做海报有什么好的网站推荐,asp网站编辑教程,比较公司网站与营销网站的不同,软文推广有哪些STM32单片机是直接将程序下载到内部 Flash中#xff0c;上电以后直接运行内部 Flash中的程序。
STM32MP157内部没有供用户使用的 Flash#xff0c;系统都是存放在外部 Flash里面的#xff0c;比如 EMMC、NAND等#xff0c;因此 STM32MP157上电以后需要从外部 Flash加载程序…STM32单片机是直接将程序下载到内部 Flash中上电以后直接运行内部 Flash中的程序。
STM32MP157内部没有供用户使用的 Flash系统都是存放在外部 Flash里面的比如 EMMC、NAND等因此 STM32MP157上电以后需要从外部 Flash加载程序到内存中。而且STM32MP157支持多种启动方式这些启动方式都是怎么运行的这都涉及到 STM32MP1的启动方式。
STM32MP1启动模式
STM32MP1支持从多种设备启动比如 EMMC、 SD、 NAND、 NOR、 USB、 UART等。STM32MP1内部有一段 ROM来存放 ST自己编写的程序这段 ROM空间是不开放给用户使用的仅供 ST存放自己的 ROM代码 ROM空间如下图所示 如上图中所示CA7是Cortex-A7的缩写可看出A7啮合有128KB的ROM空间起始地址为0X00000000STM32MP1上电后会先运行这段 ROM代码。 STM32MP157有三个 BOOT引脚 BOOT0~BOOT2这三个 BOOT引脚通过拉高 /拉低来设置从哪种设备启动正点原子 STM32MP157开发板上的拨码开关就是控制这三个 BOOT引脚的正点原子开发板的BOOT原理图如下图所示 从上图可看出当 BOOT0-BOOT1拨到“ ON”的时候就会接到 3.3V上此时就是逻辑 1拨到 OFF的时候 BOOT0-BOOT1就悬空 (也可以外接下拉电阻 )此时就是逻辑 0(悬空或接地都为逻辑 0)三个引脚不同电平对应的启动模式如下图所示 注 STM32MP1 的引脚具有复用功能因此一个外设有很多不同引脚可以使用比如 SDMMC2 的D0引脚就可以使用PB14或PE6 。STM32MP1 内部ROM代码肯定会有个默认的引脚比如内部默认使用PB14如果你自己绘制的板子用了 PE6 那么就会出问题。当然了可以通过修改OTP来设置启动设备所使用的引脚但是OTP只能改一次如果改错了开发板就废了所以如果自制开发板启动设备的引脚一定要和ST官方一致比较方便
正点原子 STM32MP157开发板上通过拨码开关来选择启动模式开发板上有丝印提示如何选择不同的启动方式如下图所示 开发板拨码开关3个开关从左到右依次对应 BOOT0 BOOT1和 BOOT2。在查询启动方式的时候引脚号一定要对应好。
STM32MP1启动流程详解
STM32MP1内部有一段 ST自己编写的 ROM代码这段 ROM代码上电以后就会自动运行 ROM代码会读取 BOOT0~BOOT2这三个引脚电平获取启动模式信息。
内部ROM代码
内部 ROM代码支持如下功能
Secure boot(安全启动)不管是串行启动还是从 Flash设备启动Engineering boot(工程启动)当 BOOT2~BOOT0设置为 100的时候我们就可以通过 STLINK访问A7或者M4内核一般是通过此方法来调试M4内核代码Secondary core boot(第二个内核启动)复位以后STM32MP157的每个A7内核都会启动并且运行相同的指令。内部ROM代码会分离执行流只有Core0才会运行ROM代码另外一个内核会处于一个死循环状态等待应用程序发送信号来进行下一步操作。这个信号是由SGI(软中断)和另外两个BACKUP寄存器 MAGIC_NUMBER、 BRANCH_ADDRESS组成。如果要启动Core1运行在Core0的应用程序需要将跳转地址写入 BRANCH_ADDRESS寄存器将 0xCA7FACE1这个值写入到 MAGIC_NUMBER寄存器向Core1和发送SGI中断也就是说只要不手动开启第二个核那么由于内部 ROM代码的作用此时STM32MP157就相当于单核A7。这样有利于我们编写的STM32MP157的A7裸机例程因为只需要考虑单核情况RMA bootRMA是 Return Material Authorization的缩写正点原子的教程中并没有涉及这种启动方式低功耗唤醒提供安全相关服务。
内部ROM的启动流程可以概括为下图 这张图中红色的区域就是最常用的启动方法所以我们需要重点关注这一部分就是上电/复位后的运行流程
首先检查当前是不是CPU0运行如果不是就启动CPU1正常上电肯定是CPU0如果是CPU0检查复位原因检查是否为退出Standby导致的复位如果不是进入RMA检查检查是否为RMA启动不是检查是否为ENGI启动检查是否为ENGI启动不是就直接进冷启动进入冷启动后就从FLASH中加载系统并进行鉴权如果鉴权成功就运行系统。
安全启动
首先了解两个概念
