IMX6ULL启动过程详解

网上关于IMX6ULL启动过程分析的文章已经有很多了，都大同小异，但是有些细节的地方很多文章都没有提到，最近自己又梳理了一遍这款SoC的启动过程，写下来给自己巩固一下。

首先看一下IMX6ULL这款SoC的框图：

框图的右下角，可以看到这款SoC有内部ROM和RAM，这个ROM用户不可用，因为里面存放了NXP写好的Boot ROM代码，这个代码作用是对芯片进行上电以后的各种初始化。这128K的RAM是用户可以使用的。

芯片一上电，CPU会去0x00000000地址去取指令，这个地址就是内部ROM的起始地址。

我们知道，要运行一个程序，通常都是先把程序装载到RAM中去，然后CPU去RAM中取指令，最后在CPU内部译码执行。这里芯片可以直接从ROM中取指令，说明IMX6ULL这个内部ROM是Nor Flash，Nor Flash的特点就是支持XIP（芯片内执行），我们熟知的STM32把程序烧录到Flash中然后就可以执行，也是同样的原因，STM32的Flash是Nor Flash。

再多说一点，什么叫芯片内执行？

裸机能够直接运行的是bin文件，这是最纯净的二进制文件。我们在STM32中烧录的hex文件就是在bin文件中添加了地址信息得到的。而我们在Linux中使用gcc编译链接得到的是elf文件，elf文件的内容更杂了，包含了节头表，调试信息等一大堆信息。裸机能够直接执行的是bin文件，不能执行elf文件，当有了操作系统以后，可以从elf中解析出bin文件的内容，所以在有操作系统的情况下，可以执行elf文件。我们得到的elf文件是由很多的段构成的，其中.text段存放了代码以及只读的数据，比如字符串，.data段存放已经初始化的全局变量，.bss段存放未初始化的全局变量和静态局部变量。上面说的操作系统从elf文件中解析出bin的内容，其实解析出的就是代码段和数据段内容。

芯片内执行就是代码段内容不加载到内存中去，cpu直接去Nor Flash上取指令，但是程序数据段内存放的数据，还是要装入RAM中。

话说回来，一上电执行的这些Boot ROM代码最重要的是干了什么事的呢？

1、把时钟打开，再进一步说就是配置和时钟有关的寄存器。

2、读取和启动有关的几个引脚的电平，根据这个电平确定CPU接下来要去哪里读用户代码，可以是Nand,SD卡等，这个是我们根据自己的需要进行配置的。

3、去具体介质中读用户代码到内部的RAM中去。

其中1，2都没什么说的。

第3点，读用户代码，读多少呢？如下图所示：

最后一列列出了初始加载的区域大小，以SD卡和EMMC这俩我们常用的大容量存储介质为例，Boot ROM程序都是先读4K到内部RAM中去。

这4K的数据是什么？

IVT表+Boot Data+DCD表

我们在IMX6ULL裸机开发时候，烧入存储介质中的.imx后缀的文件就是上述的三个部分+.bin文件构成的，不管是NXP原厂也好，还是正点原子，野火这些，都有工具给bin文件加上这三个部分从而得到imx文件。

IVT表全称是：Image Vector Table，其中存放的是各种地址信息，比如bin文件的起始地址（这个也叫镜像程序的入口地址，该地址由链接脚本指定，称为链接起始地址，可以是内部RAM也可以是外部DDR），Boot Data的地址，DCD表的地址等。

Boot Data包含了整个imx文件的起始地址以及整个bin文件的大小信息。

DCD表全称是：Device Config Data，其中包含的是要配置SoC的外设控制器的寄存器地址，以及要写入的值。有了DCD表，就可以初始化一部分外设了，一般要初始化外设的有GPIO，时钟，DDR。

通过这4K的信息，就知道了要把真正的bin文件放到哪里去，是内部RAM还是DDR，具体大小是多少也就知道了。

这里多说一句，如果写的是C语言裸机程序，那么除了自己的c文件以外，必须还要有一个start.S这个启动文件，就类似STM32里面的启动文件。这个启动文件用于设置处理器运行模型，设置堆栈，跳转到C程序去执行。我们知道想要运行C程序必须设置好堆栈，这里的这个.S汇编文件就是为C语言程序配置好执行环境。

以U-boot为例，此时U-boot就装入了外部DDR中，开始运行，此时CPU就会到外部DDR取指令，译码执行。之后U-Boot程序会重新设置CPU的运行状态，设置堆栈信息，然后初始化一部分外设，比如UART，LCD，以太网接口，时钟。对DDR进行详细的划分，每一部分存放什么都会规定好，然后把自己重定位到DDR的后面去，把前面的空间留出来，最后加载Linux镜像到DDR前面的空间中。至此U-Boot的生命周期结束，Linux系统开始运行。