i.MX6ULL启动方式和镜像文件格式（必看）

翠花儿

I.MX6ULL支持多种启动方式，我们可以通过设置不同的启动方式来选择不同的启动设备，比如从SD卡，EMMC,NAND Flash等启动。本章我们就来学习下I.MX6ULL的启动方式和镜像格式。

1 i.MX6ULL启动方式详解

I.MX6ULL支持多种启动方式，可以从EMMC、SD卡、NAND FLASH、USB、QSPI等设备启动。通过查看《IMX6ULL参考手册.pdf》手册的第8章System Boot，我们可以了解到i.MX6ULL在上电以后，芯片ROM里面固化的程序会根据BOOT_MODE[1:0]寄存器的值来选择启动方式。

BOOT_MODE[1:0]寄存器的值有两种方式可以修改：一种是采用eFuses（熔丝）的方式；另一种是通过设置BOOT_MODE[1:0]对应的GPIO的状态。我们在平常使用的时候基本都是采用设置BOOT_MODE[1:0]对应的GPIO状态来选择启动方式的。

BOOT_MODE[1:0]对应的GPIO引脚是BOOT_MODE1和BOOT_MODE0，如下图所示：

BOOT_MODE1和BOOT_MODE0这两个引脚在芯片内部默认有100K的下拉，所以这两个引脚在悬空状态下默认是低电平（0）。我们把这两个引脚引到了底板上，并连接到了拨码开关上，拨码开关对应的另一端通过10K电阻接到了3.3V电源上，这样我们可以通过拨码开关来设置这两个IO的状态了（高电平或低电平）。如下图所示：

从上面的截图，可以看到如果我们要设置BOOT1和BOOT0为高电平我们需要将对应的拨码开关设置到“ON”位置，这样就通过10K电阻上拉到3.3V，芯片内部有100K的下拉，所以此时这两个IO的电平是：100/(10+100)*3.3V=3V，属于高电平。

从参考手册我们看到BOOT_MODE[1:0]两个IO可以设置四种状态，对应着四种启动方式，如下图所示：

从上图可以看到BOOT_MODE[1:0]：设置为00的时候从Fuses启动，设置为01的时候串行下载，设置为10的时候内部Boot模式，设置为11作为保留使用。我们用到的是“串行下载”和“内部Boot”模式这两种。

首先我们来看下“串行下载”，它是指可以通过USB接口（板子的OTG接口）将代码下载到板子上然后运行。通过此方式我们可以实现开发板镜像的烧写（我们将在后面章节介绍具体的烧写方法）。

然后我们看下“内部Boot模式”，它是指在此种模式下，芯片会执行内部ROM里面固化的boot程序。这段程序会进行硬件的初始化，然后从Boot设备（EMMC、SD卡、NAND FLASH）中读取出镜像到内存中。如果在“内部Boot模式”运行过程中发生错误，则会进入“串行下载模式”。

当BOOT_MODE设置为“内部Boot模式”后，i.MX6ULL可以从SPI，EIM，NOR，SD，MMC，QSPI等设备启动，同时也可以配置相应的参数（例如SD的总线宽度，速度等等）。启动设备和对应的参数我们可以使用eFUSEs的方式设置，也可以通过GPIO来配置（我们主要使用GPIO的方式）。下面我们来看一下如何通过GPIO设置启动设备。

从参考手册我们可以看到启动设备主要通过三组IO来设置，他们分别是BOOT_CFG1[7:0]，BOOT_CFG2[7:0]，BOOT_CFG4[7:0]这三组IO。如下图所示：

从上图我们可以看到这三组决定启动设备的IO正好用到的RGB的24根数据IO，在i.MX6ULL芯片刚开始上电的时候这24个IO先作为“选择启动设备”的功能来使用，在ROM中的固化程序把启动镜像从启动设备加载到内存，并开始从启动镜像（Uboot）开始运行的时候，这24个IO就可以当做RGB来使用了。