FSBL 全称为 First stage boot loader也就是第一阶段启动文件SSBL 全称为 Second stage boot loader也就是第二阶段启动文件。
当设置好BOOT2~BOOT0选择从外部 Flash比如 EMMC、 NAND或 NOR等启动的时候就会进入安全启动流程。 STM32MP157的安全启动流程比较复杂这里只做大概介绍
首先ROM代码从选定的Flash设备中加载 FSBL镜像文件 FSBL镜像就是ROM加载的第一个用户编写的可执行程序一般是TF-A镜像但是我们可以换成自己编写的程序比如A7裸机代码。这个FSBL镜像是有要求的不是简单的把bin文件丢过来就可以而是需要在bin文件前面添加一个头部信息FSBL镜像加载后需要对其进行鉴权如果鉴权成功那么就会跳转到FSBL镜像入口地址开始运行FSBL固件。
内部ROM首先从选定的 Flash设备中读取 FSBL镜像文件并运行但是此时DDR还没有初始化FSBL镜像要存放在内部RAMST32MP1内部有 256KB的SYSRAM如下图所示
从上图中可看出SYSRAM地址范围为 0X2FFC0000~0X2FFFFFFF一共是 256KB。ROM代码会将FSBL镜像拷贝到0X2FFC2400地址但是要注意FSBL镜像的起始地址不是0X2FFC2400因为FSBL镜像前面还有一个 256(0X100)字节的头部信息因此 FSBL镜像的真正起始地址为0X2FFC24000X1000X2FFC2500。搞清楚这个起始地址是为了方便在之后将FSBL镜像换成A7裸机例程编译的时候要指定链接起始地址这个链接起始地址就是 0X2FFC2500由此可以计算出整个FSBL镜像大小不能超过 0X30000000-0X2FFC2500252672B246.75KB。
FSBL镜像鉴权成功后 ROM代码会boot上下文的起始地址保存到R0寄存器然后跳转到 FSBL镜像的入口地址这个入口地址会定义到头部里面其实就是上面讲的 0X2FFC2500。
boot上下文会保存到SYSRAM的前512字节里面boot上下文包含了boot信息比如选定的 boot设备还有一些和安全启动鉴权有关的服务。结构体boot_api_context_t定义了 boot上下文结构boot_api_context_t结构体是定义在 TF-A源码里面的(plat/st/stm32mp1/include/boot_api.h)内容如下所示
typedef struct {/* * Boot interface used to boot : take values from defines * BOOT_API_CTX_BOOT_INTERFACE_SEL_XXX above */ uint16_t boot_interface_selected; uint16_t boot_interface_instance; uint32_t reserved1[12]; uint32_t usb_context; uint32_t otp_afmux_values[3]; uint32_t reserved[2]; /** Log to boot context, what was the kind of boot action * takes values from defines BOOT_API_BOOT_ACTION_XXX above*/uint32_t boot_action;/** STANDBY Exit status to be checked by FSBL in case* field boot_action BOOT_API_CTX_BOOT_ACTION_WAKEUP_STANDBY* take values from defines above BOOT_API_CTX_STBY_EXIT_STATUS_XXX* depending on encountered situation*/uint32_t stby_exit_status;/* * CSTANDBY Exit status to be checked by FSBL in case* boot_action BOOT_API_CTX_BOOT_ACTION_WAKEUP_CSTANDBY * take values from defines above BOOT_API_CTX_CSTBY_EXIT_STATUS_XXX* depending on encountered situation*/uint32_t cstby_exit_status;uint32_t auth_status;/** Pointers to bootROM External Secure Services* - ECDSA check key* - ECDSA verify signature* - ECDSA verify signature and go*/uint32_t (*bootrom_ecdsa_check_key)(uint8_t *pubkey_in,uint8_t *pubkey_out);uint32_t (*bootrom_ecdsa_verify_signature)(uint8_t *hash_in,uint8_t *pubkey_in,uint8_t *signature,uint32_t ecc_algo);uint32_t (*bootrom_ecdsa_verify_and_go)(uint8_t *hash_in,uint8_t *pub_key_in,uint8_t *signature,uint32_t ecc_algo,uint32_t *entry_in);/** Information specific to an SD boot* Updated each time an SD boot is at least attempted,* even if not successful* Note : This is useful to understand why an SD boot failed* in particular*/uint32_t sd_err_internal_timeout_cnt;uint32_t sd_err_dcrc_fail_cnt;uint32_t sd_err_dtimeout_cnt;uint32_t sd_err_ctimeout_cnt;uint32_t sd_err_ccrc_fail_cnt;uint32_t sd_overall_retry_cnt;/** Information specific to an eMMC boot* Updated each time an eMMC boot is at least attempted,* even if not successful* Note : This is useful to understand why an eMMC boot failed* in particular*/uint32_t emmc_xfer_status;uint32_t emmc_error_status;uint32_t emmc_nbbytes_rxcopied_tosysram_download_area;uint32_t hse_clock_value_in_hz;/** Boot partition :* ie FSBL partition on which the boot was successful*/uint32_t boot_partition_used_toboot;/** Address of SSP configuration structure :* given and defined by bootROM* and used by FSBL. The structure is of type* boot_api_ssp_config_t*/boot_api_ssp_config_t *p_ssp_config;/** boot context field containing bootROM updated SSP Status* Values can be of type BOOT_API_CTX_SSP_STATUS_XXX*/uint32_t ssp_status;/* Pointer on ROM constant containing ROM information */const boot_api_rom_version_info_t *p_rom_version_info;} __packed boot_api_context_t;boot_api_context_t结构体目前不需要去研究后面学习 TF-A的时候根据实际情况在看是 否有必要学习。
串行启动
当我们设置BOOT2~BOOT0为串行启动也就是从USB或UART启动的时候就会进入此模式。当选择串行启动以后ROM代码就会并行扫描所有可以启动的UART以及USB OTG接口。当扫描到某个活动的串行接口以后 ROM代码就会使用此串行接口并且忽略掉其他的串行接口。
USB启动
内部ROM代码支持USB OTG启动我们一般使用 STM32CubeProgrammer软件通过USB OTG接口来向STM32MP1烧写系统。USB OTG需要一个48M和60M的时钟这两个时钟由HSE生成。 ROM代码支持的 HSE时钟值如下
8,10,12,14,16,20,24,25,26,28,32,36,40,48 MHz
正点原子STM32MP157开发板使用24M有源晶振作为HSE时钟源。可通过设置OTP来更改ROM代码的HSE晶振大小设置如下图所示
从上图中可以看出默认情况下HSE选择 24MHz虽然可以通过修改OTP来更改HSE但是强烈不建议因为OTP只能修改一次一旦修改错误芯片就废了
UART启动
如果要选择UART启动也就是通过UART烧写系统那么只能使用USART2、USART3、UART4、UART5、USART6、UART7或UART8此时串口工作模式为1位起始位、8位数据位、偶校验、1位停止位、波特率115200。
