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[分享] 飞思卡尔i.MX RT系列MCU启动那些事(3)- Serial Downloader模式(s...

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发表于 2019-3-15 15:32:09 | 显示全部楼层 |阅读模式
        作者简介:痞子衡(网名),i.MX RT系列MCU启动那些事系列来自恩智浦(NXP)半导体MCU系统部门,担任嵌入式系统应用工程师,文章出处    (http://www.cnblogs.com/henjay724/),有很多干货,本文正文如下:  


      大家好,我是痞子衡,是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家介绍的是飞思卡尔i.MX RT系列MCU的Serial Downloader模式
在上一篇文章 Boot配置(BOOT Pin, eFUSE) 里痞子衡为大家介绍了i.MXRT Boot的行为配置,其中第一节里讲了Boot有三种行为模式:Serial Downloader、Boot From Fuses、Internal Boot,后两种是核心的加载启动行为模式,而Serial Downloder看起来是个次要的模式,那么Serial Downloader模式到底有什么用?今天痞子衡就来详细聊一聊Serial Downloader模式。
痞子衡在前面已经讲过Serial Downloader模式是一种串行下载模式,在这种模式下,BootROM通过指定的USB或者UART口来接收来自Host(恩智浦提供了上位机工具sdphost.exe或者mfgtool)的Flashloader数据,并将数据存储在SRAM中执行,Flashloader程序可以用来将你的Application下载进i.MXRT支持的所有外部非易失性存储器中,为后续从外部存储器启动做准备。
一、进入Serial Downloader模式
i.MXRT上电永远是从ROM启动去执行BootROM程序,最顶层的Boot行为模式由BOOT_MODE[1:0] pins的状态决定,想进入Serial Downloader模式最直接的方式便是将BOOT_MODE[1:0]输入状态拨成2'b01,在设计i.MXRT的硬件板时BOOT_MODE[1:0] pins应设计成可通过拨码开关选择输入电平,下图是RT1052硬件板的参考设计:
1599FCD431F94C1D87545D446516EB1E.png



      拨码开关SW5应拨向SW_DIP-8的8和10,即设置BOOT_MODE[1:0]=2'b01,此时便直接进入了Serial Downloader模式。
当然如果SW5不按上面这么设置,也有可能进入Serial Downloader模式,但是需要其他前提条件,即Boot From Fuses/Internal Boot模式下从Boot Device加载启动失败。
二、sdphost/mfgtool的使用
进入了Serial Downloader模式,此时便可以用恩智浦提供的host工具与BootROM进行命令交互,host工具在 Flashloader包 里。
3D98D6360CE748F58F0A6E8F0577C3C9.png

      下载好Flashloader包之后,在\Flashloader_i.MXRT1050_GA\Flashloader_RT1050_1.1\Tools下可以找到所有host工具,其中用于与BootROM通信的有两个:sdphost.exe与MfgTool2.exe。
2.1 支持的通信外设pinout
BootROM支持两种通信外设,分别是USB-HID和UART,pinout如下(Pinout适用RT105x和RT102x):
2019-03-15_15-04-57.jpg

2.2 sdphost用法
sdphost.exe是命令行工具,使用sdphost既可以通过UART口也可以通过USB口与BootROM进行通信与命令交互。
在命令行下打开sdphost.exe,输入-?命令可以看到sdphost使用帮助,一共7条命令:
  1. PS C:\Flashloader_i.MXRT1050_GA\Flashloader_RT1050_1.1\Tools\sdphost\win> .\sdphost.exe -?
  2. usage: C:\Flashloader_i.MXRT1050_GA\Flashloader_RT1050_1.1\Tools\sdphost\win\sdphost.exe
  3.                        [-?|--help]
  4.                        [-p|--port <name>[,<speed>]]
  5.                        [-u|--usb [[[<vid>,]<pid>]]]
  6.                        [-t|--timeout <ms>]
  7.                        -- command <args...>

