ARM（IMX6U）裸机之 I.MX6ULL 启动方式详解

参考：Linux之ARM（IMX6U）裸机之I.MX6ULL启动方式详解
作者：一只青木呀
发布时间： 2020-08-09 16:32:07
网址：https://blog.csdn.net/weixin_45309916/article/details/107891591

I.MX6U 支持多种启动方式以及启动设备，比如可以从SD/EMMC、NAND Flash、QSPI Flash
等启动。用户可以根据实际情况，选择合适的启动设备。不同的启动方式其启动方式和启动要
求也不一样，比如上一章中的从SD 卡启动就需要在bin 文件前面添加一个数据头，其它的启
动设备也是需要这个数据头的。本章我们就来学习一下I.MX6U 的启动方式，以及不同设备启
动的要求。

启动方式的选择

BOOT 的处理过程是发生在 I.MX6U 芯片上电以后，芯片会根据 BOOT_MODE[1:0]的设置来选择 BOOT 方式。 BOOT_MODE[1:0]的值是可以改变的，有两种方式：

• 一种是改写 eFUSE(熔丝)，修改 eFUSE 的方式只能修改一次，后面就不能再修改了，所以我们不使用。
• 另一种是修改相应的 GPIO 高低电平，我们使用的是通过修改BOOT_MODE[1:0]对应的 GPIO 高低电平来选择启动方式，所有的开发板都使用的这种方式。

I.MX6U 有一个 BOOT_MODE1 引脚和BOOT_MODE0 引脚，这两个引脚对应这 BOOT_MODE[1:0]。 I.MX6U-ALPHA 开发板的这两个引脚原理图如图：


其中 BOOT_MODE1 和 BOOT_MODE0 在芯片内部是有 100KΩ下拉电阻的，所以默认是0。 BOOT_MODE1 和 BOOT_MODE0 这两个引脚我们接到了底板的拨码开关上，这样我们就可以通过拨码开关来控制 BOOT_MODE1 和 BOOT_MODE0 的高低电平。

以 BOOT_MODE1为例，当我们把 BOOT_CFG 的第一个开关拨到“ON”的时候，就相当于 BOOT_MODE1 引脚通过 R88 这个 10K 电阻接到了 3.3V 电源，芯片内部的 BOOT_MODE1 又是 100K 下拉电阻接地，因此此时 BOOT_MODE1 的电压就是 100/(10+100)*3.3V= 3V，这是个高电平， 因此BOOT_CFG 的中的 8 个开关拨到“ON”就是高电平，拨到“OFF”就是低电平。

而 I.MX6U 有四个 BOOT 模式，这四个 BOOT 模式由 BOOT_MODE[1:0]来控制，也就是BOOT_MODE1 和 BOOT_MODE0 这两 IO， BOOT 模式配置如表所示：

①.串行下载模式

当 BOOT_MODE1 为 0， BOOT_MODE0 为 1 的时候此模式使能。串行下载的意思就是可以通过 USB 或者 UART 将代码下载到板子上的外置存储设备中，我们可以使用 OTG1 这个 USB口向开发板上的 SD/EMMC、 NAND 等存储设备下载代码。我们需要将 BOOT_MODE1 拨到“OFF”，将 BOOT_MODE0 拨到“ON”。这个下载是需要用到 NXP 提供的一个软件，一般用来最终量产的时候将代码烧写到外置存储设备中的。【自己理解：下面的BOOT方式更加智能，只需选择好启动设备后会执行内部的BOOT ROM代码，帮我们初始化硬件等操作。这里的串行方式要我们自己去写初始化时钟、中断向量表等。后面讲主频和中断向量表的时候就是我们手动去一一实现的】

②.内部BOOT模式

当 BOOT_MODE1 为 1， BOOT_MODE0 为 0 的时候此模式使能。在此模式下，芯片会执行内部的 boot ROM 代码，这段 boot ROM 代码会进行硬件初始化(一部分外设)，然后从 boot 设备(就是存放代码的设备、比如 SD/EMMC、 NAND)中将代码拷贝出来复制到指定的 RAM 中，一般是 DDR。

BOOT ROM 初始化内容

当我们设置BOOT 模式为“内部BOOT 模式”以后，I.MX6U 内部的boot ROM 代码就会
执行，这个boot ROM 代码都会做什么处理呢？首先肯定是初始化时钟，boot ROM 设置的系统
时钟如图9.2.1 所示：

