恩智浦i.MXRT1xxx系列MCU的Serial NAND启动

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~~~

　　审核编辑：汤梓红