  8. Options:
  9.   -?/--help                    Show this help
  10.   -p/--port <name>[,<speed>]   Connect to target over UART. Specify COM port
  11.                                and optionally baud rate
  12.                                  (default=COM1,115200)
  13.                                  If -b, then port is BusPal port
  14.   -u/--usb [[[<vid>,]<pid>] | [<path>]]
  15.                                Connect to target over USB HID device denoted by
  16.                                vid/pid (default=0x15a2,0x0083) or device path
  17.   -t/--timeout <ms>            Set packet timeout in milliseconds
  18.                                  (default=5000)
  19. Commands:
  20.   // 读指定AIPS外设寄存器值
  21.   read-register <addr> [<format> [<count> [<file>]]]
  22.                                Read one or more registers at address.
  23.                                Format must be 8, 16, or 32;
  24.                                  default format is 32.
  25.                                Count is number of bytes to read;
  26.                                  default count is sizeof format
  27.                                  (i.e. one register).
  28.                                Output file is binary;
  29.                                  default is hex display on stdout.
  30.   // 写值进指定AIPS外设寄存器
  31.   write-register <addr> <format> <data>
  32.                                Write one register at address.
  33.                                Format must be 8, 16, or 32.
  34.                                Data is data value to write.
  35.   // 写image文件数据进指定SRAM地址
  36.   write-file <addr> <file> [<count>]
  37.                                Write file at address.
  38.                                Count is size of data to write in bytes;
  39.                                  size of file will be used by default.
  40.   // 返回上条命令的执行状态
  41.   error-status                 Read error status of last command.
  42.   // 写DCD table进指定SRAM地址
  43.   dcd-write <addr> <file>      Send DCD table from file.
  44.                                  <addr> must point to a valid
  45.                                    temporary storage area.
  46.   // 忽略image文件中的DCD table
  47.   skip-dcd-header              Ignore DCD table in image.
  48.   // 跳转执行含IVT头的image
  49.   jump-address <addr>          Jump to entry point of image
  50.                                    with IVT at specified address.
复制代码

当使用串口转USB模块连接i.MXRT的LPUART1或者使用USB Cable连接上USB_OTG1口后可以看到PC设备管理器会识别出相关设备:
i.MXRT_Boot_sdp_device_manager.PNG

      让我们尝试一下使用sdphost与BootROM通信,先试一下USB通信:
  1. <span style="color: rgb(0, 0, 0); font-family: Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 13px; white-space: normal; background-color: rgb(254, 254, 242);">PS C:\Flashloader_i.MXRT1050_GA\Flashloader_RT1050_1.1\Tools\sdphost\win> </span><font color="Blue" style="font-family: Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 13px; white-space: normal; background-color: rgb(254, 254, 242); font-weight: bold;">.\sdphost.exe -u 0x1fc9,0x0130 -- error-status</font>
复制代码


再接着试一下UART通信,似乎通信失败了。需要注意的是,当使用USB通信过一次之后,BootROM已经激活USB外设,不会再去检测UART外设,如果想使用UART通信,需要将板子reset一次,使BootROM重回外设检测状态。
  1. PS C:\Flashloader_i.MXRT1050_GA\Flashloader_RT1050_1.1\Tools\sdphost\win> .\sdphost.exe -p COM19 -- error-status
  2. <div class="blockcode"><blockquote>getStatusResponse.readPacket error 5.
  3. Status (HAB mode) = 10004 (0x2714) No response from device.
复制代码


关于sdphost其他命令具体如何组合使用,痞子衡会在后续的文章里再具体介绍。
2.3 mfgtool用法
MfgTool2.exe是GUI工具,其实际上是在sdphost工具基础上做了一层图形化封装,但功能上有一些削减,并且使用MfgTool2.exe仅能通过USB口与BootROM进行通信。
如果板子不连USB Cable,直接打开MfgTool2.exe,可看到如下界面,显示"No Device Connected"。
i.MXRT_Boot_mfgtool_no_connect.PNG

      当板子连上USB Cable后可以看到状态变为"HID-compliant vendor-defined device",这表明软件已可以正常使用。
i.MXRT_Boot_mfgtool_hid_connected.PNG