图9.2.1 boot ROM 系统时钟设置
在图9.2.1 中BT_FREQ 模式为0，可以看到，boot ROM 会将I.MX6U 的内核时钟设置为
396MHz，也就是主频为396Mhz。System PLL=528Mhz，USB PLL=480MHz，AHB=132MHz，
IPG=66MHz。关于I.MX6U 的系统时钟，我们后面会详细讲解。
内部boot ROM 为了加快执行速度会打开MMU 和Cache，下载镜像的时候L1 ICache 会打
开，验证镜像的时候L1 DCache、L2 Cache 和MMU 都会打开。一旦镜像验证完成，boot ROM
就会关闭L1 DCache、L2 Cache 和MMU。
中断向量偏移会被设置到boot ROM 的起始位置，当boot ROM 启动了用户代码以后就可
以重新设置中断向量偏移了。一般是重新设置到我们用户代码的开始地方，关于中断的内容后
面会详细讲解。

启动设备的选择

前提是设置MODE1和MODE0是从内部BOOT启动的，也就是MODE1=1，MODE0=0时才要选择启动设备。

启动设备的类型

当 BOOT_MODE 设置为内部 BOOT 模式以后，可以从以下设备中启动：

• ①、接到 EIM 接口的 CS0 (片选0)上的 16 位 NOR Flash。
• ②、接到 EIM 接口的 CS0 (片选0)上的 OneNAND Flash。
• ③、接到 GPMI 接口上的 MLC/SLC NAND Flash， NAND Flash 页大小支持 2KByte、 4KByte和 8KByte， 8 位宽。
• ④、 Quad SPI Flash。
• ⑤、接到 USDHC 接口上的 SD/MMC/eSD/SDXC/EMMC 等设备。
• ⑥、 SPI 接口的 EEPROM。

正点开发板启动设备的底板原理图(如何对应核心板)

这些启动设备如何选择呢？通过BOOT_CFG选择

I.MX6U 同样提供了 eFUSE 和 GPIO 配置两种， eFUSE 就不讲解了。我们重点看如何通过 GPIO 来选择启动设备，因为所有的 I.MX6U 开发板都是通过 GPIO来配置启动设备的。

正如启动模式由BOOT_MODE[1:0]来选择一样，启动设备是通过 BOOT_CFG1[7:0]、 BOOT_CFG2[7:0]和 BOOT_CFG4[7:0] （每个8位）这 24 个配置 IO，这 24 个配置 IO 刚好对应着 LCD 的 24 根数据线 LCD_DATA0~LCDDATA23，当启动完成以后这 24 个 IO 就可以作为 LCD 的数据线使用。这 24 根线和 BOOT_MODE1、 BOOT_MODE0 共同组成了 I.MX6U的启动选择引脚，如图：

虽然有 24 个 IO，但是实际需要调整的只有那几个 IO，其它的 IO 全部下拉接地即可，也就是设置为 0。打开 I.MX6U-ALPHA 开发板的核心板原理图，这 24 个 IO 的默认设置如图：

大部分的 IO 都接地了，只有几个 IO 接高，尤其是 BOOT_CFG4[7:0]这 8 个 IO 都 10K 电阻下拉接地，所以我们压根就不需要去关注 BOOT_CFG4[7:0]。我们需要重点关注的就只剩下了 BOOT_CFG2[7:0]和 BOOT_CFG1[7:0]这 16 个 IO。这 16 个配置 IO 含义在原理图的左侧已经贴出来了，如图：

BOOT_CFG2全部接地，除了BOOT_CFG[3]，此位用来选择SD卡启动接口（6ull不止插一个SD卡）。

打开正点原子 I.MX6U-ALPHA 开发板的底板原理图，底板上启动设备选择拨码开关原理图如图：

除 了 BOOT_MODE1 和 BOOT_MODE0 必 须 引 出 来 ，LCD_DATA3~LCDDATA7、 LCD_DATA11 这 6 个 IO 也被引出来了，可以通过拨码开关来设置其对应的高低电平，拨码开关拨到“ON”就是 1，拨到“OFF”就是 0。其中 LCD_DATA11 就是 BOOT_CFG2[3]， LCD_DATA3~LCD_DATA7 就是 BOOT_CFG1[3]~BOOT_CFG1[7]，这 6 个IO 的配置含义如表

BOOT_CFG1[0] ~ BOOT_CFG1[2]都是定死的，BOOT_CFG1[3] ~ BOOT_CFG1[7]是可以设置的。

最终拨码开关选择启动方式

BOOT IO 含义， I.MX6U-ALPHA 开发板从 SD 卡、 EMMC、 NAND 启动的时候拨码开关各个位设置方式如表

表9.3.2 I.MX6U-ALPHA 开发板启动设置
我们在“第八章汇编LED 灯试验”中，最终的可执行文件led.bin 烧写到了SD 卡里面，
然后开发板从SD 卡启动，其拨码开关就是根据表9.3.2 来设置的，通过上面的讲解就知道为什
么拨码开关要这么设置了。