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大家好，我是痞子衡，是正經(jīng)搞技術的痞子。今天痞子衡給大家分享的是i.MXRT上使用16MB以上NOR Flash軟復位無法正常啟動問題的分析解決經(jīng)驗。

痞子衡這幾天在支持一個i.MXRT1050客戶項目，客戶遇到了軟復位無法從32MB NOR Flash重新啟動的問題。這個客戶是做醫(yī)療設備的，已經(jīng)基于i.MXRT做出一款成功的產(chǎn)品了，所以客戶其實有豐富的i.MXRT使用經(jīng)驗。目前調(diào)試的項目是客戶的第二款產(chǎn)品，這個軟復位無法啟動問題已經(jīng)困擾他們很久，但問題畢竟不是特別緊急，不影響他們開發(fā)進度，所以耽擱至今。這次客戶趁著出差蘇州參加勞特巴赫TRACE32調(diào)試器培訓機會，讓痞子衡現(xiàn)場幫他們定位問題，經(jīng)過一番調(diào)試和分析，痞子衡終于成功地解決了問題，特此將問題解決的全過程記錄下來，供大家參考。

一、問題描述

在描述問題前，首先給大家介紹下客戶的項目設計，底下是客戶硬件簡圖。客戶選用的i.MXRT1052作為主控，掛載了兩個QSPI Flash，FlexSPI接口連接的32MB Flash用于啟動和存放靜態(tài)圖片資源(只需要讀即可)，LPSPI接口連接的1MB Flash用于存放運行時狀態(tài)數(shù)據(jù)(需要讀寫)，此外板子連接了一個顯示屏，所以還掛載一片SDRAM用于顯示緩存，其實SDRAM除了顯示緩存功能之外，還用于執(zhí)行App(QSPI Flash里的App會自加載到SDRAM執(zhí)行)。

有必要重點介紹下QSPI Flash啟動設計細節(jié)，客戶選用的Flash型號是ISSI的IS25WP256D，這是一款容量256Mb的四線串行Flash。客戶啟動流程設計的挺復雜，芯片上電之后，BootROM負責從Flash中XIP啟動L2 loader程序，L2 loader運行后從Flash中選出最新的一份Boot程序(A/B是雙備份)，將其加載到SDRAM中執(zhí)行。Boot程序運行后做一些系統(tǒng)初始化工作，然后直接跳轉(zhuǎn)到App中執(zhí)行(XIP)，App才是最終的客戶應用程序，這個應用程序會完成往SDRAM的自拷貝以及跳轉(zhuǎn)執(zhí)行。

客戶的App實際大小接近5MB，對于嵌入式程序來說，這個體量相當大了，這也是為什么客戶需要借助專業(yè)的勞特巴赫TRACE32調(diào)試器來分析定位程序邏輯設計問題。從下圖還可以看到從0x60800000開始，Flash中還存放了一些靜態(tài)圖片資源，客戶項目有顯示屏，Flash里放一些固定圖片數(shù)據(jù)方便UI切換。

介紹完客戶的項目設計，現(xiàn)在描述客戶的軟復位無法重新啟動問題。其實這個問題現(xiàn)象很簡單，就是每次重新上電啟動，程序都是可以正常運行的，但是一旦使用按鍵軟復位(ONOFF Reset)，系統(tǒng)就會有一定概率起不來(概率很大，很容易復現(xiàn))，調(diào)試器連上去會發(fā)現(xiàn)PC停留在BootROM里，這意味著此時BootROM沒能正常啟動L2 loader。

二、問題分析

讓我們來分析一下問題，這個問題要從兩方面來考慮：一、板子上芯片的POR和軟復位的區(qū)別；二、軟復位無法啟動是概率性的，因此痞子衡想到了如下四處疑點：

兩種復位下主芯片內(nèi)部非易失寄存器狀態(tài)的區(qū)別是否對BootROM運行產(chǎn)生了影響？

兩種復位下主芯片內(nèi)FlexSPI這個模塊狀態(tài)是否有區(qū)別？

兩種復位下外掛Flash芯片狀態(tài)是否有區(qū)別？

客戶App代碼里是否有某種操作導致了概率性問題的發(fā)生？

因為每次都是軟復位重新啟動出問題，所以客戶板級供電設計不在疑點范圍內(nèi)。雖然問題都表現(xiàn)在BootROM沒法加載L2 loader執(zhí)行，但BootROM本身缺陷也不是我們主要考慮的方向，畢竟BootROM是固化在芯片內(nèi)部的，可靠性有一定保證。我們首先要把疑點放在概率性以及兩種復位的差異上，那么我們從哪里開始著手測試？