    从软件界面来看,似乎能控制的只有2个按钮:Start和Exit,那到底如何使用这个软件,其实秘密藏在如下两个配置文件里:
  1.   \Flashloader_i.MXRT1050_GA\Flashloader_RT1050_1.1\Tools\mfgtools-rel\cfg.ini
  2.   \Flashloader_i.MXRT1050_GA\Flashloader_RT1050_1.1\Tools\mfgtools-rel\Profiles\MXRT105X\OS Firmware\ucl2.xml
复制代码

cfg.ini文件用于指定GUI工具工作平台与模式(默认为chip = MXRT105X和name = MXRT105X-DevBoot),而ucl2.xml文件包含了不同模式的具体实现。以MXRT105x-DevBoot模式来说,点击Start按钮后,GUI会使用sdphost.exe与BootROM建立通信,首先用write-file命令将ivt_flashloader.bin文件下载进SRAM(地址是固定的0x20000000),然后使用jump-address命令跳转到Flashloader程序中去执行(Stage 1),GUI继续使用blhost.exe与Flashloader建立通信,先用get-property 1命令测试连接,然后使用receive-sb-file命令接收boot_image.sb文件。
  1. <LIST name="MXRT105x-DevBoot" desc="Manufacturing with Flashloader">
  2. <!-- Stage 1, load and execute Flashloader -->   
  3.     <CMD state="BootStrap" type="boot" body="BootStrap" file="ivt_flashloader.bin" > Loading Flashloader. </CMD>
  4.     <CMD state="BootStrap" type="jump"  onError = "ignore"> Jumping to Flashloader. </CMD>

  5. <!-- Stage 2, Program boot image into external memory using Flashloader -->   
  6.     <CMD state="Blhost" type="blhost" body="get-property 1" > Get Property 1. </CMD> <!--Used to test if flashloader runs successfully-->
  7.     <CMD state="Blhost" type="blhost" timeout="15000" body="receive-sb-file "Profiles\\MXRT105X\\OS Firmware\\boot_image.sb"" > Program Boot image </CMD>
  8.     <CMD state="Blhost" type="blhost" body="Update Completed!">Done</CMD>
  9. </LIST>
复制代码

关于blhost与sb文件的用法,痞子衡会在后续的文章里再具体介绍。
三、启动Flashloader程序
启动Flashloader是Serial Downloader模式的核心任务,其实在上一节mfgtool工具介绍里,大家已经看见了Flashloader的身影,但是GUI工具将Flashloader的启动操作封装得不太直观,这里痞子衡用sdphost为大家直观地再现一遍启动Flashloader的过程。
在\Flashloader_i.MXRT1050_GA\Flashloader_RT1050_1.1\Flashloader目录下,有Flashloader的可执行文件(.elf格式和.srec格式),但是sdphost仅能处理纯image数据文件(.bin格式),可使用IAR EWARM自带的ielftool.exe工具将elf文件转换成bin文件(命令为: ielftool --bin flashloader.elf flashloader.bin)。
得到flashloader.bin文件后,便可使用sdphost的write-file命令将flashloader.bin下载进SRAM,并且使用jump-address命令跳转到Flashloader程序中,但还需要解决两个问题:
第一个问题,该把flashloader.bin文件下载进SRAM的什么地址?其实这里的SRAM地址即是Flashloader程序的中断向量表所在地址,这个地址包含在elf文件里,可用专门的elf文件分析工具得到。也可以通过查看.srec或者.hex文件得到,由于包里自带了.srec文件,我们直接用文本编辑器打开.srec文件,可以得知这个地址是0x20002000。
  1. S0130000666C6173686C6F616465722E737265638C
  2. S31520002000705A2120914B01207B240020952E0120FF
复制代码

