一文搞懂自动驾驶芯片TDA4 启动流程

TDA4架构简介

TDA4是德州仪器推出的一款高性能、超异构的多核SoC，拥有ARM Cortex-R5F、ARM Cortex-A72、C66以及C71内核，可以部署AUTOSAR CP系统、HLOS(Linux或QNX)、图像处理以及深度学习等功能模块，从而满足ADAS对实时性、高运算能力、环境感知及深度学习等方面的需求。

TDA4凭借着出色的运算能力、有竞争性的价格，赢得了越来越多汽车主机厂以及零部件供应商的青睐。对于ADAS行业的从业人员或者对ADAS领域感兴趣的人都有必要来了解一下TDA4这颗芯片。

TDA4的架构如下图，可以分为MAIN域、MCU域和WKUP域(DMSC)。

MAIN域集成了2个A72核，4个R5F核，2个C66核和1个C71核。环境感知(图像感知和超声感知)，传感器融合(图像和超声信号融合)，智能驾驶算法(路径规划)，深度学习等会部署到MAIN域，也就是智能驾驶的主要功能逻辑会部署到MAIN域。

TDA4启动流程

像这种多核异构SoC，启动过程相比MCU来说都比较复杂。SoC的成功启动是之后正常处理各种智能驾驶功能的基础，下面就来介绍一下TDA4的具体启动流程。

上图中的1和2是上电和上电复位(Power On Reset)，3是启动之前SoC内部会做一个硬件电路自测(Built-in Self-Test)。4是DMSC内部的ROM程序，这部分程序对开发者不可见，是出厂时就固化在芯片内部的。

DMSC ROM阶段

DMSC ROM是上电后最先运行的程序，它的主要作用如下图紫色部分所示。配置看门狗、PLL时钟，基于启动模式配置防火墙，配置MCU安全代理、环形加速器，发送消息给MCU域的R5核告知其启动模式。最后释放MCU域R5核的Reset，此后MCU域R5核开始启动。

MCU域R5 ROM阶段

MCU域R5核启动之后运行的是R5核的ROM，也是固化在芯片内部的一段程序。下图的黄色部分显示了R5 ROM所做的事情，首先判断是否只启动MCU，由于我们需要启动MAIN域的A核、R5核及DSP核，所以MCU-only Boot的选择是No。

MCU域R5核会完成一些基础的引导工作，然后从启动模式PIN(SoC用来设置启动模式的PIN脚)获取启动模式(可以从OSPI, EMMC, UART等启动)。接下来MCU域R5核ROM会配置PLL以及初始化用来启动的外设(比如OSPI Flash，EMMC等)，初始化之后才能从这些外部存储器中读取各个核的image。

之后MCU域R5核ROM会从OSPI Flash中读取SBL的image文件并load到RAM中，然后请求DMSC的ROM去校验SBL image的完整性。如果校验通过，DMSC会重启MCU域R5核，此时MCU域R5核开始执行SBL程序。

SBL阶段

下图是SBL的执行过程以及与DMSC的交互。

SBL首先会加载DMSC的firmware，这个firmware是DMSC最终会执行的程序，它主要提供一些SCI的服务给MCU域和主域，这些服务主要包含PM(Power Management)，RM(Resource Management)及Security(cyber security)。PM主要是用来控制一些设备的ON/OFF，RM用来请求外设资源，Security用来实现secure boot以及信息安全等。

SBL加载DMSC的firmware到RAM后会通知DMSC ROM去校验firmware的完整性，校验通过后DMSC就会开始执行它的firmware，并提供服务(PM,RM,Security)给其他核。然后SBL会load一些配置数据到RAM，然后通过SCI Message发给DMSC供DMSC使用。

最后SBL会配置DDR，然后加载MAIN域R5核的image和MAIN域A72、R5、DSP的image到DDR。一般会在MCU域的R5核上部署CP AUTOSAR，MAIN域的R5核上部署以太网Switch的firmware以及超声波雷达的USS驱动等。MAIN域的A72核上一般会用来部署Linux或QNX等操作系统，它们的启动需要ATF/Uboot等引导程序，因此需要加载引导程序的image和Linux内核或QNX内核的image。

加载各个核的image到DDR后，SBL会请求DMSC释放MCU域R5核以及MAIN域各个核的reset line，之后MCU域及MAIN域的各个核即开始执行各自的软件，整个系统就启动完成了。

文中缩略词解释

• DMSC – Device Management. & Security Controller:
– Controller that runs the first set of instructions on any Jacinto 7 family device
– Executes the DMSC ROM code after reset
• MCU R5 – Boot Controller:
– Cortex-R5F core in the MCU island that controls the rest of the boot flow of the device, after it has been released from reset by the DMSC.
– Executes the MCU R5 ROM code after reset
• R5 SPL or SBL – Secondary bootloader:
– Code loaded by MCU R5, via the selected boot method, and authenticated by the DMSC.
– MCU R5 runs this code after the ROM execution to start the flow for booting all the other cores on the device.
• SYSFW – System Firmware (for DMSC):
– DMSC “steady-state” firmware loaded by the MCU R5 and imported & authenticated by the DMSC.
After the SYSFW image has been verified, the DMSC starts executing it.
• SCI - System Control Interface:
– Interfaces through which other cores request RM, PM and Security ralated services to DMSC.