痞子衡想的是先從第4個疑點開始下手，原因是前3個疑點本質(zhì)上都由第4個疑點引起的，客戶代碼的執(zhí)行可能會改主芯片內(nèi)部非易失性寄存器，也同時會操作FlexSPI模塊去訪問外部Flash，它是問題的引爆點。

三、開始測試

3.1 對比非易失性寄存器

i.MXRT內(nèi)部有一些非易失性寄存器(比如IOMUXC_GPR寄存器組，SRC寄存器等)，這些寄存器僅在POR時才會被復位，而普通軟復位是不會改變其狀態(tài)的。客戶App代碼近5MB，如果是去肉眼排查是否操作了非易失性寄存器，難免有疏漏。最簡單的方法就是在正常啟動和非正常啟動時分別用調(diào)試器將這些寄存器的值全部保存下來，然后使用文本工具去對比。經(jīng)測試，兩種情況下，這些非易失性寄存器并無區(qū)別，因此這個疑點被排除。

3.2 逐步精簡App代碼

現(xiàn)在我們開始逐步精簡App代碼，由于客戶代碼涉及機密，所以精簡的工作由客戶來做，當然客戶也最清楚如何去精簡他們自己的代碼。一番測試下來，我們發(fā)現(xiàn)App代碼里只要不去讀存在Flash里的靜態(tài)圖片數(shù)據(jù)，就不會存在軟復位無法重新啟動問題，看起來我們已經(jīng)找到線索了。

四、原因分析

問題出在App代碼里讀存在Flash里的靜態(tài)圖片數(shù)據(jù)，這意味著App里可能用了特殊的讀Flash方法改變了Flash狀態(tài)，并且這個Flash狀態(tài)是非易失性的。謎團接近解開了，痞子衡讓客戶公布了他們的L2 loader里的FDCB配置頭以及App里的讀Flash圖片的代碼實現(xiàn)：

4.1 L2 loader的FDCB

先來看客戶的FDCB啟動頭，客戶僅讓BootROM配置Flash工作于50MHz，并且是1bit SDR Fast Read(命令是0x0B)，這是標準3字節(jié)地址讀，因此配置成功后通過AHB總線最大可訪問16MB以內(nèi)的Flash空間。因為客戶的L2 loader很小，且存儲在Flash的起始地址，所以這樣的配置對于啟動而言沒有問題。

4.2 App讀Flash實現(xiàn)

再來看客戶實現(xiàn)的讀Flash函數(shù)BigCapRead()，根據(jù)前面的介紹，靜態(tài)圖片數(shù)據(jù)是從0x60800000處開始存儲的，因此0x60800000 - 0x60FFFFFF范圍內(nèi)的8MB數(shù)據(jù)是可以直接AHB讀，但是0x61000000地址之后的數(shù)據(jù)在上述BootROM的配置下無法直接訪問，這也是為什么客戶寫了BigCapRead()函數(shù)，這個函數(shù)會根據(jù)傳入的地址范圍來判斷數(shù)據(jù)是在低16MB空間還是高16MB空間，然后對地址空間做了一個切換。

#define?FLASH_BIG_CAP_SIZE?(0x1000000)

static?status_t?flexspi_nor_select_segment(uint32_t?base,?uint8_t?seg){
????qspi_transfer_t?flashXfer;
????status_t?status?=?Success;
????uint32_t?writeValue?=?0x00;
????uint32_t?readValue?=?0x00;

????flexspi_nor_write_enable(base,?0,?true);

????flexspi_nor_read_volatilebankaddr_reg(base,?&readValue);
????if?((readValue?&?0x01)?==?(seg?&?0x1))
????{
????????return?Success;
????}

????writeValue?=?seg?&?0x1;
????flexspi_nor_write_volatilebankaddr_reg(base,?writeValue);

