恩智浦i.MXRT1xxx系列MCU的Serial NAND啟動

大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是恩智浦i.MXRT1xxx系列MCU的Serial NAND啟動。

最近越來越多的客戶在咨詢 i.MXRT1xxx 從 Serial NAND 啟動的事情，讓這個本來比較冷門的啟動設備突然火熱起來。據痞子衡的了解，其實客戶主要目的是在應用里基于 Serial NAND 去做文件系統（看起來隨著技術的發展，就文件系統應用或者多媒體數據存儲方面而言 Raw NAND 已經不是絕對優勢了），然后順便用它做應用代碼啟動。借此機會，今天痞子衡就給大家介紹一下 Serial NAND 上制作、下載、啟動程序的方法：

Note：文中貼圖、代碼主要以 i.MXRT1050 為例，其余 i.MXRT1xxx 系列原理類似。

一、支持的Serial NAND

Serial NAND 廠商非常多，對應 Serial NAND 芯片型號也很多，如果你在選型時不確定到底該為 i.MXRT 選擇哪一款 Serial NAND 時，可選用下面四款芯片，痞子衡均實測過：

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）

需要特別注意的是，與《i.MXRT從Raw NAND啟動》里既可使用純軟件 ECC 也可利用 Flash 自帶硬件 ECC 特性不同的是，從 Serial NAND 啟動必須依賴 Flash 自帶硬件 ECC。

二、Serial NAND硬件連接

除了 i.MXRT1010/1024/1064 不支持 Serial NAND 啟動之外，其余 i.MXRT1xxx 都可以支持。其中 i.MXRT10xx 系列只支持一組引腳連接組合，而 i.MXRT11xx 則支持多組引腳連接組合。i.MXRT1050 BootROM 支持如下 pinmux 來連接 Serial NAND 去啟動：

如下是 IMXRT1050EVK12_Rev.A 板上四線 QSPI Flash 連接設計，板載默認 U33 芯片是 Serial NOR Flash，我們可以換成同封裝 Serial NAND，痞子衡就將其換成了 MX35LF2G24AD 來做測試，當然 FLASH_VCC 也相應改成了 3.3V：

三、Serial NAND加載啟動過程

我們知道 Serial NAND 中僅能放置 Non-XIP Application（鏈接到內部 SRAM 或者外部 RAM 空間），其啟動加載流程跟《從 Serial(1-bit SPI) NOR/EEPROM恢復啟動》加載流程差不多（參考文章第 3 小節）。

i.MXRT BootROM 中對于 Serial NAND 啟動流程處理和對于 Raw NAND 啟動處理幾乎是一樣的，都是依賴 FCB 和 DBBT 這兩個數據結構（當然 Serial NAND 和 Raw NAND 里對于這兩個數據結構具體成員定義有差異）。關于 FCB 和 DBBT 的使用，痞子衡在《i.MXRT從Raw NAND啟動》一文中三、四小節講得很清楚，這里不再贅述。

i.MXRT1050 參考手冊 System Boot 章節里畫了上電啟動時 BootROM 代碼搜索 FCB 和 DBBT 的流程，能找到這兩個數據，應用程序就能夠被正常加載。這里需要特別注意，FCB 和 DBBT 是在配套 Flashloader 執行過程中動態生成的，因為涉及 NAND Flash 里具體壞塊分布信息，所以無法在 PC 端直接制作 FCB 和 DBBT，這就意味著我們無法像 NOR Flash 那樣事先得到一個完整的含全部啟動頭(FCB&DBBT&IVT&BD)的 NAND bootable image。

四、下載Application進Serial NAND

現在假定你已經制作好一個 Bootable image 并且使用 blhost 工具與 Flashloader 建立了基本通信，正要開始將 Bootable image 下載進 Serial NAND。此時我們只需要提供簡化的 12 - 44byte 配置數據就可以完成 Serial NAND 的全部配置，下面是適用 MX35LF2G24AD 的 Application 下載更新示例：

// 在 SRAM 里臨時存儲 Serial NAND 配置數據（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 從 Block 4 開始，長度最大 4 個 Block

// 在 SRAM 里臨時存儲 Serial NAND 配置數據（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 配置數據去配置 FlexSPI 接口以及寫入完整 FCB, DBBT 數據
blhost -u -- configure-memory 0x101 0x20202000

上述 fill-memory 命令中 FCB Opt 配置數據組織詳見下表：

上述 fill-memory 命令中 NAND Opt 配置數據組織詳見下表：

上表 12 - 44byte 數據提供的配置信息主要是 FCB 和 NAND 屬性。configure-memory 命令執行成功之后，底下只需要將 Bootable image 從 Serial NAND 對應 Block 地址處開始下載即可，具體步驟如下：

// 擦除 Serial NAND 并將 image 下載進 Serial NAND
blhost -u -- flash-erase-region 0x4 0x4 0x101     // 從第4個Block開始擦除，范圍為4個Block長度
blhost -u -- write-memory 0x4 bt_image.bin 0x101  // 從第4個Block開始下載含 ivt, bd 的鏡像文件

當然以上所有繁雜的命令行操作都可以使用 MCUBootUtility 工具（v5.2.1及以上）來一鍵完成：

五、進入Serial NAND啟動模式

Application 已經被成功下載進 Serial NAND 卡之后，此時我們便可以開始設置芯片從 Serial NAND 啟動。

先確定 BOOT_MODE[1:0]=2'b10，即芯片處于 Internal Boot 模式，再來選擇 Boot Device，Boot Device 由 BOOT_CFG1[7:4] 這四個 pin 的輸入狀態決定，其中 Serial NAND 啟動模式為 4'b11xx。

六、配置eFuse啟動Serial NAND

設置好芯片啟動模式是從 Serial NAND 啟動之后，我們還需要最后關注一下與 Serial NAND 相關的具體特性配置，主要集中在芯片內部 eFuse 0x6e0/0x450 區域里，根據前面配置，這里我們只需要設置 BOOT_SEARCH_COUNT bit 為 1，其余保持默認 0 即可。

這里單獨解釋下 COL_ADDRESS_WIDTH 默認 0 即 12bits，看起來對應了 4KB Page size，但是因為 ECC 特性，這樣設置下的低 2KB page 空間存真實數據，高 2KB page 空間其實屬于所謂 Spare 空間，會被 Flash 自動用來存放 ECC 校驗碼，不過這個 Spare 空間有效范圍 64byte-128byte 不等（對于 MX35LF2G24AD 則是 128）。