由于STM32的IO复用功能1个串口可能有多个 IO可以使用比如UART4的RX(接收)可以使用PI10、PH14、PA1、PA11、PB2、PB8、PC11 PD0或PD2一共9个IO可以用作UART4_RX引脚但是ROM代码里面的UART4_RX引脚肯定只会使用这个9个里面的其中一个所以我们板子的串口引脚要和ROM代码里面的一致否则就无法使用串口启动。ROM代码里面串口使用的引脚如下图所示 如果要使用串口启动那么相关串口IO一定要参考上图中定义的IO引脚比如正点原子开发板UART4的RX引脚使用PB2TX引脚使用PG11。
FLASH设备启动要求
STM32MP1支持从SD、EMMC、NAND或NOR等 Flash设备启动但是不同的Flash设备在启动的时候有不同的要求。linux系统自身编译出来就是一个镜像文件但是这个镜像文件要运行是需要一大堆的“小弟”来辅助。比如需要uboot来启动启动以后还需要根文件系统 (rootfs)传统的嵌入式linux有三巨头 uboot、 kernel和 rootfs但是对于STM32MP1而言又多了几个需求比如TF-A、TEE、vendorfs等所有这一大堆构成了 最终的系统镜像。系统镜像是要烧写到Flash设备中的这些不同的文件肯定要按照一定的要求分门别类的烧写并存放到指定位置。
针对Flash设备可以通过创建不同的分区来存放不同的文件ST针对STM32MP1系列给出了官方分区建议这些建议包含了Flash分区数量、分区最小空间、分区存放的内容等如下图所示
NAND启动
NAND前几个块(block)里面包含了多份FSBLROM代码会从第一个块开始扫描并且加载第一个有效块里面的FSBL。ROM代码支持并行NAND和串行NAND并行NAND连接到FMC总线上串行NAND连接到QSPI上。
ROM代码支持的并行NAND要求如下图所示 ROM代码支持串行NAND要求如下图所示
EMMC启动
EMMC在物理结构上有boot1、boot2、RPMB(Replay Protected Memory Block)、GPP(General Purpose Partitions GPP最多 4个分区)以及UDA(User Data Area)这5种分区比如三星的KLM系列EMMC 5.1的分区结构如下图所示 一般常用的就是UDA分区也就是用户数据区域很少会关心boot1、boot2这样的分区。boot1、 boot2、 RPMB这三个分区大小是固定的用户不能修改 boot1、 boot2分区 存在的意义就是用于引导系统。正点原子STM32MP157开发板所使用的EMMC型号为KLM8G1GETF这是三星的一颗8GB EMMC 5.1芯片boot1、boot2和RPMB分区大小如下图所示 从图中可以看出对于三星的8GB的EMMC而言boot1和boot2分区默认大小为4096KBRPMB 为512KB。
ST会使用EMMC的boot1和boot2这两个分区作为FSBL但是同一时间只有一个有效ROM代码会加载有效的那个FSBL。ROM代码使用单bit模式来操作EMMC默认情况下ROM代码使用连接到SDMMC2上的EMMC可以通过OTP来修改EMMC所使用的SDMMC接口但是这里不建议OTP只能更改一次
SD卡启动
SD卡也包含两个FSBL但是SD卡没有boot1和boot2这样的物理分区。ROM代码默认尝试加载第一个FSBL如果第一个FSBL加载失败那么ROM代码就会加载第二个FSBL。
ROM代码首先在SD卡上查找GPT分区如果找到的话就查找名字以“fsbl”开始的两个FSBL分区。如果没有找到GPT分区的话就直接根据物理地址查找两个FSBL第一个FSBL的起始偏移地址为LBA34地址为34512174080X4400所以第一个FSBL的起始地址为0X4400。第二个FSBL的起始偏移地址为LBA546地址为5465122795520X44400所以第二个FSBL的起始地址为0X44400。
ROM代码默认也是使用单bit模式操作SD卡并且默认使用连接到SDMMC1接口上的 SD卡。
STM32MP1二进制头部信息
之前的内容就是讲了ROM代码会先读取FSBL代码一般是TF-A或者Uboot的SPL也可以是A7 裸机代码。比如TF-A我们直接编译生成二进制bin文件但是这个bin文件不能直接拿来用需要在前面添加一段头部信息这段头部信息也包含了鉴权内容。加入头部信息以后的FSBL代码结构如下图所示 头部信息一共是256字节这些头部信息的具体含义如下图所示 头部信息不需要手动添加在编译ST官方提供的TF-A或者Uboot的时候会自动添加因为ST提供了个名为“stm32image”的工具专门用于在bin文件前面添加头部信息。这个工具就是一个stm32image.c文件在正点原子的开源资料中是有的可以直接获取在编写A7裸机的时候需要自己使用stm32image工具在bin文件前面添加头部信息 stm32image是在Ubuntu下运行的所以需要先编译将stm32image.c发送到Ubuntu下然后输入如下命令编译