????flexspi_nor_read_volatilebankaddr_reg(base,?&readValue);
????if?(readValue?!=?writeValue)
????{
????????return?Failure;
????}

????flexspi_nor_wait_bus_busy(base);
????return?Success;
}

static?UINT32?BigCapRead(struct?flash_dev*?dev,?UINT32?start_addr,?UCHAR?*buffer,?UINT32?size){
????UINT32?tempLen?=?0;
????UINT32?result?=?0;
????if?(start_addr?>=?FLASH_BIG_CAP_SIZE)
????{
????????flexspi_nor_select_segment(dev->base,?1);
????????start_addr?=?start_addr?-?FLASH_BIG_CAP_SIZE;
????????result?=?Read(dev,?start_addr,?buffer,?size);
????}
????else
????{
????????if?(start_addr?+?size?????????{
????????????flexspi_nor_select_segment(dev->base,?0);
????????????result?=?Read(dev,?start_addr,?buffer,?size);
????????}
????????else
????????{
????????????tempLen?=?FLASH_BIG_CAP_SIZE?-?start_addr;
????????????flexspi_nor_select_segment(dev->base,?0);
????????????result?=?Read(dev,?start_addr,?buffer,?tempLen);
????????????flexspi_nor_select_segment(dev->base,?1);
????????????result?=?Read(dev,?0,?buffer?+?tempLen,?size?-?tempLen);
????????}
????}
????return?result;
}

4.3 關于Flash的3/4字節(jié)地址

對于16MB以上空間的Flash，總會面臨3/4字節(jié)地址訪問的問題，JESD216規(guī)定了3/4字節(jié)地址訪問標準命令，對于3字節(jié)地址Fast Read，其命令是FRD(0x0B)；而對于四字節(jié)地址Fast Read，其命令是4FRD(0x0C)。對于一個32MB的Flash，如果僅需要訪問低16MB空間，可以使用FRD；如果需要訪問高16MB空間，則需要使用4FRD。

4FRD相比FRD多傳輸了一字節(jié)地址，對于地址連續(xù)的大塊數(shù)據(jù)訪問，這個1字節(jié)地址影響不太，但是如果是執(zhí)行代碼或者非連續(xù)數(shù)據(jù)訪問，4FRD相比FRD還是有效率上的降低的，對于這個問題，不同的廠家提供了不同的解決方案。

客戶選用的這款Flash來自ISSI，ISSI的解決方案是在Flash內(nèi)部增加一個Bank Address Register，其bit0用于實時切換低Bank和高Bank(并且這個位是非易失性的，僅POR才會復位，引腳reset無法復位！)，當bit0值為0時，FRD命令訪問的是低16MB空間，而bit0置1后，FRD命令此時實際訪問的是高16MB空間(從AHB地址上看不出這個變化)。

4.4 解決方案

看到這，這個軟復位無法重啟問題真相大白了，是由于這顆Flash里的內(nèi)部非易失寄存器BAR[0]的操作導致的，如果軟復位時間點恰好在App讀了高16MB空間(Bank1)里的數(shù)據(jù)之后，此時Bank發(fā)生了切換，軟復位后BootROM去啟動時無法讀到存在低16MB空間(Bank0)的有效的L2 loader。如果軟復位時間點發(fā)生在App正在讀低16MB空間的數(shù)據(jù)，那下次還是可以正常啟動，這就是概率性啟動失敗的原因。

原因調(diào)查清楚了，問題解決方法就很簡單了，將L2 loader里的FDCB頭用4FRD代替FRD，這樣BootROM配置完成之后，可以直接AHB讀全部的32MB空間，不需要切換Bank，因此App里的BigCapRead()函數(shù)里的Bank切換操作可以刪掉。

這個經(jīng)驗也告訴了我們，當使用16MB以上Flash作為啟動設備時，一定要小心處理好3/4字節(jié)地址訪問問題，不然就可能出現(xiàn)啟動問題。

至此，i.MXRT上使用16MB以上NOR Flash軟復位無法正常啟動問題的分析解決經(jīng)驗痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪里~~~

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的idea 升级到2020后 无法启动_i.MXRT软复位后无法从32MB Flash启动？的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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