现在我们来总结一下，i.MX6ULL启动流程：首先根据BOOT_MODE的两个IO（BOOT_MODE1，BOOT_MODE0）先确定启动方式，如果是串行下载模式，就会进入USB启动模式。如果是“内部Boot”启动方式，然后就根据BOOT_CFG1，BOOT_CFG2，BOOT_CFG4这三组IO的配置来决定从哪种设备启动（读取启动镜像到内存，并开始启动）。

接下来我们看下BOOT_CFG1，BOOT_CFG2，BOOT_CFG4这三组IO是怎么配置启动方式的，在我们的底板原理图上有如下图：

上图中最左侧一列是支持的启动设备，后面的每一列分别对应BOOT_CFG的IO，我们可以看到决定启动方式的是由BOOT_CFG1和BOOT_CFG2这两组IO决定。大家也许觉得这么多IO需要配置，操作起来太麻烦了，实际上这些IO中大部分都是默认下拉的，需要配置的只有6个，从我们的原理图可以看到（因为我们用了一个8位的拨码开关，其中有两位是BOOT_MOD的），如下图所示：

从上面的原理图我们可以看到8位的拨码开关一端上拉到3.3V，另一端分别接到了BOOT_MODE1，BOOT_MODE0，BOOTCFG2[3]，BOOTCFG1[3]，BOOTCFG1[4]，BOOTCFG1[5]，BOOTCFG1[6]，BOOTCFG1[7]。所以我们设置启动方式，只需要修改这8位（有两位是BOOT_MODE）IO的状态，我们看下负责启动方式的这6个IO的含义，如下表所示：

BOOT_CFG引脚	含义
BOOT_CFG2[3]	为0时从SDHC1上的SD/EMMC启动，为1时从SDHC2上的SD/EMMC启动。
BOOT_CFG1[3]	当从SD/EMMC启动的时候设置启动速度，当从NAND启动的话设置NAND数量。
BOOT_CFG1[4]	BOOT_CFG1[7:4]： 0000  NOR/OneNAND(EIM)启动。 0001  QSPI启动。 0011  SPI 启动。 010x  SD/eSD/SDXC启动。 011x  MMC/eMMC启动。 1xxx  NAND Flash启动。
BOOT_CFG1[5]
BOOT_CFG1[6]
BOOT_CFG1[7]

根据上面的表格，我们设置开发板分别从串行下载，EMMC，SD卡，NAND FLASH启动的时候，可以按照下面的表格设置，如下表：

1	2	3	4	5	6	7	8	启动设备
0	1	x	x	x	x	x	x	USB串行启动
1	0	0	0	0	0	1	0	SD/TF卡启动
1	0	1	0	0	1	1	0	EMMC启动
1	0	0	0	1	0	0	1	NAND FLASH启动

下面是i.MX6ULL终结者底板上的拨码开关输入图片，如下图所示：

上图中的8位拨码，拨到上面“ON”位置就是1，拨到下面就是“0”，8位拨码按照表2.1中的设置就可以按照对应的方式启动。

2 镜像格式

I.MX6ULL的镜像文件由下面几部分组成：

1.Image vector table简称IVT。

2.Boot data，启动数据。

3.Device configuration data，简称DCD，主要是芯片的配置信息

4.用户代码生成的执行文件。比如uboot等。

所以i.MX6ULL的镜像组成为：IVT+Boot Data+DCD+用户程序。

我们首先看下IVT部分：它里面包含了程序的入口点，一个指向设备配置数据（DCD）的指针，以及其他在启动过程中被ROM固化程序用到的指针。IVT被存储在启动设备固定的位置（但是不同的启动设备保存的位置可能会不一样）。IVT在镜像文件的最前面，如下图是不同启动设备，IVT所在的位置偏移（相对于设备首地址）：

这里我们以EMMC为例，从上表可以看出他的偏移是1Kbyte（1024字节），假设EMMC的每个扇区是512字节，那么我们的IVT要从第三个扇区开始保存。我们从《IMX6ULL参考手册.pdf》的8.7.1.1章节可以看到IVT的数据格式如下图所示：

