痞子衡嵌入式：恩智浦i.MX RT1xxx系列MCU启动那些事（10）- 从Serial NAND启动

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　　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恩智浦i.MXRT1xxx系列MCU的Serial NAND启动。

　　最近越来越多的客户在咨询 i.MXRT1xxx 从 Serial NAND 启动的事情，让这个本来比较冷门的启动设备突然火热起来。据痞子衡的了解，其实客户主要目的是在应用里基于 Serial NAND 去做文件系统（看起来随着技术的发展，就文件系统应用或者多媒体数据存储方面而言 Raw NAND 已经不是绝对优势了），然后顺便用它做应用代码启动。借此机会，今天痞子衡就给大家介绍一下 Serial NAND 上制作、下载、启动程序的方法：

• Note：文中贴图、代码主要以 i.MXRT1050 为例，其余 i.MXRT1xxx 系列原理类似。

一、支持的Serial NAND

　　Serial NAND 厂商非常多，对应 Serial NAND 芯片型号也很多，如果你在选型时不确定到底该为 i.MXRT 选择哪一款 Serial NAND 时，可选用下面四款芯片，痞子衡均实测过：

Macronix MX35LF2G24AD       （120MHz, x4 bits, 2KB Page/128KB Block/2Gb Device,  8-bit/544byte ECC, 3.3V）
Winbond W25N01GV            （104MHz, x4 bits, 2KB Page/128KB Block/1Gb Device,  1-bit/528byte ECC, 3.3V）
GigaDevice GD5F1GQ5UEYIG    （133MHz, x4 bits, 2KB Page/128KB Block/1Gb Device,  4-bit/528byte ECC, 3.3V）
Micron MT29F1G01ABA         （133MHz, x4 bits, 2KB Page/128KB Block/1Gb Device,  8-bit/Sector  ECC, 3.3V）

　　需要特别注意的是，与 《i.MXRT从Raw NAND启动》 里既可使用纯软件 ECC 也可利用 Flash 自带硬件 ECC 特性不同的是，从 Serial NAND 启动必须依赖 Flash 自带硬件 ECC。

二、Serial NAND硬件连接

　　除了 i.MXRT1010/1024/1064 不支持 Serial NAND 启动之外，其余 i.MXRT1xxx 都可以支持。其中 i.MXRT10xx 系列只支持一组引脚连接组合，而 i.MXRT11xx 则支持多组引脚连接组合。i.MXRT1050 BootROM 支持如下 pinmux 来连接 Serial NAND 去启动：

　　如下是 IMXRT1050EVK12_Rev.A 板上四线 QSPI Flash 连接设计，板载默认 U33 芯片是 Serial NOR Flash，我们可以换成同封装 Serial NAND，痞子衡就将其换成了 MX35LF2G24AD 来做测试，当然 FLASH_VCC 也相应改成了 3.3V：

三、Serial NAND加载启动过程

　　我们知道 Serial NAND 中仅能放置 Non-XIP Application（链接到内部 SRAM 或者 外部 RAM 空间），其启动加载流程跟 《从 Serial(1-bit SPI) NOR/EEPROM恢复启动》 加载流程差不多（参考文章第 3 小节）。

　　i.MXRT BootROM 中对于 Serial NAND 启动流程处理和对于 Raw NAND 启动处理几乎是一样的，都是依赖 FCB 和 DBBT 这两个数据结构（当然 Serial NAND 和 Raw NAND 里对于这两个数据结构具体成员定义有差异）。关于 FCB 和 DBBT 的使用，痞子衡在《i.MXRT从Raw NAND启动》一文中三、四小节讲得很清楚，这里不再赘述。

　　i.MXRT1050 参考手册 System Boot 章节里画了上电启动时 BootROM 代码搜索 FCB 和 DBBT 的流程，能找到这两个数据，应用程序就能够被正常加载。这里需要特别注意，FCB 和 DBBT 是在配套 Flashloader 执行过程中动态生成的，因为涉及 NAND Flash 里具体坏块分布信息，所以无法在 PC 端直接制作 FCB 和 DBBT，这就意味着我们无法像 NOR Flash 那样事先得到一个完整的含全部启动头(FCB&DBBT&IVT&BD)的 NAND bootable image。