让我们开始将flashloader.bin下载进SRAM的0x20002000地址处:
  1. <blockquote><span style="color: rgb(0, 0, 0); font-family: Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 13px; white-space: normal; background-color: rgb(254, 254, 242);">PS C:\Flashloader_i.MXRT1050_GA\Flashloader_RT1050_1.1\Tools\sdphost\win> </span><font color="Blue" style="font-family: Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 13px; white-space: normal; background-color: rgb(254, 254, 242); font-weight: bold;">.\sdphost.exe -u 0x1fc9,0x0130 -- write-file 0x20002000 ..\..\..\Flashloader\flashloader.bin</font>
复制代码




第二个问题,如何使用jump-address命令跳转到Flashloader程序中?痞子衡在前面sdphost命令列表里介绍过,jump-address只能跳转到含IVT头的image,现在image本身已经有了,但是IVT头是什么?用二进制编辑器打开\Flashloader_i.MXRT1050_GA\Flashloader_RT1050_1.1\Tools\mfgtools-rel\Profiles\MXRT105X\OS Firmware\ivt_flashloader.bin文件,可以发现除了前2KB之外的其他数据跟我们生成的flashloader.bin是一样的,那么IVT就藏在前8KB数据里,仔细看一下,你会发现除了偏移0x400的位置处有一些数据外,其余都是0,是的IVT就在那里。
  1. offset(h)
  2. 00000000: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  3. 00000010: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  4. ...
  5. 000003F0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  6. 00000400: D1 00 20 40 91 4B 01 20 00 00 00 00 00 00 00 00
  7. 00000410: 20 04 00 20 00 04 00 20 00 00 00 00 00 00 00 00
  8. 00000420: 00 00 00 20 B7 5F 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  9. 00000430: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  10. ...
  11. 00001FF0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  12. 00002000: 70 5A 21 20 91 4B 01 20 7B 24 00 20 95 2E 01 20
  13. 00002010: 7B 24 00 20 7B 24 00 20 7B 24 00 20 00 00 00 00
  14. ...
  15. 00015FB0: 03 80 FF 71 00 70 08 -- -- -- -- -- -- -- -- --
复制代码


你可能会疑问,真正有用的IVT数据只有几十个字节,为什么ivt_flashloader.bin文件会留出8KB的空间来放IVT?这得分析IVT本身才能知道答案,让我们来尝试解析IVT,IVT的原型是如下的hab_ivt_v0结构体,一共32个byte,对应的是偏移0x400 - 0x41F处的数据,hab_ivt_v0.self = 0x20000400,由于此处self成员指定的IVT地址是0x20000400,而Flashloader本身地址是0x20002000,bin文件本身并不含地址信息数据,所以只能用0来填充占位以保证IVT数据与Flashloader数据的相对位置关系,这就是0x430 - 0x1FFF全是0的原因。hab_ivt_v0.boot_data =0x20000420,指明了boot data数据在0x420 - 0x42b处,boot_data结构体原型如下,一共12个byte,boot_data.start = 0x20000000,指明boot data应从0x20000000处开始存放,所谓boot data即IVT和image的统称,看到这,你应该明白了0x0 - 0x3FF处为何全是0的原因了吧。
  1. #define HAB_TAG_IVT0 0xd1     /**< Image Vector Table V0 */

  2. /** @ref hab_header structure */
  3. typedef struct hab_hdr {
  4.     uint8_t tag;              /**< Tag field */
  5.     uint8_t len[2];           /**< Length field in bytes (big-endian) */
  6.     uint8_t par;              /**< Parameters field */
  7. } hab_hdr_t;

  8. /** @ref ivt structure */
  9. struct hab_ivt_v0 {
  10.     /** @ref hdr with tag #HAB_TAG_IVT0, length and HAB version fields */
  11.     hab_hdr_t hdr;
  12.     /** Absolute address of the first instruction to execute from the image */
  13.     uint32_t entry;
  14.     /** Reserved in this version of HAB: should be NULL. */
  15.     uint32_t reserved1;
  16.     /** Absolute address of the image DCD: may be NULL. */
  17.     uint32_t dcd;
  18.     /** Absolute address of the Boot Data: may be NULL, but not interpreted any further by HAB */
  19.     uint32_t boot_data;
  20.     /** Absolute address of the IVT.*/
  21.     uint32_t self;
  22.     /** Absolute address of the image CSF.*/
  23.     uint32_t csf;
  24.     /** Reserved in this version of HAB: should be zero. */
  25.     uint32_t reserved2;
  26. };

