多个i.MXRT共享一颗Flash启动的方法与实践(上)

来源：痞子衡嵌入式

有些客户应用会采用多颗 i.MXRT 芯片设计一主多从的硬件架构(目的不一，或仿多核 MCU 系统、或拓展 GPIO 数量)，因为 i.MXRT 片内无非易失性存储器，这时候为整个系统配置合适的启动设备保证每个 i.MXRT 都能加载程序正常启动是头等大事。

因为 i.MXRT 支持的启动设备类型众多，此处我们暂讨论连接在 FlexSPI 外设上的 NOR Flash 作为启动设备。熟悉 i.MXRT 的 朋友都知道，其片内 ROM 功能强大，这种情况下系统可采用的 Flash 连接启动方式并不单一，今天痞子衡就和大家讨论下这个话题并且给大家介绍一种创新方法：

Note：本篇是上篇，主要介绍理论方法，下篇为具体实践。

一、多i.MXRT系统启动的传统设计

1.1 每个i.MXRT独享一个Flash

首先介绍得是大家直觉里第一反应的方案，那就是每个 i.MXRT 都有专属 Flash，互不干扰，这种方案没啥好说的，就是简单粗暴，但是它也有明显的优缺点：

- 优点：

1. 系统启动快，多 i.MXRT 同时启动

2. 每个 i.MXRT 均可以 XiP 启动

3. 每个 i.MXRT 单独更新专属 Flash（可同时进行，OTA 加速且程序版本管理简单）

- 缺点：

1. 硬件设计稍复杂，PCB 面积大，Flash 数量多导致成本高

2. 程序烧写流程增多（需烧写多颗 Flash），量产不便

1.2 仅主i.MXRT连接一个Flash

当主从系统里从 i.MXRT 数量多到一定程度，上述方法里的缺点就被无限放大了，Flash 数量扎眼，量产时间过长，这时候项目经理一定会跳出来让你降成本（Flash成本，产线时间成本），于是你就开始想办法减少 Flash 数量。

此时我们可以借助 i.MXRT 的 ROM ISP 功能，由主 i.MXRT 先启动运行 Flash 里的 bootloader ，然后由 bootloader 来读取 Flash 里的应用程序并通过 ISP 接口直接加载到从 i.MXRT 的内部 SRAM 里运行（多个从 i.MXRT 可按序串行下载也可并行下载，从 bootloader 设计角度来说一般是按序串行下载），当然这种方式同样有明显的优缺点：

- 优点：

1. 简化了硬件设计，PCB 面积减小，仅需一颗 Flash

2. 简化了程序烧写流程（仅需烧写一颗 Flash），方便量产

- 中性：

1. 仅有主 i.MXRT 可以 XiP 启动，从 i.MXRT 都只能 Non-XiP 启动

2. 主 i.MXRT 统一负责 OTA 升级任务（loading 较大）

- 缺点：

1. 需要额外设计符合 ROM ISP 协议的 bootloader 让主 i.MXRT 执行去加载从 i.MXRT 程序

2. 整个系统启动时间变长（如果从 i.MXRT 程序由 bootloader 按序串行下载，UART 接口速度慢）

3. 如果从 i.MXRT 程序不同，Flash 里会分区域存储不同程序，带来复杂的 OTA 版本管理问题

二、共享Flash启动的创新方法

上述改进方法达到了降硬件成本的目的，但是也带来了一个无法避免的系统整体启动时间过长的问题(bootloader 实现 ROM ISP 功能如果选择 USB 接口，需要额外加 Hub，还是存在硬件成本问题;如果选择 UART 接口，速度较低，程序加载时间无法忍受)。

有没有更好的方法？痞子衡既然这么问了，那就一定是有！我们可以创新地把一颗 Flash 同时连到多个 i.MXRT 上，主 i.MXRT 能够控制所有从 i.MXRT 的 POR_B 电平。系统上电，主 i.MXRT 先 Non-XIP 启动，然后主 i.MXRT 逐一释放从 i.MXRT 的 POR_B 让它们分时占用 Flash 去 Non-XIP 启动，现在我们再来分析下它的优缺点：

- 优点：

1. 简化了硬件设计，PCB 面积减小，仅需一颗 Flash

2. 简化了程序烧写流程（仅需烧写一颗 Flash），方便量产

- 中性：

1. bootloader 可有可无，即使有也非常简单，无需承担程序加载任务

2. 整个系统启动时间可控（分时复用 Flash 启动，FlexSPI 接口加载速度较高）

3. 系统里仅有一个 i.MXRT（可主可从）可以 XiP 启动，其余 i.MXRT 都只能 Non-XiP 启动

4. 每个 i.MXRT 均可承担 OTA 升级任务，具有一定灵活性

- 缺点：

1. 如果从 i.MXRT 程序不同，Flash 里会分区域存储不同程序，带来复杂的 OTA 版本管理问题