四、下载Application进Serial NAND

　　现在假定你已经制作好一个 Bootable image 并且使用 blhost 工具与 Flashloader 建立了基本通信，正要开始将 Bootable image 下载进 Serial NAND。此时我们只需要提供简化的 12 - 44byte 配置数据就可以完成 Serial NAND 的全部配置，下面是适用 MX35LF2G24AD 的 Application 下载更新示例：

// 在 SRAM 里临时存储 Serial NAND 配置数据（FCB Opt）
blhost -u -- fill-memory 0x20202000 0x4 0xC2000103 // searchCount=2, searchStride = 64 pages, Address type: Block Address, Option Block size: 3 long words
blhost -u -- fill-memory 0x20202004 0x4 0x2020200C // nand opt address
blhost -u -- fill-memory 0x20202008 0x4 0x4004     // image0 从 Block 4 开始，长度最大 4 个 Block

// 在 SRAM 里临时存储 Serial NAND 配置数据（NAND Opt）
blhost -u -- fill-memory 0x2020200C 0x4 0xC0020023 // Flash size: 2Gbit, 1 Plane, 64 Pages/Block, 2KB Page Size, Max Freq:60MHz

// 使用 Serial NAND 配置数据去配置 FlexSPI 接口以及写入完整 FCB, DBBT 数据
blhost -u -- configure-memory 0x101 0x20202000

　　上述 fill-memory 命令中 FCB Opt 配置数据组织详见下表：

　　上述 fill-memory 命令中 NAND Opt 配置数据组织详见下表：

　　上表 12 - 44byte 数据提供的配置信息主要是 FCB 和 NAND 属性。configure-memory 命令执行成功之后，底下只需要将 Bootable image 从 Serial NAND 对应 Block 地址处开始下载即可，具体步骤如下：

// 擦除 Serial NAND 并将 image 下载进 Serial NAND
blhost -u -- flash-erase-region 0x4 0x4 0x101     // 从第4个Block开始擦除，范围为4个Block长度
blhost -u -- write-memory 0x4 bt_image.bin 0x101  // 从第4个Block开始下载含 ivt, bd 的镜像文件

　　当然以上所有繁杂的命令行操作都可以使用 MCUBootUtility 工具（v5.2.1及以上）来一键完成：

五、进入Serial NAND启动模式

　　Application 已经被成功下载进 Serial NAND 卡之后，此时我们便可以开始设置芯片从 Serial NAND 启动。

　　先确定 BOOT_MODE[1:0]=2'b10，即芯片处于 Internal Boot 模式，再来选择 Boot Device，Boot Device 由 BOOT_CFG1[7:4] 这四个 pin 的输入状态决定，其中 Serial NAND 启动模式为 4'b11xx。

六、配置eFuse启动Serial NAND

　　设置好芯片启动模式是从 Serial NAND 启动之后，我们还需要最后关注一下与 Serial NAND 相关的具体特性配置，主要集中在芯片内部 eFuse 0x6e0/0x450 区域里，根据前面配置，这里我们只需要设置 BOOT_SEARCH_COUNT bit 为 1，其余保持默认 0 即可。

　　这里单独解释下 COL_ADDRESS_WIDTH 默认 0 即 12bits，看起来对应了 4KB Page size，但是因为 ECC 特性，这样设置下的低 2KB page 空间存真实数据，高 2KB page 空间其实属于所谓 Spare 空间，会被 Flash 自动用来存放 ECC 校验码，不过这个 Spare 空间有效范围 64byte-128byte 不等（对于 MX35LF2G24AD 则是 128）。

　　上述所有步骤全部完成之后，复位芯片你就应该能看到你放在 Serial NAND 里的 Application 已经正常地启动了。

　　至此，恩智浦i.MXRT1xxx系列MCU的Serial NAND启动痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~

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