上图中第一个存放的是header(头)，header头的格式如下图所示：

其中的Tag是一个字节设置为0xD1，length是2个字节，按照大端模式存储，表示IVT的长度，最后一个Version是版本信息，占用一个字节，通常为0x40或0x41。由于《IMX6ULL参考手册.pdf》文档只有header的描述其它几个字节的描述没有涉及。我们可以打开编译生成的Uboot镜像uboot.imx查看下它里面的内容。

接下来是Boot data，它的数据格式如下图所示：

从上图可以看出Boot data一共是三个字段，每个字段32位。

然后是DCD，DCD紧跟在Boot Data后面，IVT里面也定义了DCD的位置。DCD主要是初始化片内的寄存器。DCD的数据格式如下图所示：

第一个是Header包头信息，他是一个32位的包头，具体定义如下图所示：

Tag占一个字节，被设置为0xD2；Length占两个字节，按照大端模式存储，表示DCD的区域大小（包含包头的长度），Version占一个字节，设置为0x40或0x41。

Header后面的是CMD配置寄存器的字节，每个CMD的结构如下图所示：

CMD域的第一个是Tag，占一个字节，设置为0xcc；然后是Lehgth占两个字节，按照大端模式存储，表示该CMD的长度（包含CMD的包头），Parameter占一个字节，这个字的每个为含义如下图所示：

上图中的bytes表示目标位置宽度，单位为byte，可以设置为1，2，4字节。Flags是命令控制标志位。

然后CMD域后面的是Address和Value/Mask。这两个分别是要初始化的寄存器地址，设置的值。

紧接着DCD的就是我们的程序生成的.bin文件。至此关于i.MX6ULL镜像的组成格式我们就分析完成了。只是看上面的介绍大家也许感觉到会很枯燥，接下来我们结合uboot.imx镜像，来一起看看这些数据的组织格式。我们使用winhex软件（在光盘资料的“i.MX6UL终结者光盘资料\02_开发所需软件”目录下面）打开光盘资料的“i.MX6UL终结者光盘资料\08_开发板系统镜像\uboot\emmc\u-boot.imx”文件。

从上图可以看出是按照小端方式显示的，我们首先把前面44个字节按照4个字节一组的方式组合在一起就是：0x402000D1，0x87800000，0x00000000，0x877FF42C，0x877FF420，0x877FF400，0x00000000，

0x00000000。这8组数据是IVT的数据，我们整理成下表：

IVT数据信息
IVT成员	数据	含义
header	0x402000D1	根据上面header 的格式，第一个字节Tag为0XD1，二，三两个字节为IVT大小，为大端模式，所以IVT大小为 0X20=32 字节。第四个字节为 0X40
entry	0x87800000	入口地址，也就是镜像第一行指令所在的位置。0X87800000 就是uboot的链接地址，后面裸机开发我们也使用这个地址。
reserved1	0x00000000	保留，未用到。
dcd	0x877FF42C	DCD 地址
boot data	0X877FF420	boot地址，header里面已经设置了IVT大小是32个字节 ， 所以我们可以推出IVT的地址就是 0X877FF420-32=0X877FF400
self	0X877FF400	IVT 复制到 DDR 中以后的首地址。
csf	0X00000000	CSF地址
reserved2	0X00000000	保留，未使用。

然后是Boot Data域，我们把接下来的12个字节按照4个字节一组的方式组合在一起就是0x877FF000，0x0007E000，0x00000000。我们整理成下表所示：

Boot Data数据信息
Boot Data成员	数据	含义
start	0x877FF000	整个Uboot.imx的其实地址，包括前面1KByte的地址偏移
length	0x0007E000	镜像大小，这里是2MByte
plugin	0x00000000	插件