gcc stm32image.c -o stm32image
编译成功以后就会生成一个名为stm32image的可执行文件如下图所示 运行上图中编译出来的 stm32image工具输入“ “-s”选项可以查看使用方法stm32image在使用中需要搭配一系列参数
-s指定源文件 -d生成的目标文件 -l加载地址 -e入口地址 -m主版本号 -n 次版本号。
在正点原子的开发板光盘里面找到正点原子出厂的tf-a固件里面的tf-a-stm32mp157d-atk-trusted.stm32就是加入了头部信息的 TF-A可执行文件。使用winhex软件打开 tf-a-stm32mp157d-atk-trusted.stm32如下图所示 上图tf-a-stm32mp157d-atk-trusted.stm32文件原始数据其中前 256个字节就是头部信息。可以分析一下tf-a头部信息中几个比较重要的参数
Magic number起始偏移地址为0长度为4个字节值依次为0X53、0X54、0X4D、0X32合起来就是0X53544D32这个就是魔术数 注意这四个字节的顺序是大端模式即高字节数据存放在底地址处低字节数据存放在高字节处Header Version起始偏移地址为72长度为4个字节也就是上图中第 72~75这4个字节的数据分别为 0X00、0X00、0X01和0X00整个头部信息中除了Magic number采用大端模式存储以外其他都是小端模式存储也就是低字节数据存放在底地址处高字节数据存放在高字节处。因此0X00、0X00、0X01和0X00这四个字节的拼出结果为 0X00010000Image length起始偏移地址为76长度为4个字节也就是上图76~79这4个字节的数据为0X40、0XB0、0X03和0X00按照小端模式拼起来就是0X0003B040241728约为236.1KB说明此TF-A的 bin镜像大小为236.1KBImage entry Point起始偏移地址为80长度为4个字节也就是图80~83这4个字节的数据为0X00、0X60、0XFD和0X2F按照小端模式拼起来就是0X2FFD6000说明入口地址为 0X2FFD6000Load address起始偏移地址为88长度为4个字节也就是上图88~91这4个字节的数据为0X00、0X25、0XFC和0X2F按照小端模式拼起来就是0X2FFC2500说明加载地址为0X2FFC2500就是FSBL镜像起始地址Binary type起始偏移地址为255也就是最后一个字节为0X10表示当前二进制文件是TF-A。
STM32MP1 Linux系统启动过程
STM32MP1是面向Linux领域的因此以上所有启动过程都是为了启动Linux内核。 STM32MP1启动 Linux内核的流程如图所示 从上图中可以看出STM32MP1启动linux内核一共分为5个步骤
ROM代码
这是ST自己编写的代码在STM32MP1出厂的时候就已经烧写进去的不能被修改的。ROM 代码因为保存在STM32内部ROM里面因此也就直接简单明了的叫做“ROM 代码”了。它是处理器上电以后首先执行的程序ROM代码的主要工作就是读取STM32MP1的BOOT引脚电平然后根据电平判断当前启动设备最后从选定的启动设备里面读取FSBL代码并将FSBL代码放到对应的RAM空间。
为了安全性的要求从上图中可以看出。STM32MP1启动Linux内核的过程是一个链式结构ROM Code→FSBL→SSBL→Linux kernel→rootfs系统启动的过程中要保证整个链式结构都是安全的。ROM代码作为第一链首先要对FSBL代码进行鉴权同样的FSBL以及后面的每一链都要对下一个阶段的镜像进行鉴权直到设备系统正确启动。
FSBL
FSBL代码初始化时钟树、初始化外部RAM控制器也就是DDR。最终FSBL将SSBL加载到DDR里面并运SSBL代码。
一般FSBL代码是TF-A或者Uboot的SPL代码当然也可以换成A7内核裸机代码。
SSBL
由于SSBL代码运行在DDR里面无需担心空间不够因此SSBL代码的功能就可以做的很全面比如使能USB、网络、显示等等。这样我们就可以在SSBL中灵活的加载 linux内核比如从Flash设备上读取或者通过网络下载下载等用户使用起来也非常的友好。SSBL一般是Uboot用来启动Linux内核。
Linux内核
SSBL部分的Uboot就一个使命启动Linux内核Uboot会将Linux内核加载到DDR上并运行。 Linux内核启动过程中会初始化板子上的各种外设。
Linux用户空间
系统启动的时候会通过init进程切换到用户空间在这个过程中会初始化根文件系统里面的各种框架以及服务。
总结
这一章的主要内容就是大概介绍了一下STM32MP1系列的启动过程介绍了STM32MP1的启动模式是通过3个BOOT引脚的切换进行选择启动通过ROM代码运行FSBL代码一般是TF-A代码也可以是A7裸机代码主要的内容就是启动的部分可以从USB或者UART启动也可以Flash设备启动SSBL是第二阶段的启动这其中就是启动Linux内核和用户空间。
