃好了，各ARM Cortex-M微控制器廠商在設計晶元時一般都會遵守ARM規定。
從上述system address map表中我們可以知道，ARM 4GB空間的前512MB(0x00000000 - 0x1FFFFFFF)規劃為非易失性存儲器空間。看到這，你是不是明白了為啥各大廠商生產的Cortex-M晶元內部FLASH地址總是從0x0開始，因為僅含FLASH的晶元上電啟動預設都是從0x0地址開始獲取Application的初始PC和SP開始Boot。
1.2 BootROM是什麼
大家是不是也會經常在晶元參考手冊里看到BootROM的字眼，BootROM是什麼？BootROM其實是晶元在出廠前固化在ROM里的一段Bootloader程式。這個Bootloader程式可以幫助你完成FLASH里的Application的更新，而不需要使用額外的外部編程/調試器（比如JLink），Bootloader一般提供UART/SPI/I2C/USB介面與上位機進行通信，與Bootloader配套使用的還有一個上位機軟體，當晶元從BootROM啟動後，通過這個上位機軟體與BootROM建立連接，然後可以將你的Application代碼（bin/s19/hex格式）下載進晶元FLASH。
BootROM並不是每一款MCU都有的。以飛思卡爾Kinetis系列MCU為例，早期的Kinetis產品比如MKL25並不含ROM，第一款支持ROM的Kinetis晶元是2014年推出的MKL03，而恩智浦的LPC系列以及意法半導體的STM32系列MCU一般都是含ROM的。不同廠商晶元的ROM起始地址可能不一樣（Kinetis ROM一般從0x1c000000開始，LPC ROM一般從0x03000000開始，STM32 ROM結束地址是0x1FFFFFFF）。
1.3 Boot Mode選擇
當晶元既有ROM也有FLASH的時候，便會出現Boot位置選擇問題，標準術語稱為Boot Mode。晶元上電CPU到底是先從FLASH啟動還是先從ROM啟動？關於這個問題，各晶元廠商的解決方案不一樣。
Kinetis的Boot Mode由FLASH偏移地址0x40d處的值（上電系統會自動將這個值載入到FTFx_FOPT寄存器中）以及NMI pin共同決定。LPC的Boot Mode由ISP[1:0]以及VBUS pins決定。STM32的Boot Mode由BOOT[1:0] pins決定。
下圖為MK80的具體Boot Mode：
下圖為LPC54114的具體Boot Mode：
下圖為STM32F407的具體Boot Mode：
1.4 從內部SRAM啟動
SRAM存在於任何一款MCU中，它除了可以保存Application數據變數外，當然也可以存放Application代碼以供CPU執行。但是SRAM是易失性存儲器，存放的數據斷電會丟失，所以從SRAM啟動跟從FLASH/ROM啟動性質不一樣。
從FLASH/ROM啟動屬於一級啟動，不依賴除了Boot Mode選擇之外的條件；而從SRAM啟動屬於二級啟動，其需要外部引導一下才能完成。外部引導的方式有兩種：一是藉助於外部調試器，直接將Application下載進SRAM並將PC指向Application開始執行，其實這就是所謂的在SRAM調試；二是藉助於FLASH/ROM中的Bootloader程式，Bootloader會將存放在FLASH（或其他非易失性存儲器，或者從上位機直接接收）中的Application先載入到SRAM里然後Jump過去執行。
1.5 從外部存儲器啟動
有些MCU並沒有內部FLASH，所以會支持外接存儲器，常見的外部存儲器有QSPI NOR/NAND, SD/eMMC, SDRAM, Parallel NOR/NAND, SPI/I2C EEPROM等，MCU內部集成相應的存儲器介面控制器，通過介面控制器可以輕鬆訪問這些外部存儲器。一個沒有內部FLASH的MCU肯定會有ROM（BootROM），因為必須要藉助BootROM才能Boot存儲在外部存儲器的Application，所以從外部存儲器啟動也屬於二級啟動。
那麼怎麼理解從外部存儲器啟動？需要弄明白以下幾個問題：
第一個問題：從外部NOR FLASH存儲器啟動（比如QSPI NOR/Parallel NOR/EEPROM）跟從內部FLASH啟動有什麼區別？最大的區別是從外部NOR FLASH啟動本質上屬於二級啟動，其無法像內部FLASH那樣直接啟動，需要由Bootloader引導。即使技術上可以做到存儲在外部NOR FLASH里的Application能夠原地執行（XIP），但也需要Bootloader完成外部NOR FLASH的初始化以及XIP相關配置。
第二個問題：從外部NAND FLASH存儲器啟動（比如QSPI NAND/Parallel NAND/SD/eMMC）跟從NOR FLASH啟動有什麼區別？最大的區別是NAND FLASH無法像NOR FLASH那樣可以XIP執行，這是由NAND FLASH原理決定的，因為NAND FLASH是按Page訪問的並且允許壞塊的存在，這意味著CPU無法直接從NAND FLASH取指和執行，必須先由Bootloader將存放在NAND FLASH中的Application先全部拷貝到內部SRAM中，然後從SRAM啟動執行。
第三個問題：從外部SDRAM存儲器啟動跟從內部SRAM啟動有什麼區別？這裡其實區別倒不大，兩個都是易失性存儲器，都無法直接啟動，不過SRAM是直接掛在系統bus上，而SDRAM是掛在存儲器介面控制器上，而後者需要Bootloader去做初始化。
二、i.MXRT Boot
在第一部分里講了Boot基本原理以及各種Boot方式，那麼i.MXRT Boot到底屬於哪一種？在回答這個問題之前我們先看一下i.MXRT102x的system memory map（i.MXRT105x也類似，區別是ITCM/DTCM/OCRAM的size是512KB）。
從memory map里可以看到，i.MXRT支持存儲類型一共有三種：一是96KB的ROM（即BootROM）、二是總容量3*256KB的RAM（OCRAM/DTCM/ITCM）、三是分配給外部存儲器介面控制器（SEMC/QSPI）的2GB區域。看到這裡你應該明白了，i.MXRT Boot方式主要是藉助BootROM從外部存儲器載入Application到內部SRAM/外部SDRAM/原地XIP執行。
那麼i.MXRT到底支持從哪些外部存儲器載入啟動呢？翻看i.MXRT的參考手冊里的System Boot章節，可以看到i.MXRT啟動支持以下6種外部存儲器：
- 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這兩種Device可以XIP，其他4種Device無法XIP，需要拷貝到內部RAM或外接SDRAM里運行。關於具體如何從這6種Device啟動，痞子衡下篇文章接著聊。
至此，飛思卡爾i.MX RT系列MCU的BootROM功能痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡~~~