  27. /** @ref boot_data structure */
  28. typedef struct boot_data{
  29.     uint32_t start;           /* Start address of the image */
  30.     uint32_t size;            /* Size of the image */
  31.     uint32_t plugin;          /* Plugin flag */
  32. } BOOT_DATA_T;
复制代码

既然ivt_flashloader.bin文件里的前8KB有很多冗余数据,那不妨我们只把有效数据(IVT和boot data,0x400 - 0x42d处共44个byte)提取出来放到ivt_bootdata.bin文件里,让我们将ivt_bootdata.bin下载进SRAM的0x20000400地址处:


  1. <span style="color: rgb(0, 0, 0); font-family: Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 13px; white-space: normal; background-color: rgb(254, 254, 242);">PS C:\Flashloader_i.MXRT1050_GA\Flashloader_RT1050_1.1\Tools\sdphost\win> </span><font color="Blue" style="font-family: Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 13px; white-space: normal; background-color: rgb(254, 254, 242); font-weight: bold;">.\sdphost.exe -u 0x1fc9,0x0130 -- write-file 0x20000400 ..\..\..\Flashloader\ivt_bootdata.bin</font>
复制代码


刚才痞子衡只是为了讲解ivt与image的关系才分步将自己创建的flashloader.bin和ivt_bootdata.bin下载进SRAM,其实你可以直接将Flashloader包里现成的ivt_flashloader.bin下载进SRAM即可:
  1. <span style="color: rgb(0, 0, 0); font-family: Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 13px; white-space: normal; background-color: rgb(254, 254, 242);">PS C:\Flashloader_i.MXRT1050_GA\Flashloader_RT1050_1.1\Tools\sdphost\win> </span><font color="Blue" style="font-family: Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 13px; white-space: normal; background-color: rgb(254, 254, 242); font-weight: bold;">.\sdphost.exe -u 0x1fc9,0x0130 -- write-file 0x20000000 ..\..\mfgtools-rel\Profiles\MXRT105X\OS Firmware\ivt_flashloader.bin</font>
复制代码


到这里IVT和image均已经下载进SRAM了,可以跳转去执行Flashloader程序了,使用jump-address命令:
  1. <span style="color: rgb(0, 0, 0); font-family: Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 13px; white-space: normal; background-color: rgb(254, 254, 242);">PS C:\Flashloader_i.MXRT1050_GA\Flashloader_RT1050_1.1\Tools\sdphost\win> </span><font color="Blue" style="font-family: Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 13px; white-space: normal; background-color: rgb(254, 254, 242); font-weight: bold;">.\sdphost.exe -u 0x1fc9,0x0130 -- jump-address 0x20000400</font>
复制代码


至此,Flashloader就算启动完成了,jump-address命令执行完成之后,你会发现USB设备被重新枚举了,此时新枚举的USB-HID设备是Flashloader里的通信外设。
i.MXRT_Boot_sdp_flashloader_usb.PNG



      如果你试着用blhost与Flashloader通信得到如下结果,恭喜你,Flashloader已被成功启动了。
  1. PS C:\Flashloader_i.MXRT1050_GA\Flashloader_RT1050_1.1\Tools\blhost\win> </span><font color="Blue" style="font-family: Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 13px; background-color: rgb(254, 254, 242); font-weight: bold;">.\blhost.exe -u 0x15a2,0x0073 -- get-property 1</font>
复制代码


至此,飞思卡尔i.MX RT系列MCU的Serial Downloader模式痞子衡便介绍完毕了,掌声在哪里~~~


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    发表于 2019-3-16 08:53:25 | 显示全部楼层
    哎...今天够累的,签到来了~
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