然后紧接着就是DCD的数据，如下表所示：

DCD数据信息
DCD成员	数据	含义
header	0x40E801D2	根据header格式，第一个字节Tag为0XD2，二和三这两个字节为DCD大小，为大端模式，所以DCD大小为0X01E8=488 字节。第四个字节为0X40。
command	0x04E401CC	第一个为Tag，固定为0XCC，第二和第三个字节是大端模式的命令总长度，为0X01E4=484个字节。第四个字节是Parameter，为0X04，表示目标位置宽度为4个字节。
Address	0x020C4068	寄存器 CCGR0 地址
Value	0xFFFFFFFF	要写入寄存器CCGR0的值，表示打开CCGR0控制的所有外设时钟。
.......	.......	CCGR1~CCGR5 这些寄存器的地址和值。
Address	0X020C4080	寄存器CCGR6地址。
Value	0xFFFFFFFF	要写入寄存器CCGR6的值，表示打开CCGR6控制的所有外设时钟。
Address	0x020E04B4	寄存器 IOMUXC_SW_PAD_CTL_GRP_DDR_TYPE 寄存器地址。
Value	0x000C0000	设置 DDR 的所有IO为DDR3 模式。
Address	0x020E04AC	寄存器 IOMUXC_SW_PAD_CTL_GRP_DDRPKE 地址
Value	0x00000000	所有DDR引脚关闭Pull/Keeper功能
Address	0X020E027C	寄存器 IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_DRAM_SDCLK0_P
Value	0X00000030	DRAM_SDCLK0_P 引脚为 R0/6
............	............	内存引脚配置
Address	0X020E0248	寄存器 IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_DRAM_DQM1
Value	0X00000030	DRAM_DQM1 引脚驱动能力为 R0/6
Address	0X021B001C	MMDC_MDSCR 寄存器
Value	0X00008000	MMDC_MDSCR 寄存器值
.........	..........	MMDC 相关寄存器地址及其寄存器值

从上面的表格我们可以看到DCD主要做了下面的配置：

1. 使能所有外设的时钟。

2. 配置DDR3所用的所有IO。

3. 配置MMDC控制器，初始化DDR3。

关于i.MX6ULL的启动流程和启动镜像文件格式我们就介绍到这里。通过本章的讲解我们可以掌握i.MX6ULL的启动设置了。我们编译出的二进制.bin文件，不能直接烧写到EMMC中，需要在它前面加上IVT，Boot Data和DCD这三部分的数据域。我们之中烧写到EMMC的镜像文件时：IVT+Boot Data+CDC+用户的.bin文件。

3 启动模式设置（拨码开关）

我们设置开发板分别从串行下载，EMMC，SD卡，NAND FLASH启动的时候，可以按照下面的表格设置，如下表：

1	2	3	4	5	6	7	8	启动设备
0	1	x	x	x	x	x	x	USB串行启动
1	0	0	0	0	0	1	0	SD/TF卡启动
1	0	1	0	0	1	1	0	EMMC启动
1	0	0	0	1	0	0	1	NAND FLASH启动

表1

下面是i.MX6ULL终结者底板上的拨码开关输入图片，如下图所示：

上图中的8位拨码，拨到上面“ON”位置就是1，拨到下面就是“0”，8位拨码按照表2.1中的设置就可以按照对应的方式启动。

4 uboot模式

在确认电源、串口等连接好以后，按下开发板上的SWITCH按键，启动开发板，这时开发板上 POWER 旁
边的 Led 灯会点亮，是 u-boot启动信息。 读秒倒计时的过程中如果输入任何值，将进入 uboot 模式，
在 PC 的串口上可以看到类似下图所示的系统启动的信息。在文档的后面，我们统一将“在超级终端的命
令行里面输入命令” 的过程叫做“进入超级终端的 uboot 模式， 输入命令” 或者“进入 uboot 模式” 。

我们在 uboot 模式下， 可以设置相关的环境变量，如屏幕类型的设置等。

5文件系统模式

启动开发板以后，在开发板启动过程中，如果用户不做任何操作和控制，等系统启动成功，然后多次输入回车，最后超级终端会出现如下图所示的界面。 就表明超级终端进入了文件系统模式。在文件系统模式下，我们可以像Ubuntu 控制台那样输入命令来操作开发板，如 ls， pwd 命令等。

6 系统开关机（必看）

开发板使用关机命令如poweroff，shutdown等，要长按开发板的ON/OFF按键才可以开机，否则开机没有打印并且烧写器不识别，这里建议大家直接硬关机，使用开发板的自锁开关进行开关机，硬关机不会对开发板使用寿命有影响。

user8361

您好，imx6ul精英版-NAND 可以切换SD卡启动吗？文档里没有给出拨码开关的方式